модели памяти x86

Набор моделей памяти процессора x86

В вычислительной технике модели памяти x86 представляют собой набор из шести различных моделей памяти процессора x86 , работающих в реальном режиме , которые управляют использованием сегментных регистров и размером указателей по умолчанию.

Сегментация памяти

Четыре регистра используются для ссылки на четыре сегмента в 16-битной архитектуре сегментированной памяти x86. DS ( сегмент данных ), CS ( сегмент кода ), SS ( сегмент стека ) и ES (дополнительный сегмент). Другой 16-битный регистр может действовать как смещение в заданном сегменте, и поэтому логический адрес на этой платформе записывается как сегмент : смещение , обычно в шестнадцатеричной системе счисления. В реальном режиме для вычисления физического адреса байта памяти оборудование сдвигает содержимое соответствующего сегментного регистра на 4 бита влево (фактически умножая на 16), а затем добавляет смещение.

Например, логический адрес 7522:F139 дает 20-битный физический адрес:

Обратите внимание, что этот процесс приводит к алиасингу памяти, так что любой заданный физический адрес имеет до 4096 соответствующих логических адресов. Это усложняет сравнение указателей на различные сегменты.

Размеры указателя

Форматы указателя известны как «ближний» , «дальний » и «огромный» .

• Ближние указатели — это 16-битные смещения в пределах сегмента ссылки, т. е. DS для данных и CS для кода. Это самые быстрые указатели, но они ограничены указанием на 64 КБ памяти (на связанный сегмент типа данных). Ближние указатели могут храниться в регистрах (обычно SI и DI).

 mov bx , слово [ reg ] mov ax , слово [ bx ] mov dx , слово [ bx + 2 ]           

• Дальние указатели — это 32-битные указатели, содержащие сегмент и смещение. Для их использования используется регистр сегмента ES с помощью инструкцииles [reg]|[mem],dword [mem]|[reg]. ^[1] Они могут ссылаться на память объемом до 1024  КБ . Обратите внимание, что арифметика указателя (сложение и вычитание) не изменяет сегментную часть указателя, а только его смещение. Операции, выходящие за пределы нуля или 65535 (0xFFFF), будут подвергаться операции по модулю 64К, как и любая обычная 16-битная операция. Например, если регистр сегмента установлен в 0x5000, а смещение увеличивается, в тот момент, когда это смещение счетчика станет (0x10000), результирующий абсолютный адрес перейдет в 0x5000:0000.

 les bx , dword [ reg ] mov ax , word [ es : bx ] mov dx , word [ es : bx + 2 ]        

• Огромные указатели по сути являются дальними указателями, но (в основном) нормализуются каждый раз, когда они изменяются, чтобы иметь максимально возможный сегмент для этого адреса. Это очень медленно, но позволяет указателю указывать на несколько сегментов и позволяет проводить точные сравнения указателей, как если бы платформа была плоской моделью памяти : это запрещает псевдонимизацию памяти, как описано выше, поэтому два огромных указателя, которые ссылаются на одно и то же место в памяти, всегда равны.

 les bx , dword [ reg ] mov ax , word [ es : bx ] add bx , 2 test bx , 0xfff0 jz lbl sub bx , 0x10 mov dx , es inc dx mov es , dx lbl: mov dx , word [ es : bx ]                       

Модели памяти

Модели памяти:

• * В модели Tiny все четыре сегментных регистра указывают на один и тот же сегмент.
• ** Во всех моделях с указателями близких данных SS равен DS .
• *** Стек всегда ограничен размером 64 КБ.

Другие платформы

В защищенном режиме сегмент не может быть одновременно записываемым и исполняемым. ^{[2] [3]} Поэтому при реализации модели памяти Tiny регистр сегмента кода должен указывать на тот же физический адрес и иметь тот же предел, что и регистр сегмента данных. Это нарушало одну из особенностей 80286 , которая гарантирует, что сегменты данных никогда не будут исполняемыми, а сегменты кода никогда не будут записываемыми (что означает, что самомодифицирующийся код никогда не допускается). Однако на 80386 с его блоком управления страничной памятью можно защитить отдельные страницы памяти от записи. ^{[4] [5]}

Модели памяти не ограничиваются 16-битными программами. Возможно использовать сегментацию и в 32-битном защищенном режиме (что приводит к 48-битным указателям), и существуют компиляторы языка C, которые это поддерживают. ^[6] Однако сегментация в 32-битном режиме не позволяет получить доступ к большему адресному пространству, чем то, что покрывает один сегмент, если только некоторые сегменты не всегда присутствуют в памяти, а линейное адресное пространство просто используется как кэш поверх большего сегментированного виртуального пространства. ^{[ необходима цитата ]}

x86-64

На платформе x86-64 существует всего семь моделей памяти, ^[7] поскольку большинство ссылок на символы имеют ширину всего 32 бита, и если адреса известны во время компоновки (в отличие от позиционно-независимого кода ). Это не влияет на используемые указатели, которые всегда являются плоскими 64-битными указателями, а только на то, как могут быть размещены значения, к которым должен быть получен доступ через символы.

Смотрите также

• Защищенный режим

Библиография

• Руководство пользователя Turbo C++ версии 3.0 . Borland International, Copyright 1992.

Ссылки

1. «Набор инструкций Intel — LES» . Страницы набора инструкций Intel . Стамбульский технологический университет/ Intel . Проверено 19 октября 2015 г.
2. "Руководство разработчика архитектур Intel 64 и IA-32: том 3A". Intel. стр. 3–17 . Получено 13 сентября 2011 г.
3. "Руководство программиста по архитектуре AMD64, том 2: системное программирование" (PDF) . AMD. стр. 82–84 . Получено 13 сентября 2011 г. .
4. "Руководство разработчика архитектур Intel 64 и IA-32: Том 3A". Intel. стр. 4–41 . Получено 13 сентября 2011 г.
5. "Руководство программиста по архитектуре AMD64, том 2: системное программирование" (PDF) . AMD. стр. 139 . Получено 13 сентября 2011 г. .
6. "Open Watcom C Language Reference version 2" (PDF) . github.com/open-watcom . Open Watcom . Получено 10 января 2018 г. .
7. «Двоичный интерфейс приложений System V, Дополнение к архитектуре процессора AMD64, черновая версия 0.99.7» (PDF) . стр. 33–35.