《中央处理器架构教程》课件.pptVIP

*************************************x86寄存器通用寄存器EAX/RAX:累加器，常用于算术运算和函数返回值EBX/RBX:基址寄存器，常用作内存地址的基址ECX/RCX:计数寄存器，用于循环计数和移位操作EDX/RDX:数据寄存器，用于I/O操作和大数乘法/除法ESI/RSI,EDI/RDI:源索引和目标索引，用于字符串操作ESP/RSP:栈指针，指向栈顶EBP/RBP:基址指针，指向栈帧底部段寄存器CS:代码段，指向当前执行代码的段DS:数据段，默认的数据访问段SS:栈段，用于栈操作ES,FS,GS:额外段寄存器，用于额外数据引用控制寄存器EFLAGS/RFLAGS:包含各种标志位，如进位、零、符号、溢出等EIP/RIP:指令指针，指向下一条将执行的指令CR0-CR4:控制寄存器，用于内存管理和处理器特性控制DR0-DR7:调试寄存器，用于硬件断点x86内存管理分段机制x86架构最初采用分段方式管理内存，将逻辑地址空间划分为不同的段。每个段由段选择子和段内偏移组成，通过查询段描述符表转换为线性地址。段机制提供了内存隔离和保护功能，限制了程序的访问权限。分页机制分页是将线性地址空间划分为固定大小的页，通常为4KB。通过多级页表将线性地址转换为物理地址。x86支持标准4KB页面、2MB大页和1GB巨页，以及多级页表(二级、三级、四级)结构，提高了内存管理的灵活性和效率。保护模式保护模式是现代x86处理器的主要工作模式，支持内存保护、多任务和虚拟内存。它通过特权级(Ring0-3)、段保护和页保护机制，实现了操作系统和应用程序的隔离。系统代码运行在Ring0最高特权级，应用程序运行在Ring3最低特权级。x86-64扩展64位寻址x86-64将通用寄存器扩展为64位(RAX,RBX等)，理论上支持2^64字节(16EB)的地址空间。实际实现通常限制为48位或57位物理寻址能力，仍远超32位架构的4GB限制。这使得处理大数据集和高内存应用变得更加高效。新增寄存器在原有8个通用寄存器基础上新增了8个通用寄存器(R8-R15)，大幅增加了寄存器资源，减少了寄存器溢出和内存访问。同时还增加了8个128位的XMM寄存器(XMM8-XMM15)，提升了SIMD指令的性能和灵活性。向后兼容性x86-64保持了与32位和16位x86代码的完全兼容性，支持三种执行模式：64位长模式、兼容模式(执行32位代码)和实模式(执行16位代码)。这种兼容性使得软件过渡平滑，是x86-64成功的关键因素之一。x86-64扩展最初由AMD设计并命名为AMD64，后被Intel采纳并称为Intel64或EM64T。现在通常简称为x86-64或x64。除了扩展寻址能力外，还引入了新的执行模式、优化了调用约定，并增强了SIMD指令集。这些扩展使x86架构能够适应现代高性能计算和大容量内存应用的需求。第八章：ARM架构发展历史ARM架构源于1980年代英国Acorn计算机公司的RISC处理器项目，初始名称AcornRISCMachine，后改为AdvancedRISCMachines。首款商用ARM处理器于1985年推出，被用于AcornArchimedes计算机。1990年，ARM公司从Acorn分离成立，采用IP授权模式经营，将处理器设计授权给芯片制造商，而非自己生产芯片。这种创新商业模式使ARM成为移动设备和嵌入式系统的主导架构。基本特征ARM是典型的RISC架构，具有精简指令集、固定指令长度(通常32位)、大量寄存器(16个通用寄存器)和简单寻址模式等特点。特有的条件执行特性允许大多数指令有条件地执行，减少分支指令。低功耗是ARM最显著的优势，这得益于其简洁的指令集和优化的微架构设计。近年来，ARM也在向高性能方向发展，推出了面向服务器市场的设计。主要版本ARMv7架构：包括用于高性能应用的Cortex-A系列，用于实时控制的Cortex-R系列，和用于微控制器的Cortex-M系列。ARMv8架构：首次引入64位支持(AArch64)，同时保留32位兼容模式(AArch32)。近期的ARMv9进一步强化了安全性和机器学习性能。ARM指令集ARM指令标准ARM指令是32位固定长度，具有规整的编码格式。每条指令可以通过条件码字段设置执行条件，实现条件执行特性。ARM指令集包括数据处理、内存访问、分支和系统控制等多种类型。ARM指令能直接访问的只有寄存器数据，内存访问只能通过专门的加载/存储指令完成。Thu