Intel X86 CPU系列的寄存器課件

---IntelX86CPU系列的寄存器系統(tǒng)軟件開發(fā)指南系列主要內(nèi)容學(xué)習(xí)寄存器知識的意義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)寄存器知識的意義掌握系統(tǒng)軟件設(shè)計匯編嵌入在C語言中的編寫B(tài)ootloader的設(shè)計(BSP)理解IntelCPU的發(fā)展趨勢深刻理解平臺的體系結(jié)構(gòu)編寫更高質(zhì)量的代碼編譯器底層的優(yōu)化32位CPU系統(tǒng)級寄存器和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(2)

邏輯地址線性地址物理地址轉(zhuǎn)換圖頁框選擇符偏移量CR3描述符表15031002231121121段描述符基地址+頁目錄頁表項頁內(nèi)偏移值頁目錄表頁表頁目錄項頁表項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:分頁有效時,置位為1,清空時為0.與PE一同使用.該指令表明是否使用頁表將線性地址轉(zhuǎn)換成物理地址CD:cache缺失設(shè)置位NW:直寫無效(直寫:高速緩存中的數(shù)據(jù)始終保持與主存儲器中數(shù)據(jù)匹配

)AM:對齊功能屏蔽(與EFLAGS寄存器中AC標(biāo)志位一同使用)WP:寫保護NE:數(shù)字錯誤標(biāo)志位(與浮點協(xié)處理器共同使用)ET:擴展類型.設(shè)置有效位時,支持ntel387DX數(shù)學(xué)協(xié)處理器指令.TS:每當(dāng)任務(wù)切換時就設(shè)置該位,并且在解釋協(xié)處理器指令之前測試該位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:保護模式使能,當(dāng)設(shè)置有效位,CPU工作在保護模式.反之,實模式.寄存器分類介紹(6)控制寄存器(CR0,CR1,CR2,CR3,andCR4)CR3:PCD:控制當(dāng)前頁目錄表的緩沖,當(dāng)設(shè)置清空時,緩沖.置位時,緩沖無效.與CR0中的CD或PG一同使用PWT:控制cache采取直寫還是回寫的策略.當(dāng)設(shè)置清空時,回寫有效.當(dāng)置位時,直寫有效.CR4:VME:虛地址模式.當(dāng)清空時,無效.PVI:保護模式虛中斷,當(dāng)清空時,無效TSD:時間戳允許標(biāo)志位.當(dāng)清空時,允許RDTSC指令執(zhí)行在任務(wù)特權(quán)級上.當(dāng)置位時,只允許工作在特權(quán)級0.DE:調(diào)試擴展.置位,表明DR4與DR5將產(chǎn)生沒有定義的異常PSE:當(dāng)置位,使用4M的頁面;清空,使用4K的頁面PAE:置位,使用36物理內(nèi)存的分頁機制.清空時,使用32位分頁機制MCE:置位,使用機器檢查異常機制.PGE:置位,啟動全局頁面.當(dāng)寫CR3時,也不會被替換.PCE:置位,表明使RDPMC指令工作在任何保護級別.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位斷點的線性地址.DR6B0—B3:斷點狀態(tài)的監(jiān)測BD:調(diào)試寄存器訪問監(jiān)測.置位,表明在指令流中,下一條指令將訪問其中的一個調(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:局部斷點使能標(biāo)志位G0--G3:全局?jǐn)帱c使能標(biāo)志位LEANDGE:置位,表明處理器可以監(jiān)測導(dǎo)致數(shù)據(jù)斷點的指令.推薦置位為1.GD:通用監(jiān)測使能標(biāo)志位.表明是否開啟調(diào)試寄存器保護.LEN0throughLEN3:用來表明相應(yīng)斷點地址寄存器內(nèi)存位置的大小.R/W0throughR/W3:相應(yīng)斷點的狀態(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中斷和異常向量的門描述符有關(guān).而門描述符就是每一個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)門描述符中斷們描述符陷阱門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,實模式下的段寄存器在保護模式下不是傳統(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索引.因此我們看到的六個寄存器都變成了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,一個任務(wù)由兩部分組成:任務(wù)的運行空間和任務(wù)狀態(tài)段(TSS).任務(wù)的運行空間包括一個代碼段、一個堆棧段、若干數(shù)據(jù)段.TSS指明了任務(wù)的運行空間和任務(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、指向先前的運行任務(wù).Figure1:32-BitTask-StateSegment(TSS)這是一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),一個任務(wù)的所有信息存儲在這各字段內(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,處理器將會更新的動態(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)運行任務(wù)描述符通過指向TSS來確定當(dāng)前執(zhí)行的任務(wù).有16位可見部分和16位不可見部分.可見部分的選擇符用于在GDT表中選擇一個TSS描述符.不可見部分來存放描述