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ModR/M

辞書:科学用語の基礎知識 中央演算処理装置用語x86編 (IYCP86)
読み:モード・アーエム
読み:モッド・アーエム
外語:ModR/M 英語
品詞:名詞
2010/10/05 作成
2014/11/02 更新

x86の機械語コード中にあり、二つのソースの種類を表わすために使われるバイト。

x86では、二つのオペランドがあるレジスターを扱う命令は、このバイトをパラメーターとしてオペコードの直後に置く。

そして必要なら、更にSIBバイト、変位(オフセット)、即値(イミディエイト)が続く。

このModR/Mバイトの存在により、「reg, reg」「reg, [reg]」「reg, [reg + disp]」など複雑なx86のオペランドを柔軟に指定することを可能としている。

構造

片方はレジスターに固定、もう片方はレジスターまたはメモリーが選択可能で、またレジスターを使う場合はオフセットを追加することができる。

76543210
modregr/m

modは、次のようにr/mの用途を切り替える。

  • mod=00: [レジスター+レジスター]
  • mod=01: [レジスター+disp8]
  • mod=10: [レジスター+disp16/32]
  • mod=11: レジスター

mod=11のみ実効アドレスではなくレジスターを指定し、それ以外はレジスターとレジスターまたはディスプレースメントにより実効アドレスを指定し、そのアドレスのデータを参照する機能になる。

レジスター

レジスターは3ビットで表現されるため、都合8本のレジスターが存在することになる。

レジスター長は、元々の8086では16ビットだったものの、i386以降32ビット化にともない伸びた。但し、ModR/Mの構造変更は現実的に不可能であったため、レジスターの本数は増えなかった。

レジスター数の拡張が図られたのは64ビットされてからで、REXプリフィックスを用いて不足する1ビットを補い、結果として倍の16本のレジスターを扱えるようになった。

変化

アドレッシングの基本的な設計は、CPUが16ビット、32ビット、64ビットと進化しても、大きくは変わっていない。

いかにもCISC的な複雑なアドレッシングが特徴であり、高速化の足枷になると思われるが、それでも互換性などの維持が根底にあるためか、機能の削除などは今日まで行なわれていない。

それどころか、32ビット以降のプロテクトモードでは、16ビット時代では出来なかった殆ど全てのレジスターを使ったレジスター間接のアドレッシングに対応し、またインデックスレジスターの倍率の指定なども可能になるなど、利便性が大幅に向上した。

結果として、16ビットのリアルモードと、32ビット以降のプロテクトモードでは解釈方法が大きく違っており、また64ビット化した際にもRIP相対アドレッシングなどの追加が行なわれた。

16ビット

16ビット、つまり元々の設計では、次のようなアドレッシングになる。

 mod
r/m00011011
000[BX + SI][BX + SI + disp8][BX + SI + disp16]AL/AX
001[BX + DI][BX + DI + disp8][BX + DI + disp16]CL/CX
010[BP + SI][BP + SI + disp8][BP + SI + disp16]DL/DX
011[BP + DI][BP + DI + disp8][BP + DI + disp16]BL/BX
100[SI][SI + disp8][SI + disp16]AH/SP
101[DI][DI + disp8][DI + disp16]CH/BP
110[disp16][BP + disp8][BP + disp16]DH/SI
111[BX][BX + disp8][BX + disp16]BH/DI

32ビット

i386のプロテクトモードでは、次のようなアドレッシングになる。

ほぼ全てのレジスターを使ったレジスター間接アドレッシングに対応するため、16ビットにあったようなアドレッシングについてはSIBバイトを使って表現するようになった。

レジスター単独の場合、汎用レジスターの他に、MMXレジスター、XMMレジスターが指定できるが、ここでは略している。

 mod
r/m00011011
000[EAX][EAX + disp8][EAX + disp32]AL/AX/EAX
001[ECX][ECX + disp8][ECX + disp32]CL/CX/ECX
010[EDX][EDX + disp8][EDX + disp32]DL/DX/EDX
011[EBX][EBX + disp8][EBX + disp32]BL/BX/EBX
100[<SIB>][<SIB> + disp8][<SIB> + disp32]AH/SP/ESP
101[disp32][EBP + disp8][EBP + disp32]CH/BP/EBP
110[ESI][ESI + disp8][ESI + disp32]DH/SI/ESI
111[EDI][EDI + disp8][EDI + disp32]BH/DI/EDI

64ビット

ロングモード(64ビット)は32ビットとほぼ同様だが、RIP相対アドレッシングが追加されている。

64ビットでは、レジスター数が倍となり表現に4ビットを要するため、regフィールドおよびr/mフィールドの各4ビット目はREXプリフィックスのREX.r、REX.bで表現する。

レジスター単独の場合、汎用レジスターの他に、MMXレジスター、XMMレジスターが指定できるが、ここでは略している。

単なる[disp32]は出来なくなった。[disp]からレジスターへのロードはオペコードA1、その逆はA3にあるため、実用上の問題はない。

 mod
rex.br/m00011011
0000[RAX][RAX + disp8][RAX + disp32]AL/RAX
001[RCX][RCX + disp8][RCX + disp32]CL/RCX
010[RDX][RDX + disp8][RDX + disp32]DL/RDX
011[RBX][RBX + disp8][RBX + disp32]BL/RBX
100[<SIB>][<SIB> + disp8][<SIB> + disp32]AH/RSP
101[RIP + disp32][RBP + disp8][RBP+ disp32]CH/RBP
110[RSI][RSI + disp8][RSI + disp32]DH/RSI
111[RDI][RDI + disp8][RDI + disp32]BH/RDI
1000[R8][R8 + disp8][R8 + disp32]R8
001[R9][R9 + disp8][R9+ disp32]R9
010[R10][R10 + disp8][R10 + disp32]R10
011[R11][R11 + disp8][R11 + disp32]R11
100[<SIB>][<SIB> + disp8][<SIB> + disp32]R12
101[RIP + disp32][R13 + disp8][R13+ disp32]R13
110[R14][R14 + disp8][R14 + disp32]R14
111[R15][R15 + disp8][R15 + disp32]R15
用語の所属
x86
関連する用語
オペコード (IA-32)
SIBバイト
REXプリフィックス

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