硬件基础：x86技术窥探

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1、硬件基础：X86技术窥探X86x86或80x86是英特尔Intel首先开发制造的一种微处理器体系结构的泛称。该系列较早期的处理器名称是以数字来表示，并以“86”作为结尾，包括Intel8086、80186、80286、80386以及80486，因此其架构被称为“x86”。由于数字并不能作为注册商标，因此Intel及其竞争者均在新一代处理器使用可注册的名称，如Pentium。现时Intel把x86-32称为IA-32，全名为IntelArchitecture,32-bit。不过由于x86包括16位的处理器，这样的命名也出现麻烦。历史x86架构于1978年]推出的Intel8086中央处理器

2、中首度出现，它是从Intel8008处理器中发展而来的，而8008则是发展自Intel4004的。8086在三年后为IBMPC所选用，之后x86便成为了个人计算机的标准平台，成为了历来最成功的CPU架构。其它公司也有制造x86架构的处理器，计有Cyrix（现为VIA所收购）、NEC集团、IBM、IDT以及Transmeta。Intel以外最成功的制造商为AMD，其Athlon系列处理器的市场仅次于Pentium。8086是16位处理器；直到1985年32位的80386的开发，这个架构都维持是16位。接着一系列的处理器表示了32位架构的细微改进，推出了数种的扩充，直到2003年AMD对于这

3、个架构发展了64位的扩充，并命名为AMD64（有时也被称作x86-64，x64或EM64T），推出了Opteron处理器家族，开创了x86的64位时代。值得注意的是Intel早在1990年代就与惠普合作提出了一种用在安腾系列处理器中的独立的64位架构，这种架构被称为IA-64。IA-64是一种崭新的系统，和x86架构完全没有相似性；不应该把它与AMD64或x86-64弄混。设计x86架构是重要地可变指令长度的CISC（复杂指令集计算机，ComplexInstructionSetComputer）。字组（word,4字节）长度的内存存取允许不对齐内存地址，字组是以低位字节在前的顺序储存在内

4、存中。向前兼容性一直都是在x86架构的发展背后一股驱动力量（设计的需要决定了这项因素而常常导致批评，尤其是来自对手处理器的拥护者和理论界，他们对于一个被广泛认为是是落后设计的架构的持续成功感到不解）。但在较新的微架构中，x86处理器会把x86指令转换为更像RISC的微指令再予执行，从而获得可与RISC比拟的超标量性能，而仍然保持向前兼容。在这篇简短的文章中出现的指令和缓存器助忆符号的名称，都在Intel文件种有所指定以及使用在Intel组译器中（和兼容的，比如微软的MASM、Borland的TASM、CAD-UL的as386等等）。一个以Intel语法指定的指令"moval,30h"与A

5、T&T语法的"movb$0x30,%al"相当，都是会被转译微两个位的机器码"B030"（十六进制）。你可以发现在这段程序中的"mov"或"al"，都是原来的Intel助忆符号。如果我们想要的话，我们可以写一个组译器由程序代码'moveimmediatebytehexadecimallyencoded30intolowhalfofthefirstregister'（移动立即值位十六进制编码30到第一个缓存器的低半部位），来产生相同的机器码。然而，传统上汇编器一直使用Intel的助忆符号。x86汇编语言会在x86汇编语言文章中有更详细的讨论。真实模式Intel8086和8088有14个16

6、位缓存器。其中四个（AX,BX,CX,DX）是通用目的（尽管每个缓存器有额外的目的；举个例子：CX可以被用来当作loop（循环）指令的计数器。每个缓存器可以被当成两个分开的字节存取（因此BX的高位可以被当成BH以及低位BL）。除了这些缓存器,还有四个区段缓存器（CS、DS、SS、ES）。他们用来产生内存的寻址。还有两个指针缓存器（SP是指向堆栈的底部,BP可以用来指向堆栈或内存的其它地方）。两个指针缓存器（SI和DI）可以用来指向数组的内部。最后，有旗标缓存器（包含状态旗标比如进位、溢位、结果为零，等等）。以及IP是用来指向目前执行指令个地址。在真实模式下，内存的存取是被区段开来。为了得

7、到最后20位的内存地址，要将区段的地址往左移动4位，并且加上偏移的地址。因此，真实模式下总共可以寻址的空间是220字节,或者是1MB，于1979年是相当让人印象深刻的象征。在真实模式下有两种寻址模式：near和far。在far模式，区段跟偏移都需要被指定；在near模式，只需要偏移模式被指定，而内存区段是由适当的区段缓存器获得。以数据而言是使用DS缓存器，程序代码是CS缓存器，堆栈是SS缓存器。举个例子，如果DS是A000h且SI是