計(jì)算機(jī)軟件課次

計(jì)算機(jī)軟件課次第1頁，共48頁，2023年，2月20日，星期四圖3.10數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中的存放第2頁，共48頁，2023年，2月20日，星期四若存放的是字型數(shù)據(jù)(16位二進(jìn)制數(shù))，則將字的低位字節(jié)存放在低地址單元，高位字節(jié)存放在高地址單元。如從地址0011FH開始的兩個(gè)連續(xù)單元中存放一個(gè)字型數(shù)據(jù)，則該數(shù)據(jù)為DF46H，記為：(0011FH)=DF46H。若存放的是雙字型數(shù)據(jù)(32位二進(jìn)制數(shù)，這種數(shù)一般作為地址指針，其低位字是被尋址地址的偏移量，高位字是被尋址地址所在段的段地址)，這種類型的數(shù)據(jù)要占用連續(xù)的4個(gè)存儲(chǔ)單元，同樣，低字節(jié)存放在低地址單元，高字節(jié)存放在高地址單元。如從地址E800AH開始的連續(xù)4個(gè)存儲(chǔ)單元中存放了一個(gè)雙字型數(shù)據(jù)，則該數(shù)據(jù)為66A65E65H，記為：(E800AH)=66A65E65H。第3頁，共48頁，2023年，2月20日，星期四

2．存儲(chǔ)器的段結(jié)構(gòu)8086/8088CPU中有關(guān)可用來存放地址的寄存器如IP、SP等都是16位的，故只能直接尋址64KB。為了對(duì)1M個(gè)存儲(chǔ)單元進(jìn)行管理，8086/8088采用了段結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器管理方法。8086/8088將整個(gè)存儲(chǔ)器分為許多邏輯段，每個(gè)邏輯段的容量小于或等于64KB，允許它們在整個(gè)存儲(chǔ)空間中浮動(dòng)，各個(gè)邏輯段之間可以緊密相連，也可以互相重疊。用戶編寫的程序(包括指令代碼和數(shù)據(jù))被分別存儲(chǔ)在代碼段、數(shù)據(jù)段、堆棧段和附加數(shù)據(jù)段中，這些段的段地址分別存儲(chǔ)在段寄存器CS、DS、SS和ES中，而指令或數(shù)據(jù)在段內(nèi)偏移地址可由對(duì)應(yīng)的地址寄存器或立即數(shù)給出，如表3.8所示。第4頁，共48頁，2023年，2月20日，星期四表3.8存儲(chǔ)器操作時(shí)段地址和段內(nèi)偏移地址的來源

存儲(chǔ)器操作類型

段地址

偏移地址

正常來源

其他來源取指令

CS

無

IP

存取操作數(shù)

DSCS、ES、SS

有效地址EA通過BP尋址存取操作數(shù)

SS

CS、ES、SS

有效地址EA堆棧操作

SS

無

BP、SP

源字符串

DS

CS、ES、SS

SI

目的字符串

ES無

DI第5頁，共48頁，2023年，2月20日，星期四如果從存儲(chǔ)器中讀取指令，則段地址來源于代碼段寄存器CS，偏移地址來源于指令指針寄存器IP。如果從存儲(chǔ)器讀/寫操作數(shù)，則段地址通常由數(shù)據(jù)段寄存器DS提供(必要時(shí)可通過指令前綴實(shí)現(xiàn)段超越，將段地址指定為由CS、ES或SS提供)，偏移地址則要根據(jù)指令中所給出的尋址方式確定，這時(shí)，偏移地址通常由寄存器BX、SI、DI以及立即數(shù)等提供，這類偏移地址也被稱為“有效地址”(EA)。如果操作數(shù)是通過基址寄存器BP尋址的，則此時(shí)操作數(shù)所在段的段地址由堆棧段段寄存器SS提供(必要時(shí)也可指定為CS、SS或ES)(詳見第4章“尋址方式”一節(jié))。第6頁，共48頁，2023年，2月20日，星期四如果使用堆棧操作指令(PUSH或POP)進(jìn)行進(jìn)棧或出棧操作，以保護(hù)斷點(diǎn)或現(xiàn)場，則段地址來源于堆棧段寄存器SS，偏移地址來源于堆棧指針寄存器SP?(詳見本節(jié)“4.堆棧操作”)。如果執(zhí)行的是字符串操作指令，則源字符串所在段的段地址由數(shù)據(jù)段寄存器DS提供(必要時(shí)可指定為CS、ES或SS)，偏移地址由源變址寄存器SI提供；目的字符串所在段的段地址由附加數(shù)據(jù)段寄存器ES提供，偏移地址由目的變址寄存器DI提供。以上這些存儲(chǔ)器操作時(shí)段地址和偏移地址的約定是由系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)事先已規(guī)定好的，編寫程序時(shí)必須遵守這些約定。第7頁，共48頁，2023年，2月20日，星期四3．邏輯地址與物理地址由于采用了存儲(chǔ)器分段管理方式，8080/8088CPU在對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行訪問時(shí)，根據(jù)當(dāng)前的操作類型(取指令或存取操作數(shù))以及讀取操作數(shù)時(shí)指令所給出的尋址方式，CPU就可確定要訪問的存儲(chǔ)單元所在段的段地址以及該單元在本段內(nèi)的偏移地址(如表3.8所示)。我們把通過段地址和偏移地址來表示的存儲(chǔ)單元的地址稱為邏輯地址，記為：段地址：偏移地址。CPU在對(duì)存儲(chǔ)單元進(jìn)行訪問時(shí)，必須在20位的地址總線上提供一個(gè)20位的地址信息，以便選中所要訪問的存儲(chǔ)單元。我們把CPU對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行訪問時(shí)實(shí)際尋址所使用的20位地址稱為物理地址。

第8頁，共48頁，2023年，2月20日，星期四物理地址是由CPU內(nèi)部總線接口單元BIU中的地址加法器根據(jù)邏輯地址產(chǎn)生的。由邏輯地址形成20位物理地址的方法為：段地址10H+偏移地址。其形成過程如圖3.3所示。圖3.11給出了存儲(chǔ)器分段示意。如果當(dāng)前的(IP)=1000H，那么，下一條要讀取的指令所在存儲(chǔ)單元的物理地址為：(CS)10H+(IP)=1000H10H+1000H=11000H如果某操作數(shù)在數(shù)據(jù)段內(nèi)的偏移地址為8000H，則該操作數(shù)所在存儲(chǔ)單元的物理地址為(DS)10H+8000H=2A0FH10H+8000H=320F0H第9頁，共48頁，2023年，2月20日，星期四存儲(chǔ)器分段示意圖第10頁，共48頁，2023年，2月20日，星期四

4．堆棧操作堆棧是在存儲(chǔ)器中開辟的一個(gè)特定區(qū)域。開辟堆棧的目的主要有以下兩點(diǎn)：(1)存放指令操作數(shù)(變量)。此時(shí)，對(duì)操作數(shù)進(jìn)行訪問時(shí)，段地址由堆棧段寄存器SS來提供，操作數(shù)在該段內(nèi)的偏移地址由基址寄存器BP來提供。(2)保護(hù)斷點(diǎn)和現(xiàn)場。此為堆棧的主要功能。

第11頁，共48頁，2023年，2月20日，星期四

進(jìn)棧和出棧操作過程在執(zhí)行進(jìn)棧和出棧操作時(shí)，段地址由堆棧段寄存器SS提供，段內(nèi)偏移地址由堆棧指針寄存器SP提供，SP始終指向棧頂，當(dāng)堆?？諘r(shí)，SP指向棧底。如圖3.12所示，設(shè)在存儲(chǔ)器中開辟了100H個(gè)存儲(chǔ)單元的堆棧段，當(dāng)前(SS)=2000H，堆棧空時(shí)(SP)=0100H，即此時(shí)SP指向棧底(如圖3.12(a)所示)。由于PUSH和POP指令要求操作數(shù)為字型數(shù)據(jù)，因此，每進(jìn)行一次進(jìn)棧操作，SP值減2(如圖3.12(b)所示)，每進(jìn)行一次出棧操作，SP值加2(如圖3.12(c)所示)。在進(jìn)棧和出棧操作過程中，SP始終指向棧頂。第12頁，共48頁，2023年，2月20日，星期四圖3.12進(jìn)棧與出棧操作示意圖第13頁，共48頁，2023年，2月20日，星期四

5．8086/8088存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)8086的1MB存儲(chǔ)空間實(shí)際上分為兩個(gè)512KB的存儲(chǔ)體，又稱存儲(chǔ)庫，分別叫高位庫和低位庫，如圖3.13所示。低位庫與數(shù)據(jù)總線D7D0相連，該庫中每個(gè)存儲(chǔ)單元的地址為偶數(shù)地址；高位庫與數(shù)據(jù)總線D15D8相連，該庫中每個(gè)存儲(chǔ)單元的地址為奇數(shù)地址。地址總線A19A1可同時(shí)對(duì)高、低位庫的存儲(chǔ)單元尋址，A0和BHE用于對(duì)庫的選擇，分別連接到庫選擇端SEL上。當(dāng)A0=0時(shí)，選擇偶數(shù)地址的低位庫；當(dāng)BHE=0時(shí)，選擇奇數(shù)地址的高位庫；當(dāng)兩者均為0時(shí)，則同時(shí)選中高低位庫。利用A0和BHE這兩個(gè)控制信號(hào)，既可實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)庫進(jìn)行讀/寫(即16位數(shù)據(jù))，也可單獨(dú)對(duì)其中一個(gè)庫進(jìn)行讀/寫(8位數(shù)據(jù))，如表3.9所示。第14頁，共48頁，2023年，2月20日，星期四圖3.138086存儲(chǔ)器高低位庫的連接第15頁，共48頁，2023年，2月20日，星期四表3.98086存儲(chǔ)器高低位庫選擇

A0

對(duì)應(yīng)操作

0

0

同時(shí)訪問兩個(gè)存儲(chǔ)體，讀/寫一個(gè)字的信息

0

1

只訪問奇地址存儲(chǔ)體，讀/寫高字節(jié)的信息

1

0

只訪問偶地址存儲(chǔ)體，讀/寫低字節(jié)的信息

1

1

無操作第16頁，共48頁，2023年，2月20日，星期四在8086系統(tǒng)中，存儲(chǔ)器這種分體結(jié)構(gòu)對(duì)用戶來說是透明的。當(dāng)用戶需要訪問存儲(chǔ)器中某個(gè)存儲(chǔ)單元，以便進(jìn)行字節(jié)型數(shù)據(jù)的讀/寫操作時(shí)，指令中的地址碼經(jīng)變換后得到20位的物理地址，該地址可能是偶地址，也可能是奇地址。如果是偶地址(A0=0)，BHE=1，這時(shí)由A0選定偶地址存儲(chǔ)體，通過A19A1從偶地址存儲(chǔ)體中選中某個(gè)單元，并啟動(dòng)該存儲(chǔ)體，讀/寫該存儲(chǔ)單元中一個(gè)字節(jié)信息，通過數(shù)據(jù)總線的低8位傳送數(shù)據(jù)，如圖3.14(a)所示；如果是奇地址(A0)=1，則偶地址存儲(chǔ)體不會(huì)被選中，也就不會(huì)啟動(dòng)它。為了啟動(dòng)奇地址存儲(chǔ)體，系統(tǒng)將自動(dòng)產(chǎn)生BHE=0，作為奇地址存儲(chǔ)體的選體信號(hào)，與A19A1一起選定奇地址存儲(chǔ)體中的某個(gè)存儲(chǔ)單元，并讀/寫該單元中的一個(gè)字節(jié)信息，通過數(shù)據(jù)總線的高8位傳送數(shù)據(jù)，如圖3.14(b)所示?？梢钥闯觯瑢?duì)于字節(jié)型數(shù)據(jù)，不論它存放在偶地址的低位庫，還是奇地址的高位庫，都可通過一個(gè)總線周期完成數(shù)據(jù)的讀/寫操作。第17頁，共48頁，2023年，2月20日，星期四如果用戶需要訪問存儲(chǔ)器中某兩個(gè)存儲(chǔ)單元，以便進(jìn)行字型數(shù)據(jù)的讀/寫時(shí)，可分兩種情況來討論。一種情況是用戶要訪問的是從偶地址開始的兩個(gè)連續(xù)存儲(chǔ)單元(即字的低字節(jié)在偶地址單元，高字節(jié)在奇地址單元)，這種存放稱為規(guī)則存放，這樣存放的字稱為規(guī)則字。對(duì)于規(guī)則存放的字可通過一個(gè)總線周期完成讀/寫操作，這時(shí)A0=0，BHE=0，如圖3.14(c)所示；另一種情況是用戶要訪問的是從奇地址開始的兩個(gè)存儲(chǔ)單元(即字的低字節(jié)在奇地址單元，高字節(jié)在偶地址單元)，這種存放稱為非規(guī)則存放，這樣存放的字稱為非規(guī)則字，對(duì)于非規(guī)則存放的字需要通過兩個(gè)總線周期才能完成讀/寫操作，即第一次訪問存儲(chǔ)器時(shí)讀/寫奇地址單元中的字節(jié)，第二次訪問存儲(chǔ)器時(shí)讀/寫偶地址單元中的字節(jié)，如圖3.14(d)所示。顯然，為了加快程序的運(yùn)行速度，希望字型數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中規(guī)則存放。第18頁，共48頁，2023年，2月20日，星期四圖3.14從8086存儲(chǔ)器的偶數(shù)和奇數(shù)地址讀字節(jié)和字讀偶地址單元中的字節(jié)；(b)讀奇地址單元中的字節(jié)；(c)讀偶地址單元中的字；(d)讀奇地址單元中的字第19頁，共48頁，2023年，2月20日，星期四在8088系統(tǒng)中，可直接尋址的存儲(chǔ)空間同樣也是1MB，但其存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)與8086有所不同，它的1MB存儲(chǔ)空間同屬于一個(gè)單一的存儲(chǔ)體，即存儲(chǔ)體為1M8位。它與總線之間的連接方式很簡單，其20根地址線A19A0與8根數(shù)據(jù)線分別與8088CPU對(duì)應(yīng)的地址線和數(shù)據(jù)線相連。8088CPU每訪問一次存儲(chǔ)器只能讀/寫一個(gè)字節(jié)信息，因此在8088系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中，字型數(shù)據(jù)需要兩次訪問存儲(chǔ)器才能完成讀/寫操作。第20頁，共48頁，2023年，2月20日，星期四3.3.28086/8088的I/O組織8086/8088系統(tǒng)和外部設(shè)備之間是通過I/O接口電路來聯(lián)系的。每個(gè)I/O接口都有一個(gè)或幾個(gè)端口。在微機(jī)系統(tǒng)中每個(gè)端口分配一個(gè)地址號(hào)，稱為端口地址。一個(gè)端口通常為I/O接口電路內(nèi)部的一個(gè)寄存器或一組寄存器。第21頁，共48頁，2023年，2月20日，星期四8086/8088CPU用地址總線的低16位作為對(duì)8位I/O端口的尋址線，所以8086/8088系統(tǒng)可訪問的8位I/O端口有65536(64K)個(gè)。兩個(gè)編號(hào)相鄰的8位端口可以組成一個(gè)16位的端口。一個(gè)8位的I/O設(shè)備既可以連接在數(shù)據(jù)總線的高8位上，也可以連接到數(shù)據(jù)總線的低8位上。一般為了使數(shù)據(jù)/地址總線的負(fù)載平衡，希望接在數(shù)據(jù)/地址總線高8位和低8位的設(shè)備數(shù)目最好相等。當(dāng)一個(gè)I/O設(shè)備接在數(shù)據(jù)總線的低8位(AD7AD0)上時(shí)，這個(gè)I/O設(shè)備所包括的所有端口地址都將是偶數(shù)地址(A0=0)；若一個(gè)I/O設(shè)備接在數(shù)據(jù)總線的高8位(AD15AD8)上時(shí)，那么該設(shè)備包含的所有端口地址都是奇數(shù)地址(A0=1)。如果某種特殊I/O設(shè)備既可使用偶地址又可使用奇地址時(shí)，此時(shí)必須將A0和BHE兩個(gè)信號(hào)結(jié)合起來作為I/O設(shè)備的選擇線。第22頁，共48頁，2023年，2月20日，星期四8086CPU對(duì)I/O設(shè)備的讀/寫操作與對(duì)存儲(chǔ)器的讀/寫操作類似。當(dāng)CPU與偶地址的I/O設(shè)備實(shí)現(xiàn)16位數(shù)據(jù)的存取操作時(shí)，可在一個(gè)總線周期內(nèi)完成；當(dāng)CPU與奇地址的I/O設(shè)備實(shí)現(xiàn)16位數(shù)據(jù)的存取操作時(shí)，要占用兩個(gè)總線周期才能完成。需要說明的是，8086/8088CPU的I/O指令可以用16位的有效地址A15A0來尋址0000FFFFH共64K個(gè)端口，但I(xiàn)BMPC系統(tǒng)中只使用了A9A010位地址來作為I/O端口的尋址信號(hào)，因此，其I/O端口的地址僅為0003FFH共1K個(gè)。第23頁，共48頁，2023年，2月20日，星期四3.4從80286到Pentium系列的技術(shù)發(fā)展3.4.180x86寄存器組

寄存器在計(jì)算機(jī)中起著非常重要的作用，每個(gè)寄存器相當(dāng)于運(yùn)算器中的一個(gè)存儲(chǔ)單元，但由于寄存器位于CPU內(nèi)部，對(duì)它們進(jìn)行訪問時(shí)不需要啟動(dòng)一個(gè)總線周期，因此其存取速度要比存儲(chǔ)器快得多。寄存器用來存放計(jì)算過程中所需要的或所得到的各種信息，包括操作數(shù)地址、操作數(shù)以及運(yùn)算的中間結(jié)果等。第24頁，共48頁，2023年，2月20日，星期四對(duì)程序設(shè)計(jì)人員來講，了解CPU內(nèi)部寄存器結(jié)構(gòu)并掌握其使用方法是進(jìn)行匯編語言程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵和基礎(chǔ)。寄存器可分為程序可見寄存器和程序不可見寄存器兩大類。所謂程序可見寄存器，是指在匯編語言程序設(shè)計(jì)中可以通過指令來訪問的寄存器。程序不可見寄存器是指一般用戶程序中不能訪問而由系統(tǒng)所使用的寄存器。本節(jié)將從程序設(shè)計(jì)角度介紹80x86CPU內(nèi)部程序可見寄存器的結(jié)構(gòu)和使用方法，而對(duì)于那些程序不可見寄存器將在隨后介紹CPU結(jié)構(gòu)時(shí)對(duì)其做必要說明。第25頁，共48頁，2023年，2月20日，星期四從本章3.2.2節(jié)“8086/8088寄存器結(jié)構(gòu)”中可以看出，8086/8088CPU中程序可見寄存器可分為三類：通用寄存器、段寄存器和控制寄存器。80286之后的CPU中寄存器同樣也分為上述三類，只不過有關(guān)寄存器的功能和位數(shù)有所擴(kuò)充而已。圖3.15給出了80x86的程序可見寄存器組，下面分別加以說明。第26頁，共48頁，2023年，2月20日，星期四1．通用寄存器對(duì)于80386及其后續(xù)機(jī)型則是圖3.15中所示的完整的寄存器，它們是32位的通用寄存器，包括EAX、EBX、ECX、EDX、ESP、EBP、ESI和EDI。這些寄存器可以用來存放不同寬度的數(shù)據(jù)。其中，EAX、EBX、ECX和EDX可作為32位寄存器來用，其低16位既可作為一個(gè)16位寄存器來用(分別記為AX、BX、CX和DX)，也可作為兩個(gè)8位寄存器來用(分別記為AH/AL、BH/BL、CH/CL和DH/DL)；ESP、EBP、ESI和EDI可作為32位寄存器來用，其低16位也可用做一個(gè)16位寄存器(分別記為SP、BP、SI和DI)。需要注意的是，這些寄存器以字節(jié)或字的形式被訪問時(shí)，不被訪問的其他部分不受影響。如訪問AH時(shí)，EAX的高16位和低8位不受影響。第27頁，共48頁，2023年，2月20日，星期四圖3.1580x86CPU內(nèi)部程序可見寄存器組第28頁，共48頁，2023年，2月20日，星期四此外，在8086/8088以及80286進(jìn)行存儲(chǔ)器尋址時(shí)，8個(gè)通用寄存器中只有地址指針寄存器(SP和BP)、變址寄存器(SI和DI)以及基址寄存器BX這5個(gè)寄存器可以用來存放操作數(shù)在存儲(chǔ)器段內(nèi)的偏移地址。在80386及其后續(xù)機(jī)型中，所有這8個(gè)32位通用寄存器既可以存放數(shù)據(jù)，也可以存放地址，也就是說，這些寄存器都可以用來提供操作數(shù)在段內(nèi)的偏移地址。對(duì)于這8個(gè)通用寄存器的專用特性，80386及其后續(xù)機(jī)型的32位通用寄存器的專用特性與8086/8088以及80286的16位通用寄存器的專用特性是相同的，如ECX的計(jì)數(shù)特性，ESI和EDI分別作為字符串操作指令中源串和目的串的地址寄存器等。第29頁，共48頁，2023年，2月20日，星期四2．控制寄存器8086/8088和80286的控制寄存器包括指令寄存器IP和FLAGS兩個(gè)16位寄存器。80286中的這兩個(gè)寄存器與前面介紹的8086/8088中相同，只不過80286中的標(biāo)志寄存器FLAGS比8086/8088中的FLAGS多定義了兩個(gè)標(biāo)志，如圖3.16所示。80386及其后續(xù)機(jī)型也有兩個(gè)32位專用寄存器EIP和EFLAGS。它們的作用與相應(yīng)的16位寄存器相同。標(biāo)志寄存器FLAGS各位的定義如圖3.16所示，其中新定義位的作用將在后面涉及時(shí)介紹。第30頁，共48頁，2023年，2月20日，星期四圖3.1680x86標(biāo)志寄存器第31頁，共48頁，2023年，2月20日，星期四3．段寄存器與8086/8088CPU相同，80286CPU中也有4個(gè)段寄存器CS、DS、SS和ES，它們的功能在本章前面“8086/8088寄存器結(jié)構(gòu)”一節(jié)中已做了詳細(xì)介紹，在此不再贅述。在80386及其以后的80x86CPU中，除上述4個(gè)段寄存器外，又增加了2個(gè)段寄存器FS和GS，它們也是附加的數(shù)據(jù)段寄存器，如圖3.15所示。除非專門指定，一般情況下，各段在存儲(chǔ)器中的分配是由操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)的。在80x86中，段寄存器和與其對(duì)應(yīng)存放偏移地址的寄存器之間有一種默認(rèn)的組合關(guān)系，這種默認(rèn)關(guān)系，80286與8086/8088相同(見表3.2)，80386及其后續(xù)CPU中段寄存器與提供段內(nèi)偏移地址的寄存器之間的默認(rèn)組合如表3.10所示。第32頁，共48頁，2023年，2月20日，星期四表3.1080386及其后續(xù)CPU中段寄存器與提供段內(nèi)偏移地址的寄存器之間的默認(rèn)組合

段寄存器

提供段內(nèi)偏移地址的寄存器CS

EIP

DS

EAX、EBX、ECX、EDX、ESI、EDI或一個(gè)8位或32位數(shù)

SS

ESP或EBP

ES

EDI(用于字符串操作指令)

FS

無默認(rèn)

GS無默認(rèn)第33頁，共48頁，2023年，2月20日，星期四3.4.280x86存儲(chǔ)器管理存儲(chǔ)器管理是由微處理器的存儲(chǔ)器管理部件MMU提供的對(duì)系統(tǒng)存儲(chǔ)器資源進(jìn)行管理的機(jī)制，其目的是方便程序?qū)Υ鎯?chǔ)器的應(yīng)用。本節(jié)從應(yīng)用角度出發(fā)，介紹80x86系列微處理器的存儲(chǔ)器管理機(jī)制。從8086/8088到Pentium，80x86系列微處理器的存儲(chǔ)器管理機(jī)制有了較大變化。8086/8088只有一種存儲(chǔ)器管理方式，即實(shí)地址方式(簡稱實(shí)方式)；80286CPU具有兩種工作方式，即實(shí)方式和保護(hù)虛地址方式(簡稱保護(hù)方式)；80386及其以后的CPU有三種工作方式，即實(shí)方式、保護(hù)方式和虛擬8086方式。第34頁，共48頁，2023年，2月20日，星期四

1．實(shí)地址方式(簡稱實(shí)方式)實(shí)方式是80x86系列CPU共有的存儲(chǔ)器管理模式，而8086/8088CPU只能工作在此方式下，正如3.3節(jié)所介紹的那樣，8086/8088CPU通過對(duì)存儲(chǔ)器分段來實(shí)現(xiàn)對(duì)1M個(gè)存儲(chǔ)器單元的直接訪問。CPU中BIU單元的地址加法器根據(jù)指令中給出的段地址和段內(nèi)偏移地址，通過將段地址乘以10H(16)，即左移4位，再與段內(nèi)偏移量相加得到一個(gè)20位的物理地址，該20位的物理地址加載到20位的地址總線上，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)8086/8088系統(tǒng)1M個(gè)存儲(chǔ)單元的訪問。第35頁，共48頁，2023年，2月20日，星期四80286、80386、80486以及Pentium的地址總線位數(shù)分別增加為24、32、32、36(見表3.1)，但在實(shí)方式下，它們都只能使用低20位地址線，它們所能尋址的存儲(chǔ)空間與8086/8088一樣，也只有1MB。在實(shí)方式下，CPU把從指令中得到的邏輯地址(段地址：段內(nèi)偏移地址)轉(zhuǎn)換為20位物理地址。不管CPU的實(shí)際地址引腳有多少根，在此方式下工作時(shí)，只能用其低20根地址線對(duì)1M個(gè)存儲(chǔ)單元進(jìn)行訪問。第36頁，共48頁，2023年，2月20日，星期四2．保護(hù)虛擬地址方式(簡稱保護(hù)方式)在實(shí)方式下，80286及其后續(xù)CPU只相當(dāng)于一個(gè)快速的8086，沒有真正發(fā)揮這些高性能CPU的作用。而這些CPU的特點(diǎn)是能可靠地支持多用戶系統(tǒng)，即使是單用戶，也可支持多任務(wù)操作，這就要求用新的存儲(chǔ)器管理機(jī)制——保護(hù)方式對(duì)存儲(chǔ)器系統(tǒng)進(jìn)行管理。1)虛擬存儲(chǔ)器的概念虛擬存儲(chǔ)器(VirtualMemory)是一種存儲(chǔ)器管理技術(shù)。它提供比物理存儲(chǔ)器大得多的存儲(chǔ)空間，使程序設(shè)計(jì)人員在編寫程序時(shí)，不用考慮計(jì)算機(jī)內(nèi)存的實(shí)際容量，就可以編寫并運(yùn)行比實(shí)際配置的物理存儲(chǔ)器空間大得多的用戶程序。第37頁，共48頁，2023年，2月20日，星期四虛擬存儲(chǔ)器由存儲(chǔ)器管理機(jī)制以及一個(gè)大容量的快速硬盤存儲(chǔ)器(內(nèi)存)或光盤支持。在程序運(yùn)行時(shí)，只把虛擬地址空間的一小部分映射到主存儲(chǔ)器中，其余暫不使用部分則仍存儲(chǔ)在硬盤上。當(dāng)訪問主存儲(chǔ)器的范圍發(fā)生變化時(shí)，再把虛擬存儲(chǔ)器的對(duì)應(yīng)部分從磁盤調(diào)入內(nèi)存，而對(duì)主存中目前不再使用的部分，可根據(jù)一定的替換策略將其從主存儲(chǔ)器送回到硬盤。虛擬存儲(chǔ)器地址是一種概念性的邏輯地址。虛擬存儲(chǔ)器系統(tǒng)是在存儲(chǔ)器體系層次結(jié)構(gòu)(輔存—主存—高速緩存)的基礎(chǔ)上，通過CPU內(nèi)的存儲(chǔ)器管理部件MMU，進(jìn)行虛擬地址和實(shí)地址自動(dòng)變換而實(shí)現(xiàn)的，對(duì)每個(gè)編程者是透明的，變址空間很大。第38頁，共48頁，2023年，2月20日，星期四2)虛擬存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu)按照主存(或內(nèi)存)與外存(輔助存儲(chǔ)器)之間信息交換時(shí)信息傳送單位的不同，虛擬存儲(chǔ)器可分為段式虛擬存儲(chǔ)器、頁式虛擬存儲(chǔ)器和段頁式虛擬存儲(chǔ)器三種。(1)段式虛擬存儲(chǔ)器。段是利用程序的模塊化性質(zhì)，按照程序的邏輯結(jié)構(gòu)劃分成的多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的部分。段作為獨(dú)立的邏輯單位可被其他程序段調(diào)用，這樣就形成段間連接，產(chǎn)生規(guī)模較大的程序，因此，把段作為信息單位在主存與外存之間傳送和定位是比較合理的。一般用段表來指明各段在主存中的位置。段表是由操作系統(tǒng)產(chǎn)生并存儲(chǔ)在主存中的一個(gè)可再定位段。第39頁，共48頁，2023年，2月20日，星期四把主存按段分配的存儲(chǔ)器管理方式稱為段式管理。段式管理系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是段的分界與程序的自然分界相對(duì)應(yīng)；段的邏輯獨(dú)立性使它易于編譯、管理、修改和保護(hù)，也便于多道程序共享；某些類型的段(如堆棧、隊(duì)列等)具有動(dòng)態(tài)可變長度，允許自由調(diào)度以便有效利用主存空間，但是，正因?yàn)槎蔚拈L度各不相同，段的起點(diǎn)和終點(diǎn)不定，給主存空間的分配帶來麻煩，而且容易在段間留下許多空余的存儲(chǔ)空間不好利用，造成浪費(fèi)。第40頁，共48頁，2023年，2月20日，星期四圖3.17給出了段式虛擬存儲(chǔ)器地址變換的原理。為了把虛擬地址(段號(hào)：段內(nèi)偏移地址)變換為實(shí)存地址，需要一個(gè)段表，其格式如圖3.17的上半部分所示。裝入位為“1”表示該段已調(diào)入主存，為“0”則表示該段不在主存中；段的長度可大可小(其長度因程序而異)，所以，段表中需要有長度指示。在訪問某段時(shí)，如果段內(nèi)偏移地址值超過段的長度，則發(fā)生地址越界中斷。圖3.17下半部分表示了虛擬地址向?qū)嵈娴刂返霓D(zhuǎn)換過程。第41頁，共48頁，2023年，2月20日，星期四圖3.17段式虛擬存儲(chǔ)器地址變換第42頁，共48頁，2023年，2月20