80386地址转换

80386 地址转换分两种情况：实模式下地址转换、保护模式下地址转换

实模式下地址转换

80386 的实模式是为了兼容 8086 而设计的，8086 的寄存器都是 16 位的，因此可寻址范围是 0x0 - 0xFFFF，即：寻址范围是 0 ~ 64KB，然而处理器的BIU(总线接口单元是20位)，因此CPU可寻址范围实际是 0x0 - 0xFFFFF，即：寻址范围是 0 ~ 1MB。

那么如何用 16 位的寄存器，得到 20位 的地址？答案是使用段寄存器左移4位 + 通用寄存器组成了20位地址。

假设DS寄存器的值是: 0x1234，偏移地址是: 0x1234，最终实际寻址的物理地址是：0x13574

实模式下内存寻址：段寄存器 << 4 + 偏移地址

保护模式下地址转换

保护模式下地址转换分为两种情况：

  • 保护模式下开启分页

  • 保护模式下不开启分页

保护模式下不开启分页

物理地址 = 线性地址 = 16位的段选择子 + 32位的偏移量

过程如下：

  1. 使用段选择子获取段描述符

    • 从GDT(全局描述符表)或LDT(局部描述符表)中获取段描述符的索引

    • 根据索引找到对应的段描述符

  2. 将段描述符中的段基址和偏移量相加

    • 从段描述符中获取段基址

    • 将段基址与偏移量相加得到线性地址

  3. 物理地址的计算

    • 执行特权级检查和段界限检查，确保线性地址有效

    • 将线性地址作为物理地址直接访问物理内存

保护模式下开启分页

线性地址 = 16位的段选择子 + 32 位的偏移量
物理地址 <= 线性地址

过程如下：

  1. 从线性地址中提取页目录索引(Page Directory Index)、页表索引(Page Table Index)和页内偏移(Page Offset)。

  2. 使用页目录索引作为索引访问页目录表(Page Directory Table)，从中获取对应的页目录项(Page Directory Entry)。

  3. 从页目录项中提取页表基址(Page Table Base Address)。

  4. 使用页表索引作为索引访问页表(Page Table)，从中获取对应的页表项(Page Table Entry)

  5. 从页表项中提取页框基址(Page Frame Base Address)。

  6. 页框基址 + 页内偏移得到物理地址

具体转换过程如下：

  1. 从线性地址中提取页目录索引、页表索引和页内偏移：

    • 线性地址的高10位是页目录索引

    • 线性地址的中间10位是页表索引

    • 线性地址的低12位是页内偏移

  2. 使用页目录索引访问页目录表

    • 从控制寄存器CR3中获取页目录表基址

    • 使用页目录索引乘以4(每个页目录项占用4个字节)得到页目录项的偏移量

    • 页目录表基址 + 页目录项偏移量 => 页目录项的物理地址

    • 从页目录项的物理地址中获取页表基址

  3. 使用页表索引访问页表

    • 使用页表索引乘以4(每个页表项占用4个字节)得到页表项的偏移量

    • 将页表基址(页表基址保存在页目录项中) + 页表偏移量 => 得到页表项的物理地址

    • 从页表项的物理地址中获取页框基址

  4. 物理地址计算：

    • 将页框基址 + 页内偏移量 => 得到物理地址

页表基址保存在页目录项中。

  1. 从控制寄存器CR3中获取页目录表基址

  2. 使用页目录表索引乘以4(每个页目录项占4个字节)得到页目录项的偏移量

  3. 将页目录表基址与页目录项的偏移量相加，得到页目录项的物理地址

  4. 从页目录项的物理地址中获取页表基址