Лекция 15
Программная модель IA-32
Режимы работы процессора
В архитектуре IA-32 поддерживается три режима работы процессора:
Реальный режим – исторически первый режим работы процессора, в котором не осуществляется проверка выхода за пределы сегментов, нет деления на привилегированные и не привилегированные команды.
Защищенный режим – основной режим работы процессора. Одной из возможностей защищенного режима является возможность выполнять программы, написанные для реального режима, в виртуальном 8086-режиме.
Режим системного управления – этот режим предоставляет операционной системе или программному обеспечению «прозрачный механизм» для выполнения специальных системных функций (таких как: управления расходом энергии, безопасность системы и т.д.)
Базовая среда выполнения
Любой программе или задаче запущенной на IA-32 процессоре выделяются определенные ресурсы для выполнения инструкций и хранения кода, данных и информации о состоянии. Эти ресурсы и составляют базовую среду выполнения архитектуры IA-32.
Базовая среда выполнения
Адресное пространство – любая программа может адресовать линейное адресное пространство объемом до 4Гб и физическое адресное пространство объемом до 64Гб.
Но в реальном режиме работы адресное пространство ограничено 1 Мб.
Стек – область памяти для поддержки вызовов подпрограмм (процедур), прерываний и передачи параметров между подпрограммами (процедурами). Стек располагается в памяти (включается в адресное пространство).
Базовая среда выполнения
Базовые регистры исполнения программы – любой программе или задаче доступны для использования:
8 регистров общего назначения.6 сегментных регистров.Регистр флагов.
Счетчик команд.
Эти регистры предназначены для исполнения инструкций общего назначения: арифметические и логические инструкции, пересылки данных, инструкции управления, инструкции обработки строк и бит.
Базовая среда выполнения
X87 FPU регистры – набор из 8 регистров данных, регистра управления, регистра состояния, регистра счетчика команд, регистра тегов – предоставляющих среду выполнения для работы с вещественными числами (разрядностью 32, 64 и 80 бит), целыми числами (разрядностью 16, 32, 64), а также BCD числами.
MMX регистры – 8 64-х разрядных регистра, поддерживающих выполнение SIMD инструкций над 8-ми, 16-ти и 32-ух разрядными целыми числами.
XMM регистры – 8 128-разрядных регистра и регистр управления поддерживающие выполнение SIMD инструкций над 32-ух и 64-ех разрядными вещественными числами, 8-ми, 16-ти, 32-ух и 64-ех разрядными целыми числами.
Дополнительные
возможностиI/O порты (I/O ports) – механизм передачи данных между процессором и внешними устройствами.
Регистры управления (Control registers) – 5 регистров (CR0- CR4) определяющие режим работы процессора и текущей задачи.
Регистры управления памятью (Memory management registers)
– GDTR, IDTR, LDTR и регистр задачи указывающие расположение структур данных используемых в защищенном режиме.
Регистры отладки (Debug registers) – 8 регистров (DR0-DR7) управляющие и отображающие операции отладки.
Дополнительные
возможностиРегистры управления типом памяти (Memory type range registers - MTRRs) – используются для назначения типа памяти разделам
основной памяти.
Специфические регистры машины (Machine specific registers - MSRs) – процессор предоставляет набор регистров, используемых для управления и отчета по производительности процессора.
Регистры проверки машины (Machine check registers) – набор регистров управления и состояния используемых для обнаружения и мониторинга аппаратных (машинных) ошибок.
Счетчики мониторинга производительности – предназначены для мониторинга событий производительности.
Организация памяти
Память, которую процессор может адресовать посредством адресной шины, называется физической памятью.
Физическая память организована как последовательность 8-ми разрядных байт, каждому из которых присвоен уникальный адрес называемый физическим адресом. Физический адрес может принимать значения от 0 до 2^36-1 (64 Гб).
Модели памяти
В архитектуре IA-32 поддерживается три модели памяти:
плоская модель памяти (flat memory model);
сегментная модель памяти (segmented memory model);
модель памяти режима реальной адресации (real-address mode memory model).