第五讲IA-32基本原理介绍.ppt

第五讲 IA-32基本原理介绍 李 林 第五讲 IA-32基本原理介绍 IA-32处理器的体系结构 IA-32处理器地址形成方式 IA-32处理器寻址方式 栈操作 第五讲 IA-32基本原理介绍 IA-32处理器的体系结构 IA-32处理器地址形成方式 IA-32处理器寻址方式 栈操作 IA-32处理器的体系结构 指令执行的过程 取值：CU从指令队列中取得指令，并递增IP 解码：CU对指令进行解码，以确定该指令要执行什么操作；CU把输入操作数传给ALU，并向ALU发命令 取操作数：若指令使用的输入操作数在内存中，CU就通过读操作获取操作数，并将其复制到内部寄存器（程序不可见） IA-32处理器的体系结构 指令执行的过程 取值 解码 取操作数 执行：ALU执行指令，以内部寄存器和有名寄存器作为操作数，将运算结果送至有名寄存器或内存，再设置状态标志 存储输出操作数：若输出操作数在内存中，CU通过写操作把数据存储到内存中 IA-32处理器的体系结构 IA-32处理器的三种工作模式 当计算机刚上电运行时，CPU处于实地址模式下 这种模式同8086的工作模式，只能使用20位地址总线，寻址1MB空间 经过特殊设置，可以让CPU运行于保护模式下 现代操作系统，包括应用程序主要运行在该模式下 可以使用32位地址总线，寻址4GB空间 拥有4个运行级别，ring 0~ring 3。为了兼容性，通常使用0和3。0级别是特权级，可以使用任何指令，操作系统内核、驱动程序等运行于这个级别。3级别是受限级别，只能使用部分指令，应用程序常运行于这个级别。 提供了多任务切换，页表等机制 在保护模式下，同样可以运行实模式下的应用程序——虚拟86模式 cmd打开的console窗口，就是工作在虚拟86模式 为了兼容过去的DOS程序，使其像工作在实模式下 IA-32处理器的体系结构 IA-32处理器的寄存器 IA-32处理器的体系结构 寄存器的分割 第五讲 IA-32基本原理介绍 IA-32处理器的体系结构 IA-32处理器地址形成方式 IA-32处理器寻址方式 栈操作 IA-32处理器的地址形成方式 地址形成方式：如何从逻辑地址转变成物理地址的过程 实模式下的地址形成方式 同8086的工作方式 应用程序使用的是逻辑地址 16位段基址：16位偏移地址 物理地址=段基址×16+偏移地址 物理地址是20位，段基址由段寄存器提供 物理地址才是和真实内存对应起来的 IA-32处理器的地址形成方式 保护模式下的地址形成方式 应用程序使用的是逻辑地址 16位段描述符索引：32位偏移地址 16位的段描述符索引是由段寄存器提供，在保护模式下它不再提供段基址 在全局描述符表寄存器GDTP或局部描述符表寄存器LDTR协助下，可以根据段描述符索引确定段基址 确定段基址之后，可以将逻辑地址转换成线性地址 线性地址=32位段基址+32位偏移地址 在处理器页表机制下，再将线性地址转变成物理地址 物理地址=页表转换(线性地址) 逻辑地址==》线性地址==》物理地址 Windows95 进程地址空间 Windows2000 进程地址空间 Linux进程地址空间 IA-32处理器的地址形成方式 注意前面的进程地址空间，都直接使用了线性地址，为什么没有去考虑段寄存器（段描述符索引）呢？ Windows采用了称为flat的内存管理模式 所有段的段基址都是0，段的范围都是4G 虽然CS、DS、SS、ES的值可能不同，但是通过各自索引得到的段基址都是0，范围也是4G 32位偏移地址就是32位线性地址，意味着写程序时不用考虑段寄存器 GS寄存器通常不用，FS寄存器一般为SHE所用 第五讲 IA-32基本原理介绍 IA-32处理器的体系结构 IA-32处理器地址形成方式 IA-32处理器寻址方式 栈操作 IA-32处理器的寻址方式 在通用寄存器、段寄存器、内存，以及与立即数有关的数据传递，有如下例外 段寄存器间不能直接传数据 mov ds, cs 错误 内存间不能直接传数据 mov dword ptr [1000H], dword ptr [1100H] 错误 立即数不能直接放入段寄存器 mov ds，0100h 错误 IA-32处理器的寻址方式 实模式寻址方式 同8086方式类似 能进行内存寻址的只有bx、bp（以ss为段基址）、si、di mov word ptr [bx + si + 100H], 0 IA-32处理器的寻址方式 IA-32处理器的寻址方式 保护模式下的寻址方式 实模式能使用的方式，保护模式都能使用 所有的通用寄存器都能够用来寻址，不再限于bx、bp、si、di 还支持有新的寻址方式，例如： mov ebx，[ecx + eax * 2 + 78H]