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首页英特尔64和IA-32体系结构软件开发手册卷3:系统编程指南
"英特尔64和IA-32体系结构的软件开发人员手册卷3是四卷本手册中的一部分,专注于系统编程指南。这本手册是开发者理解和利用英特尔64和IA-32架构进行软件开发的重要参考资料。"
在英特尔64和IA-32体系结构的软件开发人员手册卷3中,主要涵盖了以下几个关键知识点:
1. **系统编程**:该卷深入介绍了在这些架构下如何进行系统级别的编程,包括内存管理、中断处理、异常处理、系统调用等。这涉及到操作系统内核设计、驱动程序开发以及低级程序的实现。
2. **处理器功能**:手册详细解析了处理器的各种特性,如指令集、寄存器布局、执行单元、缓存结构等,这对于优化代码性能至关重要。
3. **内存管理**:涵盖虚拟地址空间、分页机制、内存保护、物理地址扩展(PAE)等,这些都是构建现代操作系统内存模型的基础。
4. **中断和异常**:详述了中断和异常处理机制,包括中断向量表、中断处理流程和异常处理程序,这对于编写实时系统或处理错误情况的程序极其重要。
5. **I/O系统编程**:介绍了与硬件设备交互的方法,包括直接内存访问(DMA)、中断请求(IRQ)和端口输入/输出,这些都是驱动程序开发的关键部分。
6. **多处理器(SMP)支持**:对于多核心或多处理器系统,手册提供了关于同步、锁和并发控制的指导,这对于编写高性能的并行程序至关重要。
7. **系统服务和调用**:详细解释了如何使用系统调用来访问操作系统的各种服务,例如文件操作、进程管理、线程管理等。
8. **性能监测和优化**:包含关于性能计数器和模型特定寄存器(MSR)的信息,这些工具可以帮助开发者识别性能瓶颈并进行代码优化。
9. **安全性和稳定性**:讨论了相关的安全特性,如数据执行保护(DEP)、地址空间布局随机化(ASLR)等,以及如何防止和处理安全漏洞。
10. **软件兼容性**:介绍了如何在不同模式下运行代码,如实模式、保护模式、兼容模式和64位模式,以确保软件在旧有和新系统上的兼容性。
这本手册不仅适合底层软件开发者和系统程序员,也对系统架构师、操作系统开发者和硬件驱动程序工程师非常有价值。通过阅读和理解这卷手册,开发者可以更深入地了解和利用英特尔64和IA-32架构的优势,从而编写出更高效、更稳定的软件。
CONTENTS
xvi
Vol. 3A
PAGE
17.9 LAST BRANCH, INTERRUPT, AND EXCEPTION RECORDING FOR PROCESSORS BASED ON INTEL® MICROARCHITECTURE
CODE NAME NEHALEM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-27
17.9.1 LBR Stack . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-29
17.9.2 Filtering of Last Branch Records . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-29
17.10 LAST BRANCH, INTERRUPT, AND EXCEPTION RECORDING FOR PROCESSORS BASED ON INTEL® MICROARCHITECTURE
CODE NAME SANDY BRIDGE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-30
17.11 LAST BRANCH, CALL STACK, INTERRUPT, AND EXCEPTION RECORDING FOR PROCESSORS BASED ON HASWELL
MICROARCHITECTURE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-30
17.11.1 LBR Stack Enhancement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-31
17.12 LAST BRANCH, CALL STACK, INTERRUPT, AND EXCEPTION RECORDING FOR PROCESSORS BASED ON SKYLAKE
MICROARCHITECTURE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-32
17.12.1 MSR_LBR_INFO_x MSR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-32
17.12.2 Streamlined Freeze_LBRs_On_PMI Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-33
17.12.3 LBR Behavior and Deep C-State . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-33
17.13 LAST BRANCH, INTERRUPT, AND EXCEPTION RECORDING (PROCESSORS BASED ON INTEL NETBURST®
MICROARCHITECTURE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-33
17.13.1 MSR_DEBUGCTLA MSR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-34
17.13.2 LBR Stack for Processors Based on Intel NetBurst® Microarchitecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-35
17.13.3 Last Exception Records . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-36
17.14 LAST BRANCH, INTERRUPT, AND EXCEPTION RECORDING (INTEL® CORE™ SOLO AND INTEL® CORE™
DUO
PROCESSORS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-36
17.15 LAST BRANCH, INTERRUPT, AND EXCEPTION RECORDING (PENTIUM M PROCESSORS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-38
17.16 LAST BRANCH, INTERRUPT, AND EXCEPTION RECORDING (P6 FAMILY PROCESSORS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-39
17.16.1 DEBUGCTLMSR Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-39
17.16.2 Last Branch and Last Exception MSRs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-40
17.16.3 Monitoring Branches, Exceptions, and Interrupts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-40
17.17 TIME-STAMP COUNTER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-41
17.17.1 Invariant TSC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-42
17.17.2 IA32_TSC_AUX Register and RDTSCP Support . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-42
17.17.3 Time-Stamp Counter Adjustment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-43
17.17.4 Invariant Time-Keeping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-43
17.18 INTEL® RESOURCE DIRECTOR TECHNOLOGY (INTEL® RDT) MONITORING FEATURES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-43
17.18.1 Overview of Cache Monitoring Technology and Memory Bandwidth Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-44
17.18.2 Enabling Monitoring: Usage Flow. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-44
17.18.3 Enumeration and Detecting Support of Cache Monitoring Technology and Memory Bandwidth Monitoring . . . . . . . . .17-45
17.18.4 Monitoring Resource Type and Capability Enumeration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-45
17.18.5 Feature-Specific Enumeration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-46
17.18.5.1 Cache Monitoring Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-47
17.18.5.2 Memory Bandwidth Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-47
17.18.6 Monitoring Resource RMID Association. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-47
17.18.7 Monitoring Resource Selection and Reporting Infrastructure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-48
17.18.8 Monitoring Programming Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-49
17.18.8.1 Monitoring Dynamic Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-50
17.18.8.2 Monitoring Operation With Power Saving Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-50
17.18.8.3 Monitoring Operation with Other Operating Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-50
17.18.8.4 Monitoring Operation with RAS Features. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-50
17.19 INTEL® RESOURCE DIRECTOR TECHNOLOGY (INTEL® RDT) ALLOCATION FEATURES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-50
17.19.1 Introduction to Cache Allocation Technology (CAT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-50
17.19.2 Cache Allocation Technology Architecture. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-51
17.19.3 Code and Data Prioritization (CDP) Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-54
17.19.4 Enabling Cache Allocation Technology Usage Flow. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-55
17.19.4.1 Enumeration and Detection Support of Cache Allocation Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-56
17.19.4.2 Cache Allocation Technology: Resource Type and Capability Enumeration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-56
17.19.4.3 Cache Allocation Technology: Cache Mask Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-59
17.19.4.4 Class of Service to Cache Mask Association: Common Across Allocation Features. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-59
17.19.5 Code and Data Prioritization (CDP): Enumerating and Enabling L3 CDP Technology. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-60
17.19.5.1 Mapping Between L3 CDP Masks and CAT Masks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-60
17.19.6 Code and Data Prioritization (CDP): Enumerating and Enabling L2 CDP Technology. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-61
17.19.6.1 Mapping Between L2 CDP Masks and L2 CAT Masks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-62
17.19.6.2 Common L2 and L3 CDP Programming Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-62
17.19.6.3 Cache Allocation Technology Dynamic Configuration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-62
17.19.6.4 Cache Allocation Technology Operation With Power Saving Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-63
17.19.6.5 Cache Allocation Technology Operation with Other Operating Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-63
17.19.6.6 Associating Threads with CAT/CDP Classes of Service . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-63
17.19.7 Introduction to Memory Bandwidth Allocation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-64
Vol. 3A xvii
CONTENTS
PAGE
17.19.7.1 Memory Bandwidth Allocation Enumeration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-65
17.19.7.2 Memory Bandwidth Allocation Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17-66
17.19.7.3 Memory Bandwidth Allocation Usage Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-67
CHAPTER 18
PERFORMANCE MONITORING
18.1 PERFORMANCE MONITORING OVERVIEW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-1
18.2 ARCHITECTURAL PERFORMANCE MONITORING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-2
18.2.1 Architectural Performance Monitoring Version 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-3
18.2.1.1 Architectural Performance Monitoring Version 1 Facilities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-3
18.2.1.2 Pre-defined Architectural Performance Events. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-5
18.2.2 Architectural Performance Monitoring Version 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-6
18.2.3 Architectural Performance Monitoring Version 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-10
18.2.3.1 AnyThread Counting and Software Evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-12
18.2.4 Architectural Performance Monitoring Version 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-13
18.2.4.1 Enhancement in IA32_PERF_GLOBAL_STATUS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-13
18.2.4.2 IA32_PERF_GLOBAL_STATUS_RESET and IA32_PERF_GLOBAL_STATUS_SET MSRS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-14
18.2.4.3 IA32_PERF_GLOBAL_INUSE MSR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-15
18.2.5 Architectural Performance Monitoring Version 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-16
18.2.5.1 AnyThread Mode Deprecation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-16
18.2.5.2 Fixed Counter Enumeration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-17
18.2.6 Full-Width Writes to Performance Counter Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-17
18.3 PERFORMANCE MONITORING (INTEL® CORE™ PROCESSORS AND INTEL® XEON® PROCESSORS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-17
18.3.1 Performance Monitoring for Processors Based on Intel
®
Microarchitecture Code Name Nehalem. . . . . . . . . . . . . . . . .18-17
18.3.1.1 Enhancements of Performance Monitoring in the Processor Core . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-18
18.3.1.2 Performance Monitoring Facility in the Uncore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-25
18.3.1.3 Intel
®
Xeon
®
Processor 7500 Series Performance Monitoring Facility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-30
18.3.2 Performance Monitoring for Processors Based on Intel
®
Microarchitecture Code Name Westmere . . . . . . . . . . . . . . . 18-32
18.3.3 Intel
®
Xeon
®
Processor E7 Family Performance Monitoring Facility. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-32
18.3.4 Performance Monitoring for Processors Based on Intel
®
Microarchitecture Code Name Sandy Bridge . . . . . . . . . . . .18-33
18.3.4.1 Global Counter Control Facilities In Intel
®
Microarchitecture Code Name Sandy Bridge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-34
18.3.4.2 Counter Coalescence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-36
18.3.4.3 Full Width Writes to Performance Counters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-36
18.3.4.4 PEBS Support in Intel
®
Microarchitecture Code Name Sandy Bridge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-36
18.3.4.5 Off-core Response Performance Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-40
18.3.4.6 Uncore Performance Monitoring Facilities In Intel
®
Core
™
i7-2xxx, Intel
®
Core
™
i5-2xxx, Intel
®
Core
™
i3-2xxx Processor Series . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-43
18.3.4.7 Intel
®
Xeon
®
Processor E5 Family Performance Monitoring Facility. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-45
18.3.4.8 Intel
®
Xeon
®
Processor E5 Family Uncore Performance Monitoring Facility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-46
18.3.5 3rd Generation Intel
®
Core
™
Processor Performance Monitoring Facility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-46
18.3.5.1 Intel
®
Xeon
®
Processor E5 v2 and E7 v2 Family Uncore Performance Monitoring Facility. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-46
18.3.6 4th Generation Intel
®
Core
™
Processor Performance Monitoring Facility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-47
18.3.6.1 Processor Event Based Sampling (PEBS) Facility. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-48
18.3.6.2 PEBS Data Format. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-48
18.3.6.3 PEBS Data Address Profiling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-49
18.3.6.4 Off-core Response Performance Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-50
18.3.6.5 Performance Monitoring and Intel
®
TSX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-52
18.3.6.6 Uncore Performance Monitoring Facilities in the 4th Generation Intel
®
Core
™
Processors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-54
18.3.6.7 Intel
®
Xeon
®
Processor E5 v3 Family Uncore Performance Monitoring Facility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-55
18.3.7 5th Generation Intel® Core™ Processor and Intel
®
Core
™
M Processor Performance Monitoring Facility. . . . . . . . . . .18-55
18.3.8 6th Generation, 7th Generation and 8th Generation Intel
®
Core
™
Processor Performance Monitoring Facility . . . .18-56
18.3.8.1 Processor Event Based Sampling (PEBS) Facility. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-58
18.3.8.2 Off-core Response Performance Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-62
18.3.8.3 Uncore Performance Monitoring Facilities on Intel® Core™ Processors Based on Cannon Lake Microarchitecture. 18-66
18.3.9 10th Generation Intel® Core™ Processor Performance Monitoring Facility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-66
18.3.9.1 Processor Event Based Sampling (PEBS) Facility. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-67
18.3.9.2 Off-core Response Performance Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-67
18.3.9.3 Performance Metrics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-69
18.4 PERFORMANCE MONITORING (INTEL
®
XEON™ PHI PROCESSORS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-70
18.4.1 Intel
®
Xeon Phi
™
Processor 7200/5200/3200 Performance Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-70
18.4.1.1 Enhancements of Performance Monitoring in the Intel® Xeon Phi™ processor Tile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-71
18.5 PERFORMANCE MONITORING (INTEL ATOM
®
PROCESSORS). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-74
18.5.1 Performance Monitoring (45 nm and 32 nm Intel
Atom
®
Processors) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-74
18.5.2 Performance Monitoring for Silvermont Microarchitecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-75
CONTENTS
xviii
Vol. 3A
PAGE
18.5.2.1 Enhancements of Performance Monitoring in the Processor Core. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-75
18.5.2.2 Offcore Response Event . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-77
18.5.2.3 Average Offcore Request Latency Measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-79
18.5.3 Performance Monitoring for Goldmont Microarchitecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-80
18.5.3.1 Processor Event Based Sampling (PEBS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-81
18.5.3.2 Offcore Response Event . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-84
18.5.3.3 Average Offcore Request Latency Measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-85
18.5.4 Performance Monitoring for Goldmont Plus
Microarchitecture. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-85
18.5.4.1 Extended PEBS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-86
18.5.5 Performance Monitoring for Tremont Microarchitecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-86
18.5.5.1 Adaptive PEBS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-87
18.5.5.2 PEBS output to Intel® Processor Trace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-87
18.5.5.3 Precise Distribution Support on Fixed Counter 0. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-89
18.5.5.4 Compatibility Enhancements to Offcore Response MSRs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-89
18.6 PERFORMANCE MONITORING (LEGACY INTEL PROCESSORS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-91
18.6.1 Performance Monitoring (Intel® Core™ Solo and Intel® Core™ Duo Processors) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-91
18.6.2 Performance Monitoring (Processors Based on Intel
®
Core
™
Microarchitecture) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-92
18.6.2.1 Fixed-function Performance Counters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-93
18.6.2.2 Global Counter Control Facilities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-94
18.6.2.3 At-Retirement Events . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-96
18.6.2.4 Processor Event Based Sampling (PEBS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-96
18.6.3 Performance Monitoring (Processors Based on Intel NetBurst
®
Microarchitecture) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-99
18.6.3.1 ESCR MSRs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-102
18.6.3.2 Performance Counters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-103
18.6.3.3 CCCR MSRs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-104
18.6.3.4 Debug Store (DS) Mechanism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-106
18.6.3.5 Programming the Performance Counters for Non-Retirement Events. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-106
18.6.3.6 At-Retirement Counting. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-112
18.6.3.7 Tagging Mechanism for Replay_event . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-114
18.6.3.8 Processor Event-Based Sampling (PEBS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-114
18.6.3.9 Operating System Implications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-115
18.6.4 Performance Monitoring and Intel Hyper-Threading Technology in Processors Based on Intel NetBurst
®
Microarchitecture. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-115
18.6.4.1 ESCR MSRs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-116
18.6.4.2 CCCR MSRs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-116
18.6.4.3 IA32_PEBS_ENABLE MSR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-118
18.6.4.4 Performance Monitoring Events . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-118
18.6.4.5 Counting Clocks on systems with Intel Hyper-Threading Technology in Processors Based on Intel NetBurst®
Microarchitecture. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-119
18.6.5 Performance Monitoring and Dual-Core Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-120
18.6.6 Performance Monitoring on 64-bit Intel Xeon Processor MP with Up to 8-MByte L3 Cache. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-120
18.6.7 Performance Monitoring on L3 and Caching Bus Controller Sub-Systems. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-123
18.6.7.1 Overview of Performance Monitoring with L3/Caching Bus Controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-125
18.6.7.2 GBSQ Event Interface. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-125
18.6.7.3 GSNPQ Event Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-127
18.6.7.4 FSB Event Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-128
18.6.7.5 Common Event Control Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-129
18.6.8 Performance Monitoring (P6 Family Processor). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-129
18.6.8.1 PerfEvtSel0 and PerfEvtSel1 MSRs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-130
18.6.8.2 PerfCtr0 and PerfCtr1 MSRs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-131
18.6.8.3 Starting and Stopping the Performance-Monitoring Counters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-131
18.6.8.4 Event and Time-Stamp Monitoring Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-131
18.6.8.5 Monitoring Counter Overflow. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-132
18.6.9 Performance Monitoring (Pentium Processors) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-132
18.6.9.1 Control and Event Select Register (CESR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-133
18.6.9.2 Use of the Performance-Monitoring Pins. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-133
18.6.9.3 Events Counted . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-134
18.7 COUNTING CLOCKS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-134
18.7.1 Non-Halted Reference Clockticks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-135
18.7.2 Cycle Counting and Opportunistic Processor Operation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-135
18.7.3 Determining the Processor Base Frequency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-136
18.7.3.1 For Intel® Processors Based on Microarchitecture Code Name Sandy Bridge, Ivy Bridge, Haswell and Broadwell18-136
18.7.3.2 For Intel® Processors Based on Microarchitecture Code Name Nehalem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-136
18.7.3.3 For Intel® Atom™ Processors Based on the Silvermont Microarchitecture (Including Intel Processors Based on
Airmont Microarchitecture). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-136
Vol. 3A xix
CONTENTS
PAGE
18.7.3.4 For Intel® Core™ 2 Processor Family and for Intel® Xeon® Processors Based on Intel Core Microarchitecture . . . 18-137
18.8 IA32_PERF_CAPABILITIES MSR ENUMERATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-137
18.8.1 Filtering of SMM Handler Overhead. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-138
18.9 PEBS FACILITY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-138
18.9.1 Extended PEBS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-138
18.9.2 Adaptive PEBS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-140
18.9.2.1 Adaptive_Record Counter Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-141
18.9.2.2 PEBS Record Format. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-141
18.9.2.3 MSR_PEBS_DATA_CFG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-144
18.9.2.4 PEBS Record Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-146
18.9.3 Precise Distribution of Instructions Retired (PDIR) Facility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-147
18.9.4 Reduced Skid PEBS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-147
CHAPTER 19
PERFORMANCE MONITORING EVENTS
19.1 ARCHITECTURAL PERFORMANCE MONITORING EVENTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19-2
19.2 PERFORMANCE MONITORING EVENTS FOR INTEL® XEON® PROCESSOR SCALABLE FAMILY. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19-3
19.3 PERFORMANCE MONITORING EVENTS FOR FUTURE INTEL® CORE™ PROCESSORS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19-25
19.4 PERFORMANCE MONITORING EVENTS FOR 6TH GENERATION, 7TH GENERATION AND 8TH GENERATION INTEL® CORE™
PROCESSORS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19-42
19.5 PERFORMANCE MONITORING EVENTS FOR INTEL® XEON PHI™ PROCESSOR 3200, 5200, 7200 SERIES AND INTEL®
XEON PHI™ PROCESSOR 7215, 7285, 7295 SERIES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19-52
19.6 PERFORMANCE MONITORING EVENTS FOR THE INTEL
®
CORE
™
M AND 5TH GENERATION INTEL
®
CORE
™
PROCESSORS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19-57
19.7 PERFORMANCE MONITORING EVENTS FOR THE 4TH GENERATION INTEL
®
CORE
™
PROCESSORS. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19-64
19.7.1 Performance Monitoring Events in the Processor Core of Intel Xeon Processor E5 v3 Family . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19-76
19.8 PERFORMANCE MONITORING EVENTS FOR 3RD GENERATION INTEL
®
CORE
™
PROCESSORS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19-77
19.8.1 Performance Monitoring Events in the Processor Core of Intel Xeon Processor E5 v2 Family and Intel Xeon Processor
E7 v2 Family . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19-85
19.9 PERFORMANCE MONITORING EVENTS FOR 2ND GENERATION INTEL
®
CORE
™
I7-2XXX, INTEL
®
CORE
™
I5-2XXX,
INTEL
®
CORE
™
I3-2XXX PROCESSOR SERIES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19-86
19.10 PERFORMANCE MONITORING EVENTS FOR INTEL
®
CORE
™
I7 PROCESSOR FAMILY AND INTEL
®
XEON
®
PROCESSOR
FAMILY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19-100
19.11 PERFORMANCE MONITORING EVENTS FOR PROCESSORS BASED ON INTEL
®
MICROARCHITECTURE CODE NAME
WESTMERE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19-128
19.12 PERFORMANCE MONITORING EVENTS FOR INTEL
®
XEON
®
PROCESSOR 5200, 5400 SERIES AND INTEL
®
CORE
™
2
EXTREME PROCESSORS QX 9000 SERIES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19-160
19.13 PERFORMANCE MONITORING EVENTS FOR INTEL
®
XEON
®
PROCESSOR 3000, 3200, 5100, 5300 SERIES AND
INTEL
®
CORE
™
2
DUO PROCESSORS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19-160
19.14 PERFORMANCE MONITORING EVENTS FOR PROCESSORS BASED ON THE GOLDMONT PLUS MICROARCHITECTURE . 19-186
19.15 PERFORMANCE MONITORING EVENTS FOR PROCESSORS BASED ON THE GOLDMONT MICROARCHITECTURE . . . . . . . 19-187
19.16 PERFORMANCE MONITORING EVENTS FOR PROCESSORS BASED ON THE SILVERMONT MICROARCHITECTURE . . . . . 19-194
19.16.1 Performance Monitoring Events for Processors Based on the Airmont Microarchitecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19-199
19.17 PERFORMANCE MONITORING EVENTS FOR 45 NM AND 32 NM INTEL
®
ATOM
™
PROCESSORS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19-199
19.18 PERFORMANCE MONITORING EVENTS FOR INTEL
®
CORE
™
SOLO AND INTEL
®
CORE
™
DUO PROCESSORS . . . . . . . 19-213
19.19 PENTIUM® 4 AND INTEL® XEON® PROCESSOR PERFORMANCE MONITORING EVENTS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19-218
19.20 PERFORMANCE MONITORING EVENTS FOR INTEL
®
PENTIUM
®
M PROCESSORS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19-247
19.21 P6 FAMILY PROCESSOR PERFORMANCE MONITORING EVENTS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19-249
19.22 PENTIUM PROCESSOR PERFORMANCE MONITORING EVENTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19-258
CHAPTER 20
8086 EMULATION
20.1 REAL-ADDRESS MODE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20-1
20.1.1 Address Translation in Real-Address Mode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20-2
20.1.2 Registers Supported in Real-Address Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20-3
20.1.3 Instructions Supported in Real-Address Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20-3
20.1.4 Interrupt and Exception Handling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20-4
20.2 VIRTUAL-8086 MODE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20-5
20.2.1 Enabling Virtual-8086 Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20-6
20.2.2 Structure of a Virtual-8086 Task. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20-7
20.2.3 Paging of Virtual-8086 Tasks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20-7
20.2.4 Protection within a Virtual-8086 Task . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20-8
CONTENTS
xx
Vol. 3A
PAGE
20.2.5 Entering Virtual-8086 Mode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20-8
20.2.6 Leaving Virtual-8086 Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20-9
20.2.7 Sensitive Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20-10
20.2.8 Virtual-8086 Mode I/O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20-10
20.2.8.1 I/O-Port-Mapped I/O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20-11
20.2.8.2 Memory-Mapped I/O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20-11
20.2.8.3 Special I/O Buffers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20-11
20.3 INTERRUPT AND EXCEPTION HANDLING IN VIRTUAL-8086 MODE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20-11
20.3.1 Class 1—Hardware Interrupt and Exception Handling in Virtual-8086 Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20-12
20.3.1.1 Handling an Interrupt or Exception Through a Protected-Mode Trap or Interrupt Gate. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20-12
20.3.1.2 Handling an Interrupt or Exception With an 8086 Program Interrupt or Exception Handler. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20-14
20.3.1.3 Handling an Interrupt or Exception Through a Task Gate. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20-14
20.3.2 Class 2—Maskable Hardware Interrupt Handling in Virtual-8086 Mode Using the Virtual Interrupt Mechanism . . . . .20-15
20.3.3 Class 3—Software Interrupt Handling in Virtual-8086 Mode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20-16
20.3.3.1 Method 1: Software Interrupt Handling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20-18
20.3.3.2 Methods 2 and 3: Software Interrupt Handling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20-18
20.3.3.3 Method 4: Software Interrupt Handling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20-19
20.3.3.4 Method 5: Software Interrupt Handling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20-19
20.3.3.5 Method 6: Software Interrupt Handling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20-19
20.4 PROTECTED-MODE VIRTUAL INTERRUPTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20-20
CHAPTER 21
MIXING 16-BIT AND 32-BIT CODE
21.1 DEFINING 16-BIT AND 32-BIT PROGRAM MODULES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21-1
21.2 MIXING 16-BIT AND 32-BIT OPERATIONS WITHIN A CODE SEGMENT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21-2
21.3 SHARING DATA AMONG MIXED-SIZE CODE SEGMENTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21-3
21.4 TRANSFERRING CONTROL AMONG MIXED-SIZE CODE SEGMENTS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21-3
21.4.1 Code-Segment Pointer Size . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21-4
21.4.2 Stack Management for Control Transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21-4
21.4.2.1 Controlling the Operand-Size Attribute For a Call . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21-5
21.4.2.2 Passing Parameters With a Gate. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21-6
21.4.3 Interrupt Control Transfers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21-6
21.4.4 Parameter Translation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21-6
21.4.5 Writing Interface Procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21-6
CHAPTER 22
ARCHITECTURE COMPATIBILITY
22.1 PROCESSOR FAMILIES AND CATEGORIES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22-1
22.2 RESERVED BITS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22-2
22.3 ENABLING NEW FUNCTIONS AND MODES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22-2
22.4 DETECTING THE PRESENCE OF NEW FEATURES THROUGH SOFTWARE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22-2
22.5 INTEL MMX TECHNOLOGY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22-2
22.6 STREAMING SIMD EXTENSIONS (SSE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22-3
22.7 STREAMING SIMD EXTENSIONS 2 (SSE2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22-3
22.8 STREAMING SIMD EXTENSIONS 3 (SSE3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22-3
22.9 ADDITIONAL STREAMING SIMD EXTENSIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22-3
22.10 INTEL HYPER-THREADING TECHNOLOGY. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22-3
22.11 MULTI-CORE TECHNOLOGY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22-4
22.12 SPECIFIC FEATURES OF DUAL-CORE PROCESSOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22-4
22.13 NEW INSTRUCTIONS IN THE PENTIUM AND LATER IA-32 PROCESSORS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22-4
22.13.1 Instructions Added Prior to the Pentium Processor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22-4
22.14 OBSOLETE INSTRUCTIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22-5
22.15 UNDEFINED OPCODES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22-5
22.16 NEW FLAGS IN THE EFLAGS REGISTER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22-6
22.16.1 Using EFLAGS Flags to Distinguish Between 32-Bit IA-32 Processors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22-6
22.17 STACK OPERATIONS AND USER SOFTWARE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22-7
22.17.1 PUSH SP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22-7
22.17.2 EFLAGS Pushed on the Stack . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22-7
22.18 X87 FPU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22-7
22.18.1 Control Register CR0 Flags . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22-8
22.18.2 x87 FPU Status Word . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22-8
22.18.2.1 Condition Code Flags (C0 through C3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22-8
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