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ModR/M e SIB

Entendendo os byte ModR/M e SIB.

Como já foi mencionado anteriormente o byte ModR/M é usado em algumas instruções para especificar o operando na memória ou registrador.

Em Assembly existem dois "tipos" de instruções que recebem dois operandos:

  1. As que tem um operando registrador e imediato. Exemplo: mov eax, 123

  2. As que tem um operando na memória ou dois operandos registradores. Exemplos: mov [ebx], 123 e mov eax, ebx.

O primeiro tipo não precisa do byte ModR/M, pois o registrador destino é especificado nos 3 últimos bits do byte do . Por exemplo o opcode B8 da instrução mov eax, 123 é o seguinte em binário: 10111000 Onde o número zero (000) é o código para identificar o registrador EAX.

Um jeito mais simples de especificar esse campo no opcode sem precisar lidar com binário é simplesmente somar o opcode "base" (correspondente ao uso de AL/AX/EAX) mais o código do registrador. Por exemplo se a instrução B8 (B8 + 0) corresponde a mov eax, 123, então o opcode BB (B8 + 3) é mov ebx, 123. E se eu quiser fazer mov bx, 123 basta adicionar o prefixo 66 à instrução.

Já as instruções do segundo tipo usam o byte ModR/M para definir o operando destino na memória (no caso de instruções sem o operando registrador) ou os dois operandos. Onde o byte ModR/M consiste nos três campos:

  • MOD - Os primeiros 2 bits que definem o "modo" do operando R/M.

  • REG - Os 3 próximos bits que definem o código do operando registrador.

  • R/M

O byte define 2 operandos:

  1. Um operando que é sempre um registrador, definido no campo REG.

  2. Um operando que pode ser um registrador ou operando na memória.

Para que o campo R/M defina também o código de um registrador, assim como o REG, o valor 3 (11 em binário) deve ser usado no campo MOD.

circle-info

Um adendo sobre o byte ModR/M é que em algumas instruções o campo REG é usado como uma extensão do opcode. É o caso por exemplo das instruções inc dword [ebx] (FF 03) e dec dword [ebx] (FF 0B) que contém o mesmo byte de opcode mas fazem operações diferentes. Repare como o campo R/M é necessário para especificar o operando na memória mas o REG fica "sobrando", por isso os engenheiros da Intel tomaram essa decisão minimamente confusa (vulgo gambiarra), afim de aproveitar dessa peculiaridade em instruções que precisam de um operando na memória mas não precisam de um operando registrador.

Para os demais valores do campo MOD os seguintes endereçamentos são feitos de acordo com o valor de R/M:

hashtag
Endereçamento em 16-bit

hashtag
MOD 00

R/M
Endereçamento

hashtag
MOD 01

R/M
Endereçamento

hashtag
MOD 10

R/M
Endereçamento

hashtag
Endereçamento em 32-bit

hashtag
MOD 00

R/M
Endereçamento

hashtag
MOD 01

R/M
Endereçamento

hashtag
MOD 10

R/M
Endereçamento

hashtag
Endereçamento em 64-bit

circle-info

Devido ao o campo R/M é estendido em 1 bit no modo de 64-bit.

hashtag
MOD 00

R/M
Endereçamento

hashtag
MOD 01

R/M
Endereçamento

hashtag
MOD 10

R/M
Endereçamento

hashtag
Byte SIB

Os endereçamentos com R/M 100 (em 32-bit e 64-bit) são os que usam o byte SIB (exceto MOD 11), que como já foi explicado anteriormente contém os campos Scale, Index e Base que são calculados de maneira equivalente a expressão:

Onde o campo scale são os 2 primeiros bits, onde seu valor numérico é equivalente aos seguintes fatores de escala:

  • 00 - Não multiplica o index

  • 01 - Multiplica o index por 2

  • 10

Já os campos index e base contém 3 bits cada e os mesmos armazenam o que serão usados. Os bits dos campos no byte seguem a ordem que o próprio nome sugere. Como em: SSIIIBBB.

- Os 3 últimos bits que definem o código do operando R/M.

[DI]

110

displacement 16-bit

111

[BX]

[DI] + displacement 8-bit

110

[BP] + displacement 8-bit

111

[BX] + displacement 8-bit

[DI] + displacement 16-bit

110

[BP] + displacement 16-bit

111

[BX] + displacement 16-bit

displacement 32-bit

110

[esi]

111

[edi]

[ebp] + displacement 8-bit

110

[esi] + displacement 8-bit

111

[edi] + displacement 8-bit

[ebp] + displacement 32-bit

110

[esi] + displacement 32-bit

111

[edi] + displacement 32-bit

[rip/eip] + displacement 32-bit

0110

[rsi/esi]

0111

[rdi/edi]

1000

[r8/r8d]

1001

[r9/r9d]

1010

[r10/r10d]

1011

[r11/r11d]

1100

SIB

1101

[rip/eip] + displacement 32-bit

1110

[r14/r14d]

1111

[r15/r15d]

[rbp/ebp] + displacement 8-bit

0110

[rsi/esi] + displacement 8-bit

0111

[rdi/edi] + displacement 8-bit

1000

[r8/r8d] + displacement 8-bit

1001

[r9/r9d] + displacement 8-bit

1010

[r10/r10d] + displacement 8-bit

1011

[r11/r11d] + displacement 8-bit

1100

SIB + displacement 8-bit

1101

[r13/r13d] + displacement 8-bit

1110

[r14/r14d] + displacement 8-bit

1111

[r15/r15d] + displacement 8-bit

[rbp/ebp] + displacement 32-bit

0110

[rsi/esi] + displacement 32-bit

0111

[rdi/edi] + displacement 32-bit

1000

[r8/r8d] + displacement 32-bit

1001

[r9/r9d] + displacement 32-bit

1010

[r10/r10d] + displacement 32-bit

1011

[r11/r11d] + displacement 32-bit

1100

SIB + displacement 32-bit

1101

[r13/r13d] + displacement 32-bit

1110

[r14/r14d] + displacement 32-bit

1111

[r15/r15d] + displacement 32-bit

- Multiplica o
index
por 4
  • 11 - Multiplica o index por 8

  • 000

    [BX+SI]

    001

    [BX+DI]

    010

    [BP+SI]

    011

    [BP+DI]

    100

    [SI]

    000

    [BX+SI] + displacement 8-bit

    001

    [BX+DI] + displacement 8-bit

    010

    [BP+SI] + displacement 8-bit

    011

    [BP+DI] + displacement 8-bit

    100

    [SI] + displacement 8-bit

    000

    [BX+SI] + displacement 16-bit

    001

    [BX+DI] + displacement 16-bit

    010

    [BP+SI] + displacement 16-bit

    011

    [BP+DI] + displacement 16-bit

    100

    [SI] + displacement 16-bit

    000

    [eax]

    001

    [ecx]

    010

    [edx]

    011

    [ebx]

    100

    SIB

    000

    [eax] + displacement 8-bit

    001

    [ecx] + displacement 8-bit

    010

    [edx] + displacement 8-bit

    011

    [ebx] + displacement 8-bit

    100

    SIB + displacement 8-bit

    000

    [eax] + displacement 32-bit

    001

    [ecx] + displacement 32-bit

    010

    [edx] + displacement 32-bit

    011

    [ebx] + displacement 32-bit

    100

    SIB + displacement 32-bit

    0000

    [rax/eax]

    0001

    [rcx/ecx]

    0010

    [rdx/edx]

    0011

    [rbx/ebx]

    0100

    SIB

    0000

    [rax/eax] + displacement 8-bit

    0001

    [rcx/ecx] + displacement 8-bit

    0010

    [rdx/edx] + displacement 8-bit

    0011

    [rbx/ebx] + displacement 8-bit

    0100

    SIB + displacement 8-bit

    0000

    [rax/eax] + displacement 32-bit

    0001

    [rcx/ecx] + displacement 32-bit

    0010

    [rdx/edx] + displacement 32-bit

    0011

    [rbx/ebx] + displacement 32-bit

    0100

    SIB + displacement 32-bit

    opcode
    Codificação dos registradoreschevron-right
    prefixo REX
    código dos registradores

    101

    101

    101

    101

    101

    101

    0101

    0101

    0101

    base + index * scale