微机原理第2章_3

微机原理及应用,信息与电气工程学院,第2章微处理器内部结构(5学时),2.3微处理器存储器组织2.3.1IA-32工作方式2.3.2实方式的逻辑段2.3.3保护方式的段页管理,2.3.1IA-32工作方式,实地址方式与8086具有相同的基本结构只能寻址1MB物理存储器空间段基地址和偏移量都用16位表示逻辑段最大不超过64KB可以使用32位操作数和32位寻址方式保护方式能发挥微处理器全部功能可寻址4GB物理存储器段基地址和偏移量都用32位表示段页式存储管理，特权与保护能力虚拟8086方式保护方式下的类似实方式的运行环境在1MB存储空间下使用“16位段”,16位段,32位段,2.3.2实方式的逻辑段信息存储,基本单位是二进制位(bit)，表达0或1一个字节(Byte)8个二进制位一个字(Word)16个二进制位2个字节一个双字(DoubleWord)32个二进制位4个字节一个4字(QuadWord)64个二进制位8个字节最低有效位LSB：是D0位最高有效位MSB：对应字节、字、双字和4字数据依次是D7，D15，D31和D63现代计算机采用字节寻址每个存储单元有一个存储器地址表示存放一个字节量的数据,2.3.2实方式的逻辑段实方式的逻辑段,主存空间1M(220)个字节存储单元物理地址范围：00000HFFFFFH程序设计时进行分段管理，但有两个限制每个逻辑段最大为64KB逻辑段只能开始于低4位地址全为0的物理地址处逻辑地址段地址偏移地址16位段寄存器保存20位段起始物理地址的高16位偏移地址也用16位数据表示物理地址段地址10H偏移地址,2.3.2实方式的逻辑段实方式的逻辑段,2.3.3保护方式的段页管理段选择器,保护方式的16位段寄存器被定义为段选择器包含3个域，指向一个段描述符索引域：记录段描述符在“描述符表”内的位置表指示位TI：指示要寻址的描述符表请求特权层RPL：反映请求本次存取的特权级别,2.3.3保护方式的段页管理描述符,8个字节(64位)，有两类段描述符：“描述”逻辑段的属性段界限：反映该段的长度，用于存储空间保护基地址：给出段基地址，用于形成物理地址访问权字节：说明该段的访问权限，用于特权保护门描述符：用于程序转移的保护,2.3.3保护方式的段页管理描述符,2.3.3保护方式的段页管理段式和页式存储管理,分段：将程序按照逻辑关系分成可大可小的模块逻辑地址段基地址偏移地址16位段选择器(段寄存器)段描述符32位段基地址EIP，ESP，EA32位偏移地址线性地址段基地址偏移地址分页：将程序分成为若干个大小相同的模块不分页式：物理地址线性地址分页管理：线性地址通过2级查表转换为物理地址CR3寄存器页目录项页表项偏移量物理地址,2.3.3保护方式的段页管理段式和页式存储管理,2.3.3保护方式的段页管理分页管理的地址转换(1),分页管理机构将32位线性地址分成3个域目录索引域(10位)表索引域(10位)偏移量域(12位),2.3.3保护方式的段页管理分页管理的地址转换(2),目录索引域(10位)用于在页目录表中查找一个页目录项(共210项)基地址由控制寄存器CR3的高20位加12个0给出偏移地址(12位)=目录索引*4物理地址=基地址+偏移地址,2.3.3保护方式的段页管理分页管理的地址转换(3),表索引域(10位)用于在页表中查找一个页表项(共210项)基地址由一级查询找到的页目录项的高20位加12个0给出偏移地址(12位)=表索引*4物理地址=基地址+偏移地址,2.3.3保护方式的段页管理分页管理的地址转换(4),偏移量(12位)基地址由二级查询找到的页表项的高20位加12个0给出提供计算物理地址所需的偏移地址物理地址=基地址+偏移量,2.3.3保护方式的段页管理分页管理的地址转换(5),例如：设某存储单元的线性地址为25674890H，CR3=28345XXXH，求该存储单元的物理地址。将线性地址25674890H分成3个域,2.3.3保护方式的段页管理分页管理的地址转换(6),一级查询根据CR3=28345XXXH，页目录表基地址=28345000H根据目录索引95H，页目录项偏移地址=95H*4=254H页目录项物理地址=28345000H+254H=28345254H设该页目录项的内容为00200021H,2.3.3保护方式的段页管理分页管理的地址转换(7),二级查询根据页目录项的内容00200021H，页表基地址=00200000H根据表索引274H，页表项偏移地址=274H*4=9D0H页表项物理地址=00200000H+9D0H=002009D0H设该页表项的内容为34567021H,2.3.3保护方式的段页管理分页管理的地址转换(8),物理地址根据页表项的内容34567021H，页帧基地址=34567000H存储单元偏移地址=890H存储单元物理地址=34567000H+890H=34567890H,小结,了解微处理器的基本结构熟悉8086、80386微处理器的结构掌握I