x86-arkkitehtuurin perusteet

x86-arkkitehtuuri on useimpien tietokoneiden perusta – kyseessä on Intelin käskykantaperhe, joka juontaa juurensa 8086-prosessoriin. Sen tunteminen auttaa ymmärtämään, miten ohjelmistot liittyvät laitteistoon.

Suoritin on x86-järjestelmän aivot: se suorittaa käskyjä, tekee laskutoimituksia ja ohjaa tiedonkulkua orkesterinjohtajan tavoin.

Suorittimessa on useita yhdessä toimivia keskeisiä osia: laskutoimituksista ja logiikasta vastaava ALU, käskyjä tulkitseva ohjausyksikkö sekä nopeat suorittimen sisäiset rekisterit.

x86-suorittimet toimivat eri tiloissa, jotka määrittävät käytettävissä olevan muistin määrän ja ominaisuudet. Kolme keskeistä tilaa ovat Real Mode, Protected Mode ja Long Mode.

Real Mode on suorittimen käynnistystila: 16-bittinen tila, jossa muistia on käytettävissä enintään 1 Mt, laitteistoon on suora pääsy eikä suojausta ole. Tässä tilassa DOS toimi.

Protected Mode on 32-bittinen harppaus: se mahdollistaa enintään 4 Gt muistia sekä muistisuojausta, moniajoa ja ohjelmien välistä virtuaalimuistia.

Long Mode on nykyaikaisten käyttöjärjestelmien käyttämä 64-bittinen tila (x86-64 / AMD64). Se ohittaa 4 Gt:n rajan 64-bittisten rekisterien ja osoitteiden avulla.

Käskykanta sisältää kaikki komennot, jotka suoritin ymmärtää. x86 on CISC-arkkitehtuuri, joten yksittäiset käskyt voivat olla tehokkaita ja suorittaa useita vaiheita kerralla.

Ajatelkaa muistia yhtenä valtavana järjestettynä taulukkona: jokainen paikka sisältää tavun ja sillä on yksilöllinen numeerinen osoite, jota suoritin käyttää lukemiseen ja kirjoittamiseen.

Tutustuitte x86-arkkitehtuuriin: suorittimeen ja sen osiin, Real-, Protected- ja Long Mode -tiloihin, käskykantoihin sekä tavuosoitteelliseen muistiin. Seuraavaksi kirjoitamme ensimmäisen ohjelmanne!