Intel X86 CPU系列的寄存器課件

---IntelX86CPU系列的寄存器系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)指南系列主要內(nèi)容學(xué)習(xí)寄存器知識(shí)的意義32位CPU系統(tǒng)寄存器和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)寄存器分類介紹通用寄存器標(biāo)志寄存器控制寄存器調(diào)試寄存器中斷和異常管理寄存器內(nèi)存管理寄存器在操作系統(tǒng)上用到的寄存器學(xué)習(xí)寄存器知識(shí)的意義掌握系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)匯編嵌入在C語(yǔ)言中的編寫(xiě)B(tài)ootloader的設(shè)計(jì)(BSP)理解IntelCPU的發(fā)展趨勢(shì)深刻理解平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)編寫(xiě)更高質(zhì)量的代碼編譯器底層的優(yōu)化32位CPU系統(tǒng)級(jí)寄存器和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(2)

邏輯地址線性地址物理地址轉(zhuǎn)換圖頁(yè)框選擇符偏移量CR3描述符表15031002231121121段描述符基地址+頁(yè)目錄頁(yè)表項(xiàng)頁(yè)內(nèi)偏移值頁(yè)目錄表頁(yè)表頁(yè)目錄項(xiàng)頁(yè)表項(xiàng)物理地址邏輯地址線性地址寄存器分類介紹(1)

-------通用寄存器AXBXCXDXSPBPSIDI堆棧指針源地址基址指針目的地址指針寄存器變址寄存器數(shù)據(jù)寄存器通用寄存器如果前面帶由大寫(xiě)字母E,代表32位寄存器寄存器分類介紹(2)標(biāo)志寄存器(EFLAGSregister)----onlyone作用:控制任務(wù)狀態(tài)和模式切換、中斷處理、指令追蹤和訪問(wèn)權(quán)限控制.寄存器中的標(biāo)志位需要特權(quán)指令代碼才可以修改(特權(quán)指令:運(yùn)行在內(nèi)核態(tài)下的代碼)Figure:SystemFlagsintheEFLAGSRegister置標(biāo)志位的有效位看你具體要做什么,對(duì)應(yīng)的位置置有效的標(biāo)志位寄存器分類介紹(4)控制寄存器(CR0,CR1,CR2,CR3,andCR4)在這些寄存器中,設(shè)置標(biāo)志位的主要集中在CR0與CR4.寄存器分類介紹(5)控制寄存器(CR0,CR1,CR2,CR3,andCR4)CR0PG:分頁(yè)有效時(shí),置位為1,清空時(shí)為0.與PE一同使用.該指令表明是否使用頁(yè)表將線性地址轉(zhuǎn)換成物理地址CD:cache缺失設(shè)置位NW:直寫(xiě)無(wú)效(直寫(xiě):高速緩存中的數(shù)據(jù)始終保持與主存儲(chǔ)器中數(shù)據(jù)匹配

)AM:對(duì)齊功能屏蔽(與EFLAGS寄存器中AC標(biāo)志位一同使用)WP:寫(xiě)保護(hù)NE:數(shù)字錯(cuò)誤標(biāo)志位(與浮點(diǎn)協(xié)處理器共同使用)ET:擴(kuò)展類型.設(shè)置有效位時(shí),支持ntel387DX數(shù)學(xué)協(xié)處理器指令.TS:每當(dāng)任務(wù)切換時(shí)就設(shè)置該位,并且在解釋協(xié)處理器指令之前測(cè)試該位EM;該位表明是否需要仿真協(xié)處理器的功能MP:協(xié)處理器監(jiān)視標(biāo)志位PE:保護(hù)模式使能,當(dāng)設(shè)置有效位,CPU工作在保護(hù)模式.反之,實(shí)模式.寄存器分類介紹(6)控制寄存器(CR0,CR1,CR2,CR3,andCR4)CR3:PCD:控制當(dāng)前頁(yè)目錄表的緩沖,當(dāng)設(shè)置清空時(shí),緩沖.置位時(shí),緩沖無(wú)效.與CR0中的CD或PG一同使用PWT:控制cache采取直寫(xiě)還是回寫(xiě)的策略.當(dāng)設(shè)置清空時(shí),回寫(xiě)有效.當(dāng)置位時(shí),直寫(xiě)有效.CR4:VME:虛地址模式.當(dāng)清空時(shí),無(wú)效.PVI:保護(hù)模式虛中斷,當(dāng)清空時(shí),無(wú)效TSD:時(shí)間戳允許標(biāo)志位.當(dāng)清空時(shí),允許RDTSC指令執(zhí)行在任務(wù)特權(quán)級(jí)上.當(dāng)置位時(shí),只允許工作在特權(quán)級(jí)0.DE:調(diào)試擴(kuò)展.置位,表明DR4與DR5將產(chǎn)生沒(méi)有定義的異常PSE:當(dāng)置位,使用4M的頁(yè)面;清空,使用4K的頁(yè)面PAE:置位,使用36物理內(nèi)存的分頁(yè)機(jī)制.清空時(shí),使用32位分頁(yè)機(jī)制MCE:置位,使用機(jī)器檢查異常機(jī)制.PGE:置位,啟動(dòng)全局頁(yè)面.當(dāng)寫(xiě)CR3時(shí),也不會(huì)被替換.PCE:置位,表明使RDPMC指令工作在任何保護(hù)級(jí)別.OSFXSR:置位.表明操作系統(tǒng)支持FXSAVEandFXRSTOR指令OSXMMEXCPT:置位.表明操作系統(tǒng)支持不可屏蔽的SIMD浮點(diǎn)異常.寄存器分類介紹(8)調(diào)試寄存器設(shè)置標(biāo)志位集中在DR7寄存器分類介紹(9)調(diào)試寄存器DR0-DR3:保留32位斷點(diǎn)的線性地址.DR6B0—B3:斷點(diǎn)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)BD:調(diào)試寄存器訪問(wèn)監(jiān)測(cè).置位,表明在指令流中,下一條指令將訪問(wèn)其中的一個(gè)調(diào)試寄存器BS:單步執(zhí)行標(biāo)志位BT:任務(wù)轉(zhuǎn)換標(biāo)志位DR7:L0—L3:局部斷點(diǎn)使能標(biāo)志位G0--G3:全局?jǐn)帱c(diǎn)使能標(biāo)志位LEANDGE:置位,表明處理器可以監(jiān)測(cè)導(dǎo)致數(shù)據(jù)斷點(diǎn)的指令.推薦置位為1.GD:通用監(jiān)測(cè)使能標(biāo)志位.表明是否開(kāi)啟調(diào)試寄存器保護(hù).LEN0throughLEN3:用來(lái)表明相應(yīng)斷點(diǎn)地址寄存器內(nèi)存位置的大小.R/W0throughR/W3:相應(yīng)斷點(diǎn)的狀態(tài)寄存器分類介紹(10)

---中斷和異常管理寄存器中斷描述符表(IDT)中斷描述符和每一個(gè)中斷和異常向量的門(mén)描述符有關(guān).而門(mén)描述符就是每一個(gè)中斷或異常處理程序的入口地址.Figure:RelationshipoftheIDTRandIDT寄存器分類介紹(12)

---中斷和異常管理寄存器IDTDESCRIPTORS任務(wù)門(mén)描述符中斷們描述符陷阱門(mén)描述符寄存器分類介紹(13)

---內(nèi)存管理寄存器GDTR:全局段描述符表寄存器LDTR:局部段描述符表寄存器IDTR:中斷描述符表寄存器,指向中斷向量表(前面已講)Taskregister:任務(wù)寄存器,指向處理器當(dāng)前所需當(dāng)前任務(wù)的信息.全局段描述符表寄存器(GDTR)在IntelX86CPU系列的尋址模式一講中,實(shí)模式下的段寄存器在保護(hù)模式下不是傳統(tǒng)意義上的代表地址的概念,而變成了指向段描述符的一個(gè)索引.因此我們看到的六個(gè)寄存器都變成了segmentselector.寄存器分類介紹(14)

-------內(nèi)存管理寄存器Figure1:segmentselectorFigure2:

segmentregisters寄存器分類介紹(16)

-------內(nèi)存管理寄存器任務(wù)管理系統(tǒng)中,一個(gè)任務(wù)由兩部分組成:任務(wù)的運(yùn)行空間和任務(wù)狀態(tài)段(TSS).任務(wù)的運(yùn)行空間包括一個(gè)代碼段、一個(gè)堆棧段、若干數(shù)據(jù)段.TSS指明了任務(wù)的運(yùn)行空間和任務(wù)的狀態(tài).在多任務(wù)系統(tǒng)中,TSS還提供了連接任務(wù)的機(jī)制.Figure.StructureofaTask寄存器分類介紹(17)

------內(nèi)存管理寄存器TSS---任務(wù)狀態(tài)段TaskState段寄存器:指明了當(dāng)前任務(wù)運(yùn)行空間(CS,DS,SS,ES,FS,andGS).通用寄存器的狀態(tài)EFLAGS寄存器的狀態(tài)、EIP寄存器的狀態(tài)、CR3寄存器的狀態(tài)、任務(wù)寄存器的狀態(tài)、LDTR寄存器的狀態(tài).I/O映射基地址和I/O地址、指向特權(quán)0,1,and2的堆棧的堆棧指針、指向先前的運(yùn)行任務(wù).Figure1:32-BitTask-StateSegment(TSS)這是一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),一個(gè)任務(wù)的所有信息存儲(chǔ)在這各字段內(nèi).這些字段分為兩類:第一:處理器只讀其中信息的靜態(tài)字段集;第二:每次任務(wù)切換時(shí),處理器將會(huì)更新的動(dòng)態(tài)字段集.寄存器分類介紹(20)

---內(nèi)存管理寄存器任務(wù)寄存器作用:支持多任務(wù)運(yùn)行任務(wù)描述符通過(guò)指向TSS來(lái)確定當(dāng)前執(zhí)行的任務(wù).有16位可見(jiàn)部分和16位不可見(jiàn)部分.可見(jiàn)部分的選擇符用于在GDT表中選擇一個(gè)TSS描述符.不可見(jiàn)部分來(lái)存放描述