当前课程知识点：操作系统 > 第二讲 实验零 操作系统实验环境准备 > 2.5 x86-32硬件介绍 > 2.5 x86-32硬件介绍
前面我给大家介绍了一下
我们在完成实验中所要用到一些工具
简单介绍了一下 接下来我们看看
对X86-32一个基本理解
这里面讲解在Lab0里面讲解应该说很简单一个介绍
随着实验的逐步进展
我们会对硬件有更深入的介绍
特别是内存管理 特别是进程调度等方面
还有中断处理 会有更详细的介绍
来看看X8632怎么回事
第一个就是X86 我们说X86是个简称
其实这里面指的是什么 80386这种机器
这种机器是因特尔32位的CPU
早期使用的很广泛
特别是在上个世纪90年代初
这个机器是很普遍使用的机器
它有四种运行模式
在我们ucore操作系统实验中涉及到两种
一种实模式 一种是保护模式
实模式等于它只有16位的寻址空间
且没有保护机制 但是保护模式就不一样了
保护模式有32位的寻址空间
且有很强大保护机制来确保
操作系统的安全
以及跑的各个程序之间的安全性
就是用保护模式来实现
所以说在这里面我们需要理解
什么是实模式 什么是保护模式
实模式其实就是80386机器为了
兼容早期的8086十六位机器
做的一种模式 这种模式机器加电之后
一启动就处于实模式运行状态
在这个时候它的寻址空间不超过1M
且无法发挥80386 4G内存管理机制
那么早期的Microsoft
微软的dos操作系统就运行实模式环境中
这也是一个早期很早的OS
也是微软最早一个OS
当然它这个完全不能够发挥我们30位机器特点
所以我们希望我们运行在保护模式
在需要一个设置Lab1就会碰到
你怎么从一开始处于实模式切换到保护模式
一旦有了保护模式
第一个它的寻址空间发生了变化
它从16位或者说1M空间变成了32位寻址空间
有4GB的寻址空间 这是一个
第二它提供所谓分页和分段机制
这两种机制能够让不同软件放在不同的特权级
访问不同空间 且相互之间是隔离的
这种不同的机制就可以使得
我们应用程序可以运行在较低的级别
它限制在运行在一个有限的空间里面
不会破坏操作系统 不会访问那些特权指令
那这就是我们保护模式提供一种功能
我们ucoreos是充分利用了保护模式的特点
完成了一个OS很重要的内存管理
还有特权管理的机制
这里面有一个地址问题
好象大家听地址很简单
地址就是类似于我们每一个同学
家里面都有一个自己地址
这也是地址 家庭地址
我们说对于80386机器而
它对每一个类型单元都有一个编制
当然这个地址实际上我们访问
内存空间的一个索引
既然80386是一个32位的处理器
所以说它寻址空间是4G空间了
这是一个 第二个我们说在计算机里面
它有很多不同寻址方式
首先我们硬件 我们CPU的物理硬件
它有一个物理内存
物理内存是处理器发出一个地址
寻址一个地址请求 这地址请求发哪呢
发到总线上用于访问计算机系统中的所有内存
和外设的最终地址
我们都知道大家如果拆开机器可以看到内存条
那么内存条里面的地址就是所谓物理地址
我们访问某一个物理地址
是把内存某一个内存单元内容给读出来
这是物理地址 第二个叫线性地址
这个是80386机器里面引用的一种地址
线性地址什么意思呢
它是说由于我们有了一个所谓的段模式
让某一个应用程序
能够有一个相对独立地址空间
这个应用程序它认为它自己
是独占了计算机系统地址空间
这个地址空间我们把它称之为线性地址空间
当然这个线性地址空间是靠所谓
我们后面说的段模式和页模式
集中在一起来保护来实现的
第三个我们称之为逻辑地址空间
逻辑地址空间是应用程序直接使用地址空间
看起来好象是有点混乱
没关系我们把它简单的
用我们硬件的表述方式来表述一下
如果说80386的段机制启动
页机制没有启动的时候
逻辑地址通过段机制的映射能转变成线性地址
然后线性地址就等同于物理地址
这两个是等价的 那前提是什么呢
段机制启动了 页机制还没有起动了
当然我们讲Lab2的时候
还会对页机制有更深入的讲解
Lab1会对段机制有更深入讲解
第二个是如果段机制和页机制都启动
那么这个时候逻辑地址通过所谓的
段机制它会映射成线性地址
线性地质通过页机制映射成物理地址
从而可以看出来它其实这所谓段机制
和页机制只是一种映射关系
把一个地址从A地址映射到B地址
然后再B地址映射到C地址
然后ABC地址内容是不一样的
当然需要有一个映射关系的实现
那实际上我们的段机和页机制处理的问题
那我们对这个地址空间有一定了解之后
我们再看看访问的寄存器就是CPU
从内存到CPU CPU有一系列寄存器来存储数据
这个寄存器分为以下几组
一共有8组 我们通常看的最多是通用寄存器
跟段相关的所谓段寄存器
然后和寻址相关有指令指针寄存器就是EIP
还有所谓标志寄存器就是Eflags
还有什么呢 就是控制寄存器
和其它调制寄存器等等
最后两位一般开发应用程序用不到
但是我们开发操作系统的时候需要用到
因为这些特殊的寄存器是用来完成特殊的功能
比如说我们刚才讲到让它进入保护模式
让它启动分页 或者启动分段等等
那都需要涉及一系列的控制寄存器
系统地址寄存器等等
这两类应该说专门是用来给
类似于操作系统这样一些系统软件来使用的
而前面的寄存器你在了解
一般应用程序的时候也会用到
那么我们来看看通用寄存器
通用寄存器包含什么呢
EAX EBX等等一直到ESP
它有不同的功能 EAX主要用于累加 寻址
ECX是用来记数
最后ESP是用来堆栈寻址等等
都是很重要的寄存器在我们应用程序
和操作系统编程里面大量使用
但是在ucore操作系统里面
有一小部分是汇编语言
你需要了解汇编语言含义
你就需要知道这些寄存器有什么样功能和特点
从而可以知道汇编语言到底表示什么意思
当然我们在Lab1里面还会对汇编语言做深入讲解
第二个是段寄存器
段寄存器主要是用来寻址
比如说我们要访问是代码段
数据段还是堆栈段等等 那么这是堆栈段
那么你这个CS的值是代表特定含义
在实模式和保护模下它的含义是不一样
这个也需要注意 接下来是指令寄存器
和相应标志寄存器的介绍
指令寄存器主要是指EIP
当然对于16位CPU8086而言
它是由CS和EIP共同决定地址
那个EIP是低16位
实际上就是IP 8086的IP地址
那么CS和IP合在一起
能够访问一共1M的内存地址空间
但是如果是到了保护模式32位的CS
和EIP就有了新的含义
它们结合在一起来完成对32位地址空间的寻址
在这个时候EIP已经表示了什么
是指令的段内偏移地址
这所谓的EFLAGS
这是标志寄存器
那么标志寄存器很有用
比如说你做个加法是否溢出
那么这些所有标志都是记录在EFLAGS里头
而且还有一些特殊的位
比如说是否允许中断等等
这个都是由EFLAGS寄存器里面的
特定的BIT来表示的 大家需要注意
但是也需要了解是有一些BIT
并不能由应用程序来修改
而只能是用操作系统来修改
这属于运行在特权态的操作系统
才有能力去完成标志位的修改
这是所谓的EFLAGS寄存器
-0.1 Piazza讨论区
--html
-0.2 在线实验平台
--实验平台使用帮助
--平台使用帮助
-0.2在线实验平台
--Raw HTML
-1.1 课程概述
--视频
-第一讲 操作系统概述--练习
-1.2 教学安排
--视频
-1.3 什么是操作系统
--Video
-1.4 为什么学习操作系统，如何学习操作系统
--Video
-1.5 操作系统实例
--视频
-1.6 操作系统的演变
--视频
-1.7 操作系统结构
--视频
-2.1 前言和国内外现状
-2.2 OS实验目标
-2.3 8个OS实验概述
-2.4 实验环境搭建
-2.5 x86-32硬件介绍
-2.6 ucore部分编程技巧
-2.7 演示实验操作过程
--Q6
--Q7
--Q10
-3.1 BIOS
--3.1 BIOS
-3.2 系统启动流程
-3.3 中断、异常和系统调用比较
-第三讲 启动、中断、异常和系统调用--3.3 中断、异常和系统调用比较
-3.4 系统调用
--3.4 系统调用
-第三讲 启动、中断、异常和系统调用--3.4 系统调用
-3.5 系统调用示例
-3.6 ucore+系统调用代码
-4.1 启动顺序
--4.1 启动顺序
-4.2 C函数调用的实现
-4.3 GCC内联汇编
-4.4 x86中断处理过程
-4.5 练习一
--4.5 练习一
-4.6 练习二
--4.6 练习二
-4.7 练习三
--4.7 练习三
-4.8 练习四 练习五
-4.9 练习六
--4.9 练习六
-5.1 计算机体系结构和内存层次
-5.2 地址空间和地址生成
-5.3 连续内存分配
-5.4 碎片整理
--5.4 碎片整理
-5.5 伙伴系统
--5.5 伙伴系统
-第五讲 物理内存管理: 连续内存分配--5.6 练习
-6.1 非连续内存分配的需求背景
-6.2 段式存储管理
-- 6.2 段式存储管理
-6.3 页式存储管理
-6.4 页表概述
--6.4 页表概述
-6.5 快表和多级页表
-6.6 反置页表
--6.6 反置页表
-6.7 段页式存储管理
-第六讲 物理内存管理: 非连续内存分配--6.8 练习
-7.1 了解x86保护模式中的特权级
-第七讲 实验二 物理内存管理--7.1 了解x86保护模式中的特权级
-7.2 了解特权级切换过程
-第七讲 实验二 物理内存管理--7.2 了解特权级切换过程
-7.3 了解段/页表
-第七讲 实验二 物理内存管理--7.3 了解段/页表
-7.4 了解UCORE建立段/页表
-第七讲 实验二 物理内存管理--7.4 了解UCORE建立段/页表
-7.5 演示lab2实验环节
-8.1 虚拟存储的需求背景
-8.2 覆盖和交换
-8.3 局部性原理
-8.4 虚拟存储概念
-8.5 虚拟页式存储
-8.6 缺页异常
--8.6 缺页异常
-9.1 页面置换算法的概念
-9.2 最优算法、先进先出算法和最近最久未使用算法
-第九讲 页面置换算法--9.2 最优算法、先进先出算法和最近最久未使用算法
-9.3 时钟置换算法和最不常用算法
-第九讲 页面置换算法--9.3 时钟置换算法和最不常用算法
-9.4 Belady现象和局部置换算法比较
-第九讲 页面置换算法--9.4 Belady现象和局部置换算法比较
-9.5 工作集置换算法
-第九讲 页面置换算法--9.5 工作集置换算法
-9.6 缺页率置换算法
-第九讲 页面置换算法--9.6 缺页率置换算法
-9.7 抖动和负载控制
-10.1 实验目标：虚存管理
-第十讲 实验三 虚拟内存管理--10.1 实验目标：虚存管理
-10.2 回顾历史和了解当下
-第十讲 实验三 虚拟内存管理--10.2 回顾历史和了解当下
-10.3 处理流程、关键数据结构和功能
-第十讲 实验三 虚拟内存管理--10.3 处理流程、关键数据结构和功能
-10.4 页访问异常
-第十讲 实验三 虚拟内存管理--10.4 页访问异常
-10.5 页换入换出机制
-第十讲 实验三 虚拟内存管理--10.5 页换入换出机制
-11.1 进程的概念
-第十一讲 进程和线程--11.1 进程的概念
-11.2 进程控制块
-第十一讲 进程和线程--11.2 进程控制块
-11.3 进程状态
-第十一讲 进程和线程--11.3 进程状态
-11.4 三状态进程模型
-11.5 挂起进程模型
-第十一讲 进程和线程--11.5 挂起进程模型
-11.6 线程的概念
-第十一讲 进程和线程--11.6 线程的概念
-11.7 用户线程
-第十一讲 进程和线程--11.7 用户线程
-11.8 内核线程
-第十一讲 进程和线程--11.8 内核线程
-12.1 进程切换
-第十二讲 进程控制--12.1 进程切换
-12.2 进程创建
-第十二讲 进程控制--12.2 进程创建
-12.3 进程加载
-第十二讲 进程控制--12.3 进程加载
-12.4 进程等待与退出
-第十二讲 进程控制--12.4 进程等待与退出
-13.1 总体介绍
-13.2 关键数据结构
-13.3 执行流程
-13.4 实际操作
-14.1 总体介绍
-14.2 进程的内存布局
-14.3 执行ELF格式的二进制代码-do_execve的实现
--14.3 执行ELF格式的二进制代码-do_execve的实现
-14.4 执行ELF格式的二进制代码-load_icode的实现
--14.4 执行ELF格式的二进制代码-load_icode的实现
-14.5 进程复制
-14.6 内存管理的copy-on-write机制
-15.1 处理机调度概念
-第十五讲 处理机调度--15.1 处理机调度概念
-15.2 调度准则
-15.3 先来先服务、短进程优先和最高响应比优先调度算法
--15.3 先来先服务、短进程优先和最高响应比优先调度算法
-第十五讲 处理机调度--15.3 先来先服务、短进程优先和最高响应比优先调度算法
-15.4 时间片轮转、多级反馈队列、公平共享调度算法和ucore调度框架
--15.4 时间片轮转、多级反馈队列、公平共享调度算法和ucore调度框架
-第十五讲 处理机调度--15.4 时间片轮转、多级反馈队列、公平共享调度算法和uc
-15.5 实时调度和多处理器调度
-第十五讲 处理机调度--15.5 实时调度和多处理器调度
-15.6 优先级反置
-第十五讲 处理机调度--15.6 优先级反置
-16.1 总体介绍和调度过程
-16.2 调度算法支撑框架
-16.3 时间片轮转调度算法
-16.4 Stride调度算法
-17.1 背景
--17.1 背景
-17.2 现实生活中的同步问题
-第十七讲 同步互斥--17.2 现实生活中的同步问题
-17.3 临界区和禁用硬件中断同步方法
-第十七讲 同步互斥--17.3 临界区和禁用硬件中断同步方法
-17.4 基于软件的同步方法
-第十七讲 同步互斥--17.4 基于软件的同步方法
-17.5 高级抽象的同步方法
-第十七讲 同步互斥--17.5 高级抽象的同步方法
-18.1 信号量
--18.1 信号量
-第十八讲 信号量与管程--18.1 信号量
-18.2 信号量使用
-第十八讲 信号量与管程--18.2 信号量使用
-18.3 管程
--18.3 管程
-第十八讲 信号量与管程--18.3 管程
-18.4 哲学家就餐问题
-18.5 读者-写者问题
-19.1 总体介绍
-19.2 底层支撑
-第十九讲 实验七 同步互斥--19.2 底层支撑
-19.3 信号量设计实现
-第十九讲 实验七 同步互斥--19.3 信号量设计实现
-19.4 管程和条件变量设计实现
-第十九讲 实验七 同步互斥--19.4 管程和条件变量设计实现
-19.5 哲学家就餐问题
-20.1 死锁概念
-第二十讲 死锁和进程通信--20.1 死锁概念
-20.2 死锁处理方法
-第二十讲 死锁和进程通信--20.2 死锁处理方法
-20.3 银行家算法
-第二十讲 死锁和进程通信--20.3 银行家算法
-20.4 死锁检测
-第二十讲 死锁和进程通信--20.4 死锁检测
-20.5 进程通信概念
-第二十讲 死锁和进程通信--20.5 进程通信概念
-20.6 信号和管道
-第二十讲 死锁和进程通信--20.6 信号和管道
-20.7 消息队列和共享内存
-第二十讲 死锁和进程通信--20.7 消息队列和共享内存
-21.1 文件系统和文件
-第二十一讲 文件系统--21.1 文件系统和文件
-21.2 文件描述符
-第二十一讲 文件系统--21.2 文件描述符
-21.3 目录、文件别名和文件系统种类
-第二十一讲 文件系统--21.3 目录、文件别名和文件系统种类
-21.4 虚拟文件系统
-第二十一讲 文件系统--21.4 虚拟文件系统
-21.5 文件缓存和打开文件
-第二十一讲 文件系统--21.5 文件缓存和打开文件
-21.6 文件分配
-第二十一讲 文件系统--21.6 文件分配
-21.7 空闲空间管理和冗余磁盘阵列RAID
-第二十一讲 文件系统--21.7 空闲空间管理和冗余磁盘阵列RAID
-22.1 总体介绍
-第二十二讲 实验八 文件系统--22.1 总体介绍
-22.2 ucore 文件系统架构
-第二十二讲 实验八 文件系统--22.2 ucore 文件系统架构
-22.3 Simple File System分析
-第二十二讲 实验八 文件系统--22.3 Simple File System分析
-22.4 Virtual File System分析
-第二十二讲 实验八 文件系统--22.4 Virtual File System分
-22.5 I/O设备接口分析
-第二十二讲 实验八 文件系统--22.5 I/O设备接口分析
-22.6 执行流程分析
-23.1 I/O特点
--视频
-第二十三讲 I/O子系统--23.1 I/O特点
-23.2 I/O结构
--816C80A0F5E3B8809C33DC5901307461
-第二十三讲 I/O子系统--23.2 I/O结构
-23.3 I/O数据传输
--C58221E14388B9DB9C33DC5901307461
-第二十三讲 I/O子系统--23.3 I/O数据传输
-23.4 磁盘调度
--567A3F1FCBFB3F4C9C33DC5901307461
-第二十三讲 I/O子系统--23.4 磁盘调度
-23.5 磁盘缓存
--C327536B80D25CE79C33DC5901307461
-第二十三讲 I/O子系统--23.5 磁盘缓存
-html
--html
