Windows x86 物理内存是 24 位？

Question

我正在阅读有关内存管理的新书 Windows Internals 5（物理地址扩展 PAE 部分的第 9 章）。在第 770 页提到“32 位系统在内部用 24 位表示物理地址”。我完全糊涂了，我认为 x86 物理内存也应该由 32 位寻址，这就是为什么系统被称为 32 -位系统。

任何想法有什么问题？

Answer 1

我正在阅读 Windows 内部第四版（第 435-437 页）中的物理地址扩展 (PAE) 章节，但我似乎找不到对 24 位的引用。这里引用了25位用于基页地址，这意味着可寻址空间变为2^(12+25)=128GB。但我们会回过头来讨论这个问题。首先让我们看看线性地址如何转换为物理地址（这在书中有完美的描述）：线性地址被分成三部分：

• 12 个低位在页内偏移，寻址 4Kb 页中的任何字节；
• 接下来的10位是页表（PTE）中记录的索引，其中包含页的基地址（第一个字节的物理地址）；
• 最高 10 位是页目录表 (PDE) 中记录的索引，其中包含 PTE 的基地址。

PTE和PDE中的每一项包含32位记录，其中20位分别包含页或下一级表的物理地址。其他 12 位是描述页或表的标志（可读/可写/可执行等）。这就是 80386、x486 和 Pentium 的工作原理。

现在，Pentium Pro 和更新的 CPU 在 PAE 模式下运行时，在 PDE 和 PTE 表中使用 64 位宽记录。在这些记录中，最多可以使用 40 位来编码内存中页面的基地址。这意味着PAE模式理论上可以寻址2^12（每个4Kb）的2^40页（1T页）。总理论地址空间为 2 ^ (40 + 12) = 2 ^ 52 = 4Peta 字节。然而，操作系统并不使用所有这 40 位。例如，Windows 仅使用其中的 24 个，这导致总可寻址地址空间为 2 ^ (24 + 12) = 2 ^ 36 = 64G 字节。

显然，不同版本（风格）的 Windows 在该表中使用不同的位数，这看起来有点奇怪。根据该书的第 4 版，在这种情况下使用了 25 位，这使得可寻址空间达到 128Gb，这也被本页所证实。这就是上面提到的第四版和第五版之间差异的根源。

有关转换如何发生的更详细说明，请查看Intel 64 和 IA32 架构软件开发人员手册的第 4-17 和 4-18 页（第 4.4.2 章）

哦，是的，系统被称为 32 位并不是因为它寻址 2^32 字节。这是因为它运行在内部寄存器为 32 位宽的模式下（这不再总是正确的，但已经足够接近现实了）。如果可寻址空间决定了操作系统的名称，那么 DOS 将是 20 位操作系统，而旧的 Mac 将是 24 位操作系统