Intel_X86_CPU系列的寄存器
汇编语言基于x86处理器
汇编语言基于x86处理器
汇编语言是一种低级编程语言，用于与计算机硬件直接交互。
基于x86处理器的汇编语言主要用于编写针对x86架构的计算机程序。
x86处理器是一种广泛使用的处理器架构，包括Intel和AMD 等厂商生产的多个处理器系列。
在x86汇编语言中，程序员使用特定的指令集来操作寄存器、内存和其他硬件设备，实现计算机指令的精确控制和数据处理。
以下是一些基于x86处理器的汇编语言的特点和要点：
寄存器：x86处理器提供了多个通用寄存器，如AX、BX、CX、DX等，以及专用寄存器如指令指针寄存器IP、堆栈指针寄存器SP等。
程序员可以使用这些寄存器来存储数据、进行计算和操作。
指令集：x86汇编语言提供了广泛的指令集，包括数据传输、算术运算、逻辑运算、条件分支、循环控制等。
程序员可以使用这些指令来实现各种操作和算法。
内存访问：x86汇编语言可以直接访问内存，读取和写入数据。
程序员需要了解内存地址和数据类型的操作方式，以正确地操作内存中的数据。
栈操作：x86汇编语言中的栈用于存储局部变量、函数调用和
返回地址等信息。
程序员可以使用栈指针寄存器来管理栈，并使用相关指令进行入栈和出栈操作。
中断处理：x86处理器支持中断和异常处理机制。
程序员可以编写中断处理程序，以响应硬件中断或软件触发的异常情况。
编写基于x86处理器的汇编语言程序需要对x86架构的指令集和寄存器使用有深入的理解，以及对计算机硬件和操作系统的了解。
熟练掌握汇编语言的编写技巧和调试工具对于开发和调优x86汇编语言程序非常重要。
X32,X64,X86是什么意思
目前AMD方面支持64位技术的CPU有Athlon 64系列、Athlon FX系列和Opteron系列。Intel方面支持64位技术的CPU有使用Nocona核心的Xeon系列、使用Prescott 2M核心的Pentium 4 6系列和使用Prescott 2M核心的P4 EE系列。
目前主流CPU使用的64位技术主要有AMD公司的AMD64位技术、Intel公司的EM64T技术、和Intel公司的IA-64技术。其中IA-64是Intel独立开发，不兼容现在的传统的32位计算机，仅用于Itanium（安腾）以及后续产品Itanium 2，一般用户不会涉及到，因此这里仅对AMD64位技术和Intel的EM64T技术做一下简单介绍。
这里的64位技术是相对于32位而言的，这个位数指的是CPU GPRs（General-Purpose Registers，通用寄存器）的数据宽度为64位，64位指令集就是运行64位数据的指令，也就是说处理器一次可以运行64bit数据。64bit处理器并非现在才有的，在高端的RISC（Reduced Instruction Set Computing，精简指令集计算机）很早就有64bit处理器了，比如SUN公司的UltraSparc Ⅲ、IBM公司的POWER5、HP公司的Alpha等。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
AMD64位技术
AMD64的位技术是在原始32位X86指令集的基础上加入了X86-64扩展64位X86指令集，使这款芯片在硬件上兼容原来的32位X86软件，并同时支持X86-64的扩展64位计算，使得这款芯片成为真正的64位X86芯片。这是一个真正的64位的标准，X86-64具有64位的寻址能力。
X86-64新增的几组CPU寄存器将提供更快的执行效率。寄存器是CPU内部用来创建和储存CPU运算结果和其它运算结果的地方。标准的32-bit x86架构包括8个通用寄存器（GPR），AMD在X86-64中又增加了8组（R8-R9），将寄存器的数目提高到了16组。X86-64寄存器默认位64-bit。还增加了8组128-bit XMM寄存器（也叫SSE寄存器，XMM8-XMM15），将能给单指令多数据流技术（SIMD）运算提供更多的空间，这些128位的寄存器将提供在矢量和标量计算模式下进行128位双精度处理，为3D建模、矢量分析和虚拟现实的实现提供了硬件基础。通过提供了更多的寄存器，按照X86-64标准生产的CPU可以更有效的处理数据，可以在一个时钟周期中传输更多的信息。
X86主板架构及硬件系统介绍
X86主板架构及硬件系统介绍一、X86主板架构概述1. 中央处理器（Central Processing Unit，CPU）插槽：用于安装CPU，支持多种类型的X86 CPU，如Intel的Core系列和AMD的Ryzen系列。
2.内存插槽：用于安装系统内存（RAM），支持不同类型和容量的内存模块，如DDR3和DDR43.扩展插槽：用于插入扩展卡，如显卡、声卡、网卡和硬盘控制器等。
4.存储接口：用于连接硬盘驱动器和光盘驱动器，通常包括SATA接口和M.2接口。
5. 输入输出接口：包括USB接口、Ethernet接口、音频接口、视频接口等，用于连接外部设备。
6. BIOS芯片：存储基本输入输出系统（Basic Input/Output System，BIOS）固件，用于启动计算机和管理硬件。
7.电源插槽：用于连接电源供电。
二、X86主板架构的硬件系统1.中央处理器（CPU）：X86主板支持多种类型的X86CPU，包括多核处理器。
CPU是计算机的大脑，负责执行指令和处理数据。
2.内存（RAM）：内存插槽用于安装系统内存模块。
内存是临时存储器，用于存储正在运行的程序和数据。
X86主板支持不同类型和容量的内存模块，如DDR3和DDR43.扩展插槽：X86主板通常有多个扩展插槽，用于插入扩展卡。
扩展卡包括显卡、声卡、网卡、硬盘控制器等，用于提供额外的功能和性能。
4.存储接口：X86主板通常具有多个存储接口，如SATA接口和M.2接口。
SATA接口用于连接硬盘驱动器和光盘驱动器，而M.2接口用于连接高速存储设备，如固态硬盘（SSD）。
5. 输入输出接口：X86主板提供多种输入输出接口，以连接外部设备。
常见的接口包括USB接口、Ethernet接口、音频接口和视频接口。
USB接口用于连接各种外设，如键盘、鼠标、打印机等，而Ethernet接口用于连接局域网或互联网。
6.BIOS芯片：X86主板上有一个存储BIOS固件的BIOS芯片。
x86的控制寄存器CR0,CR1,CR2,CR3
x86的控制寄存器CR0,CR1,CR2,CR3状态和控制寄存器组除了EFLAGS、EIP ，还有四个32位的控制寄存器，它们是CR0，CR1，CR2和CR3。
这⼏个寄存器中保存全局性和任务⽆关的机器状态。
CR0中包含了6个预定义标志，0位是保护允许位PE(Protedted Enable)，⽤于启动保护模式，如果PE位置1，则保护模式启动，如果PE=0，则在实模式下运⾏。
1位是监控协处理位MP(Moniter coprocessor)，它与第3位⼀起决定：当TS=1时操作码WAIT是否产⽣⼀个“协处理器不能使⽤”的出错信号。
第3位是任务转换位(Task Switch)，当⼀个任务转换完成之后，⾃动将它置1。
随着TS=1，就不能使⽤协处理器。
CR0的第2位是模拟协处理器位 EM (Emulate coprocessor)，如果EM=1，则不能使⽤协处理器，如果EM=0，则允许使⽤协处理器。
第4位是微处理器的扩展类型位ET(Processor Extension Type)，其内保存着处理器扩展类型的信息，如果ET=0，则标识系统使⽤的是287协处理器，如果 ET=1，则表⽰系统使⽤的是387浮点协处理器。
CR0的第31位是分页允许位(Paging Enable)，它表⽰芯⽚上的分页部件是否允许⼯作。
CR1是未定义的控制寄存器，供将来的处理器使⽤。
CR2是页故障线性地址寄存器，保存最后⼀次出现页故障的全32位线性地址。
CR3是页⽬录基址寄存器，保存页⽬录表的物理地址，页⽬录表总是放在以4K字节为单位的存储器边界上，因此，它的地址的低12位总为0，不起作⽤，即使写上内容，也不会被理会。
这⼏个寄存器是与分页机制密切相关的，因此，在进程管理及虚拟内存管理中会涉及到这⼏个寄存器，读者要记住CR0、CR2及CR3这三个寄存器的内容控制寄存器（CR0～CR3）⽤于控制和确定处理器的操作模式以及当前执⾏任务的特性，如图4-3所⽰。
X86机的原理构造及技术详解
X86机的原理构造及技术详解X86架构是计算机体系结构的一种，广泛应用于个人电脑和服务器领域。
它包含了一系列的指令集和硬件设计，为计算机的运行提供了基本框架。
下面将详细解析X86机的原理构造及技术。
1.指令集：X86的指令集是其最重要的特征之一、它包括基本的算术运算、逻辑运算、数据传输等指令，并提供了各种操作数的寻址方式。
X86提供了多种寻址方式，例如寄存器寻址、立即数寻址、直接寻址、间接寻址等。
这些指令和寻址方式的组合可以满足各种计算需求。
2.处理器架构：X86处理器架构通常由运算单元、控制单元、寄存器、数据通路、总线等组成。
运算单元负责执行指令中的算术和逻辑运算，控制单元负责指令的解码和控制流程的管理，寄存器用于存储数据和地址，数据通路用于连接各个功能模块，总线用于传输数据和控制信号。
3.寄存器：X86处理器拥有多个寄存器，包括通用寄存器、控制寄存器、段寄存器等。
通用寄存器用于存储一般性数据，控制寄存器用于存储控制信息，段寄存器用于存储段选择子，以实现分段机制。
通用寄存器的个数和位数因处理器型号不同而有所差异。
4.数据通路：X86处理器的数据通路通常包括运算器、存储器和数据寄存器。
运算器用于执行算术和逻辑运算，存储器用于存储指令和数据，数据寄存器用于暂存数据。
数据通路可以根据指令中的操作数和寻址方式进行数据的读取和写入。
5.缓存：X86处理器通常会配置多级缓存，以提高数据访问速度。
缓存分为指令缓存和数据缓存，它们分别用于存储指令和数据，减少访问主存的时间。
缓存的大小和结构会因处理器型号而有所不同，更高级别的缓存一般会更大，但也更贵和更慢。
6.执行流程：X86处理器的执行流程通常包括取指令、解码、执行、访存和写回等阶段。
取指令阶段从存储器中获取指令，解码阶段将指令转换为可执行的微操作序列，执行阶段根据微操作序列执行计算和数据操作，访存阶段读取或写入数据，写回阶段将结果写回到相应的寄存器或存储器。
x86是多少位
x86是多少位x86，亦称为x86架构或x86体系结构，是一种32位和64位微处理器架构。
它是Intel于1978年首次引入的一种基于CISC （Complex Instruction Set Computer，复杂指令集计算机）的处理器架构。
自那时以来，x86架构已经成为市场上最为广泛使用的计算机架构之一。
x86架构的第一个处理器是Intel 8086，它是一款16位处理器。
然而，由于对内存限制的需求以及市场的发展，Intel随后推出了Intel 80286（i286）处理器，后者是一款32位处理器，向后兼容8086指令集。
这是x86架构的第一个32位处理器，为今后的发展奠定了基础。
随着计算机技术的进步和市场需求的推动，x86架构建立了其领导地位。
Intel在后续的产品中引入了更先进的处理器，如80386（i386），80486（i486）和Pentium系列，将x86架构推向新的高度。
这些处理器通过增加处理器位宽度并改进指令集来提高计算能力和效率。
虽然32位x86架构在市场上非常成功，但随着技术的进步，对更高计算能力和内存访问的需求也越来越迫切。
为了应对这一需求，x86架构进一步演变为64位架构。
Intel在2003年推出了第一款x86 64位处理器，称为Intel Itanium。
紧接着，Intel又发布了x86架构的64位版本，称为Intel EM64T。
AMD还引入了自己的64位架构，称为AMD64或x86-64。
这些64位处理器不仅可以兼容运行32位操作系统和应用程序，还可以运行64位操作系统和应用程序，提供更高的内存寻址能力。
x86架构的位数指的是处理器的寻址能力和寄存器的位宽度。
在32位x86架构中，处理器能够寻址32位内存地址，这意味着它最多可以寻址2^32（大约4GB）的内存。
而在64位x86架构中，处理器能够寻址64位内存地址，最多可以寻址2^64（约16EB）的内存，实现了更高的内存寻址能力。
汇编语言的类型
汇编语言的类型汇编语言是一种低级语言，它是由机器指令和汇编指令组成的。
汇编语言是一种直接操作计算机硬件的语言，它可以直接控制计算机的各种硬件资源，如CPU、内存、I/O等。
汇编语言的类型主要有以下几种：1. x86汇编语言x86汇编语言是一种基于Intel x86架构的汇编语言，它是目前最为流行的汇编语言之一。
x86汇编语言可以直接操作CPU的寄存器、内存和I/O端口等硬件资源，它可以实现高效的程序设计和优化。
x86汇编语言的语法比较复杂，需要掌握大量的指令和寄存器，但是它可以实现非常高效的程序设计和优化。
2. ARM汇编语言ARM汇编语言是一种基于ARM架构的汇编语言，它是嵌入式系统和移动设备上最为流行的汇编语言之一。
ARM汇编语言可以直接操作CPU的寄存器、内存和I/O端口等硬件资源，它可以实现高效的程序设计和优化。
ARM汇编语言的语法比较简单，但是需要掌握大量的指令和寄存器。
3. MIPS汇编语言MIPS汇编语言是一种基于MIPS架构的汇编语言，它是嵌入式系统和网络设备上常用的汇编语言之一。
MIPS汇编语言可以直接操作CPU的寄存器、内存和I/O端口等硬件资源，它可以实现高效的程序设计和优化。
MIPS汇编语言的语法比较简单，但是需要掌握大量的指令和寄存器。
4. AVR汇编语言AVR汇编语言是一种基于AVR架构的汇编语言，它是嵌入式系统和单片机上常用的汇编语言之一。
AVR汇编语言可以直接操作CPU 的寄存器、内存和I/O端口等硬件资源，它可以实现高效的程序设计和优化。
AVR汇编语言的语法比较简单，但是需要掌握大量的指令和寄存器。
5. PowerPC汇编语言PowerPC汇编语言是一种基于PowerPC架构的汇编语言，它是IBM和苹果电脑上常用的汇编语言之一。
PowerPC汇编语言可以直接操作CPU的寄存器、内存和I/O端口等硬件资源，它可以实现高效的程序设计和优化。
PowerPC汇编语言的语法比较复杂，需要掌握大量的指令和寄存器，但是它可以实现非常高效的程序设计和优化。
微机原理与接口技术习题参考答案3-13章
习题3.1 什么是总线？总线是如何分类的？答：总线，是一组能为多个功能部件服务的公共信息传送线路，是计算机各部件之间的传送数据、地址和控制信息的公共通路，它能分时地发送与接收各部件的信息。
按照总线系统的层次结构，可以把总线分为片内总线、系统总线、局部总线和外设总线。
3.2 举例说明有哪些常见的系统总线与外设总线。
答：常见的系统总线有：ISA总线、PCI总线、PCI Express总线。
常见的外设总线有：RS-232串行总线、IEEE1394串行总线、USB串行总线。
3.3 ISA总线的主要特点是什么？答：ISA总线的主要特点是：（1）总线支持力强，支持64KB的I/O地址空间、24位存储器地址空间、8/16位数据存取、15级硬件中断、7个DMA通道等。
（2）16位ISA总线是一种多主控（Multi Master）总线，可通过系统总线扩充槽中的MASTER的信号线实现。
除CPU外，DMA控制器、刷新控制器和带处理器的智能接口卡都可以成为ISA总线的主控设备。
（3）支持8种类型的总线周期，分别为8/16位的存储器读周期、8/16位的存储器写周期、8/16位的I/O读周期、8/16位的I/O写周期、中断请求和中断响应周期、DMA周期、存储器刷新周期和总线仲裁周期。
3.4 PCI总线的主要特点是什么？答：PCI总线的特点概述如下：(1) 线性突发传输：PCI支持突发的数据传输模式，满足了新型处理器高速缓冲存储器（Cache）与内存之间的读写速度要求。
线性突发传输能够更有效地运用总线的带宽去传输数据，以减少不必要的寻址操作。
(2) 多总线主控：PCI总线不同于ISA总线，其地址总线和数据总线是分时复用的。
这样减少了接插件的管脚数，便于实现突发数据的传输。
数据传输时，一个PCI设备作为主控设备，而另一个PCI设备作为从设备。
总线上所有时序的产生与控制，都是由主控设备发起的。
(3) 支持总线主控方式和同步总线操作：挂接在PCI总线上的设备有“主控”和“从控”两类。
x86设计手册
x86设计手册x86 (也称为IA-32)是一种广泛使用的计算机指令集架构，许多个人计算机和服务器采用这一架构。
x86架构最早由英特尔公司在20世纪70年代开发，并于1981年首次公开发布。
x86架构的设计手册是一本重要的参考资料，使用简体中文编写的手册主要用于指导开发者理解和编写x86架构的程序。
手册详细介绍了x86架构的核心概念、指令集、寄存器、内存管理等关键内容。
首先，x86架构手册解释了指令集的组成和功能。
指令集是计算机硬件能够理解和执行的操作码，它包含了各种算术、逻辑和控制指令。
手册列出了所有的指令集，并提供每个指令的详细描述，包括操作数的格式、指令的功能以及指令的执行方式和效果。
其次，手册介绍了x86架构中的寄存器。
寄存器是一种小型的高速存储器，用于存储和操作计算机中的数据。
x86架构采用了多种不同类型的寄存器，如通用寄存器、段寄存器和控制寄存器。
手册详细描述了每个寄存器的作用和用法，以及如何在程序中使用这些寄存器来实现各种功能。
此外，x86架构手册还解释了内存管理的相关概念。
内存管理是计算机系统中非常重要的一部分，它涉及到内存的分配、访问和释放。
手册讨论了x86架构中的内存地址空间、内存保护和分段机制，并介绍了如何使用指令来读取和写入内存中的数据。
最后，x86设计手册还包含了大量的参考资料和示例代码，供开发者参考和学习。
这些资料包括x86架构的编程指导、程序调试技巧和性能优化建议等内容。
开发者可以通过研读这些资料，更好地理解和应用x86架构。
总体而言，x86设计手册是一本重要的参考资料，它为开发者提供了详尽的关于x86架构的知识。
无论是研究x86架构的原理，还是进行x86程序的开发和调试，这本手册都能够提供有价值的指导和支持。
随着计算机技术的不断发展，x86架构手册的更新版本也在不断发布，以适应新的硬件和软件环境。
综上所述，x86设计手册是一本重要的计算机技术书籍，对于理解和应用x86架构至关重要。
x86寄存器说明
32位CPU所含有的寄存器有：4个数据寄存器(EAX、EBX、ECX和EDX)2个变址和指针寄存器(ESI和EDI) 2个指针寄存器(ESP和EBP)6个段寄存器(ES、CS、SS、DS、FS和GS)1个指令指针寄存器(EIP) 1个标志寄存器(EFlags)1、数据寄存器数据寄存器主要用来保存操作数和运算结果等信息，从而节省读取操作数所需占用总线和访问存储器的时间。
32位CPU有4个32位的通用寄存器EAX、EBX、ECX和EDX。
对低16位数据的存取，不会影响高16位的数据。
这些低16位寄存器分别命名为：AX、BX、CX和DX，它和先前的CPU中的寄存器相一致。
4个16位寄存器又可分割成8个独立的8位寄存器(AX：AH-AL、BX：BH-BL、CX：CH-CL、DX：DH-DL)，每个寄存器都有自己的名称，可独立存取。
程序员可利用数据寄存器的这种“可分可合”的特性，灵活地处理字/字节的信息。
寄存器AX和AL通常称为累加器(Accumulator)，用累加器进行的操作可能需要更少时间。
累加器可用于乘、除、输入/输出等操作，它们的使用频率很高；寄存器BX称为基地址寄存器(Base Register)。
它可作为存储器指针来使用；寄存器CX称为计数寄存器(Count Register)。
在循环和字符串操作时，要用它来控制循环次数；在位操作中，当移多位时，要用CL来指明移位的位数；寄存器DX称为数据寄存器(Data Register)。
在进行乘、除运算时，它可作为默认的操作数参与运算，也可用于存放I/O的端口地址。
在16位CPU中，AX、BX、CX和DX不能作为基址和变址寄存器来存放存储单元的地址，但在32位CPU中，其32位寄存器EAX、EBX、ECX和EDX不仅可传送数据、暂存数据保存算术逻辑运算结果，而且也可作为指针寄存器，所以，这些32位寄存器更具有通用性。
2、变址寄存器32位CPU有2个32位通用寄存器ESI和EDI。
HDWX86寄存器详解-40页精选文档
寄存器目录[隐藏]寄存器定义寄存器用途数据寄存器寄存器分类英文名称：Register[编辑本段]寄存器定义寄存器是中央处理器内的组成部份。
寄存器是有限存贮容量的高速存贮部件，它们可用来暂存指令、数据和位址。
在中央处理器的控制部件中，包含的寄存器有指令寄存器(IR)和程序计数器(PC)。
在中央处理器的算术及逻辑部件中，包含的寄存器有累加器(ACC)。
寄存器是内存阶层中的最顶端，也是系统获得操作资料的最快速途径。
寄存器通常都是以他们可以保存的位元数量来估量，举例来说，一个“8 位元寄存器”或“32 位元寄存器”。
寄存器现在都以寄存器档案的方式来实作，但是他们也可能使用单独的正反器、高速的核心内存、薄膜内存以及在数种机器上的其他方式来实作出来。
寄存器通常都用来意指由一个指令之输出或输入可以直接索引到的暂存器群组。
更适当的是称他们为“架构寄存器”。
例如，x86 指令及定义八个 32 位元寄存器的集合，但一个实作x86 指令集的 CPU 可以包含比八个更多的寄存器。
寄存器是CPU内部的元件，寄存器拥有非常高的读写速度，所以在寄存器之间的数据传送非常快。
[编辑本段]寄存器用途1.可将寄存器内的数据执行算术及逻辑运算；2.存于寄存器内的地址可用来指向内存的某个位置，即寻址；3.可以用来读写数据到电脑的周边设备。
[编辑本段]数据寄存器8086 有14个16位寄存器，这14个寄存器按其用途可分为(1)通用寄存器、(2)指令指针、(3)标志寄存器和(4)段寄存器等4类。
(1)通用寄存器有8个, 又可以分成2组,一组是数据寄存器(4个),另一组是指针寄存器及变址寄存器(4个).数据寄存器分为:AH&AL＝AX(accumulator)：累加寄存器，常用于运算;在乘除等指令中指定用来存放操作数,另外,所有的I/O指令都使用这一寄存器与外界设备传送数据.BH&BL＝BX(base)：基址寄存器，常用于地址索引；CH&CL＝CX(count)：计数寄存器，常用于计数；常用于保存计算值,如在移位指令,循环(loop)和串处理指令中用作隐含的计数器.DH&DL＝DX(data)：数据寄存器，常用于数据传递。
InterX86系列处理器与ARM处理器对比
InterX86系列处理器与ARM处理器对比摘要：自从1971年Intel诞生了第一个微处理器——4004开始，微处理器得到了飞速的发展，在这短短的四十年的时间里有很多家公司生产过无数种型号的微处理器，但是最终只有Iruer公司和ARM公司生存下来并发展成为世界最主要的两家微处理器生产厂商。
其主要原因在于其产品的优秀性能以及适应时代发展的能力。
本次研讨主要对比两家主要微处理器的性能进行对比。
一、主要型号的对比。
英特尔公司cpu主要型号：8086、8088、80286、80386、80486、Pentimuk 2、3、4 等。
ARM公司cpu主要型号：AMD8080. AMD8088-2-BQA、、AMDK5PR133ABQ. K6、K7、K8 等。
二、cup主频对比：英特尔X86系列主频：ARM公司cpu主频:通过以上对比，可发现英特尔X86系列微处理器相比于ARM公司生产的cpu在主频性能方面存在一定优势，但优势不是非常明显。
三、cpu能耗的对比通过网上查询和资料的搜索可知单位能耗的计算公式为：P dyn = (C L X P trans X V dd 2 X f clock ) + (t sc X V dd X I peak X f clock )其中其中CL指电路总负载电容，P trans指工作电路所占的比例, Vdd指工作电压，f clock指工作频率。
而tsc指PM0S和NM0S 同时打开的时间，在多数情况之下tsc的值较小，因此上述公式的后半段几乎可以忽略不计，因此P dyn 心(C L X P trans X V dd 2 X f clock) o那么经过数据的计算以及查询，我学习到从CL和P trans两个指标上分析，不难发现ARM在C L层面上做得更好，更简练的设计决定了ARM处理器的低功耗。
而在P trans层面上分析，x86更胜一筹，x86处理器在ACPI规范中定义了一系列处理器状态，远比ARM处理器定义的状态复杂。
CPU基本组成及关键技术介绍
CPU基本组成及关键技术介绍CPU 按产品市场可分为 x86 系列和非 x86 系列。
x86 系列 CPU 生产厂商只有 Intel、AMD、VIA 三家公司，x86 系列 CPU 在操作系统一级相互兼容，产品覆盖了 90%以上的桌面计算机市场。
非 x86 系列 CPU 生产厂商有 IBM、Sun、HP、ARM、MIPS、日立、三星、现代、中国科学院计算研究所等企业和单位。
非 x86 系列 CPU 主要用于大型服务器和嵌入式系统，这些产品大多互不兼容，在桌面计算机市场中占有份额极小。
Intel 与 AMD 公司的 CPU 虽然在性能和软件兼容性方面不相上下，但配套的硬件平台并不能相互完全兼容。
例如，它们需要不同的主板进行产品配套。
CPU制造工艺的逐步提升和硬件纠错是工艺步进提升的原因。
通常来说，新步进的CPU超频能力更强，发热也会略低。
如果两颗 CPU 型号相同，但工艺步进不同，从 CPU 超频角度看，CPU 升级步进工艺的同时，一般也会提高 CPU 的超频能力。
大部分 CPU 采用 LGA 或 FC-PGA 封装形式。
FC-PGA 封装是将CPU 核心封装在基板上，这样可以缩短连线，并有利于散热。
LGA 采用无针脚触点封装形式。
CPU 由半导体硅芯片、基板、针脚或无针脚触点、导热材料、金属外壳等部件组成。
（1）外壳（IHS）。
CPU 金属外壳采用镀镍铜板，它的作用是保护 CPU 核心不受外力的损坏。
外壳表面非常平整光滑，这有利于与CPU 散热片的良好接触。
（2）导热材料（TIM）。
在金属外壳内部与复合陶瓷之间，填充了一层导热材料，导热材料一般采用导热膏，它具有良好的绝缘性和极佳的导热性能，它的功能是将 CPU 内核发出的热量传导到金属外壳上。
（3）CPU 核心（die）。
CPU 核心是一个薄薄的硅晶片，尺寸一般为 12mm×12mm×1mm左右。
目前 CPU 核心中有多个内核（2/4/6/8 个），8 内核的 Intel Xeon CPU 集成的晶体管数达到了 24 亿个。
X86架构基础知识介绍
X86架构基础知识介绍X86架构是一种广泛应用于个人计算机和服务器的指令集架构。
它最初由英特尔公司于1978年推出，并成为个人计算机的主要架构之一、随着时间的推移，X86架构不断发展和演进，目前主要由英特尔和AMD等公司推动。
X86架构支持多种数据类型，包括整数、浮点数和向量数据等。
整数操作可处理不同大小的整数，如8位、16位、32位和64位。
浮点数操作支持单精度和双精度浮点数，以及一些高级浮点操作，如开根号和三角函数等。
向量数据操作允许同时处理多个数据，以提高计算效率。
X86架构采用一种被称为寄存器的特殊存储器件来存储和处理数据。
寄存器是内置在处理器中的高速存储器，可暂时存储和操作数据。
X86架构有多个通用寄存器和特殊寄存器，每个寄存器都有特定的用途和功能。
通用寄存器用于常规数据操作，如存储变量和计算中间结果等。
特殊寄存器用于保存程序状态和控制处理器行为。
X86架构还支持存储器层次结构，其中数据可以在不同层次的存储器之间移动。
处理器内部有多级高速缓存存储器，用于暂时存储数据和指令，以提高访问速度。
此外，X86架构还支持外部存储器，如随机存取存储器（RAM）和硬盘驱动器等，用于长期存储和备份数据。
X86架构的软件生态系统非常丰富，有大量的操作系统、开发工具和应用程序可供选择。
常见的操作系统包括Windows、Linux和macOS等，它们都提供对X86架构的良好支持。
开发工具包括编译器、调试器和性能分析工具等，开发者可以使用这些工具来创建和优化X86架构的软件。
应用程序涵盖了各个领域，包括办公软件、娱乐软件和科学计算等。
近年来，X86架构在能效和性能方面取得了很大进步。
先进的制造工艺和设计技术使得处理器能够提供更高的性能，并在较低的功耗下工作。
同时，X86架构还提供了一些高级功能，如虚拟化和安全保护等，以满足不同应用场景的需求。
总之，X86架构是一种广泛应用于个人计算机和服务器的指令集架构，它提供了一组丰富的指令集和寄存器，支持多种数据类型和存储器层次结构。
x86设备的寄存器传递
x86设备的寄存器传递
x86设备的寄存器传递是指在x86架构的计算机中，程序通过寄存器来传递参数和返回值的过程。
x86架构中共有8个通用寄存器，分别为eax、ebx、ecx、edx、esi、edi、ebp和esp。
其中eax、ebx、ecx和edx通常用于传递函数参数和返回值，而esi和edi则通常用于指向数据区的指针。
ebp通常用于指向栈底，esp则用于指向栈顶。
在调用函数时，程序会将参数依次存储到eax、ebx、ecx和edx 中。
如果参数超过了4个，则会将其余的参数存储到栈中。
函数返回时，返回值通常存储在eax中。
如果返回值为一个结构体或一个较大的数据类型，则通常需要使用指向该数据结构的指针来传递返回值。
在使用寄存器传递参数时，需要注意寄存器的用途和值的类型。
例如，eax通常用于传递整型或指针，而xmm0-xmm7则通常用于传递浮点型参数。
同时，需要考虑寄存器的保存和恢复。
在调用函数时，程序需要保存调用者保存的寄存器，以便在函数返回时能够正确恢复它们的值。
总之，x86设备的寄存器传递是一种高效的参数传递方式，但也需要注意其使用方法和注意事项。
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x86中内存管理寄存器(GDTR、LDTR、IDTR和TR)
x86中内存管理寄存器收藏一、内存管理寄存器处理器提供了4个内存管理寄存器（GDTR、LDTR、IDTR和TR），用于指定内存分段管理所用系统表的基地址，如图4-2所示。
处理器为这些寄存器的加载和保存提供了特定的指令。
有关系统表的作用请参见4.2节"保护模式内存管理"中的详细说明。
（点击查看大图）图4-2 内存管理寄存器GDTR、LDTR、IDTR和TR都是段基址寄存器，这些段中含有分段机制的重要信息表。
GDTR、IDTR和LDTR用于寻址存放描述符表的段。
TR用于寻址一个特殊的任务状态段（Task State Segment，TSS）。
TSS中包含着当前执行任务的重要信息。
（1）全局描述符表寄存器GDTRGDTR寄存器中用于存放全局描述符表GDT的32位的线性基地址和16位的表限长值。
基地址指定GDT表中字节0在线性地址空间中的地址，表长度指明GDT表的字节长度值。
指令LGDT和SGDT分别用于加载和保存GDTR寄存器的内容。
在机器刚加电或处理器复位后，基地址被默认地设置为0，而长度值被设置成0xFFFF。
在保护模式初始化过程中必须给GDTR加载一个新值。
（2）中断描述符表寄存器IDTR与GDTR的作用类似，IDTR寄存器用于存放中断描述符表IDT的32位线性基地址和16位表长度值。
指令LIDT和SIDT分别用于加载和保存IDTR寄存器的内容。
在机器刚加电或处理器复位后，基地址被默认地设置为0，而长度值被设置成0xFFFF。
（3）局部描述符表寄存器LDTRLDTR寄存器中用于存放局部描述符表LDT的32位线性基地址、16位段限长和描述符属性值。
指令LLDT和SLDT分别用于加载和保存LDTR寄存器的段描述符部分。
包含LDT表的段必须在GDT表中有一个段描述符项。
当使用LLDT指令把含有LDT表段的选择符加载进LDTR时，LDT段描述符的段基地址、段限长度以及描述符属性会被自动地加载到LDTR中。
CPU处理器架构之争系列（一）：英特尔经典x86架构
CPU处理器架构之争系列（一）：英特尔经典x86架构展开全文在集成电路的发展历程中，有一家公司必须被提及，那就是英特尔。
不论是其创始人诺伊斯发明了可工业化生产硅芯片的平面工艺技术，还是后来在微处理器领域引领全球数十年，英特尔在集成电路领域的成就都是令人敬重的。
Intelx86架构起源1971年英特尔发明了微处理4004，由此开启了微处理器快速发展的浪潮。
1978年，英特尔推出了首款基于x86架构的16位处理器8086 CPU。
当时英特尔与IBM合作，推出基于8086处理器的PC，在市场上获得巨大成功，这也使x86迅速发展成为PC标准平台。
早年采用x86架构的企业其实也有数家，但最后就剩AMD能够与英特尔竞争，这其中关键竞争要素不仅在芯片设计技术上，还在于领先的工艺技术。
x86架构采用CISC架构，需要向前兼容x86架构采用可变指令长度的复杂指令集（Complex Instruciton Set Computer，CISC）架构。
与精简指令集（Reduced Instruciton Set Computer，RISC）相比，CISC执行效率更低。
另外x86架构有一个重要特点就是向前兼容。
每次架构的升级一定程度上帮助英特尔建立了更高的生态壁垒，但同时这也是困扰x86架构速度提升的一个历史包袱。
为了顾全兼容性和高性能，Intel推出的x86的新架构，把x86指令转换成类似RISC的微指令，然后再执行，以此获得和RISC相当的性能，同时仍然能够前向兼容。
英特尔于1985年推出了基于32位的80386 CPU，扩展了x86架构的位数，提升了CPU的性能。
而后在32位处理器向64位处理器转移的过程中，英特尔也想尝试放弃前向兼容，采用新架构，和RISC 的ARM硬拼。
但是失败了，因为已有的软件生态不支持这样的新架构。
与此同时，老对手AMD在继承32位x86架构基础上，率先推出了64位的x86架构处理器。
并于微软操作系统形成良好互动，英特尔只能放弃原来自己的新架构，采用AMD的64位架构进行扩展。
第4章_INTEL80X86系列微处理器习题参考答案
第4章Intel80X86系列微处理器习题解答4.1 8086/8088内部寄存器有哪些？哪些属于通用寄存器？哪些用于存放段地址？标志寄存器的含义是什么？答：8086/8088内部有14个16位的寄存器。
8个通用寄存器AX、BX、CX、DX、SP、BP、SI、DI。
4个16位的段寄存器CS、DS、SS、ES，用于存放段地址。
标志寄存器FLAGS用于存放指令执行结果的特征和CPU 工作方式，其内容通常称为处理器状态字PSW。
4.2 对于8086/8088CPU，确定以下运算的结果与标志位。
（1）5439H+456AH （2）2345H+5219H （3）54E3H-27A0H（4）3881H+3597H （5）5432H-6543H （6）9876H+1234H略。
4.3 8086/8088为什么要对存储器采用分段管理？一个段最多包含多少存储单元？答：8086/8088内部与地址有关的寄存器都是16位的，只能处理16位地址，对内存的直接寻址范围最大只能达64KB。
为了实现对1MB单元的寻址，8086/8088系统采用了存储器分段技术。
一个段最多包含64K 个存储单元。
4.4 8086/8088CPU内部共有多少个段？分别称为什么段？段地址存放在哪些寄存器中？答：8086/8088 CPU内部共有4个段。
分别称为代码段、数据段、堆栈段和附加段。
段地址存放在4个16位的段寄存器，CS代码段寄存器、DS数据段寄存器、SS堆栈段寄存器、ES附加段寄存器中。
4.5 简述物理地址、逻辑地址、段基地址和偏移量的含义及其相互关系。
答：物理地址：信息在存储器中实际存放的地址，它是CPU访问存储器时实际输出的地址。
逻辑地址：编程时所使用的地址，由段基地址和偏移量两部分构成。
段基地址（段地址或段基址）：段的起始地址的高16位。
偏移量（偏移地址）：所访问的存储单元距段的起始地址之间的字节距离。
给定段基地址和偏移量，就可以在存储器中寻址所访问的存储单元。
中央处理器(CPU)制造商
曾经风靡一时的世界第三大CPU生产厂家，现在被VIA与AMD分别收购生产线与技术。
工作原理
基本结构
基本原理
CPU包括运算逻辑部件、寄存器部件和控制部件。CPU从存储器或高速缓冲存储器中取出指令，放入指令寄存 器，并对指令翻译编码。它把指令分解成一系列的微操作，然后发出各种控制命令，执行微操作系列，从而完成 一条指令的执行。
要知道什么是指令集还要从当今的X86架构的CPU说起。司
中央处理器(CPU)制造商Intel是生产CPU的老大哥，它占有大约80%的市场份额，Intel生产的CPU就成了事 实上的x86CPU技术规范和标准。最新的酷睿2成为CPU的首选。
AMD融聚未来
2·AMD公司
除了Intel公司外，最有力的挑战的就是AMD公司。AMD公司专门为计算机、通信和消费电子行业设计和制造 各种创新的微处理器（CPU、GPU、APU、主板芯片组、电视卡芯片等)、闪存和低功率处理器解决方案，AMD致力 为技术用户——从企业、政府机构到个人消费者——提供基于标准的、以客户为中心的解决方案，AMD是目前业 内唯一一个可以提供高性能CPU、高性能独立显卡GPU、主板芯片组三大组件的半导体公司，为了明确其优势， AMD提出3A平台的新标志，在笔记本领域有“AMD VISION”标志的就表示该电脑采用3A构建方案，AMD有超过70% 的收入都来自于国际市场，是一家真正意义上的跨国公司。
主频和实际的运算速度存在一定的关系，但并不是一个简单的线性关系. 所以，CPU的主频与CPU实际的运 算能力是没有直接关系的，主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度。在Intel的处理器产品中，也可以看到这 样的例子：1 GHz Itanium芯片能够表现得差不多跟2.66 GHz至强（Xeon）/Opteron一样快，或是1.5 GHz Itanium 2大约跟4 GHz Xeon/Opteron一样快。CPU的运算速度还要看CPU的流水线、总线等等各方面的性能指 标。
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寄存器分类介绍(8)
调试寄存器
设置标志位 集中在DR7
寄存器分类介绍(9)
调试寄存器 DR0-DR3:保留32位断点的线性地址. DR6
B0—B3:断点状态的监测 BD:调试寄存器访问监测.置位,表明在指令流中,下一条指令将访问其中 的一个调试寄存器 BS:单步执行标志位 BT:任务转换标志位
DR7: L0—L3:局部断点使能标志位 G0--G3: 全局断点使能标志位 LE AND GE:置位,表明处理器可以监测导致数据断点的指令.推荐 置位为1. GD:通用监测使能标志位.表明是否开启调试寄存器保护. LEN0 through LEN3 : 用来表明相应断点地址寄存器内存位置的大 小. R/W0 through R/W3: 相应断点的状态
寄存器分类介绍(4)
控制寄存器(CR0, CR1, CR2, CR3, and CR4)
在这些寄存器中, 设置标志位的主要 集中在CR0与CR4.
寄存器分类介绍(5)
控制寄存器(CR0, CR1, CR2, CR3, and CR4)
CR0 PG:分页有效时,置位为1,清空时为0.与PE一同使用.该指令表明是否 使用页表将线性地址转换成物理地址 CD: cache 缺失设置位 NW:直写无效(直写:高速缓存中的数据始终保持与主存储器中数据匹配 ) AM: 对齐功能屏蔽(与EFLAGS寄存器中 AC标志位一同使用) WP:写保护 NE: 数字错误标志位(与浮点协处理器共同使用) ET: 扩展类型.设置有效位时,支持 ntel 387 DX 数学协处理器指令. TS: 每当任务切换时就设置该位,并且在解释协处理器指令之前测试 该位 EM;该位表明是否需要仿真协处理器的功能 MP:协处理器监视标志位 PE: 保护模式使能,当设置有效位,CPU工作在保护模式.反之,实模式.
在操作系统上用到的寄存器
பைடு நூலகம்
举一些例子:
从实模式到保护模式的转换(CR0) 二级页式内存管理(CR3、CR4) 中断处理(IDT、IDT descriptor) 任务调度(TSS)
寄存器分类介绍(16)
-------内存管理寄存器
任务管理
系统中,一个任务由两部分组成:任务的运行空间和任务状态段 (TSS).任务的运行空间包括一个代码段、一个堆栈段、若干数据 段.TSS指明了任务的运行空间和任务的状态.在多任务系统中,TSS 还提供了连接任务的机制.
Figure . Structure of a Task
置标志位的有效位 看你具体要做什么, 对应的位置置有效的 标志位
Figure : System Flags in the EFLAGS Register
寄存器分类介绍(3)
控制寄存器((CR0, CR1, CR2, CR3, and CR4)
作用:控制寄存器决定处理器的操作模式和当前执行任务的一些特 征 种类:
寄存器分类介绍(15)
----内存管理寄存器
全局段描述符表寄存器(GDTR)
BASE — Segment base address(段基址) DPL — Descriptor privilege level(段描述符特权级) LIMIT — Segment Limit (段限) P — Segment present (段存在位)
CR4:
OSFXSR:置位.表明操作系统支持FXSAVE and FXRSTOR指令 OSXMMEXCPT:置位.表明操作系统支持不可屏蔽的SIMD浮点异常.
寄存器分类介绍(7)
调试寄存器
作用:调试寄存器主要作用是调试应用代码、系统代码、 开发多任务操作系统.来监视代码的运行和处理器的性 能. DR0---DR3:调试地址寄存器 DR4—DR5:保留.还没有定义 DR6: 调试状态寄存器 DR7: 调试控制寄存器
在Intel X86 CPU系列的寻址模式一讲中,实模式下的段寄存器在保 护模式下不是传统意义上的代表地址的概念,而变成了指向段描述 符的一个索引.因此我们看到的六个寄存器都变成了segment selector.
Figure1: segment selector
Figure2: segment registers
15 0 31 0
逻辑地址
选择符
描述符表 段描述符 31 基地址
偏移量
+
22 21 12 11 页表项 页表 页内偏移值 页框 0
线性地址
页目录 页目录表
页目录项 CR3
页表项
物理地址
逻辑地址 线性地址物理地址转换图
寄存器分类介绍(1) -------通用寄存器
AX BX CX DX SP BP SI DI
系统软件开发指南系列
---Intel X86 CPU系列的寄存器
主要内容
学习寄存器知识的意义 32位CPU系统寄存器和数据结构 寄存器分类介绍
通用寄存器 标志寄存器 控制寄存器 调试寄存器 中断和异常管理寄存器 内存管理寄存器
在操作系统上用到的寄存器
学习寄存器知识的意义
中断门和陷阱门都是间接的指向一个过程,该过程将在当 前执行任务上下文中执行.门描述符中的段选择符指向 GDT或当前LDT中的一个可执行段的描述符.门描述符的 偏移字段值指向中断或者异常处理过程的开始处. 中断的执行或者异常处理过程的方式与CALL指令调用过 程相似.只是在堆栈的使用上略有不同(call调用使用的是 CS与IP，还有返回地址；中断需要保存的上下文要多一 些). 中断门和陷阱门的区别在于对中断允许标志位IF的影响 （对于中断门，在转移过程中把IF置为0，使得在处理程序执行期间
GDTR:全局段描述符表寄存器 LDTR: 局部段描述符表寄存器 IDTR: 中断描述符表寄存器,指向中断向量表(前面已讲) Task register: 任务寄存器,指向处理器当前所需当前任务 的信息.
寄存器分类介绍(14)
-------内存管理寄存器
全局段描述符表寄存器(GDTR)
TSS---任务状态段
我们在上图中看到,TSS是一种特殊的数据结构.提 供一种有效的、受保护的多任务机制. TSS可以出落在线性空间的任何位置,和其它段一样, 它是使用段描述符来定义的.访问TSS描述符会导致 任务间的切换.我们可以将描述符的DPL字段设置为 0(最高优先级).只允许可信任的软件执行任务的切 换.TSS的描述符只能放在全局描述符表GDT中.
掌握系统软件设计
汇编嵌入在C语言中的编写 Boot loader的设计(BSP)
理解Intel CPU的发展趋势 深刻理解平台的体系结构 编写更高质量的代码 编译器底层的优化
32位CPU系统级寄存器和数据结构(1)
1 3 4
2
2
3
大家在这张图中,注意寄 存器类别之间的关系.
32位CPU系统级寄存器和数据结构(2)
寄存器分类介绍(20)
---内存管理寄存器
任务寄存器
作用:支持多任务运行 任务描述符
通过指向TSS来确定当前执行的任务.有16位可见部分和 16位不可见部分.可见部分的选择符用于在GDT表中选择 一个TSS描述符.不可见部分来存放描述符中的基地址和 段限长值. 提供对TSS间接、受保护引用的任务门描述符.这种描述 符是在一般段描述符格式的基地址位15:0字段中存放的是 一个TSS描述符的选择符.
寄存器分类介绍(6)
控制寄存器(CR0, CR1, CR2, CR3, and CR4)
CR3:
PCD:控制当前页目录表的缓冲,当设置清空时,缓冲.置位时,缓冲无效.与 CR0中的CD或PG一同使用
PWT:控制cache采取直写还是回写的策略.当设置清空时,回写有效.当置位时,直写有 效. VME:虚地址模式.当清空时,无效. PVI:保护模式虚中断,当清空时,无效 TSD:时间戳允许标志位.当清空时,允许RDTSC指令执行在任务特权级上.当置位时, 只允许工作在特权级0. DE:调试扩展.置位,表明DR4与DR5将产生没有定义的异常 PSE:当置位,使用4M的页面;清空,使用4K的页面 PAE:置位,使用36物理内存的分页机制.清空时,使用32位分页机制 MCE:置位,使用机器检查异常机制. PGE:置位,启动全局页面.当写CR3时,也不会被替换. PCE:置位,表明使RDPMC指令工作在任何保护级别.
CR0: 控制系统的工作模式和处理器的状态 CR1: 保留 CR2 :保留出错的线性地址 CR3:页目录基址的物理地址和PCD和PWT标志位(和CACHE有关) CR4:一些结构的扩展.表明对于特定的处理器和操作系统执行支持.
由实模式转换到保护模式、二级页面映射机制的建立、中断处理等等,会用到这 些寄存器,.
数据寄存器
堆栈指针
指针寄存器
通用寄存器
基址指针 源地址
变址寄存器 如果前面带由大写字母E, 代表32位寄存器
目的地址
寄存器分类介绍(2)
标志寄存器(EFLAGS register) ----only one
作用: 控制任务状态和模式切换、中断处理、指令追踪和访问权限 控制.寄存器中的标志位需要特权指令代码才可以修改(特权指令:运 行在内核态下的代码)
寄存器分类介绍(17)
------内存管理寄存器