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x64

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:エックスろくよん
外語:x64 英語
品詞:名詞
2004/02/18 作成
2014/10/24 更新

x86の命令セットアーキテクチャーを64ビットに拡張したものの俗称。

16ビットから始まったx86の命令セットアーキテクチャーは、i386から命令セットの大枠は維持したまま32ビット化され「IA-32」になった。

そこで、従来のIA-32の延長線上にある64ビット命令セットも同様に「IA-64」と呼びたいところだが、Intelは64ビット化は非互換の命令セットに移行する計画を立て、これに「IA-64」と命名していた。

結果として「IA-64」は失敗に終わるが、しかしこの理由により「IA-64」という名が使えないことになったため、その代替として使われるようになった語の一つが「x64」である。

由来

AMDやIntel、他にVIAなども、64ビット機能については各メーカーが独自の呼び方をしていた。

従来のIA-32の延長線上にある64ビット命令セットは、AMDAMD64 ISA(旧称x86-64)、IntelIntel 64(旧称EM64T)と呼んでいる。

現状

その源流がAMD64にあることは自明であるが、これにはAMDという企業名が含まれるため、「中立的な呼称」が求められた。

AMDが当初使っていた「x86-64」が使われることもあったが、従来の「x86」と同じ文字数で、かつ似た名称である「x64」がやがて普及するようになった。

MicrosoftOracleなどが使用していることから、半ば業界標準の呼称であるとも言える。

以下は、AMD64 ISA、Intel 64ともに共通する。

拡張点

ロングモード環境では、次のような特徴を有する。

  • 64ビットのフラット仮想アドレッシング
  • 従来の8個のレジスター(EAX/ECX/EDX/EBX/ESP/EBP/ESI/EDI)の64ビット化
  • 新たな8個のレジスター(R8〜R15)の追加
  • 命令ポインターは32ビットから64ビットに拡張
  • 8個の新たなSSEレジスター(XMM8〜XMM15)を追加

追加された命令

REX.Wは、REXプリフィクスのWフィールドが1となるバイト。他のフィールドが0なら48hだが、他のフィールド次第で、48hから4fhまで変化する。

  • movsxd r64,r/m32

    REX.W 63 /r : ダブルワードをクアッドワードに符号拡張して転送する

  • cdqe

    REX.W 98 : EAXを符号拡張してRAXに設定

  • cqo

    REX.W 99 : RAXを符号拡張してRDX:RAXに設定

  • cmpsq

    REX.W A7 : 文字列オペランド比較

  • iretd

    66 CF

  • iretq

    REX.W CF

  • jrcxz

    E3 cb : jcxz(CX)、jecxz(ECX)に対し、64ビットのRCXでの比較

  • lodsq

    REX.W AD : rax = [rsi++]

  • movsq

    REX.W A5

  • popfq

    9D : popfdは66 9D

  • pushfq

    9C : pushfdは66 9C

  • scasq

    REX.W AF

  • stosq

    REX.W AB

  • swapgs

    0F 01 F8

  • syscall

    0F 05

  • sysret

    0F 07

  • cmpxchg16b

    REX.W 0F C7 (CPUID命令のCMPXCHG16Bビットが1の場合のみ)

  • movzx r64,r/m32 (64ビット)

    REX.W 0F B7 /r : ダブルワードをクアッドワードにゼロ拡張して転送する

使用できない命令

  • 10進演算命令(daa、das、aaa、aas、aam、aad)
  • arpl (オペコードはmovsxd命令に使われている)
  • bound
  • call farptr/jmp farptr
  • into
  • lahf/sahf (cpuid命令のLAHF/SAHFビットが1の場合は使用可)
  • lds/les
  • push cs/ds/es/ss、pop ds/es/ss
  • pusha/pushad/popa/popad
  • setalcないしはsalc (非ドキュメント命令、正式ニーモニックは不明)
  • sysenter/sysexit (longモードで使用不可、但しIntel 64は利用可能)
  • 1バイトオペコードのinc/dec (オペコード4xh、REXプリフィックスになるため)
  • オペコード82h (80hの別名)

空きオペコード

64ビットで無効命令となった1バイトオペコードのうち、割り当てが決まっていないものには以下のものがある。

  • 27h DAA
  • 2Fh DAS
  • 37h AAA
  • 3Fh AAS
  • D4h AAM ib
  • D5h AAD ib

将来的に、何らかの拡張に使われると思われる。

オペコード

具体的には、ロングモードでは標準で32ビットレジスター参照となり、従来の32ビット動作と互換性がある。

例えば、次の命令を例とする。

  • 01 C3 ‐ ADD EBX, EAX

16ビットの場合は「66」のプリフィックスを付ける。ここまではIA-32と同様である。

  • 66 01 C3 ‐ ADD BX, AX

64ビット演算の場合は、REXプリフィックスを付けてビット長を制御する。この点がIA-32との違いである。例えば「48」のプリフィックスを付けると、次のようになる。

  • 48 01 C3 ‐ ADD RBX, RAX

この目的のため、1バイト目が40H〜4FHの範囲は、従来のx86命令と互換性がない。

なお、8ビットの場合はIA-32と同様、1バイト目のWフィールドを0にして表現する。

  • 00 C3 ‐ ADD BL, AL

inc/dec命令

REXプリフィックスのため、0x40〜0x4fから始まる旧来のx86命令(inc reg16、dec reg16)はロングモードでは使用できず、これはロングモードでは別の機械語コードを使用する。

  • 8ビット
    • FE /0 : inc r/m8
    • FE /1 : dec r/m8
  • 16ビット
    • 66 FF /0 : inc r/m16
    • 66 FF /1 : dec r/m16
  • 32ビット
    • FF /0 : inc r/m32
    • FF /1 : dec r/m32
  • 64ビット
    • REX.W FF /0 : inc r/m64
    • REX.W FF /1 : dec r/m64

例えば、40のinc eaxは、AMD64 ISAではFF C0になる。この2バイトでの表現は従来のx86から存在したが、冗長となるため従来は使われていなかったものである。

プログラム動作中にロングモードかどうかを確認するには、IA32_EFERレジスターのビット8を参照し(但し特権命令(RING 0)でないと参照できない)、ここが1ならロングモードと判断する。

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