Организация виртуальной памяти на i386 и более старших моделях.

Эти процессоры могут работать в трех режимах:

1. Реальный режим – работает как быстрый процессор i8086, особенно с 32 битными данными, и имеет адресное пространство памяти до 4Гб.

2. Защищенный режим - использует виртуальную организацию памяти, многозадачный работу, развитую систему защиты памяти (программ и данных).

3. Реализация виртуальной машины i8086 – используется для совместимости с процессоромi8086, при этом процессор эффективно реализует программы, написанные для процессораi8086

В защищенном режиме размер виртуальной памяти C_ВАП=2⁴⁶ б. = 64Тб. Это достигается благодаря разбиению ВАП на 16К сегментов, максимальный размер каждого из которых равен 4Гб.

При организации виртуальной памяти используется три вида адресов.

1. Логический адрес ЛА ВАП

2. Физический адрес ФА ФАП

3. Линейный адрес – представляет собой объединение базового адреса сегмента и смещения в пределах сегмента.

Любое описание сегмента состоит из двух частей: программно-доступной, называемой селекторомсегментаи размещаемой в одном из сегментных регистров,и скрытой, называемой дескриптором сегментаи находящейся в одной из специальных структур в ОП, называемых таблицами дескрипторов. Считается, что дескриптор после выборки размещается в скрытой части регистра сегментов, находящейся в памяти.

доступная скрытая

15 0 63 0

CS БАС граница атрибуты дескриптор сегмента

(БАС – базовый адрес сегмента)

DS

GS

сегментный

регистр индекс TI RPL (поля селектора)

селектор 15 3 2 1 0 (номера битов)

Селектор служит для доступа к дескриптору сегмента через соответствующую таблицу дескрипторов.

Содержание селекторов сегментов формируется операционной системой при загрузке задачи.

Индекс задает смещение строки с дескриптором данного сегмента в таблице дескрипторов.

Бит TIзадает тип таблицы, из которой выбирается дескриптор: приTI= 1 поиск ведется вGDT– таблице глобальных дескрипторов, приTI= 0 поиск ведется вLDT– таблице локальных дескрипторов.

RPL– определяет запрашиваемый уровень привилегий, используемый механизмом защиты сегмента.

Структура дескриптора сегмента

31 …24 23 22 21 20 19 … 16 15 14..13 12 11.. 9 8 7 … 0

База G D 0 AVL Граница P DPL S тип А База

База сегмента [0-15] Граница сегмента [0 -15]

Основные поля сегмента размещены в различных частях дескриптора: 32-битная база сегмента размещена в трех частях и определяет его место внутри 4 –Гбайтного линейного адресного пространства, 20-битная граница сегмента размещена в двух частях и определяет его длину, остальные биты дескриптора образуют поле атрибутов.

Длина сегмента в зависимости от бита дробности (G) задается либо в байтах, либо в страницах

 0, байт

G 

• 1, страница (С = 4Кб.) 2²⁰* 2¹⁵= 2³²(4Гб.)

Бит Dзадает тип данных, размещенных в сегменте:

D= 0 – 16 битные данные

D= 1 – 32 битные данные

AVL– бит предоставляемый в распоряжение пользователя (available)

Бит P– бит присутствия: 0 – на диске, 1 – в оперативной памяти

Биты DPL– уровень привилегий дескриптора (DescriptorPrivilegeLevel), обеспечивающий защиту доступа.

При доступе к сегменту запрашиваемый уровень привилегий RPLили текущий уровень привилегийCPL(соответствует уровню привилегий дескриптора кода выполняемой сейчас программы) должны быть большеDPL(в логическом смысле; для сравнения их числовых значений отношение должно быть меньше).

Бит S– бит режима сегмента: пользовательский или системный (User/Supervisor).

Биты типа говорит, является сегмент программой или данными и определяют режим доступа

Биты	11	10	9
Данные	1	E	W
Код	0	C	R

R– только чтение;W– только запись;E– бит расширения при загрузке сегмента (1 - при увеличении адресов, 0 - при уменьшении адресов); бит С – признак согласования сегментов (уровень привилегий, с которыми обращается к данному сегменту, всегда приравнивается к уровню данного сегмента – в моделях процессоров вышеi386 он существует только для поддержки)

Бит А – бит обращения к сегменту, устанавливается при обращении к сегменту и через некоторое время сбрасывается операционной системой (обеспечивает дисциплины замещения сегментов).

Алгоритм преобразования виртуального адреса в физический адрес

база Виртуальный

или

логический

+ смещение адрес

(ЛА)

+ * индекс

коэффициент

масштабирования (1,2,4,8)

ЛА селектор ЛА смещ.

сегм. трансляция

Линейный Адрес

0

PG&PE

1

Каталог Страница Смещение

стран. трансл -я

ФА

Схема выполнения сегментной трансляции

Iэтап

Сегментная трансляция– это преобразование логического адреса (селектор сегмента и смещение сегмента из команды программы). На основании селектора происходит выборка дескриптора из локальной или глобальной таблицы дескрипторов и запись его в скрытую часть сегментного регистра. В результате формируется линейный адрес сегмента (ЛАС) по правилу ЛАС = БАС + смещение.

IIэтап

Страничная трансляция– это преобразование линейного адреса в физический адрес. Если используется реальный режим или нет разбиения сегмента на страницы, то этот этап пропускается и ФА = ЛАС.

CRi–i-й (i=0..3) регистр управления,PG– бит признака страничной организации сегмента,PE(ProtectEnable) – признак установки защищенного режима;

(CR0.PG)&(CR0.PE) = 1 - признак страничной трансляции.

ТС1 – таблица каталогов, ТС2 – таблица страниц

Размер ФАП = 1К каталогов* 1К страниц * 4К смещение = 1kx1kx4k= 4Gb

Формат строки таблицы страниц

31 12	11	10 7	6	5	4 3	2	1	0
Адрес страни-чного кадра	AVL	0	D	A	00	U/S	R/W	P

AVL– бит предоставляемый в распоряжение пользователя, БитP– бит присутствия страницы, БитD– бит мусора, Бит А – бит обращения к странице, БитU/S(User/Supervisor) – бит режима использования страницы: пользовательский или системный, БитR/W(Read/Write) – бит доступа (по чтению/записи).