现代x86处理器在实模式下运行时，是否支持流水线/乱序执行？

Question

现代x86处理器在实模式下运行时，是否支持流水线/乱序执行？

x86cpu-architecturex86-16real-mode

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在现代的x86处理器上运行启动加载程序时，处理器将处于实模式。它的指令流水线功能在实模式下是否激活？

- Lakshman Siddartha

我在询问开机时是否可以在实模式下使用流水线技术。 - Lakshman Siddartha

1个回答

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- Peter Cordes · Accepted Answer

是的，现代微架构中的乱序核心在不同模式下基本上操作相同。大部分差异在于解码器。有关现代CPU内部实际工作方式的详细信息，请参见Agner Fog的微架构pdf和x86标签Wiki中的其他链接。

在16位模式下表现不同可能需要额外的硅片，因为它与禁用分页的32位模式非常相似，但具有不同的默认地址大小和操作数大小。

我已经阅读过AMD CPU在段具有非零基址时略微较慢。（或者我猜在16位模式下：当段寄存器本身被设置为非零值时，因为在16位模式下它们直接使用，而不是用作描述符的选择器。）

请记住，很多常见的16位习语像loop都很糟糕。

此外，如果不小心处理，部分寄存器减速可能会轻易地干扰乱序执行。Intel P6系列和SnB系列CPU单独重命名部分寄存器，因此写入AX不会对EAX / RAX的全部内容产生虚假依赖关系。在SnB之前的CPU上合并时可能会出现停顿，或者在Haswell之前的SnB上稍微减慢。

所有其他微架构都将mov ax，5视为对eax进行读取-修改-写入，因此它不会打破旧值ax的依赖链。如果不小心处理，这可能会对乱序执行造成巨大问题。

请阅读Agner Fog的手册以了解更多信息。

16位寻址模式可能表现不佳，我忘记了。32位代码不需要它们快速，64位代码根本不能使用16位地址。(64位代码中的地址大小前缀意味着地址大小= 32位。)

VEX编码指令（包括所有AVX和一些BMI1和BMI2整数指令，如 blsr 和 pext）在实模式或VM86模式下不可用。这个英特尔论坛主题（失效链接¹）表明，这可能是由于现有软件（NTVDM）将机器代码用作陷阱进入保护模式造成的。（即与VEX使用相同的LDS/LES非法操作数）。因此，使VEX编码指令仍然生成 #UD 对于向后兼容性非常重要。迈克尔·佩奇发表了评论：

0xc4 0xc4 0x60（Vm版本号）和0xc4, 0xc4, 0x58在90年代中期的16位代码中非常常见，甚至在NTVDM之前就已经被广泛使用。它们通常被我们这些试图确定是否在SoftPC中运行的人所使用。当时它们作为BOP代码被稀疏地记录下来。微软在90年代中期通过NT设备驱动程序包对它们进行了半文档化处理。这并不奇怪，因为NTVDM是基于SoftPC的。我找出了旧的NT DDK CD，并在文件ISVBOP.h中找到它们。

虽然如此，在实模式下仍然可以使用SSE，如果您使用正确的CR设置启用它。

(VEX/EVEX在16位保护模式下可用，但不适用于实模式或虚拟8086模式。 x86 32位汇编代码是否有效的x86 64位汇编代码？)

脚注1：链接失效，未在wayback机器中存档。英特尔可能只是重新组织了他们的论坛URL，但我没有去查找。