x86-64 회의 언어 (64 비트)

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x86-64 조립 언어는 x86 건축 가족의 진화적인 피나클을 나타내고, 기초적인 32 비트 x86 지시를 현대 컴퓨팅을 정의하는 포괄적인 백워드 호환성을 유지하고 강력한 새로운 기능을 도입하면서 64 비트 컴퓨팅 시대로 설정했습니다. AMD64 ( AMD) 또는 Intel 64 (Intel의 구현)으로도 알려진이 아키텍처는 전 세계 데스크탑 컴퓨팅, 서버 인프라 및 고성능 컴퓨팅 애플리케이션을위한 지배적 인 플랫폼이되었습니다. 32 비트에서 64 비트 컴퓨팅으로의 전환은 간단한 주소 공간 확장을 넘어 지금까지 확장 된 기본 변경을 가져온다, 새로운 레지스터를 도입, 향상된 명령 인코딩, 향상된 호출 컨벤션, 그리고 건축 기능을 unprecedented 성능과 확장성을 가능하게. X86-64 어셈블리 언어는 시스템 프로그래머, 보안 연구원, 성능 엔지니어 및 개발자가 최대 효율, 직접 하드웨어 제어 또는 깊은 시스템 통합을 요구하는 응용 분야에서 일하는 데 필수적입니다. 이 포괄적 인 참조는 현대적인 64 비트 프로세서의 전체 기능을 활용하는 고급 최적화 기술을 32 비트 x86 이상의 건축 향상에서 x86-64 어셈블리 프로그래밍의 세부 범위를 제공합니다.

건축 진화와 64 비트 향상

역사 Context 및 디자인 목표

x86-64 아키텍처의 개발은 32 비트 컴퓨팅 제한이 결국 큰 메모리 공간, 고성능 컴퓨팅, 서버 응용 프로그램을 필요로하는 영역에서 컴퓨팅 응용 프로그램의 성장을 제약 할 것이라고 인식에서 등장했습니다. AMD64 건축의 AMD의 도입은 2003 년 컴퓨팅 역사에서 비례적인 순간을 표시했으며, 32 비트 x86에서 깨끗한 진화 경로를 제공하면서 x86 디자인의 오랜 제한을 해결하는 건축 개선을 도입했습니다. 이 아키텍처의 성공은 인텔은 인텔이 인텔 64 아키텍처에서 호환 된 확장을 구현하여 X86-64를 현대 컴퓨팅 플랫폼에 대한 표준으로 수립했습니다.

x86-64 뒤에 디자인 철학은 기존의 32 비트 x86 코드와 완전 백워드 호환성을 유지하고 향후 확장성 및 성능 향상을 가능하게하는 향상된 기능을 도입했습니다. 이 접근법은 기존 소프트웨어 투자가 새로운 애플리케이션이 64비트 기능을 활용할 수 있는 동안 보존될 수 있음을 보증합니다. 아키텍처는 레거시 모드(32비트 호환성), 호환성 모드(64비트 운영 체제 내에서 32비트 애플리케이션) 및 64비트 모드(64비트 작동)를 포함한 여러 작동 모드를 도입하여 전환 기간 동안 혼합 컴퓨팅 환경에 유연성을 제공합니다.

건축 향상 등록

x86-64에 있는 가장 즉시 눈에 보이는 증진은 기록기 세트의 극적인 확장이고, 8에서 6teen까지 다목적 기록의 수를 그리고 모든 기록기를 64 비트 폭 확장하. 이 확장 주소 32 비트 x86 프로그래밍의 가장 중요한 제한 중 하나, 종종 빈번한 메모리 액세스 및 제한된 최적화 기회를 강제. 새로운 등록 세트에는 원래 8 개의 등록 (RAX, RBX, RCX, RDX, RSI, RDI, RBP, RSP)가 64 비트로 확장되었으며, 8 개의 추가 등록 (R8을 통해 R15)가 추가 계산 리소스를 제공합니다.

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등록 naming 컨벤션은 32 비트 코드와 호환성을 유지하고 작업 크기의 명확한 식별을 제공하면서 체계적인 패턴을 따릅니다. 중요한 건축 특징은 64 비트 기록기에 32 비트 가동이 자동적으로 위 32 비트를 삭제하고, 혼합 크기 가동을 위한 청결한 semantic를 제공하고 uninitialized 기록기 내용에서 잠재적인 안전 취약점을 삭제하.

기억 모형과 주소 공간

x86-64는 현재 구현이 일반적으로 48 비트 가상 주소와 40-52 비트 물리적 주소를 지원하지만 이론적으로 64 비트 주소를 지원하는 광대하게 확장 된 주소 공간을 제공합니다. 이 확장 4GB 제한 32 비트 시스템의 여러 테라 바이트의 주소 가능한 메모리는 이전에 불가능한 응용 프로그램을 가능하게, 대규모 데이터베이스를 포함, 과학 컴퓨팅 응용 프로그램, 메모리 집중 서버 워크로드.

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RIP-relative addressing의 도입은 위치에 의존하는 코드 생성을 가능하게하는 중요한 건축 증진을 나타내고 동적 연결을 단순화합니다. 이 주소 모드는 현재 명령 포인터와 상대 메모리 주소를 계산하고, 많은 시나리오에서 절대적인 주소에 대한 필요성을 제거하고 코드 포용성을 향상시킵니다.

향상된 지침 설정 및 인코딩

REX 접두사 및 지시 기호화

x86-64는 REX 접두사 바이트를 도입하여 기존의 명령 인코딩과 호환성을 유지하면서 확장된 등록 및 64 비트 operand 크기에 액세스 할 수 있습니다. REX 접두사는 명령 opcode 전에 나타나고 64 비트 작동 모드를 지정하는 필드를 포함하며, 연장된 등록 액세스 및 추가 주소 기능. REX 접두사 사용법은 확장된 기록기 세트 및 64bit 가동과 일하는 집합 프로그래머를 위해 중요합니다.

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REX 접두사는 R8-R15, 64-bit operand 크기 사양을 등록하고 확장 된 주소 모드를 포함하여 몇 가지 중요한 기능을 가능하게합니다. prefix는 필요에 따라 조립자에 의해 자동으로 생성되지만, 그 기능을 이해하는 것은 명령 선택과 이해 코드 크기 implications에 도움이됩니다.

새로운 교육 및 능력

x86-64는 몇몇 새로운 지시를 소개하고 64 비트 기능의 이점을 가지고 가는 기존하는 지시를 강화합니다. 이 향상은 새로운 주소링 모드, 장시간 즉각적인 가치 지원 및 64 비트 작동에 최적화 된 지침을 포함합니다. 아키텍처는 성능과 기능을 개선하는 새로운 기능을 추가하면서 64-bit 작업과 호환되는 일부 유산 지침을 제거합니다.

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MOVSXD 명령은 32 비트에서 64 비트 값으로 효율적인 서명 확장을 제공하여 64 비트 프로그래밍의 일반적인 요구 사항을 해결합니다. 향상된 문자열 지침은 64 비트 양에서 작동하며 64 비트 정렬 데이터에서 대량 데이터 작업에 대한 향상된 성능을 제공합니다.

회의 및 ABI 호출

체계 V ABI (유닉스/리눅스)

System V Application Binary Interface는 x86-64에서 실행되는 유닉스 같은 시스템에 대한 표준 호출 협약을 정의하고 일관된 매개 변수 전달, 등록 사용 및 스택 관리 프로토콜을 설정합니다. 이 ABI는 확장된 기록기 세트의 이점이 스택에 비해 기록기에서 기능 매개 변수를 전달하기 때문에, 크게 32 비트 컨벤션과 비교된 기능 통화 성능을 개선합니다.

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System V ABI는 16 바이트 스택 정렬 기능을 호출 경계, SIMD 작업에 최적의 성능을 보장하고 컴파일러 생성 코드와 호환성을 유지. ABI는 함수 통화를 가로지르는 RBX, RBP, R12-R15)를 정의하고, 함수 호출에 의해 수정될 수 있는 콜러 새겨진 등록자를 정의합니다.

마이크로 소프트 x64 ABI (윈도우)

Microsoft x64 호출 컨벤션은 여러 가지 중요한 방법으로 시스템 V ABI와 다르며 다른 디자인 우선 순위 및 호환성 요구 사항을 반영합니다. 이러한 차이를 이해하는 것은 Cross-platform 개발과 Windows 시스템 API를 연동 할 때 중요합니다.

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Microsoft ABI는 먼저 4개의 매개변수를 위한 그림자 공간 할당을 필요로 합니다. 이 그림자 공간은 기억에 붓고 기능 구현과 디버깅을 단순화하는 데 필요한 경우 등록 매개 변수에 저장을 제공합니다.

고급 메모리 관리

가상 메모리 및 Paging

x86-64는 여러 페이지 크기와 고급 메모리 관리 기능을 지원하는 정교한 가상 메모리 시스템을 구현합니다. 아키텍처는 확장 된 주소 공간을 지원하는 동안 가상 주소의 효율적인 번역을 가능하게하는 4 단계 페이지 테이블 구조를 사용합니다.

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가상 메모리 관리는 시스템 수준의 프로그래밍, 장치 드라이버 및 메모리 동작에 정확한 제어를 요구하는 응용 프로그램에 중요합니다. x86-64 메모리 관리 장치는 메모리 보호, 캐싱 컨트롤 및 성능 최적화 기능을 제공합니다.

큰 페이지 지원

x86-64는 표준 4KB 페이지, 2MB 큰 페이지 및 1GB 거대한 페이지를 포함하여 다수 페이지 크기를 지원합니다. 큰 페이지 지원은 TLB 압력을 감소시키고 기억 접근 효율성을 개량해서 큰 기억 발자국을 가진 신청을 위한 뜻깊은 성과 이익을 제공할 수 있습니다.

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큰 페이지 사용은 메모리 정렬, 할당 전략 및 운영 체제 지원의주의 고려가 필요합니다. 큰 페이지를 효과적으로 사용할 수있는 응용 프로그램은 종종 메모리 기반 작업 부하에 상당한 성능 개선을 볼 수 있습니다.

SIMD 및 벡터 처리

사이트맵 통합

x86-64 프로세서는 SSE, AVX 및 AVX-512 교육 세트를 통해 포괄적 인 SIMD (Single Instruction, Multiple Data) 기능을 포함합니다. 이 확장은 단일 명령에 여러 데이터 요소의 병렬 처리를 가능하게하며, 멀티미디어, 과학 컴퓨팅 및 암호화 응용 분야에 중요한 성능 혜택을 제공합니다.

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SIMD 프로그래밍은 데이터 정렬 요구 사항, 지침 선택 및 벡터화 전략을 이해해야합니다. SIMD 지시의 효과적인 사용은 적당한 알고리즘을 위한 4x, 8x, 또는 16x 성과 개선을 제공할 수 있습니다.

고급 벡터 확장

AVX와 AVX-512는 더 넓은 기록기 및 더 정교한 가동을 가진 강화된 벡터 처리 기능을 제공합니다. 이 확장에는 마스크 작업, 수집/분석 지침 및 특정 응용 분야에 대한 전문 기능을 포함합니다.

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AVX-512 프로그래밍은 전체 시스템 성능에 영향을 미칠 수있는 프로세서 지원, 열 고려 사항 및 주파수 스케일링 효과에주의를 기울여야합니다.

시스템 프로그래밍 및 보안

제어 등록 및 시스템 상태

x86-64는 통제 기록기, 모형 특정한 기록기 및 체계 지시를 통해서 광대한 체계 통제 기능을 제공합니다. 이 기능은 운영 체제 구현, 보안 집행 및 성능 모니터링을 가능하게 합니다.

ο 회원 관리

시스템 프로그래밍은 권한 수준, 메모리 보호 메커니즘 및 운영 체제 기능의 기초를 형성하는 하드웨어 인터페이스를 이해해야합니다.

보안 기능 및 완화

현대 x86-64 프로세서는 버퍼 오버플로우, 반환 지향 프로그래밍 및 사이드 채널 공격을 포함하여 다양한 공격 벡터를 mitigate에 설계 된 하드웨어 보안 기능을 포함합니다.

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보안 기능 활용은 하드웨어 기능, 운영 체제 지원 및 애플리케이션 설계 사이의 조정을 필요로하여 현대 공격 기술에 대한 효과적인 보호를 제공합니다.

성능 최적화 기술

선택 및 일정

x86-64 집합 부호를 낙관하는 것은 가공업자 microarchitecture, 지시 latencies 및 실행 단위 기능의 이해를 요구합니다. 현대 x86-64 가공업자는 많은 최적화 세부사항을 숨길 수 있는 정교한 out-of-order 실행 엔진을 이용합니다, 그러나 주의적인 지시 선택 및 스케줄링은 아직도 뜻깊은 성과 이익을 제공할 수 있습니다.

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반복 unrolling, 명령 재주문, 그리고 주의깊은 기록 할당은 크게 computationally 집중적인 부호 단면도를 위한 성과를 개량할 수 있습니다.

Cache 최적화 및 메모리 액세스 패턴

캐시 hierarchy 및 메모리 액세스 패턴을 이해하는 것은 x86-64 애플리케이션에서 최적의 성능을 달성하는 데 중요합니다. 프로세서의 캐시 시스템은 메모리 액세스 성능에 영향을 미치는 다른 특성을 가진 여러 레벨을 포함합니다.

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효과적인 캐시 이용은 캐시 라인 크기, prefetch 전략 및 캐시 미트를 최소화하고 메모리 대역폭 활용을 극대화하는 메모리 액세스 패턴을 이해해야합니다.

x86-64 어셈블리 언어는 64 비트 컴퓨팅에 필요한 향상된 기능을 갖춘 x86의 풍부한 교육 세트 유산을 결합 현대 컴퓨팅 응용 프로그램에 대한 포괄적이고 강력한 플랫폼을 제공합니다. 확장된 등록 설정, 향상된 호출 컨벤션, 고급 메모리 관리 기능 및 광범위한 SIMD 기능을 통해 개발자는 현대 프로세서 기능을 완전히 활용할 수 있는 고성능 응용 프로그램을 만들 수 있습니다. x86-64 어셈블리 프로그래밍의 마스터리는 시스템 수준의 개발, 성능 크리티컬 응용 프로그램, 보안 연구 및 직접 하드웨어 제어 및 최적의 리소스 활용을 요구하는 모든 도메인에 필수적입니다. 새로운 교육 설정 확장 및 보안 기능을 통해 아키텍처의 지속적인 진화는 X86-64 지배적 인 컴퓨팅 플랫폼으로 만든 호환성 및 생태계 이점을 유지하면서 미래의 컴퓨팅 문제에 대한 의존도를 보장합니다.