第一章

重点内容：1.3 内存及存储器访问

逆序存储：高位在前，低位在后。
存储器基本概念：

  • 字节：存取信息的基本单位，4个比特位。

  • 字：一个字16位，占用两个存储单元。

  • 双字：一个双字32位，占用四个存储单元。

  • 存储顺序：

    • 大端存储：高字节存储在低地址，低字节存储在高地址。
    • 小端存储：低字节存储在低地址，高字节存储在高地址。

  • 逆序存放：低地址中存放低位字节数据，高地址中存放高位字节数据。

  • LSB：最低有效位；LSB=0，意味着最低有效位是0。

数据表示：不要写01 FD，否则会认为是一个变量，要写成0FD。

了解掌握内容：1.1 微处理器及其性能指标、芯片组、接口等

主频：主频也叫时钟频率，表示在CPU内数字脉冲信号振荡的速度。
外频：是CPU与主板之间同步运行的速度。
倍频：指CPU和系统总线之间工作频率相差的倍数。
计算公式：主频 = 外频 * 内频

习题：2条DDR 400内存条，工作在200MHz频率下，每个时钟可以传送2次64位数据，求单/双通道带宽。

  • 答案：
    • 单通道：
    • 每个时钟周期传输128位数据；
    • 数据传输速率：DDR 400意味着每秒可以进行400MT。
    • 公式：$$\text{带宽} = \text{数据传输速率} \times \text{每个时钟周期传输的数据量}$$
    • $\text{带宽} = 400 \times 10^6 \times 128 , \text{bit/s}$
    • $\text{带宽} = 51.2 , \text{Gbps}$
    • 双通道：
    • $$\text{双通道带宽} = 2 \times \text{单通道带宽} = 2 \times 51.2 , \text{Gbps} = 102.4 , \text{Gbps}$$

习题： 1.7-10

第二章

重点内容：2.2 CPU工作模式

实模式：

  • 兼容8086，寻址机制、中断处理机制均和8086相同。
  • 只使用低20位地址线，寻址空间为220 = 1MB地址空间。
  • 采用分段式内存管理，物理地址形成为16位“段首址：偏移”。段最大为216 = 64KB。
  • 32位CPU加电或者复位后处于实模式。
  • 不支持硬件上的多任务切换。
  • 不支持特权级。
  • 存储器保留两个专用区：
    • 初始化程序区：FFFF0H~FFFFFH，存放进入ROM引导程序的一条跳转指令；
    • 中断向量表区：00000H～003FFH，在这1K字节的存储空间中存放256个中断服务程序的入口地址，每个入口地址占4个字节，这与8086的情形相同。
      保护模式：
  • 支持多任务和特权级 。
  • 支持内存分页机制，提供段式和页式内存管理功能。
  • 物理寻址空间高达2^32 = 4GB（80386/80486）或2^36 = 64GB（Pentium及以上CPU）。
  • 引入虚拟存储器的概念，以扩充编程者所使用的地址空间，段内偏移地址32位，每个段最大2^32B=4GB，每个程序最多可以使用16K个段，理论上的虚拟地址空间为4GB×16K=64TB。
  • 提供了一系列的保护机制，如任务地址空间的隔离，设置特权级，设置特权指令，进行访问权限(如只读、只执行)及段限检查等。
    虚拟8086模式：
  • 兼容8086程序，又称“V86模式”。
  • V86模式以任务的形式在保护模式上执行。操作系统中有专门的V86管理程序。
  • 采用模拟的方法实现特权指令。
    通过修改控制寄存器CR0的控制位PE（位0）来实现从实模式切换到保护模式。

特权级：

  • 特权级 0：最高特权级，内核模式。操作系统核心部分运行在这个模式。
  • 特权级 1：较低的特权级，通常用于设备驱动程序等。
  • 特权级 2：比 Ring 1 权限更低，可能用于一些系统服务。
  • 特权级 3：最低特权级，用户模式。用户应用程序通常在此模式下运行。

重点内容：2.3 寄存器

通用寄存器

  • AX：累加器，乘法、除法运算等指令的专用寄存器。
  • BX：保存数据，可用作基址寄存器。
  • CX：保存数据，计数值，80386以上CPU也可用于访问存储器的偏移地址。
  • DX：保存数据，乘法、除法运算指令的专用寄存器，80386以上CPU也可用于访问存储器的偏移地址。
  • BP：保存访问存储单元时的偏移地址。

标志寄存器有效位含义

  • CF：进位标志；结果最高位产生进位或借位，CF=1，否则CF=0。
  • ZF：零标志；当运算结果为零时，ZF=1，否则ZF=0。
  • SF：符号标志；SF=0时结果为正数，SF=1时结果为负数。
  • OF：溢出标志；当其运算结果超出表达范围，OF=1，否则OF=0。
  • IF：中断允许标志；IF=1，允许CPU接收外部中断请求，否则屏蔽外部中断请求。
  • DF：方向标志；字符串操作指令，DF=0，串操作为自动增址，DF=1，串操作为自动减址。

保护模式：

  • 全局描述符表寄存器GDTR：
    • 高32位基址指出GDT在物理存储器中存放的基地址；
    • 低16位限长+1=全局描述符表的字节大小；
      -每个GDT最多含有8192个描述符（8192×8＝64KB）。GDT可以在内存的任意位置，用LGDT把描述符表的起始位置装入GDTR。
  • 中断IDTR：
    • 最低16位是限长，给出中断描述符表IDT的字节大小（即限长+1）；
    • 其高32位是基址，指出IDT在物理存储器中存放的基地址；
    • IDT中保存的是中断门描述符，每个门描述符包含8字节，IDT最多包含256个门描述符，因为CPU最多支持256个中断；
  • 局部LDTR：
    • 16位选择符
  • 任务TR：
    • 16位选择符；
    • 作用是选中TSS描述符。
    • 初值由软件装入，当执行任务切换指令时TR的内容自动修改。
  • 任务状态寄存器TSS：
    • 每一个任务都有一个任务状态段TSS，由TSS描述符描述。从GDT中检索出TSS描述符后，微处理器自动将TSS描述符装入TSS Cache中。
  • 段选择符：
    • 段寄存器中的16位内容；
    • 用于在段描述符表（GDT或LDT）中选择段描述符；
    • TI：表指示符；为0时，从GDT中选择描述符；为1时，从LDT中选择描述符。
    • RPL：请求特权级，2位二进制数字，范围为0～3。00代表特权级0，01代表特权级1，10代表特权级2，11代表特权级3。

重点内容：2.4 内存管理

实模式分段管理

  • 对段基址的限定：只要工作在实模式，段基址必须定位在地址为16的整数倍上，这种段起始边界通常称做节或小段。
  • 对段长的限定：在实模式下段长不能超过64K。

实模式存储器寻址
微处理器只可以寻址最低的1M字节。

实模式下20位物理地址的计算

  • 采用分段管理后，其物理地址的计算方法为：10H×段基址＋偏移量
    • *简便的计算方法：因为段基址和偏移量一般用十六进制数表示，直接在段基址的最低位补以0H，再加上偏移量。

保护模式下的段描述符

  • 段描述符用于描述代码段、数据段和堆栈段。
  • 段描述符位于GDT或LDT中，占8字节，由以下几个部分组成：段基址（32位）、限长（20位）、访问权限（8位）和属性（4位）。
  • DPL是描述符特权级，它表明了什么样的特权级程序可以使用这个段。
  • 特权级检查：程序只能访问特权级相同或较低的数据。
  • 页式存储：每页4K

虚拟地址到物理地址的转换

  • 线性地址（32位）=段基址+偏移量（16bit段选择符+32位offset）；
  • 接着确认是否允许分页，分页情况下，物理地址=页基址+偏移量；不允许，物理地址=线性地址。

PDBR

  • 页目录基址寄存器PDBR，它的高20位用于保存页目录表的起始物理地址的高20位。
  • 分页机制：10bit页目录索引+10位页表索引+12bit页面索引

了解内容：2.5 任务

任务状态段TSS

  • 在多任务环境下，每个任务都有属于自己的任务状态段TSS，TSS中包含启动任务所必需的信息，如用户可访问的寄存器等。
  • 任务状态段TSS在存储器的基地址和限长由TSS描述符指出。
  • TSS描述符必须放在全局描述符表GDT中，TR内容为选择符，它指出TSS描述符在GDT中的位置。TSS描述符说明各TSS的位置和限长。

门（系统描述符；调用门；任务门）
- 系统描述符：门描述符描述控制转移的入口点，属于系统描述符。

ì2.6 保护
n数据访问的保护；对程序的保护；对输入输出的保护
n数据访问：DPL ≥ MAX(CPL, RPL)； CPL是当前正在运行的程序的
特权级（CS）；DPL是描述符特权级；RPL是请求特权级。
n段间调用或跳转，需要检查限长，特权级CPL和DPL
•CPL=DPL，允许跳转和调用。CPL<DPL，禁止。CPL>DPL，此时要检查
段描述符的C位。如果C位为1，表示这是一致代码段,允许跳转和调用。