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第一章基础知识
第二章计算机组织结构
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第二章计算机组织结构
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第一章基础知识
第二章计算机组织结构
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第二章计算机组织结构
机器规定:从0地址开始,每16个字节为一小段。
段地址的选取不是任意的,计算机规定:20位二进制的地址值中,只有低4位地址值为0的地址才能作为段地址使用。在1M空间中,可以有以下的地址作为段地址使用:
00000H
00010H
……
41230H
41240H
……
FFFE0H
FFFF0H
很明显,共有64K个小段的首地址。
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第二章计算机组织结构
80386的地址总线扩展到了32位,可寻址空间一下扩充为4G,更为先进的是在保护模式下,它的段范围不再受限于可怜的64K,可以达到4k-4G。
保护模式和实模式好比一对孪生兄弟,从程序角度来看几乎看不出什么区别,它们都是通过段寄存器去访问内存地址,都通过中断和设备驱动程序来操作硬件,表面上能感觉得到的差异就是保护模式能访问的空间是4G,而实模式只能访问到1M的地址空间。
但实际上保护模式和实模式采用了两种截然不同的思路,保护模式带来的最可贵的优点不是单纯的扩大了内存寻址范围,而是对内存寻址从机制上提供了保护,将系统的执行空间按权限进行了化分。
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第二章计算机组织结构
为什么需要保护?
如今的系统需要支持多个用户同时运行多个任务。为了防止你去破坏别人的任务,系统有责任将每个任务隔离开来,让大家各自运行在不同的空间,免收干扰。这就是保护的第一个方面——任务间保护,要做到任务间保护需要借助虚拟内存技术(我们后面分析它),其基础之一就是保护模式。
除了任务间保护外,另一个必须保护的东西就是操作系统本身,它可是资源调配的首脑呀!决不能让你有机可承,擅自进入。必须有一道铁丝网,将你和操作系统隔离开,要想拉起这道铁丝网,就需要借助保护模式中的特权级机制。操作系统放在高特权级里,你的任务被放在低特权级里。你没有权利去偷看操作系统的内容。有什么要求只能请示“领导”(就是保护机制),获得拼准后才能给你提供服务。这点可谓是保护模式的最直接应用。
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第二章计算机组织结构
我们知道段方式寻址时,是直接从段寄存器中取得的段的首地址,但是在保护模式中是要多经过一次检查手续才能获得想要的段地址。
虽然80386有的通用寄存器(EAX,EDI等等)被扩充倒了32位,但是其中的段寄存器(DS,ES等)仍然只有16位,显然不可能再用16位的段寄存器直接存放4G空间需要的32位地址了,所以必须引入了一种间接办法——将段寄存器存放的地址换成一个索引指针,寻址时不再是从段寄存器种去地址,而是先取指针,再通过该指针搜索一个系统维护的“查找表”读出所需段的具体信息。
保护模式中,对段的处理,不再简简单单是16位的段了,而是16位的段选择符,要到GDT或者LDT中去查找段的位置。用于定义内存段的表有两种:全局描述符表(GDT)和局部描述符表(LDT)。GDT是一个段描述符数组,其中包含所有应用程序都可以使用的基本描述符。在实模式中,段长是固定的(为64KB),而在保护模式中,段长是可变的,其最大可达4GB。LDT也是段描述符的一个数组。与GDT不同,LDT是一个段,其中存放的是局部的、不需要全局共享的段描述符。
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第二章计算机组织结构
每一个操作系统都必须定义一个GDT,而每一个正在运行的任务都会有一个相应的LDT。每一个描述符的长度是8个字节,格式如下图所示。
GDT和LDT是在内存中的,由OS设置。