80386寄存器(转载)

80386寄存器(转载)

写这篇文章,完全是因为学习保护模式需要这些知识,读者完全可以走马观花,大致看看有什么内容,知道需要的时候来查这篇文章就可以了,完全没有必要抵抗着困意非要把这篇文章认真看完,记住里面每一个寄存器里每一位的定义,但是以后的文章如果需要,一定要记得回来查查相关的内容。 80386共提供7种类型的32位寄存器,如下: 通用寄存器(EAX、EBX、ECX、EDX、ESP、EBP、ESI、EDI) 段寄存器(CS、SS、DS、ES、FS、GS) 指令指针寄存器和标志寄存器(EIP、EFLAGS) 系统表寄存器(GDTR、IDTR、LDTR、TR) 控制寄存器(CR0、CR1、CR2、CR3、CR4) 调试寄存器(DR0、DR1、DR2、DR3、DR4、DR5、DR6、DR7) 测试寄存器(TR6、TR7) 其中后三类寄存器是80386以后的CPU才有的,以前的CPU完全没有。 下图是前四类寄存器的大致示意图: 本文只对这些寄存器做一个大致的介绍,其中有些特殊且有较大意义的寄存器,会另文介绍。 一、通用寄存器 一组八个通用寄存器是对8086/80286通用寄存器的32位扩展,其用法与在8086/80286中相似,支持8位、16位、32位操作,进行32位操作是,寄存器名称前面冠以“E”。 这八个寄存器的名称如下:EAX(累加器)、EBX(基址)、ECX(计数)、EDX(数据)、ESP(栈指针)、EBP(基址指针)、ESI(源变址)、EDI(目的变址)。 二、段寄存器 80386比8086/80286增加了两个段寄存器FS、GS。 除CS支持代码段,SS支持堆栈段外,程序员可以利用其它的所有段寄存器支持数据段。 每个段寄存器对应这一个64位高速缓存器(有些资料中说有96位,但值使用其中的64位),这在8086中是没有的(在80286中为48位),它的具体作用将另文介绍。 三、指令指针寄存器和标志寄存器 指令寄存器EIP是对8086/80286指令指针寄存器的32位扩展,它包含着待执行指令的32位偏移量,该值总是相对CS所代表的段基址而言的。 标志寄存器也是对8086/80286标志寄存器的32位扩展,其定义如下(这张图截自Intel关于IA32架构的最新文档): 其中OF、DF、IF、TF、SF、ZF、AF、PF和CF在8086中就已经存在,请参考相关资料。 IOPL(I/O Privilege Level)是从80286开始出现的,占2个bit表示I/O特权级,如果当前特权级小于或等于IOPL,则可以执行I/O操作,否则将出现一个保护性异常。IOPL只能由特权级为0的程序或任务来修改。 NT(Nested Task)也是从80286开始出现的,表示嵌套任务,用于控制中断返回指令IRET,当NT=0时,用堆栈中保存的值恢复EFLAGS、CS和EIP,从而实现返回;若NT=1,则通过任务切换实现中断返回。 下面的标志位是80386以后的CPU才有的标志。 VM(Virtual-8086 mode)表示虚拟8086模式,如果VM被置位且80386已出于保护模式下,则CPU切换到虚拟8086模式,此时,对段的任何操作又回到了实模式,如同在8086下运行一样。 RF(Resume flag)表示恢复标志(也叫重启标志),与调试寄存器一起用于断点和单步操作,当RF=1 时,下一条指令的任何调试故障将被忽略,不产生异常中断。当RF=0时,调试故障被接受,并产生异常中断。用于调试失败后,强迫程序恢复执行,在成功执行每条指令后,RF自动复位。 AC(Alignment check)表示对齐检查。这个标志是80486以后的CPU才有的。当AC=1且CR0中的AM=1时,允许存储器进行地址对齐检查,若发现地址未对齐,将产生异常中断。所谓地址对齐,是指当访问一个字(2字节长)时,其地址必须是偶数(2的倍数),当访问双字(4字节长)时,其地址必须是4的倍数。 但是只有运行在特权级3的程序才执行地址对齐检查,特权级0、1、2忽略该标志。 VIF(Virtual interrupt flag)表示虚拟中断标志。以下的三个标志是Pentium以后的CPU才有的。当VIF=1时,可以使用虚拟中断,当VIF=0时不能使用虚拟中断。该标志要和下面的VIP和CR4中的VME配合使用。 VIP(Virtual interrupt pending flag)表示虚拟中断挂起标志。当VIP=1时,VIF有效,VIP=0时VIF无效。 ID(Identification flag)表示鉴别标志。该标志用来只是Pentium CPU是否支持CPUID的指令。 实际上,如果不编写操作系统,大部分标志可能很难得用到一次,有个印象就好了,用到了再去查不迟。 四、系统表寄存器 80386 中有4个系统表寄存器,分别是全局描述符表寄存器(GDTR)、中断描述符表寄存器(IDTR)、局部描述符表寄存器(LDTR)、任务状态寄存器(TR)。系统表寄存器用于在保护方式下,管理4 个系统表,由于只能在保护方式下使用,因此又称为保护方式寄存器。有关描述附表的问题,另文介绍。 五、控制寄存器 80386的控制寄存器有4个,其中CR1保留以后使用,从Pentium开始,又增加了一个CR4,CR0的低16位包含了与80286的MSW一致的位定义,保持了和80286的兼容,同时也兼容了从80286开始的两条指令LMSW/SMSW,其基本定义如下: CR0中各位含义如下: PE(Protection Enable)保护模式允许,PE=0表示CPU工作在实模式,PE=1表示CPU工作在保护模式 MP(Monitor Coprocessor)监控协处理器,MP=1表示协处理器在工作,MP=0表示协处理器未工作。 EM(Emulation)协处理器仿真,当MP=0,EM=1时,表示正在使用软件仿真协处理器工作。 TS(Task Switched)任务转换,每当进行任务转换时,TS=1,任务转换完毕,TS=0。TS=1时不允许协处理器工作。 以上4个定义从80286开始,下面的2个定义从80386开始存在 ET(Extension Type)处理器扩展类型,反映了所扩展的协处理器的类型,ET=0为80287,ET=1为80387。 PG(Paging)页式管理机制使能,PG=1时页式管理机制工作,否则不工作。 从80486开始又增加了如下位定义。 NE(Numeric Error)数值异常中断控制,NE=1时,如果运行协处理器指令发生故障,则用异常中断处理,NE=0时,则用外部中断处理。 WP(Write Protect)写保护,当WP=1时,对只读页面进行写操作会产生页故障。 AM(Alignment Mask)对齐标志,AM=1时,允许对齐检查,AM=0时不允许,关于对齐,在EFLAGS的AC标志时介绍过,在80486以后的CPU中,CPU进行对齐检查需要满足三个条件,AC=1、AM=1并且当前特权级为3。 NW(Not Write-through)和CD(Cache Disable),这两个标志都是用来控制CPU内部的CACHE的,当NW=0且CD=0时,CACHE使能,其它的组合说起来比较复杂,如果有读者真的想搞清楚的话,可以参阅《Intel? 64 and IA-32 Architectures》中的“Software Developer’s Manual Volume 3A”这一册,在第10章对这两个标志的各种组合有比较详细的说明。 CR1保留未用;CR2存放引起页故障的线性地址,只有在PG=1时,CR2才有效,当页故障处理程序被激活时,压入页故障处理程序堆栈中的错误码提供页故障的状态信息。 CR3的bit12–bit31存放页目录的基地址,因为也目录总是页对齐的(一页为4K),所以页目录基地址从bit12开始就可以了。只有当CR0中的PG=1时,CR3的页目录基地址才有效。 从80486开始,在CR3的低12位定义了两个控制位,如下: PCD(Page-level Cache Disable)页CACHE禁止,当PCD=0时,页目录表进行高速缓存,PCD=1时,不进行高速缓存;该位控制PCD引脚控制外部CACHE工作还是不工作。 PWT(Page-level Writes Transparent),CACHE的写入分为透写(Write-Through)和回写(Write-Back),80486以上的CPU内部的CACHE都是透写的,但对外部CACHE而言,允许某些页是回写的,而另一些页是透写的,当PWT=1时,外部CACHE对页目录进行透写,否则进行回写;此位驱动PWT引脚以控制外部CACHE是透写还是回写。 CR4是从Pentium CPU开始出现的。 VME(Virtual-8086 Mode Extensions)虚拟8086方式扩展,VME=1允许使用虚拟8086扩展模式,否则只能使用80386/80486的虚拟8086模式。 PVI(Protected-Mode Virtual Interrupts)保护模式虚拟中断,PVI=1时,在保护模式下支持虚拟中断标志VIF(EFLAGS中),PVI=0则不支持虚拟中断标志。 TSD(Time Stamp Disable)时间戳禁止,TSD=1时,允许在特权级为0的程序中执行RDTSC指令(读时间戳计数指令),TSD=0时,允许任何特权级执行RDTSC指令。 DE(Debugging Extensions)调试扩展, PSE(Page Size Extensions)页大小扩展,PSE=1时,页大小可以扩展到2M或4M,PSE=0时,页大小只能是4K. PAE(Physical Address Extension)物理地址扩展,PAE=1时,页物理地址可以扩展到36bits以上,PAE=0时只能用32bits的物理地址。 MCE(Machine-Check Enable)硬件检查使能,Pentium以后的CPU有一种硬件检测功能,MCE=1时允许使用该功能。 PGE(Page Global Enable)全局页使能,PGE=1时,允许使用全局页,PGE=0时禁止使用全局页。 PCE(Performance-Monitoring Counter Enable)性能监视计数器使能,当PCE=1时,允许在任何保护级下执行RDPMC指令,PCE=0时,只有特权级0的程序可以执行RDPMC指令。 OSFXSR(Operating System Support for FXSAVE and FXRSTOR instructions) OSXMMEXCPT(Operating System Support for Unmasked SIMD Floating-Point Exceptions) VMXE(VMX-Enable Bit)VMX使能位,VMXE=1时,允许VMX操作。 SMXE(SMX-Enable Bit)SMX使能位,SMXE=1时,允许SMX操作。 OSXSAVE(XSAVE and Processor Extended States-Enable Bit) 六、调试寄存器 一共有8个调试寄存器DR0–DR7,DR0-DR3可以分别设置4个断点的线性地址,DR4-DR5保留未用,DR6是断点状态寄存器,DR7是断点控制寄存器(包括断点类型、断点长度,断点开放/禁止) 七、测试寄存器 一共有8个测试寄存器TR0–TR7,TR0-TR2保留,TR3-TR5用作CACHE测试,TR6为命令测试寄存器,TR7为测试数据寄存器。

分享到:

发表评论

昵称

沙发空缺中,还不快抢~