微机原理 第13章 IA-32结构微处理器的结构与工作方式.ppt

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1、 IA-32微处理器有两种主要的工作方式：实地址微处理器有两种主要的工作方式：实地址方式和保护虚地址方式。方式和保护虚地址方式。第第1313章章 IA-32IA-32微处理器的工作方式微处理器的工作方式13.1 13.1 13.1 13.1 实地址方式实地址方式实地址方式实地址方式13.2 13.2 13.2 13.2 保护虚地址方式保护虚地址方式保护虚地址方式保护虚地址方式13.3 13.3 13.3 13.3 虚拟虚拟虚拟虚拟8086808680868086方式方式方式方式13.1 实地址方式实地址方式在在实实地地址址方方式式下下的的存存储储器器寻寻址址与与8086是是一一样样的的，32位

2、位地地址址线线中中的的A31A20不不起起作作用用。由由段段寄寄存存器器（CS、SS、DS、ES）的的内内容容*16作作为为段段基基地地址址，加加上上16位位的的段段内内偏偏移移量量形形成成20位位的的物物理理地地址址。在在实实地地址址方方式式下下，每每一一个个段段最最大大可可达达64K字字节节。所所有有的的段段都都是是可可读读、写写和和可可执执行行的的。在在实实地地址址方方式式下下的的内内存存是是不不能能分分页页的的，故故线线性性地地址址和和物物理地址是统一的。理地址是统一的。13.2 保护虚地址方式保护虚地址方式13.2.1 13.2.1 保护方式下的寻址机制保护方式下的寻址机制在在保保护

3、护方方式式下下，一一个个存存储储单单元元的的地地址址也也是是由由段段基基地址和段内偏移量两部分组成。地址和段内偏移量两部分组成。13.2.2 13.2.2 全局描述符表和局部描述符表全局描述符表和局部描述符表在在IA-32IA-32微微处处理理器器中中，有有三三种种类类型型描描述述符符表表：全全局局描描述述符符表表（gdtgdt）、局局部部描描述述符符表表（ldtldt）和和中中断断描描述述符符表表（idtidt）。在在整整个个系系统统中中，全全局局描描述述符符表表和和中中断断描描述述符符表表都都只只有有一一个个，局局部部描描述述符符表表可可以以有有若若干干个个，每每一个任务一个。一个任务一个

4、。13.2.3 13.2.3 描述符描述符在在保保护护虚虚地地址址方方式式下下的的每每一一个个段段，都都有有一一个个相相应应的的描描述述符符。描描述述符符由由8个个字字节节组组成成，包包含含了了此此段段的的基基地地址址（32位位）、段段的的大大小小（20位位）、段段的的类类型型等等一一些些主主要特性。要特性。在在IA-32微处理器中，主要有两种类型描述符：微处理器中，主要有两种类型描述符：代段码和数据段描述符；代段码和数据段描述符；特种数据段和控制描述符。特种数据段和控制描述符。在在后后一一种种里里又又分分为为特特种种数数据据段段描描述述符符和和控控制制（门门）描述符两大类。描述符两大类。13

5、.2.4 13.2.4 选择子选择子每每一一个个段段相相应应的的描描述述符符在在gdt或或ldt中中。要要选选择择目目标标段段，就就要要从从gdt或或ldt中中取取出出相相应应的的描描述述符符，而而目目标标段段是是由由段段寄寄存存器器规规定定的的。所所以以，在在保保护护虚虚地地址址方方式式下下，段段寄寄存存器器的的内内容容就就成成为为段段选选择择子子，由由它它从从gdt或或ldt中中读读取取对应的描述符。对应的描述符。13.2.5 13.2.5 段描述符的高速缓冲寄存器段描述符的高速缓冲寄存器IA-32微微处处理理器器在在硬硬件件上上增增加加了了一一个个不不可可见见的的段段描描述述符符高高速速

6、缓缓冲冲寄寄存存器器（Cache）。每每一一个个段段寄寄存存器器都都有有一一个个对对应应的的高高速速缓缓冲冲寄寄存存器器。每每当当用用一一个个选选择择子子加加载载一一个个段段寄寄存存器器时时，IA-32微微处处理理器器的的硬硬件件自自动动从从描描述述符符表表中中取取出出相相应应的的描描述述符符，加加载载至至相相应应的的高高速速缓缓冲冲寄寄存存器器中中。一一旦旦装装入入，此此后后对对此此段段的的访访问问都都使使用用此此高高速速缓缓冲冲寄寄存存器器中中的的描描述述符符信信息息，而而不不用用再再去去取取描描述述符符，直至对段寄存器重新装载此高速缓冲寄存器。直至对段寄存器重新装载此高速缓冲寄存器。13

7、.2.6 IA-3213.2.6 IA-32微处理器中的特权级微处理器中的特权级IA-32IA-32微微处处理理器器中中的的每每一一个个程程序序都都是是在在一一定定的的特特权权等等级级下下工工作作的的。为为了了支支持持多多用用户户、多多任任务务操操作作系系统统，使使操操作作系系统统程程序序和和用用户户的的任任务务程程序序分分离离，使使任任务务和和任任务务分分离离，在在IA-32IA-32微微处处理理器器中中提提供供了了4 4个个特特权权等等级级。利利用用这这个个特特权权系系统统，可可控控制制特特权权指指令令和和I IO O指指令令的的使使用用，并控制对段和段描述符的访问。并控制对段和段描述符的

8、访问。13.2.7 13.2.7 任务切换任务切换任任何何多多用用户户多多任任务务操操作作系系统统的的一一个个非非常常重重要要的的属属性性，就就是是它它在在各各任任务务或或各各过过程程之之间间有有快快速速切切换换的的能能力力。IA-32微微处处理理器器通通过过硬硬件件支支持持，提提供供任任务务切切换换指指令令直接支持这种操作。直接支持这种操作。13.3 虚拟虚拟8086方式方式在在IA-32微微处处理理器器芯芯片片中中增增加加了了一一种种虚虚拟拟8086方方式式。这这是是在在保保护护虚虚地地址址方方式式下下的的一一种种方方式式，即即IA-32微微处处理理器器总总体体上上是是工工作作在在保保护护

9、虚虚地地址址方方式式，支支持持多多用用户户、多多任任务务操操作作系系统统的的运运行行，而而在在多多任任务务的的环环境境中中，有有的的任任务务可可以以工工作作在在虚虚拟拟8086方方式式。也也即即在在一一个个多多用用户户、多多任任务务的的操操作作系系统统（例例如如UNIX系系统统）中中，其其主主体体是是工工作作在在IA-32微微处处理理器器的的保保护护虚虚地地址址方方式式，可可以以做做到到有有的的任任务务运运行行于于32位位的的保保护护方方式式，运运行行UNIX支支持持下下的的软软件件；有有的的任任务务运运行行在在80286的的应应用用软软件件；也也有有的的任任务务运运行行在在虚拟虚拟8086方式，执行方式，执行DOS的应用软件。的应用软件。