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1、linux内核编程进门两 钾葡机体系挨算linux内核编程进门(两) 钾葡机体系挨算及汇编2011年09月18日 先来看一下较量争论机体系结构： CPU是由算术逻辑部件ALU、控制器、寄存器组成的。 ALU：是运算器的核心部件，执行算术运算、逻辑运算、移位、比较等各种数据处理的操做。 控制逻辑：处理步伐指令，并协调各逻辑部件按一定时序工做。包孕：从存储器中读取步伐指令、指令译码、从存储器中取得操做数，执行指令，把成效存入存储器，以及对总线和I/O的传送控制等。 工做寄存器：每一个寄存器相当于运算器中的一个存储单元，但速度比存储器快，用来存放较量争论过程中所需要的或得到的各种信息。 寄存器是CP
2、U内部重要的数据存储资源，是汇编步伐员能直接使用的硬件资源之一。由于寄存器的存取速度比内存快，所以，在用汇编语言编写步伐时，要尽可能充分利用寄存器的存储功能。 寄存器一般用来保存程序的中间成效，为随后的指令快速供应操作数，从而避免把中间成效存入内存，再读取内存的操作。在高级语言(如：C/C+语言)中，也有定义变量为寄存器类型的，这就是提高寄存器利用率的一种可行的办法。 别的，由于寄存器的个数和容量都有限，不可能把所有中间成效都存储在寄存器中，所以，要对寄存器进行适当的调度。根据指令的要求，如何安排适当的寄存器，避免操作数过多的传送操作是一项细致而又周密的工作。 由于16位/32位CPU是微机C
3、PU的两个重要代表，所以，在此只介绍它们内部寄存器的名称及其主要功能。 80X86寄存器组： 16位寄存器组： 4个数据寄存器(AX、1.80复古传奇BX、CX和DX) 2个变址和指针寄存器(SI和DI) 2个指针寄存器(SP和BP) 个段寄存器(ES、CS、SS和DS) 1个指令指针寄存器(IP) 1个标志寄存器(Flags) 32位寄存器组： 通用寄存器组： （1）数据寄存器 数据寄存器共有4个寄存器AX、BX、CX、DX，用来保存操作数或运算结果等信息。 AX(Accumulator)寄存器称为累加器。使用频度最高，用于算术、逻辑运算以及与外设传送信息等。 BX(Base Registe
4、r)寄存器称为基址寄存器。常用于存放存储器地址。 CX(Count Register)寄存器称为计数器。一般作为循环或串操作等指令中的隐含计数器。在位操作中，当移多位时，要用CL来指明移位的位数； DX(Data Register)寄存器称为数据寄存器。常用来存放双字数据的高16位，在进行乘、除运算时，它可作为默认的操作数参与运算,亦可存放外设端口地址。 在16位CPU中，AX、BX、CX和DX不能作为基址和变址寄存器来存放存储单元的地址，但在32位CPU中，其32位寄存器EAX、EBX、ECX和EDX不仅可传送数据、暂存数据保存算术逻辑运算结果，而且也可作为指针寄存器，所以，这些32位寄存器
5、更具有通用性。 （2） 变址寄存器 寄存器ESI、EDI、SI和DI称为变址寄存器(Index Register)，主要用于存放某个存储单元的偏移地址。 SI是源变址寄存器，DI是目的变址寄存器，在字符串操作中，SI和DI都具有自动增量或减量的功能。它们主要用于存放存储单元段内的偏移量，用它们可实现多种存储器操作数的寻址方式,以为不同的地址形式访问存储单元供应方便。 变址寄存器不可朋分成8位寄存器。作为通用寄存器，也可存储算术逻辑运算的操作数和运算结果。 （3）指针寄存器 寄存器EBP、ESP、BP和SP称为指针寄存器(Pointer Register)，主要用于存放堆栈内存储单元的偏移量，用
6、它们可实现多种存储器操作数的寻址方式(在第3章有详细介绍)，为以不同的地址形式访问存储单元提供方便。 指针寄存器不可朋分成8位寄存器。作为通用寄存器，也可存储算术逻辑运算的操作数和运算结果。 SP(Stack Pointer)为堆栈指针寄存器，用于存放当前堆栈段中栈顶的偏移地址；BP (Base Pointer)为基址指针寄存器，用于存放堆栈段中某一存储单元的偏移地址。 专用寄存器： IP、SP、FLAGS （1）指令指针寄存器 IP( Instruction Pointer ) 指 令指针寄存器：8086CPU中的指令指针IP，它总是保存下一次将要从主存中取出指令的偏移地址，偏移地址的值为该
7、指令到所在段段首址的字节间隔。在目 标程序运行时，IP的内容由微处理器硬件自动设置，程序不能直接访问IP，但一些指令却可改变IP的值，如转移指令、子程序调用指令等。 32位CPU把指令指针扩展到32位，并记作EIP，EIP的低16位与先前CPU中的IP作用相同。 （2）堆栈指针寄存器SP 用于存放当前堆栈段中栈顶的偏移地址 （3）标志寄存器 ( FLAGS / PSW ） 注：指令的执行与标志有很大关系。 状态标志 用来记录程序运行结果的状态信息，许多指令的执行都将相应地设置它。 控制标志 可由程序根据需要用指令设置，用于控制处理器执行指令的方式。 零标志ZF（Zero Flag） 若运算结果
8、为0，则ZF = 1，否则ZF = 0。 例如： 3AH + 7CHB6H，结果不是零：ZF = 0 86H + 7CH（1）00H，结果是零：ZF = 1 注意：ZF为1暗示的结果是0 符号标志SF（Sign Flag） 运算结果最高位为1，则SF = 1；否则SF = 0。 例如： 3AH + 7CHB6H，最高位D71：SF = 1 86H + 7CH（1）00H，最高位D70：SF = 0 有符号数据利用最高有效位暗示数据的符号。1.80战神复古所以，最高有效位就是符号标志的状态。 奇偶标志PF（Parity Flag） 当运算结果最低字节中“1”的个数为零或偶数时，PF = 1；否则
9、PF = 0。 例如： 3AH + 7CHB6HB， 结果中有5个1，是奇数：PF = 0 注意：PF标志仅反映最低8位中“1”的个数是偶或奇，即使是进行16位字操作。 溢出标志OF（Overflow Flag） 若算术运算的结果有溢出，则OF=1；否则 OF0。例如： 3AH + 7CHB6H，产生溢出：OF = 1 AAH + 7CH（1）26H，没有溢出：OF = 0 辅助进位标志AF（Auxiliary Carry Flag） 运算时D3位（低半字节）有进位或借位时，AF = 1；否则AF = 0。 例如： 3AH + 7CHB6H，D3有进位：AF = 1 这个标志主要由处理器内部使
10、用，用于十进制算术运算指令中，用户一般不必关心 方向标志DF（Direction Flag） 用于串操作指令中，控制地址的变化方向： 设置DF0，串操作的存储器地址自动增加； 设置DF1，串操作的存储器地址自动减少。 CLD指令复位方向标志：DF0 STD指令置位方向标志：DF1 中断允许标志IF（Interrupt-enable Flag） 用于控制外部可屏蔽中断是否可以被处理器响应： 设置IF1，则允许中断； 设置IF0，则禁止中断。 CLI指令复位中断标志：IF0 STI指令置位中断标志：IF1 陷阱标志TF（Trap Flag） 用于控制处理器是否进入单步操作方式： 设置TF0，处理器
11、正常工作； 设置TF1，处理器单步执行指令。 单步执行指令处理器在每条指令执行结束时，便产生一个编号为1的内部中断。这种内部中断称为单步中断，所以TF也称为单步标志。 利用单步中断可对程序进行逐条指令的调试。 这种逐条指令调试程序的办法就是单步调试 段寄存器： 8086CPU的个16位的段寄存器划分称为：代码段寄存器CS，数据段寄存器DS，堆栈段寄 存器SS，附加数据段寄存器ES。段寄存器用来确定该段在内存中的起始地址。段寄存器是根据内存分段的管理模式而设置的。内存单元的物理地址由段寄存器的 值和一个偏移量组合而成的，这样可用两个较少位数的值组合成一个可访问较大物理空间的内存地址。 CPU内部
12、的段寄存器： CS代码段寄存器(Code Segment Register)，其值为代码段的段值；代码段用来存放程序的指令序列。CS存放代码段的段首址，指令指针寄存器IP指示代码段中指令的偏移地址。 DS数据段寄存器(Data Segment Register)，其值为数据段的段值； ES附加段寄存器(Extra Segment Register)，其值为附加数据段的段值； SS堆栈段寄存器(Stack Segment Register)，其值为堆栈段的段值； FS附加段寄存器(Extra Segment Register)，其值为附加数据段的段值； GS附加段寄存器(Extra Segmen
13、t Register)，其值为附加数据段的段值。 在16位CPU系统中，它只有4个段寄存器，所以，程序在任何时刻至多有4个正在使用的段可直接访问；在32位微机系统中，它有6个段寄存器，所以，在此环境下开发的程序最多可同时访问6个段。 32位CPU有两个不同的工作方式：实方式和保护方式。在每种方式下，段寄存器的作用是不同的。有关规定简单描述如下： 实方式： 前4个段寄存器CS、DS、ES和SS与先前CPU中的所对应的段寄存器的含义完全一致，内存单元的逻辑地址仍为“段值：偏移量”的形式。为访问某内存段内的数据，必需使用该段寄存器和存储单元的偏移量。 保护方式： 在此方式下，情况要复杂得多，装入段寄
14、存器的不再是段值，而是称为“选择子”(Selector)的某个值。段寄存器的具体作用在此不作进一步介绍了，有兴趣的读者可参阅其它科技资料。 寄存器与存储器的比较：寄存器在CPU内部 ,访问速度快 ,容量小成本高,用名字暗示,没有地址 存储器 在CPU外部,访问速度慢,容量大，成本低,用地址暗示,地址可用各种方式形成. 存储器 存储单元地址 ：8086系统中，为了标识和存取每一个存储单元，给每一个存储单元规定一个编号，这就是存储单元地址。 存储单元的内容 ：一个存储单元中存放的信息称为该存储单元的内容。 注意： * 存储器以字节（8 bit）为编程单位 * 每一个字节单元都有唯一的地址编码 * 地址用无符号整数来暗示（编程用十六进制表示） * 一个字要占用相继的两个字节 * 低位字节存入低地址，高位字节存入高地址 * 字单元地址用它的低地址来表示 * 机械以偶地址访问（读 / 写）存储器 二进制位：存储一位二进制数：0或1。 字节：8个二进制位，D7D0。 字：16位，2个字节，D15D0。 双字：32位，4个字节，D31D0。 最低有效位LSB（Least Significant Bit）：指数据的最低位，即D0位； 最高有效位MSB（Most Significant Bit）：指数据的最高位，对应字节、字、
