Kun x86-assembly-koodi käännetään konekieleksi ja prosessori suorittaa sitä, tapahtuu monimutkainen sarja toimintoja, jotka yhdessä mahdollistavat ohjelmien ajon. Tässä prosessissa yhdistyvät ohjelmakoodin fyysinen suoritus, muistinhallinta ja datan käsittely eri tasoilla. Käydään läpi, mitä tämä prosessi käytännössä tarkoittaa ja miten se etenee.

Suoritus alkaa, kun prosessorin ohjelmalaskuri (PC) osoittaa ensimmäiseen suoritettavaan käskyyn ohjelman muistialueella. Prosessori hakee tämän käskyn muistista, lataa sen sisäiseen välimuistiin valmistautuakseen dekoodausvaiheeseen. Ohjelmalaskuri päivittyy automaattisesti osoittamaan seuraavaan käskyyn valmistellen sen hakuun seuraavassa vaiheessa.

Haettu käsky siirretään ohjausyksikköön, joka dekoodaa sen. Tässä vaiheessa prosessori selvittää, mitä käsky käytännössä pyytää suorittimen tekemään. Dekoodaus paljastaa käskyn tyypin (esim., aritmeettinen operaatio, datan siirto, ohjausrakenne) ja määrittää, mitkä rekisterit tai muistiosoitteet ovat mukana toiminnossa.

Kun käsky on dekoodattu, prosessori suorittaa sen. Tämä voi sisältää laskutoimituksia, datan siirtoa rekisterien välillä tai muistista prosessoriin (ja päinvastoin), tai järjestelmäkutsujen suorittamista. Jos käsky esimerkiksi pyytää laskutoimitusta, ALU (Arithmetic Logic Unit) ottaa vastuun ja suorittaa vaaditun operaation. Jos käsky vaatii datan siirtoa, prosessori kopioi dataa rekisterien ja muistin välillä.

Nykyiset x86-prosessorit käyttävät tehokkaasti välimuistia (cache) vähentääkseen viivettä muistin hakuoperaatioissa. Kun käsky tai data haetaan ensimmäisen kerran, se tallennetaan välimuistiin nopeampaa pääsyä varten. Tämä nopeuttaa merkittävästi suoritusta, koska välimuisti on paljon nopeampi kuin päämuisti.

Muistinhallinta on keskeinen osa käskyn suoritusta, ja x86-arkkitehtuurissa käytetään osoitin- ja indeksirekistereitä datan sijainnin määrittämiseen muistissa. Segmenttirekisterit auttavat hallitsemaan muistin eri osia ja suojaamaan muistialueita.

Kun yksi käsky on suoritettu, prosessori siirtyy automaattisesti seuraavaan ohjelmalaskurin osoittamaan käskyyn, ja prosessi toistuu - käskyt haetaan, dekoodataan, suoritetaan ja niiden tulokset tallennetaan, kunnes ohjelma on kokonaan suoritettu.

Assembly-koodin suorittaminen x86-prosessorilla on tarkkaan orkestroitu prosessi, joka sisältää käskyjen hakemisen, dekoodauksen, suorituksen ja datan hallinnan. Tämä prosessi mahdollistaa ohjelmien suorittamisen prosessorin ymmärtämällä matalan tason konekielellä, mikä on perusta kaikelle tietokoneella suoritettavalle toiminnalle.

## Miten prosessori suorittaa koodia

Kun x86-assembly-koodi on käännetty konekieleksi, prosessori suorittaa sen vaihe vaiheelta: **hae, dekoodaa, suorita**, kunnes ohjelma päättyy.
![Prosessorin hae → dekoodaa → suorita -sykli, cache + muistihierarkia.](sanity:image-53a477bf5d75075a412c1362a4f4bb90c978f157-1536x1024-png)
### Käskyjen hakeminen

Suoritus alkaa siitä, että prosessorin ohjelmalaskuri (program counter) osoittaa seuraavaan suoritettavaan käskyyn ohjelman muistialueella. Prosessori hakee käskyn muistista ja lataa sen sisäiseen välimuistiin dekoodausta varten. Ohjelmalaskuri päivittyy osoittamaan seuraavaan käskyyn.

### Käskyjen dekoodaus

Haettu käsky siirretään ohjausyksikköön, joka dekoodaa sen eli selvittää, mitä käsky pyytää suoritinta tekemään. Dekoodaus paljastaa käskyn tyypin (aritmeettinen operaatio, datan siirto, ohjausrakenne, ...) ja sen, mitkä rekisterit tai muistiosoitteet ovat mukana.

### Suoritus

Dekoodattu käsky suoritetaan. Tämä voi olla laskutoimitus, datan siirtoa rekisterien välillä, datan lukua tai kirjoitusta muistiin, tai järjestelmäkutsu (syscall). Laskutoimituksissa työn tekee ALU (Arithmetic Logic Unit); datan siirroissa prosessori kopioi arvoja rekisterien ja muistin välillä. Tulos tallennetaan rekisteriin tai muistiin.

---

## Välimuistin käyttö

Nykyiset x86-prosessorit käyttävät välimuistia (cache) vähentääkseen muistihakujen viivettä. Kun käsky tai data haetaan ensimmäisen kerran, se jää välimuistiin nopeampaa uudelleenkäyttöä varten: välimuisti on huomattavasti nopeampi kuin keskusmuisti.

### Osoitinrekisterit ja muistinhallinta

Muistinhallinta on keskeinen osa suoritusta. x86-arkkitehtuurissa osoitin- ja indeksirekisterit määrittävät datan sijainnin muistissa, ja segmenttirekisterit jakavat muistin osiin (koodi, data, pino) ja suojaavat näitä alueita toisiltaan.

---

## Prosessin toisto

Kun yksi käsky on suoritettu, prosessori siirtyy ohjelmalaskurin osoittamaan seuraavaan käskyyn, ja sykli alkaa alusta: hae, dekoodaa, suorita, kunnes ohjelma on kokonaan suoritettu.

---

## Yhteenveto

- Käsky kulkee aina saman syklin läpi: **hae → dekoodaa → suorita**.
- Ohjelmalaskuri (`EIP`) osoittaa seuraavaan käskyyn ja päivittyy syklin lopussa.
- ALU tekee laskutoimitukset; välimuistihaku on huomattavasti nopeampi kuin RAM-haku.
- Hae → dekoodaa → suorita -sykli on perusta kaikelle, mitä prosessori tekee.


Prosessorin toiminta

Opi x86-assemblyn perusteet selainpohjaisella emulaattorilla: konekielestä rekistereihin, hypyistä ja silmukoista funktioihin ja kutsupinoon. Pohjatyö reverse engineeringiä ja exploit-kehitystä varten.

Tällä kurssilla pureudutaan x86-arkkitehtuurin assemblyyn: kieleen, joka istuu suoraan konekielen päällä ja ohjaa prosessoria käsky kerrallaan. Lähdemme aivan perusteista: mitä konekieli edes on, miten prosessori sitä suorittaa, miltä numerot näyttävät bittitasolla ja miten data on tallennettu muistiin.

Hands-on-osiossa pääset kokeilemaan oppimaasi selaimessa toimivalla emulaattorilla. Kirjoitat ohjelmia, jotka liikuttavat dataa rekistereiden ja muistin välillä, vertailevat lukuja, hyppivät koodissa ehtojen mukaan, toistavat silmukoita ja lopulta kutsuvat omia funktioita kutsupinon kautta. Kaikki vaiheittain ja debuggerin keinoin tarkasteltavissa.

Tämä kurssi on tarkoitettu pohjaksi reverse engineering- ja exploit-kehityskursseille. Kun ymmärrät, miltä binäärit näyttävät prosessorille, decompiloidut funktiot ja stack-pohjaiset haavoittuvuudet alkavat avautua aivan eri tavalla.

Mitä on x86 assembly?

Numerojärjestelmät

Datatyypit ja negatiiviset numerot

Endianness

Intro

Rekisterit ja niiden käyttö

Ehtolauseet ja hypyt

Aritmetiikka

Bittioperaatiot

Kertolasku ja jakolasku

Loopit

Muisti ja .data-segmentti

Prosessorin toiminta

Miten prosessori suorittaa koodia

Käskyjen hakeminen

Käskyjen dekoodaus

Suoritus

Hakkeroinnin oppiminen alkaa tästä