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Ia-32寄存器总结

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chapter2IA-32处理器体系结构

chapter2IA-32处理器体系结构
第2章 IA-32体系结构 章 体系结构
要点： 要点：
1.基本概念 基本概念 2.IA-32处理器体系结构 处理器体系结构 3.IA-32的内存管理 的内存管理
计算机科学系－ 计算机科学系－计算机导论课件
1
1.基本概念
微机的基本结构 指令执行周期 程序是如何运行的
计算机科学系－ 计算机科学系－计算机导论课件
计算机科学系－ 计算机科学系－计算机导论课件
16
P6处理器系列
奔腾Pro 奔腾
–提升了指令的执行速度
奔腾Ⅱ 奔腾Ⅱ
– MMX技术 MMX
奔腾Ⅲ 奔腾Ⅲ
– SIMD（流扩展），128位寄存器
奔腾Ⅳ 奔腾Ⅳ
– NetBurst结构 –面向高性能的多媒体应用程序
计算机科学系－ 计算机科学系－计算机导论课件
10
2.2 基本执行环境
地址空间
– 保护模式：4GB（32位地址，0～232-1） – 实地址模式：1MB（20位地址，0～220-1）
基本寄存器
– 寄存器（Register）是CPU内部的高速储存单元， 访问速度比常规内存快得多。 – 由8个32位通用寄存器、6个16位段寄存器和一个 存放处理器标志的寄存器（EFLAGS）和一个指 令指针（EIP）组成。
2
1.1 微机的基本结构
数据总线
寄存器
中央处理器 （CPU） ）
ALU CU 时钟
内存储器
I/O设备＃1 设备＃ 设备
I/O设备＃2 设备＃ 设备
控制总线
地址总线
计算机科学系－ 计算机科学系－计算机导论课件
3
1.1 微机的基本结构 总线（bus）：一组用于在计算机各部分之间传送 总线 数据的并行线。

03第三章IA-32指令系统

03第三章IA-32指令系统
26
3．逻辑运算与移位指令
❖ （1）逻辑运算指令 （P116） ❖ （2）移位与循环移位指令 （P119）
表3-3 逻辑运算指令格式
27
4．字符串处理（P128）
❖ 8086/8088指令系统为文本处理提供了一组强有 力的指令（字符串处理指令），对一系列含有 字母数字代码的字节（也称字符串）进行处理， 例如传送、比较、查找、插入、删除等，字符 串指令为这些处理提供了很大方便。字符串指 令的寻址方式只用隐含寻址，源串固定使用SI， 目的串固定使用DI。
一条指令可能包含多种寻址方式。 16
2. 转移地址的寻址方式 ❖ （1）段内直接寻址 ❖ （2）段内间接方式 ❖ （3）段间直接寻址 ❖ （4）段间间接方式
17
（1）段内直接寻址
❖ 段内直接寻址方式也称为相对寻址方式，转移的目标 地址是当前IP内容和一个8位或16位的位移量之和， 这个位移量是指令代码的一部分，所以叫相对寻址。 如图3-8所示
21
3.2 8086的指令系统
❖
1．数据传送类(P94)；
❖
2．算术运算类；
❖
3．逻辑运算与移位指令；
❖
4．字符串处理；
❖
5．控制转移指令；
❖
6．处理器控制指令。
22
1．数据传送类
❖ （1）通用数据传送指令
❖ 这种指令共5条。
❖ （2）条件传送指令（P96） ❖ （3）交换指令（P97） ❖ （4）堆栈操作指令（P99） ❖ （5）输入输出指令（P102） ❖ （6）扩展指令（P102） ❖ （7）目标地指传送指令
微机接口技术
第三章 指令系统
❖
3.1 8086的寻址方式
❖
3.2 8086的指令系统

IA-32微处理器有两种主要的工作方式实地址方式和保护

IA-32微处理器有两种主要的工作方式实地址方式和保护

6.2.7 任务切换 任何多用户／ 任何多用户 ／ 多任务操作系统的一个非常重要的 属性， 属性 ， 就是它在各任务或各过程之间有快速切换的能 力。IA-32微处理器通过硬件支持，提供任务切换指令 IA-32微处理器通过硬件支持 微处理器通过硬件支持， 直接支持这种操作。 直接支持这种操作。
6.3 虚拟8086方式
在实地址方式下的存储器寻址与8086 是一样的 在实地址方式下的存储器寻址与 8086是一样的 ， 是一样的， 32 位 地 址 线 中 的 A31 ～ A20 不 起 作 用 。 由 段 寄 存 器 （CS、SS、DS、ES）的内容*16作为段基地址，加上 CS、SS、DS、ES）的内容*16作为段基地址 作为段基地址， 16位的段内偏移量形成 位的物理地址 16 位的段内偏移量形成 20位的物理地址。 在实地址方 位的段内偏移量形成20 位的物理地址。 式下， 每一个段最大可达64K 字节。 式下 ， 每一个段最大可达 64K 字节 。 所有的段都是可 读 、 写和可执行的 。 在实地址方式下的内存是不能分 写和可执行的。 页的，故线性地址和物理地址是统一的。 页的，故线性地址和物理地址是统一的。
6.2.6 IA-32微处理器中的特权级 IA-32微处理器中的特权级 IA-32微处理器中的每一个程序都是在一定的特权 IA-32微处理器中的每一个程序都是在一定的特权 等级下工作的。为了支持多用户、多任务操作系统， 等级下工作的 。 为了支持多用户 、 多任务操作系统 ， 使操作系统程序和用户的任务程序分离， 使操作系统程序和用户的任务程序分离 ， 使任务和任 务分离， IA-32微处理器中提供了 个特权等级。 务分离 ， 在 IA-32 微处理器中提供了 4 个特权等级 。 利 微处理器中提供了4 用这个特权系统，可控制特权指令和I 用这个特权系统，可控制特权指令和I／O指令的使用， 指令的使用， 并控制对段和段描述符的访问。 并控制对段和段描述符的访问。

第2章 IA-32架构

第2章 IA-32架构
14
寄存器名
特
殊
用
途
SI
在字符串处理指令中作源变址寄存器用 在间接寻址中作变址寄存器用
DI
在字符串处理指令中作目标变址寄存器用 在间接寻址中作变址寄存器用
BP
在间接寻址中作基址指针用
SP
在堆栈操作中作堆栈指针用
15
2. 段寄存器组
8086CPU的BIU中设置4个16位段寄存器： •代码段寄存器CS（Code Segment） •数据段寄存器DS（Data Segment） •附加数据段寄存器ES（Extra Segment） •堆栈段寄存器SS（Stack Segment）
21
现将各标志位的定义说明如下： （1）CF（Carry Flag）进位标志位。如果做加法时最 高位（字节操作是D7位，字操作是D15位）产生进位或 做减法时最高位产生借位，则CF=1，否则CF=0。 （2）PF（Parity Flag）奇偶标志位。如果操作结果的 低八位中含有偶数个1，则PF=1，否则PF=0。 （3）AF（Auxiliary Carry Flag）辅助进位标志位。如 果做加法时D3 位有进位或做减法时 D3 位有借位 ，则 AF=1，否则AF=0。
第2章 IA-32结构微处理器及 其体系结构
1
主要内容：
微型机的基本结构； 8088（8086）微处理器的工作原理、
引线及结构；
总线的一般概念。
2
§2.1 微处理器的主要性能指标
2.1.1 字长 2.1.2 指令数 2.1.3 运算速度 2.1.4 访存空间 2.1.5 高速缓存大小 2.1.6 虚拟存储空间 2.1.7 是否能构成多处理器系统 2.1.8 工艺形式及其他
12
寄存器名

ia-32处理器的条件转移指令

ia-32处理器的条件转移指令

IA-32处理器是Intel推出的一系列32位处理器架构，它在计算机硬件中起着至关重要的作用。

IA-32处理器的条件转移指令是其中一个重要的组成部分，它们为计算机程序的流程控制提供了必要的支持。

本文将重点介绍IA-32处理器的条件转移指令，包括其功能、操作方法以及相关注意事项。

一、IA-32处理器的条件转移指令概述条件转移指令是一类用于根据特定条件改变程序执行流程的指令，它们根据条件标志寄存器的状态来决定是否执行跳转。

在IA-32处理器中，条件转移指令通常以"J"开头，后跟特定的条件代码，比如JE （Jump if Equal）、JNE（Jump if Not Equal）等。

这些条件代码根据不同的情况来判断是否进行跳转，从而实现程序流程的灵活控制。

二、IA-32处理器条件转移指令的功能IA-32处理器的条件转移指令主要用于实现程序中的条件分支结构，使程序可以根据不同的条件选择不同的执行路径。

它们可以用于实现循环结构、条件判断、函数调用等，是程序中不可或缺的重要部分。

通过条件转移指令，程序可以实现复杂的逻辑判断和控制流程，从而实现各种不同的功能和算法。

三、IA-32处理器条件转移指令的操作方法条件转移指令的操作方法相对简单直接，它们通常涉及到两个部分：条件判断和跳转目标。

条件判断部分会根据条件标志寄存器（如ZF、SF、CF等）的状态来确定是否满足跳转条件。

根据条件判断的结果，程序将会跳转到特定的跳转目标位置区域执行相应的指令。

在汇编语言中，条件转移指令的语法通常如下：```JE label ; 如果相等则跳转到标号label处执行JNE label ; 如果不相等则跳转到标号label处执行JZ label ; 如果为零则跳转到标号label处执行JG label ; 如果大于则跳转到标号label处执行JMP label ; 无条件跳转到标号label处执行```通过这些简单的指令的组合，程序可以实现复杂的条件控制和跳转逻辑。

IA-32处理器的功能结构

IA-32处理器的功能结构
的数据 堆栈段（Stack Segment）主存中堆栈所在的区
域。程序使用的堆栈一定在堆栈段。 代码段寄存器CS，堆栈段寄存器SS，数据段寄存器
DS，附加段寄存器ES 。FS和GS都属于数据段性质 的段寄存器 段寄存器属于专门的寄存器，不能与通用寄存器一 样使用，只能用于保存与段基地址有关的信息
总线接口单元
指令队列、指令指针、段寄存器、地址加法器和总线 控制逻辑
管理与系统总线的接口，负责对存储器和外设访问
执行单元
ALU、通用寄存器、标志寄存器和控制电路 负责指令译码、数据运算和指令执行
指令执行的两个主要阶段：取指和执行
取指：从主存取出指令代码进入指令队列 执行：译码指令、并发出有关控制信号实现指令功能
处理器按照无符号整数求得结果 设置进位标志CF 设置溢出标志OF
程序员决定 操作数是无符号数，关心进位 操作数是有符号数，注意溢出
IA-32处理器的功能结构
溢出标志的判断方法
处理器硬件判断规则
最高位和次高位同时有进位或同时无进位， 无溢出；最高位和次高位进位状态不同，有 溢出
人工判断的简单规则
数据存储格式举例
例2-4 在0x1000开始的存储单元依次存放的
字节是0x12，0x34，0x56，0x78，如图2-7所
示。分别以字节、字和双字访问存储单元，
其结果如何？
0x1004
...
0x1003
0x78
0x1002
0x56
0x1001
0x34
0x1000
0x12
图2-7各单元存储情况
IA-32处理器的功能结构
执行CLI指令设置IF=0 执行STI指令设置IF=1
IA-32处理器的功能结构

第 2 章 IA-32结构微处理器


随着PC机的大量普及，随着硬件性能的迅速提高。 要求有能保护操作系统核心软件的多任务操作系统。 为使这样的操作系统能在微型计算机系统中应用与普 及，要求微处理器本身为这样的操作系统提供支持。 于是，从80286开始，在80386中真正完善保护模式。 在保护模式下，程序运行于四个特权级。这样，可以 实现操作系统核心程序与应用程序的严格的隔离。保 护模式支持多任务机制，任务之间完全隔离。
6. 流SIMD扩展（SSE） 自Pentium III处理器开始，在x86系列微处 理器中引进了流SIMD（单指令多数据）扩展 （SSE）技术。SSE扩展把由Intel MMX引进 的SIMD执行模式扩展为新的128位XMM寄存 器和能在包装的单精度浮点数上执行SIMD操 作。
奔腾4处理器又进一步扩展为流SIMD扩展2 （SSE2）： — 用144条新指令扩展Intel MMX技术和 SSE扩展，它包括支持： • 128位SIMD整数算术操作。 • 128位SIMD双精度浮点操作。
到了奔腾处理器增加了第二个执行流水线以达到 超标量性能（两个已知的流水线u和v，一起工作能实 现每个时钟执行两条指令）。 Intel Pentium 4处理器是第一个基于Intel NetBurst微结构的处理器。Intel NetBurst微结构是新 的32bit微结构，它允许处理器能在比以前的X86系列 处理器更高的时钟速度和性能等级上进行操作。Intel Pentium 4处理器有快速的执行引擎、Hyper流水线技 术与高级的动态执行。使指令执行的并行性进一步提 高，从而做到在一个时钟周期中可以执行多条指令。
2. 引入片内缓存（CACHE） 随着超大规模集成电路技术的发展，存储器的集 成度和工作速度都有了极大的提高。但是，相对于 CPU的工作速度仍然至少差一个数量级。为了减少从 存储器中取指令与数据的时间，利用指令执行的局部 性原理，把近期可能要用到的指令与数据放在工作速 度比主存储器更高（当然，容量更小）的缓存中。这 样的思想，进一步在处理器中实现，即在处理器芯片 中实现了缓存。目前，通常在处理器芯片上有指令和 数据分开的一级缓存与指令与数据混合的二级缓存。 且缓存的容量越来越大。从而进一步提高了处理器的 性能。

微机原理第2章-IA32微处理器的功能结构

2.3.4 基本程序执行寄存器
0
15
16
31
0
15
0
15
16
31
7
8
AL
BL
CL
DL
AH
BH
CH
DH
EAX
EBX
ECX
EDX
ESP
EBP
ESI
EDI
1.通用寄存器
EAX 累加器寄存器：存放操作数和结果 EBX 基址寄存器：在DS段中的数据指针；存放操作数 ECX 计数寄存器：串和循环操作的计数器 EDX 数据寄存器：I/O指针
逻辑地址 是程序中使用的地址，它由段基址和段内偏移值所组成，段基址与段内偏移值都为16位的二进制数。
物理地址 也叫实际地址或绝对地址，是CPU访问存储器时实际使用的地址，为20位地址。 物理地址＝段基址×16＋段内偏移地址。
1
2
存储器物理地址的形成
【例】各独立段的分配情况示例。
设CS=B000H、DS=1CDEH、SS=4200H、ES=0150H,它们分别为代码段、数据段、堆栈段和附加段的段首址。自每个段首址开始，各段均占64KB的范围，各段之间互不重叠。
基本寄存器：在程序执行时暂时保存中间结果；在进行算术运算和逻辑运算时，通用寄存器任何一个都可以作为源操作数或目的操作数。
指针和变址寄存器
ESI 串操作的源指针 EDI 串操作的目标指针 ESP 堆栈指针 EBP 堆栈上数据指针
通用寄存器的特殊用途和隐含性质
6个段寄存器,保存16位段基址: CS 代码段 SS 堆栈段 DS 数据段 ES 附加段 FS 数据段F GS数据段G
指令的重叠操作
2.2.2 80386的功能结构

第 2 章 IA-32结构微处理器


Intel 80486微处理器基础结构等同于Intel 80386微处理器，它们在寄存器组、寻址方式、 存储器管理特征、数据类型方面都完全相同。 为了进一步提高微处理器的执行性能，在内部 结构上，对80486微处理器进行了一些改进，使 80486的性能更高。 80486微处理器从功能结构来说，已经形成了 IA-32结构微处理器的基础。后续的处理器往往是 在指令的流水线结构上，在Cache上以及在指令 扩展上有了新的发展。较新的IA-32微处理器的功 能结构如图2-6所示。
Intel 8086微处理器有16位寄存器和16 位外部数据总线，具有20位地址总线，寻 址1MB地址空间。 8086引进段到IA-32结构。关于段，有 16位的段寄存器，它包含最大为64KB的内 存段的指针。一次用四个段寄存器， 8086/8088微处理器能寻址256KB而不需要 在段之间切换。用段寄存器指针和附加的 16位指针能形成20位地址提供总共是1MB 的地址范围。
2.2.3 Intel 80486微处理器的功能结 构
Intel 80486微处理器是功能上的另一次 飞跃，它把Intel 80386微处理器、Intel 80x87 FPU和片上的Cache集成在一起，从 功能上形成了IA-32微处理器结构，也就是 IA-32微处理器的功能结构，如图2-5所示。
2.3 IA-32结构微处理器的执行环境
本节描述汇编语言程序员看到的IA-32结 构微处理器的执境包括内存（地址空间）、通用数据 寄存器、段寄存器、标志寄存器和指令指 针寄存器等。
2.3.1 操作模式
IA-32结构微处理器支持三种操作模式： 保护 模式、实地址模式和系统管理模式。操作模式确 定哪些指令和结构特性是可以访问的。 (1) 保护模式。这是处理器的基本模式。在这种模 式中，所有的指令和结构特性是可用的，提供最 高的功能和性能。对于所有的操作系统和新的应 用程序建议采用此模式。在多任务环境的保护模 式下，每一个任务都可以执行“实地址方式下的 8086指令”，这就是虚拟8086方式。

微机原理第3章 IA-32微处理器指令系统简介


3.1 指令系统概述
④ 间接寻址时，若有效地址存放在BP中，则默认的段寄存器为 SS ，因为 BP 称为基址寄存器，所以这种寻址方式通常称为堆栈 段基址寻址。例如： MOV BX，［BP］ 设 SS ＝ 7000H ， BP ＝ 1000H ，则该指令在执行时，将 71000H和71001H两单元的内容送BX。 ⑤ SI和DI寄存器分别称为源变址寄存器和目的变址寄存器，所 以用这两个寄存器来进行间接寻址也叫变址寻址。
3.1.1 指令系统分类
从现阶段的主流体系结构讲，指令集可分为复杂指令集和精 简指令集两部分。 1、复杂指令系统计算机（CISC，Complex Instruction Set Computer） 早期的CPU全部是CISC架构，它的设计目的是要用最少的 机器语言指令来完成所需的计算任务。大量的复杂指令、可变 的指令长度、多种的寻址方式是CISC的特点，也是CISC的缺点。
3.1 指令系统概述
（3）直接寻址 数据在存储器中，有效地址由指令直接给出。例如： MOV AX ， ［ 1060H ］ ； 其 功 能 是 将 DS 段 的 1060H 和 1061H 两单元的内容取到 AX 中。假设（ DS ） =2000H ，那么存储 单元的物理地址为21060H，如图3.1所示，将该存储单元中的数据 送到寄存器AX中。
3.1 指令系统概述
③ 间接寻址时，若有效地址存放在BX中，则默认的段寄存器为DS，
由于BX称为基址寄存器，所以这种寻址方式也叫数据段基址寻址。
例如： MOV AX，［BX］ 设 DS ＝ 6000H ， BX ＝ 3000H ， 则 本 指 令 在 执 行 时 ， 将
63000H和Байду номын сангаас3001H两单元的内容送AX。
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EAX：累加寄存器
ECX：计数寄存器，常用于计数
EDX ：数据寄存器，常用于数据传递
EBX ：基址寄存器，常用于地址索引
ESP ：ESP为堆栈指针，指向当前栈顶
EBP ：EBP为帧指针，当前活动记录的顶部
ESI ：变址寄存器，源地址指针，存储单元在段内的偏移量，
EDI ：变址寄存器目标地址指针
EIP ：指令寄存器，存放当前指令的下一条指令的地址
ES：附加段寄存器
CS：代码段寄存器
SS：堆栈段寄存器
DS：数据段寄存器
FS：寄存器指向当前活动线程的TEB结构
000 指向SEH链指针
004 线程堆栈顶部
008 线程堆栈底部
00C SubSystemTib
010 FiberData
014 ArbitraryUserPointer
018 FS段寄存器在内存中的镜像地址
020 进程PID
024 线程ID
02C 指向线程局部存储指针
030 PEB结构地址（进程结构）
034 上个错误号
GS：全局寄存器
EFL：标志位寄存器，各标志位的含义如下图，
DF：是控制标志位为方向标志，在串处理指令中控制处理信息的方向用。

当DF为1时，每次操作后使变址寄存器SI和DI减小，这样就使串处理从高地址向低地址方向处理。

当DF为0时相反.
TF当TF被置为1时，CPU进入单步执行方式，即每执行一条指令，产生一个单步中断请求。

这种方式主要用于程序的调试
ZF表示目的操作数结果为零
AF表示（AL为一个字节）相加进行到一半（低4位）有没有向另一半（高4位）进位，也可以表示是否借位（减法）
PF表示为偶数
CF表示已经发生进位，也可以表示借位
操作标志位寄存器汇编指令
LAHF 标志寄存器传送,把标志装入AH.
SAHF 标志寄存器传送,把AH内容装入标志寄存器.
PUSHF 标志入栈.
POPF 标志出栈.
PUSHD 32位标志入栈.
POPD 32位标志出栈.
浮点寄存器：(80位)
ST0
ST1
ST2
ST3
ST4
ST5
ST6
ST7
FST ：协处理器状态寄存器
FCW：浮点控制寄存器具体参考/design/processor/manuals/253665.pdf
MM0：多媒体指令寄存器
MM1
MM2
MM3
MM4
MM5
MM6
MM7
DR0 :调试寄存器
DR1
DR2
DR3
DR4
DR5
DR6
DR7
CR0：控制寄存器
CR1
CR2
CR3
CR4
CR5
CR6
CR7
TR0 ：任务寄存器
TR1
TR2
TR3
TR4
TR5
TR6
TR7
XMM0:单指令，多数据寄存器
FS:
得到KERNEL32.DLL基址的方法
assume fs:nothing ;打开FS寄存器
mov eax,fs:[30h] ;得到PEB结构地址
mov eax,[eax + 0ch] ;得到PEB_LDR_DA TA结构地址
mov esi,[eax + 1ch] ;InInitializationOrderModuleList
lodsd ;得到KERNEL32.DLL所在LDR_MODULE结构的InInitializationOrderModuleList地址
mov edx,[eax + 8h] ;得到BaseAddress，既Kernel32.dll基址
获得pted结构汇编代码
TEB *pteb=NULL;
__asm mov eax,fs:[18h]
__asm mov pteb,eax
对于协处理器中状态寄存器的内容，程序员可用指令FSTSW把其值送到内存单元中。

如果当前使用的是80287及其以后的协处理器，那么，可用指令“FSTSW AX”把该状态寄存器的值传送给通用寄存器AX。

一旦状态寄存器的值复制到内存或AX中，那么，就可对其各位进行分析，并可检测出当前协处理器的工作状态。

对于80287协处理器，它还可通过I/O地址00FAH～00FFH来实现其与CPU之间的数据交换，而80387~Pentium系列芯片，则是通过I/O地址800000FAH～800000FFH来实现这两者之间的数据交换。

当状态寄存器的内容传给AX之后，一般可用下面二种方法来检测协处理器的状态。

方法1：用TEST指令来检测其相应的状态位。

例11.3 检测是否有“0作除数”的错误。

FDIV DA TA1 ;用协处理器中堆顶数据去除DA TA1
FSTSW AX ;把状态寄存器的值传送给AX
TEST AX, 4 ;测试第2位，即：检测ZE是否为1
JNZDIV_ERR
例11.4 检测是否有“非法操作数”的错误。

FSQRT;求协处理器中堆顶数据的平方根
FSTSW AX
TESTAX, 1;测试第0位，即：检测IE是否为1
JNZSQRT_ERR
方法2：用SAHF指令把AX的低字节传送给CPU的标志位寄存器，然后再用条件转移指令来完成相应的检测。

例11.5 检测内存单元的数据与协处理器堆顶数据之间的大小关系。

FCOMDA TA1;内存单元DA TA1的值与协处理器堆顶数据进行比较
FSTSW AX
SAHF;把AX的低字节存入CPU的状态寄存器
JEST_EQUAL ;具体大小关系的决定可见表11.2中的“FCOM”
JBST_BELOW
JAST_ABOVE。