Processeur x86

Le CPU

Le CPU x86 (Unité de Traitement Centrale ou Central Processing Unit) est un circuit électronique destiné à traiter des valeurs binaires, à la base d’une famille de microprocesseurs créée par Intel.

Les CPU x86 sont fabriqués par de multiples fondeurs qui leur ajoutent des options et font évoluer cette famille de processeurs. Parmi eux, citons AMD qui a introduit des jeux d’instructions qui lui sont spécifiques.

Le fonctionnement des processeurs de cette famille est basé sur l’architecture Von Neumann, soit un bus d’adresses, un bus de données et un bus de contrôle.

On appelle cette architecture IA32 pour Intel Architecture 32 bits, et l’extension 64 bits x86-64 (Intel 64).

Il existe une famille IA64 Intel Itanium entre autres mais cette dernière n’est pas compatible avec IA32, et ne sera donc pas abordée.

Le deuxième grand type de processeur est construit sur l’architecture Harvard qui possède deux ensembles de bus pour les liaisons vers les zones de données et de code. Cette architecture est très différente de IA32, elle est adoptée par exemple pour les processeurs de traitement numérique, DSP (Digital Signal Processor).

Cette architecture permet de séparer le code et les données de manière physique, en les localisant dans deux composants de mémoire distincts, accédés par deux ensembles de bus distincts.

L’architecture des CPU x86 est toutefois plus puissante car elle permet par un mécanisme de segmentation et de pagination d’émuler de manière fiable et économique l’architecture Harvard. Tout en permettant un contrôle absolu sur toutes les données depuis un seul ensemble de bus.

La séparation matérielle du code et des données est donc virtuellement présente dans les CPU x86.

En réalité, le CPU n’est pas connecté directement aux périphériques et à la mémoire, cela passe par le chipset. Entre autres, le north bridge, qui s’occupe de la mémoire et des ports rapides, puis le south bridge, qui s’occupe...

Les modes du CPU

Les registres x86

Tous les processeurs possèdent des registres, quelle que soit la famille ou l’architecture.

Comme évoqué précédemment, les registres sont à l’intérieur du CPU, et leur nombre est très limité.

L’utilisation des registres 16 bits est soumise à de sévères restrictions, tandis que les registres étendus 32 bits peuvent être utilisés indifféremment pour toutes les tâches d’adressage, de calcul, d’accumulation, etc.

mov eax,74289 ;mettre la valeur 74289 dans le registre eax 

mov eax,012345678h;mettre la valeur 12345678h dans eax
mov al,90h        ;modifier la valeur de AL 

Les extensions

La mémoire

La mémoire est le siège des données. Toutes les données transitent par la mémoire pour être traitées et enregistrées.

La mémoire d’un PC est accessible par le bus d’adresses et le bus de données. La zone de mémoire accessible varie en fonction du mode du processeur :

Zones de mémoire selon le mode du CPU

Les ports

Les ports d’entrées/sorties (I/O) sont les seuls liens directs du CPU vers l’extérieur.

Du point de vue matériel, les ports sont accédés lorsque le signal de contrôle I/O est actif, par les bus d’adresses et de données, de la même manière que la mémoire.

Il s’agit d’une sorte de mémoire constituée d’une succession de registres sur des périphériques, au lieu d’être une succession de cases mémoire dans les barrettes de RAM.

Les accès aux ports sont plus lents que les accès à la RAM, c’est pourquoi il est souvent fait usage de boucles ou de NOP lors de ces accès, mais leur utilisation n’est cependant par toujours obligatoire. Il y a lieu de procéder à des tests pour vérifier leur nécessité sur la machine de destination.

mov al,0           ;valeur à écrire dans al
mov dx,port_n      ;port où écrire dans dx
out dx,al          ;ordonner l'écriture au port pointé par dx
jmp $+2            ;équivalent à nop 

Le bus d’adresses est limité à 16 bits lors de l’accès aux ports.

Donc, théoriquement, il est possible d’accéder à 65536 ports dont le format...