二章节内存寻址.ppt
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1、,第二章 内存寻址,Linux系统地址映射示例,内存寻址操作系统设计的硬件基础之一,操作系统横跨软件和硬件的桥梁 内存寻址操作系统设计的硬件基础之一 操作系统的设计者必须在硬件相关的代码与硬件无关的代码之间划出清楚的界限,以便于一个操作系统很容易地移植到不同的平台。 在这众多的平台中,大家最熟悉的就是i386,即Intel80386体系结构。因此,我们所介绍的内存寻址也是以此为背景。,内存寻址的不同时期,石器时期8位寻址,在微处理器的历史上,第一款微处理器芯片4004是由Intel推出的,4位。 在4004之后,intel推出了一款8位处理器叫8080,它有1个主累加器(寄存器A)和6个次累加
2、器(寄存器B,C,D,E,H和L) 那时没有段的概念,访问内存都要通过绝对地址,因此程序中的地址必须进行硬编码(给出具体地址),而且也难以重定位,青铜时期“段”的引入,intel开发出的16位的处理器叫8086,标志着Intel X86王朝的开始,同时引入了“段 ”概念。 段描述了一块有限的内存区域,区域的起始位置存在专门的寄存器(段寄存器)中。 8086处理器地址线扩展到了20位,寻址空间到了1M 也就是把1M大的空间分成数个64k的段来管理(化整为零了)。 把16位的段地址左移动4位后,再与16位的偏移量相加便可获得一个20位的内存地址,,白银时期“保护模式”的引入,intel的80286
3、处理器于1982年问世 。 地址总线位数增加到了24位 。 从此开始引进了一个全新理念保护模式 访问内存时不能直接从段寄存器中获得段的起始地址了,而需要经过额外转换和检查 。 80286处理器一些致命的缺陷注定不能长久,它很快被天资卓越的兄弟80386代替了,黄金时期内存寻址的飞跃,80386是一个32位的CPU,其寻址能力达到4GB Intel选择了在段寄存器的基础上构筑保护模式,并且保留段寄存器16位 在保护模式下,它的段范围不再受限于64K,可以达到4G 这真正解放了软件工程师,他们不必再费尽心思去压缩程序规模,软件功能也因此迅速提升 从80386以后,Intel的CPU经历了80486
4、、Pentium、PentiumII、PentiumIII等型号,但基本上属于同一种系统结构的改进与加强,而无本质的变化,所以我们把80386以后的处理器统称为IA32(32 Bit Intel Architecture)。,IA32寄存器简介, 把16位的通用寄存器、标志寄存器以及指令指针寄存器扩充为32位的寄存器 段寄存器仍然为16位。 增加4个32位的控制寄存器 增加4个系统地址寄存器 增加8个调式寄存器 增加2个测试寄存器,常用寄存器简介,通用寄存器 8个通用寄存器是8086寄存器的超集,它们分别为:EAX ,EBX ,ECX ,EDX ,EBP ,EBP, ESI及 EDI 段寄存器
5、 8086中有4个16位的段寄存器:CS、DS、SS、ES,分别用于存放可执行代码的代码段、数据段、堆栈段和其他段的基地址。 这些段寄存器中存放的不再是某个段的基地址,而是某个段的选择符(Selector) 段基地址存放在段描述符表(Descriptor )中,表的索引就是选择符,常用寄存器简介,指令指针寄存器 指令指针寄存器EIP中存放下一条将要执行指令的偏移量(offset ),这个偏移量是相对于目前正在运行的代码段寄存器CS而言的。偏移量加上当前代码段的基地址,就形成了下一条指令的地址。 EIP中的低16位可以被单独访问,给它起名叫指令指针IP寄存器,用于16位寻址。 标志寄存器 标志寄
6、存器EFLAGS存放有关处理器的控制标志,很多标志与16位FLAGS中的标志含义一样。,用于分页机制的控制寄存器,物理地址、虚拟地址及线性地址,将主板上的物理内存条所提供的内存空间定义为物理内存空间,其中每个内存单元的实际地址就是物理地址 将应用程序员看到的内存空间定义为虚拟地址空间(或地址空间),其中的地址就叫虚拟地址(或虚地址), 一般用“段:偏移量”的形式来描述 线性地址空间是指一段连续的,不分段的,范围为0到4GB的地址空间,一个线性地址就是线性地址空间的一个绝对地址。,地址之间的转换保护模式下的寻址,CPU,MMU,内存,磁盘 控制器,总线,CPU把虚地址送给MMU,MMU把物理地址
7、送给存储器,地址之间的转换MMU机制,段机制,段是虚拟地址空间的基本单位,段机制必须把虚拟地址空间的一个地址转换为线性地址空间的一个线性地址。 用三个方面来描述段 段的基地址(Base Address):在线性地址空间中段的起始地址。 段的界限(Limit):在虚拟地址空间中,段内可以使用的最大偏移量。 段的保护属性(Attribute): 表示段的特性。例如,该段是否可被读出或写入,或者该段是否作为一个程序来执行,以及段的特权级等等。,虚拟线性地址的转换,虚拟地址空间,段描述符表段表,如图所示的段描述符表(或叫段表)来描述转换关系。段号描述的是虚拟地址空间段的编号,基地址是线性地址空间段的起
8、始地址。 段描述符表中的每一个表项叫做段描述符,0 1 2,索引 (段号),保护模式下的其他描述符表简介,全局描述符表GDT(Gloabal Descriptor Table) 中断描述符表IDT(Interrupt Descriptor Table) 局部描述符表LDT(Local Descriptor Table) 为了加快对这些表的访问,Intel设计了专门的寄存器,以存放这些表的基地址及表的长度界限 。这些寄存器只供操作系统使用。 有关这些表的详细内容请参看有关保护模式的参考书。,保护模式下段寄存器中存放什么,存放索引或叫段号,因此,这里的段寄存器也叫选择符,即从描述符表中选择某个段。
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