英特尔64和IA-32体系结构基础：软件开发者手册
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更新于2024-07-06
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"英特尔64和IA-32体系结构软件开发人员手册-卷1，基础架构篇，是英特尔提供的一本详细的技术指南，旨在帮助软件开发者理解和利用英特尔的64位Intel®64架构以及32位IA-32架构。这本书是整个系列的组成部分之一，包括了基础架构、指令集参考、系统编程指南和模型特定寄存器等多个部分，全面覆盖了英特尔处理器的设计和使用需求。"
本文档主要涵盖了以下几个关键知识点：
1. **Intel®64和IA-32架构**：这两个架构是英特尔处理器的核心，Intel®64（也称为AMD64或EM64T）提供了64位计算能力，而IA-32是32位架构的代表，广泛应用于各种个人计算机和服务器平台。这两种架构支持多种操作系统，如Windows、Linux和macOS等。
2. **基本架构**：这部分内容详细解释了处理器的基本结构，包括寄存器、总线、内存层次结构、执行单元以及控制逻辑。开发者可以了解到CPU如何处理指令、数据存储和传输，以及如何与系统其他组件交互。
3. **指令集**：Intel®64和IA-32架构拥有丰富的指令集，包括基本运算指令、控制流指令、数据处理指令、浮点和向量运算指令等。这些指令是编写高效代码的基础，开发者可以通过了解这些指令来优化程序性能。
4. **系统编程指南**：这部分内容提供了关于操作系统和设备驱动程序开发的深入指导，涉及中断处理、异常处理、虚拟内存管理、I/O操作、多处理器同步等方面，对操作系统级编程至关重要。
5. **模型特定寄存器（MSR）**：MSR是处理器中包含特殊功能的寄存器，用于控制和监控处理器状态。开发者可以利用MSR进行高级调试和性能调整。
6. **安全性与激活技术**：文档指出，英特尔的技术可能需要启用硬件、软件或服务激活，以确保功能的正常运行和安全性。但同时也强调，没有任何产品能够绝对安全，开发者需要考虑潜在的安全风险和变异性。
7. **法律声明**：使用该文档进行设计时，应注意不能用于任何侵权或其他法律分析，特别是针对英特尔产品可能存在的问题。
通过阅读和理解这本手册，软件开发者可以有效地针对Intel®64和IA-32架构进行程序设计和优化，确保软件在这些平台上实现最佳性能和兼容性。同时，它也为系统管理员、硬件工程师和研究人员提供了宝贵的参考资料。
CONTENTS
xvi
Vol. 1
PAGE
18.3.3 Indirect Branch Tracking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-10
18.3.3.1 Control Transfers between CPL 3 and CPL < 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-10
18.3.3.2 Control Transfers within CPL 3 or CPL < 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-10
18.3.4 Indirect Branch Tracking State Machine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-11
18.3.5 INT3 Treatment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-12
18.3.6 Legacy Compatibility Treatment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-12
18.3.6.1 Legacy Code Page Bitmap Format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-13
18.3.7 Other Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-13
18.3.7.1 Intel® Transactional Synchronization Extensions (Intel® TSX) Interactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-13
18.3.7.2 #CP(ENDBRANCH) Priority w.r.t #NM and #UD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-13
18.3.7.3 #CP(ENDBRANCH) Priority w.r.t #BP and #DB. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-13
18.3.8 Constraining Speculation after Missing ENDBRANCH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-14
18.4 INTEL® TRUSTED EXECUTION TECHNOLOGY (INTEL® TXT) INTERACTIONS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-14
CHAPTER 19
INPUT/OUTPUT
19.1 I/O PORT ADDRESSING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19-1
19.2 I/O PORT HARDWARE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19-1
19.3 I/O ADDRESS SPACE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19-1
19.3.1 Memory-Mapped I/O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19-2
19.4 I/O INSTRUCTIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19-3
19.5 PROTECTED-MODE I/O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19-3
19.5.1 I/O Privilege Level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19-3
19.5.2 I/O Permission Bit Map . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19-4
19.6 ORDERING I/O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19-5
CHAPTER 20
PROCESSOR IDENTIFICATION AND FEATURE DETERMINATION
20.1 USING THE CPUID INSTRUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20-1
20.1.1 Notes on Where to Start . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20-1
20.1.2 Identification of Earlier IA-32 Processors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20-1
APPENDIX A
EFLAGS CROSS-REFERENCE
A.1 EFLAGS AND INSTRUCTIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-1
APPENDIX B
EFLAGS CONDITION CODES
B.1 CONDITION CODES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-1
APPENDIX C
FLOATING-POINT EXCEPTIONS SUMMARY
C.1 OVERVIEW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-1
C.2 X87 FPU INSTRUCTIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-1
C.3 SSE INSTRUCTIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-3
C.4 SSE2 INSTRUCTIONS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-5
C.5 SSE3 INSTRUCTIONS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-7
C.6 SSSE3 INSTRUCTIONS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-7
C.7 SSE4 INSTRUCTIONS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C-7
APPENDIX D
GUIDELINES FOR WRITING SIMD FLOATING-POINT EXCEPTION HANDLERS
D.1 TWO OPTIONS FOR HANDLING FLOATING-POINT EXCEPTIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . D-1
D.2 SOFTWARE EXCEPTION HANDLING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . D-1
D.3 EXCEPTION SYNCHRONIZATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . D-3
D.4 SIMD FLOATING-POINT EXCEPTIONS AND THE IEEE STANDARD 754 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . D-3
D.4.1 Floating-Point Emulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .D-3
D.4.2 SSE/SSE2/SSE3 Response To Floating-Point Exceptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .D-4
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