1 x86体系结构
| 体系结构 | 厂商 | 微处理器型号 | 字长 | 年代 |
|---|---|---|---|---|
| IA-16 | Intel | 8086, 8088, 80186, 80188, 80286 | 16位 | 1978年起 |
| IA-32 | Intel | 80386, 80486, Pentium, Pentium Pro/II/III/4, Core, Atom | 32位 | 1985年起 |
| AMD | Am386, Am486, Am5x86, K5, K6, Athlon | |||
| Others | Cyrix 5x86, VIA C3/C7, Transmeta Crusoe/Efficeon | |||
| x86-64 | AMD | Opteron, Athlon 64, Phenom, Phenom II | 64位 | 2003年起 |
| Intel | Pentium 4 Prescott, Core 2, Core i3/i5/i7 | |||
| Others | VIA Nano |
1.1 寄存器模型
| 寄存器类型 | Intel 8086 | Intel 80386 | x86-64 |
|---|---|---|---|
| 通用寄存器 | AX, BX, CX, DX, SP, BP, SI, DI | EAX, EBX, ECX, EDX, ESP, EBP, ESI, EDI | RAX, RBX, RCX, RDX, RSP, RBP, RSI, RDI, R8~R15 |
| 指令指针寄存器 | IP | EIP | RIP |
| 标志寄存器 | FLAGS | EFLAGS | RFLAGS |
| 段寄存器 | CS, DS, ES, SS | CS, DS, ES, SS, FS, GS | CS, DS, ES, SS, FS, GS |
1.2 Intel 8086
- 内部的通用寄存器为16位，既能处理16位数据，也能处理8位数据
- 对外有16根数据线和20根地址线，可寻址内存空间为1MByte（
220 ） - 物理地址的形成采用段加偏移的方式
有4个数据寄存器，存放通用数据，此外还有其他功能：
- AX（Accumulator）：存放乘除等指令的操作数
- BX（Base）：存放存储单元的偏移地址
- CX（Count）：存放计数值
- DX（Data）：乘法运算产生的部分积，除法运算的部分被除数
其他4个通用寄存器：
- SP：堆栈指针寄存器，用来指向当前的栈
- BP：基址指针寄存器，指向系统栈最上面一个栈帧的底部
- SI：源变址寄存器，用于存放存储单元在段内的偏移量，串指令中的源操作数指针
- DI：目的变址寄存器，用于存放存储单元在段内的偏移量，串指令中的目的操作数指针
（SI通常指向源数组，DI通常指向目的数组，他们通常被用来成块地移动数据，比如移动数组或结构体，通常和DS和ES一起使用）
标志寄存器：
指令指针寄存器：
- 相当于PC，当CPU取出指令后会自动增加
- 转移指令、过程调用/返回指令等会改变IP的内容
段寄存器，与其他寄存器联合生成存储器地址：
- CS（Code Segment）：代码段寄存器
- DS（Data Segment）：数据段寄存器
- ES（Extra Segment）：附加段寄存器
- SS（Stack Segment）：堆栈段寄存器
物理地址＝段基值＊16＋偏移量
1.3 Intel 80386
- 80x86系列中的第一款32位微处理器
- 支持32位的算术和逻辑运算，提供32位的通用寄存器
- 改进了“保护模式“，段范围可达4GB
- 增加了“虚拟8086模式“，可同时模拟多个8086微处理器
2 x86指令简介
2.1 程序示例
2.2 指令分类
2.2.1 传送类指令
2.2.2 运算类指令
2.2.3 转移类指令
2.2.4 控制类指令
2.2.5 串操作指令
- MOVSB指令：在存储器中将指定位置的一个字节单元传送到另一个指定的位置
- REP前缀：当CX
≠ 0时，重复执行串操作指令 - 源串地址为DS:SI，目的串地址为ES:DI
- 串的长度在CX寄存器中
- 自动修改SI和DI，指向下一个串元素
- 若使用重复前缀，则CX
← CX-1
3 MIPS体系结构
MIPS的设计者，RISC的先驱：约翰
英文全称：Microprocessor without Interlocked Piped Stages
主要关注点：减少指令的类型，降低指令的复杂度
基本原则：A simpler CPU is a faster CPU
3.1 MIPS公司
| 年份 | 事件 |
|---|---|
| 1984 | MIPS计算机系统公司成立 |
| 1988 | SGI公司在其计算机产品中采用MIPS处理器 |
| 1989 | MIPS第一次上市 |
| 1992 | SGI收购MIPS，更名为MIPS技术公司 |
| 1998 | MIPS再次上市 |
| 2012 | Imagination Technologies收购MIPS |
应用领域：数字电视，机顶盒，蓝光播放器，游戏机，网络设备等
3.2 MIPS指令的主要特点
- 固定的指令长度（32bit，即1 word）
- 简化了从存储器取指令
- 简单的寻址模式
- 简化了从存储器取操作数
- 指令数量少，指令功能简单（一条指令只完成一个操作）
- 简化指令的执行过程
- 只有Load和Store指令可以访问存储器
- 例如，不支持x86指令的这种操作：ADD AX, [3000H]
- 需要优秀的编译器支持
指令示例：
- add a, b, c
- lw $8, 12($19)
- add, $8, $18, $8
- sw $8, 40($19)
3.3 MIPS的通用寄存器
3.4 MIPS指令的基本格式
- opcode：用于指定指令的类型，对于所有R型指令，该域的值均为0
- rs：通常用于指定第一个源操作数所在的寄存器编号
- rt：通常用于指定第二个源操作数所在的寄存器编号
- rd：通常用于指定目的操作数（保存运算结果）的寄存器编号
- shamt：用于指定移位指令进行移位操作的位数，对于非移位指令，该域设为0
- 与opcode域组合，精确地指定指令的类型