24保护模式软件体系结构

24保护模式软件体系结构内容摘要：

保护模式下存储器寻址 保护模式的存储器管理单元使用 48位存储器指针： 16位选择符， 32位偏移量 选择符放在段选择符寄存器中 偏移量放在其他用户可访问的 32位寄存器中 偏移量 32位，因此段的大小可以达到 4G字节 48位存储器指针称为虚拟地址（逻辑地址） 16位选择符中有 14位用于存储器段选择，虚拟空间中可容纳 16384个段，每段最大 4GB，因而虚拟地址空间最大 64TB 1. 虚拟地址空间的分段 在分段模型中， 64TB虚拟地址空间被分为 32TB的全局存储器地址空间和 32TB局部存储器地址空间 全局段 0 全局段 8192 局部段 0 局部段 8192 虚拟地址空间 64TB 局部地址空间 32TB 全局地址空间 32TB 2. 段式地址转换 虚拟地 址指针 GDT/LDT 选择符 偏移量 段 描述符 数据段描述符高速缓 冲寄存器（不可见） 数据段 操作数 DS EAX 2. 段式地址转换 CS DS SS ES FS GS 程序员可见 访 问 权 限 访问权限 基 址 界 限 0 19 20 51 52 63 段描述符高速缓冲寄存器（不可见） 2. 段式地址转换 例：假设虚拟地址为 0100:00000200H，禁止分页。 如果描述符中读出的段基址为 00030000H，那么操作数的物理地址是什么。 解： 将此虚拟地址转换成物理地址为 基地址 +偏移量 =00030000H+00002020H =00032020H 3. 分页机制 分段法：将程序分成可变长的若干段 分页法：将程序分成若干相同大小的页，每页长 4KB 如果不允许分页，那么分段机构确定的 32位线性地址即为物理地址；如果允许分页，就要将 32位线性地址通过两级表格结构转换成物理地址，第一级是页目录，第二级是页表 3. 分页机制 页目录长 4KB，包含最多 1024个页目录项，每个页目录项 4字节 7 6 5 4 3 2 1 0 0 0 A 0 0 U/S R/ W P 页表地址 0~3 位 OS 专用 0 页表地址 4~11 位 页表地址 12~19 位 0 1 2 3 3. 分页机制 页表的起始地址是 4K的整数倍，因此 32位地址的低 12位总为 0，用高 20位表示即可 7 6 5 4 3 2 1 00 0 A 0 0 U/S R/ W P页表地址 0~3 位 OS 专用 0页表地址 4~11 位页表地址 12~19 位U/S R/W 特权级 3 特权级 0~2 0 0 无 读 /写 0 1 无 读 /写 1 0 只读 读 /写 1 1 读 /写 读 /写 3. 分页机制 页表长 4KB，包含最多 1024个页面项，每项 4字节 7 6 5 4 3 2 1 0 0 D A 0 0 U/S R/ W P 页面地址 0~3 位 OS 专用 0 页面地址 4~11 位 页面地址 12~19 位 0 1 2 3 页面的起始地址为 4K的整数倍，所以 32位页面地址只用高 20位 D位：对所涉及页面进行写操作时， D置 1 3. 分页机制 整个存储器有一个页目录，它最多有 1024个页目录项，每个页目录项可含有 1024个页面项 —— 共有 10241024=1M个页面，每页面 4KB，存储器大小正好 4GB 目录 页 偏移量 31 22 21 12 11 0 线性地址格式 3. 分页机制 线性地址 页目录 目录 偏移量 页目录项 页面 操作数 页 CR3 页表 页表项 3. 分页机制 TLB—— 转换后援缓冲器 TLB为一个 Cache，其中保存了 32个最近使用的页转换地址。 若访问同样的存储区域，则不必再访问页目录和页表 ，可以加快程序的运行。 例：对于线性地址 00000000H~00000FFFH，将选中页目录项 0和页表项 0。 若页表项 0包含的地址为00100000H，则线性地址 00000000H~00000FFFH对应的物理地址为 00100000H~00100FFFH 虚拟 8086模式 保护模式的子模式 在保护模式下，只要将 EFLAGS寄存器的 VM位置 1，处理器便进入 V86模式。 将 VM位清 0，处理器便又退回保护模式 当处理器处于 V86模式时，段寄存器的使用与实模式相同。 通过分页操作， V86的 1MB地址空间可以转换到Pentium的 4GB空间的任何地方 Win32汇编语言程序设计 一、 Win32汇。