微机原理 第二章2.3.ppt

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1、2.3 322.3 32位微处理器位微处理器80386803861.有关技术名词简介有关技术名词简介2.80386 80386 的体系结构的体系结构3.80386 80386 的三种工作方式的三种工作方式4.80386 80386 的寄存器的寄存器5.80386 80386 的虚拟存储机制与片内两级存储管理的虚拟存储机制与片内两级存储管理6.80386 80386 的中断的中断7.80386 80386 的信号和总线的信号和总线1 3232位机为了支持多任务操作及提高处理速度，普位机为了支持多任务操作及提高处理速度，普遍采用了一些现代先进计算机硬、软件技术，遍采用了一些现代先进计算机硬、软件技

2、术，如如流水线技术、虚拟存储器技术、高速缓冲存储器流水线技术、虚拟存储器技术、高速缓冲存储器技术、内存管理技术及分支预测技术等技术、内存管理技术及分支预测技术等。1.1.有关技术名词简介有关技术名词简介 CISCCISC和和RISCRISC CISCCISC是复杂指令集计算机（是复杂指令集计算机（Complex Complex Instruction Set ComputerInstruction Set Computer）的英文缩略的英文缩略语。是指以微程序为基础、具有较复杂指令语。是指以微程序为基础、具有较复杂指令系统的计算机系统的计算机2 在在6060年代到年代到8080年代初期这一阶段

3、中，以微程序控年代初期这一阶段中，以微程序控制器为基础的处理机占主流地位，制器为基础的处理机占主流地位，IBMIBM公司从公司从6060年代初开始把计算机产品系列化并做到软件兼容后，年代初开始把计算机产品系列化并做到软件兼容后，处理机体系结构设计中采用微程序技术作为控制指处理机体系结构设计中采用微程序技术作为控制指令执行的控制器的基础，在当时是比较适合的。因令执行的控制器的基础，在当时是比较适合的。因为在一个产品系列中，低档机指令系统中的指令的为在一个产品系列中，低档机指令系统中的指令的基本操作基本操作,可以以微程序方式存放在微存储器中可以以微程序方式存放在微存储器中（只读存储器），这个微存储

4、器称为（只读存储器），这个微存储器称为“核核”。3 如果高档机要求增加功能更强的、更复杂的指令，如果高档机要求增加功能更强的、更复杂的指令，则只需要扩充这个核，增加相应的微程序，即可则只需要扩充这个核，增加相应的微程序，即可做到从低档机到高档机的软件向上兼容。做到从低档机到高档机的软件向上兼容。RISCRISC-精简指令集计算机（精简指令集计算机（Reduced Reduced Instruction Set ComputerInstruction Set Computer）是指采用简化了的是指采用简化了的指令系统和硬连线控制器的计算机。它是在高效指令系统和硬连线控制器的计算机。它是在高效的流

5、水线技术的基础上，充分利用指令并行执行的流水线技术的基础上，充分利用指令并行执行和编译优化技术的计算机。和编译优化技术的计算机。4 RISCRISC出出现现在在8080年年代代，它它的的含含义义是是简简化化指指令令系系统统的的计计算算机机，它它舍舍弃弃不不常常用用的的复复杂杂指指令令，并并充充分分改改进进频频繁繁使使用用的的基基本本指指令令的的实实际际执执行行效效率率，把把微微程程序序控控制制器器改改为为硬硬连连线线控控制制器器，加加强强寄寄存存器器-寄寄存存器器操操作作指指令令，从从而而简简化化了了计计算算机机结结构构，提提高高了了性性能能。后后来来，RISCRISC技技术术强强调调优优化化

6、流流水水线线技技术术，使在一个机器周期内完成一个基本指令的执行。使在一个机器周期内完成一个基本指令的执行。5 当当前前，IntelIntel公公司司的的CISCCISC产产品品80X8680X86仍仍占占有有极极大大的的优优势势，其其原原因因是是在在80X86/MS-DOS80X86/MS-DOS平平台台上上开开发发的的应应用用软软件件有有上上亿亿个个，远远比比RISCRISC机机器器的的软软件件丰丰富富。CISCCISC机机器器上上的的软软件件不不能能在在RISCRISC系系统统上上运运行行。为为了了保保持持与与这这么么多多的的应应用用软软件件兼兼容容，IntelIntel公公司司采采取取了

7、了逐逐步步向向RISCRISC技技术术过过渡渡的的策策略略，现已在现已在8048680486和和PentiumPentium中采用了中采用了RISCRISC技术。技术。6 RISCRISC结结构构是是对对计计算算机机体体系系结结构构的的一一次次重重大大变变革革，它它可可使使微微型型计计算算机机、工工作作站站、小小型型计计算算机机、大大型型计计算算机机甚甚至至超超级级计计算算机机都都由由同同一一类类型型的的处处理理机机组组成成，这这些些不不同同机机型型的的软软件件可可做做到到二二进进制制兼兼容容。经经过过多多年年的的发发展展，RISCRISC已已成成为为一一种种体体系系结结构构的的设设计计思思想

8、想，它它与与CISCCISC的的差差别别已已不不再再是是指指令令集集的的多多少，远远超出了原来的含义和概念。少，远远超出了原来的含义和概念。7计算机流水线计算机流水线(Computer Pipeline)(Computer Pipeline)把把计计算算机机的的指指令令或或操操作作分分解解成成一一系系列列可可独独立立执执行行的的步步，并并将将多多条条指指令令或或多多个个操操作作的的步步，按按流流水水线线方方式式重重叠叠执执行行的的一一种种工工作作方方式式。其其特特点点是是多多条条指指令令或或多多个个操操作作并并行行处处理理，虽虽然然每每条条指指令令或或每每个个操操作作的的执执行行步步骤骤并并未

9、未减减少少，但但从从整整体体看看却却加加快快了了指指令令流流进进程程，提高了整体处理速度。提高了整体处理速度。8 计计算算机机流流水水线线一一般般分分为为指指令令流流水水线线和和运运算算流流水水线线两种。两种。8080年年代代初初出出现现RISCRISC后后，即即把把流流水水线线技技术术作作为为首首选选技技术术，在在RISCRISC中中最最初初的的目目标标是是每每个个时时钟钟周周期期执执行行1 1条条指指令令，后后来来提提出出在在1 1个个时时钟钟周周期期执执行行多多条条指指令令的的目目 标标，于于 是是 便便 出出 现现 了了 超超 流流 水水 线线（SuperpipelinedSuperp

10、ipelined）、超超标标量量（SuperscalarSuperscalar）等等体系结构。体系结构。9 所谓所谓超流水线结构超流水线结构是把一个时钟周期再细分为多是把一个时钟周期再细分为多个子周期，每个子周期发出一条指令；而个子周期，每个子周期发出一条指令；而超标量结超标量结构构是在每个时钟周期内发射多条指令，这就要求在是在每个时钟周期内发射多条指令，这就要求在微处理器片内集成两条或两条以上的流水线，如微处理器片内集成两条或两条以上的流水线，如PentiumPentium和和Pentium ProPentium Pro就采用这种超标量结构设就采用这种超标量结构设计技术。若把超标量与超流水线

11、结合起来，就称为计技术。若把超标量与超流水线结合起来，就称为超标量超流水线结构超标量超流水线结构。10虚拟存储器虚拟存储器(Virtual Memory)(Virtual Memory)虚拟存储器允许用户运行一个比主存储器容量大虚拟存储器允许用户运行一个比主存储器容量大得多的可随机访问的存储空间。通常在存储系统得多的可随机访问的存储空间。通常在存储系统中有一个速度较快、容量比较小的内部主存储器，中有一个速度较快、容量比较小的内部主存储器，还有一个速度较慢、容量很大的外存储器，通过还有一个速度较慢、容量很大的外存储器，通过操作系统和硬件的配合，使二者构成一个有机的操作系统和硬件的配合，使二者构成

12、一个有机的整体。对用户来说，好像有一个容量比实际主存整体。对用户来说，好像有一个容量比实际主存大得多的主存可供使用，但它并不是真正的物理大得多的主存可供使用，但它并不是真正的物理上的主存，因此称为虚拟存储器。上的主存，因此称为虚拟存储器。11 虚虚拟拟存存储储器器的的地地址址称称为为虚虚地地址址或或逻逻辑辑地地址址，与与之之对对应应的的称称为为实实地地址址或或物物理理地地址址。虚虚地地址址是是程程序序员员所所看看到到的的地地址址，是是在在程程序序中中可可使使用用的的地地址址；实实地地址址是是CPUCPU可可访访问问的的地地址址。在在使使用用虚虚拟拟存存储储器器的的系系统统中中，CPUCPU实实

13、际际访访问问的的仍仍然然是是主主存存储储器器，通通常常程程序序放放在在磁磁盘盘等等外外存存中中，借借助助于于存存储储管管理理部部件件将将其其映映射射到到主主存存而而被被CPUCPU访访问问。在在80386/8048680386/80486等等 微微 处处 理理 器器 中中，虚虚 拟拟 存存 储储 器器 容容 量量 可可 高高 达达2 24646=64TB=64TB（6464兆兆兆兆字字节节），主主存存容容量量为为2 23232=4GB=4GB(4(4千兆字节千兆字节)。12高速缓冲存储器高速缓冲存储器(Cache)(Cache)位于位于CPUCPU与主存储器之间，对程序员透明的一种与主存储器之

14、间，对程序员透明的一种高速小容量存储器。所谓透明是指不必程序员自己高速小容量存储器。所谓透明是指不必程序员自己去加以操作和控制。去加以操作和控制。高速缓冲存储器简称高速缓存，它是用最快速的高速缓冲存储器简称高速缓存，它是用最快速的SRAMSRAM构成。在配备有高速缓存的微型机中，每次构成。在配备有高速缓存的微型机中，每次访问存储器时，都先访问高速缓存访问存储器时，都先访问高速缓存,若访问的内容若访问的内容在高速缓存中，访问到此为止；否则，再访问主存在高速缓存中，访问到此为止；否则，再访问主存储器，并把有关内容及相关数据块取入高速缓存。储器，并把有关内容及相关数据块取入高速缓存。13这这样样，如

15、如果果大大部部分分针针对对高高速速缓缓存存的的访访问问都都能能成成功功，则则在在主主存存储储器器容容量量保保持持不不变变的的情情况况下下，访访存存速速度度可可接接近近高高速速缓缓存存的的存存取取速速度度，这这无无疑疑可可提提高高微微机机的的运运行速度。行速度。高速缓存的工作机制，是基于一种所谓局部性高速缓存的工作机制，是基于一种所谓局部性原则原则，即指程序在访问代码和数据时，如果某位置，即指程序在访问代码和数据时，如果某位置已被访问，该位置在短时间内可能还要再被访问；已被访问，该位置在短时间内可能还要再被访问；如果某位置已被访问，该位置的邻近位置可能还要如果某位置已被访问，该位置的邻近位置可能

16、还要再被访问。这是因程序中相关的数据块大都按顺序再被访问。这是因程序中相关的数据块大都按顺序存放，且一般都存在相邻的存储单元中。存放，且一般都存在相邻的存储单元中。14 访访问问存存储储器器时时，若若能能在在高高速速缓缓存存中中找找到到所所需需内内容容，称称为为“命命中中”，否否则则就就是是“不不命命中中”。不不命命中中的的原原因因与与高高速速缓缓存存容容量量不不足足等等有有关关。为为了了弥弥补补片片上上高高速速缓缓存存的的不不足足，以以及及高高速速缓缓存存与与主主存存间间的的速速度度差差距距，通通常常采采用用多多级级高高速速缓缓存存的的方方案案。即即在在片片上上高高速速缓缓存存与与主主存存之

17、之间间增增加加1 1级级或或多多级级速速度度稍稍慢但容量较大的高速缓存。慢但容量较大的高速缓存。152.80386 2.80386 的体系结构的体系结构 80386DX80386DX的的数数据据总总线线和和地地址址总总线线都都是是3232位位，直直接接寻寻址址的的内内存存空空间间达达到到4GB4GB，虚虚拟拟地地址址空空间间为为64TB64TB。芯芯片片上上集集成成了了27.527.5万万个个晶晶体体管管，主主频频为为161633MHz33MHz，在在16MHz16MHz主主频频下下，运运行行速速度度为为3 34MIPS4MIPS（即即每每秒秒可可执执行行300300万万到到400400万万条

18、条指指令令）。由由于于采采用用了了全全3232位位体体系系结结构构，它它能能提提供供真真正正的的多多任任务处理和建立虚拟系统的能力。务处理和建立虚拟系统的能力。1680386 的功能部件指令预取部件 IPU指令译码部件IDU指令16字节指令预取队列指令译码器译码指令队列执行部件 EUALU64位移位加法器8个32位通用寄存器控制和保护测试分段部件逻辑地址线性地址线性地址分页部件线性地址物理地址物理地址物理地址总线接口部件BIU总线请求判优数据和地址驱动控制信号驱动协处理器控制操作数和结果逻辑地址指令字节存储器接口协处理器译好码的指令CPUMMU173.803863.80386的三种工作方式的三

19、种工作方式 8038680386共共有有三三种种工工作作方方式式：即即实实地地址址方方式式、保护虚拟地址方式保护虚拟地址方式和和虚拟虚拟80868086方式方式。实实地地址址方方式式与与8086/80888086/8088工工作作原原理理类类似似，CPUCPU只只能能访访问问存存储储空空间间的的最最低低1MB1MB，采采用用段段地地址址和和偏偏移移地地址址相相结结合合的的方方法法来来寻寻址址存存储储单单元元,即即将将段段地地址址左左移移4 4位位再再加加上上偏偏移移地地址址，每每段段最最大大可可为为64K64K，各段允许重叠。存储各段允许重叠。存储区中保留中断区中保留中断区中区中18保留中断向

20、量区（地址为保留中断向量区（地址为0000000000003FFH003FFH）和初和初始化向量区（地址为始化向量区（地址为FFFFOFFFFOFFFFFHFFFFFH）两个固定两个固定区域。区域。在上电和复位时，在上电和复位时，8038680386（包括（包括80486,80486,PentiumPentium等）便进入实地址方式，实地址方式是一等）便进入实地址方式，实地址方式是一种为建立保护方式作准备的方式种为建立保护方式作准备的方式.保护虚拟地址方式保护虚拟地址方式是是8038680386最常用的方式，该方最常用的方式，该方式引入了虚拟存储器概念。虚拟地址空间达式引入了虚拟存储器概念。虚

21、拟地址空间达64TB64TB，CPUCPU可访问的物理存储空间为可访问的物理存储空间为4GB4GB。在这种方式下，在这种方式下，对存储单元的寻址址不同于对存储单元的寻址址不同于8086/80888086/8088，19段地址不再象在实方式下那样由段寄存器提供。段地址不再象在实方式下那样由段寄存器提供。这时，段寄存器中包含有选择子（这时，段寄存器中包含有选择子（SelectorSelector），），它它用于从描述符表中选择一个描述符（用于从描述符表中选择一个描述符（descriptordescriptor），），描述符描述了一个存储器的段的起始地址、界限描述符描述了一个存储器的段的起始地址、界

22、限值和属性，依据此种数据结构来实现对存储单元值和属性，依据此种数据结构来实现对存储单元的访问。的访问。虚拟虚拟80868086是一种特殊的保护方式，一种运行在是一种特殊的保护方式，一种运行在保护方式下的保护方式下的80868086方式，即既有保护功能又能执方式，即既有保护功能又能执行行80868086的应用程序。的应用程序。20 在在8038680386保护方式下，支持多任务操作。此时，保护方式下，支持多任务操作。此时，某一个任务可能运行在虚拟某一个任务可能运行在虚拟80868086方式，而另一方式，而另一些任务运行在保护方式，操作系统为每个任务分些任务运行在保护方式，操作系统为每个任务分配一

23、定量的时间，使得系统看上去好象在同时执配一定量的时间，使得系统看上去好象在同时执行多个任务，对每个任务好象独用一台完整的计行多个任务，对每个任务好象独用一台完整的计算机。算机。21实实模式模式REALPROTECTED保护模式保护模式VIRTUAL虚拟虚拟8086 LMSW指令指令修改修改CR0指令指令RRESET位后修改位后修改CR0的的PE=0的的PE位位=1通通过过中中断断执行执行IRETD指指令令RESET信号信号RESET对对CPU复位复位 三种模式之间的转换见图：三种模式之间的转换见图：Intel80X86Intel80X86微处器微处器三种工作模式关系：三种工作模式关系：实模式、

24、保护模式和虚拟实模式、保护模式和虚拟86模式模式224.4.8038680386的寄存器结构的寄存器结构 8038680386的寄存器按功能可分成四类的寄存器按功能可分成四类,它们是它们是基本寄存器、控制寄存器、系统地址寄存器、基本寄存器、控制寄存器、系统地址寄存器、调试及测试寄存器。我们主要介绍第一种调试及测试寄存器。我们主要介绍第一种-基本基本寄存器，简要介绍其他寄存器。寄存器，简要介绍其他寄存器。如下图所示，基本寄存器包括通用寄存器、如下图所示，基本寄存器包括通用寄存器、指令指针寄存器、标志寄存器和段寄存器。指令指针寄存器、标志寄存器和段寄存器。2324(1)(1)通用寄存器通用寄存器

25、8 8个个3232位通用寄存器位通用寄存器EAXEAX、EBXEBX、ECXECX、EDXEDX、ESPESP、EBPEBP、ESIESI、EDIEDI都是由都是由8086/80888086/8088中的中的8 8个个1616位通用寄存器扩展位数而来，它们的低位通用寄存器扩展位数而来，它们的低1616位可以位可以独立存取，以便与独立存取，以便与8086/80888086/8088兼容，名称分别称为兼容，名称分别称为AXAX、BXBX、CXCX、DXDX、SPSP、BPBP、SISI和和DIDI。其中前其中前4 4个寄存器还可进一步分别分为两个个寄存器还可进一步分别分为两个8 8位寄存器，分别位

26、寄存器，分别称为称为AHAH、ALAL，BHBH、BLBL，CHCH、CLCL，DHDH和和DLDL。25（2 2）指令指针寄存器指令指针寄存器EIPEIP 用来存放要执行的下一条指令的地址偏移量，用来存放要执行的下一条指令的地址偏移量，工作在工作在3232位下的位下的EIPEIP，寻址范围寻址范围4GB(44GB(4千兆字节千兆字节)。它的低它的低1616位与位与8086/80888086/8088兼容，称为兼容，称为IPIP，寻址寻址范围为范围为64KB64KB。26（3）标志寄存器EFLAGS 80X86和Pentium Pro的标志寄存器的各位标志名。ID VIP VIF AC VM

27、RF NT IOPL OF DF IF TF SF ZF AF PF CF80X86Pentium Pro的标志寄存器31 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 027 EFLAGSEFLAGS为为3232位标志寄存器，位标志寄存器，8038680386实际占有实际占有1414位标志，分为三类：状态标志、控制标志和系统方位标志，分为三类：状态标志、控制标志和系统方式标志。其中状态标志与控制标志的含义在式标志。其中状态标志与控制标志的含义在8086/80888086/8088中已作介绍，系统方式标志则是表示中已作介绍，系

28、统方式标志则是表示系统处于什么方式的标志。新增的标志位含义如下：系统处于什么方式的标志。新增的标志位含义如下：IOPLIOPL：I/OI/O特特权权级级标标志志，仅仅适适用用于于保保护护方方式式，由由1313位位 和和 1212位位 指指 明明 I/OI/O操操 作作 的的 级级 别别（0 0 3 3级级，IOPL=00IOPL=00为为最最高高级级，IOPL=11IOPL=11为为最最低低级级）。只只有有当当任任务务的的现现行行特特权权级级 IOPLIOPL，I/OI/O指指令令才才能能顺顺利利执执行，否则产生中断，使任务挂起。行，否则产生中断，使任务挂起。28 NT：任务嵌套标志，表示当前

29、执行的任务是否嵌套于另一任务中。当一个任务被嵌套时，该标志置1。RF：恢复标志，用于调试操作中，每当顺利执行完一条指令，RF自动清零；而RF=1表示下一条指令遇到断点或调试故障也不产生异常中断，强迫程序恢复执行。VM：虚拟8086方式标志，VM=1时，表示工作在虚拟8086方式。在保护方式下，设置VM=1便进入虚拟8086方式。29 上述标志位中，状态标志位为CF、PF、AF、ZF、SF、OF及NT；控制标志位共4个，分别是DF、IF、TF和IOPL；系统方式标志位则为RF和VM。(4)段寄存器 段寄存器仍是16位，共有6个，分别为CS、DS、SS、ES、FS和GS，前4个与8086/8088

30、相同，而FS和GS则是80386Pentium Pro扩充的两个附加数据段寄存器。30 与8086/8088类似，80386内存单元的地址仍由段基址和段内偏移地址构成，分两种情况：在实地址方式和虚拟8086方式下，分段部件只要把16位段寄存器中的内容左移4位，就得到对应段的基地址，再加上偏移地址，就得到了存储单元的地址，这个地址叫线性地址。寻址范围最大为1MB，每段大小固定为64KB。31 在保护方式下，每一段的大小是可选择的，从1字节到4千兆字节之间变化。此时段寄存器中存放的并不是一个真正的段地址，而存的是一个选择子，如下图所示：选择子选择子选择子选择子选择子选择子描 述 符 表附加段附加段

31、附加段堆栈段数据段代码段CSDSSSESFSGS保护方式下段基地址的产生32 通过选择子从一个含有8192个描述符的描述符表中选择一个描述符，描述符给出了每一个段的起始地址，即线性基地址；还给出了此段界限值即长度；并指出了段的属性，即位置、大小、类型（代码段、堆栈段还是数据段）及保护特性。根据描述符便可找到段基地址。这时段寄存器的内容虽不象实地址方式下那样（左移4位）直接得到对应段的基地址，但它仍然间接地选择对应段的基地址。33其它寄存器47 16 15 031 16 15 015 0GDTRIDTR线性地址界 限线性地址界 限LDTRCR0CR1CR2CR3MSWTR选择子选择子3431 0

32、31 0DR0DR1DR2DR3DR4DR5DR6DR7TR6TR735(5)控制寄存器（CR0CR3）（32位）(8086CPU中无)其中：CR1 备用 CR3 用于提供页目录的基地址 CR2 用于提供页故障线性地址。CR0 其低16位与80286CPU中一样，是机器状态字R。CR0功能：作为机器状态字（MSW）用以表示比标志（FLAG）对CPU 影响更大的标志，这些标志反映了系统 的工作状态。36CR0CR0的控制位分为如下五大类：的控制位分为如下五大类：1.1.与与CPUCPU工作模式有关的控制位工作模式有关的控制位PGPG（分页）、分页）、PGPG（置（置CPUCPU为虚拟地址保护方式

33、）为虚拟地址保护方式）2.2.与与CPUCPU片内的片内的CACHECACHE有关的控制位：有关的控制位：CECE、WTWT 3.3.与协处理器或浮点运算部件有关的控制位：与协处理器或浮点运算部件有关的控制位：TSTS、EMEM、MPMP、NENE。4.4.对位控制位：对位控制位：AMAM 5.5.页的写保护控制位：页的写保护控制位：WPWP37(6)系统地址寄存器：系统地址寄存器：用于进行从虚拟地址向实际物理地址的转换。用于进行从虚拟地址向实际物理地址的转换。1.功能：功能：主要用于在保护模式下，管理主要用于在保护模式下，管理 4个系统表，这个系统表，这4个系统个系统表为：表为：GDT（Gl

34、obal Descriptor Table)全局描述符表全局描述符表 LDT（Local Descriptor Table)局部描述符表局部描述符表 IDT（Interrupt Descriptor Table)中断描述符表中断描述符表 TSS（Task State Segment)任务状态段任务状态段 38 系统地址寄存器：地址寄存器为系统地址寄存器：地址寄存器为 GDTR GDT LDTR 分别用来指定分别用来指定 LDT 的大小在的大小在M中的位中的位 IDIR IDT 置。置。TR 用以指定用以指定TSS任务状态段，只用来存放任务状态段，只用来存放 任务环境的，其在任务环境的，其在M中

35、的位置和大小中的位置和大小 由由TR指定。指定。其中：其中：GDTR和和IDTR共共48位：位：32位的表基地址字段位的表基地址字段+16位的表位的表 边界字段。边界字段。31 0 15 0表基址表限39 可在实模式方式下，通过编程对可在实模式方式下，通过编程对GDTR和和IDTR加载，以实现加载，以实现对对GDT和和IDT在保护方式下的初始化操作。在保护方式下的初始化操作。15 0 15 0 31 0 15 0 选择器字段选择器字段 属性字段属性字段 表基址字段表基址字段 边界字段边界字段LDTR和和TSR共共80位：位：32位的表基址字段位的表基址字段+20位的边界字段位的边界字段 +12

36、位的访问权字段位的访问权字段 +16位的选择器字段位的选择器字段。对对LDTR和和TR的说明的说明：这两个寄存器只能在保护方式下使用。这两个寄存器只能在保护方式下使用。在保护模式下程序可访问字段仅限于段选择器字段，在保护模式下程序可访问字段仅限于段选择器字段，即只能用指令加载段选择器。即只能用指令加载段选择器。40 用用LLDT和和LT指令可设置成改变相应的指令可设置成改变相应的选择器字段，依选择器字段可选择器字段，依选择器字段可 从全局描述符从全局描述符表中找到指定的基地址描述符和任务状态段描表中找到指定的基地址描述符和任务状态段描述符，在将描述符中的述符，在将描述符中的32位段基址和位段基

37、址和16位的段位的段限及限及16位的属性字段加载到位的属性字段加载到 LDTR和和TR的的64位高速缓冲寄存器中。位高速缓冲寄存器中。41（7 7）调试寄存器和测试寄存器调试寄存器和测试寄存器80386 80386 有有8 8个个3232位调试寄存器，用于调试与设置位调试寄存器，用于调试与设置断点。断点。DRDR0 0DRDR3 3 用来写入断点的用来写入断点的3232位线性地址位线性地址DRDR4 4DRDR5 5 INTELINTEL保留保留DRDR6 6调试状态寄存器调试状态寄存器DRDR7 7配合断点设置的断点控制寄存器配合断点设置的断点控制寄存器2 2个个3232位测试寄存器位测试寄

38、存器 TRTR6 6、TRTR7 7TRTR6 6 存放测试控制命令存放测试控制命令TRTR7 7 为数据寄存器为数据寄存器425.80386 5.80386 的虚拟存储机制与片内两级存储管理的虚拟存储机制与片内两级存储管理 (1)(1)、布局要点、布局要点 、80X86的存贮器有三种工作方式：的存贮器有三种工作方式：实地址方式实地址方式 虚地址保护方式虚地址保护方式 虚拟虚拟86模式模式 所以其地址空间分为：所以其地址空间分为：物理存贮空间和虚拟存贮空间物理存贮空间和虚拟存贮空间 实际物理地址空间是实际物理地址空间是 CPU可直接访问存贮空间，其可直接访问存贮空间，其 存贮空存贮空间范围由间

39、范围由CPU的地址总线位数决定。的地址总线位数决定。虚拟存贮空间即程序占有的存贮空间，其存贮量虚拟存贮空间即程序占有的存贮空间，其存贮量由由CPU的体系结构确定。的体系结构确定。43 任务N 任务N-1 任务X（虚拟虚拟空间）由磁盘等外 存支撑 任务1 任务2存贮器管理部件物理地物理地 址空间址空间 ROR.RAM 任务XD15 D2 D1 D0 、二者存贮空间示意图如下：每个任务使用64TB字节的存贮空间(2 )索引值TIRPL32位偏移地址4644()实模式下存储器地址的产生实模式下存储器地址的产生与与8086/8088相似相似,物理地址物理地址20位位物理地址物理地址PA =段地址段地址

40、 偏移地址偏移地址 =(段寄存器段寄存器)16 +偏移地址偏移地址 =(段寄存器段寄存器)10H+偏移地址偏移地址 即段寄存器的内容左移即段寄存器的内容左移4位，加上偏移地址位，加上偏移地址l 段地址由段寄存器提供：段地址由段寄存器提供：CS、SS、DS、ES、FS、GS 16位位 l 偏移地址由指令中的寻址方式提供偏移地址由指令中的寻址方式提供,范围在范围在0FFFFh。特点特点:1)段地址直接由段寄存器得到段地址直接由段寄存器得到 2)20根地址线有效根地址线有效45()保护模式下存储器地址的产生保护模式下存储器地址的产生0线性地址线性地址线性地址空间线性地址空间232分段分段管理管理机制

41、机制31物理地址物理地址物理地址空间物理地址空间最大最大232与实际的配置有关与实际的配置有关分页分页管理管理机制机制031PG=1PG=0当当PG=0时时,分页管理机制关闭分页管理机制关闭,线性地址就是物理地址线性地址就是物理地址虚拟地址空间虚拟地址空间虚拟地址虚拟地址213 232 2=246=64T选择子选择子偏移量偏移量:015031段寄存器段寄存器46 将存储空间分为若干个段将存储空间分为若干个段,存储单元的地址为存储单元的地址为:段基地址段基地址(32位位)+段内偏移地址段内偏移地址(32位位)其中其中 段基地址通过指令中的段寄存器间接获取段基地址通过指令中的段寄存器间接获取 偏移

42、地址由指令中的寻址方式获取偏移地址由指令中的寻址方式获取.如如 MOV AX,DS:EBX 存储单元的段基地址通过存储单元的段基地址通过DS 寄存器间接获取寄存器间接获取 偏移地址为偏移地址为EBX寄存器的内容寄存器的内容分段管理机制分段管理机制 与实方式下不同的是与实方式下不同的是,段基地址不是通过段寄存器直接得到段基地址不是通过段寄存器直接得到,保护方式下保护方式下,段寄存器起到的是索引的作用段寄存器起到的是索引的作用(称为段选择子称为段选择子).47 每个段由三个参数定义每个段由三个参数定义:段基值段基值:指示指示段在线性地址空间中的起始地址段在线性地址空间中的起始地址.32位位段界限段

43、界限:规定段的大小规定段的大小.04G段属性段属性:规定段的主要特性规定段的主要特性保护方式下的段保护方式下的段 用于表示段的三个参数的数据称为用于表示段的三个参数的数据称为描述符描述符,每个描述符长每个描述符长8字节字节 每个段都有一个相应的描述符来描述每个段都有一个相应的描述符来描述.48为支持虚拟存储管理和多任务的处理为支持虚拟存储管理和多任务的处理,使用了多种类型的描述符使用了多种类型的描述符,根据根据功能的不同功能的不同,在在不同类型的描述符不同类型的描述符中存放中存放不同的控制信息不同的控制信息.利用描述符的内容利用描述符的内容,CPU可以自动完成访问范围和权限的检查可以自动完成访

44、问范围和权限的检查.存储段描述符存储段描述符代码段描述符代码段描述符数据段描述符数据段描述符系统段描述符系统段描述符LDT段描述符段描述符任务状态段描述符任务状态段描述符门门 描描 述述 符符调用门描述符调用门描述符任务门描述符任务门描述符中断门描述符中断门描述符陷阱门描述符陷阱门描述符描描 述述 符符49存储段描述符格式存储段描述符格式存储段存储段用于存放程序直接进行访问的代码和数据的段。用于存放程序直接进行访问的代码和数据的段。存储段描述符存储段描述符用于描述存储段。用于描述存储段。15 8 7 6 5 4 3 2 1 0 段段 界界 限限 值值 的的 15 0 位位 段段 基基 值值 的

45、的 15 0 位位 字节字节0字节字节2字节字节1字节字节3字节字节5字节字节7DPLPDT1EDCAEWR段段 基基 值值 的的 3124 位位字节字节4段段 基基 值值 的的 23 16 位位字节字节6GAVLD0段界限值段界限值1916 位位50DPLPDT1EDCAE字节字节5GAVLD0段界限值段界限值1916 位位字节字节6WRDT:表示描述符的类型表示描述符的类型Descriptor Type DT=1,存储段描述符存储段描述符 DT=0,系统段描述符或门描述符系统段描述符或门描述符 E:可执行位可执行位Execute E=1,指示段是可执行的，是代码段，该描述符为代码段描述符指

46、示段是可执行的，是代码段，该描述符为代码段描述符 E=0,指示段是可执行的，是数据段，该描述符为数据段描述符指示段是可执行的，是数据段，该描述符为数据段描述符W/R:可读可读/写位写位Write/Read 对数据段，对数据段，W=1,表示该段可读可写；表示该段可读可写；W=0,可读不可写可读不可写 对代码段，对代码段，R=1,表示该段可执行可读；表示该段可执行可读；R=0,可执行不可读可执行不可读G:段界限粒度位段界限粒度位Granularity G=0,界限粒度为字节；界限粒度为字节；G=1,界限粒度为界限粒度为4K字节（字节（212）当当G=1 时，一个段的最大为：时，一个段的最大为：22

47、0 4K=23251DPL:表示描述符特权级表示描述符特权级Descriptor Privilege Level 指示所描述的段的特权级。共指示所描述的段的特权级。共4个级别（个级别（03级级)。用于权限检查，以决定对该段能否进行访问。用于权限检查，以决定对该段能否进行访问。P:表示段是否存在位表示段是否存在位 Present P=1,表示该描述符所描述的段在内存中表示该描述符所描述的段在内存中 P=0,表示该描述符所描述的段不在内存中表示该描述符所描述的段不在内存中 A:访问位访问位Acess A=1,指示描述符被访问过。指示描述符被访问过。A=0,指示描述符指示描述符未未被访问过被访问过E

48、D/C:对数据段对数据段,表示表示数据扩展方向位数据扩展方向位(0向高向高,1向低向低)对代码段对代码段,表示类型表示类型(1一致代码段一致代码段,0普通代码普通代码,用于特权检查用于特权检查)DPLPDTEDCAE字节字节5GAVLD0段界限值段界限值1916 位位字节字节6WR52系统段描述符及门描述符格式系统段描述符及门描述符格式系统段系统段是为实现存储管理所使用的一种特殊段，是为实现存储管理所使用的一种特殊段，系统段描述符系统段描述符用于描述系统段。用于描述系统段。门描述符门描述符用于描述控制转移的入口点。用于描述控制转移的入口点。15 8 7 6 5 4 3 2 1 0 段段 界界

49、限限 值值 的的 15 0 位位 段段 基基 值值 的的 15 0 位位 字节字节0字节字节2字节字节1字节字节3字节字节5字节字节7DPLPDT0段段 基基 值值 的的 3124 位位字节字节4段段 基基 值值 的的 23 16 位位字节字节6GAVLD0段界限值段界限值1916 位位TYPE53DPLPDT1字节字节5GAVLD0段界限值段界限值1916 位位字节字节6TYPETYPE00000001001000110100010101100111 TYPE10001001101010111100110111101111 说明说明未定义未定义可用可用286TSSLDT忙的忙的286TSS2

50、86调用门调用门任务门任务门286中断门中断门286陷阱门陷阱门 说明说明未定义未定义可用可用386TSS未定义未定义忙的忙的386TSS386调用门调用门未定义未定义386中断门中断门386陷阱门陷阱门54门描述符格式门描述符格式 调用门调用门:段选择子指向代码段描述符段选择子指向代码段描述符 任务门任务门:段选择子指向任务状态段段选择子指向任务状态段TSS描述符描述符中断门和陷阱门中断门和陷阱门:段选择子指向代码段描述符段选择子指向代码段描述符15 8 7 6 5 4 3 2 1 0 偏偏 移移 量量 15 0 位位 段段 选选 择择 子子字节字节0字节字节2字节字节1字节字节3字节字节5