《微型计算机接口技术 教学课件 ppt 作者 古辉 主编 12章-32位微机原理与接口技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微型计算机接口技术 教学课件 ppt 作者 古辉 主编 12章-32位微机原理与接口技术（53页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,第十二章 32位微机原理与接口技术,2,本章要点,通用寄存器，段寄存器，专用寄存器，系统地址寄存器，系统段寄存器，控制寄存器，调试寄存器，测试寄存器 实地址模式，虚地址保护模式，虚拟8086模式，系统管理模式SMM 处理器选择伪指令 虚拟设备驱动程序（VxD），WINDOWS驱动程序模型（WDM） VxD设备描述符块DDB,3,本章学习目标,掌握32位微处理器中新增的寄存器组。 了解32位微处理器的三种工作模式：实模式、虚拟地址保护模式、虚拟8086模式、系统管理模式SMM。 了解32位微机中新增指令集 了解虚拟设备驱动程序（VxD）基础知识和WINDOWS驱动程序模型（WDM）基础知识。
2、,4,12.1 32位微处理器,Intel 80x86主流CPU系列不断创新和改进，从80386开始，到80486、Pentium、 Pentium II/ III、 Pentium 4等都是32位的微处理器，支持32位数据类型，32位操作系统和32位的物理地址。 从80386开始就具备了3种工作模式，即实地址模式、虚地址保护模式、虚拟8086模式。到80486DX又增加了 1种工作模式，即系统管理模式（SMM）。,5,12.1.1 32位微处理器的寄存器组,32位微处理器中除了包含8位和16位寄存器外，还引入了若干32位寄存器。80386及其后继机型的可见寄存器组如图12.1所示。 通用寄存
3、器 32位x86CPU的32位通用寄存器有8个，分别是EAX、 EBX、 ECX 、EDX、 ESI、 EDI、 EBP 、ESP.，它们是8086/8088CPU中16位寄存器AX 、BX 、CX 、DX、 SI 、DI、 BP、 SP的扩展 这些32位的寄存器可以用来保存数据、传送数据、保存算术运算和逻辑运算的结果，并且所有32位的通用寄存器都可以用于存放地址，在基址、变址寻址方式中使用。另外在专用特性上，和原16位寄存器的专用特性上是一致的，如EAX专用于乘除法和I/O指令。ECX具有循环计数特性，ESI 和EDI作为串处理指令专用的地址寄存器等。,6,12.1 32位微处理器中可见寄存
4、器组,7,12.1.1 32位微处理器的寄存器组,段寄存器 除了原有的CS 、DS、 ES 、SS外，32位微处理器中还增加了2个段寄存器FS 和 GS，也属于附加的数据段。程序在不重新设置段寄存器值的情况下，能访问6个不同的段。内存单元的逻辑地址仍采用段地址：偏移地址的形式。但是在保护模式下，段寄存器的内容不再是段值，而是在系统中能够查找到段的一个选择符。 专用寄存器 32位微处理器中的EIP和EFLAGS是16位指令指针寄存器IP和标志寄存器FLAGS的扩展。EFLAGS是在16位FLAGS的基础上扩展了8个控制标志位和4个状态标志位，其他标志位的位置和意义与16位中的相同。见图12.2。
5、,8,12.1.1 32位微处理器的寄存器组,专用寄存器中扩展的控制标志位的含义为： I/O特权标志位IOPL(I/O Privilege Level)：占2位，用来表示I/O操作处于03级特权中的哪一级，只有当前特权级CPL在数值上小于或等于IOPL，I/O指令才可以执行。IOPL仅用于保护虚地址方式。,图12.2 32位EFLAGS标志寄存器,9,12.1.1 32位微处理器的寄存器组,专用寄存器中扩展的控制标志位的含义为： 嵌套任务标志NT(Nested Task)：当该位被置1的时候，表示当前执行的任务正嵌套在另一任务中，否则该位清0。置1和清0都是通过向其他任务的控制转移来实现的，N
6、T 也仅用于虚地址方式。在保护模式下中断和CALL指令可以引起任务切换，任务切换时，NT置1 ，否则清0。在中断返回指令IRET执行时，如果NT=1，则中断返回引起任务切换前的程序段，否则只产生任务内的控制转移。 重启动标志RF(Restart Flag)：配合调试寄存器的断点或单步操作一起使用，在处理断点之前，在两条指令之间检查到RF为1，则下一条指令执行时的调试故障被忽略。在一条指令完整执行完后，将RF清0。当接收到一个非调试故障的故障信号时，RF置1。,10,12.1.1 32位微处理器的寄存器组,专用寄存器中扩展的控制标志位的含义为： 虚拟8086方式标志VM(Virtual 8086
7、 Mode)：VM位置1，表示80386工作在虚拟8086模式。 对齐检查标志AC(Alignment Check)：当AC=1时，表示有对齐故障，即一个字访问操作时的访问地址是奇地址，或者一个双字访问操作的访问地址是一个不在双字边界上的地址等。对齐故障只由特权级3的运行产生，在特权级02上可以忽略AC中位的设置。 虚拟中断允许标志位VIF(Virtual IF)：VIF=1表示允许虚拟8086模式或允许保护模式虚拟中断。虚拟中断标志是所有中断标志的虚拟映像。,11,12.1.1 32位微处理器的寄存器组,专用寄存器中扩展的控制标志位的含义为： 虚拟中断挂起标志VIP(Virtual IP)：
8、当允许虚拟8086方式扩充或允许保护模式虚拟中断时，该位指示虚拟中断是否挂起。当VIF=0时，VIP强制为0，否则为1。 标识标志ID：其功能是测试微处理器是否支持CPU标识指令CPUID。CPUID的作用是给软件提供提供Intel系列机型号、软件在微处理器上的执行步骤等信息。,12,12.1.1 32位微处理器的寄存器组,从80386开始，在CPU中设置了4个系统级寄存器，它们分别是全局描述符表寄存器GDTR、中断描述符表寄存器IDTR、局部描述符表寄存器LDTR和任务寄存器TR。其中GDTR和IDTR称为系统地址寄存器，LDTR和TR称为系统段寄存器。这些寄存器只在保护模式下使用。 GDT
9、R和IDTR必须在转入保护模式之前进行初始值设定，这两个寄存器在实地址模式下可以访问。LDTR和TR只能在保护模式下使用，程序只可以访问段选择寄存器，其他的缓冲部分是在任务切换时由LDT描述符和TSS描述符中自动装入的。,13,12.1.1 32位微处理器的寄存器组,系统地址寄存器和系统段寄存器 全局描述符表寄存器GDTR：是一个48位的寄存器，用来存放全局描述符表（GDT）的32位线性基地址和16位界限值。 中断描述符表寄存器IDTR：是一个48位的寄存器，用来存放中断描述符表(IDT)的32位线性基地址和16位界限值。 局部描述符表寄存器LDTR：是一个16位的寄存器，用来存放局部描述符表
10、（LDT）的段选择字。 任务寄存器TR：是一个16位的寄存器，用来存放任务状态段表（TSS）的段选择字。,14,12.1.1 32位微处理器的寄存器组,32位微处理器为了控制管理的需要，配备了控制寄存器。在80386中配备了3个32位的控制寄存器(CR0,CR2,CR3)，发展到Pentium微处理器时，就有5个控制寄存器(CR0CR4)，不过，控制寄存器中的一些位被重新定义了。这些控制寄存器中保存着全局性的和任务无关的机器状态，供应用程序读取，而写这些控制寄存器的操作被大多数系统禁止。 5个控制寄存器，示意如图12.3。,15,图12.3 32位微处理器中控制寄存器,16,12.1.1 32
11、位微处理器的寄存器组,控制寄存器 CR0：机器状态字 PE：保护模式允许位，当PE=1时表示启动系统后进入保护模式；PE=0表示实地址模式。 MP：浮点协处理器监控位。MP=1，表示有协处理器在工作，MP=0表示协处理器未工作。 EM：模拟浮点协处理器位。EM=1，表示用软件仿真协处理器，即没有配备浮点部件。 TS：任务切换位。每次任务切换的时候，微处理器都将该位置1。CLTS指令将该位置0。在解释浮点算术运算指令时要测试该位。,17,12.1.1 32位微处理器的寄存器组,控制寄存器 CR0：机器状态字 ET：处理器扩展类型位。ET=1表示系统中配置了80387数值协处理器，使用32位协处理
12、器协议，ET=0，表示系统中配置80287数值协处理器，使用16位协处理器协议。在Pentium中这位保留。EM=1时ET位失效。 NE：数据异常中断控制位。NE=1表示执行浮点运算指令时发生故障，产生异常中断16。NE=0同MS DOS系统中以前所用的所有协处理器的控制之间保持兼容。 WP：写保护控制位。WP=1表示表示禁止来自管理程序级的写操作写到用户级的页面上。WP=0通过管理进程可以对用户级的只读页面进行写操作。,18,12.1.1 32位微处理器的寄存器组,控制寄存器 CR0：机器状态字 AM：定位屏蔽控制位。AM=1时，EFLAGS中的AC位有效，要进行定位检查。AM=0时，AC位
13、无效，禁止对准校验。 NW：不写贯穿位。NW=1禁止通写CACHE。NW=0允许CACHE变成通写方式。 CD：高速缓存禁止位。CD=1表示禁止填充高速缓存，错误命中发生也不取指令或数据。CD=0表示允许填充高速缓存。 PG：页式管理使能位。PG=1表示允许存储分页，否则禁止存储分页。 CR0的值在系统复位的时候，初始值为60000010H。,19,12.1.1 32位微处理器的寄存器组,控制寄存器 CR1：保留控制寄存器，没有定义。 CR2：页故 障线性地址寄存器。 其中存放的是一个32位的线性地址，在分页操作期间，如果出现异常，则产生引起这次异常事故的全32位线性地址保存在CR2中。只有C
14、R0的PG=1时，CR2才有效。 CR3：页目录基址寄存器。 20位保存页目录表的物理基地址，因为Pentium的页目录表是按页排列的。 PWT：页面写贯通。PWT=1表示对当前所访问的页实现通写。PWT=0则实现写返回。 PCD：禁止CACHE。PCD=1表示不能对页面目录进行高速缓冲操作。PCD=0则允许进行高速缓冲操作。,20,12.1.1 32位微处理器的寄存器组,控制寄存器 CR4：CPU结构扩展位。其中各位名称和作用如下： VME：虚拟8086方式扩充。VME=1允许虚拟8086方式扩充，VME=0禁止虚拟8086方式扩充。 PVI：保护模式虚拟中断。PVI=1允许保护模式虚拟中断
15、，PVI=0禁止保护模式虚拟中断。 TSD：禁止定时标志。TSD=1且当前特权级不为0时，禁止RDTSC指令（读时间标志计数器指令）且执行这一指令时将产生故障。TSD=0表示在任何特权级上都允许RDTSC指令执行。 DE：调试扩充位。DE=1表示允许调试扩充。DE=0禁止调试扩充。实际上该位控制是否支持I/O断点。,21,12.1.1 32位微处理器的寄存器组,控制寄存器 CR4：CPU结构扩展位。 PSE：页大小扩展位。PSE=1允许使用4MB的页面。PSE=0禁止使用4MB的页面。 MCE：允许机器检查。MCE=1允许机器检查异常。MCE=0禁止机器检查异常。 复位后CR4的内容为0。 调
16、试寄存器和测试寄存器 32位微处理器中共支持8个32位的可编程调试寄存器，命名为DR0DR7。其中DR0DR3为断点地址寄存器。DR4,DR5保留。DR6为调试状态寄存器，保存断点状态；DR7为调试控制寄存器，用于控制设置断点。,22,12.1.1 32位微处理器的寄存器组,调试寄存器和测试寄存器 32位微处理器中设置了8个测试寄存器，命名TR0TR7。0未定义。TR1、TR2在Pentium中使用。TR3、TR4、TR5用于测试片上高速缓存。TR6、TR7用于支持转换旁视缓冲器TLB的测试。,23,12.1.2 32位微处理器的工作模式,32位微处理器的工作模式从3种发展到4种，这4种工作模式分别是实地址模式、虚地址保护模式、虚拟8086模式和系统管理模式SMM。 实地址模式 当系统复位或上电时，系统自动进入实地址模式。在此模式下，采用类似于8086的体系结构，操作数默认长度是16位，存储器的物理地址形成和8086相同，可寻址的空间为1MB，所有段的最大容量为64KB。中断向量表在00000H003FFH的1KB存储区，系统初始化区在0FFFFFFF00FFFFF
