計算機尋址

1、32位cpu地址總線擴展成了32位，這和數(shù)據(jù)總線的寬度是一致的。因此，在32位機里其實并不需要采用“物理地址=段：偏移”這種地址表達方式。原來在16位機里規(guī)定的每一個段不大于64kb在32位機里也不是必要的。所以，對于32位機來講，最簡單的方法就是用一個32位數(shù)來標識一個字節(jié)的存儲地址，尋址時只要給出一個32位數(shù)就可以直接找到地址。這種地址儲存模型就屬于“平展儲存模型”。但是，新產(chǎn)品一般都希望遵循“向下兼容”這個原則。所以，32位機里完

2、整的保留了16位尋址模式。即：尋址能力為1M；分段機制；每段不超過64kb。這就是通常所說的“實模式“。在地址儲存模型中屬于“實地址儲存模型”。其次，考慮到程序通常都是功能化的模塊，所以分段雖然不是必要的，但分段卻能大大提高編程者管理程序的效率。故而32位機也采用了段偏移的模式來尋址。但與實模型不同的是，由于地址線和數(shù)據(jù)線寬度一致，因而，每個段最大可以到4G，并且段基址也是32位的無需進行左移處理。在地址儲存模型中這屬于“段地址儲存模型

3、”。然而需要注意的是，在32位機里，雖然通用寄存器，標志寄存器等都擴展成了32位，但是段寄存器卻依然是16位的（為什么不做改變？？我猜可能是這樣便于向下兼容）。所以在32位尋址時，段寄存器里放的不再是段基址（位數(shù)不夠，放不下）而是一個選擇子。這個選擇子對應了一個64bit長的描述符，64bit的描述符里有32bit是段基址。所以原來在16位機里通過段寄存器一步就可以找到段基址，而現(xiàn)在在32位機里分成了兩步：先找選擇子，然后通過選擇子找段

4、基址。段基址找到了，再加上偏移地址，物理地址就找到了?？礃幼樱?2位段模式尋址已經(jīng)介紹清楚了。其實，這里頭的故事還遠沒有講完。在上面簡述的過程中，很容易發(fā)現(xiàn)有兩個問題沒有交待。（1）CPU是如何將選擇子與描述符對應起來的？（2）既然是64bit的描述符，32位用來表示基地址，那么余下的32位是干什么用的？另外，當32位機發(fā)展起來的同時，操作系統(tǒng)也有了長足進步，單任務模式的DOS被多任務的windows所取代。也就是說，現(xiàn)在駐留在內存中的

5、往往不止是一個程序，而很可能是多個程序同時在內存中?，F(xiàn)在又沒有了段大小的限制，程序之間便很有可能相互搶地址，如果核心程序被破壞，計算機就會崩潰。這就好比在馬路上走車，如果只有一輛車開，怎么開都可以，但是如果車多了不制定個交通規(guī)則，車便會搶道，道路就會癱瘓。所以，在多任務的情況下，必須給尋址也制定一個“交通規(guī)則”，這樣才能保證多任務系統(tǒng)有序的工作。制定什么樣的規(guī)則呢？首先，既然程序是在無意識的情況下?lián)屨剂藙e的程序的地址，那么如果在尋址時包

6、含一個查詢的過程就可以有效的避免搶地址的情況發(fā)生。也就是說，先得問一問那個地址是去找到這片新天地。人就是在這樣的前行中不斷讓事情變得更完美。到這里，我們對于尋址過程的了解，只是開了一個頭而已，但這是一個好頭，我們體會到了32位cpu的強大優(yōu)勢。這足以讓我們對完整的32位CPU尋址充滿了期待。讓我們鼓舞士氣，沿著前人的足跡繼續(xù)前行吧！我們知道，程序代碼和數(shù)據(jù)必須駐留在內存中才能得以運行，然而系統(tǒng)內存數(shù)量很有限，往往不能容納一個完整程序的所

7、有代碼和數(shù)據(jù)，更何況現(xiàn)在是多任務系統(tǒng)，想讓內存駐留所有任務程序顯然不太可能。老式系統(tǒng)就是將程序分割成小份，只讓當前系統(tǒng)運行它所有需要的那部分留在內存，其它部分都留在硬盤。當系統(tǒng)處理完當前任務片段后，再從外存中調入下一個待運行的任務片段，而且這個工作是由程序員自行完成。顯然這增加了程序員的負擔。由此針對多任務系統(tǒng)發(fā)展了一種虛擬內存技術。虛擬內存技術就是一種由操作系統(tǒng)接管的按需動態(tài)內存分配的方法，它允許程序不知不覺中使用大于實際物理空間大小

8、的存儲空間(其實是將程序需要的存儲空間以頁的形式分散存儲在物理內存和磁盤上)。虛擬內存是將系統(tǒng)硬盤空間和系統(tǒng)實際內存聯(lián)合在一起供進程使用給進程提供了一個比內存大得多的虛擬空間。在程序運行時，把虛擬地址空間的一小部分映射到內存，其余都存儲在硬盤上（也就是說程序虛擬空間就等于實際物理內存加部分硬盤空間）。當被訪問的虛擬地址不在內存時，則說明該地址未被映射到內存，而是被存貯在硬盤中，因此需要的虛擬存儲地址隨即被調入到內存；同時當系統(tǒng)內存緊張時

9、，也可以把當前不用的虛擬存儲空間換出到硬盤，來騰出物理內存空間。這樣，為了提高系統(tǒng)性能，發(fā)展了虛擬內存技術，那么相應的，32位cpu也應該發(fā)展新的尋址技術來管理虛擬內存。這是通過頁機制頁機制來實現(xiàn)的。因為使用頁機制的原因，前面提到的通過段機制轉換得到的地址僅僅是作為一個中間地址——線性地址了，該地址不代表實際物理地址，而是代表整個進程的虛擬空間地址。還得有一個將虛擬地址轉換成物理地址的過程。讓我們來認識一下頁機制。它就是把內存分成一個一

10、個連續(xù)的頁，每頁大小4kb。與段不同，頁不是程序功能塊的體現(xiàn)。一個程序功能塊可能占用好多個頁?，F(xiàn)在內存就像一本書了，一頁一頁的，每頁的容量都是相等的。當然，我們很快可以聯(lián)想到，要想能夠很快的找到某頁，最好給這本書分個章或者節(jié)什么的，然后逐級地向下查詢。這就是32位cpu里頁目錄和頁表所起的作用。頁目錄的長度是4kb，它最多可以包含1024個頁目錄項，每個頁目錄項32bit，包含了頁表的地址和有關信息。所以，頁目錄把4Gb空間分成了102