計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)技術(shù)

計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)技術(shù)第1頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第2頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1、只讀存儲(chǔ)器ROM只能讀出，不能寫(xiě)入，斷開(kāi)電源后，信息不會(huì)消失。常用來(lái)存放固定的程序，如微機(jī)的監(jiān)控程序、編譯程序、系統(tǒng)軟件以及常數(shù)、表格等。掩模ROM：由廠商按用戶要求掩模制作，封裝后不能改寫(xiě)，用于數(shù)據(jù)不再改變且使用量大的場(chǎng)合。PROM(可編程)：可由用戶一次性編程寫(xiě)入，寫(xiě)入后不能改寫(xiě)。EPROM(紫外線可擦PROM)：用戶可多次改寫(xiě)內(nèi)容，改寫(xiě)方法一般可選用紫外線擦除，再編程寫(xiě)入，有任一位錯(cuò)，都須全片擦除、改寫(xiě)。紫外線照射約半小時(shí)，所有存儲(chǔ)位復(fù)原到1。E2PROM(電可擦PROM)：可以字節(jié)為單位多次用電擦除和改寫(xiě)，并可直接在機(jī)內(nèi)進(jìn)行，無(wú)需專用設(shè)備，故方便靈活。FLASH(閃存):它與E2PROM類似，也是一種電擦寫(xiě)型ROM。與E2PROM的主要區(qū)別是：EEPROM是按字節(jié)擦寫(xiě)，速度慢，而閃存是按塊擦寫(xiě)，速度快。第3頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四<<構(gòu)成CMOS電路，用于保存系統(tǒng)當(dāng)前設(shè)置的各種參數(shù)。在這種情況下需要有后備電源及掉電保護(hù)電路的支持。2、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM(RandomAccessMemory)分為雙極型和MOS型，大容量一般為MOS型。RAM中的信息不能長(zhǎng)期保存,一旦停電時(shí)，所存信息會(huì)丟失，因此RAM主要用作信息的暫存。RAM主要用于以下幾個(gè)方面：<<

存放當(dāng)前正在執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)，中間運(yùn)算結(jié)果和I/O數(shù)據(jù)等。<<作堆棧(Stack)保護(hù)中斷和子程序調(diào)用時(shí)CPU的現(xiàn)場(chǎng)信息。<<作I/O數(shù)據(jù)緩沖器，如顯示輸出、打印輸出、鍵盤(pán)輸入緩沖存儲(chǔ)器。第4頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四RAM的分類：<<SRAM(靜態(tài)RAM)：存儲(chǔ)單元電路以雙穩(wěn)為基礎(chǔ),故狀態(tài)穩(wěn)定,只要不掉電，信息不會(huì)丟失。價(jià)格較貴，用于高速緩存。<<DRAM(動(dòng)態(tài)RAM)：存儲(chǔ)單元電路簡(jiǎn)單，集成度高，功耗小，但即使不掉電也會(huì)因電容放電而丟失信息，所以需定時(shí)刷新。<<NVRAM(非易失性RAM)：實(shí)際是由SRAM和E2PROM共同構(gòu)成.正常時(shí)為SRAM;掉電或電源故障時(shí)，立即將SRAM中的信息保存在E2PROM中，使不丟失。多用于存儲(chǔ)系統(tǒng)中的重要信息保存和掉電保護(hù)。第5頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四SDRAM(SynchronousDRAM)：是一種同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器。它的主要特點(diǎn)是把CPU與DRAM的操作通過(guò)一個(gè)相同的時(shí)鐘鎖存在一起，使DRAM在工作時(shí)與CPU的外頻時(shí)鐘同步，從而解決了CPU與DRAM之間速度不匹配的問(wèn)題。DDRSDRAM（DoubleDataRataSDRAM）:是一種雙速率同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器。這種技術(shù)是建立在SDRAM的基礎(chǔ)上，與SDRAM的區(qū)別是DDRSDRAM能在時(shí)鐘脈沖的上升沿和下降沿讀出數(shù)據(jù)，不需要提高時(shí)鐘頻率就能加倍提高SDRAM的速度，是目前作為內(nèi)存的首選產(chǎn)品。高速RAM內(nèi)存條:使用單列直插存儲(chǔ)模塊SIMM（SingleIn－LineMemoryModule）雙列直插存儲(chǔ)模塊DIMM（DualIn－LineMemoryModule）第6頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、幾種典型的存儲(chǔ)器芯片：1、只讀存儲(chǔ)器ROM(RED-ONLYMEMORY)

典型的只讀存儲(chǔ)器的方框圖如下：ROMA0-AICEOED0-D7數(shù)據(jù)線地址線控制線第7頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四Intel2764A的芯片引腳和功能框圖如下：12345678910111213142827262524232221201918171615VPPA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GNDVCCPGMN、CA8A9A10A11CEOED7D6D5D4D3注：N、C未接第8頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四以EPROM芯片Intel2764A為例：A0-A12VppGNDVccPGMOECED0-D7CE：片選信號(hào)有效，地址信號(hào)有效否則，未選中芯片PGM：編程位，低電平脈沖保留一定時(shí)間，則可編程寫(xiě)入。Vpp：編程電壓，編程時(shí)為12.5V，平時(shí)為5V。地址線：A0—A12，（8K*8）數(shù)據(jù)線：D0—D7OE：輸出允許有效，數(shù)據(jù)輸出否則，輸出禁止第9頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四OEPGMCEA12A8A7A0輸出允許邏輯編程Y譯碼X譯碼????????????輸出緩沖Y門(mén)256×256存儲(chǔ)矩陣???D7D0第10頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四27系列EPROM芯片：2716（2K*8),2732（4K*8),2764（8K*8),27C128(16K*8),27C256（32K*8),27C512，27C010(1M)27C020(2M),27C40(4M)ROM與80486CPU的連接OE2764A0--A12片選信號(hào)產(chǎn)生電路總線控制邏輯CEMRDCM/IOD/CW/RD0--D7高位地址線MEMR第11頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四A0—A12CEOE2764（0）D0-D7D8-D15D16-D23D24-D312764（1）2764（2）2764（3）EPROM的擴(kuò)充：

字長(zhǎng)的擴(kuò)充：字長(zhǎng)寬度不夠時(shí)第12頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

容量的擴(kuò)充：字節(jié)容量不夠時(shí)2764（1）2764（1）D0—D7A0—A12OECE1CE2第13頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM（RandomAccessMemomy)6個(gè)MOS管組成的RS觸發(fā)器，信息能夠有效保存靜態(tài)RAM（SRAM）的方框圖（以6116《2K*8》為例）SRAMA0—A10D0—D7CSOEWEWE：寫(xiě)允許輸入信號(hào)為0，允許寫(xiě)操作為1，只允許讀操作＆＆CSWEOE寫(xiě)使能信號(hào)讀使能信號(hào)第14頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

以Intel6116為例，描述SRAM的工作過(guò)程。讀出：CS=0，OE=0，WE=1，數(shù)據(jù)送到D7~D0后輸出到CPU。寫(xiě)入時(shí)，CS=WE=0，OE=1，數(shù)據(jù)D7~D0寫(xiě)入存儲(chǔ)單元中。CS=1，輸入/輸出三態(tài)門(mén)高阻，存儲(chǔ)芯片與系統(tǒng)總線被隔離。

常用的SRAM芯片：21系列：2114（1K*4），6116（2K*8），6264（8K*8），62256(32K*8),43系列：4361(64k*1),4363(16k*4),4364(8k*8),43254(64k*4),43256A(32k*8),431000A(128k*8)第15頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四OE2764A0--A12片選信號(hào)產(chǎn)生電路總線控制邏輯CSMRDCM/IOD/CW/RMWTCBE0D0--D7高位地址線SRAM與80486CPU的連接存儲(chǔ)體寫(xiě)控制邏輯WEMEMRMEMW第16頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

利用6116擴(kuò)充為32位SRAM。6116（0）D0-D7D8-D15D16-D23D24-D316116（1）6116（2）6116（3）A0—A10CSOEWE0WE1WE2WE3第17頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四動(dòng)態(tài)RAM(DynamicRAM)2164A0-A7DinWERASCASDout地址線：A0—A7（分時(shí)復(fù)用）數(shù)據(jù)線：Din,Dout控制線：RAS行地址鎖存信號(hào)CAS列地址鎖存信號(hào)WE寫(xiě)允許信號(hào)片選信號(hào)由RAS兼任

常用的DRAM有：2116（16K*1），2164A（64K*1），21256（256K*1），21464（64K*4),421000（1M*1），424256（256*4），44100（4M*1）44400（1M*4），44160（256*16），416800（8M*2）416400（4M*4），416160（1M*16）

以2164A為例：

特點(diǎn)：集成度高，成本低，需動(dòng)態(tài)刷新。第18頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

DRAM芯片2164A的容量為64K×1位，8片2164A構(gòu)成64KB的存儲(chǔ)器。2164（1）2164（8）A0—A7RASCASWE…Din0—7Dout0--7數(shù)據(jù)線第19頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三、存儲(chǔ)器片選信號(hào)及存儲(chǔ)器芯片地址范圍的確定1、存儲(chǔ)器片選信號(hào)與地址范圍的關(guān)系

片選信號(hào)決定了存儲(chǔ)器芯片的高位地址。2、由片選信號(hào)的產(chǎn)生電路圖確定芯片地址的范圍例1、EPROM芯片2764A，實(shí)模式下設(shè)片選信號(hào)的產(chǎn)生電路如下：芯片地址范圍如下：FE000H-FFFFFHA0-A12D0—D7OECEA0-A12D0-D7MRDC&…A19A18…A13第20頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四&…A18…A13A19CE則芯片地址范圍如下：7E000H---7FFFFH此片選信號(hào)采用的是全譯碼方式：即高位地址全部參與譯碼。若片選信號(hào)產(chǎn)生電路如下：思考：用2716（2K*8）構(gòu)成存儲(chǔ)器，要求地址范圍為BF800H—BFFFFH，采用全譯碼，片選信號(hào)應(yīng)如何產(chǎn)生。第21頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四例2、以SRAM芯片6116為例，設(shè)實(shí)模式下的片選信號(hào)產(chǎn)生電路如下：CE&…A18A17…A12A19-A16A15-A12A11-A8A7-A0地址范圍0111111100000-07F000H-0111111111111-17FFFFH1111111100000-0FF000H-1111111111111-1FFFFFH部分譯碼方式：即存儲(chǔ)芯片占據(jù)多個(gè)地址范圍，其中任意一個(gè)地址區(qū)域用戶均可使用，但剩余的地址空間只能空著不用。優(yōu)點(diǎn)：電路相對(duì)簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：浪費(fèi)地址空間。第22頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四以上為線性地址譯碼方式優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：浪費(fèi)地址空間。3、采用譯碼器產(chǎn)生片選信號(hào)：例1：用74LS138譯碼器做片選信號(hào)產(chǎn)生電路（以2764A為例）。A0-A12D0—D7OECEA0-A12D0-D7MRDCE1E2E3CBAA19A17A16A18A15A14A13Y0地址范圍如下B0000H-BFFFFH第23頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四四、存儲(chǔ)器芯片的擴(kuò)展字長(zhǎng)的擴(kuò)展：

主要用于多存儲(chǔ)體中。

在微機(jī)系統(tǒng)中，為能支持各種數(shù)據(jù)寬度操作，存儲(chǔ)器一般都按字節(jié)編址，以字節(jié)為單位構(gòu)成，就是說(shuō)他的數(shù)據(jù)寬度為8位。對(duì)于CPU的外部數(shù)據(jù)總線為8位的微機(jī)(如8088系統(tǒng)等)，其存儲(chǔ)器只需用單體結(jié)構(gòu)；而對(duì)于CPU外部數(shù)據(jù)總線為16位的微機(jī)系統(tǒng)(如8086/80186/80286系統(tǒng)等)，一般需用兩個(gè)8位存儲(chǔ)體。對(duì)于以80386、80486等32位CPU為核心的微機(jī)系統(tǒng)，一般使用4個(gè)由字節(jié)組成的存儲(chǔ)體。

擴(kuò)展方法：地址線全部連在一起，片選及控制信號(hào)全部連在一起，片0對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)線D0—D7，片1對(duì)應(yīng)D8—D15，以此類推即可。第24頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四容量的擴(kuò)展：

當(dāng)單芯片容量不足時(shí)，例如用2片6116（2K*8）擴(kuò)展為4K*8的存儲(chǔ)器，此時(shí)涉及的主要問(wèn)題是片選信號(hào)的產(chǎn)生。

片選信號(hào)的產(chǎn)生方法

通常有線選法、局部譯碼法和全譯碼法三種。

?線選法線選法除將低位地址線直接接片內(nèi)地址外，將余下的高位地址線，分別作為各個(gè)存儲(chǔ)器芯片的片選控制信號(hào)。

用于擴(kuò)展量不大時(shí)。第25頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四例如：2KB（1）CS2KB（2）CS2KB（3）CS2KB（4）CS2KB（5）CSA0—A10A11A12A13A14A15地址分配如下：片1：F000H-F7FFH片2：E800H-EFFFH片3：D800H-DFFFH片4：C800H-CFFFH片5：7800H-7FFFH注意：尋址時(shí)高位地址應(yīng)只有一位有效第26頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四?局部譯碼法局部譯碼法是對(duì)高位地址總線中的一部分(而不是全部)進(jìn)行譯碼，以產(chǎn)生各存儲(chǔ)器芯片的片選控制信號(hào)。2KB（1）CS2KB（2）CS2KB（8）CSA0—A10A11～A15選三條……3/8譯碼器Y0Y1……Y7若取A11，A12，A13進(jìn)行譯碼，設(shè)A15A14=00地址分配如下：片1：0000H-07FFH片2：0800H-0FFFH片3：1000H-17FFH……片8：3800H-3FFFH第27頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四?全譯碼法將余下的高位地址總線全部譯碼，譯碼輸出作為各芯片的片選信號(hào)。4KB（1）CS4KB（2）CS4KB（16）CSA0—A11A12～A15……4/16譯碼器Y0Y1……Y15地址分配如下：片1：0000H-0FFFH片2：1000H-1FFFH片3：2000H-2FFFH……片16：F000H-FFFFH第28頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.存儲(chǔ)器地址分配與設(shè)置設(shè)置存儲(chǔ)器地址時(shí)，通?？砂聪铝胁襟E進(jìn)行：(1)根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際裝機(jī)存儲(chǔ)容量，確定存儲(chǔ)器在整個(gè)存儲(chǔ)空間的位置。(2)選擇合適的存儲(chǔ)芯片，畫(huà)出地址分配圖或列出地址分配表。(3)根據(jù)地址分配圖或表及選用的譯碼器件，畫(huà)出相應(yīng)的地址位圖，以此確定“片選”和片內(nèi)單元選擇的地址線，進(jìn)而畫(huà)出片選譯碼電路。(4)畫(huà)出存儲(chǔ)器與地址總線的接口連線圖第29頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四例：為某8位微機(jī)（地址總線為16位）設(shè)計(jì)一個(gè)12KB容量的存儲(chǔ)器，要求EPROM區(qū)為8KB，從0000H開(kāi)始，采用2716芯片；RAM區(qū)為4KB，從2000H開(kāi)始，采用2114芯片。解：地址分配表如下：容量分配芯片型號(hào)地址范圍容量分配芯片型號(hào)地址范圍2KB27160000H-07FFH1KB21142000H-23FFH2KB27160800H-0FFFH1KB21142400H-27FFH2KB27161000H-17FFH1KB21142800H-2BFFH2KB27161800H-1FFFH1KB21142C00H-2FFFH第30頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四方案一：ROM、RAM分別譯碼方式則ROM的地址位圖如下：RAM的地址位圖如下：A15A14A13A12A11A10--A000000全0-全100001全0-全100010全0-全100011全0-全1A15--A12A11A10A9--A0001000全0-全1001001全0-全1001010全0-全1001011全0-全1第31頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四0000--07FF1000--17FF1800--1FFF2C00--2FFF2000--23FF2400--27FF2800--2BFF0800--0FFFEAB74LS139EAB&&A15A14A13A12MREQA11A10第32頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四方案二：二次譯碼方式則地址位圖如下：A15A14A13A12A11A10--A000000全0-全10000-07FF00001全0-全10800-0FFF00010全0-全11000-17FF00011全0-全11800-1FFF00100全0--全12000-27FF00101全0--全12800-2FFFROMRAM第33頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四五高速緩沖存儲(chǔ)器技術(shù)為了提高程序的運(yùn)行速度，在現(xiàn)代微機(jī)系統(tǒng)中，采用了高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）技術(shù)。它的用途是把程序中正在使用的部分(活躍塊)存放在速度快、容量小的Cache中，使CPU的訪問(wèn)操作大多數(shù)對(duì)Cache進(jìn)行，從而大大提高CPU的訪問(wèn)的速度。Cache采用存取速度快的SRAM器件構(gòu)成。通常分為兩級(jí)：集成在CPU芯片中的Cache稱為一級(jí)(L1Cache)，安裝在主板上的Cache稱為二級(jí)（L2Cache），容量較大，從幾百KB到幾MB不等。

第34頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四六x86的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與存儲(chǔ)管理1.內(nèi)存配置及結(jié)構(gòu)80486的內(nèi)存配置配置名稱地址范圍(H)配置說(shuō)明主存儲(chǔ)器(640KB)0~07FFFF080000~09FFFF系統(tǒng)板上512KB系統(tǒng)存儲(chǔ)器系統(tǒng)板上128KBI/O通道基本RAM第35頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四配置名稱地址范圍(H)配置說(shuō)明內(nèi)存保留區(qū)(384K)0A0000~0BFFFF0C0000~0DFFFF0E0000~0EFFFF0F0000~0FFFFF128KBI/O擴(kuò)展ROM128KB視頻顯示RAM系統(tǒng)板上保留的64KB，作為FE0000~FEFFFF的副本64KB系統(tǒng)板ROM(BIOS等)，其副本在FF0000~FFFFFF第36頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四配置名稱地址范圍(H)配置說(shuō)明擴(kuò)展(擴(kuò)充)存儲(chǔ)器XMS(EMS)100000~10FFFF110000~F5FFFFF60000~FDFFFFFE0000~FEFFFFFF0000~FFFFFF01000000~FFFFFFFF這64KB叫高位內(nèi)存區(qū)HMA14.32MBI/O通道擴(kuò)充用存儲(chǔ)器，不用與系統(tǒng)板512KBI/O通道擴(kuò)充用存儲(chǔ)器，不用與系統(tǒng)板系統(tǒng)板上保留的64KB，其副本在0E0000~0EFFFF系統(tǒng)板上64KBROM(BIOS等)，以0F0000~0FFFFF為副本第37頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.存儲(chǔ)器工作方式及原理x86的存儲(chǔ)器有三種工作方式，即實(shí)地址方式、保護(hù)虛地址方式和虛擬8086方式。?實(shí)地址方式是80286~80486最基本的工作方式，與8088/8086工作方式基本相同，只能在1MB范圍內(nèi)尋址，故不能管理和使用擴(kuò)展存儲(chǔ)器。?虛擬8086方式實(shí)質(zhì)上是保護(hù)虛地址方式下的一種子方式，它們都是建立在虛擬存儲(chǔ)和保護(hù)兩大機(jī)制的基礎(chǔ)上的工作方式，并且支持多用戶、多任務(wù)操作。第38頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四—虛擬存儲(chǔ)管理機(jī)制虛擬存儲(chǔ)器極其管理技術(shù)是現(xiàn)代操作系統(tǒng)的重要特征之一，是支持多任務(wù)、多用戶操作及動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配的關(guān)鍵技術(shù)，它將外存資源與內(nèi)存資源進(jìn)行統(tǒng)一管理，解決了用較小容量的內(nèi)存運(yùn)行大容量的軟件問(wèn)題。虛擬存儲(chǔ)器（簡(jiǎn)稱虛存）實(shí)際上是一種由操作系統(tǒng)的存儲(chǔ)管理軟件對(duì)內(nèi)存和外存資源進(jìn)行統(tǒng)一分配和程序調(diào)度的存儲(chǔ)器管理技術(shù)。它將內(nèi)存和外存統(tǒng)一編址，形成一個(gè)比內(nèi)存空間大許多的存儲(chǔ)空間，稱虛擬存儲(chǔ)空間。

第39頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四—虛擬存儲(chǔ)管理機(jī)制:采用分段分頁(yè)機(jī)制

分段分頁(yè)機(jī)制的基本思想是：首先使用分段機(jī)制，將虛擬地址空間分成一個(gè)個(gè)大小不等的邏輯段。將虛擬地址用間接指向段基址的段選擇符和段內(nèi)偏移量?jī)刹糠直硎?，并將虛擬地址轉(zhuǎn)換為一個(gè)中間地址空間的地址，這一中間地址空間稱為線形地址空間，其地址稱為線形地址。線形地址空間是一個(gè)不分段的連續(xù)的地址空間。然后再使用分頁(yè)機(jī)制，將線形空間分成若干固定大小的頁(yè)，將線形地址用頁(yè)基址和頁(yè)內(nèi)偏移量表示，并將線形地址轉(zhuǎn)換為物理地址。第40頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四x86存儲(chǔ)器分段分頁(yè)機(jī)制示意圖??150段選擇符310偏移量分段機(jī)制虛擬地址線形地址31010CR0的PC位=1。分頁(yè)=0。不分頁(yè)分頁(yè)機(jī)制310物理地址第41頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四簡(jiǎn)介x86CPU保護(hù)模式下軟件結(jié)構(gòu)—保護(hù)機(jī)制存儲(chǔ)器管理機(jī)制的保護(hù)功能表現(xiàn)在兩方面：1.每個(gè)任務(wù)有不同的虛地址空間，使不同任務(wù)間互相隔離，受到保護(hù)。2.同一任務(wù)內(nèi)的不同程序段受到保護(hù)。由于對(duì)不同程序段定義了四種特權(quán)級(jí)，這樣同一任務(wù)中特權(quán)級(jí)高的程序不可能被應(yīng)用程序破壞。第42頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

一、保護(hù)模式概述可以提供虛擬存儲(chǔ)器管理、分頁(yè)、多任務(wù)的高級(jí)軟件結(jié)構(gòu)。是WINDOWS,OS/2,UNIX操作系統(tǒng)使用的操作模式將寄存器CR0中的PE位置1從而切換到保護(hù)模式。CPU可訪問(wèn)的物理存儲(chǔ)空間為4GB（32位），程序可用的虛擬存儲(chǔ)空間64TB（46）。段的長(zhǎng)度在啟動(dòng)頁(yè)功能時(shí)為4GB，不啟動(dòng)頁(yè)功能時(shí)為1MB第43頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、保護(hù)模式下的軟件體系結(jié)構(gòu)1、寄存器模型：保護(hù)模式下寄存器模型是實(shí)模式下的超集。（1）、基本寄存器EAX、EBX、ECX、EDX可字、字節(jié)、雙字操作。EIP：可字、雙字使用。ESP、EBP、ESI、EDI：32位，功能同實(shí)模式。EFLAGS：32位，但只使用十五位。第44頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四31191817161514131211109876543210 ACVMRFNTIOPLOFDFIFTFSFZFAFPFCF

FLAGS EFLAGS

IOPL：共占兩位，可表示0--3級(jí)4個(gè)I/O特權(quán)級(jí)。

NT：任務(wù)嵌套標(biāo)志，為1表示一個(gè)任務(wù)嵌套在另一任務(wù)中。

RF：恢復(fù)標(biāo)志，為1，即使遇到斷點(diǎn)或調(diào)試故障，也不產(chǎn)生異常中斷。

VM：虛擬8086模式設(shè)定位，為1則為虛擬8086模式。

AC：對(duì)準(zhǔn)檢查標(biāo)志，檢查字及雙字是否對(duì)準(zhǔn)。

2、系統(tǒng)級(jí)寄存器

4個(gè)系統(tǒng)地址寄存器GDTR、LDTR、IDTR、TR，4個(gè)控制寄存器CR0--CR3，一般由操作系統(tǒng)進(jìn)行訪問(wèn)。第45頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四控制寄存器31302928191816543210CR0PGCDNW 保留 AMWP保留NEETTSEMMPPECR1 保 留CR2 頁(yè)FAULT線性地址CR3 頁(yè)目錄基址寄存器 保留PCDPWT 控制寄存器CR0：存放整個(gè)系統(tǒng)的控制標(biāo)志CR1：為其它產(chǎn)品保留，未用CR2：保存頁(yè)故障32位線性地址CR3：保存頁(yè)目錄在內(nèi)存的基地址第46頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四CR0：保護(hù)模式配置和狀態(tài)信息。PE：保護(hù)模式允許，置1，進(jìn)入保護(hù)模式。MP：是否含有數(shù)學(xué)協(xié)處理器。EM：是否用到了軟件模擬器執(zhí)行數(shù)學(xué)運(yùn)算。ET：是否安裝80387協(xié)處理器。TS：在切換任務(wù)時(shí)自動(dòng)置1。NE：數(shù)值異常中斷控制位。WP：寫(xiě)保護(hù)控制位，用來(lái)保護(hù)用戶級(jí)的那些頁(yè)。AM：對(duì)準(zhǔn)屏蔽控制位，與狀態(tài)標(biāo)志AC配合使用。NW：非通寫(xiě)控制位，用來(lái)控制CACHE操作。CD：CACHE禁止位，為1，禁止對(duì)CACHE填充寫(xiě)入。PG：頁(yè)功能控制位，為1，分頁(yè)部件有效。第47頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四CR2、CR3：只在分頁(yè)機(jī)制下有用。此時(shí)物理存儲(chǔ)器的尋址由一種地址轉(zhuǎn)換機(jī)制完成，該機(jī)制包含一個(gè)頁(yè)目錄表和一個(gè)頁(yè)表，它們都放在物理存儲(chǔ)器中。CR3包含頁(yè)目錄基址寄存器PDTR，其高20位頁(yè)目錄基址指向頁(yè)目錄的開(kāi)頭。如果某頁(yè)不在存儲(chǔ)器中，則在頁(yè)轉(zhuǎn)換時(shí)會(huì)發(fā)生分頁(yè)錯(cuò)誤，此時(shí)80486將發(fā)生缺頁(yè)的地址保存在CR2中，所以CR2記作缺頁(yè)線性地址。第48頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四段寄存器：保護(hù)模式下稱為段選擇符寄存器，其值不再是基址，而是選擇符。TI：選擇訪問(wèn)段描述符時(shí)用的表。RPL：指定選擇符的請(qǐng)求特權(quán)級(jí)?？蔀?0，01，10，1113位索引64位高速緩存CS TIRPLSSDSESFSGS 選擇符 描述符高速緩沖器 第49頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、存儲(chǔ)器管理及物理地址的形成：虛擬地址和虛擬地址空間：保護(hù)模式下虛擬地址仍由兩部分組成：段基址和偏移地址基址：16位段選擇符，14位有效，低兩位為請(qǐng)求特權(quán)級(jí)。偏移地址：32位，存放在EIP、ESP、EBP、EDI、ESI等中，或?yàn)榱⒓磾?shù)。虛擬地址空間：14位+32位=64位虛擬地址空間的分段：分段模型中，64T的虛擬存儲(chǔ)空間分成了32T字節(jié)的全局存儲(chǔ)器地址空間和32T的局部存儲(chǔ)器地址空間。多處理軟件環(huán)境中，一個(gè)應(yīng)用通常表示為一些任務(wù)的集合，當(dāng)80486啟動(dòng)一個(gè)任務(wù)時(shí)，它可以激活全局存儲(chǔ)器段或局部存儲(chǔ)器段。第50頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四全局存儲(chǔ)器段是若干段，是所有任務(wù)都能訪問(wèn)的存儲(chǔ)區(qū)，每一任務(wù)又有自己的若干局部存儲(chǔ)段是只允許該任務(wù)訪問(wèn)的。全局存儲(chǔ)器段的基地址（32位）及段長(zhǎng)（20位）、屬性（12位）信息構(gòu)成一個(gè)該段的段描述符，所有的全局存儲(chǔ)器段描述符構(gòu)成一個(gè)表，稱為全局描述符表GDT，該表的首地址（32位）及表的長(zhǎng)度（16位）存放在全局描述符表寄存器GDTR中。局部存儲(chǔ)器段是某一任務(wù)特定的存儲(chǔ)區(qū)，只有該任務(wù)才能訪問(wèn)，所有該任務(wù)的局部存儲(chǔ)器段的說(shuō)明符存放在一起，構(gòu)成局部描述符表LDT，該表的首地址存放在GDT中，由局部描述符表寄存器LDTR中的16位選擇符確定其在GDT中的偏移地址。第51頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四 BASELIMITGDTR

32位基地址16位段限段限全局段描述符段基址第52頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四 150630LDTR選擇符局部描述符表高速緩存

段限段描述符GDT送入LDT16位選擇符LDT首地址第53頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四段式地址轉(zhuǎn)換：15320630GDTLDT索引TIRPL段選擇符CS描述符高速緩存TI=0TI=1310段的首地址0偏移地址EIP+存儲(chǔ)單元的線性地址如果禁用分頁(yè)機(jī)制，線性地址=物理地址第54頁(yè)，共63頁(yè)，2023年，2月20日，星期四分頁(yè)原因：如程序全段進(jìn)入內(nèi)存，則內(nèi)存被充滿，不利于多任務(wù)。中小程序占多數(shù)，造成內(nèi)存碎片，浪費(fèi)內(nèi)存空間。一個(gè)段中只有少數(shù)程序被使用，不必將全段調(diào)入內(nèi)存。頁(yè)式地址轉(zhuǎn)換：4GB物理存儲(chǔ)空間在允許分頁(yè)時(shí)按4KB為1頁(yè)，分為1M頁(yè)（2的20次冪）。頁(yè)表：從0開(kāi)始，每一組相鄰連續(xù)的1K個(gè)頁(yè)為一個(gè)低級(jí)管理單元。