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06 | x86架构：有了开放的架构，才能打造开放的营商环境

06 | x86架构：有了开放的架构，才能打造开放的营商环境-极客时间

06 | x86架构：有了开放的架构，才能打造开放的营商环境

2019-04-08 刘超 来自北京
《趣谈Linux操作系统》
课程介绍

讲述：刘超

时长17:55大小16.37M

做生意的人最喜欢开放的营商环境，也就是说，我的这家公司，只要符合国家的法律，到哪里做生意，都能受到公平的对待，这样就不用为了适配各个地方的规则煞费苦心，只要集中精力优化自己的服务就可以了。
作为 Linux 操作系统，何尝不是这样。如果下面的硬件环境千差万别，就会很难集中精力做出让用户易用的产品。毕竟天天适配不同的平台，就已经够头大了。x86 架构就是这样一个开放的平台。今天我们就来解析一下它。

计算机的工作模式是什么样的？

还记得咱们攒电脑时买的那堆硬件吗？虽然你可以根据经验，把那些复杂的设备和连接线安装起来，但是你真的了解它们为什么要这么连接吗？
现在我就把硬件图和计算机的逻辑图对应起来，带你看看计算机的工作模式。
对于一个计算机来讲，最核心的就是 CPU（Central Processing Unit，中央处理器）。这是这台计算机的大脑，所有的设备都围绕它展开。
对于公司来说，CPU 是真正干活的，将来执行项目都要靠它。
CPU 就相当于咱们公司的程序员，我们常说，二十一世纪最缺的是什么？是人才！所以，大量水平高、干活快的程序员，才是营商环境中最重要的部分。
CPU 和其他设备连接，要靠一种叫做总线（Bus）的东西，其实就是主板上密密麻麻的集成电路，这些东西组成了 CPU 和其他设备的高速通道。
在这些设备中，最重要的是内存（Memory）。因为单靠 CPU 是没办法完成计算任务的，很多复杂的计算任务都需要将中间结果保存下来，然后基于中间结果进行进一步的计算。CPU 本身没办法保存这么多中间结果，这就要依赖内存了。
内存就相当于办公室，我们要看看方不方便租到办公室，有没有什么创新科技园之类的。有了共享的、便宜的办公位，公司就有注册地了。
当然总线上还有一些其他设备，例如显卡会连接显示器、磁盘控制器会连接硬盘、USB 控制器会连接键盘和鼠标等等。
CPU 和内存是完成计算任务的核心组件，所以这里我们重点介绍一下 CPU 和内存是如何配合工作的。
CPU 其实也不是单纯的一块，它包括三个部分，运算单元、数据单元和控制单元。
运算单元只管算，例如做加法、做位移等等。但是，它不知道应该算哪些数据，运算结果应该放在哪里。
运算单元计算的数据如果每次都要经过总线，到内存里面现拿，这样就太慢了，所以就有了数据单元。数据单元包括 CPU 内部的缓存和寄存器组，空间很小，但是速度飞快，可以暂时存放数据和运算结果。
有了放数据的地方，也有了算的地方，还需要有个指挥到底做什么运算的地方，这就是控制单元。控制单元是一个统一的指挥中心，它可以获得下一条指令，然后执行这条指令。这个指令会指导运算单元取出数据单元中的某几个数据，计算出个结果，然后放在数据单元的某个地方。
每个项目都有一个项目执行计划书，里面是一行行项目执行的指令，这些都是放在档案库里面的。每个进程都有一个程序放在硬盘上，是二进制的，再里面就是一行行的指令，会操作一些数据。
进程一旦运行，比如图中两个进程 A 和 B，会有独立的内存空间，互相隔离，程序会分别加载到进程 A 和进程 B 的内存空间里面，形成各自的代码段。当然真实情况肯定比我说的要复杂的多，进程的内存虽然隔离但不连续，除了简单的区分代码段和数据段，还会分得更细。
程序运行的过程中要操作的数据和产生的计算结果，都会放在数据段里面。那 CPU 怎么执行这些程序，操作这些数据，产生一些结果，并写入回内存呢？
CPU 的控制单元里面，有一个指令指针寄存器，它里面存放的是下一条指令在内存中的地址。控制单元会不停地将代码段的指令拿进来，先放入指令寄存器。
当前的指令分两部分，一部分是做什么操作，例如是加法还是位移；一部分是操作哪些数据。
要执行这条指令，就要把第一部分交给运算单元，第二部分交给数据单元。
数据单元根据数据的地址，从数据段里读到数据寄存器里，就可以参与运算了。运算单元做完运算，产生的结果会暂存在数据单元的数据寄存器里。最终，会有指令将数据写回内存中的数据段。
你可能会问，上面算来算去执行的都是进程 A 里的指令，那进程 B 呢？CPU 里有两个寄存器，专门保存当前处理进程的代码段的起始地址，以及数据段的起始地址。这里面写的都是进程 A，那当前执行的就是进程 A 的指令，等切换成进程 B，就会执行 B 的指令了，这个过程叫作进程切换（Process Switch）。这是一个多任务系统的必备操作，我们后面有专门的章节讲这个内容，这里你先有个印象。
到这里，你会发现，CPU 和内存来来回回传数据，靠的都是总线。其实总线上主要有两类数据，一个是地址数据，也就是我想拿内存中哪个位置的数据，这类总线叫地址总线（Address Bus）；另一类是真正的数据，这类总线叫数据总线（Data Bus）。
所以说，总线其实有点像连接 CPU 和内存这两个设备的高速公路，说总线到底是多少位，就类似说高速公路有几个车道。但是这两种总线的位数意义是不同的。
地址总线的位数，决定了能访问的地址范围到底有多广。例如只有两位，那 CPU 就只能认 00，01，10，11 四个位置，超过四个位置，就区分不出来了。位数越多，能够访问的位置就越多，能管理的内存的范围也就越广。
而数据总线的位数，决定了一次能拿多少个数据进来。例如只有两位，那 CPU 一次只能从内存拿两位数。要想拿八位，就要拿四次。位数越多，一次拿的数据就越多，访问速度也就越快。

x86 成为开放平台历史中的重要一笔

那 CPU 中总线的位数有没有个标准呢？如果没有标准，那操作系统作为软件就很难办了，因为软件层没办法实现通用的运算逻辑。这就像很多非标准的元器件一样，你烧你的电路板，我烧我的电路板，谁都不能用彼此的。
早期的 IBM 凭借大型机技术成为计算机市场的领头羊，直到后来个人计算机兴起，苹果公司诞生。但是，那个时候，无论是大型机还是个人计算机，每家的 CPU 架构都不一样。如果一直是这样，个人电脑、平板电脑、手机等等，都没办法形成统一的体系，就不会有我们现在通用的计算机了，更别提什么云计算、大数据这些统一的大平台了。
好在历史将 x86 平台推到了开放、统一、兼容的位置。我们继续来看 IBM 和 x86 的故事。
IBM 开始做 IBM PC 时，一开始并没有让最牛的华生实验室去研发，而是交给另一个团队。一年时间，软硬件全部自研根本不可能完成，于是他们采用了英特尔的 8088 芯片作为 CPU，使用微软的 MS-DOS 做操作系统。
谁能想到 IBM PC 卖得超级好，好到因为垄断市场而被起诉。IBM 就在被逼的情况下公开了一些技术，使得后来无数 IBM-PC 兼容机公司的出现，也就有了后来占据市场的惠普、康柏、戴尔等等。
能够开放自己的技术是一件了不起的事。从技术和发展的层面来讲，它会使得一项技术大面积铺开，形成行业标准。就比如现在常用的 Android 手机，如果没有开放的 Android 系统，我们也没办法享受到这么多不同类型的手机。
对于当年的 PC 机来说，其实也是这样。英特尔的技术因此成为了行业的开放事实标准。由于这个系列开端于 8086，因此称为 x86 架构。
后来英特尔的 CPU 数据总线和地址总线越来越宽，处理能力越来越强。但是一直不能忘记三点，一是标准，二是开放，三是兼容。因为要想如此大的一个软硬件生态都基于这个架构，符合它的标准，如果是封闭或者不兼容的，那谁都不答应。

从 8086 的原理说起

说完了 x86 的历史，我们再来看 x86 中最经典的一款处理器，8086 处理器。虽然它已经很老了，但是咱们现在操作系统中的很多特性都和它有关，并且一直保持兼容。
我们把 CPU 里面的组件放大之后来看。你可以看我画的这幅图。
我们先来看数据单元。
为了暂存数据，8086 处理器内部有 8 个 16 位的通用寄存器，也就是刚才说的 CPU 内部的数据单元，分别是 AX、BX、CX、DX、SP、BP、SI、DI。这些寄存器主要用于在计算过程中暂存数据。
这些寄存器比较灵活，其中 AX、BX、CX、DX 可以分成两个 8 位的寄存器来使用，分别是 AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH、DL，其中 H 就是 High（高位），L 就是 Low（低位）的意思。
这样，比较长的数据也能暂存，比较短的数据也能暂存。你可能会说 16 位并不长啊，你可别忘了，那是在计算机刚刚起步的时代。
接着我们来看控制单元。
IP 寄存器就是指令指针寄存器（Instruction Pointer Register)，指向代码段中下一条指令的位置。CPU 会根据它来不断地将指令从内存的代码段中，加载到 CPU 的指令队列中，然后交给运算单元去执行。
如果需要切换进程呢？每个进程都分代码段和数据段，为了指向不同进程的地址空间，有四个 16 位的段寄存器，分别是 CS、DS、SS、ES。
其中，CS 就是代码段寄存器（Code Segment Register），通过它可以找到代码在内存中的位置；DS 是数据段的寄存器，通过它可以找到数据在内存中的位置。
SS 是栈寄存器（Stack Register）。栈是程序运行中一个特殊的数据结构，数据的存取只能从一端进行，秉承后进先出的原则，push 就是入栈，pop 就是出栈。
凡是与函数调用相关的操作，都与栈紧密相关。例如，A 调用 B，B 调用 C。当 A 调用 B 的时候，要执行 B 函数的逻辑，因而 A 运行的相关信息就会被 push 到栈里面。当 B 调用 C 的时候，同样，B 运行相关信息会被 push 到栈里面，然后才运行 C 函数的逻辑。当 C 运行完毕的时候，先 pop 出来的是 B，B 就接着调用 C 之后的指令运行下去。B 运行完了，再 pop 出来的就是 A，A 接着运行，直到结束。
如果运算中需要加载内存中的数据，需要通过 DS 找到内存中的数据，加载到通用寄存器中，应该如何加载呢？对于一个段，有一个起始的地址，而段内的具体位置，我们称为偏移量（Offset）。例如 8 号会议室的第三排，8 号会议室就是起始地址，第三排就是偏移量。
在 CS 和 DS 中都存放着一个段的起始地址。代码段的偏移量在 IP 寄存器中，数据段的偏移量会放在通用寄存器中。
这时候问题来了，CS 和 DS 都是 16 位的，也就是说，起始地址都是 16 位的，IP 寄存器和通用寄存器都是 16 位的，偏移量也是 16 位的，但是 8086 的地址总线地址是 20 位。怎么凑够这 20 位呢？方法就是“起始地址 *16+ 偏移量”，也就是把 CS 和 DS 中的值左移 4 位，变成 20 位的，加上 16 位的偏移量，这样就可以得到最终 20 位的数据地址。
从这个计算方式可以算出，无论真正的内存多么大，对于只有 20 位地址总线的 8086 来讲，能够区分出的地址也就 2^20=1M，超过这个空间就访问不到了。这又是为啥呢？如果你想访问 1M+X 的地方，这个位置已经超过 20 位了，由于地址总线只有 20 位，在总线上超过 20 位的部分根本是发不出去的，所以发出去的还是 X，最后还是会访问 1M 内的 X 的位置。
那一个段最大能有多大呢？因为偏移量只能是 16 位的，所以一个段最大的大小是 2^16=64k。
是不是好可怜？对于 8086CPU，最多只能访问 1M 的内存空间，还要分成多个段，每个段最多 64K。尽管我们现在看来这不可想象得小，根本没法儿用，但是在当时其实够用了。

再来说 32 位处理器

当然，后来计算机的发展日新月异，内存越来越大，总线也越来越宽。在 32 位处理器中，有 32 根地址总线，可以访问 2^32=4G 的内存。使用原来的模式肯定不行了，但是又不能完全抛弃原来的模式，因为这个架构是开放的。
“开放”，意味着有大量其他公司的软硬件是基于这个架构来实现的，不能为所欲为，想怎么改怎么改，一定要和原来的架构兼容，而且要一直兼容，这样大家才愿意跟着你这个开放平台一直玩下去。如果你朝令夕改，那其他厂商就惨了。
如果是不开放的架构，那就没有问题。硬件、操作系统，甚至上面的软件都是自己搞的，你想怎么改就可以怎么改。
我们下面来说说，在开放架构的基础上，如何保持兼容呢？
首先，通用寄存器有扩展，可以将 8 个 16 位的扩展到 8 个 32 位的，但是依然可以保留 16 位的和 8 位的使用方式。你可能会问，为什么高 16 位不分成两个 8 位使用呢？因为这样就不兼容了呀！
其中，指向下一条指令的指令指针寄存器 IP，就会扩展成 32 位的，同样也兼容 16 位的。
而改动比较大，有点不兼容的就是段寄存器（Segment Register）。
因为原来的模式其实有点不伦不类，因为它没有把 16 位当成一个段的起始地址，也没有按 8 位或者 16 位扩展的形式，而是根据当时的硬件，弄了一个不上不下的 20 位的地址。这样每次都要左移四位，也就意味着段的起始地址不能是任何一个地方，只是能整除 16 的地方。
如果新的段寄存器都改成 32 位的，明明 4G 的内存全部都能访问到，还左移不左移四位呢？
那我们索性就重新定义一把吧。CS、SS、DS、ES 仍然是 16 位的，但是不再是段的起始地址。段的起始地址放在内存的某个地方。这个地方是一个表格，表格中的一项一项是段描述符（Segment Descriptor）。这里面才是真正的段的起始地址。而段寄存器里面保存的是在这个表格中的哪一项，称为选择子（Selector）。
这样，将一个从段寄存器直接拿到的段起始地址，就变成了先间接地从段寄存器找到表格中的一项，再从表格中的一项中拿到段起始地址。
这样段起始地址就会很灵活了。当然为了快速拿到段起始地址，段寄存器会从内存中拿到 CPU 的描述符高速缓存器中。
这样就不兼容了，咋办呢？好在后面这种模式灵活度非常高，可以保持将来一直兼容下去。前面的模式出现的时候，没想到自己能够成为一个标准，所以设计就没这么灵活。
因而到了 32 位的系统架构下，我们将前一种模式称为实模式（Real Pattern），后一种模式称为保护模式（Protected Pattern）。
当系统刚刚启动的时候，CPU 是处于实模式的，这个时候和原来的模式是兼容的。也就是说，哪怕你买了 32 位的 CPU，也支持在原来的模式下运行，只不过快了一点而已。
当需要更多内存的时候，你可以遵循一定的规则，进行一系列的操作，然后切换到保护模式，就能够用到 32 位 CPU 更强大的能力。
这也就是说，不能无缝兼容，但是通过切换模式兼容，也是可以接受的。
在接下来的几节，我们就来看一下，CPU 如何从启动开始，逐渐从实模式变为保护模式的。

总结时刻

这一节，我们讲了 x86 架构。在以后的操作系统讲解中，我们也是主要基于 x86 架构进行讲解，只有了解了底层硬件的基本工作原理，将来才能理解操作系统的工作模式。
x86 架构总体来说还是很复杂的，其中和操作系统交互比较密切的部分，我画了个图。在这个图中，建议你重点牢记这些寄存器的作用，以及段的工作模式，后面我们马上就能够用到了。

课堂练习

操作这些底层的寄存器往往需要使用汇编语言，操作系统的一些底层的模块也是用汇编语言写的，因而你需要简单回顾一些汇编语言中的一些简单的命令的作用。所以，今天给你留个练习题，简单了解一下这些命令。
mov, call, jmp, int, ret, add, or, xor, shl, shr, push, pop, inc, dec, sub, cmp。
欢迎留言和我分享你的疑惑和见解，也欢迎你收藏本节内容，反复研读。你也可以把今天的内容分享给你的朋友，和他一起学习、进步。
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精选留言(172)

  • 一命赌快乐
    置顶
    2019-04-08
    move a b :把b值赋给a,使a=b call和ret :call调用子程序，子程序以ret结尾 jmp :无条件跳 int :中断指令 add a b : 加法,a=a+b or :或运算 xor :异或运算 shl :算术左移 ahr :算术右移 push xxx :压xxx入栈 pop xxx: xxx出栈 inc: 加1 dec: 减1 sub a b : a=a-b cmp: 减法比较，修改标志位
    展开

    作者回复: 赞，认真学习的典范

    共 4 条评论
    285
  • Frank_51
    2019-04-08
    作为一个搞硬件的，这章是我学习最轻松的，推荐一个入门的系统学习汇编的视频课，网易云课堂上的一个课程，《汇编从零开始到C语言》，通俗易懂，小白入门必备

    作者回复: 推荐书籍

    共 6 条评论
    111
  • why
    2019-04-10
    - CPU 包括: 运算单元, 数据单元, 控制单元 - 运算单元 不知道算哪些数据, 结果放哪 - 数据单元 包括 CPU 内部缓存和寄存器, 暂时存放数据和结果 - 控制单元 获取下一条指令, 指导运算单元取数据, 计算, 存放结果 - 进程包含代码段, 数据段等, 以下为 CPU 执行过程: - 控制单元 通过指令指针寄存器(IP), 取下一条指令, 放入指令寄存器中 - 指令包括操作和目标数据 - 数据单元 根据控制单元的指令, 从数据段读数据到数据寄存器中 - 运算单元 开始计算, 结果暂时存放到数据寄存器 - 两个寄存器, 存当前进程代码段和数据段起始地址, 在进程间切换 - 总线包含两类数据: 地址总线和数据总线 --- - x86 开放, 统一, 兼容 - 数据单元 包含 8个 16位通用寄存器, 可分为 2个 8位使用 - 控制单元 包含 IP(指令指针寄存器) 以及 4个段寄存器 CS DS SS ES - IP 存放指令偏移量 - 数据偏移量存放在通用寄存器中 - `段地址<<4 + 偏移量` 得到地址 --- - 32 位处理器 - 通用寄存器 从 8个 16位拓展为 8个 32位, 保留 16位和 8位使用方式 - IP 从 16位扩展为 32位, 保持兼容 - 段寄存器仍为 16位, 由段描述符(表格, 缓存到 CPU 中)存储段的起始地址, 由段寄存器选择其中一项 - 保证段地址灵活性与兼容性 --- - 16位为实模式, 32位为保护模式 - 刚开机为实模式, 需要更多内存切换到保护模式
    展开
    共 4 条评论
    69
  • TaoLR
    2019-04-08
    妥妥地复习了一把“计算机体系结构”🌹

    作者回复: 后面很多地方要用到寄存器，所以必须先讲一下

    52
  • 谭
    2019-04-08
    老师讲地太精彩了 点赞。由于基础弱，还有几个问题希望老师万忙中答疑一下，谢谢： 问题1：程序编译成二进制代码的时候，包含有指令起始地址吗？若包含那么后续每一行指令的涉及到的指令地址是计算出来的？ 或者说加载进程的程序的时候才会确定起始地址？很好奇这个指令的指针寄存器里的值是什么时候、怎么放进去的？ 问题2： CPU两个寄存器处理保存当前进程代码段的起始地址，已经数据起始地址。切换进程时会将这两个寄存器里的值一并切换，那么同一个进程出现多线程的时候了？ 问题3：数据总线拿数据的时候没有限制大小吗，若数据很大，数据单元里的数据寄存器放不下怎么办的？
    展开

    作者回复: 1.会有指令起始地址，后面讲ELF格式的时候会说这个事情。当执行一个程序的时候，会加载ELF格式，加载的时候会设置指令指针 2.多线程共享同一个进程内存空间，所以代码段的起始地址还是一样的。只不过每个线程执行不同的func，指令指针会不一样，在内核中，线程也是有独立的task_struct 3.寄存器是有限的，如果把程序编译成汇编看的话，再大的数据，也是要转换为对寄存器的操作。当然寄存器里面可以包含对内存的访问地址，这样内存里面的数据就很多了

    32
  • why
    2019-04-08
    Guide to x86 Assembly: http://www.cs.virginia.edu/~evans/cs216/guides/x86.html

    作者回复: 赞

    30
  • 微秒
    2019-04-08
    当然为了快速拿到段起始地址，段寄存器会从内存中拿到 CPU 的描述符高速缓存器中。 这句话感觉有点语义不通啊，能否详细解释下？？？

    作者回复: 首先先建立一个观念，CPU里面的比内存块很多，内存比硬盘快很多。原来段的起始地址是放在寄存器里面的，所以速度就比在内存里面快很多，但是到了保护模式下，端起始地址放到内存里面了，就慢了，怎么办呢？将内存中的段描述符拿到CPU内的高速缓存中，就又快了。

    共 4 条评论
    30
  • 佳佳大魔王
    2019-04-08
    实模式和保护模式的英文中模式应该为pattern吧，另外这两个模式不太理解。

    作者回复: 可以理解为，CPU和操作系统的一起干活的模式，在实模式下，两者约定好了这些寄存器是干这个的，总线是这样的，内存访问是这样的，在保护模式下，两者约定好了这些寄存器是干那个的，总线是那样的，内存访问是那样的。这样操作系统给CPU下命令，CPU按照约定好的，就能得到操作系统预料的结果，操作系统也按照约定好的，将一些数据结构，例如段描述符表放在一个约定好的地方，这样CPU就能找到。两者就可以配合工作了。

    23
  • 马上想好
    2019-04-09
    老师您好，我想问下 为什么高16位分成两个8位就不兼容列呀。

    作者回复: 没有人写程序用高位的

    共 4 条评论
    22
  • 尚墨
    2019-04-10
    上周看了 Go 夜读社区 《Go Plan 9汇编入门》https://www.bilibili.com/video/av46494102 听的云里雾里的，在来看这篇文章好像感觉出了点门道。

    作者回复: 呜哇，没想到能和go联系在一起，看来底层原理比较容易互通

    17
  • Pluto
    2019-04-08
    原来 x86 架构是指 8086 ，而 x86 是代表 32 位操作系统是因为 80386，原来这两个 x86 不是同一个意思啊，以前学操作系统的时候一直想不明白 x86 为什么是指代 32 位操作系统

    作者回复: 哈哈

    共 3 条评论
    17
  • MJ
    2019-04-08
    “起始地址 *16+ 偏移量”，也就是把 CS 和 DS 中的值左移 4 位，变成 20 位的，加上 16 位的偏移量，这样就可以得到最终 20 位的数据地址。 求问老师，左移四位，如何理解？

    作者回复: 就是乘以十六

    共 3 条评论
    17
  • 心浮天空
    2019-10-17
    实模式和保护模式的区别不知道理解的对不对， 1. 实模式下, 地址总线最大可寻地址空间大小仍为1M 2. 实模式下, 虽然通用寄存器和 IP寄存器在32CPU里已经扩展成32位, 但仍然只使用低16位 3. 实模式下, CS,DS,SS,ES寄存器仍段起始地址, 而在保护模式下实际指向的是段描述符位置 4. 实模式下, 没有特权等级和访问边界校验 5. 实模式下, 是直接对物理地址进行寻址, 没有虚拟地址和分页
    展开
    16
  • 做一个积极的跳蚤
    2020-06-17
    听刘老师的课程，相信有基础都听得明白，但是要让自己再清晰的说出来，估计过一天后就说的模模糊糊吧。相信这是没有认真总结的学习的后果，导致后面随着时间就慢慢淡忘了，只记得个大概了。就像我某次面试一样，以前优化一个时间轮的数据结构，后面面试提到了，我一下想不起来就没回答清楚。知识常用常新，不常用就得经常回顾总结。 1.cpu的组成： 运算单元，数据单元，控制单元构成 运算单元负责程序代码段的运算； 数据单元由cpu内部缓存和寄存器组成，存储运算单元计算的需要的临时数据和运算结果； 控制单元控制运算单元执行哪条代码段指令，指导计算单元取数据、计算以及存放结果； 2.cpu如何执行程序、操作程序数据、产生结果并写回内存呢？ 通过cpu控制单元中的指令指针寄存器（IP），不断取下一条内存代码段指令，放入指令寄存器。 指令分为两部分，一部分是指示操作类型（加，减等），一部分目标数据在数据段的地址； 要执行一条指令，就把操作交给运算单元，把对象数据地址交给数据单元。 数据单元根据控制单元指令，从内存中的数据段读数据到的寄存器，然后运算单元进行运算。 产生的结果暂存数据单元的寄存器，最后控制单元根据指令将数据写回内存中的数据段； 3.cpu进程切换 cpu有两个寄存器，存放当前进程代码段起始地址、数据段的起始地址，当前进程A就存放A的，切换到B就存的是B的； 4.总线包括数据总线和地址总线 5.x86 16位8086经典cpu，现在cpu大部分兼容继承它。 数据单元 包含8个16位通用寄存器（AX、BX、CX、DX、SP、BP、SI、DI），用于计算过程中暂存数据，前4个可分为高低两个8位使用。 控制单元 包含 IP(指令指针寄存器) 以及 4个16位段寄存器 CS DS SS ES； IP 寄存器，存放指令偏移量，指向下一条指令位置。 CS 代码段寄存器，存代码段开始地址；DS是数据段寄存器，存数据段开始地址； SS 是栈寄存器，栈是程序运行中特殊数据结构，先进后出，函数调用就是栈的结构。 CS DS存放各自开始地址，代码段偏移量在IP寄存器中，数据段偏移地址存放通用寄存器中； 8086地址总线20位，CS,DS都是16位，通过“起始地址 *16+ 偏移量”来支持 6.x86 32位cpu，可访问2^32=4G内存 通用寄存器 从 8个 16位拓展为 8个 32位, 保留 16位和 8位使用方式 IP 寄存器从 16位扩展为 32位, 保持兼容 变化最大的段寄存器，为兼容仍是16位，但不再是段起始地址，段起始地址在内存中以表格存在， 表格中是段描述符，这里面才是真正段其实地址，而段寄存器中保存选择子指明是哪个描述符。 为了加速拿到其实地址，段寄存器会从内存中拿到 CPU 的描述符到高速缓存器中。 7.实模式、保护模式 16位为实模式, 32位为保护模式； 刚开机为实模式，当运行需要更多内存和更多操作时候就是保护模式，通过切换模式实现cpu兼容
    展开
    13
  • Matnix
    2019-04-11
    结合《深入理解计算机系统》第三章，受益匪浅

    作者回复: 这本书值得推荐

    13
  • YoungMarshual_besos
    2019-04-08
    几乎完全看懵了，发现基础知识极其匮乏，努力补课，夯实根基太重要了。

    作者回复: 补充完再看，可以看看计算机组成与系统结构

    12
  • TinnyFlames
    2019-04-08
    x86是甜蜜的历史包袱，它的兼容性让它一统市场，但是当时很多性能上更好的尝试在商业上都失败了，因为兼容性的问题客户不买单……

    作者回复: 是的，所以兼容比优雅要重要

    12
  • MARK
    2019-04-08
    已经有童鞋回复，再补充点 MOV: load value. this instruction name is misnomer, resulting in some confusion (data is not movedbut copied), in other architectures the same instructions is usually named “LOAD” and/or “STORE”or something like that.One important thing: if you set the low 16-bit part of a 32-bit register in 32-bit mode, the high 16bits remains as they were. But if you modify the low 32-bit part of the register in 64-bit mode, thehigh 32 bits of the register will be cleared.Supposedly, it was done to simplify porting code to x86-64. CALL:call another function:PUSH address_after_CALL_instruction; JMP label. JMP: jump to another address. The opcode has ajump offset. INT(M):INT x is analogous to PUSHF; CALL dword ptr [x*4]in 16-bit environment. It was widely used in MS-DOS, functioning as a syscall vector. The registers AX/BX/CX/DX/SI/DI were filled with the arguments and then the flow jumped to the address in the Interrupt Vector Table (located at thebeginning of the address space). It was popular because INT has a short opcode (2 bytes) and the program which needs some MS-DOS services is not bother to determine the address of the service’sentry point. The interrupt handler returns the control flow to caller using the IRET instruction.The most busy MS-DOS interrupt number was 0x21, serving a huge part of itsAPI. In the post-MS-DOS era, this instruction was still used as syscall both in Linux and Windows (6.3 onpage 750), but was later replaced by the SYSENTER or SYSCALL instructions. RET: return from subroutine:POP tmp; JMP tmp. In fact, RET is an assembly language macro, in Windows and *NIX environment it is translated into RETN (“return near”) or, in MS-DOS times, where the memory was addressed differently, into RETF (“return far”). RET can have an operand. Then it works like this: POP tmp; ADD ESP op1; JMP tmp.RETwith an operand usually ends functions in the stdcall calling convention.
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  • GivenCui
    2021-03-16
    AH&AL=AX（accumulator）累加寄存器 BH&BL=BX（base）基址寄存器 CH&CL=CX（count）计数寄存器 DH&DL=DX（data）数据寄存器 SP（Stack Pointer）堆栈指针寄存器 BP（Base Pointer）基址指针寄存器 SI（Source Pointer）源变址寄存器 DI（Destination Index）目的变址寄存器 IP（Instruction Pointer）指令指针寄存器 CS（Code Segment）代码段寄存器 DS（Data Segment）数据段寄存器 SS（Stack Segment）堆栈段寄存器 ES（Extra Segment）附加段寄存器
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  • 布凡
    2019-04-12
    本文结构：https://www.cnblogs.com/bindot/p/linux6.html
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