一般概念:

該博客的匯編語言全是基于x86處理器

X86處理器架構(gòu)包括了所有intel IA-32和Intel64處理器。

1 基本微機設(shè)計

1.1 架構(gòu)

微計算機的基本設(shè)計：中央處理器（CPU）作為算數(shù)和邏輯操作的部件，包含了有限數(shù)量的存儲位置-寄存器（register），高頻時鐘，控制單元CU和算術(shù)邏輯ALU單元。

設(shè)計理念：　　

CPU通過主板上CPU插座的引腳與計算機其它部分相連。大部分引腳連接的是數(shù)據(jù)總線、控制總線和地址總線。

內(nèi)存存儲單元（memory storage unit）用于在程序運行時保存指令和數(shù)據(jù)。接收CPU的數(shù)據(jù)請求，將數(shù)據(jù)從隨機存儲器（RAM）傳輸?shù)紺PU，并從CPU傳輸?shù)絻?nèi)存。所有數(shù)據(jù)處理都在CPU內(nèi)進行，因此保存在內(nèi)存找那個的程序在執(zhí)行前需要復(fù)制到CPU。

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總線（bus）　

是一組并行線，把數(shù)據(jù)從一個部分傳送到另一個部分，通常包含四類總線：數(shù)據(jù)類、I/O類、控制類和地質(zhì)類。

時鐘： CPU和系統(tǒng)總線的每一個操作都是由一個恒定速率的內(nèi)部時鐘脈沖來同步。執(zhí)行一條機器指令至少需要一個時間周期，有幾個需要的時鐘則超過了50個。

1.2 指令執(zhí)行周期

CPU在執(zhí)行一條機器指令的時候需要經(jīng)過一系列預(yù)定義的步驟，這些步驟被稱為指令執(zhí)行周期（instruction execution cycle）。

假設(shè)指令指針寄存器已經(jīng)有了想要執(zhí)行指令的地址，以下步驟就為指令執(zhí)行周期：

1 CPU從指令隊列（instruction queue）的內(nèi)存區(qū)域獲得指令，然后立即增加指令指針的值。

2 CPU對指令的二進制位模式進行姨譯碼，這種操作可能會表示該指令有操作數(shù)。

3如果有操作數(shù)，CPU就從寄存器和內(nèi)存中取得這個數(shù)

4使用步驟3得到的操作數(shù)，CPU執(zhí)行該指令。同時更新部分狀態(tài)標(biāo)志位。

5 如果輸出操作數(shù)也是指令的一部分，CPU還需要存放其執(zhí)行結(jié)果

簡而言之就是取值（fetch）、譯碼（Decode）和執(zhí)行（Execute）。操作數(shù)就是指輸入和輸出的數(shù)的值。

1.3 讀取內(nèi)存

從寄存器讀取信息比從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)要快得多，是因為讀取內(nèi)存的步驟比寄存器復(fù)雜麻煩。

步驟：

1.將需要的數(shù)據(jù)的地址放到地址總線上

2.設(shè)置處理器RD（讀取）引腳（改變RD的值）#也就是讀取處理器

3.等待一個時鐘周期給存儲器芯片響應(yīng)

4.將數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)總線復(fù)制到目標(biāo)操作數(shù)。

以上每一個步驟都需要一個時鐘周期，而從寄存器讀取只需要一個時鐘周期，所以相對而言從內(nèi)存讀取比寄存器慢。

但是引入了快存的概念大大加速了從內(nèi)存獲取數(shù)據(jù)的速度，所謂快存就是把常用的指令和數(shù)據(jù)存放在高速存儲器cache中，這些指令和數(shù)據(jù)可以很快速的被訪問到。

在x86處理器中有兩種cache，一種是一級cache位于CPU上，另一種是二級cache速度較慢。

1.4加載并執(zhí)行程序

執(zhí)行程序（program）之前，需要用一種工具將程序加載在內(nèi)存中，這種工具被稱為程序加載器（program loader）。加載進內(nèi)存后，CPU需要指向程序的入口地址開始運行。

步驟分解：

1.尋找文件：OS在當(dāng)前磁盤下面查找文件名，如果沒找到就報錯

2.確定程序信息：OS獲取程序的信息，包括文件大小和在磁盤上的位置

3.在內(nèi)存中分配空間：OS確定內(nèi)存中可以使用的下一個位置，將程序加載到內(nèi)存中，為程序分配內(nèi)存，并加載程序大小和位置在表中。

4.執(zhí)行程序形成進程：OS執(zhí)行程序的第一條指令，程序開始運行后，給程序分配一個進程和進程號來運行程序。

5.OS追蹤進程：OS對進程進行追蹤，進行響應(yīng)系統(tǒng)資源的請求。獲取進程在運行時的情況和信息。

6.退出進程移除內(nèi)存：進程結(jié)束后，從內(nèi)存中移除程序。