第九章 32位CPU和Windows基础.ppt

第九章 32位CPU及Windows基础 9.1 保护模式基础 在保护模式下: 寻址高达4GB的物理地址空间 支持存储器分段管理机制和分页管理机制 支持多任务 支持4个特权级和配套的特权检查机制 区分不同级别的代码 9.1.1 32位CPU内部结构 1．总线单元 总线单元是CPU与存储器和I/O的接口 总线接口对外提供：32位（或64位）数据总线、32位（或36位）地址总线以及控制总线 总线单元负责完成所有外部总线操作，能够产生控制地址锁存器和数据总线收发器工作的控制信号。 2．指令预取单元 指令预取单元实现指令流队列的机制 CPU可以预取16字节的指令代码 预取进来的指令要保存在FIFO队列中 3．指令译码单元 指令译码单元接收FIFO队列的输出 指令译码单元将接收到的机器代码指令译 码为微代码指令，并供执行单元使用 4．执行单元 执行单元取出译码后的指令并执行该操作，包括： 算术逻辑单元ALU 寄存器组 专用乘法器 移位器 控存（ROM） 5．分段和分页单元 分段和分页单元负责地址产生、地址转换和对总线接口单元的段检查。 CPU存储器管理的分段单元用硬件进行高速地址计算，完成逻辑地址到线性地址的转换和保护性检查。 分页单元实现保护模式下的分页机制，它可以将线性地址转换成物理地址，并由总线单元输出。 6．浮点运算单元 浮点运算单元集成在80486及以上的CPU中 对于80386，需要另外一个数学运算协处理器80387来执行浮点运算。 7．高速缓存单元 高速缓存单元将最近被访问的内存单元的内容保存在CPU内部的Cache中。 下次访问这些内存单元时，CPU直接访问Cache就可以存取这些单元的内容。 由于Cache的访问速度比内存快，高速缓存单元能够显著提高程序的运行速度。 1．全局描述符表寄存器GDTR 全局描述符表GDT是用来定义全局存储器空间的一种机制，它用段描述符说明一个全局存储器中的段，每个GDT最多含有8192个描述符（8192?8?64KB）。 用全局描述符表寄存器GDTR指出GDT的位置和大小。 GDTR是48位的寄存器。其最低16位是限长，给出GDT的字节大小；其高32位是基址，指出GDT在物理存储器中存放的基地址。 例如：GDTR=0E003F0003FFH，则说明GDT的地址为0E003F000H，长度为3FFH+1=400H。其中可容纳400H/8=80H个段描述符。 2．中断描述符表寄存器IDTR 中断描述符表IDT中保存着中断门描述符； IDT最多包含256个门描述符，CPU最多支持256个中断。 中断描述符表寄存器IDTR是48位的寄存器。其最低16位是限长，给出IDT的字节大小；其高32位是基址，指出IDT在物理存储器中存放的基地址。 例如： IDTR=0E003F40007FFH，则说明IDT的地址为0E003F400H，长度为7FFH+1=800H。其中可容纳800H/8=100H个中断门描述符。 3．局部描述符表寄存器LDTR 局部描述符表LDT含有与系统中某一个任务相关的各个段的描述符； 局部描述符表寄存器LDTR并不直接指出LDT的位置和大小，而是指向一个LDT描述符，由LDT描述符指出LDT的位置和大小。 4．任务寄存器TR 任务寄存器TR在保护模式的任务切换机制中使用。 TR是16位的选择符，其内容为索引值，它选中的是TSS描述符。 任务状态段TSS中包含启动任务所必需的信息。它在存储器的基地址和限长（大小）由TSS描述符指出，TSS描述符放在全局描述符表GDT中，而TR内容指出了TSS描述符在GDT中的顺序号。 5．控制寄存器 存在着4个系统控制寄存器CR0～CR3。CR0的低5位是系统控制标志，被称为机器状态字MSW。MSW中各位的含意： PE：保护模式允许标志 等于0为实模，等于1为保护模式 MP：运算协处理器存在位 等于1表示系统中有运算协处理器。 6．调试寄存器DR 调试寄存器提供高级的调试功能 例如：可以设置一个数据断点，在程序访 问某个数据时激活调试程序。 程序要访问的内容不在内存中，CPU会产生一个异常，由操作系统的存储器管理程序来处理，将所需的内容装入内存中。这就是所谓的虚拟存储器，它并不完全是真正的内存空间，也称做虚拟内存。 1. 段寄存器CS，DS，ES，SS，FS，GS 在实模式下，它们的用法和16位CPU相同。 在保护模式下，段寄存器不直接存放段基址，而是存 放一个索引，由索引从GDT或LDT中找到段描述符，从而 确定关于这个段的全部