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Intel架构的基本知识_intel架构图

suiw9 2025-02-17 14:04 14 浏览 0 评论

1.字节序

CPU的字节序分为LittleEndian和BigEndian。

所谓Endian,就是多字节数据在内存中的排列方式。

例如,假设有一个整数0x11223344:

LittleEndian的排列方式是,从内存的低地址开始,依次存放 0x44 0x33 0x22 0x11;

BigEndian的排列方式是,从内存的低地址开始,依次存放 0x11 0x22 0x33 0x44。

Intel架构采用LittleEndian,其他的比如SPARC、MIPS架构采用BigEndian。

2.32位环境中的寄存器

32位环境中的寄存器有以下一些。

(1)8个32位通用寄存器

8个32位通用寄存器分别为 EAX、EBX、ECX、EDX、ESI、EDI、EBP、ESP。

ESP寄存器用于保存栈指针。

某些命令使用特定的寄存器。例如,字符串命令将ECX、ESI和EDI寄存器作为操作数使用。

8个通用寄存器的主要用途如下:

EAX 操作数的运算、结果

EBX 指向DS段中数据的指针(见下文段寄存部分)

ECX 字符串操作或循环的计数器

EDX 输入输出指针

ESI 指向DS寄存器所指示的段中某个数据的指针,或者是字符串操作中字符串的复制源(source)

EDI 指向ES寄存器所指示的段中某个数据的指针,或者是字符串操作中字符串的复制目的地(destination)

ESP 栈指针(SS段)

EBP 指向栈上数据的指针(SS段)

但是,通用寄存器的用途并不限于上面所述,也可以用于一般用途,所以以上只作为参考。

(2)6个16位段寄存器

主要段寄存器的用途如下:

CS 代码段

DS 数据段

SS 堆栈段

ES 数据段

FS 数据段

GS 数据段

程序代码放在代码段中,数据放在数据段中,程序所用的栈放在堆栈段中。

(3)1个32位EFLAGS寄存器

EFLAGS寄存器中包含状态标志(status flag,简写 S)、控制标志(control flag,简写 C)、系统标志(system flag,简写 X)。

EFLAGS寄存器各bit标志如下:

bit_0 S 进位标志(CF)

bit_1 保留

bit_2 S 恢复标志(PF)

bit_3 保留

bit_4 S 辅助标志(AF)

bit_5 保留

bit_6 S 零标志(ZF)

bit_7 S 符号标志(SF)

bit_8 X 跟踪标志(TF)

bit_9 X 终端许可标志(IF)

bit_10 C 方向标志(DF)

bit_11 S 溢出标志(OF)

bit_12 + bit_13 X I/O特权域(IOPL)

bit_14 X 嵌套任务标志(NT)

bit_15 保留

bit_16 X 恢复标志(RF)

bit_17 X 虚拟8086模式标志(VM)

bit_18 X 对齐检查标志(AC)

bit_19 X 虚拟中断标志(VIF)

bit_20 X 虚拟中断等待标志(VIP)

bit_21 X 识别标志(ID)

bit_22 ~ bit_31 保留

保留的bit位不能使用,必须设置到之前读入时的位置。

(4)1个32位EIP寄存器

EIP(Instruction Pointer)寄存器是32位指令指针。

(5)其他寄存器

除了以上4类常见的寄存器,还有控制寄存器(CR0~CR4)、GDTR、IDTR、TR、LDTR、调试寄存器(DR0/DR1/DR2/DR3/DR6/DR7)、内存类型范围寄存器MTRR、MSR(Model Specific Register)寄存器、机器检查寄存器(Machine Check Register)、性能监视计数器(Performance Monitoring Counter)、FPU寄存器、MMX寄存器、XMM寄存器等等。

3.64位环境中的寄存器

这些寄存器支持的地址空间为2^64字节。利用CPUID指令可以查看运行中的处理器支持的物理地址空间。

64位模式下的通用寄存器在处理32位操作数时,可以通过
EAX/EBX/ECX/EDX/EDI/ESI/EBP/ESP/R8D~R15D来使用。处理64位操作数时,可以使用
RAX/RBX/RCX/RDX/RDI/RSI/RBP/RSP/R8~R15。其中,R8D~R15D和R8~R15是新的通用寄存器。RIP寄存器是64位指令指针。

栈指针和控制寄存器都可以扩展到64位,并增加了CR8寄存器。而且,调试寄存器也可以扩展到64位,GDTR、IDTR可以扩展到10字节,LDTR、TR可以扩展到64位。

4.地址

CPU可以通过内存总线访问到的地址为物理地址。

32位模式下最大为64GB(2^36)。

64位模式下最大为2^40(Intel)和2^48(AMD)。

(1)内存地址的平坦模型

该模型下,内存可以看做单一、平坦的连续地址空间,称为线性地址。Linux采用这种内存模型。

(2)内存地址的分段模型

该模型下,内存被看做被称为“段”(segment)的独立地址空间的集合,通过段选择器和偏移量组成的逻辑地址来访问段内地址。首先用段选择器识别出要访问的段,然后通过偏移量找到该段的地址空间中的内存。

32位模式下最多能指定16383个段,各段的最大大小为2^32字节。

64位模式下采用了平坦模型,因此可以使用64位线性地址。不能使用分段式内存模型。

5.数据类型

基本数据类型包括字节(8比特)、字(16比特)、双字(32比特)、四字(64比特)和双四节(128比特)。

(1)整数数据类型

支持无符号整数和有符号整数。

无符号整数的范围为0~最大整数,根据选择的操作数大小(字节、字、双字或四字)进行编码。

有符号整数能够表示整数和负数,采用补码表示。

(2)浮点数据类型

支持单精度浮点数、双精度浮点数和扩展精度浮点数。

单精度浮点数(32位)的精度为24比特;

双精度浮点数(64位)的精度为53比特;

扩展精度浮点数(80位)的精度为64比特。

(3)其他数据类型

其他还有指针数据类型、bit-field(比特域)数据类型、字符串数据类型、压缩SIMD数据类型、BCD和压缩BCD整数数据类型等等。

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