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。

目次 概要 呼称 由来 現状 特徴 拡張点 追加された命令 使用できない命令 空きオペコード 補足 オペコード inc/dec命令

概要

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。

呼称

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、AMDはAMD64 ISA(旧称x86-64)、IntelはIntel 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。

MicrosoftやOracle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。

特徴

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。

補足

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。

リンク

用語の所属
64
関連する用語
x86
REXプリフィックス
VEXプリフィックス
IA-32
ロングモード
レガシーモード
AMD64 ISA
Intel 64

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