32位cpu寻址小结

32位cpu 地址线扩展成了32位，这和数据线的宽度是共同的。因而，在32位机里其实并不需求选用“物理地址=段：偏移”这种地址表达方式。本来在16位机里规矩的每一个段不大于64kb在32位机里也不是必要的。所以，关于32位机来讲，最简略的办法便是用一个32位数来标识一个字节的存储地址，寻址时只需给出一个32位数就能够直接找到地址。这种地址贮存模型就归于“平展贮存模型”。

可是，新产品一般都期望遵从“向下兼容”这个准则。所以，32位机里完好的保留了16位寻址方式。即：寻址才干为1M；分段机制；每段不超越64kb。这便是一般所说的”实方式”。在地址贮存模型中归于“实地址贮存模型”。

其次，考虑到程序一般都是功用化的模块，所以分段尽管不是必要的，但分段却能大大进步编程者办理程序的功率。故而32位机也选用了段+偏移的方式来寻址。但与实模型不同的是，由于地址线和数据线宽度共同，因而，每个段最大能够到4G，并且段基址也是32位的无需进行左移处理。在地址贮存模型中这归于“段地址贮存模型”。可是需求留意的是，在32位机里，尽管通用寄存器，标志寄存器等都扩展成了32位，可是段寄存器却依然是16位的（为什么不做改动？？我猜或许是这样便于向下兼容）。所以在32位寻址时，段寄存器里放的不再是段基址（位数不行，放不下）而是一个挑选子。这个挑选子对应了一个64-bit长的描绘符，64-bit的描绘符里有32-bit是段基址。所以本来在16位机里经过段寄存器一步就能够找到段基址，而现在在32位机里分红了两步：先找挑选子，然后经过挑选子找段基址。段基址找到了，再加上偏移地址，物理地址就找到了。看样子，32位段方式寻址现已介绍清楚了。其实，这儿头的故事还远没有讲完。

在上面简述的进程中，很简略发现有两个问题没有交待。（1）CPU是如何将挑选子与描绘符对应起来的？（2）已然是64-bit的描绘符，32位用来表明基地址，那么余下的32位是干什么用的？其他，当32位机开展起来的一起，操作体系也有了长足进步，单使命方式的DOS被多使命的windows所替代。也便是说，现在驻留在内存中的往往不止是一个程序，而很或许是多个程序一起在内存中。现在又没有了段巨细的约束，程序之间便很有或许彼此抢地址，假如中心程序被损坏，计算机就会溃散。这就比方在马路上走车，假如只需一辆车开，怎样开都能够，可是假如车多了不拟定个交通规矩，车便会抢道，路途就会瘫痪。所以，在多使命的状况下，有必要给寻址也拟定一个“交通规矩”，这样才干确保多使命体系有序的作业。拟定什么样的规矩呢？首要，已然程序是在无意识的状况下抢占了其他程序的地址，那么假如在寻址时包括一个查询的进程就能够有用的防止抢地址的状况产生。也便是说，先得问一问那个地址是不是现已有程序段占用了？一起已占上地址的程序段除了奉告CPU自己的基地址外还应该告知CPU自己的长度信息。这样其他程序段才干便利地查询。第二，多使命寻址最好应该包括优先级其他内容，已备紧急状况下为中心程序让道。这比方在马路上，一般状况下车是遵守规矩的，但假如是警车或救护车履行使命时，就能够优先抢占其他车的道。所以，还应该界说一个优先级。然后，由占上地址的程序段告知CPU自己的优先等级。总的来讲，本来在16位机里很单纯的一个“段”的概念现在变得杂乱了。如同人的生长进程，刚开始的时分思想总是很天真的，相应的也只能处理简略的问题，只需当你的思想脱节天真的时分，才有才干处理更为杂乱的作业。现在CPU脱节了天真的16位，它在描绘“段”的时分当然不应该像16位时那么浅薄。在32位机里，“段”有三个要素：基地址，长度，特点（特点里包括了优先级和其它的一些内容）。为了能一次完好的引证或许给出这三个要素，需求新界说一个数据结构。这个结构便是前面所说到的描绘符，每一个描绘符都占有64-bit，有满意的长度来包括段的三个要素。当然，现在内存中不止一个程序，并且程序也不止一个段，所以描绘符也不会有一个，而是许多个。最简略的办理办法，便是将一切的描绘符会集起来放在一块接连的存储空间里，然后给各个描绘符排上序号。当要找某一个特定的描绘符时，只需先找到这块接连的存储空间然后给出序号就能够了。这些会集起来的描绘符形成了一张表，所以一般被叫做描绘符表。所以，想找到一个段的信息，首要要找到描绘符表。也便是说，找特定的描绘符先要知道描绘符表的基地址。在32位cpu中，有一个48位的专用寄存器用来寄存大局描绘符表的信息，这个寄存器叫做GDTR。其间，高32位给出了大局描绘符表的基地址，低16位给出了描绘符表的长度约束。所以，一张大局描绘符表最长能够是64kb。那么，最多能够放64kb/8b=8k个描绘符。所以假如想在其间挑选恣意一个描绘符，用13位就能够办到了。在32位cpu中，16位段寄存器的高13位就用来寄存特定描绘符的序号。其实，现在段寄存器的功用便是挑选描绘符，正由于如此，一般也把段寄存器叫做挑选器。那么，经过冗长的介绍，现在32位段寻址的进程现已大体模糊浮现在眼前了：在段寄存器里找到序号，在GDTR中找到大局描绘符表的基地址，然后就能够找到意图描绘符。再从描绘符中取出段的基地址，然后加上偏移地址，这样就得到了段的“物理地址”。

真是令人振奋，这样的寻址进程为履行多使命供给了有力的确保，能够幻想这是计算机履行功用上的一次腾跃！从此高速的cpu再也不会为无用武之地忧愁了，它能够最大极限的发挥自己速度快的优势，一起处理好多个使命。是的，当咱们眼前呈现了新的现象的时分，咱们有理由振奋。可是，咱们不应该就此满意。咱们应该沿着新天地撇给咱们的一丝亮光，持续前行，去找到这片新天地。人便是在这样的前行中不断让作业变得更完美。到这儿，咱们关于寻址进程的了解，仅仅开了一个头罢了，但这是一个好头，咱们领会到了32位cpu的强壮优势。这足以让咱们对完好的32位CPU寻址充满了等待。让咱们鼓舞士气，沿着前人的脚印持续前行吧！

咱们知道，程序代码和数据有必要驻留在内存中才干得以运转，可是体系内存数量很有限，往往不能包容一个完好程序的一切代码和数据，更何况现在是多使命体系，想让内存驻留一切使命程序明显不太或许。旧式体系便是将程序分割成小份，只让当时体系运转它一切需求的那部分留在内存，其它部分都留在硬盘。当体系处理完当时使命片段后，再从外存中调入下一个待运转的使命片段，并且这个作业是由程序员自行完结。明显这增加了程序员的担负。
由此针对多使命体系开展了一种虚拟内存技能。虚拟内存技能便是一种由操作体系接收的按需动态内存分配的办法，它答应程序不知不觉中运用大于实践物理空间巨细的存储空间(其实是将程序需求的存储空间以页的方式涣散存储在物理内存和磁盘上)。 虚拟内存是将体系硬盘空间和体系实践内存联合在一起供进程运用,给进程供给了一个比内存大得多的虚拟空间。在程序运转时，把虚拟地址空间的一小部分映射到内存，其他都存储在硬盘上（也便是说程序虚拟空间就等于实践物理内存加部分硬盘空间）。当被拜访的虚拟地址不在内存时，则阐明该地址未被映射到内存，而是被存贮在硬盘中，因而需求的虚拟存储地址随即被调入到内存；一起当体系内存严重时，也能够把当时不必的虚拟存储空间换出到硬盘，来腾出物理内存空间。 这样，为了进步体系功用，开展了虚拟内存技能，那么相应的，32位cpu也应该开展新的寻址技能来办理虚拟内存。 这是经过页机制来完成的。
由于运用页机制的原因，前面说到的经过段机制转化得到的地址仅仅是作为一个中心地址——线性地址了，该地址不代表实践物理地址，而是代表整个进程的虚拟空间地址。还得有一个将虚拟地址转化成物理地址的进程。

让咱们来认识一下页机制。它便是把内存分红一个一个接连的页，每页巨细4kb。与段不同，页不是程序功用块的表现。一个程序功用块或许占用好多个页。现在内存就像一本书了，一页一页的，每页的容量都是持平的。当然，咱们很快能够联想到，要想能够很快的找到某页，最好给这本书分个章或许节什么的，然后逐级地向下查询。这便是32位cpu里页目录和页表所起的效果。页目录的长度是4kb，它最多能够包括1024个页目录项，每个页目录项32-bit，包括了页表的地址和有关信息。所以，页目录把4Gb空间分红了1024个页组，每个页组4MB的巨细。页表的长度也是4kb，1024个页表项，每个页表项32-bit，包括页的地址和其它信息。这样，4MB的页组又被分红了1024个页面，每个页面巨细4kb。所以找到某一个页便是先查页目录再查页表这么一个进程。为了找到页目录，咱们需求知道其基地址。在32位cpu里，CR3寄存器里高20位放的便是页目录的地址，由于页目录的低12位总是0，这样确保页目录始终是页对齐的（每页巨细4kB）。再来看一看前面经过32位段机制找到的线性地址。其高10位是页目录的偏移地址，总共1024个页目选用10位就能够标识或许的最大偏移了。加上CR3，就能够找到页目录，然后再经过页目录找到页表的基地址，线性地址的中心10位放的是页表的偏移量，这样就找到了页表。终究页表的基地址再加上CR3最低12位所表征的页表的偏移地址就找到了页，这个页的地址便是终究的物理地址。

前面说到，之所以选用页机制是为了虚拟内存技能。所以页目录也好，页表也好，除了地址信息外还有一些特点信息，比方，当时页表是不是在内存中等等。这样才干便利体系办理虚拟内存施行换进换出的功用。这儿就不胪陈了。

总的来讲，32位寻址先经过32位段机制找到一个32位地址，假如没有选用分页，那么它便是物理地址。不然，仅仅一个线性地址，然后再经过CR3，页目录，页表找到页的地址，它才是终究的物理地址。其实，还用许多细节没有涉及到，比方这儿说到的描绘符表是大局描绘符表，实践上还有部分描绘符表，再比方描绘符只要点介绍了地址位，优先级位和其它特点位都没有介绍。可是，一个完好的寻址图画现已展现在咱们眼前了。它包括了32位CPU里的一切重要机制。剩余的问题无妨采纳暂不干预，现用现学的办法。