Registradores
Os processadores possuem uma área física em seus chips para armazenamento de dados (de fato, somente números, já que é só isso que existe neste mundo!) chamadas de registradores, justamente porque registram (salvam) um número por um tempo, mesmo este sendo não determinado.
Os registradores possuem normalmente o tamanho da palavra do processador, logo, se este é um processador de 32-bits, seus registradores possuem este tamanho também.
Registradores de Uso Geral
Um registrador de uso geral, também chamado de GPR (General Purpose Register) serve para armazenar temporariamente qualquer tipo de dado, para qualquer função.
Existem 8 registradores de uso geral na arquitetura Intel x86. Apesar de poderem ser utilizados para qualquer coisa, como seu nome sugere, a seguinte convenção é normalmente respeitada:
EAX
Accumulator
Usado em operações aritiméticas
EBX
Base
Ponteiro para dados
ECX
Counter
Contador em repetições
EDX
Data
Usado em operações de E/S
ESI
Source Index
Ponteiro para uma string de origem
EDI
Destination Index
Ponteiro para uma string de destino
ESP
Stack Pointer
Ponteiro para o topo da pilha
EBP
Base Pointer
Ponteiro para a base do stack frame
Para fixar o assunto, é importante trabalhar um pouco. Vamos escrever o seguinte programa em Assembly no Linux ou macOS:
Salve-o como ou.s e para compilar, vamos instalar o Netwide Assembler (NASM), que para o nosso caso é útil por ser multiplataforma:
Confira como ficou o código compilado no arquivo objeto com a ferramenta objdump, do pacote binutils:
Perceba os opcodes e argumentos idênticos aos exemplificados na introdução deste capítulo.
O NASM compilou corretamente a linguagem Assembly para código de máquina. O objdump mostrou tanto o código de máquina quanto o equivalente em Assembly, processo conhecido como desmontagem ou disassembly.
Agora cabe à você fazer mais alguns testes com outros registradores de uso geral. Um detalhe importante é que os primeiros quatro registradores de uso geral podem ter sua parte baixa manipulada diretamente. Por exemplo, é possível trabalhar com o registrador de 16 bits AX, a parte baixa de EAX. Já o AX pode ter tanto sua parte alta (AH) quanto sua parte baixa (AL) manipulada diretamente também, onde ambas possuem 8 bits de tamanho. O mesmo vale para EBX, ECX e EDX.
Para entender, analise as seguintes instruções:
Após a execução das instruções acima, EAX conterá o valor 0xaabbeeff, já que somente sua parte baixa foi modificada pela segunda instrução. Agora analise o seguinte trecho:
Após a execução das quatro instruções acima, EAX volta para o valor 0xaabbccdd.
A imagem a seguir ilustra os ditos vários registradores dentro dos quatro primeiros registradores de uso geral.
Os registradores EBP, ESI, EDI e ESP também podem ser utilizados como registradores de 16-bits BP, SI, DI e SP, respectivamente. Note porém que estes últimos não são sub-divididos em partes alta (high) e baixa (low).
Ponteiro de Instrução
Existe um registrador chamado de EIP (Extended Instruction Pointer), também de PC (Program Counter) em algumas literaturas que aponta para a próxima instrução a ser executada. Não é possível copiar um valor literal para este registrador. Portanto, uma instrução mov eip, 0x401000 não é válida.
Outra propriedade importante deste registrador é que ele é incrementado com o número de bytes da última instrução executada. Para fixar, analise o exemplo do disasembly a seguir, gerado com a ferramenta objdump:
Quando a primeira instrução do trecho acima estiver prestes à ser executada, o registrador EIP conterá o valor 0x8049000. Após a execução desta primeira instrução MOV, o EIP será incrementado em 5 unidades, já que tal instrução possui 5 bytes. Por isso o objdump já mostra o endereço correto da instrução seguinte. Perceba, no entanto, que a instrução no endereço 804900a possui apenas 2 bytes, o que vai fazer com o que o registrador EIP seja incrementado em 2 unidades para apontar para a próxima instrução MOV, no endereço 804900c.
Registradores de Segmento
Estes registradores armazenam o que chamamos de seletores, ponteiros que identificam segmentos na memória, essenciais para operação em modo real. Em modo protegido, que é o modo de operação do processador que os sistemas operacionais modernos utilizam, a função de cada registrador de segmento fica a cargo do SO. Abaixo a lista dos registradores de segmento e sua função em modo protegido:
CS
Code Segment
DS
Data Segment
SS
Stack Segment
ES
Extra Data Segment
FS
Data Segment (no Windows em x86, aponta para o TEB (Thread Environment Block) da thread atual do processo em execução)
GS
Data Segment
Não entraremos em mais detalhes sobre estes registradores por fugirem do escopo deste livro.
Registrador de Flags
O registrador de flags EFLAGS é um registrador de 32-bits usado para flags de estado, de controle e de sistema.
Flag é um termo genérico para um dado, normalmente "verdadeiro ou falso". Dizemos que uma flag está setada quando seu valor é verdadeiro, ou seja, é igual a 1.
Existem 10 flags de sistema, uma de controle e 6 de estado. As flags de estado são utilizadas pelo processador para reportar o estado da última operação (pense numa comparação, por exemplo - você pede para o processador comparar dois valores e a resposta vem através de uma flag de estado). As mais comuns são:
0
Carry
CF
Setada quando o resultado estourou o limite do tamanho do dado. É o famoso "vai-um" na matemática para números sem sinal (unsigned).
6
Zero
ZF
Setada quando o resultado de uma operação é zero. Do contrário, é zerada. Muito usada em comparações.
7
Sign
SF
Setada de acordo com o MSB (Most Significant Bit) do resultado, que é justamente o bit que define se um inteiro com sinal é positivo (0) ou negativo (1), conforme visto na seção Números negativos.
11
Overflow
OF
Estouro para números com sinal.
Além das outras flags, há ainda os registradores da FPU (Float Point Unit), de debug, de controle, XMM (parte da extensão SSE), MMX, 3DNow!, MSR (Model-Specific Registers), e possivelmente outros que não abordaremos neste livro em prol da brevidade.
Agora que já reunimos bastante informação sobre os registradores, é hora de treinarmos um pouco com as instruções básicas do Assembly.
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