Архітектурні особливості

Операційна система MS-DOS, мова асемблера МП 86 і методи програмування мікропроцесорів корпорації Intel розроблялися стосовно 16-розрядного процесора 8086 і тому режиму, який згодом отримав назву реальну. Поява процесора 80386 знаменувало собою почато нового етапу в розвитку операційних систем і прикладного програмування - етапу багатозадачних графічних операційних систем захищеного режиму типу Windows і 32-розрядних прикладних програм. При цьому, як вже наголошувалося у введенні, всі архітектурні засоби 86-го процесора входять до складу будь-якого сучасного процесора, який, таким чином, можна умовно розділити на дві частини - МП 86 і додаткові засоби, що забезпечують захищений режим, 32-розрядну адресацію і інше. З цих додаткових засобів можна виділити ті, які забезпечують захищений режим, і в реальному режимі не використовуються (в усякому разі, явним чином; насправді, процесор, навіть працюючи в реальному режимі, використовує принаймні деякі з цих засобів). Сюди, наприклад, відносяться регістри таблиць дескрипторів, регістри тестування і відладки, привілейовані команди захищеного режиму, система сторінкового відображення адрес і ін. З іншого боку, частину нових властивостей сучасних процесорів можна використовувати і в реальному режимі, виконуючи програми під управлінням MS-DOS. Сюди, перш за все, відноситься використання 32-бітових операндів, деяких нових команд процесора і розширених можливостей старих команд. Справжній розділ буде в основному присвячений саме цим засобам процесорів 80386, i486 і Pentium, які надалі ми узагальнено називатимемо 32-розрядними процесорами. Питання про програмування захищеного режиму дуже складне, щоб його можна було освітити в рамках цієї книги, хоча основні принципи захищеного режиму будуть описані.

32-розрядні процесори містять декілька десятків программно- регістрів (не рахуючи регістрів співпроцесора), що адресуються, з яких шість є 16-розрядними, а останні - 32-розрядними. Регістри прийнято об'єднувати в сім груп: регістри загального призначення (або регістри даних), регістри-покажчики, сегментні регістри, регістри, що управляють, регістри системних адрес, налагоджувальні регістри і регістри тестування. Крім того, в окрему групу виділяють лічильник команд і регістр прапорів. Регістри, використовувані в реальному режимі, показані на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Основні регістри 32-розрядних процесорів.

Як видно з рис. 4.1, регістри загального призначення і регістри-покажчики відрізняються від аналогічних регістрів МП 86 тим, що вони є 32-розрядними. Відповідно, до їх мнемонічних позначень додана буква Е (від extended, розширений).

Для збереження сумісності з ранніми моделями процесорів допускається звернення до молодших половин всіх регістрів, які мають ті ж мнемонічні позначення, що і в МП 86 (АХ, Вх,сх, DX, SI, DI, ВР і SP). Природно, збережена можливість роботи з молодшими (AL, BL, CL і DL) і старшими (АН, ВН, СН і DH) половинками регістрів МП 86. Проте старші половини 32-розрядних регістрів не мають мнемонічних позначень і безпосередньо недоступні. Для того, щоб прочитати, наприклад, вміст старшої половини регістра ЕАХ (биті 31...16) доведеться зрушити весь вміст ЕАХ на 16 битий управо (у регістр АХ) і прочитати потім вміст АХ. Всі регістри загального призначення і покажчики програміст може використовувати на свій розсуд для тимчасового зберігання адрес і даних розміром від байта до подвійного слова. Так, наприклад, можливе використання наступних команд:

mov Еах,0ffffffffh ;Работа з подвійним словом (32 битий)

mov Ax,0ffffh ;Работа із словом (16 битий)

mov AL, 0ffh ;Работа з байтом (8 битий) 

Всі сегментні регістри, як і в МП 86, є 16-розрядними. У їх склад включено ще два регістри - FS і GS, які можуть використовуватися для зберігання сегментних адрес двох додаткових сегментів даних. Таким чином, при використанні розширених можливостей сучасних процесорів програмі одночасно доступні чотири сегменти даних, а не два, як в МП 86.

Регістр покажчика команд також є 32-розрядним і зазвичай при описі процесора його називають EIP. Молодші шістнадцять розрядів цього регістра відповідають регістру IP процесора МП 86. Весь регістр EIP використовується тільки в 32-розрядних застосуваннях; у 16-розрядних програмах адреси можуть бути тільки 16-розрядними і, відповідно, для адресації в програмному сегменті використовується молодша половина регістра EIP.

Регістр прапорів прийнято називати EFLAGS (від extended flags, розширені прапори). Хоча він має довжину 32 битий, тільки молодші 18 біт (да і то не все) містять значущу інформацію. Додатково до шести прапорів стану (CF, PF, AF, ZF, SF і OF) і трем прапорам управління станом процесора (TF, IF і DF), призначення яких було описане в гл. 1, він включає нові прапори завдання, рестарту і віртуального режиму, а також двобайтове поле привілеїв введення-виводу. Всі ці біти використовуються тільки в захищеному режимі і тут розглядатися не будуть.