IA-32/Linux地址转换与层次存储系统解析

"该资源是关于计算机系统基础的第六章内容，主要讲解了层次结构存储系统，特别是段描述符的定义及其在IA-32/Linux系统中的应用。内容涵盖存储器概述、主存与CPU的交互、磁盘存储、高速缓存、虚拟存储以及地址转换等核心概念。" 在IA-32架构中，段描述符是用于管理和控制内存访问的重要机制。一个段描述符占用8个字节，包含了描述段属性的关键信息： 1. **基地址** (Base Address): 段的起始位置，32位表示，决定了段在内存中的起点。 2. **限界** (Limit): 指定段的大小，20位表示，限制了段内可以访问的最大地址。如果粒度标志G为0，限界乘以字节为单位，最大段大小为1MB；若G为1，则以4KB的页面为单位，最大可达4GB。 3. **粒度标志** (Granularity): G位决定了限界的单位。G=1时，限界按页计算；G=0时，按字节计算。 4. **方向标志** (DPL, Descriptor Privilege Level): 表示访问段所需的最低特权级别，范围从0（最高）到3（最低）。只有当前特权级别（CPL）小于等于DPL时，才能访问该段。 5. **存在标志** (P): P=1表示段在内存中存在，Linux系统中通常始终设为1。 6. **系统标志** (S): S=1表示普通代码或数据段，S=0则表示系统控制描述符。 7. **类型** (TYPE): 包含了段的访问权限，如是否可执行、可读、可写等，以及是否被访问过（A位通常包含在此字段中）。 8. **访问标志** (A): A位表示段是否已被访问，通常用于缓存和换页策略。 在IA-32/Linux系统中，地址转换涉及逻辑地址到线性地址再到物理地址的转换。逻辑地址是程序员使用的地址，线性地址是CPU实际处理的地址，而物理地址则是内存芯片上的实际位置。这个过程可能需要查询页表和TLB（Translation Lookaside Buffer），同时，高速缓存（Cache）的存在是为了提高数据访问速度，利用程序的局部性原理来优化性能。在执行指令时，如取指、取数、存数等操作，都会涉及到存储器层次结构的不同层级，包括主存、Cache和可能的虚拟存储。 整个第六章的学习目标是理解和掌握存储器层次结构的工作原理，包括CPU与主存的交互、虚拟存储的实现、地址转换的过程以及操作系统和硬件如何协同处理内存访问。通过学习，读者应能够分析访存操作涉及的各个组件，理解虚拟存储和Cache对程序性能的影响，并能够设计出充分利用局部性的程序。