[어셈블리어] 레지스터

오늘은 레지스터에 대한 포스팅을 해보려고 해요.

어셈블리어를 공부하다보면 ax,ah 등 많은 레지스터들이 등장을 하는데,

저는 이 레지스터가 무엇인지 제대로 이해하지 못하고 있었기때문에

제가 완벽히 알고자 이글을 포스팅 하게 되었습니다.

그럼 레지스터가 무엇인지 정의,종류등을 제대로 파악해봅시다!🏃‍♀️🏃‍♀️

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레지스터란?

레지스터(processor register) 는 컴퓨터의 프로세서 내에서 자료를 보관하는 아주 빠른 기억 장소이다. 일반적으로 현재 계산을 수행중인 값을 저장하는 데 사용된다. 

레지스터는 메모리 계층의 최상위에 위치하며, 가장 빠른 속도로 접근 가능한 메모리이다. 최신 프로세서에서 레지스터는 대개 레지스터 파일로 구현되지만, 과거에는 플립플롭, 마그네틱 코어, 박막 필름 메모리 등으로 구현되기도 했다.

대부분의 현대 프로세서는 메인 메모리에서 레지스터로 데이터를 옮겨와 데이터를 처리한 후 그 내용을 다시 레지스터에서 메인 메모리로 저장하는 로드-스토어 설계를 사용하고 있다. 출처 : 구글 위키백과

 

레지스터 데이터 단위

• BIT : 데이터를 표현할 수 있는 가장 작은 단위. (0과 1로 구분됨)
• BYTE : 8개의 Bit가 모이면 1byte라고 부른다 0xFF(255)까지 표현이 가능하다.
• WORD : 2개의 byte가 모이면 워드라 부른다. 0xFFFF(65535)까지 표현이 가능하다.
• DOUBLE WORD(=DWORD) : 2개의 word가 모이면 더블워드라 표현, 0xFFFFFFFF(약 42억) 까지 표현이 가능함
• QWORD(qword) : 64bit 즉 8byte를 표현

 

레지스터의 종류 [크게 분류할 때]

데이터 레지스터	정수 값을 저장할 수 있는 레지스터.
주소 레지스터	메모리 주소를 저장하여 메모리 접근에 사용되는 레지스터. 어떤 프로세서에서는, 주소를 저장하는 것이 아니라 조작하기 위한 목적으로 색인 레지스터를 사용하기도 한다.
범용 레지스터	데이터와 주소를 모두 저장할 수 있는 레지스터.
부동 소수점 레지스터	많은 시스템에서 부동소수점 값을 저장하기 위해 사용된다.
상수 레지스터	0이나 1 등 고정된 값을 저장하고 있는 레지스터.
특수 레지스터	프로그램의 상태를 저장한다. 프로그램 카운터, 스택 포인터, 상태 레지스터 등이 있다.
명령 레지스터	현재 실행중인 명령어를 저장한다.
색인 레지스터	실행중에 피연산자의 주소를 계산하는 데 사용된다.

그외의 레지스터들 [세부사항]

프로그램 카운터, 프로그램 계수기	다음번에 실행할 명령어의 번지를 기억하는 레지스터로 분기 명령이 실행되는 경우 그 목적지 주소로 갱신된다
누산기	연산된 결과를 일시적으로 저장하는 레지스터로 연산의 중심이 되는 레지스터
상태 레지스터(Status Register), 플래그 레지스터	오버플로, 언더플로, 자리올림, 계산상태, 인터럽트 등의 PSW를 저장하고 있는 레지스터
시프트 레지스터	저장된 값을 왼쪽 또는 오른쪽으로 1Bit씩 자리를 이동시키는 레지스터이며 2배 길이 레지스터라고 함
데이터 레지스터	연산에 사용될 데이터를 기억하는 레지스터입니다.
메이저 스테이터스 레지스터(Major Status Register)	CPU의 메이저 상태를 저장하고 있는 레지스터입니다. (메이저 상태란 CPU의 현재 상태를 말하는것으로 인출, 간접, 실행, 인터럽트 상태가 있다)
메모리 버퍼 레지스터	기억장치를 출입하는 데이터가 잠시 기억되는 레지스터로 CPU가 데이터를 처리하기 위해서는 반드시 거쳐야 하는 레지스터
베이스 레지스터	명령이 시작되는 시작 번지를 기억하고 있는 레지스터
인덱스 레지스터	주소의 변경, 서브루틴 연결 및 프로그램에서의 반복 연산의 횟수를 세는 레지스터이며 프로그래머가 내용을 변경할 수 있다

위에 적어놓은 레지스터외에도 정말 다양한 레지스터가 존재하는데

실제 우리가 자주 사용하는 레지스터는 

범용 레지스터, 세그먼트 레지스터, 컨트롤 레지스터 3가지라고 합니다.

(이 세개 외에 자주 등장하는 "E-flag 레지스터")

나머지 레지스터들은 극히 빈도가 낮거나 사용할 일이 없는 레지스터들이라고 하네요!

하지만 저는 이중에서 범용 레지스터와 세그먼트 레지스터만 알아볼 것입니다!

나머지 필요한 부분은 따로 더 공부해보려구요 ㅠㅠ 아직 설명할 능력이 많이 부족한 것 같네요..

그럼 시작하겠습니다.

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1. 범용 레지스터(General Purpose Register)

범용레지스터는 데이터와 주소를 모두 저장할 수 있는 레지스터로 가장 자주 쓰이며, 가장 흔한 레지스터 입니다.

상수나 주소를 저장할 때 쓰이기도 하고 특수한 목적으로 사용되기도 하죠.

(범용 레지스터는 운영체제 모드 별로 갯수와 크기가 다르다고 한다.)

위에 사진에서 보면 어려워서 이해가 잘 안되실 것 같아 자세히 아래 그려봤습니다.

먼저 위에 사진은 범용 레지스터의 전체적인 구조입니다. (IA-32e 모드를 기준으로 작성되었습니다,)

 

그중 제가 빨간색으로 네모 표시를 해둔 것이 "산술 연산 레지스터" 입니다.

그 밑에 주황색 표시는 "인덱스 레지스터" 이고

노란색 표시는 "포인터 레지스터" 입니다.

이렇게 보시면 조금 더 이해가 잘 되시죠!?

각 레지스터의 기능에 대해 한눈에 보기 편하도록 표로 작성해 보았어요, 

 

1-1) 산술 연산 레지스터

1-2) 인덱스 레지스터

1-3) 포인터 레지스터

이렇게 범용 레지스터를 알아보았는데 

범용레지스터는 운영 모드에 따라 일정한 규칙을 가지며 사용됩니다. 

(접두사) R = 64bit

(접두사) E = 32bit

//x84-64프로세서에서 추가된 범용 레지스터가 있다고 하니 자세히 공부해보고 싶으신 분들은 더 알아봐주세요!

 

다음으로는 세그먼트 레지스터에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

2. 세그먼트 레지스터(Segment Register)

세그먼트 레지스터는 현재 메모리의 주소를 표현하기 위해,

세그먼트 디스크립터 테이블(GDT, Global Descriptor Table에 존재)의 위치를 나타냅니다!

가상 메모리를 물리 메모리로 변환할 때 사용된다고 합니다. (++접근 권한 기능 추가됨)

세그먼트 레지스터는 호환성을 위해 16bit를 사용한다고 하네요:: 확장 하지 않고!

하여튼!

이 세그먼트 레지스터는 6개의 종류로 이루어져있는데

모두 공통의 요소로 index와 Tl, RPL로 구성되어있습니다.

 

2-1) 세그먼트 레지스터 종류

이렇게 각 레지스터의 역할을 적어놓았습니다.

세그먼트 레지스터는 세그먼테이션과 관련이 있다고 하는데 그건 다음에 포스팅 해볼께요ㅠㅠ

 

여기까지! 오늘은 레지스터를 알아보았는데요!

레지스터는 너무 깊은 학문인 것...같아요

어떻게 이리 양이 많은지..^^

다들 차근차근 하나씩 공부해봅시다.!