8086指令集：MODR/M字节

当提到 MODR/M 字节时，8086 文档站点似乎有点模糊，并且很难理解它是什么和做什么。

MODR/M 字节中所有位的用途是什么以及可能的选项是什么？

我找到的一些文档：https://www.scs.stanford.edu/05au-cs240c/lab/i386/s17_02.htm

The ModR/M byte contains three fields of information:
The mod field, which occupies the two most significant bits of the byte, combines with the r/m field to form 32 possible values: eight registers and 24 indexing modes
The reg field, which occupies the next three bits following the mod field, specifies either a register number or three more bits of opcode information. The meaning of the reg field is determined by the first (opcode) byte of the instruction.
The r/m field, which occupies the three least significant bits of the byte, can specify a register as the location of an operand, or can form part of the addressing-mode encoding in combination with the field as described above

什么是索引模式？什么是注册号？寄存器是如何表示的？ ETC。

英特尔自己的 PDF 手册详细记录了这一点；看SDM 第 2 卷，特别是每条指令条目之前的介绍章节。

各个网站上也有详细的说明，例如https://wiki.osdev.org/X86-64_Instruction_Encoding#ModR.2FM_and_SIB_bytes（涵盖 16 位 ModRM，因此它不仅仅是谈论 x86-64 长模式。）现代 x86 使用与 8086 相同的指令编码（在 16 位实模式下）；向后兼容是 x86 的全部要点，也是它如此令人讨厌的原因。

当然，您可以找到实际 8086 手册本身的 PDF 副本，以防省略仅与其他模式相关的内容更有帮助。

8086 入门书从第 23 页开始介绍操作数的指令编码。它被写成一本书，而不仅仅是一本技术手册。它可以在 Stephen Morse 的网站上免费获得（https://stevemorse.org/8086/），他在英特尔时设计了它。

但也许它会有助于描述 ModRM 用途的基本概述，以便您知道在这些文档中寻找什么。

ModR/M 目的和基础知识

大多数（但不是全部）x86 指令都有一个 ModRM 字节。它可以对 2 个操作数进行编码，最多其中之一是内存，或者两个操作数都是寄存器。例如add cx, ax, or add cx, [bx+si].

操作码本身确定 r/m 和 r 操作数中哪一个是源和/或目标，或者是否是/r字段充当额外的操作码位。 （例如，对于移位，这就是为什么它们不能复制和移位，或使用 CL 以外的计数寄存器。）add [bx+si], cx具有相同的 ModRM 字节add cx, [bx+si]但操作码不同。

仅寄存器操作数由 3 位 /r 字段编码。 3 位可以为 x86 的 8 个通用寄存器中的任何一个进行编码。这是一个“寄存器号”，就像任何具有 2^n 个寄存器的普通 ISA 一样，每个指令代码中的 n 位组用于寄存器操作数。

The r/m操作数也可以是寄存器，但2位“模式”字段决定3位r/m字段是寄存器号（mod=0b11）还是存储器寻址模式。 （再加上 8 位或 16 位位移，因此 disp0/8/16 的编码会占用模式字段的其他 3 种编码。）

https://wiki.osdev.org/X86-64_Instruction_Encoding#ModR.2FM_and_SIB_bytes显示 16 位地址大小的字段和解释，包括寄存器编号。

因此只有 3 位来指定一个寄存器或寄存器组合的内存地址。 386 为 SIB 字节添加了转义码，允许完全选择寻址模式，例如[eax + ecx*4]，但 8086（以及任何 CPU 上的 16 位地址大小）必须是[BX|BP] + [SI|DI] + disp0/8/16.

See 8086 中通用寄存器之间的差异：[bx] 有效，[cx] 无效？ / 为什么 x86 16 位寻址模式没有比例因子，而 32 位版本有？

组装示例foo.asm进而ndisasm -b16 foo，或者要求 NASM 本身列出清单nasm -l/dev/stdout foo.asm。然后进行编辑以简化输出字段。

 00 00           add [bx+si],al      ; opcode=0x00 (add byte, mem dst)  mod=00 r=000 r/m=000

 01 C0           add ax, ax          ; add r/m, r   mod=11 (register) r=000 (AX) r/m=0 (AX)
 01 08           add [bx+si], cx     ; add r/m, r
 03 08           add cx, [bx+si]     ; mod=0, r=001 (CX) r/m=000 ([bx+si])

 03 0F           add cx, [bx]        ; mod=00 r=001 (CX) r/m=111 ([BX])
 03 4F 04        add cx, [bx + 4]    ; mod=01 r=001 (CX) r/m=111  disp8=4

 01 F2           add dx, si          ; mod=11 r=110 (SI) r/m=010 (DX)

要创建更多示例，请使用汇编器自行创建机器代码。

See also

• 为什么 x86 16 位寻址模式没有比例因子，而 32 位版本有？
• rbp 不允许作为 SIB 基础？- 意味着 [bp] 的编码实际上意味着没有基址寄存器，只是位移。
• Intel x86 Assembly 文档中的 [--][--] 是什么意思？（32/64 位模式 ModR/M 和 SIB）。
• 如何阅读英特尔操作码符号当。。。的时候/rModRM 的字段用作额外的操作码位，例如FF /2CALL r/m16 调用近端，绝对间接。