cpu的實模式

由于mbr在實模式下工作……什么？什么是實模式？這時候有同學(xué)打斷了我。我心想，這下好辦了……哈哈，沒有啦，開個玩笑而已。我們這里所說的實模式其實就是8086 cpu的工作環(huán)境、工作方式、工作狀態(tài)，這是一整套的內(nèi)容，并不是單指某一方面的設(shè)置。

實模式是指8086 cpu的尋址方式，寄存器大小，指令用法等，是用來反應(yīng)cpu在該環(huán)境下如何工作的概念。所以想了解實模式這種抽象的概念，主要就是了解在實模式下cpu能做什么。

大家都學(xué)過匯編語言吧，里面有講實模式、保護模式之類的，但鑒于太過久遠，為了讓后面的工作順利進行，我覺得還是有必要給大家介紹下cpu的工作模式。

cpu的工作原理

在介紹cpu的各種模式之前 ，先占用大家?guī)追昼姷臅r間 ，說點在兩種模式下公共的內(nèi)容，和大家聊聊cpu的工作原理。當(dāng)然這里所說工作原理可不像微機接口技術(shù)里那么細致，精確到邏輯門等電子電路。第一我也不會，想講也講不出來，吼吼^0^。第二我覺得沒必要懂到那么細致，如果懂的太細了，會為之所累，您想，每次執(zhí)行一條指令時，您的大腦總是聯(lián)想到各種元件的工作流程，本來一瞬間完成的工作您可能要給放大一千倍，非得強迫癥似的要求掌握每個步驟的細節(jié)，萬一在哪個點上想不通了這就會讓人感到很沮喪，影響心情，甚至質(zhì)疑上層的編譯器，哈哈，我知道說的有點嚴重了，不夸張一點的話不容易表述問題，好了，下面在宏觀上介紹下cpu工作原理。

大家都知道，cpu的唯一的任務(wù)就是執(zhí)行指令，在它眼里，指令就是一串010101…，那它執(zhí)行每條指令的流程是怎樣的呢。cpu大體上可以劃分為3個部分，它們是控制單元、運算單元、存儲單元。控制單元是cpu的控制中心，cpu需要經(jīng)過它的幫忙才知道自己下一步要做什么。而控制單元大致是由指令寄存器IR(Instruction Register)、指令譯碼器ID(Instruction Decoder)、操作控制器OC(Operation Controller)組成。程序被加載到內(nèi)存后，也就是指令這時都在內(nèi)存中了，指令指針寄存器IP指向內(nèi)存中下一條待執(zhí)行指令的地址，控制單元根據(jù)IP寄存器的指向，將位于內(nèi)存中的指令逐個裝載到指令寄存器中，但它還是不知道這些指令是什么，在它眼里的0101串此時還沒有實際意義。然后指令譯碼器將位于指令寄存器中的指令按照指令格式來解碼，分析出操作碼是什么，操作數(shù)在哪里之類的。下面給出了一般的指令格式：

前綴 操作碼 尋址方式、操作數(shù)類型 立即數(shù) 偏移量

看上去還是蠻復(fù)雜的，復(fù)雜的原因是必須用一種統(tǒng)一的格式去歸納所有形式的指令，因為cpu只能識別一種格式，萬物的源頭必須是最簡單的，cpu也一樣。這就好比要求用一句話表達出宇宙蒼生，似乎看上去不可能？能，一定能，只要這句話足夠長就行^_^。就像等待女朋友化妝一樣，她怕你等煩了，于是就安慰你一句：“還有一首歌的時間就好了”，其實你明白，這首歌是《黃河大合唱》，一共8個樂章且唱呢……^5^。

由于cpu支持的指令數(shù)量較多，一些指令還可以搭配一些輔助的東東，所以就需要在前綴部分記錄這些，如rep（用于重復(fù)執(zhí)行，匯編中經(jīng)常用）、段超越前綴。操作碼就是大家平時用的mov、jmp等等。尋址方式又有好多，如基址尋址、變址尋址等等，操作數(shù)類型中記錄的是用哪些寄存器之類的。如果在指令中用到了立即數(shù)，就要將其記錄到指令格式中立即數(shù)部分，如果尋址方式中有到了偏移量，就要將此偏移量記錄到指令格式中的偏移量部分。

既然指令是存放在指令寄存器中，那指令中用到的數(shù)據(jù)存放到哪里呢，下面介紹存儲單元。

存儲單元是指cpu內(nèi)部的L1、L2緩存及寄存器，待處理的數(shù)據(jù)就存放在這些存儲單元中，這里的數(shù)據(jù)是說指令中的操作數(shù)。為什么數(shù)據(jù)已經(jīng)在內(nèi)存中了還非得在cpu內(nèi)部再整這么個存儲單元干嗎？原因是緩存基本上都是采用SRAM （Static RAM）存儲器，從名字上看就知道它是一種具有靜態(tài)存取功能的存儲器。這么一說，似乎還有動態(tài)存儲功能的存儲器？是啊，其實我們插在主板上的物理內(nèi)存就是DRAM（Dynamic Random Access Memory）, DRAM內(nèi)存需要每隔一段時間就去刷新電路，刷新就是指給DRAM充電，否則存儲的數(shù)據(jù)就會丟失。而SRAM不需要刷新電路即能保存它內(nèi)部存儲的數(shù)據(jù),這就是靜態(tài)的含義，因此SRAM性能較強勁。但SRAM也不是完美無缺的，它的集成度較低，相同容量之下，SRAM的體積比DRAM要大很多。所以二級緩存都不大，目前來說頂多4兆左右，所以現(xiàn)代cpu用二級緩存的數(shù)量取勝，如L1、L2、L3共三級。寄存器可分為兩大類，程序員可以使用的寄存器稱為程序可見寄存器，如通用寄存器，段寄存器。程序不可見寄存器是指程序員不可使用，也無法訪問到它們，系統(tǒng)運行期間可能要用到的寄存器，如ALU算術(shù)邏輯單元在求和時，會將結(jié)果先送到數(shù)據(jù)暫存寄存器。操作碼有了，操作數(shù)有了，就差執(zhí)行指令了，隨后“操作控制器”給相關(guān)部件發(fā)信號，會給哪些部件發(fā)信號呢？如下面要介紹的運算單元。

運算單元是負責(zé)算術(shù)運算（加減乘除）和邏輯運算（比較、移位），它從控制單元那里接收命令（信號）并執(zhí)行，它沒有自主意識，只是個執(zhí)行部件。它們之間的關(guān)系如圖：

?

好啦，文字描述過了，圖也看過了，總結(jié)下cpu的工作原理：控制單元要取下一條待運行的指令，該指令的地址是在程序計數(shù)器PC中，在x86cpu上，程序計數(shù)器就是cs:ip。于是讀取ip寄存器后，將此地址送上地址總線，cpu根據(jù)此地址便得到了指令，并將其存入到指令寄存器IR中。這時候輪到指令譯碼器上場了，它根據(jù)指令格式檢查指令寄存器中的指令,先確定操作碼是什么，再檢查操作數(shù)類型，若是在內(nèi)存中，就將相應(yīng)操作數(shù)從內(nèi)存中取回放入自己的存儲單元，若操作數(shù)是在寄存器中就直接用了，免了取操作數(shù)這一過程。操作碼有了，操作數(shù)也齊了，操作控制器給運算單元下令，開工，于是運算單元便真正開始執(zhí)行指令了。ip寄存器的值被加上當(dāng)前指令的大小，于是ip又指向了下一條指令的地址。接著控制單元又要取下一條指令了，流程回到了本段開頭，cpu便開始了日復(fù)一日的循環(huán)，由于cpu特別不容易壞，所以唯一它停下來的條件就是停電。

以上是cpu的工作原理，無論cpu在哪種模式下工作，這一核心原理是不變的。有了這一思想武裝起來后再講模式就簡單多了，兄弟們加油，下一節(jié)，不見不散。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的一步步编写操作系统 10 cpu的实模式的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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