32位x86处理器架构

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本节重点讲解了 32 位 x86 处理器的基本架构特点。这些处理器包括了 Intel IA-32 系列中的成员和所有 32 位 AMD 处理器。

操作模式

x86 处理器有三个主要的操作模式:保护模式、实地址模式和系统管理模式;以及一个子模式:虚拟 8086 (virtual-8086) 模式,这是保护模式的特殊情况。以下是对这些模式的简介:

1) 保护模式 (Protected Mode)

保护模式是处理器的原生状态,在这种模式下,所有的指令和特性都是可用的。分配给程序的独立内存区域被称为段,而处理器会阻止程序使用自身段范围之外的内存。

2) 虚拟 8086 模式 (Virtual-8086 Mode)

保护模式下,处理器可以在一个安全环境中,直接执行实地址模式软件,如 MS-DOS 程序。换句话说,如果一个程序崩溃了或是试图向系统内存区域写数据,都不会影响到同一时间内执行的其他程序。现代操作系统可以同时执行多个独立的虚拟 8086 会话。

3) 实地址模式 (Real-Address Mode)

实地址模式实现的是早期 Intel 处理器的编程环境,但是增加了一些其他的特性,如切换到其他模式的功能。当程序需要直接访问系统内存和硬件设备时,这种模式就很有用。

4) 系统管理模式 (System Management Mode)

系统管理模式 (SMM) 向操作系统提供了实现诸如电源管理和系统安全等功能的机制。这些功能通常是由计算机制造商实现的,他们为了一个特定的系统设置而定制处理器。

基本执行环境

1) 地址空间

在 32 位保护模式下,一个任务或程序最大可以寻址 4GB 的线性地址空间。从 P6 处理器开始,一种被称为扩展物理寻址 (extended physical addressing) 的技术使得可以被寻址的物理内存空间增加到 64GB。

与之相反,实地址模式程序只能寻址 1MB 空间。如果处理器在保护模式下运行多个虚拟 8086 程序,则每个程序只能拥有自己的 1MB 内存空间。

2) 基本程序执行寄存器

寄存器是直接位于 CPU 内的高速存储位置,其设计访问速度远高于传统存储器。例如,当一个循环处理为了速度进行优化时,其循环计数会保留在寄存器中而不是变量中。

下图展示的是基本程序执行寄存器(basic program execution registers)。8 个通用寄存器,6 个段寄存器,一个处理器状态标志寄存器(EFLAGS),和一 个指令指针寄存器(EIP)。

基本程序执行寄存器

本文标题:32位x86处理器架构

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