Chinaunix首页 | 论坛 | 博客
  • 博客访问: 1066659
  • 博文数量: 341
  • 博客积分: 12744
  • 博客等级: 上将
  • 技术积分: 4040
  • 用 户 组: 普通用户
  • 注册时间: 2008-05-12 09:34
文章分类
文章存档

2014年(1)

2013年(10)

2012年(17)

2011年(63)

2010年(102)

2009年(107)

2008年(41)

分类:

2008-09-14 22:35:24

    在微处理器的历史上,第一款微处理器芯片4004是由Intel推出的,那是一个4位的微处理器。在4004之后,intel推出了一款8位处理器8080,它有1个主累加器(寄存器A)和6个次累加器(寄存器B,C,D,E,HL,几个次累加器可以配对(如组成BC, DEHL)用来访问16位的内存地址,也就是说8080可访问到64K内的地址空间。另外,那时还没有段的概念,访问内存都要通过绝对地址,因此程序中的地址必须进行硬编码(给出具体地址),而且也难以重定位,这就不难理解为什么当时的软件大都是些可控性弱,结构简陋,数据处理量小的工控程序了。

 

几年后,intel开发出了16位的处理器8086,这个处理器标志着Intel X86王朝的开始,这也是内存寻址的第一次飞跃。之所以说这是一次飞跃,是因为8086处理器引入了一个重要概念

8086处理器的寻址目标是1M大的内存空间,于是它的地址总线扩展到了20位。但是,一个问题摆在了Intel设计人员面前,虽然地址总线宽度是20位的,但是CPU算术逻辑运算单元(ALU的宽度,即数据总线却只有16位,也就是可直接加以运算的指针长度是16位的。如何填补这个空隙呢?可能的解决方案有多种,例如,可以像一些8CPU中那样,增设一些20位的指令专用于地址运算和操作,但是那样又会造成CPU内存结构的不均匀。又例如,当时的PDP11小型机也是16位的,但是其内存管理单元(MMU)可以将16位的地址映射到24位的地址空间。受此启发,Intel设计了一种在当时看来不失为巧妙的方法,即分段的方法。

   为了支持分段,Intel8086 CPU中设置了四个段寄存器:CSDSSSES,分别用于可执行代码段、数据段、堆栈段及其他段。每个段寄存器都是16位的,对应于地址总线中的16。每条访内指令中的内部地址也都是16位的,但是在送上地址总线之前,CPU内部自动地把它与某个段寄存器中的内容相加。因为段寄存器中的内容对应于20位地址总线中的高16(也就是把段寄存器左移4),所以相加时实际上是内存总线中的高12位与段寄存器中的16位相加,而低4位保留不变,这样就形成一个20位的实际地址,也就实现了从16位内存地址到20位实际地址的转换,或者叫映射

段式内存管理带来了显而易见的优势,程序的地址不再需要硬编码了,调试错误也更容易定位了,更可贵的是支持更大的内存地址。程序员开始获得了自由。

     技术的发展不会就此止步。intel80286处理器于1982年问世了,它的地址总线位数增加到了24位,因此可以访问到16M的内存空间。更重要的是从此开始引进了一个全新理念保护模式。这种模式下内存段的访问受到了限制。访问内存时不能直接从段寄存器中获得段的起始地址了,而需要经过额外转换和检查(从此你不能再随意存取数据段,具体保护和实现我们后面讲述)。

为了和过去兼容,80286内存寻址可以有两种方式,一种是先进的保护模式,另一种是老式的8086方式,被成为实模式。系统启动时处理器处于实模式,只能访问1M空间,经过处理可进入保护模式,访问空间扩大到16M,但是要想从保护模式返回到实模式,你只有重新启动机器。还有一个致命的缺陷是80286虽然扩大了访问空间,但是每个段的大小还是64k,程序规模仍受到限制。因此这个先天低能儿注定命不会很久。很快它就被天资卓越的兄弟——80386代替了。

80386是一个32位的CPU,也就是它的ALU数据总线是32位的,同时它的地址总线与数据总线宽度一致,也是32位,因此,其寻址能力达到4GB。对于内存来说,似乎是足够了。从理论上说,当数据总线与地址总线宽度一致时,其CPU结构应该简洁明了。但是,80386无法做到这一点。作为X86产品系列的一员,80386必须维持那些段寄存器的存在,还必须支持实模式,同时又要能支持保护模式,这给Intel的设计人员带来很大的挑战。

Intel选择了在段寄存器的基础上构筑保护模式,并且保留段寄存器16位。在保护模式下,它的段范围不再受限于64K,可以达到4G。这一下真正解放了软件工程师,他们不必再费尽心思去压缩程序规模,软件功能也因此迅速提升。

808616位到8038632位处理器,这看起来是处理器位数的变化,但实质上是处理器体系结构的变化,从寻址方式上说,就是从实模式保护模式的变化。从80386以后,IntelCPU经历了80486PentiumPentiumIIPentiumIII等型号,虽然它们在速度上提高了好几个数量级,功能上也有不少改进,但基本上属于同一种系统结构的改进与加强,而无本质的变化,所以我们把80386以后的处理器统称为IA3232 Bit Intel Architecture)。

阅读(1685) | 评论(0) | 转发(0) |
给主人留下些什么吧!~~