Intel X86 CPU系列的寄存器课件

---IntelX86CPU系列的寄存器系统软件开发指南系列主要内容学习寄存器知识的意义32位CPU系统寄存器和数据结构寄存器分类介绍通用寄存器标志寄存器控制寄存器调试寄存器中断和异常管理寄存器内存管理寄存器在操作系统上用到的寄存器学习寄存器知识的意义掌握系统软件设计汇编嵌入在C语言中的编写Bootloader的设计(BSP)理解IntelCPU的发展趋势深刻理解平台的体系结构编写更高质量的代码编译器底层的优化32位CPU系统级寄存器和数据结构(2)

逻辑地址线性地址物理地址转换图页框选择符偏移量CR3描述符表15031002231121121段描述符基地址+页目录页表项页内偏移值页目录表页表页目录项页表项物理地址逻辑地址线性地址寄存器分类介绍(1)

-------通用寄存器AXBXCXDXSPBPSIDI堆栈指针源地址基址指针目的地址指针寄存器变址寄存器数据寄存器通用寄存器如果前面带由大写字母E,代表32位寄存器寄存器分类介绍(2)标志寄存器(EFLAGSregister)----onlyone作用:控制任务状态和模式切换、中断处理、指令追踪和访问权限控制.寄存器中的标志位需要特权指令代码才可以修改(特权指令:运行在内核态下的代码)Figure:SystemFlagsintheEFLAGSRegister置标志位的有效位看你具体要做什么,对应的位置置有效的标志位寄存器分类介绍(4)控制寄存器(CR0,CR1,CR2,CR3,andCR4)在这些寄存器中,设置标志位的主要集中在CR0与CR4.寄存器分类介绍(5)控制寄存器(CR0,CR1,CR2,CR3,andCR4)CR0PG:分页有效时,置位为1,清空时为0.与PE一同使用.该指令表明是否使用页表将线性地址转换成物理地址CD:cache缺失设置位NW:直写无效(直写:高速缓存中的数据始终保持与主存储器中数据匹配

)AM:对齐功能屏蔽(与EFLAGS寄存器中AC标志位一同使用)WP:写保护NE:数字错误标志位(与浮点协处理器共同使用)ET:扩展类型.设置有效位时,支持ntel387DX数学协处理器指令.TS:每当任务切换时就设置该位,并且在解释协处理器指令之前测试该位EM;该位表明是否需要仿真协处理器的功能MP:协处理器监视标志位PE:保护模式使能,当设置有效位,CPU工作在保护模式.反之,实模式.寄存器分类介绍(6)控制寄存器(CR0,CR1,CR2,CR3,andCR4)CR3:PCD:控制当前页目录表的缓冲,当设置清空时,缓冲.置位时,缓冲无效.与CR0中的CD或PG一同使用PWT:控制cache采取直写还是回写的策略.当设置清空时,回写有效.当置位时,直写有效.CR4:VME:虚地址模式.当清空时,无效.PVI:保护模式虚中断,当清空时,无效TSD:时间戳允许标志位.当清空时,允许RDTSC指令执行在任务特权级上.当置位时,只允许工作在特权级0.DE:调试扩展.置位,表明DR4与DR5将产生没有定义的异常PSE:当置位,使用4M的页面;清空,使用4K的页面PAE:置位,使用36物理内存的分页机制.清空时,使用32位分页机制MCE:置位,使用机器检查异常机制.PGE:置位,启动全局页面.当写CR3时,也不会被替换.PCE:置位,表明使RDPMC指令工作在任何保护级别.OSFXSR:置位.表明操作系统支持FXSAVEandFXRSTOR指令OSXMMEXCPT:置位.表明操作系统支持不可屏蔽的SIMD浮点异常.寄存器分类介绍(8)调试寄存器设置标志位集中在DR7寄存器分类介绍(9)调试寄存器DR0-DR3:保留32位断点的线性地址.DR6B0—B3:断点状态的监测BD:调试寄存器访问监测.置位,表明在指令流中,下一条指令将访问其中的一个调试寄存器BS:单步执行标志位BT:任务转换标志位DR7:L0—L3:局部断点使能标志位G0--G3:全局断点使能标志位LEANDGE:置位,表明处理器可以监测导致数据断点的指令.推荐置位为1.GD:通用监测使能标志位.表明是否开启调试寄存器保护.LEN0throughLEN3:用来表明相应断点地址寄存器内存位置的大小.R/W0throughR/W3:相应断点的状态寄存器分类介绍(10)

---中断和异常管理寄存器中断描述符表(IDT)中断描述符和每一个中断和异常向量的门描述符有关.而门描述符就是每一个中断或异常处理程序的入口地址.Figure:RelationshipoftheIDTRandIDT寄存器分类介绍(12)

---中断和异常管理寄存器IDTDESCRIPTORS任务门描述符中断们描述符陷阱门描述符寄存器分类介绍(13)

---内存管理寄存器GDTR:全局段描述符表寄存器LDTR:局部段描述符表寄存器IDTR:中断描述符表寄存器,指向中断向量表(前面已讲)Taskregister:任务寄存器,指向处理器当前所需当前任务的信息.全局段描述符表寄存器(GDTR)在IntelX86CPU系列的寻址模式一讲中,实模式下的段寄存器在保护模式下不是传统意义上的代表地址的概念,而变成了指向段描述符的一个索引.因此我们看到的六个寄存器都变成了segmentselector.寄存器分类介绍(14)

-------内存管理寄存器Figure1:segmentselectorFigure2:

segmentregisters寄存器分类介绍(16)

-------内存管理寄存器任务管理系统中,一个任务由两部分组成:任务的运行空间和任务状态段(TSS).任务的运行空间包括一个代码段、一个堆栈段、若干数据段.TSS指明了任务的运行空间和任务的状态.在多任务系统中,TSS还提供了连接任务的机制.Figure.StructureofaTask寄存器分类介绍(17)

------内存管理寄存器TSS---任务状态段TaskState段寄存器:指明了当前任务运行空间(CS,DS,SS,ES,FS,andGS).通用寄存器的状态EFLAGS寄存器的状态、EIP寄存器的状态、CR3寄存器的状态、任务寄存器的状态、LDTR寄存器的状态.I/O映射基地址和I/O地址、指向特权0,1,and2的堆栈的堆栈指针、指向先前的运行任务.Figure1:32-BitTask-StateSegment(TSS)这是一个数据结构,一个任务的所有信息存储在这各字段内.这些字段分为两类:第一:处理器只读其中信息的静态字段集;第二:每次任务切换时,处理器将会更新的动态字段集.寄存器分类介绍(20)

---内存管理寄存器任务寄存器作用:支持多任务运行任务描述符通过指向TSS来确定当前执行的任务.有16位可见部分和16位不可见部分.可见部分的选择符用于在GDT表中选择一个TSS描述符.不可见部分来存放描述