单元ia-处理器架构

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1、單元2:IA-32處理器架構章節概要基本概念IA-32處理器架構IA-32記憶體管理IA-32微電腦的元件輸出入系統基本概念基本的微電腦設計指令執行週期讀取記憶體程式如何執行基本的微電腦設計時脈器用於讓CPU內部運算與其他系統元件能同步運作。控制單元負責在執行機器指令時，協調所有相關步驟的順序。算術邏輯單元負責執行所有的算術運算和邏輯運算，其中算術運算包括加法與減法運算，邏輯運算包括AND、OR和NOT運算。時脈器(Clock)每一個與CPU和系統匯流排相關的運算都是藉著一個內部時脈器，以固定速率送出脈衝來進行同步機器指令的最基本時間單位稱為機器週期(machinecycle)或時脈週

2、期(clockcycle)。時脈器是用來觸發動作的。下一步是什麼?基本概念IA-32處理器架構IA-32記憶體管理IA-32微電腦的元件輸出入系統指令執行週期擷取解碼擷取運算元執行儲存輸出多重管線操作PipeliningmakesitpossibleforprocessortoexecuteinstructionsinparallelInstructionexecutiondividedintodiscretestages六階段無管線化的指令執行過程PipelinedExecutionMoreefficientuseofcycles,greaterthroughputofinstruc

3、tions:六個階段都一直處於使用狀態中。一般而言，對於k階段的執行程序而言，n個指令須要k+(n-1)個時脈週期的執行時間。浪費掉的時脈週期(陰影部份)當階段之一需要二或者更多的時脈周期的時候，時脈周期再一次被浪費。當階段數有k個(其中一個階段須要2個週期)時，n個指令將須要(k+2n-1）個週期來完成指令的執行超純量架構超純量架構處理器可以讓多個指令同時進入執行階段。這裡假設階段S4須要兩個時脈週期。其中編號為奇數的指令進入u管線，編號為偶數的指令則進入v管線。n個指令可以在(k+n)個時脈週期內完成，其中k代表管線的階段數。讀取記憶體從記憶體讀取指令或資料須要幾個步驟，而這是由處

4、理器內部時脈所控制，其步驟是：週期1：記憶體運算元的位址位元被送到位址匯流排(ADDR)上。週期2：讀取線路(RD)設定在低位狀態(0)，以便告知記憶體要讀取一個儲存值。週期3：CPU等待一個時脈週期讓記憶體回應。在此週期期間，記憶體控制器將運算　　　　　　　　　　　元放到資料匯流排(DATA)。週期4：讀取線路變成1，告知CPU去讀取在資料匯流排上的資料。快取記憶體高速的和靜止的隨機存取記憶體兩者都在中央處理器內外。Level-1cache:在中央處理器裡Level-2cache:在中央處理器外Cachehit：當是閱讀的資料在快取記憶中的時候Cachemiss：當是閱讀的資料不在快

5、取記憶中的時候程式如何執行多工作業系統能夠同時執行多個任務。.相同任務裡同時執行多條線。將CPU時間切割以後分配給每個執行緒。任務的迅速切換。所有程式同時執行的錯覺。處理器一定要支援切換的任務。IA-32處理器架構運作模式基本執行環境浮點運算單元ntel微處理器沿革運作模式保護模式Windows、Linux實體位址模式MS-DOS系統管理模式系統管理模式提供作業系統額外的機制，用於增加像電源管理和系統安全等功能。虛擬8086模式混合著保護模式每個程式都是各別執行的基本執行環境位址空間通用暫存器基本的程式執行暫存器特殊用途狀態旗標浮點運算單元,MMX,XMMregisters位址空間保護

6、模式4GB32位元位址真實位址與虛擬8086模式1MB的記憶體區域20位元位址通用暫存器CPU內部的高速儲存空間，它是設計用來以遠高於一般記憶體的速度進行存取的動作。AccessingPartsofRegistersUse8-bitname,16-bitname,or32-bitnameAppliestoEAX,EBX,ECX,andEDXIndexandBaseRegisters通常都會使用到下圖所示的16位元暫存器：特殊用途(2之1)泛用型EAX–累加器ECX–回圈計數器ESP–址疊指標ESI,EDI–索引暫存器EBP–延伸框架指標暫存器。區段CS–密碼區段DS–資料區段SS–堆疊

7、區段ES,FS,GS–附加區段特殊用徒(2之2)EIP–指令指標EFLAGS控制和狀態旗標每個旗標是二進位的位元狀態旗標進位在無號數算術運算的結果值大於目的位址所能儲存的值時，此旗標會被設定。溢位在有號數的算術運算結果值太大或太小，因而無法正確儲存於目的位址時，此旗標將會被設定。符號在算術或邏輯運算後產生負值的結果時，此旗標會被設定。零值在算術或邏輯運算後產生零值的結果時，此旗標會被設定。輔助進位當一個8位元運算元在算術運算中，其第三位元有進位