IA-32与Intel64体系结构：系统程序员手册概览

"本文档是X86_64体系结构的系统程序员手册，主要讲述了IA-32向INTEL64的扩展，特别是IA32e模式，用于支持64位编程环境。该架构提供了多种操作模式，包括实模式、保护模式、虚拟8086模式和系统管理模式。IA32e模式包含64位模式和兼容模式，以确保与旧软件的兼容性。手册着重介绍了体系结构的关键特性，如内存管理、软件保护、多任务、异常中断处理、多进程、高速缓存管理、硬件资源管理、电源管理和调试性能监视。此外，系统寄存器和系统级指令也在章节中被详细描述，这些内容对系统程序员和希望创建安全应用程序的开发者至关重要。手册涵盖了32位模式和IA32e模式的系统寄存器和数据结构，强调了从实模式到保护模式，再到IA32e模式的软件初始化过程。全局描述符表（GDT）和局部描述符表（LDT）在保护模式下用于控制内存访问，通过段描述符提供段的定位和访问控制信息。" 在深入探讨X86_64体系结构之前，首先理解其历史背景是必要的。IA-32体系结构起源于Intel 386处理器，它引入了先进的操作模式，如保护模式，允许更高级别的内存管理和安全性。随着技术的发展，Intel推出了INTEL64架构，以支持64位计算，扩展了IA-32，引入了IA32e模式，这包括64位模式，用于64位操作系统和应用，以及兼容模式，使32位及更早期的软件能在64位环境下运行。 内存管理是体系结构中的核心组件，通过全局描述符表（GDT）和局部描述符表（LDT）实现。这些表包含了段描述符，它们定义了内存段的起始地址、访问权限和类型，确保了程序对内存的有序访问和安全性。此外，保护模式下的内存分页机制进一步细化了内存访问控制，提高了内存效率。 多任务和多进程是现代操作系统的基础，X86_64架构支持并发执行多个任务和进程，通过任务状态段（TSS）和中断描述符表（IDT）来管理和调度。异常和中断处理机制使得系统能够快速响应错误或外部事件，保证系统的稳定性和响应性。 高速缓存管理优化了CPU与主内存之间的数据交换，提高系统性能。硬件资源和电源管理则确保了设备的有效利用和节能。调试和性能监视功能为开发者提供了诊断和优化代码的工具。 系统寄存器如CR0、CR3、CR4等在系统级控制处理器行为，它们的设置直接影响着处理器的工作模式和功能。系统级指令，如控制寄存器的读写、内存分页操作等，通常由系统程序员使用，以进行底层系统配置和控制。 X86_64体系结构的复杂性和灵活性使其成为当前广泛采用的服务器和桌面平台。无论是开发操作系统内核还是编写高效应用程序，理解这个体系结构的细节都是至关重要的。手册提供的详尽信息对系统程序员来说是一份宝贵的参考资料。