ca-5. レジスタ

ca-5. レジスタ （コンピュータ・アーキテクチャ演習） URL: https://www.kkaneko.jp/cc/ca/index.html 金子邦彦 1

• https://www.kkaneko.jp/cc/ca/index.html

アウトライン 5-1 プロセッサの仕組み 5-2 レジスタ 5-3 Pentium系列プロセッサのレジスタ 5-4 レジスタを使うプログラムの例 5-5 Visual Studio でレジスタ表示 2

5-1 プロセッサの仕組み 3

プロセッサ（CPU）の仕組み アドレスバス プロセッサ データバス データ等の記 憶， スタックの管 理， 比較の結果の 保存 レジスタ 算術演算，論理 演算などの実行 算術演算ユニット プログラムカウンタ （インストラクションポインタ） 次に実行すべき R/W プログラム命令の メモリアドレスを記憶 メモリ プログラム命令の解読 制御系 命令デコーダ 命令レジスタ 4

プロセッサ • メモリにあるプログラムやデータが読み出されて， プロセッサで処理される • プロセッサがメモリに書き込みを行うこともある 5

5-2 レジスタ 6

5-2 レジスタとは • レジスタは，プロセッサの内部にあるデータやプ ログラムの格納場所 • レジスタには名前（レジスタ名）がある 7

データ格納場所の種類 レジスタ CPUの 内部 レジスタ名 キャッシュメ 一般のメモリ ハードディス モリ ク CPUの内部 CPUの外 CPUの外 アドレス アドレス 超高速 高速 低速 セクタ番号， シリンダ番号 超低速 極小サイズ 小サイズ 大サイズ 超大サイズ 8

5-3 Pentium系列プロセッサの レジスタ 9

Pentium系列プロセッサのレジスタ • 代表的なものは • EAX, EBX, ECX, EDX, • ESI, EDI, 汎用レジスタ • EBP, ベースポインタ • ESP, スタックポインタ • EFLAGS, フラグレジスタ • CS, DS, ES, SS, FS, GS, • EIP セグメントレジスタ プログラムカウンタ 名前 種類 レジスタの名前がいろいろあるので， 種類分けする 10

Pentium系列プロセッサのレジスタの大きさ Pentium 系列プロセッサでは， レジスタのサイズは32ビットまたは16ビット 代表的なものは • EAX, EBX, ECX, EDX, • ESI, EDI, • EBP, それぞれ３２ビット長 （例） 04001234H ※ 16進8桁 • ESP, • EFLAGS, • CS, DS, ES, SS, FS, GS それぞれ１６ビット長 （例） 3000H ※ 16進4桁 11

フラグレジスタ eflags (縮めて EFL) ０００００２１２ フラグの名前 値 I D V I P V I F A V R C M F N T IOP L O D I T S Z F F F F F F A F P F C F 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 32 ビット長 12

5-4 レジスタを使うプログラ ムの例 13

レジスタを使う例 アセンブリ言語のプログラム Visual Studio の C++ プログラム b = a + 20 mov add mov eax,dword ptr [a] eax,14h dword ptr [b],eax 14

レジスタの値の変化 次のプログラムで，レジスタの値が変化する int i; for (i = 0; i < 5; i++) { printf("%d\n", i); } 15

レジスタの値の変化を見る レジスタ eax の値の変 化が右側に表示される 16

結果の例． レジスタ eax は，最初は初期化されて いない（以前の値が残っている） 17

逆アセンブルしてみると， 「i < 5」かどうかを調べるのに レジスタ eax を使っている． 最初の表示の時点では，まだ「i < 5」 かどうかを調べていないので， レジスタ eax は初期化されていない 18

5-5 Visual Studio でレジスタ 表示 19

レジスタを使っているのは？ ここで， レジスタを使用！ 20

「z = x + y;」部分で行われていること レジスタ EAX を使用 メモリ レジスタ EAX ３ 変数 x の値で 上書きされる ① 転送 ３ 変数 x 用 ４ 変数 y 用 変数 z 用 21

「z = x + y;」部分で行われていること レジスタ EAX を使用 メモリ レジスタ EAX ７ 変数 y の値が 足しこまれる ② 足しこみ ３ 変数 x 用 ４ 変数 y 用 変数 z 用 22

「z = x + y;」部分で行われていること レジスタ EAX を使用 メモリ レジスタ EAX ７ ③ 転送 ３ 変数 x 用 ４ 変数 y 用 ７ 変数 z 用 レジスタ EAX の値で 上書きされる 23

レジスタを使っているのは？ eax は レジスタ名 Visual C++ の プログラム アセンブリ言語 同じ意味 同じ意味 同じ意味 命令 命令が対象とする相手である オペランド 24

演習 • Visual Studio を起動しなさい • Visual Studio で，Win32 コンソールアプリケー ション用プロジェクトを新規作成しなさい プロジェクトの「名前」は何でもよい 25

• Visual Studioのエディタを使って，ソースファイ ルを編集しなさい ４行追加 26

• ビルドしなさい．ビルドのあと「１ ０ 失敗」の表示を確認しなさい 正常終了， → 表示されなければ，プログラムのミスを自分で 確認し，修正して，ビルドをやり直す 27

• Visual Studioで「x=3;」の行に，ブレークポイン トを設定しなさい ① 「 x=3;」の行をマ ウスでクリック ② 「デバッグ」→ 「ブレークポイントの 設定/解除」 ③ ブレークポイン トが設定されるので 確認． 赤丸がブレークポイ ントの印 28

• Visual Studioで，デバッガーを起動しなさい． 「デバッグ」 → 「デバッグ開始」 • 「x=3;」の行で，実行が中断することを確認しな さい • あとで使うので，中断したままにしておくこと 「x=3;」の行で実行が 中断している 29

• 「x=3;」の行で，実行が中断した状態で，逆アセ ンブルを行いなさい． ① 「デバッグ」→ 「ウイン ドウ」→「逆アセンブル」 ② 逆アセンブルの結果が表示 される 30

• 逆アセンブルの結果で，レジスタ名 eax を確認し なさい レジスタ名 eax の確認！ 元の C++ プログラム 31

• 「x = 3;」の行で，実行が中断した状態で，レジス タの中身を表示させなさい．手順は次の通り． デバッガーを起動済みで， プログラムの実行が中断し ているときに・・・ ② レジスタが表示 される. ① 「デバッグ」 → 「ウインドウ」→「レジスタ」 32

• ステップオーバーの操作を１回ずつ行いながら， レジスタ eax の値の変化を確認しなさい． 「デバッグ」 → 「ステップオーバー」 （あるいは F10 キー） 33

• 最後に，プログラム実行の再開の操作を行いなさ い．これで，デバッガーが終了する． 「デバッグ」 → 「続行」 34