32 битная шина адреса позволяет процессору непосредственно адресовать

Сколько адресов памяти мы можем получить с 32-разрядным процессором и оперативной памятью 1 ГБ и сколько с 64-разрядным процессором?

Я думаю, что это что-то вроде этого:

1 ГБ оперативной памяти делится на 32 бита или делится на 4? узнать количество адресов памяти?

Но я не уверен. Вот почему я спрашиваю.

Я прочитал в википедии, что 1 адрес памяти имеет ширину 32 бита или 4 октета (1 октет = 8 бит) по сравнению с 64-битным процессором, где 1 адрес памяти или 1 целое число имеют ширину 64 бита или 8 октетов. Но не знаю, правильно ли я это понял.

Видео:03. Основы устройства компьютера. Память и шина. [Универсальный программист]Скачать

6 ответов 6

Краткий ответ: Количество доступных адресов равно меньшему из них:

• Объем памяти в байтах
• Наибольшее целое число без знака, которое можно сохранить в машинном слове процессора

Длинный ответ и объяснение вышесказанного:

Память состоит из байтов (B). Каждый байт состоит из 8 бит (б).

1 ГБ ОЗУ на самом деле составляет 1 ГБ (гибибайт, а не гигабайт). Разница в том, что:

Каждый байт памяти имеет свой собственный адрес, независимо от того, насколько велико машинное слово процессора. Например. Процессор Intel 8086 был 16-разрядным, и он обращался к памяти байтами, как и современные 32-разрядные и 64-разрядные процессоры. Это является причиной первого ограничения — вы не можете иметь больше адресов, чем байтов памяти.

Адрес памяти — это просто число байтов, которое ЦП должен пропустить с начала памяти, чтобы получить тот, который он ищет.

• Для доступа к первому байту необходимо пропустить 0 байтов, поэтому адрес первого байта равен 0.
• Для доступа ко второму байту необходимо пропустить 1 байт, поэтому его адрес равен 1.
• (и так далее. )
• Для доступа к последнему байту процессор пропускает 1073741823 байта, поэтому его адрес равен 1073741823.

Теперь вы должны знать, что на самом деле означает 32-разрядный. Как я уже говорил, это размер машинного слова.

Машинное слово — это объем памяти, используемый ЦП для хранения чисел (в ОЗУ, в кеше или во внутренних регистрах). 32-битный процессор использует 32 бита (4 байта) для хранения чисел. Адреса памяти тоже являются числами, поэтому на 32-битном процессоре адрес памяти состоит из 32 бит.

Теперь подумайте об этом: если у вас есть один бит, вы можете сохранить на нем два значения: 0 или 1. Добавьте еще один бит, и вы получите четыре значения: 0, 1, 2, 3. На трех битах вы можете сохранить восемь значений: 0, 1, 2 . 6, 7. На самом деле это двоичная система, и она работает так:

Он работает точно так же, как обычное сложение, но максимальная цифра — 1, а не 9. Десятичное число 0 равно 0000 , затем вы добавляете 1 и получаете 0001 , добавляете еще раз, и у вас есть 0010 . То, что здесь происходит, похоже на десятичную 09 и добавление единицы: вы меняете 9 на 0 и увеличиваете следующую цифру.

Из приведенного выше примера вы можете видеть, что всегда есть максимальное значение, которое вы можете хранить в числе с постоянным количеством битов — потому что, когда все биты равны 1, и вы пытаетесь увеличить значение на 1, все биты станут равными 0, таким образом разбивая число. Это называется целочисленным переполнением и вызывает много неприятных проблем, как для пользователей, так и для разработчиков.

• Для 1 бита наибольшее значение равно 1,
• 2 бита — 3,
• 3 бита — 7,
• 4 бита — 15

Читайте также: Шины с датчиком давления opel

Максимально возможное число всегда равно 2 ^ N-1, где N — количество битов. Как я уже говорил, адрес памяти — это число, которое также имеет максимальное значение. Вот почему размер машинного слова также является ограничением для количества доступных адресов памяти — иногда ваш процессор просто не может обработать числа, достаточно большие, чтобы адресовать больше памяти.

Таким образом, в 32 битах вы можете хранить числа от 0 до 2 ^ 32-1, а это 4 294 967 295. Это больше, чем самый большой адрес в 1 ГБ ОЗУ, поэтому в вашем конкретном случае объем ОЗУ будет ограничивающим фактором.

Предел оперативной памяти для 32-разрядного ЦП теоретически составляет 4 ГБ (2 ^ 32), а для 64-разрядного ЦП — 16 ЭБ (эксабайт, 1 ЭБ = 2 ^ 30 ГБ). Другими словами, 64-битный процессор может адресовать весь Интернет . 200 раз;) (по оценкам WolframAlpha).

Однако в реальных операционных системах 32-разрядные процессоры могут обрабатывать около 3 ГБ ОЗУ. Это из-за внутренней архитектуры операционной системы — некоторые адреса зарезервированы для других целей. Вы можете прочитать больше об этом так называемом барьере 3 ГБ в Википедии. Вы можете снять этот предел с помощью расширения физического адреса.

Говоря об адресации памяти, я должен упомянуть несколько вещей: виртуальную память, сегментацию и разбиение на страницы.

Видео:Внутри процессора ARM1Скачать

Виртуальная память

Как отметил @Daniel R Hicks в другом ответе, операционные системы используют виртуальную память. Это означает, что приложения на самом деле работают не с реальными адресами памяти, а с ОС.

Этот метод позволяет операционной системе перемещать некоторые данные из ОЗУ в так называемый Pagefile (Windows) или Swap (* NIX). Жесткий диск на несколько порядков медленнее, чем ОЗУ, но это не является серьезной проблемой для редко используемых данных и позволяет ОС предоставлять приложениям больше оперативной памяти, чем вы фактически установили.

Видео:Как работает компьютер? Шины адреса, управления и данных. Дешифрация. Взгляд изнутри!Скачать

Paging

То, о чем мы говорили до сих пор, называется плоской схемой адресации.

Пейджинг — это альтернативная схема адресации, которая позволяет адресовать больше памяти, чем обычно, одним машинным словом в плоской модели.

Представьте себе книгу, заполненную 4-буквенными словами. Допустим, на каждой странице 1024 номера. Чтобы обратиться к номеру, нужно знать две вещи:

• Номер страницы, на которой напечатано это слово.
• Какое слово на этой странице является тем, которое вы ищете.

Теперь именно так современные процессоры x86 обрабатывают память. Он разделен на 4 страницы по КиБ (1024 машинных слова каждая), и эти страницы имеют номера. (на самом деле страницы также могут иметь размер 4 МБ или 2 МБ с PAE). Если вы хотите обратиться к ячейке памяти, вам нужен номер страницы и адрес на этой странице. Обратите внимание, что на каждую ячейку памяти ссылается ровно одна пара чисел, это не относится к сегментации.

Видео:КАК работает ПРОЦЕССОР? ОБЪЯСНЯЕМСкачать

сегментация

Ну, этот очень похож на пейджинг. Он был использован в Intel 8086, просто чтобы назвать один пример. Группы адресов теперь называются сегментами памяти, а не страницами. Разница в том, что сегменты могут перекрываться, и они сильно перекрываются. Например, на 8086 большинство ячеек памяти были доступны из 4096 различных сегментов.

Допустим, у нас есть 8 байтов памяти, все держат нули, кроме 4-го байта, который равен 255.

Иллюстрация для плоской модели памяти:

Иллюстрация для страничной памяти с 4-байтовыми страницами:

Иллюстрация для сегментированной памяти с 4-байтовыми сегментами, сдвинутыми на 1:

Читайте также: Дошиповка зимних шин в ижевске

Как видите, 4-й байт может быть адресован четырьмя способами: (адресация от 0)

• Сегмент 0, смещение 3
• Сегмент 1, смещение 2
• Сегмент 2, смещение 1
• Сегмент 3, смещение 0

Это всегда одна и та же ячейка памяти.

В реальных реализациях сегменты смещены более чем на 1 байт (для 8086 это было 16 байт).

Что плохо в сегментации, так это то, что она сложная (но я думаю, вы уже это знаете;) Что хорошо, вы можете использовать некоторые умные методы для создания модульных программ.

Например, вы можете загрузить какой-либо модуль в сегмент, а затем сделать вид, что сегмент меньше, чем он есть на самом деле (достаточно мал, чтобы вместить модуль), затем выбрать первый сегмент, который не перекрывается с этим псевдо-меньшим, и загрузить следующий модуль. , и так далее. По сути, вы получаете страницы переменного размера.

Видео:Просто о битах, байтах и о том, как хранится информация #2Скачать

Адресация и многозадачность: Правила формирования линейного и физического адреса

Линейный адрес — адрес, формируемый механизмом адресации процессора из логического адреса. Линейный адрес предназначен для обращения к линейному (непрерывному и несегментированному) адресному пространству объемом 2 32 байт (Intel386 …). При отключенном страничном механизме линейный адрес полностью совпадает с физическим адресом. Способ формирования линейного адреса из логического зависит от текущего режима работы процессора (реальный, защищенный, 32 или 16-битная адресация).

Физический адрес — адрес, передаваемый на внешнюю шину для обращения к ячейкам памяти. Типовые 32-разрядные процессоры (Pentium …) позволяют адресовать до 2 32 байт (4 Гб) физической памяти в обычном режиме и до 2 36 байт (64 Гб) в случае поддержки механизма расширения физического адреса (управляется CR4.PAE). Физический адрес образуется из линейного либо напрямую (полное совпадение), либо через механизм страничного преобразования.

Реальный режим

В реальном режиме работа всех современных процессоров происходит аналогично тому, как это делает процессор 8086. Некоторые отличия состоят лишь в поддержке большего количества команд и во много раз более высокой скорости работы. То есть программы, написанные для 8086, в большинстве случаев нормально работают на всех процессорах более поздних модификаций (включая Pentium IV и более поздние). Механизм формирования линейного адреса в реальном режиме работы (см. рис. 2.2.) предельно упрощен и позволяет адресовать адресное пространство объмом 2 20 байт (1 Мб).

Рис. 2.2. Формирование линейного адреса в реальном режиме работы процессора

Полученный таким образом линейный адрес является фактически и физическим адресом. Существует, однако, одна особенность, которая проявляется в процессорах начиная с Intel286, где разрядность физического адреса превышает 20 бит. В случае задания селектора сегмента равным, например, FFFFh сумма базы сегмента и смещения может превысить FFFFFh (может достигать 10FFEFh). В процессоре 8086 в этом случае старший бит теряется и производится обращение к ячейке с адресом 0FFEFh, в более современных процессорах (Intel286 …) старший бит не отбрасывается и весь 21-битный линейный адрес преобразуется в физический и подается на адресную шину. Таким образом, появляется возможность в реальном режиме работы процессора обращаться к дополнительным 64 Кб адресного пространства. Поскольку такой режим работы может вызвать некорректное функционирование программ, написанных для процессора 8086, в процессорах начиная с Intel486 введена возможность маскирования 20-го разряда адресной шины внешним сигналом.

Еще одной особенностью процессоров начиная с Intel386 является возможность использования префикса изменения рамера адреса по умолчанию в реальном режиме работы. Поскольку в реальном режиме по умолчанию используется 16-битная адресация (размер смещения — 16 бит), то ввод данного префикса позволяет переключиться на использование 32-битного смещения. Однако величина этого смещения не должна превышать FFFFh (максимальный размер сегмента в реальном режиме). Для сохранения полной совместимости с процессором Intel286 попытка использования 32-битного смещения, превышающего 0000FFFFh приводит к генерации прерывания 12 (превышение стекового сегмента) или 13 (превышение прочих сегментов).

Читайте также: Летних шин continental contact 4×4 215 65 r16

Защищенный режим

Работа механизма формирования линейного адреса в защищенном режиме работы процессора основана на двух специальных таблицах, размещаемых в памяти. Это глобальная таблица дескрипторов (GDT) и локальная таблица дескрипторов (LDT) (есть еще таблица дескрипторов прерываний, но она используется только при генерации прерываний и особых ситуаций ситуаций). Эти таблицы создаются и заполняются до переключения в защищенный режим, они содержат описания используемых программой сегментов памяти (базовый адрес, размер, тип, привилегии доступа и т.п.). Селектор сегмента, являющийся частью сформированного логического адреса в защищенном режиме содержит не базу физического адреса сегмента, а указатель на описание сегмента (дескриптор сегмента) в какой-либо таблице дескрипторов (LDT или GDT). Из выбранного таким образом дескриптора и смещения (вторая часть логического адреса) процессор автоматически вычисляет требуемый линейный адрес (рис. 2.3.).

Рис. 2.3. Процесс формирования линейного адреса в защищенном режиме работы процессора

Положение таблиц дескрипторов в памяти задается следующим образом: для таблицы GDT — 32-разрядным значением ее линейного адреса в регистре GDTR, для таблицы LDT — специальным дескриптором в таблице GDT, ссылка на который (селектор) помещается в регистр LDTR.

Помимо дескрипторов сегментов кода и данных таблицы LDT и GDT могут содержать и ряд специальных дескрипторов, предназначенных для корректного переключения задач и обработки прерываний.

В защищенном режиме в процессорах Intel386, Intel486 … может использоваться как 32-х, так и 16-битная модель адресации. Режим «по умолчанию» задается в дескрипторе соответствующего сегмента кода. При применении 16-битной адресации разрядность смещения уменьшается до 16 бит. При этом форматы селекторов и дескрипторов остаются такими же, как и при 32-битной адресации.

Режим V86

Режим V86 (виртуальный-8086) введен в процессорах начиная с Intel386 и является специальным подмножеством защищенного режима. Этот режим предназначен для выполнения программ, предназначенных для процессора 8086 или для реального режима работы более поздих процессоров архитектуры x86, в более гибком, поддерживающем многозадачность защищенном режиме.

Механизм формирования линейного адреса в режиме V86 работает аналогично тому, как это происходит в реальном режиме. Т.е. 16-битный селектор и 16-битное смещение формируют 20-битный логический адрес, который затем расширяется нулями для получения полного 32-битного линейного адреса. Возможно и применение префиксов изменения рамера адреса (смещение в этом случае не должно превышать FFFFFh).

В режиме V86 (также как и в реальном режиме работы процессоров Intel286 …) возможна адресация памяти старше 1Мб (10000h:1FFFEFh), при встрече такого адреса перехода на младшие адреса не происходит. Для эмуляции такого перехода может быть использован страничный механизм (адреса 100000h:110000h отображаются на адреса 00000h:10000h).

При отключенном страничном механизме в режиме V86 возможна адресация только младшей области линейного адресного пространства, т.е. все исполняемые задачи 8086 должны располагаться только в этой области. Однако при включении страничного механизма это ограничение снимается, чем достигается возможность параллельного исполнения нескольких задач 8086, размещенных в любой части доступного адресного пространства, причем возможно совместное использование одного кода.

• Свежие записи
  • Нужно ли менять пружины при замене амортизаторов
  • Скрипят амортизаторы на машине что делать
  • Из чего состоит стойка амортизатора передняя
  • Чем стянуть пружину амортизатора без стяжек
  • Для чего нужны амортизаторы в автомобиле

  📸 Видео

  Шина компьютера, оперативная память, процессор и мостыСкачать

  

  РЕШЕНИЕ.системные прерывания, процессор 100, майнер вирус.Скачать

  

  Как из 32 разрядной системы сделать 64 разрядную?Скачать

  

  Регистры общего назначенияСкачать

  

  КАК РАБОТАЕТ ПРОЦЕССОР | ОСНОВЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯСкачать

  

  Как работает процессорСкачать

  

  04. Основы устройства компьютера. Архитектура процессора. [Универсальный программист]Скачать

  

  15 Режимы работы процессораСкачать

  

  Доступна не вся Оперативная Память на Windows, которая Установлена | Решение Есть!Скачать

  

  Лекция 325. Atmega 8: Адресуемая памятьСкачать

  

  Архитектура ЭВМ. Лекция 3: Кодирование и тип инструкций процессора.Скачать

  

  Архитектура x86. Уверены, что знаете свой домашний компьютер?Скачать

  

  Влияние шин PCI-e и внутренней шины видеокарты на производительностьСкачать

  

  Архитектура ЭВМ. Лекция 4: Однотактный процессор: тракт данных, ветвлениеСкачать

  

  02. Регистры и модель памяти. Виды адресацииСкачать