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寄存器
堆栈寄存器 pc寄存器 状态寄存器 运算寄存器 寄存器是cpu内部的基本资源。不管cpu的代码执行到什么时候,这些资源都是共享的,所以在cpu发生中断、函数调用、线程切换的时候,都需要对这些寄存器进行保护,常用的基本措施就是把它们保存到临时堆栈当中去。堆栈寄存器记录了当前堆栈使用到了什么地方,pc寄存器则记录当前代码跑到了什么地方,下一条指令在什么地方等。状态寄存器则保存了当前cpu的执行情况,包括计算有没有溢出、中断是关还是开、有没有o除数异常等等。至于运算寄存器就因cpu而异了,有的cpu寄存器比较少,比如说x86的寄存器;有的cpu寄存器就比较多,比如说powerpc。运算寄存器的用途很多,比如说数据访问、计算、移位、返回计算结果等等。 |
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指令集
寻址指令 数学运算指令 逻辑运算指令 软中断指令 跳转指令 远程调用指令 io访问指令 栈操作指令 指令集在某种程度上直接决定了某一种cpu的类型。就像intel和amd生产的cpu虽然有差别,但是它们的cpu使用的都是x86的指令集,而marwell、samsung和高通生产的cpu当然也不同,但是它们的指令集都是arm指令集。所以,如果软件在marwell上跑,一般来说也可以在Samsung上跑起来。指令集很复杂,内容很多。但是通常来说,上面这些内容都是cpu所必须要完成的几种指令。当然重中之重的还是中断和栈处理指令。 |
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中断、异常处理机制
不管是什么cpu,中断部分的内容都是少不了的。试想一想,如果一颗cpu只知道不停地运行,那么它的执行效率实际上是很低的。拥有了中断的cpu不仅使得cpu可以和更多的外设io打交道,还能极大地提高自身运行的效率。不同的cpu处理中断的方法其实都差不多,在整个cpu的地址空间里面,通常在低地址区域会有一张中断向量表,表中每一项记录了每一个中断对应的处理函数。 所以,只要中断发生时,cpu就会首先将下一条pc地址压入堆栈,然后跳转到中断向量表中对应的中断地址处执行的相应的处理函数。这个过程是cpu自动完成的,不需要我们关心。这样对我们来说,它和cpu中的函数调用其实没有什么区别。等待中断处理结束后,我们使用ret指令返回到之前压入的那个ip地址处,继续下面的代码。整个过程就好像中断根本没有发生过一样。 所以,对于cpu的了解其实主要就是对寄存器、指令集和中断的了解。有了对中断和堆栈的深入理解,其实也就没有什么困难的了。在这里我们大家可以考虑一个问题,如何在Windows或者linux下仿真中断完成我们的操作系统开发呢?大家可以自己先思考一下,我们会在随后的博客中继续介绍。整篇文章,我们没有介绍编码的相关内容,其实只要把这里的基本概念弄清楚了,剩下来其实就是一些流程性的工作了。在软件开发中,设计其实是最难的,剩下的才是开发和调试。 |
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