实模式、保护模式和虚拟8086模式

Intel80386CPUIntel 80386 CPU簡單了解運⾏模式⼀般CPU只有⼀种运⾏模式，能够⽀持多个程序在各⾃独⽴的内存空间中并发执⾏，且有⽤户特权级和内核特权级的区分，让⼀般应⽤不能破坏操作系统内核和执⾏特权指令。

80386处理器有四种运⾏模式：实模式、保护模式、SMM模式和虚拟8086模式。

这⾥对涉及ucore的实模式、保护模式做⼀个简要介绍。

实模式：这是个⼈计算机早期的8086处理器采⽤的⼀种简单运⾏模式，当时微软的MS-DOS操作系统主要就是运⾏在8086的实模式下。

80386加电启动后处于实模式运⾏状态，在这种状态下软件可访问的物理内存空间不能超过1MB，且⽆法发挥Intel 80386以上级别的32位CPU的4GB内存管理能⼒。

实模式将整个物理内存看成分段的区域，程序代码和数据位于不同区域，操作系统和⽤户程序并没有区别对待，⽽且每⼀个指针都是指向实际的物理地址。

这样⽤户程序的⼀个指针如果指向了操作系统区域或其他⽤户程序区域，并修改了内容，那么其后果就很可能是灾难性的。

保护模式：保护模式的⼀个主要⽬标是确保应⽤程序⽆法对操作系统进⾏破坏。

实际上，80386就是通过在实模式下初始化控制寄存器（如GDTR，LDTR，IDTR与TR等管理寄存器）以及页表，然后再通过设置CR0寄存器使其中的保护模式使能位置位，从⽽进⼊到80386的保护模式。

当80386⼯作在保护模式下的时候，其所有的32根地址线都可供寻址，物理寻址空间⾼达4GB。

在保护模式下，⽀持内存分页机制，提供了对虚拟内存的良好⽀持。

保护模式下80386⽀持多任务，还⽀持优先级机制，不同的程序可以运⾏在不同的特权级上。

特权级⼀共分0～3四个级别，操作系统运⾏在最⾼的特权级0上，应⽤程序则运⾏在⽐较低的级别上；配合良好的检查机制后，既可以在任务间实现数据的安全共享也可以很好地隔离各个任务。

內存架構地址是访问内存空间的索引。

⼀般⽽⾔，内存地址有两个：⼀个是CPU通过总线访问物理内存⽤到的物理地址，⼀个是我们编写的应⽤程序所⽤到的逻辑地址（也有⼈称为虚拟地址）。

Pentium在保护模式下的寻址机制姓名：郭丽娜专业：电子信息科学与技术２００９学号：０２０２４２００９００５工作模式从80386开始，cpu有三种工作方式：实模式，保护模式和虚拟8086模式。

只有在刚刚启动的时候是real-mode，操作系统运行起来以后就运行在保护模式。

实模式只能访问地址在1M以下的内存称为常规内存，我们把地址在1M 以上的内存称为扩展内存。

在保护模式下，全部32条地址线有效，可寻址高达4G字节的物理地址空间; 扩充的存储器分段管理机制和可选的存储器分页管理机制，不仅为存储器共享和保护提供了硬件支持，而且为实现虚拟存储器提供了硬件支持; 支持多任务，能够快速地进行任务切换和保护任务环境; 4个特权级和完善的特权检查机制，既能实现资源共享又能保证代码和数据的安全和保密及任务的隔离; 支持虚拟8086方式，便于执行8086程序。

虚拟8086模式是运行在保护模式中的实模式，为了在32位保护模式下执行纯16位程序。

它不是一个真正的CPU模式，还属于保护模式。

保护模式同实模式的根本区别是进程内存受保护与否。

CPU启动环境为16位实模式，之后可以切换到保护模式。

但从保护模式无法切换回实模式寻址机制：Pentium的存储单元的地址跟16位的cpu类似，也是由段基址和段内偏移量构成的，为此，pentium内部设置了6个16位的段寄存器。

在实地址方式，每段的大小固定为64ＫＢ，寻址时，只要把段寄存器中的值左移４位，就得到对应段的基地址，再加上偏移量，就得到了存储单元的物理地址。

在保护方式下，存储器单元的地址也是由段基址和段内偏移量构成，不过，为了得到更大的存储空间，在保护方式下，ｐｅｎｔｉｕｍ采用了更巧妙的方法来得到段基址和段内偏移量。

Pentium的寻址机制，首先就是逻辑地址到线性地址的转换，这个转换是由分段部件完成的。

在指令中，所用的是有16位段寄存器指出的段选择子和32位偏移量构成的逻辑地址。

十一.虚拟8086模式继推出80386之后，Intel又推出了80386、Pentium和Pentium PRO。

这些处理器都具有实模式和保护模式两种工作方式。

前面已介绍过，实模式与8086兼容，可以运行DOS及以其为平台的几乎所有软件；但在实模式下，处理器不能发挥自身的优越性能，不能支持多用户、多任务操作系统的运行。

为了充分发挥处理器的功能，同时使DOS及以其为平台的软件继续有效地运行，从80386开始增加了虚拟8086模式。

本文将介绍虚拟8086模式。

这里下载本文源代码。

<一>V86模式1.V86模式虚拟8086模式是保护模式下的一种工作方式，也称为V8086模式，或者简称为V86模式。

在虚拟8086模式下，处理器类似于8086。

寻址的地址空间是1M字节；段寄存器的内容作为段值解释；20位存储单元地址由段值乘以16加偏移构成。

在V86模式下，代码段总是可写的，这与实模式相同，同理，数据段也是可执行的，只不过可能会发生异常。

所以，在虚拟8086模式下，可以运行DOS及以其为平台的软件。

但V86模式毕竟是虚拟8086的一种方式，所以不完全等同于8086。

当标志寄存器中的VM位为1时，处理器就处于V86模式。

此时，其当前特权级由处理器自动设置为3。

2.V86任务8086程序可以直接在V86模式下运行，而V86模式受到称为V86监控程序的控制。

V86监控程序和在V86模式下的8086程序构成的任务称为虚拟8086任务，或者简称为V86任务。

V86任务形成一个由处理器硬件和属于系统软件的监控程序组成的“虚拟8086机”。

V86监控程序控制V86外部界面、中断和I/O。

硬件提供该任务最低端1M字节线性地址空间的虚拟存储空间，包含虚拟寄存器的TSS，并执行处理这些寄存器和地址空间的指令。

80386把V86任务作为与其它任务具有同等地位的一个任务。

它可以支持多个V86任务，每个V86任务是相对独立的。

80386学习（⼀）80386CPU介绍⼀.80386CPU介绍 Inter80386CPU是Inter公司于1985年推出的第⼀款32位80x86系列的微处理器。

80386的数据总线是32位的，其地址总线也是32位，因⽽最⼤可寻址4GB的存储空间。

80386作为x86系列CPU的⼀员，保持着对更早⽣产的x86CPU的向前兼容。

80386在当时主要为⽀持⾼性能的应⽤领域和多⽤户、多任务操作系统⽽设计，提供了硬件级的特权级保护、多任务切换、内存分页等功能。

80386有三种运⾏模式：实模式、保护模式和虚拟8086模式。

在实模式下，80386和8086的⾏为保持⼀致，只能访问20位(1M)的地址空间，内部实际32位的寄存器也只有低16位有效。

实模式主要是为了兼容运⾏在8086CPU上的程序，所以80386加电后，默认就运⾏在实模式下。

要想充分发挥80386的对于多任务的⽀持功能，需要使80386进⼊保护模式。

保护模式是80286以及后续的x86CPU都具有的⼀种⼯作模式。

保护模式下的80386内存寻址范围达到了硬件设计的上限：2^32byte，即4GB。

保护模式提供了诸如内存保护、内存分页机制以及硬件虚拟存储管理等功能，为多⽤户。

多任务的⾼效、可靠、安全的操作系统实现提供了良好的⽀持。

因此，主流的现代操作系统例如Linux、Windows(Windows95及以后)其内核均运⾏在x86的保护模式之上。

虚拟8086模式的⼯作模式介于实模式和保护模式之间，虚拟8086⽀持多任务、内存分页等功能。

但运⾏的每⼀个独⽴任务均处于实模式之下。

虚拟8086这⼀模式由于其中庸性，应⽤范围相对较⼩。

⼆.80386对于8086的主要改进 80386能够兼容的运⾏之前在8086、80286CPU上运⾏的程序，但80386⽐起16位的8086CPU⽆论是性能还是功能上都有质的提升。

性能⽅⾯的主要改进：更宽的数据总线和地址总线 扩展到32位的地址总线使得80386能够访问更⼤的地址空间，同时32位的数据总线⽐起8086的16位也增加了数据的传输速度。

CPU的主频，即CPU内核工作的时钟频率（CPU Clock Speed）。

通常所说的某某CPU是多少兆赫的，而这个多少兆赫就是“CPU的主频”。

很多人认为CPU的主频就是其运行速度，其实不然。

CPU的主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度，与CPU实际的运算能力并没有直接关系。

主频和实际的运算速度存在一定的关系，但目前还没有一个确定的公式能够定量两者的数值关系，因为CPU的运算速度还要看CPU的流水线的各方面的性能指标（缓存、指令集，CPU的位数等等）。

由于主频并不直接代表运算速度，所以在一定情况下，很可能会出现主频较高的CPU实际运算速度较低的现象。

比如AMD公司的AthlonXP系列CPU大多都能以较低的主频，达到英特尔公司的Pentium 4系列CPU较高主频的CPU性能，所以AthlonXP系列CPU才以PR值的方式来命名。

因此主频仅是CPU性能表现的一个方面，而不代表CPU的整体性能。

CPU的主频不代表CPU的速度，但提高主频对于提高CPU运算速度却是至关重要的。

举个例子来说，假设某个CPU在一个时钟周期内执行一条运算指令，那么当CPU运行在100MHz 主频时，将比它运行在50MHz主频时速度快一倍。

因为100MHz的时钟周期比50MHz的时钟周期占用时间减少了一半，也就是工作在100MHz主频的CPU执行一条运算指令所需时间仅为10ns比工作在50MHz主频时的20ns缩短了一半，自然运算速度也就快了一倍。

只不过电脑的整体运行速度不仅取决于CPU运算速度，还与其它各分系统的运行情况有关，只有在提高主频的同时，各分系统运行速度和各分系统之间的数据传输速度都能得到提高后，电脑整体的运行速度才能真正得到提高。

提高CPU工作主频主要受到生产工艺的限制。

由于CPU是在半导体硅片上制造的，在硅片上的元件之间需要导线进行联接，由于在高频状态下要求导线越细越短越好，这样才能减小导线分布电容等杂散干扰以保证CPU运算正确。

什么是实模式、保护模式和虚拟8086方式1:实模式：寻址采用和8086相同的16位段和偏移量，最大寻址空间1MB，最大分段64KB。

可以使用32位指令。

32位的x86 CPU用做高速的8086。

2:保护模式：寻址采用32位段和偏移量，最大寻址空间4GB，最大分段4GB (Pentium Pro 及以后为64GB)。

在保护模式下CPU可以进入虚拟8086方式，这是在保护模式下的实模式程序运行环境。

第一:实模式下程序的运行回顾.程序运行的实质是什么?其实很简单,就是指令的执行,显然CPU是指令得以执行的硬件保障,那么CPU如何知道指令在什么地方呢?对了,80x86系列是使用CS寄存器配合IP寄存器来通知CPU指令在内存中的位置.程序指令在执行过程中一般还需要有各种数据,80x86系列有DS、ES、FS、GS、SS等用于指示不同用途的数据段在内存中的位置。

程序可能需要调用系统的服务子程序，80x86系列使用中断机制来实现系统服务。

总的来说，这些就是实模式下一个程序运行所需的主要内容（其它如跳转、返回、端口操作等相对来说比较次要。

）第二：保护模式---从程序运行说起无论实模式还是保护模式，根本的问题还是程序如何在其中运行。

因此我们在学习保护模式时应该时刻围绕这个问题来思考。

和实模式下一样，保护模式下程序运行的实质仍是“CPU执行指令，操作相关数据”，因此实模式下的各种代码段、数据段、堆栈段、中断服务程序仍然存在，且功能、作用不变。

那么保护模式下最大的变化是什么呢？答案可能因人而异，我的答案是“地址转换方式”变化最大。

第三：地址转换方式比较先看一下实模式下的地址转换方式，假设我们在ES中存入0x1000，DI中存入0xFFFF,那么ES:DI=0x1000*0x10+0xFFFF=0x1FFFF,这就是众所周知的“左移4位加偏移”。

那么如果在保护模式下呢？假设上面的数据不变ES=0x1000,DI=0xFFFF，现在ES:DI等于什么呢？公式如下：（注：0x1000=1000000000000b= 10 0000 0000 0 00）ES:DI=全局描述符表中第0x200项描述符给出的段基址+0xFFFF现在比较一下，好象是不一样。

Intel开发者⼿册第⼆卷指令集⼿册第2章指令格式这⼀章详细描述所有Intel 64和IA-32处理器指令格式.保护模式指令,实地址模式以及虚拟8086模式指令格式将在2.1节描述.IA-32e模式及其⼦模式指令格式将在2.2节描述.2.1 实模式,保护模式,以及虚拟8086模式指令格式Intel-64和IA-32架构指令编码是图2-1所⽰格式的⼦集.⼀条指令包括可选的指令前缀(顺序任意),主操作码(最多3字节),由ModR/M和SIB字节(可选) 组成的地址格式描述符(如果需要的话),偏移量(可选)以及⽴即数(可选).图 2-1. Intel 64 和 IA-32 架构指令格式2.1.1 指令前缀指令前缀分为四组,每⼀组包含⼀些允许的前缀码.对于任何指令,前缀可以从这四组(组1,2,3,4)⾥的挑选,并且它们不区分次序.组1—锁定和重复前缀:Vol. 2A 2-1指令格式F0H - LOCKF2H - REPNE/REPNZ,仅⽤于串操作和I/O指令,也可被⽤作某些指令的强制性前缀F3H - REP或REPE/REPZ,仅⽤于串操作和I/O指令,也可被⽤作某些指令的强制性前缀组2—段重载前缀:2EH—CS 段重载(⽤于任意分⽀指令时保留 )36H—SS 段重载(⽤于任意分⽀指令时保留 )3EH—DS 段重载(⽤于任意分⽀指令时保留 )26H—ES 段重载(⽤于任意分⽀指令时保留 )64H—FS 段重载(⽤于任意分⽀指令时保留 )65H—GS 段重载(⽤于任意分⽀指令时保留 )—分⽀提⽰:2EH—分⽀不被接受(仅⽤于Jcc指令中)3EH—分⽀被接受(仅⽤于Jcc指令中)组366H—操作数⼤⼩重载前缀,也可被⽤作某些指令的强制性前缀.组467H—地址尺⼨重载前缀LOCK前缀(F0H)在多处理器环境下强制执⾏独占共享内存操作.详见《Instruction Set Reference, A-M》第三章"LOCK –断⾔LOCK#信号前缀".重复前缀(F2H,F3H)将会重复操作字符串的每⼀个元素.只有MOVS,CMPS,SCAS,LODS,STOS,INS,OUTS等字符串操作或I/O指令才能使⽤这些前缀. 对Intel 64 或 IA-32 其他指令使⽤重复前缀和/或未定义的操作码是被保留的,将会引起不可预知的⾏为.某些指令可能使⽤F2H,F3H作为强制性前缀来表⽰特定的功能.强制性前缀应当位于其他可选的前缀之后(例外的情形请查看第2.2.1节,‖REX前缀‖)2-2 Vol. 2A指令格式分⽀提⽰前缀(2EH,3EH)允许程序给处理器⼀个最有可能的执⾏分⽀提⽰.这些前缀只能⽤于条件指令(Jcc).在Intel 64 或 IA-32其他指令中使⽤分⽀预测前缀或者未定义的操作码是被保留的,将引起不可预知的⾏为.操作数⼤⼩重载前缀允许程序在16位和32位操作数⼤⼩间切换.它们中任⼀个都可以是默认值,⽽使⽤这个前缀则选择⾮默认值.某些SSE2/SSE3/SSSE3/SSE4和使⽤3字节操作码的指令可能使⽤66H作为强制性前缀来表⽰特定的功能. 强制性前缀应当位于其他可选的前缀之后(例外的情形请查看第2.2.1节,‖REX前缀‖) . 66H前缀的其他⽤法是被保留的, 将引起不可预知的⾏为.地址尺⼨重载前缀(67H)允许程序在16位和32位地址间切换.它们中的任何⼀个都可以是默认值,使⽤这个前缀选择⾮默认值.当指令中的操作数不在内存中,使⽤这个前缀或未定义的操作码时,操作被保留,可能引起不可预知的⾏为.2.1.2 操作码主操作码长度为1,2或3字节. ModR/M可能编码附加的3位操作码. 主操作码中定义了⼀些更⼩的域.这些域定义了操作⽅向,偏移⼤⼩,寄存器编码,条件代码,或符号扩充.指令使⽤的域因操作码的类别⽽不同.双字节通⽤和SIMD指令操作码由下⾯部分组成:转义码(0FH),加上第⼆个操作码字节,或者⼀个强制性前缀(66H,F2H,或F3H), 转义码(0FH),第⼆个操作码字节(和上⾯⼀样)例如,CVTDQ2PD由下⾯的⼆进制序列组成:F3 0F E6 .第⼀个字节是⼀个SSE/SSE2/SSE3指令的强制性前缀(不被视为重复前缀).三字节通⽤和SIMD指令操作码由下⾯部分组成:转义码(0FH),加上另外2个操作码字节,或者⼀个强制性前缀(66H,F2H,或F3H), 转义码(0FH),另外2个操作码字节(和上⾯⼀样)⽐如,XMM寄存器指令PHADDW由下⾯的⼆进制序列组成:66 0F 38 01.第⼀个字节即强制性前缀.有效的操作码在附录A和附录B中被定义.Vol. 2A 2-3指令格式2.1.3 ModR/M 和 SIB 字节许多涉及内存操作数的指令都有⼀个紧挨着主操作码的寻址格式说明字节(叫做ModR/M字节),ModR/M字节包含3个域信息:mod域与r/m域组成32个可能的值:8个寄存器和24个寻址模式.reg/opcode域确定寄存器号或者附加的3位操作码.reg/opcode域的⽤途由主操作码确定.r/m域确定⼀个寄存器为操作数或者和mod域⼀起编码寻址模式.有时候有些指令使⽤特定的mod域和r/m域组合来表⽰操作码信息.某些ModR/M字节编码需要第⼆寻址字节(SIB).基址+索引或者⽐例+索引形式的32位寻址需要SIB字节.SIB字节包括下列域: scale 域指定⽐例因⼦.index域指定索引寄存器号.base 域指定基址寄存器号.ModR/M和SIB编码详见第2.1.5节.2.1.4 偏移量和⽴即数字节某些地址构成包含ModR/M以及紧随ModR/M其后的偏移量(或者是SIB字节).如果需要偏移量,它可以是1,2,或者4字节.若指令指定⼀个⽴即操作数,该操作数总是在偏移量之后,⽴即操作数可以为1,2,4字节. 2.1.5 ModR/M和SIB字节寻址模式编码表2-1⾄表2-3列出了ModR/M和SIB字节和寻址模式的对应情况:表2-1列出的是16位地址模式的情形,⽽表2-2则是32位的情况,表2-3则是由SIB字节指定的32位地址的情况.在附录B中列出了当ModR/M的reg/opcode域表现为操作码扩展时的编码情况.在表2-1和2-2中,指定了由Mod域和R/M域组合的32种有效地址形式,其中前24个是内存操作数,后8个(mod=11B)是供通⽤寄存器,MMX以及XMM寄存器使⽤.2-4 Vol. 2A指令格式表2-1和2-2中的Mod和R/M列给出了第⼀列对应有效地址时Mod和R/M的值.例如:Mod=11B,R/M=000B,该⾏确定通⽤寄存器EAX,AX或AL,MMX寄存器MM0,或者XMM寄存器XMM0.最终使⽤的寄存器由操作码字节以及操作数尺⼨属性决定.现在看看表2-1或2-2的第7⾏(―REG=‖),当需要指定第⼆操作数时,该⾏指定Reg/Opcode 域的⽤途,该操作数必须为通⽤寄存器或者MMX,XMM寄存器,第⼀⾄五⾏为对应的寄存器,同样的,最终使⽤的寄存器由操作码字节以及操作数尺⼨属性决定.若指令不需要第⼆操作数,Reg/Opcode可能被⽤作操作码扩展,即第六⾏‖/digit(Opcode)‖所指,以⼗进制数的形式表⽰.表2-1和2-2的主体(即‖ ModR/M值 (⼗六进制)‖)是⼀个32*8的矩阵,囊括了ModR/M的256个可能值.由位3-5索引列,位0-2和6,7索引列.下图演⽰了表中的⼀个值的解析.图 2-2. ModR/M (C8H) 值的解析Vol. 2A 2-5指令格式注:1. BP作为索引默认以SS为段寄存器,其他的寻址⽅式默认以DS段寄存器.2. “disp16”记号表⽰ModR/M 后跟随⼀个16位的偏移量,该偏移量被加⾄有效地址.3. “disp8”记号表⽰ModR/M 后跟随⼀个8位的偏移量,该偏移量将被符号扩展,然后被加⾄有效地址.2-6 Vol. 2A指令格式注:1. “[--][--]”记号表⽰ModR/M 后跟随有⼀个SIB字节.2. “disp32”记号表⽰ModR/M(或者SIB,如果出现的话) 后跟随⼀个32位的偏移量,该偏移量被加⾄有效地址.3. “disp8”记号表⽰ModR/M(或者SIB,如果出现的话) 后跟随⼀个8位的偏移量,该偏移量将被符号扩展,然后被加⾄有效地址.表2-3囊括了SIB 的256个可能值(⼗六进制形式) . 可以作为基的通⽤寄存器通过表的上部列出,也列出了相应的base域值. 表的主体的每⾏列出了索引(index SIB的3,4,5位)对应的寄存器及倍率因⼦(scaling factor SIBbyte的6,7位).Vol. 2A 2-7指令格式注:1. “[*]”记号表⽰:若MOD = 00B表⽰没有基,且带有⼀个32位的偏移量；否则表⽰disp8或disp32 + [EBP].即提供如下的寻址⽅式:MOD 有效地址00 [scaled index] + disp3201 [scaled index] + disp8 + [EBP]10 [scaled index] + disp32 + [EBP]2-8 Vol. 2A指令格式2.2 IA-32E 模式IA-32e模式有两个⼦模式:兼容模式.使64位操作系统能够不经修改运⾏遗留的保护模式代码.64位模式.使64位操作系统能够运⾏应⽤程序存取64位地址空间.2.2.1 REX 前缀REX前缀⽤于64位模式,它能够:指定GPR(通⽤寄存器)和SSE寄存器.指定64位操作数尺⼨.指定扩展的控制寄存器.在64位环境中并⾮所有的指令都需要REX前缀,它仅在指令使⽤扩展寄存器或64位操作数时发挥作⽤.当它的使⽤没有意义时,将被忽略.每条指令最多能有⼀个REX前缀.如果REX前缀被使⽤,那么它必须位于操作码或转义码之前.如果REX前缀和包含强制性前缀的指令配合使⽤,该强制性前缀必须位于REX前缀之前,这样REX前缀就紧靠操作码或转义码之前.例如 CVTDQ2PD带有⼀个REX前缀,该前缀必须位于F3和0FE6之间.将REX前缀放置在其他的地⽅将被忽略.指令的最⼤长度为15字节的规律对于使⽤REX前缀的指令也是同样适⽤的.如图2-3所⽰.图 2-3. 64-bit 模式的前缀顺序Vol. 2A 2-9指令格式2.2.1.1 编码Intel 64 和 IA-32 指令格式可以通过编码中的3位域指定最多3个寄存器:ModR/M: reg 和 r/m 域带SIB 的ModR/M: ModR/M 的reg 域 SIB 的 base 和 index 域指令不包含 ModR/M: 操作码的reg域64位模式下,这些格式未被改变. REX前缀新增了⼀些位定义了⼀些新的域.2.2.1.2 REX 前缀的域REX前缀包含操作码表中从40H⾄4FH共16个,占操作码表的⼀⾏.这些字节在32位和兼容模式下表现位合法的指令(INC 或DEC);⽽在64-bit模式下,这些字节表现为REX前缀,⽽不再是单个的指令.64位模式下没有单字节的INC/DEC指令,但是可以通过操作码FF/0和FF/1即带ModR/M字节的⽅式使⽤INC和DEC指令.表2-4是对REX前缀格式的⼀个总结,图2-4⾄图2-7例举了REX前缀被使⽤的情况. 某些RE X域的组合是⾮法的,将被处理器忽略.下⾯是⼀些额外的信息:设置REX.W可以决定操作数尺⼨,但这并不是决定操作数尺⼨的唯⼀因素.和66H前缀⼀样,64位操作数尺⼨重载不会对字节单位操作产⽣影响.对于⾮字节单位操作:若66H前缀和REX前缀配合使⽤(REX.W=1),此时66H前缀将被忽略. ?66H 前缀和REX⼀起使⽤且REX.W = 0, 操作数尺⼨为 16 位.当ModR/M的reg域编码GPR, SSE, 控制或调试寄存器时, REX.R修饰该域.当ModR/M指定另外的寄存器或者reg/opcode域被⽤于操作码扩展时,REX.R将被忽略.REX.X修饰 SIB 的 index 域.REX.B either modifies the base in the ModR/M r/m field or SIB base field; or it modifies the opcode reg field used for accessing GPRs.2-10 Vol. 2A指令格式图 2-4. 不带SIB 字节的内存寻址; REX.X 未被使⽤图 2-5. 寄存器-寄存器寻址(没有内存操作数); REX.X 未被使⽤Vol. 2A 2-11指令格式图 2-6. 带SIB 的内存寻址图 2-7. 操作码中编码进村其操作数; REX.X 和 REX.R 未被使⽤对于IA-32架构,字节寄存器(AH, AL, BH, BL, CH, CL, DH, 和 DL) 通过0-7被编码于ModR/M 的 reg 域, r/m 域或者操作码的 reg 域. REX通过额外的寻址字节寄存器, 使各GPR的最低有效字节可⽤.特定的ModR/M和SIB的组合译为着特殊的寄存器编码.对于某些组合,被REX扩展的域并未被解码. 表 2-5 描述了各种情形的表现情况.2-12 Vol. 2A指令格式表 2-5. REX编码的特殊情况* 不需要关⼼REX.B2.2.1.3 偏移量64为寻址任然使⽤32位模式的ModR/M和SIB编码. 并且 ModR/M 和 SIB 以及偏移量的尺⼨都未变化. 它们仍然是8位或32位,并且被符号扩展为64位.2.2.1.4 直接内存地址 MOVs64位模式下, 直接内存地址MOV指令需要使⽤64位⽴即绝对地址. 该地址即直接内存地址, 不需要使⽤前缀指定该64位内存地址. 对于这些MOV指令, 该内存地址为默认地址尺⼨(64位模式为64位). 请查看表 2-6.Vol. 2A 2-13指令格式2.2.1.5 ⽴即数64位模式下,⽴即操作数的典型尺⼨仍然是32位.当操作数尺⼨为64位时,处理器在使⽤之前将所有的⽴即数符号扩展为64位.64位⽴即操作数是通过扩展已经存在的move指令(MOV reg, imm16/32)实现的. 这些指令(操作码为B8H – BFH)传输16位或32位⽴即数(依据有效的操作数尺⼨)⾄GPR. 当有效的操作数尺⼨为64位时, 这些指令可以将⼀个⽴即数加载⾄GPR.使⽤REX前缀重载32位默认操作数尺⼨为64位.例如:48 B8 8877665544332211 MOV RAX,1122334455667788H2.2.1.6 RIP相对寻址64位模式实现了⼀种新的寻址⽅式??RIP相对寻址(relative instruction-pointer). 有效地址由将偏移量加⾄下⼀指令的64位RIP 形成.对于IA-32和兼容模式,指令指针的相对寻址仅对控制转移类指令可⽤. ⽽对于64位模式，任何使⽤ModR/M寻址的指令均可使⽤RIP相对寻址. 若未使⽤RIP相对寻址, 所有的ModR/M指令寻址均为相对于0的偏移量.RIP相对寻址允许特定的ModR/M模式使⽤⼀个有符号的32位的相对于64位RIP的偏移量来寻址内存. 这样该偏移的范围即±2GB. 表2-7列出了⽤于RIP相对寻址的ModR/M和SIB编码情况. Redundant forms of 32-bit displacement-addressing exist in the current ModR/M and SIB encodings. There is one ModR/M encoding and there are several SIB encodings. RIP-relative addressing is encoded using a redundant form.在64位模式中，ModR/M Disp32(32位偏移)编码被重定义为RIP+Disp32，⽽不再是仅有偏移量.请查看表2-7.2-14 Vol. 2A指令格式RIP相对寻址的ModR/M编码并不依赖于使⽤前缀. 具体的说, r/m域为101B(选择使⽤RIP相对寻址)不受REX前缀的影响. 例如,mod=00B,选择R13(REX.B = 1, r/m = 101B)仍然选择RIP相对寻址. 由REX.B和ModR/M组合的4⽐特并没有被完全解码. 为了寻址R13且不带偏移量,程序必须编码R13+0，使⽤1字节的偏移量0.RIP相对寻址由64位模式，⽽不是64位地址尺⼨启⽤. 使⽤地址尺⼨前缀并不能禁⽤RIP相对寻址. 地址尺⼨前缀仅仅起着截断和零扩展有效地址为32位.2.2.1.7 64位默认操作数尺⼨在64位模式中有两组指令使⽤64位默认操作数(不需要REX前缀),它们是:短跳转指令所有依赖rsp寻址的指令,远跳转指令除外2.2.2 控制和调试寄存器编码64位环境下允许编码更多的控制和调试寄存器. 当ModR/M 的reg域需要编码控制或调试寄存器时, REX.B 被⽤于修饰该 reg 域(请查看表2-4). 这样处理器就能寻址CR8-CR15 以及DR8- DR15等寄存器.64位环境定义了⼀个新增的控制寄存器(CR8),CR8被⽤作任务优先级寄存器 (TPR).在IA-32e模式的最先实现并没有实现 CR9-CR15 和 DR8-DR15 等寄存器. 任何试图存取未被实现的寄存器都将导致⼀个⽆效指令异常 (#UD).Vol. 2A 2-15指令格式: ⽤于任意分⽀指令时保留的原因是:分⽀指令都会改变eip,eip总是应当以CS为段寄存器的,故不能改变默认的CS段. 2-16 Vol. 2A。