考研408--组成原理--day9--栈帧的访问与切换&CPU

（以下内容全部出自上述课程）

目录

• 如何访问栈帧
• • [1. 函数调用栈在内存中的位置](#1. 函数调用栈在内存中的位置)
  • [2. EBP、ESP寄存器](#2. EBP、ESP寄存器)
  • [3. push、pop指令](#3. push、pop指令)
  • [4. mov指令](#4. mov指令)
  • [5. 小结](#5. 小结)
• 如何切换栈帧
• • [1. 调用-切换过程](#1. 调用-切换过程)
  • [2. 返回-切换过程](#2. 返回-切换过程)
  • [3. 小结](#3. 小结)
  • [4. 真题分析](#4. 真题分析)
• 如何传递参数和返回值
• • [1. 一个栈帧内包含什么？](#1. 一个栈帧内包含什么？)
  • [2. 汇编代码实战](#2. 汇编代码实战)
  • • [2.1 访问局部变量](#2.1 访问局部变量)
    • [2.2 传递参数](#2.2 传递参数)
    • [2.3 函数调用](#2.3 函数调用)
    • [2.4 切换栈帧](#2.4 切换栈帧)
    • [2.5 访问参数](#2.5 访问参数)
    • [2.6 传递返回值](#2.6 传递返回值)
    • [2.7 恢复上一层栈帧](#2.7 恢复上一层栈帧)
    • [2.8 函数调用返回](#2.8 函数调用返回)
    • [2.9 传递返回值](#2.9 传递返回值)
  • [3. 小结](#3. 小结)
• CISC和RISC
• 小回顾
• CPU的功能和基本结构
• • [1. CPU的功能](#1. CPU的功能)
  • [2. 运算器和控制器的功能](#2. 运算器和控制器的功能)
  • [3. 运算器的基本结构](#3. 运算器的基本结构)
  • [4. 控制器的基本结构](#4. 控制器的基本结构)
  • [5. CPU的基本结构](#5. CPU的基本结构)
  • [6. 小结](#6. 小结)

如何访问栈帧

前情提要：Call和ret指令

之前Call和ret指令提到栈底在上栈顶在下：

1. 函数调用栈在内存中的位置

函数调用栈通常处于用户栈，地址从上往下依次递减，所以高地址在上面，也就是栈底在上面，低地址在下面，也就是栈顶在下面。

高地址
+------------------+  ← 栈底（main函数的栈帧，最先入栈）
| main() 栈帧      |
+------------------+
| funcA() 栈帧     |
+------------------+
| funcB() 栈帧     |
+------------------+  ← 栈顶（最新调用的函数，最后入栈）
低地址

2. EBP、ESP寄存器

简单记：EBP-->栈底指针；ESP-->栈顶指针

ps：在后续的一系列操作中，这个指针可能指的不是同一个栈帧

默认4字节为栈的基本单元。

访问-->ebp、esp指针√

3. push、pop指令

push ：

• 可以是立即数、寄存器或者主存地址
• 先让esp指针向下动一格，再将数据压入栈
• 所以存数据的位置是当前esp指的下一个格子的位置（空的地方）

pop：

• 可以是寄存器或者主存地址
• 先让数据出栈，再让esp指针向上动一格
• 所以esp最后指向被出栈数据的上一个格子（存数据的地方）
  

4. mov指令

mov指令就是push和pop指令的结合体

之前我们说过Intel格式中，move A,B 就是把B的值复制给A的意思，可见Intel格式

esp+8\]：因为上面说过高地址在上，默认4字节为栈的基本单位，所以+8就是esp向上动两格的位置的**值**。 * 最开始ebp指向黄色最上面的格子，esp指向从上往下数的第二个黄色格子 * `sub esp,12` 将esp向下移动12/4=3格（灰色esp指向的位置） * `mov [esp+8],eax` 将eax寄存器里面的值211赋值给esp向上移动两个格子的位置的值（图中esp指向的位置） * `mov [esp+4],985` 将985赋值给esp向上移动一个格子的位置的值（211下面的这个格子） * `mov eax,[ebp+8]` 将ebp向上移动两个格子的位置的值复制给eax寄存器（也就是图中eax的666）  ### 5. 小结  ## 如何切换栈帧 ### 1. 调用-切换过程 执行到call add的时候计数指针（ip，就是之前的pc）刚好指到下一个语句 ps：这句话的意思就是ip指针指到这个语句，语句执行的同时ip指向下一个语句（**指到谁谁干活**） * 所以执行call的时候，为了避免数据遗漏，就需要先把指向自己下面的值先存入栈（因为跳到另一个函数后总是要跳回来继续执行的） * 存完ip旧值之后，就可以给ip设置一个新的值让他去处理新函数（就是跳到新函数的第一个语句）  ip指针指到push ebp，这条语句就要执行了，与此同时ip指针指向下一个语句： * `push ebp`：把ebp指向位置的地址存入栈 > 大区分！！！！！ > > ebp：寄存器本身，即基址指针寄存器（Base Pointer Register）的值，是一个**地址** （32位或64位数值）。 > > \[ebp\]：以 ebp 的值作为内存地址，访问该地址处的内容，即**ebp 指向的内存单元中的值**。  ip指针刚刚指了mov ebp,esp，所以现在执行这条语句：  `mov ebp,esp`：把esp的地址值赋值给ebp的地址值（**改变地址** ，所以两个指针如图指向同一个位置）： 就这样，两个指针从最初指向绿色的栈帧变为现在指向黄色的栈帧，就这样完成了栈帧的切换。  这两句指令等同于一个`enter` 算是例行处理，每个函数前面都有这两句话  ### 2. 返回-切换过程 复习调用语句： * `push ebp` * `mov ebp,esp` 返回语句： * `mov esp,ebp` * `pop ebp` 完全就是倒过来  ps：这里经过一系列函数内的操作，esp按照原有规律指向栈顶（它是栈顶指针） `mov esp,ebp`：将ebp地址值赋值给esp的地址值，让ebp和esp指向同一个地方  `pop ebp`：esp指向的元素出栈（看上一个图，就是上一个栈的基址），同时esp向上移动一格（pop指令特性：先出栈再上移） 所以此时esp就完美地从指向黄色的栈帧变为指向绿色的栈帧了 同时，这个元素的值还会被复制到ebp的地址值上，所以ebp就指回了绿色栈帧的栈底（因为是 pop **ebp** ）  结束之后就是下面这张图的样子：  leave指令就是这两句指令的结合体  和调用切换指令相同，都属于例行处理，所以返回的时候都会出现这两句指令，或者是leave  因为我们之前调用的时候把原本函数的ip旧值存入栈了，ret就是帮我们重新找到这个值，然后继续原函数接下来的操作。  ### 3. 小结  ### 4. 真题分析   ## 如何传递参数和返回值  ### 1. 一个栈帧内包含什么？ 从上面我们知道了： * 栈帧最**底** 部一定是**上一层栈帧基址**（返回切换时所需） * 栈帧最**顶** 部一定是**返回地址**（返回继续操作原函数所需） 那么中间的位置就是用来存一些函数里的变量和值  * **局部变量** 通常存在栈帧**底**部区域（是自己的就放在最下面，别人拿不走） * **调用参数** 通常存在栈帧**顶** 部区域（是别人需要的就放在最上面，别人方便拿）  当然，也不可能全放完，肯定能够会有空闲的位置。  小总结：  ### 2. 汇编代码实战 #### 2.1 访问局部变量 和上面访问数据一个流程：-XX就往下，+XX就往上，带\[\]的都是指针所指的值 这个栈帧里和ebp相关的都是局部变量  #### 2.2 传递参数 这个栈帧里和esp相关的都是参数  #### 2.3 函数调用 调用add函数  #### 2.4 切换栈帧 和上面**调用切换** 一个流程  #### 2.5 访问参数 eax和edx访问参数  #### 2.6 传递返回值 加法运算再把结果放回eax  #### 2.7 恢复上一层栈帧 和上面**返回切换** 一个流程   #### 2.8 函数调用返回 ret就返回为原函数的ip旧值了（call的下一行指令）  #### 2.9 传递返回值 继续原函数下面的操作  ### 3. 小结  上面过程中的eax和edx中的值可能会因为某个步骤被覆盖掉，所以栈帧中可能还会将这几个寄存器的值压入栈帧（也不一定肯定有）    ## CISC和RISC CISC：组合运算 RISC：简单运算   ## 小回顾      ## CPU的功能和基本结构 ### 1. CPU的功能  ### 2. 运算器和控制器的功能  ### 3. 运算器的基本结构 具体ALU可见：[ALU](https://blog.csdn.net/2301_80071187/article/details/154411357?spm=1001.2014.3001.5502#t27) 运算需要工具（ALU）和数据（寄存器） 我们就需要将ALU和寄存器连接在一起，但是ALU和这么多寄存器连在一起就很混乱（因为不知道输入输出谁的数据） 所以有如下的几个办法： 1. 多路选择器  2. 三态门  3. 改为总线 同时，为了不破坏原来的数据，我们还在寄存器和ALU中间添加了暂存寄存器  ACC：累加寄存器，用来暂存用于加法计算的结果。 PSW：状态位寄存器，具体状态位可见：[标志位的生成](https://blog.csdn.net/2301_80071187/article/details/154411357?spm=1001.2014.3001.5502#t25)  ALU上方的寄存器可以作为移位寄存器使用。   ### 4. 控制器的基本结构 提到控制器可以想到：指令、操作：操作数、操作码，需要有指针读取指令，需要有寄存器来存指令 所以有了下面的： * 程序计数器：PC（也叫做IP），用来指指令的位置的 * 指令寄存器：用来存指令的 * 指令译码器：翻译这条指令说了什么的 * 微操作信号发生器：啥时候需要有这种操作 * 时序系统：指令之间撞了怎么办 * 存储器地址寄存器（MAR）：存指令的寄存器的地址（套娃） * 存储器数据寄存器（MDR）：存指令所需要的数据的  ### 5. CPU的基本结构 CPU=运算器+控制器    ### 6. 小结