《微型計(jì)算機(jī)技術(shù)》第13章 32位微處理器的軟件特點(diǎn)

2023/1/301微型計(jì)算機(jī)技術(shù)WeixinɡJisuɑnjiJishu

（第3版）

2023/1/302

第13章

32位微處理器的

軟件特點(diǎn)2023/1/30332位微處理器的軟件特點(diǎn)

13.1

32位微處理器的存儲(chǔ)器管理

13.1.1

80386的工作方式

13.1.2保護(hù)方式下的存儲(chǔ)管理

13.2

32位指令的尋址方式的特點(diǎn)

13.2.1數(shù)據(jù)的尋址方式

13.2.2轉(zhuǎn)移地址的尋址方式

13.3保護(hù)方式下的尋址方式

13.3.1描述子和選擇子

13.3.2保護(hù)方式下的存儲(chǔ)器尋址過程簡(jiǎn)介

13.3.3保護(hù)方式下的存儲(chǔ)器尋址過程舉例2023/1/30432位微處理器的軟件特點(diǎn)13.4

32位微處理器指令系統(tǒng)簡(jiǎn)介

13.4.1實(shí)方式下的32位微處理器指令系統(tǒng)

13.4.2３２位微處理器擴(kuò)充指令

13.4.3高級(jí)指令和保護(hù)控制指令

13.4.4

80386新增加的指令

13.4.5

80486新增加的指令

13.4.6

Pentium處理器新增加的指令2023/1/30513.1

32位微處理器的存儲(chǔ)器管理

13.1.1

80386的工作方式

13.1.2保護(hù)方式下的存儲(chǔ)管理2023/1/30613.1.1８０３８６的工作方式８０３８６有３種工作方式———

實(shí)方式保護(hù)方式虛擬８０８６方式2023/1/3071.實(shí)方式又稱實(shí)地址方式。系統(tǒng)啟動(dòng)后，自動(dòng)進(jìn)入實(shí)方式，采用類似８０８６的體系結(jié)構(gòu)。８０３８６在實(shí)方式下的工作原理和８０８６的相同，主要差別是８０３８６可以處理３２位的數(shù)據(jù)，如進(jìn)行３２位的寄存器運(yùn)算以及偏移地址在６４KB以內(nèi)的３２位的數(shù)據(jù)傳送。另外，在實(shí)方式下８０３８６新增加的兩個(gè)段寄存器FS和GS是可用的。實(shí)方式是８０３８６在復(fù)位后立即出現(xiàn)的工作方式，即使是想讓系統(tǒng)運(yùn)行在保護(hù)方式，啟動(dòng)程序（系統(tǒng)初始化或引導(dǎo)）也需要在實(shí)方式中運(yùn)行，以便初始化保護(hù)方式。2023/1/308實(shí)方式的主要特點(diǎn)①尋址方式、存儲(chǔ)器管理、中斷處理同８０８６。②操作數(shù)默認(rèn)為１６位，允許訪問３２位寄存器。③不使用虛擬存儲(chǔ)器，最大地址范圍仍為１MB，只采用分段部件，每段最大為６４KB。④存儲(chǔ)器中保留２個(gè)固定的區(qū)域———

初始化程序區(qū)FFFFFH～FFFF０H和中斷向量表０００３FFH～０００００H。⑤８０３８６指令集中的絕大多數(shù)指令可以運(yùn)行。2023/1/3092.保護(hù)方式又稱虛方式或虛地址方式?！氨Ｗo(hù)”是指在執(zhí)行多任務(wù)操作時(shí)，對(duì)不同任務(wù)使用的虛擬存儲(chǔ)器空間進(jìn)行完全的隔離，以保證每個(gè)任務(wù)順利地執(zhí)行。系統(tǒng)啟動(dòng)后先進(jìn)入實(shí)方式，在CR０的PE位為1時(shí)，完成系統(tǒng)初始化后，立即轉(zhuǎn)入保護(hù)方式。這種方式提供了多任務(wù)環(huán)境下的各種復(fù)雜功能以及對(duì)復(fù)雜存儲(chǔ)器組織的管理機(jī)制。這是８０３８６最常用的方式，只有在此方式下，８０３８６才能發(fā)揮其固有的強(qiáng)大功能。2023/1/3010保護(hù)方式８０３８６在保護(hù)方式下可以訪問４GB的物理存儲(chǔ)空間，段的長(zhǎng)度在啟動(dòng)頁功能時(shí)是４GB，不啟動(dòng)頁功能時(shí)是１MB。頁功能是可選的。在這種方式下，可以引入虛擬存儲(chǔ)器的概念，以擴(kuò)充軟件占用的存儲(chǔ)空間。保護(hù)方式是支持多任務(wù)的方式，提供了一系列的保護(hù)機(jī)制———

任務(wù)地址空間的分離、０～３共４個(gè)特權(quán)級(jí)、有特權(quán)指令、段和頁的訪問權(quán)限（如只讀、只執(zhí)行）和段限檢查。2023/1/3011保護(hù)方式的主要特點(diǎn)①采用虛擬地址空間、線性地址空間和物理地址空間來描述存儲(chǔ)器；通過描述子、選擇子的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)存的訪問。②強(qiáng)大的尋址空間。每個(gè)任務(wù)的最大虛擬地址空間可達(dá)６４TB。③使用４級(jí)保護(hù)功能，可實(shí)現(xiàn)程序與程序、用戶與用戶、用戶與OS之間的隔離和保護(hù)，為多任務(wù)OS提供優(yōu)化支持。④既可進(jìn)行１６位運(yùn)算，又可進(jìn)行３２位運(yùn)算，只要在保護(hù)方式，就能啟動(dòng)其分頁單元，以支持虛擬內(nèi)存。2023/1/30123.虛擬８０８６方式虛擬８０８６方式（又稱V８６方式）是既有保護(hù)功能又能執(zhí)行８０８６代碼的工作方式，是一種動(dòng)態(tài)方式。在這種方式中，８０３８６能夠迅速、反復(fù)地進(jìn)行虛擬８０８６方式和保護(hù)方式之間的切換，即從保護(hù)方式進(jìn)入虛擬８０８６方式執(zhí)行８０８６程序，然后離開虛擬８０８６方式，進(jìn)入保護(hù)方式繼續(xù)執(zhí)行固有的８０３８６程序。2023/1/3013虛擬８０８６方式“虛擬８０８６”是指一個(gè)多任務(wù)的環(huán)境，即模擬多個(gè)８０８６的工作方式，在此方式下，８０３８６被模擬成多個(gè)８０８６處理器并行工作。虛擬８０８６方式允許８０３８６將內(nèi)存劃分成若干部分，每一個(gè)部分由OS分配給不同的應(yīng)用程序，而應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)以及內(nèi)存管理程序等部分則存放在所分配的內(nèi)存中。因此OS可根據(jù)“時(shí)間上的平均分配”或“優(yōu)先級(jí)”，分配每個(gè)應(yīng)用程序的執(zhí)行時(shí)間。2023/1/3014虛擬８０８６方式的主要特點(diǎn)①可執(zhí)行原來采用８０８６書寫的應(yīng)用程序。②段寄存器的用法同實(shí)方式。③可采用分頁方式，將內(nèi)存以４KB為單位進(jìn)行劃分，４KB為一“頁”，比分段劃分要細(xì)，從而可以處理較小的應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)段。④應(yīng)用程序在最低特權(quán)的３段上運(yùn)行，８０３８６指令系統(tǒng)中的特權(quán)指令不能使用。2023/1/3015虛擬８０８６方式虛擬８０８６方式下線性地址是２０位，即１MB空間。但由于線性地址可以通過頁表映射到任何３２位物理地址，所以應(yīng)用程序可在８０３８６現(xiàn)有實(shí)際內(nèi)存的任何地方執(zhí)行。在８０３８６多任務(wù)系統(tǒng)中，可以使其中一個(gè)或幾個(gè)任務(wù)使用虛擬８０８６方式，此時(shí)，一個(gè)任務(wù)所用的全部頁面可以定位于某個(gè)物理地址空間，另一個(gè)任務(wù)的頁面可以定位于其他區(qū)域，即每個(gè)虛擬８０８６方式下的任務(wù)可以轉(zhuǎn)換到物理存儲(chǔ)器的不同位置，這樣把存儲(chǔ)器虛擬化了，故稱為虛擬８０８６方式。2023/1/30164.實(shí)方式與虛擬８０８６方式的主要區(qū)別這是兩種類似８０８６的工作方式。①實(shí)方式的內(nèi)存管理只采用分段，虛擬８０８６方式既采用分段又采用分頁。②實(shí)方式的最大尋址空間為１MB。虛擬８０８６方式每個(gè)任務(wù)可在整個(gè)內(nèi)存空間尋址，即１MB的尋址空間可在整個(gè)存儲(chǔ)器范圍移動(dòng)。虛擬８０８６方式的實(shí)際尋址空間為４GB。2023/1/3017實(shí)方式與虛擬８０８６方式的主要區(qū)別③實(shí)方式下微處理器的所有保護(hù)機(jī)制都不起作用。不支持多任務(wù)。虛擬８０８６方式既可運(yùn)行８０８６程序，又支持多任務(wù)操作。虛擬８０８６方式可以是８０３８６保護(hù)方式中多任務(wù)操作的一個(gè)任務(wù)。實(shí)方式總是針對(duì)整個(gè)８０３８６系統(tǒng)的。2023/1/3018８０３８６的三種工作方式之間的轉(zhuǎn)換

2023/1/301913.1.2保護(hù)方式下的存儲(chǔ)管理存儲(chǔ)管理包含兩大機(jī)制，一是地址轉(zhuǎn)換機(jī)制，二是保護(hù)機(jī)制。地址轉(zhuǎn)換機(jī)制使操作系統(tǒng)可以靈活地把存儲(chǔ)區(qū)域分配給各個(gè)任務(wù)，而保護(hù)機(jī)制用來避免系統(tǒng)中的一個(gè)任務(wù)越權(quán)訪問屬于另一個(gè)任務(wù)的存儲(chǔ)區(qū)域或?qū)儆诓僮飨到y(tǒng)的存儲(chǔ)區(qū)域。虛擬地址空間可達(dá)６４TB，用戶在程序中所使用的地址都是由“段選擇子”和“偏移量”兩部分組成的虛擬地址。2023/1/30201.地址轉(zhuǎn)換機(jī)制

８０３８６以上的３２位微處理器有三種存儲(chǔ)器地址空間———

虛擬地址（邏輯地址）、線性地址和物理地址。３２位微處理器工作在保護(hù)方式時(shí)，線性地址的地址空間可達(dá)４GB，物理地址空間與線性地址空間相同，而虛擬地址空間可達(dá)６４TB。用戶在程序中所使用的地址都是由“段選擇子”和“偏移量”兩部分組成的虛擬地址，程序在系統(tǒng)中運(yùn)行時(shí)，由存儲(chǔ)管理機(jī)制把虛擬地址轉(zhuǎn)換成物理地址。2023/1/3021地址轉(zhuǎn)換機(jī)制在８０３８６以上的３２位微處理器中集成有MMU（存儲(chǔ)管理部件），這一MMU采用了分段機(jī)制和分頁機(jī)制以實(shí)現(xiàn)兩級(jí)“虛擬地址—

物理地址”的轉(zhuǎn)換，如圖13-2所示。2023/1/3022圖１３-２兩級(jí)“虛擬地址—

物理地址”的轉(zhuǎn)換

2023/1/3023地址轉(zhuǎn)換機(jī)制分段機(jī)制實(shí)現(xiàn)虛擬地址到線性地址的轉(zhuǎn)換，它把用戶程序中的６４TB的虛擬地址空間分成１～４GB大小不等的存儲(chǔ)分段，并且有實(shí)施段間隔離與保護(hù)的硬件機(jī)構(gòu)。分段存儲(chǔ)管理直接支持高級(jí)語言的模塊化程序設(shè)計(jì)技術(shù)，有效地簡(jiǎn)化了操作系統(tǒng)的段式存儲(chǔ)管理和模塊重定位的軟件模塊的設(shè)計(jì)。2023/1/3024地址轉(zhuǎn)換機(jī)制

分頁機(jī)制實(shí)現(xiàn)了線性地址到物理地址的轉(zhuǎn)換，它把用戶的線性地址空間等分為固定大小的塊，每一線性地址塊稱為頁，線性地址以“頁號(hào)頁內(nèi)地址對(duì)”表示。系統(tǒng)也把存儲(chǔ)器物理空間等分成同樣大小、位置固定的塊，每一物理存儲(chǔ)塊稱為頁幀（８０３８６MMU的分頁機(jī)制將４KB大小的頁稱為頁幀）。存儲(chǔ)空間的物理地址也以“頁幀號(hào)頁內(nèi)地址對(duì)”表示。2023/1/3025地址轉(zhuǎn)換機(jī)制為實(shí)現(xiàn)頁面管理，系統(tǒng)為每個(gè)作業(yè)建立一張頁面對(duì)照表———

頁表，頁表內(nèi)記錄了每個(gè)線性地址塊的頁號(hào)和為其分配的物理存儲(chǔ)塊的頁幀號(hào)，操作系統(tǒng)頁表實(shí)施線性地址到物理地址的映射。３２位微處理器MMU的分頁存儲(chǔ)管理使用二級(jí)頁表變換技術(shù)，并在芯片內(nèi)集成有一個(gè)TLB（轉(zhuǎn)換后備緩沖器），這是一個(gè)４路組相連高速緩沖存儲(chǔ)器，其間保存了３２個(gè)最近使用的物理頁的頁表項(xiàng)。這種分頁存儲(chǔ)管理機(jī)制有效地加速了從線性地址到物理地址的轉(zhuǎn)換過程外，這一機(jī)制還具有頁級(jí)的違章和保護(hù)作用，從而可以有效地簡(jiǎn)化操作系統(tǒng)的頁面存儲(chǔ)管理軟件模塊的設(shè)計(jì)。2023/1/3026地址轉(zhuǎn)換機(jī)制３２位微處理器的分頁機(jī)制和分段機(jī)制都使用駐留在存儲(chǔ)器中的各種表格，規(guī)定各自的轉(zhuǎn)換函數(shù)，這些表格具有彼此獨(dú)立的表結(jié)構(gòu)，段表存儲(chǔ)在線性地址空間，而頁表存儲(chǔ)在物理地址空間。必須指出的是，這些存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的表格只允許由操作系統(tǒng)進(jìn)行訪問，應(yīng)用程序不能對(duì)其進(jìn)行修改。操作系統(tǒng)為每一任務(wù)維護(hù)一個(gè)不同的轉(zhuǎn)換表格集，使每個(gè)任務(wù)可使用的地址跨越整個(gè)虛擬地址空間。這樣不僅使每個(gè)任務(wù)具有不同的虛擬地間，并且使任務(wù)之間可以彼此隔離。2023/1/30272.保護(hù)機(jī)制８０３８６以上的３２位微處理器支持兩個(gè)主要的保護(hù)機(jī)制：一個(gè)是通過給每個(gè)任務(wù)分配不同的虛擬地址空間，使任務(wù)之間完全隔離，每個(gè)任務(wù)有不同的“虛擬地址—

物理地址”的轉(zhuǎn)換映射；另一個(gè)是任務(wù)內(nèi)的保護(hù)機(jī)制操作，保護(hù)操作系統(tǒng)存儲(chǔ)段及特別的處理器寄存器，使其不能被其他應(yīng)用程序破壞。2023/1/3028保護(hù)機(jī)制在存儲(chǔ)器的虛擬地址空間中僅由一個(gè)任務(wù)占有的虛擬地址空間部分，即不被其他任務(wù)共享的虛擬地址部分，稱為局部地址空間。局部地址空間包含的代碼和數(shù)據(jù)是任務(wù)私有的，需要與系統(tǒng)中的其他任務(wù)相隔離。而各個(gè)任務(wù)公用的一部分虛擬地址空間稱為全局地址空間，操作系統(tǒng)存儲(chǔ)在全局地址空間中，以使操作系統(tǒng)為所有任務(wù)所共享，并且每一任務(wù)可以對(duì)其進(jìn)行訪問，既保護(hù)了操作系統(tǒng)，又使其不被應(yīng)用程序破壞。2023/1/3029保護(hù)機(jī)制３２位微處理器支持４級(jí)保護(hù)的特權(quán)級(jí)（PrivilegeLevel），如圖１３-３所示。特權(quán)級(jí)標(biāo)號(hào)為０～３，其中，０級(jí)為最高特權(quán)級(jí)，處于最內(nèi)層，３級(jí)為最低特權(quán)級(jí)，處于最外層。每個(gè)存儲(chǔ)段都與一個(gè)特權(quán)級(jí)相聯(lián)系，只有足夠級(jí)別的程序才可對(duì)相應(yīng)的段進(jìn)行訪問。在運(yùn)行程序時(shí)，微處理器是從CS寄存器尋址的段中取出指令并執(zhí)行指令的，當(dāng)前活躍代碼段的特權(quán)級(jí)稱為當(dāng)前特權(quán)級(jí)（CurrentPrivilegeLevel，CPL），CPL確定哪些段可由程序訪問。處理器的保護(hù)機(jī)制規(guī)定，對(duì)給定CPL的執(zhí)行程序，只允許訪問同一級(jí)別或外層級(jí)別的數(shù)據(jù)段，若試圖訪問內(nèi)層級(jí)別的數(shù)據(jù)段則屬于非法操作，將產(chǎn)生一個(gè)異常，向操作系統(tǒng)報(bào)告這一違反特權(quán)規(guī)則的操作。2023/1/3030圖１３-３特權(quán)級(jí)層次結(jié)構(gòu)

2023/1/3031保護(hù)機(jī)制特權(quán)級(jí)的典型用法是，將操作系統(tǒng)核心放在０級(jí)，將操作系統(tǒng)的其余部分放在１～３級(jí)：將系統(tǒng)服務(wù)程序放在１級(jí)，將應(yīng)用系統(tǒng)服務(wù)程序（OS擴(kuò)展）中間軟件級(jí)放在２級(jí)，將應(yīng)用程序放在３級(jí)。這樣，一個(gè)任務(wù)的操作系統(tǒng)程序、中斷服務(wù)程序和其他系統(tǒng)軟件因處于不同的特權(quán)層而得到保護(hù)，因而可與應(yīng)用程序在同一地址空間內(nèi)共處而不發(fā)生越權(quán)操作。2023/1/303213.2

32位指令的尋址方式的特點(diǎn)

13.2.1數(shù)據(jù)的尋址方式

13.2.2轉(zhuǎn)移地址的尋址方式2023/1/303313.2.1數(shù)據(jù)的尋址方式所謂指令的尋址方式（AddressingMode）是指在指令中操作數(shù)的表示方式。指令中的操作數(shù)通常有兩類，即操作數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)移地址，下面分別討論這兩種操作數(shù)的相應(yīng)的尋址方式。與數(shù)據(jù)有關(guān)的尋址方式有三大類：立即尋址寄存器尋址存儲(chǔ)器尋址。2023/1/3034立即尋址

（ImmediateAddressing）

當(dāng)操作數(shù)據(jù)就在指令中時(shí)，即為立即尋址。這種操作數(shù)稱為立即數(shù)，在指令中立即數(shù)可用十六進(jìn)制數(shù)（以H結(jié)尾）、二進(jìn)制數(shù)（以B結(jié)尾）和十進(jìn)制數(shù)（不需加特殊符號(hào)）表示，也可以使用用撇號(hào)“′”括起來的ASCII碼的字符和字符串。注意，如果十六進(jìn)制數(shù)以字母A～F打頭，則必須在前面加上一個(gè)“０”，這是匯編程序的要求。2023/1/3035立即尋址在立即尋址中，立即數(shù)為一個(gè)常量，在８０８６、８０２８６微處理器中，可以是字節(jié)（８位數(shù)）或字（１６位數(shù)），而在８０３８６以上的微處理器中，立即數(shù)還可以是雙字（３２位數(shù)）。以使用最頻繁的MOV指令為例說明立即尋址時(shí)操作數(shù)在指令中的表示方法。

2023/1/3036立即尋址８位立即數(shù)：

MOV

AL，４３H；４３H→AL

MOVAL，01000011B；01000011B→AL

MOVAL，６７；６７→AL１６位立即數(shù)：

MOVAX，４１４２H；４１４２H→AX

MOVAX，0100000101000010B

；0100000101000010B→AX2023/1/3037立即尋址

３２位立即數(shù)：

MOVAX，16701；16701→AX

MOVEAX，12345678H；12345678H→EAX

字符或字符串：

MOVAL，′A′；４１H→AL

（４１H為A的ASCII碼）2023/1/30382.寄存器尋址操作數(shù)在寄存器中，即寄存器的內(nèi)容就是操作數(shù)的數(shù)據(jù)。在用匯編語言表示的指令中，以寄存器符號(hào)表示，可用做80X86操作數(shù)的寄存器如表13-1所示。采用寄存器尋址時(shí)要注意如下幾點(diǎn)：①當(dāng)指令中的源操作數(shù)和目的操作數(shù)都是寄存器時(shí)，必須采用同樣字長(zhǎng)的寄存器，否則匯編時(shí)會(huì)出錯(cuò)。②兩個(gè)操作數(shù)不能同時(shí)為段寄存器。③目的操作數(shù)不能是代碼段寄存器，例如指令“

MOVCS，AX”

，匯編時(shí)沒有出錯(cuò)，可得機(jī)器碼為8EC8H，但執(zhí)行時(shí)會(huì)發(fā)生問題。2023/1/3039表13-1寄存器尋址中的寄存器

2023/1/3040寄存器尋址在數(shù)據(jù)的尋址方式中，寄存器尋址方式是一種最普通的方式，使用最方便，匯編后的機(jī)器碼長(zhǎng)度最短。另外，由于寄存器是在處理器內(nèi)部，整個(gè)操作都在處理器內(nèi)部進(jìn)行，不需訪問內(nèi)存的總線周期，因此其執(zhí)行速度最快。2023/1/3041寄存器尋址寄存器尋址時(shí)操作數(shù)在指令中的表示方法。８位操作：

MOV

BL，AL

16位操作：

MOVBX，AX

32位操作：

MOVEBX，EAX

2023/1/3042寄存器尋址而以下指令是非法的：

MOVBL，AX

MOVSS，DS

MOVCS，AX2023/1/30433.存儲(chǔ)器尋址存儲(chǔ)器尋址的指令操作數(shù)在存儲(chǔ)器中，處理器要訪問存儲(chǔ)器操作數(shù)，必須先計(jì)算操作數(shù)的物理地址（PhysicalAddress，PA），在32位系統(tǒng)中物理地址的形成與16位系統(tǒng)是不同的，32位系統(tǒng)中，存儲(chǔ)器尋址的能力有所增強(qiáng)2023/1/304432位系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器尋址80386以上的32位微處理器的基本存儲(chǔ)單元是字節(jié)，都是字節(jié)編址的結(jié)構(gòu)，32位微處理器可以訪問字節(jié)（８位）信息、字（16位）信息和雙字（32位）信息。一個(gè)16位的字信息存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器的兩個(gè)連續(xù)單元中，高字節(jié)存儲(chǔ)在高地址，低字節(jié)存儲(chǔ)在低地址。一個(gè)32位的雙字信息存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器的４個(gè)連續(xù)單元中，最高字節(jié)存放在最高地址，最低字節(jié)存放在最低地址。字或雙字的地址由其最低字節(jié)的存放地址給出。除上述字節(jié)、字和雙字外，還用兩種更大的存儲(chǔ)單位———

段（Segment）和頁（Page）

。2023/1/304532位系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器尋址32位系統(tǒng)（80386以上的系統(tǒng)）的存儲(chǔ)器可以分為一個(gè)或多個(gè)可變長(zhǎng)度的段，它們可以同磁盤交換信息，或由若干程序所共享。對(duì)于邏輯模塊組織存儲(chǔ)而言，分段是應(yīng)用程序員的有效工具，每個(gè)段的最大容量為4GB。存儲(chǔ)器還可組織成一個(gè)或多個(gè)容量為4KB的頁，特別在多用戶、多任務(wù)操作系統(tǒng)中，分頁是系統(tǒng)程序員管理一個(gè)系統(tǒng)的物理存儲(chǔ)器的有用工具。32位系統(tǒng)的存儲(chǔ)器采用分段和分頁的工具為系統(tǒng)設(shè)計(jì)員提供了極大的靈活性。2023/1/3046三種存儲(chǔ)器地址空間32位系統(tǒng)中有三種存儲(chǔ)器地址空間———

邏輯地址線性地址物理地址這三種地址的關(guān)系如圖13-4所示。2023/1/3047圖13-4地址空間的轉(zhuǎn)換

2023/1/3048１）邏輯地址又稱虛擬地址，由一個(gè)選擇子（段選擇子）和一個(gè)偏移量組成，偏移量是在尋址方式中求得的有效地址EA。３２位系統(tǒng)中每個(gè)任務(wù)最大可以包含由１６K個(gè)選擇子確定的１６個(gè)存儲(chǔ)段，每個(gè)存儲(chǔ)段最大為４GB（即由３２位偏移量確定），從而每個(gè)任務(wù)可以有６４TB的邏輯地址空間。2023/1/3049２）線性地址32位微處理器芯片內(nèi)的分段部件將邏輯地址空間轉(zhuǎn)換為32位的線性地址空間。分段部件如何完成從邏輯地址到線性地址的轉(zhuǎn)換是處理器的實(shí)方式和保護(hù)方式的主要區(qū)別。在實(shí)方式下，段寄存器中的內(nèi)容就是段基值，把段基值左移４位形成20位的段基地址，加上16位的偏移量，形成線性地址。而在保護(hù)方式下，每個(gè)選擇子都有一個(gè)32位的線性基地址與之相聯(lián)系。段寄存器的內(nèi)容中有一個(gè)INDEX（描述子入口變址值），由該值可以從全局描述子表或局部描述子表中讀出相應(yīng)的線性基地址，然后同32位的偏移量相加，從而形成最后的線性地址。2023/1/3050３）物理地址３２位微處理器芯片內(nèi)的分頁部件將存儲(chǔ)單元的線性地址空間轉(zhuǎn)換為物理地址空間，物理地址空間就是處理器芯片的引腳上出現(xiàn)的地址。如果不允許分頁部件操作，則分段部件轉(zhuǎn)換后的３２位線性地址即為物理地址。2023/1/305132位的尋址方式的特點(diǎn)：①通用寄存器（EAX、EBX、ECX、EDX、EBP、ESP、ESI和EDI）都可用做基址寄存器，用于修改內(nèi)存地址。②通用寄存器除ESP外都可用做變址寄存器。③能以１、２、４或８的比例因子對(duì)變址值進(jìn)行換算，以便于對(duì)數(shù)組結(jié)構(gòu)的尋址。2023/1/3052９種存儲(chǔ)器尋址方式32位系統(tǒng)提供了９種存儲(chǔ)器尋址方式，這９種尋址方式提供了操作數(shù)所在的存儲(chǔ)單元的有效地址。存儲(chǔ)單元的段基地址和有效地址EA（即偏移地址）組成存儲(chǔ)單元的線性地址（LinearAddress），在32位微處理器中，線性地址經(jīng)過分頁部件（PagingUnit，PU）后生成物理地址。線性地址的形成如圖13-5所示。2023/1/3053９種存儲(chǔ)器尋址方式2023/1/3054９種存儲(chǔ)器尋址方式段基地址由某一個(gè)段寄存器對(duì)應(yīng)的描述子寄存器確定，而有效地址EA由基址寄存器、變址寄存器、位移量和比例因子４部分按一定表達(dá)式組合而成：EA＝［基址寄存器］＋［變址寄存器］×

［比例因子］＋［位移量］2023/1/3055９種存儲(chǔ)器尋址方式式中各組成部分的說明如下：①位移量———

為指令中提供的一個(gè)８位或１６位值。②基址寄存器———

通用寄存器都可用做基址寄存器，其內(nèi)容即基址值，通常為編譯器所用，指向局部變量區(qū)的首地址。③變址寄存器———

除ESP之外的所有通用寄存器都可用做變址寄存器，其內(nèi)容即為變址值，變址寄存器用于訪問數(shù)組元素或字符串。④比例因子———

變址寄存器的值可以乘以1、2、4

或８（對(duì)應(yīng)于操作數(shù)的長(zhǎng)度為1、2、4

或８?jìng)€(gè)字節(jié)）的比例因子，這種尋址方式對(duì)于訪問數(shù)組或結(jié)構(gòu)特別有用。2023/1/3056表13-2

32位系統(tǒng)中存儲(chǔ)器尋址表

2023/1/3057９種存儲(chǔ)器尋址方式例如：①指令“

MOVEAX，DWORDI”為直接尋址，將雙字單元DWORDI中的雙字?jǐn)?shù)據(jù)傳送到32位寄存器EAX中。②指令“

MOVAL，［ECX］”為寄存器間接尋址，將數(shù)據(jù)段中由ECX尋址的存儲(chǔ)單元中的１個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)傳送到８位寄存器AL中。③指令“

MOVBX，［EAX＋４０H］”為基址尋址或變址尋址，將數(shù)據(jù)段中EAX＋４０H確定的存儲(chǔ)單元中的字?jǐn)?shù)據(jù)傳送到16位寄存器BX中。2023/1/3058９種存儲(chǔ)器尋址方式

④指令“

MOVEAX，［４×ECX］”為比例變址尋址，將數(shù)據(jù)段中有效地址EA為ECX×４的存儲(chǔ)單元中的雙字?jǐn)?shù)據(jù)傳送到32位寄存器EAX中。⑤指令“

MOVEAX，［EBX＋ECX］”為基址變址尋址，將數(shù)據(jù)段中有效地址為EBX＋ECX的存儲(chǔ)單元中的雙字?jǐn)?shù)據(jù)傳送到32位寄存器EAX中。2023/1/3059９種存儲(chǔ)器尋址方式

⑥指令“

MOVAL，［EBX＋２×EDI］”為基址比例變址尋址，將數(shù)據(jù)段中有效地址為EBX＋２×EDI的存儲(chǔ)單元中的１個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)傳送到８位寄存器AL中。⑦指令“MOVEAX，［EBX＋ECX＋２］”為基址變址位移尋址，將數(shù)據(jù)段中有效地址為EBX＋ECX＋２的存儲(chǔ)單元中的雙字?jǐn)?shù)據(jù)傳送到３２位寄存器EAX中。⑧指令“

MOVAL，［EBX＋２×EDI－２］”為基址比例變址位移尋址，將數(shù)據(jù)段中有效地址為EBX＋２×EDI－２的存儲(chǔ)單元中的１個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)傳送到８位寄存器AL中。2023/1/306013.2.3轉(zhuǎn)移地址的尋址方式控制轉(zhuǎn)移指令使程序不再順序執(zhí)行，而是按指令中給出的操作數(shù)轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的目的地址，控制轉(zhuǎn)移指令中的操作數(shù)是轉(zhuǎn)移的目的地址，稱為轉(zhuǎn)移地址，它的尋址方式有三種，即直接尋址、寄存器尋址和存儲(chǔ)器尋址。2023/1/30611.直接尋址指令中直接給出轉(zhuǎn)移地址，通常給出的是符號(hào)地址———

標(biāo)號(hào)（Label），例如，指令JMPSTART中的標(biāo)號(hào)START即轉(zhuǎn)移地址的符號(hào)表示。標(biāo)號(hào)有三種屬性———

段屬性、偏移量屬性和類型屬性。段屬性和偏移量屬性就是該標(biāo)號(hào)所指向的指令的段基址與段內(nèi)偏移量，而類型屬性有“遠(yuǎn)”（FAR）和“近”（NEAR）兩種，遠(yuǎn)型標(biāo)號(hào)可供段間轉(zhuǎn)移，近型標(biāo)號(hào)僅供段內(nèi)轉(zhuǎn)移。如果JMPSTART指令的下一條指令同標(biāo)號(hào)START的距離在－128～＋127之間，則在操作數(shù)START前加運(yùn)算符SHORT，即指令書寫為JMPSHORTSTART，稱為短跳轉(zhuǎn)。2023/1/30622.寄存器尋址指令中給出寄存器名，該寄存器的內(nèi)容即轉(zhuǎn)移的目的地址，僅用于段內(nèi)轉(zhuǎn)移。例如指令JMPBX，該指令執(zhí)行時(shí)BX→IP，由于是段內(nèi)轉(zhuǎn)移，CS值不變，為原段地址。作為目標(biāo)地址的寄存器可以是１６位寄存器AX、BX、CX、DX、SP、BP、SI和DI，在32位微處理器中，擴(kuò)展寄存器也可用做轉(zhuǎn)移指令的轉(zhuǎn)移地址。例如指令JMPEAX，轉(zhuǎn)移到當(dāng)前代碼段中的某一指令處，該指令所在存儲(chǔ)單元的偏移地址為ECX的內(nèi)容。2023/1/30633.存儲(chǔ)器尋址指令中給出內(nèi)存的有效地址EA，轉(zhuǎn)移去的目的地址在數(shù)據(jù)段的內(nèi)存單元中，其目的地址由EA指出。例如，指令JMPDWORDPTR［BX］為段間轉(zhuǎn)移，其目的地址為由EA指出的雙字?jǐn)?shù)據(jù)，即

IP←［EA＋１］：［EA］

CS←［EA＋３］：［EA＋２］［］中的寄存器可以是BX、BP、DI或SI，也可以用其中任一個(gè)寄存器加上位移量作為EA。另外，也可用變量加上寄存器來表示。2023/1/3064存儲(chǔ)器尋址例如指令JMPTABLEI［BX］，轉(zhuǎn)移到當(dāng)前代碼段的某一指令處，該指令的偏移地址為數(shù)據(jù)段中以TABLEI＋BX為有效地址的存儲(chǔ)單元中的內(nèi)容，TABLEI為變量名。注意：采用存儲(chǔ)器尋址的程序轉(zhuǎn)移指令除非用FARPTR或DWORDPTR等偽操作指明為一條段間轉(zhuǎn)移指令外，一般匯編程序默認(rèn)轉(zhuǎn)移指令為段內(nèi)轉(zhuǎn)移。例如，指令JMP［BX］和指令JMP［BX＋５０H］以及指令JMPTABELI［BX］都是段內(nèi)轉(zhuǎn)移指令（TABELI一般為字變量），而指令JMPFARPTR［BX］和指令JMPDWORDPTR［BX］都是段間轉(zhuǎn)移指令。2023/1/306513.3保護(hù)方式下的尋址方式

13.3.1描述子和選擇子

13.3.2保護(hù)方式下的存儲(chǔ)器尋址過程簡(jiǎn)介

13.3.3保護(hù)方式下的存儲(chǔ)器尋址過程舉例2023/1/306613.3.1描述子和選擇子在保護(hù)方式下，80386以上的32位微處理器的存儲(chǔ)空間由可變長(zhǎng)度的段組成，每個(gè)段由可以多達(dá)４GB的相鄰字節(jié)序列組成。段與段之間相互獨(dú)立，段的位置不受限制，段與段之間可以連續(xù)排列，也可以不連續(xù)，還可以重疊，每一個(gè)段的起始地址稱為段基地址（SegmentBaseAddress）或段地址，段的長(zhǎng)度稱為段限（Limit）。80386微處理器采用“段描述子”和“段選擇子”的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)保護(hù)方式下的存儲(chǔ)器操作數(shù)的尋址。段描述子（SegmentDescriptor）又稱為段描述符，用來描述對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)段的一些基本特性，段描述子的格式如圖13-6所示。2023/1/3067圖13-6段描述子

2023/1/3068段描述子其中：

BASE———

段基地址或者段地址，為段的起始地址。

LIMIT———

段限，段的長(zhǎng)度、范圍邊界。

P———

存在位，為1表示存在（在實(shí)內(nèi)存中），為0表示不存在。

DPL———

描述子特權(quán)級(jí)，０～３。

S———

段描述子，為1表示代碼或數(shù)據(jù)描述子，為0表示系統(tǒng)描述子2023/1/3069段描述子TYPE———

段的類型。

A———

已訪問位，為1表示已經(jīng)訪問過。

G———

粒度位，段限所用單位，

為1表示頁（４KB），

為0表示字節(jié)。

B／D———

默認(rèn)操作數(shù)大小，

為0表示16位，

為1表示32位（僅用于代碼段描述子）。2023/1/3070段描述子表在保護(hù)方式下，80386微處理器常用三類描述子（全局描述子、局部描述子和中斷描述子）來描述程序中所使用的各種存儲(chǔ)段的特性，這些描述子分別存放在三種段描述子表（全局描述子表、局部描述子表和中斷描述子表）之中，所有這些表都是變長(zhǎng)的數(shù)組，其長(zhǎng)度在8B～64KB之間，存放在內(nèi)存中。每個(gè)表最多可以容納8192(213)個(gè)8B的段描子，用戶程序使用的虛擬地址（邏輯地址）存儲(chǔ)空間由全局描述子表和局部描述子表定義的存儲(chǔ)分段組成。每個(gè)段的最大可尋址存儲(chǔ)空間是4GB(232)，所以處理器為用戶提供了2×8K×4GB＝64TB（246B）的虛擬地址空間。2023/1/3071全局描述子表全局描述子表（GlobalDescriptorTable，GDT）定義了能被系統(tǒng)中所有任務(wù)公用的存儲(chǔ)分段，可以避免對(duì)同一系統(tǒng)服務(wù)程序的不必要的重復(fù)定義與存儲(chǔ)。GDT中包含了除中斷服務(wù)程序所在的段以外的所有類型存儲(chǔ)分段的描述符。通常在GDT中包含了操作系統(tǒng)使用的代碼段、數(shù)據(jù)段、任務(wù)狀態(tài)段以及系統(tǒng)中各個(gè)LDT所在段的段描述子。一個(gè)系統(tǒng)只能有一個(gè)GDT。2023/1/3072局部描述子表局部描述子表（LocalDescriptorTable，LDT）包含了與某個(gè)任務(wù)相關(guān)聯(lián)的段描述子，在設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)時(shí)，通常每個(gè)任務(wù)有一個(gè)獨(dú)立的LDT。LDT提供了將一個(gè)任務(wù)的代碼段、數(shù)據(jù)段與操作系統(tǒng)的其余部分相隔離的機(jī)制。2023/1/3073中斷描述子表中斷描述子表（InterruptDescriptorTable，IDT）最多包含２５６個(gè)中斷服務(wù)程序的位置的描述子。為容納Intel保留的３２個(gè)中斷描述子，IDT的長(zhǎng)度至少應(yīng)有２５６B，系統(tǒng)所使用的每種類型的中斷在IDT中必須有一個(gè)描述子表項(xiàng)，IDT的表項(xiàng)通過中斷指令、外部中斷和異常事件來訪問。2023/1/3074描述子表GDT在內(nèi)存中的位置及其長(zhǎng)度由全局描述子表寄存器GDTR給出，這是一個(gè)48位寄存器，其高32位存放了GDT的基地址，低16位存放了GDT的長(zhǎng)度（段限），GDTR同GDT的關(guān)系如圖13-7所示。同樣IDT在內(nèi)存中的位置及長(zhǎng)度也由一個(gè)中斷描述子表寄存器IDTR給出，IDTR同LDT的關(guān)系如圖13-8所示。2023/1/3075圖13-7GDTR與GDT

2023/1/3076圖13-8

IDTR與IDT

2023/1/3077LDTLDT的定位與GDT的不同，LDT的段基址與段限由LDT描述子表示，該描述子同一般的段描述子一樣存放在全局描述子表中，因此首先要從GDT中找到LDT描述子。80386微處理器中有一個(gè)局部描述子表寄存器LDTR，這是一個(gè)16位寄存器，LDTR中存放著一個(gè)稱為段選擇子（SegmentSelector）的16位數(shù)，段選擇子用來在GDT中尋找LDT描述子，LDTR同LDT的關(guān)系如圖13-9所示。2023/1/3078IDTR與IDT在保護(hù)方式下，要訪問某一存儲(chǔ)段，必須知道該存儲(chǔ)段所對(duì)應(yīng)的段描述子，而段描述子是以8B長(zhǎng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存放在GDT或LDT中的，要找到該描述子，首先要知道該描述子在GDT或LDT中置。在32位微處理器中采用一種稱為段選擇子的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它是一個(gè)16位數(shù)，存放在要訪問的存儲(chǔ)段所對(duì)應(yīng)的段寄存器（CS、DS、SS、ES、FS、GS）中，當(dāng)一個(gè)段選擇子的值裝入段寄存器時(shí)，處理器自動(dòng)地從LDT或GDT中選擇一個(gè)段描述子，經(jīng)調(diào)整后得到對(duì)應(yīng)的段描述子寄存器（又稱段高速緩存器）。段選擇子、段描述子寄存器以及LDT或GDT的關(guān)系如圖13-10所示。2023/1/3079圖13-9

LDTR與LDT

2023/1/3080圖13-10段選擇子與段描述子寄存器

2023/1/3081

段選擇子的格式

段選擇子的格式如圖13-11所示。其中：

INDEX———

１３位長(zhǎng)的選擇子變址（索引）值，據(jù)此值到GDT或LDT中查找對(duì)應(yīng)的描述子。

TI（TableIndex）———

１位長(zhǎng)的表指示符。TI＝1時(shí)，在LDT中；TI＝0時(shí)，在GDT中。

RPL（RequestPrivilegeLevel）———

２位長(zhǎng)的段選擇子的請(qǐng)求特權(quán)級(jí)。2023/1/3082圖13-11段選擇子

2023/1/308313.3.2保護(hù)方式下的存儲(chǔ)器

尋址過程簡(jiǎn)介

①準(zhǔn)備工作———

進(jìn)行描述子表的定義。在進(jìn)入保護(hù)方式前，用LGDT指令裝入GDTR，以定義GDT，如圖13-12所示。在保護(hù)方式下，用LLDT指令裝入LDTR，LDTR中為16位的選擇子，再按此選擇子從GDT中選擇LDT描述子，并由LDT描述子定義LDT。2023/1/3084圖13-12

GDT的定義2023/1/3085尋址過程簡(jiǎn)介②給定一個(gè)４８位虛擬地址指針（程序的邏輯地址），通過選擇子、描述子數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及全局描述子表GDT和局部描述子表LDT實(shí)現(xiàn)從虛擬地址到線性地址的轉(zhuǎn)換。

a.４８位虛擬地址指針中的１６位為段選擇子，可通過MOV指令對(duì)有關(guān)段寄存器（DSSS、ES、FS、GS）賦值來設(shè)置，３２位偏移量由指令的尋址方式指定。

b.從段寄存器中取出選擇子。

2023/1/3086尋址過程簡(jiǎn)介

c.選擇子中TI＝0時(shí)，則描述子在GDT中，進(jìn)入步驟⑤。

d.選擇子中TI＝1時(shí)，則描述子在LDT中：

.從LDTR中取出用于LDT的選擇子。

.從選擇子中取出Index，左移３位（×８）。

.計(jì)算８×Index＋GDT的段基地址，從GDT中取出該LDT的描述子。

.從描述子中取出的LDT的段基地址就是LDT的表地址。2023/1/3087尋址過程簡(jiǎn)介

e.取出段寄存器中選擇子的Index×８加到LDT或GDT的表地址中，從LDT或GDT中取出描述子。

f.在LDT或GDT中找到的描述子上取出段基地址。

g.48位地址指針中用“偏移地址＋段基地址”得到32位的線性地址。2023/1/3088圖13-13分段機(jī)制實(shí)現(xiàn)地址轉(zhuǎn)換2023/1/3089尋址過程簡(jiǎn)介必須指出的是，在轉(zhuǎn)換過程中還需要注意以下幾點(diǎn)：第一，步驟e中Index×８后的值要與LDTR或GDTR中的表進(jìn)行限值比較，看是否超過。如未超過，處理器的保護(hù)機(jī)制還需對(duì)該描述子的訪問權(quán)進(jìn)行檢查，若該描述子的訪問是合法的，處理器就自動(dòng)地把該描述子中所要訪問存儲(chǔ)段的基地址、段限和訪問權(quán)字節(jié)裝入相應(yīng)段寄存器的Cache寄存器（段描述子寄存器）中。第二，步驟e后，用已經(jīng)裝入Cache的訪問權(quán)字節(jié)中的類型字段所規(guī)定的內(nèi)容，對(duì)有關(guān)的存儲(chǔ)段引用請(qǐng)求進(jìn)行檢查，同時(shí)還要對(duì)地址指針中的偏移量進(jìn)行檢查，以便確定該偏移量是否超出為該存儲(chǔ)段所規(guī)定的段限，若未超過，則進(jìn)入步驟⑦。2023/1/3090尋址過程簡(jiǎn)介

③分頁機(jī)制采用了二級(jí)分頁方案，查２個(gè)表———

頁目錄表和頁表，將32位線性地址映射到32位物理地址，這一映射機(jī)制如圖13-14所示，具體過程在“操作系統(tǒng)”課程中論述。2023/1/3091圖13-14二級(jí)分頁機(jī)制13.3.3保護(hù)方式下的存儲(chǔ)器

尋址過程舉例1.給出條件１）虛擬地址指針

4732310005AH00010000HSelecterOffset2023/1/30922023/1/309313.3.3保護(hù)方式下的存儲(chǔ)器

尋址過程舉例

1.給出條件１）虛擬地址指針

13.3.3保護(hù)方式下的存儲(chǔ)器

尋址過程舉例2023/1/3094尋址過程舉例２）全局描述子表首地址（表基地址）和表長(zhǎng)度（表限）4732310005AH00010000H（表限）（表基地址）

2023/1/30952023/1/3096尋址過程舉例２）全局描述子表首地址（表基地址）和表長(zhǎng)度（表限）

尋址過程舉例2023/1/30972023/1/3098尋址過程舉例３）全局描述子表中給出４個(gè)描述子，分別如下：訪問權(quán)段限段基地址表內(nèi)地址偏移量０A３H２００００H０００５６０００H５０H０A２H３００００H０００４６０００H５８H８A２H２００００H０００７６０００H６０H８A３H３００００H０００８６０００H６８H尋址過程舉例2023/1/3099３）全局描述子表中給出４個(gè)描述子訪問權(quán)段限段基地址表內(nèi)地址偏移量尋址過程舉例2023/1/301002023/1/30101尋址過程舉例

2.準(zhǔn)備工作———

定義描述子表１）在實(shí)方式用LGDT指令裝入GDTR

LGDTQWORDPTRn

n＝１０００００００００FFH高３２位（１０００００００H）送GDTR中的表基地址。低１６位（００FFH）送GDTR中的表限。2023/1/30102尋址過程舉例

２）在保護(hù)方式，用LLDT指令裝入LDTR

LDTR為１６位選擇子。本題中的描述子在全局描述子表中，故本步可省略。2023/1/30103尋址過程舉例

3.求解過程①虛擬地址指針中的Selector值可由MOV指令對(duì)DS、SS、ES、PS、GS賦值。

Offset由指令尋址方式指定在本題中由下述指令給出：

MOV

AX，００５A(chǔ)H

MOV

DS，AX

MOV

AL，［０００１００００H］2023/1/30104尋址過程舉例

②從段寄存器中取出選擇子：００５A(chǔ)H＝０００００００００１０１１０１０B，從中取出高１３位０００００００００１０１１（０BH），左移３位（即×８）得到５８H，從００５A(chǔ)H的D２位為0可知對(duì)應(yīng)段的描述子在全局描述子表中。③GDT的表基地址１０００００００H＋５８H＝１０００００５８H，從GDT中取出對(duì)應(yīng)的描述子（如下所示），2023/1/30105尋址過程舉例從描述子中取出段基地址０００４６０００H。④４８位地址指針中Offset＋段基地址得到３２位的線性地址：０００４６０００H＋０００１００００H＝０００５６０００H2023/1/3010613.4

32位微處理器指令系統(tǒng)簡(jiǎn)介

13.4.1實(shí)方式下的32位微處理器指令系統(tǒng)

13.4.2

32位微處理器擴(kuò)充指令

13.4.3高級(jí)指令和保護(hù)控制指令

13.4.4

80386新增加的指令

13.4.5

80486新增加的指令

13.4.6

Pentium處理器新增加的指令2023/1/3010732位微處理器指令系統(tǒng)簡(jiǎn)介在第３章3.1節(jié)中詳細(xì)介紹了8086微處理器的指令系統(tǒng)，這是對(duì)80286以上微處理器（包括全部32位80X86微處理器）都適用的指令集，本小節(jié)在此基礎(chǔ)上對(duì)80386以上的32位微處理器的指令系統(tǒng)作一簡(jiǎn)單介紹，包括實(shí)方式下的指令系統(tǒng)以及保護(hù)方式下的指令系統(tǒng)。80386以上的32位微處理器有三種基本的工作方式，即實(shí)方式、保護(hù)方式和虛擬8086方式。這一系列的32位微處理器的指令系統(tǒng)包含了8086微處理器的全部指令系統(tǒng)，同時(shí)針對(duì)各類32位微處理器的硬件結(jié)構(gòu)，擴(kuò)充和增加了許多指令。2023/1/3010813.4.1實(shí)方式下的32位微處理器

指令系統(tǒng)８０８６的目標(biāo)代碼程序可以不加修改地在８０８６以上的３２位微處理器的實(shí)方式下正常運(yùn)行，但是３２位微處理器的指令系統(tǒng)在實(shí)方式下有許多擴(kuò)充。３２位微處理器提供了３２位寄存器，支持３２位地址尋址，可以使用３２位偏移量來進(jìn)行存儲(chǔ)器尋址，還可以使用３２位通用寄存器EAX、EBX、ECX、EDX、ESI、EDI、ESP、EBP作為基址寄存器和變址寄存器（除ESP外）。2023/1/30109實(shí)方式下的32位微處理器指令系統(tǒng)３２位微處理器在實(shí)方式下的物理地址最多有２１位有效位———

可在００００００H～１FFFEFH范圍內(nèi)尋址（因?yàn)椋常参晃⑻幚砥鲗?shí)際上使用３２位地址訪問存儲(chǔ)器）。例如，欲訪問FFFFH：FFFFH內(nèi)存單元，在８０８６系統(tǒng)中，CPU計(jì)算物理地址得到１０FFEFH，舍棄最高位１，訪問０FFEFH單元，而在３２位系統(tǒng)中，CPU計(jì)算物理地址得到１FFEFH，即訪問１０FFEFH內(nèi)存單元。2023/1/30110實(shí)方式下的32位微處理器指令系統(tǒng)

擴(kuò)大了以下指令的工作范圍。（１）LFSreg，mem將指針mem裝入reg和FS，reg可以是１６位，也可以是３２位。（２）LGSreg，mem將指針mem裝入reg和FS，reg可以是１６位，也可以是３２位。

2023/1/30111擴(kuò)大了以下指令的工作范圍（３）LSSreg，mem將指針mem裝入reg和SS，reg可以是１６位，也可以是３２位。（４）JECXZdest

ECX＝0，轉(zhuǎn)移到dest所指的目的地址。（５）PUSHFS、PUSHGS、POPFS和POPGS

FS、GS寄存器進(jìn)棧、出棧指令。2023/1/30112實(shí)方式下的32位微處理器指令系統(tǒng)

（６）PUSHA／PUSHAD將全部通用寄存器進(jìn)棧，進(jìn)棧次序?yàn)锳X、CX、DX、BX、SP、BP、SI、DI／EAX、ECX、EDX、EBX、ESP、EBP、ESI、EDI。（７）POPA／POPAD從堆棧彈出全部通用寄存器，彈出次序與PUSHA／PUSHAD相反。

2023/1/30113實(shí)方式下的32位微處理器指令系統(tǒng)（８）PUSHFD將EFLAGS進(jìn)棧。（９）POPFD從堆棧彈出EFLAGS。（１０）PUSHimm式中imm為立即數(shù)，該指令可將立即數(shù)進(jìn)棧，imm可以是data８／data１６／data３２，若為data８，則符號(hào)擴(kuò)展。2023/1/3011413.4.2

32位微處理器擴(kuò)充指令８０３８６以上的微處理器還擴(kuò)充了以下指令的功能。（１）IMULdest，src１，src２立即乘法指令，dest為reg１６，src１為reg１６／mem１６，src２為data８／data１６。功能：dest←src１（被乘數(shù)）×src２（乘數(shù)）。注意：結(jié)果只能是１６位。

2023/1/30115擴(kuò)充指令

（２）CDQ

EAX中的雙字符號(hào)擴(kuò)展為EDX：EAX中的四字。（３）CWDE將AX中的字符號(hào)擴(kuò)展為EAX中的雙字。（４）SAL／SHL／SAR／SHRdest，count

dest是移位對(duì)象，可為reg或mem；count是移位次數(shù)，可為data８或CL。2023/1/30116擴(kuò)充指令

（５）RCL／RCR／ROL／RORdest，count對(duì)dest和count的要求同SAL指令。（６）SHLDdest，src，count雙精度左移指令，使雙精度量左移，產(chǎn)生一個(gè)單精度量，dest可以是reg或mem，src為reg，count為data８或CL。功能：dest左移count次，移出位送到CF，右端空出位用src的高位部分填補(bǔ)，src值不變。（７）SHRDdest，src，count雙精度右移指令，對(duì)dest、src、count的要求同SHLD指令，功能為右移，類似于SHLD。

2023/1/30117擴(kuò)充指令

（８）MOVSD／CMPSD／LODSD／STOSD／SCASD這５條串操作指令實(shí)現(xiàn)了32位數(shù)據(jù)的串操作，源地址數(shù)為［DS：ESI］或EAX，目的操作數(shù)為［ES：EDI］或EAX，功能同MOVSB／CMPSB／LODSB／STOB／SCASB（見第３章3.1.2小節(jié)），并按DF值自動(dòng)修改ESI／EDI指針。2023/1/30118擴(kuò)充指令

（９）INSdest，DX從I／O端口輸入串到存儲(chǔ)器。式中，dest為mem，規(guī)定為［ES：EDI／DI］，DX存放輸入端口的地址。功能：［DS：EDI／DI］←［DX］，按DF值修改EDI／DI指針。（１０）INSB／INSW／INSD功能：功能同INS指令，傳送單位由助記符中B／W／D指定為字節(jié)／字／雙字。

INS／INSB／INSW／INSD指令可采用REP前綴。

2023/1/30119擴(kuò)充指令（１１）OUTSDX，src式中，src為mem規(guī)定［DS：ESI／SI］，DX存放輸出端口的地址。功能：［DX］←［DS：ESI／SI］，按DF值修改ESI／SI指針。（１２）OUTSB／OUTSW／OUTSD功能：功能同OUTS指令，傳送單位由助記符中B／W／D指定為字節(jié)／字／雙字。

OUTSB／OUTSW／OUTSD指令可采用REP前綴。

2023/1/30120擴(kuò)充指令

（１３）LOOPWdest

CX←CX－１，CX≠０轉(zhuǎn)移到dest（以“標(biāo)號(hào)”標(biāo)識(shí)）的目的地址。（１４）LOOPDdest

ECX←ECX－１，ECX≠０轉(zhuǎn)移到dest。2023/1/30121擴(kuò)充指令

（１５）LOOPEWdest／LOOPEDdest

CX←CX－１，CX≠０且ZF＝1或ECX←ECX－１，ECX≠０且ZF＝1轉(zhuǎn)移到dest。（１６）LOOPNEWdest和LOOPNEDdest

CX←CX－１，CX≠０且ZF＝0或ECX←ECX－１，ECX≠０且ZF＝0轉(zhuǎn)移到dest。

2023/1/30122擴(kuò)充指令

（１７）MOVSXdest，src帶符號(hào)擴(kuò)展的傳送，dest為reg，src為reg或mem。src為８位或１６位，dest為１６位或３２位。（１８）MOVSZdest，src帶零擴(kuò)展的傳送，對(duì)dest和src的要求同MOVSX指令。2023/1/3012313.4.3高級(jí)指令和保護(hù)控制指令80286微處理器是高檔的16位微處理器，增加了３條高級(jí)指令———BOUND、ENTER和LEAVE。80386以上的32位微處理器的指令系統(tǒng)兼容80286的指令系統(tǒng)，因此必然包括了這三條高級(jí)指令。另外，80386以上的32位微處理器的指令系統(tǒng)是80286指令系統(tǒng)的超集，支持實(shí)方式、保護(hù)方式和虛擬8086方式三種程序運(yùn)行方式，具有模擬8086、80286任務(wù)的能力。32位保護(hù)控制指令是由非保護(hù)方式的指令系統(tǒng)和僅在保護(hù)方式下使用的一組指令組成。上述高級(jí)指令和保護(hù)控制指令如下所示。2023/1/30124高級(jí)指令和保護(hù)控制指令

（１）BOUNDreg，src檢查數(shù)組索引的邊界，reg是任一１６位或３２位寄存器，src為內(nèi)存中的兩個(gè)字或雙字，是被檢查數(shù)組的上限和下限。該指令使reg中的值與src中的值進(jìn)行比較，若reg中的值在src的上下限之間，則繼續(xù)執(zhí)行下一條指令，否則產(chǎn)生５號(hào)中斷，注意，該中斷的返回地址是BOUND指令的地址。2023/1/30125高級(jí)指令和保護(hù)控制指令

（２）ENTERdata１６，data８

ENTER指令用來建立一個(gè)高級(jí)數(shù)據(jù)塊結(jié)構(gòu)所需的暫存區(qū)和堆棧結(jié)構(gòu)。ENTER指令通常是進(jìn)入過程時(shí)要執(zhí)行的第一條指令。分配給堆棧的存儲(chǔ)單元字節(jié)數(shù)由第一個(gè)操作數(shù)data１６給定，這個(gè)存儲(chǔ)區(qū)對(duì)本過程是局部的，過程的嵌套級(jí)（０～３１）由第二個(gè)操作數(shù)data８給出，并決定了堆棧結(jié)構(gòu)指針。該指針被從當(dāng)前堆棧復(fù)制到新堆棧，BP／EBP寄存器用做堆棧結(jié)構(gòu)指針。若使用１６位堆棧，BP用做堆棧結(jié)構(gòu)指針，SP用做堆棧指針；若使用３２位堆棧，相應(yīng)地，ESP和EBP用做堆棧指針和堆棧結(jié)構(gòu)指針。2023/1/30126高級(jí)指令和保護(hù)控制指令

（３）LEAVE

LEAVE指令用來退出過程，釋放堆?？臻g。LEAVE指令與ENTER指令相反，它破壞堆棧結(jié)構(gòu)，采用局部存儲(chǔ)的過程釋放堆?？臻g，LEAVE指令重新存儲(chǔ)BP（EBP）的先前值和調(diào)用者的結(jié)構(gòu)指針，所有暫存在堆棧中的數(shù)據(jù)丟失。2023/1/30127高級(jí)指令和保護(hù)控制指令

（４）LMSWsrc裝入機(jī)器狀態(tài)字，src為reg16或mem16。功能：MSW←src，用于從實(shí)方式切換到保護(hù)方式。（５）SMSWdest存儲(chǔ)機(jī)器狀態(tài)字，dest為reg16或mem16功能：dest←MSW。2023/1/30128高級(jí)指令和保護(hù)控制指令（６）LGDTsrc裝入全局描述子表寄存器，src為６個(gè)字節(jié)的mem。功能：GDTR←src，把存儲(chǔ)器的第一個(gè)字裝入GDTR的段限字段，下面的４個(gè)字節(jié)裝入GDTR的基地址字段。（７）SGDTdest存儲(chǔ)全局描述子表寄存器。dest為６個(gè)字節(jié)的mem。功能：dest←GDTR，段限存入存儲(chǔ)器中的第一個(gè)字，基地址存入下面的４個(gè)字節(jié)。2023/1/30129高級(jí)指令和保護(hù)控制指令

（８）LIDTsrc裝入中斷描述子表寄存器。src為６個(gè)字節(jié)的mem。功能：IDTR←src，過程同LGDT。（９）SIDTdest存儲(chǔ)中斷描述子表寄存器。dest為６個(gè)字節(jié)的mem。功能：dest←IDTR，過程同SGDT

。2023/1/30130高級(jí)指令和保護(hù)控制指令

（１０）LLDTsrc裝入局部描述子表寄存器，src為reg16或mem16功能：LDTR←src。（１１）SLDTdest存儲(chǔ)局部描述子表寄存器，dest為reg16或mem16功能：dest←LDTR。（１２）LTRsrc裝入任務(wù)寄存器，src為reg16或mem16。功能：TR←src，并標(biāo)記所裝入的任務(wù)狀態(tài)段TSS忙，不實(shí)行任務(wù)切換。2023/1/30131高級(jí)指令和保護(hù)控制指令

（１３）STRdest存儲(chǔ)任務(wù)寄存器，dest為reg１６或mem１６。功能：dest←TR。（１４）LARdest，src裝入訪問權(quán)字節(jié)，dest為reg１６，src為reg或mem。功能：在當(dāng)前特權(quán)級(jí)（CPL）和選擇子請(qǐng)求特權(quán)級(jí)（RPL），描述子是可訪問的，將由src選擇子所指定的描述子中的訪問權(quán)字節(jié)裝入dest的高字節(jié)（低字節(jié)置0）。該指令用來對(duì)程序所要使用的內(nèi)存段的訪問權(quán)進(jìn)行檢查。2023/1/30132高級(jí)指令和保護(hù)控制指令

（１５）LSLdest，src裝入段限，dest為reg，src為reg或mem。功能：當(dāng)src中的選擇子在CPL中是可訪問的時(shí)，則將src給出的選擇子指定的段描述子的段限字段裝入由dest指定的寄存器中，該指令用來檢測(cè)一個(gè)段的段限值。（１６）ARPLdest，src調(diào)整選擇子的RPL（請(qǐng)求特權(quán)級(jí)）。dest為reg１６或mem１６，若其中含有選擇子的值，則src必須是reg，且通常其內(nèi)容為調(diào)用任務(wù)的CS選擇子值。若dest的低兩位（即RPL字段）小于更高特權(quán)級(jí)src的RPL，則ZF置１，且將dest的RPL字段置為src的RPL值，即RPLdest←RPLsrc。2023/1/30133高級(jí)指令和保護(hù)控制指令

（１７）VERRdest讀段校驗(yàn)，dest可為reg１６或mem１６。VERR指令用來確認(rèn)由dest（選擇子）所指示的段是否能從當(dāng)前的特權(quán)級(jí)（CPL）訪問并且是可讀的。若可讀，則ZF置1，否則清零。被校驗(yàn)的為代碼段（因?yàn)榇a段可以讀保護(hù)）。（１８）VERWdest寫段校驗(yàn)。dest可為reg１６或mem１６。VERW指令用來確認(rèn)由dest（選擇子）所指示的段是否能從當(dāng)前的特權(quán)級(jí)（CPL）訪問并且是可寫的。若可寫，則ZF置1，否則清零。被校驗(yàn)的為數(shù)據(jù)段（因?yàn)閿?shù)據(jù)段可以寫入保護(hù)）。2023/1/30134高級(jí)指令和保護(hù)控制指令

（１９）CLTS清除CR０／MSW中的任務(wù)切換標(biāo)志。任務(wù)切換標(biāo)志（TS）每次發(fā)生任務(wù)切換時(shí)，由處理器設(shè)置，但必須由人工控制清除，CLTS指令是系統(tǒng)程序在允許一個(gè)新任務(wù)訪問系統(tǒng)資源之前為操作系統(tǒng)提供的一個(gè)保存所需信息的機(jī)會(huì)（例如協(xié)處理器的狀態(tài)）。2023/1/3013513.4.4

80386新增加的指令

為了充分發(fā)揮硬件的先進(jìn)特性，提高編程的靈活性和編程效率，８０３８６微處理器又增加了許多新指令，這些指令是位操作指令、條件設(shè)置指令和傳送指令。2023/1/301361.位操作指令

１）BTdest，src位測(cè)試指令。dest為reg或mem，src為data８。功能：測(cè)試dest中由src指定的位，測(cè)試結(jié)果存入進(jìn)位標(biāo)志。２）BTCdest，src位測(cè)試并求反指令。dest為reg或mem，src為data８或reg。功能：測(cè)試dest中由src指定的位，測(cè)試結(jié)果存入進(jìn)位標(biāo)志，dest中該位取反。

2023/1/30137位操作指令

３）BTSdest，src位測(cè)試并置位指令。dest為reg或mem，src為data８或reg。功能：測(cè)試dest中由src指定的位，測(cè)試結(jié)果存入進(jìn)位標(biāo)志，然后將dest中的該位置1。

４）BTRdest，src位測(cè)試并復(fù)位指令。dest為reg或mem，src為data８或reg。功能：測(cè)試dest中由src指定的位，測(cè)試結(jié)果存入進(jìn)位標(biāo)志，然后將dest中的該位復(fù)位。2023/1/30138位操作指令５）BSFdest，src向前位掃描指令。dest為reg，src為reg或mem。功能：從最低位開始測(cè)試src中的各位，遇到為1的位，將ZF置0，并將該位序號(hào)送到dest，若src中全為0，則ZF置1。６）BSRdest，src反向位掃描指令。dest為reg，src為