So verstehen Sie, was ein Befehlssatz ist

Die Funktionsweise von CPU-Befehlen zu verstehen, klingt vielleicht langweilig, ist aber tatsächlich interessant, wenn man sich mit praktisch allen Low-Level-Funktionen beschäftigt. Das ganze Konzept von Opcodes und Befehlssätzen ist so ähnlich wie das Erlernen der CPU-Sprache. Normalerweise ist es ziemlich einfach: holen, dekodieren, ausführen und wiederholen. Aber manchmal wird es merkwürdig, insbesondere bei sogenannten „illegalen Opcodes“.Diese sind wie die versteckten Tricks im Ärmel der CPU – undokumentierte Befehle, die Dinge tun können, die nicht offiziell unterstützt werden, aber manchmal in Nischenszenarien oder sogar von Old-School-Spieleentwicklern verwendet werden.

Vielleicht ist Ihnen aufgefallen, dass Ihre CPU nicht wie im Handbuch beschrieben reagiert oder dass bestimmte alte Software Fehler ausgibt? Das könnte ein Hinweis darauf sein, dass Ihr System versucht, unzulässige Opcodes zu verwenden oder dass der Befehlssatz nicht genau dem entspricht, was er zunächst zu sein schien. Auf manchen Rechnern können diese unzulässigen Opcodes absichtlich für Leistungssteigerungen oder zum Debuggen eingesetzt werden. Es gibt jedoch keine Garantie dafür, dass sie dauerhaft funktionieren – schließlich müssen CPUs im Laufe ihrer Entwicklung immer sicherer und standardisierter werden.

Wie CPUs mit Anweisungen und illegalen OpCodes umgehen

Was passiert, wenn Ihre CPU Anweisungen abruft?

• Die CPU verwendet einen Programmzähler, um den nächsten Befehl zu verfolgen – das ist wie ein Lesezeichen. Wenn sie eine Anweisung abruft, liest sie den Speicherinhalt und bewegt den Programmzähler dann um die Länge dieser Anweisung vorwärts.
• Diese Anweisung enthält einen Opcode, der im Wesentlichen den Befehlsteil darstellt, und manchmal Operanden – dies können Werte oder Speicheradressen sein.

Dekodieren und Ausführen – so funktioniert es tatsächlich

• Sobald alles abgerufen ist, dekodiert die CPU es – sie trennt den Operationscode von sich selbst und den Operanden, falls vorhanden. Dieser Schritt ist wie das Übersetzen einer Fremdsprache; er ist seltsam, aber unerlässlich.
• Der dekodierte Opcode aktiviert bestimmte Teile der CPU – Pfade und Schaltkreise –, damit die richtige Operation ausgeführt werden kann. Hier können unzulässige Opcodes eingreifen und Dinge tun, die nicht in der Standarddokumentation enthalten sind.

Illegale Opcodes – wozu sie gut sind und warum sie wichtig sind

• Unzulässige Opcodes sind grundsätzlich nicht dokumentierte Befehle, die die CPU ausführen kann. Sie werden häufig zum Debuggen oder von Programmen verwendet, die an ihre Grenzen gehen müssen – etwa bei Old-School-Spielen oder Sicherheitstricks.
• Da sie nicht dokumentiert sind, stellen sie ein gewisses Risiko dar – zukünftige CPU-Updates könnten sie entfernen oder sie könnten sich auf anderer Hardware anders verhalten. Dennoch ist manche Software auf sie angewiesen, insbesondere in Nischen- oder Legacy-Szenarien.
• Auf manchen alten Systemen, wie dem Apple II, wurde viel Wert auf illegale Opcodes gelegt. Als neuere Chips auf den Markt kamen, funktionierten diese Spiele oder Hacks nicht mehr, weil diese Befehle fehlten oder sich anders verhielten.
• Und interessanterweise werden einige illegale Opcodes zwischen Intel- und AMD-CPUs geteilt – das heißt, es handelt sich dabei um eine Art geheime Handshake-Befehle, die die beiden gemeinsam nutzen, von denen aber nicht jeder wissen soll.

Wie Programmiersprachen damit umgehen

Die meisten Apps werden heute in höheren Programmiersprachen wie C#, Java oder Python geschrieben und anschließend kompiliert (oder interpretiert).Der Compiler fungiert dabei als Übersetzer und wandelt den höheren Code in die Rohanweisungen um, die die CPU verarbeiten kann, einschließlich Opcodes. Assemblersprache gibt Entwicklern noch mehr direkte Kontrolle, mit Mnemoniken wie „ NOP-that’s No Operation“, einer praktischen Möglichkeit, die Ausführung aufzufüllen oder zu verzögern, ohne etwas zu tun. Manchmal NOPentpuppen sich diese scheinbar harmlosen Anweisungen als Teil geheimer, illegaler Opcode-Tricks – irgendwie seltsam, aber so entstehen einige echte Low-Level-Hacks.

Zusammenfassung

Befehlssätze bilden letztlich die Kernsprache, die CPUs verstehen, während Opcodes als Vokabular fungieren. Illegale Opcodes sind im Grunde die „Ninja-Moves“ dieser Sprache – undokumentiert, manchmal nützlich, manchmal gefährlich. Sie sind tickende Zeitbomben, da zukünftige Prozessoren sie entfernen oder ändern könnten. Daher ist es nicht gerade narrensicher, sich auf sie zu verlassen. Dennoch wirft das Verständnis all dessen Licht auf die Vorgänge hinter den Kulissen, insbesondere bei Legacy-Systemen oder Hackern, die versuchen, Leistungssteigerungen herauszukitzeln.

Hoffentlich bringt dies etwas Licht in die seltsame Welt der Opcodes und illegalen Anweisungen. Es ist schon faszinierend, wie viel unter der Haube Ihres Computers vor sich geht – und wartet nur darauf, erkundet zu werden, wenn Sie neugierig genug sind.

Zusammenfassung

• CPUs lesen Anweisungen über Opcodes, die ihnen mitteilen, welche Aufgabe sie ausführen sollen.
• Unzulässige Opcodes sind nicht dokumentierte Befehle – manchmal werden sie absichtlich verwendet, manchmal sind es einfach Eigenheiten der Hardware.
• Zukünftige CPUs oder Systemupdates könnten diese illegalen Opcodes obsolet oder instabil machen.

Zusammenfassung

Das Verständnis der Funktionsweise von Anweisungen und illegalen Opcodes erweitert das Verständnis für Hardware-Enthusiasten und alle, die Probleme mit veralteter Software beheben. Sobald man die Funktionsweise dieser zugrunde liegenden Befehle verstanden hat, ist es einfacher zu verstehen, warum sich manche alte Software seltsam verhält oder warum Hackertricks manchmal erfolgreich sind. Es ist eine chaotische, skurrile Welt, aber es macht Spaß, einen Blick hinter die Kulissen zu werfen.