CPU 最核心的组件, 中央处理器 Central Processing Unit
Bus 总线, CPU 和 其它设备连接的桥梁、其实就是主板上密密麻麻的集成电路
内存 最重要的设备、与CPU一样、是完成计算任务的核心组件
cpu 包含 运算单元、数据单元 和 控制单元
运算单元: 负责计算, eg. 加法、移位等. 但不知道结果存放在哪里
若每次通过总线到内存去拿、速率很低、所以有了数据单元
数据单元: 包括CPU内部的缓存和寄存器组、空间小、速度高、可暂时存放数据和运算结果
控制单元: 同一指挥中心、获取指令 & 执行指令, 会指导运算单元取出数据单元中的某几个数据、计算出结果、然后存放在数据单元的某个地方
CPU这么执行程序, 操作数据, 并将结果写回内存的呢 ？
1 | CPU的控制单元里, 有一个指令指针寄存器、存放的是下一条指针的地址, 控制单元会不断将代码段的指令拿进来、写入指令寄存器 |
CPU 和 内存进行数据交换、靠的是总线
Bus, 分为地址总线和数据总线
地址总线的位数、决定可寻址范围, eg 只有两位、那CPU只认00011011四个位置
数据总线的位数、决定一次可以拿多少个数据进来、eg. 只有两位、CPU一次只能拿2位数、要想拿8位就需要4次、位数越多、一次拿的数据就越多、访问速度也越快
8086 系统架构
8个16位通用寄存器 AX BX CX DX SP BP SI DI主要用于计算过程中暂存数据 (数据单元)
IP 指令指针寄存器Instruction Pointer Register 指向代码段下一条指令的位置, CPU根据它从内存的代码段加载指令到CPU的指令队列中、交给运算单元去执行
段寄存器：
CS 代码段寄存器, 保存代码在内存中的位置 Code Segment Registeer
DS 数据段寄存器, 保存数据在内存中的位置 Data Segment Register
SS 桟寄存器 Stack Register 程序运行中的一个特殊结构、存取只能从一端进行
ES
若运算中需要加载内存中的数据、需要通过
DS找到内存中的数据, 加载到通用寄存器中该如何加载？对于一个段、有一个起始的地址、而段内的具体位置、称为偏移量 Offset
在CS和 DS中都存放着一个段的起始地址、代码段的偏移量在IP寄存器中、数据段的偏移量通常在 通用寄存器中
那么问题来了:
CS和DS都是16位的、即: 起始地址都是16位的、
IP寄存器和通用寄存器都是16位的、即: 偏移量也是16位的
但: 8086 的地址总线是20位、怎么做?
1 | 起始地址*16 + 偏移量, 即: 把CS和DS中的值、左移4位 + 16位的偏移量 得到20位的数据地址 |
so. 无论真正的内存是多大、对于只有20位地址总线的8086来说、能识别出的地址只有 2^20 = 1M
偏移量是16位、段大小最大为 2^16 = 64k
32位处理器
在32位处理器中、有32根地址总线、可以访问 2^32=4G 的内存
那如何去兼容原有8086架构呢？
- 通用寄存器扩展、将8个16位的扩展到8个32位的、保留8位和16位的使用方式
改动较大的是 段寄存器(Segment Register)
CS、DS、SS、ES 还是16位, 但不再是段的起始地址、段的起始地址放在内存、该内存是一个保存了段描述符的表格、段寄存器中保存的是在表格中的哪一项、称为选择子(Selector)
这种模式灵活度比较高、将来也可以一直兼容、前边的设计就不够灵活
前一种模式、称为 实模式 Real Pattern, 后一种模式称为保护模式 Protected Pattern
参考: