【问题思考总结】CPU怎么访问磁盘?CPU只有32位,最多只能访问4GB的空间吗?

问题

在学习操作系统的时候发现了这样一个问题,32位的CPU寻址空间只有4GB,难道只有4GB的空间可以使用吗?以此为始,我开始了一些思考。

思考

Q1:首先,我似乎混淆了一个概念,内存和外存,CPU的寻址单元是内存还是外存?

A1:经过查阅发现,CPU只能和主存和Cache进行直接交互,而和磁盘交互只能通过主存和磁盘用DMA或者通道,或者I/O总线进行连接,因此,CPU是不能够直接和外存进行交互的。

Q2:细细想来也是,如果磁盘加内存只有4GB也太恐怖了,那么第二个问题也自然而然地产生了,我们如何去访问磁盘呢?既然我们只能寻址到4GB的地址空间?

A2:我回想了操作系统中刚刚学到的页表,在请求分页管理方式中,有一项叫做:外存地址,那么这个地址究竟是什么样的呢?查询了计组知识发现,磁盘的地址形式即是:驱动器号、柱面号、盘面号、扇区号,组成了磁盘的访盘地址。

由此,我猜测访问磁盘的过程是,程序在运行时,执行了一条指令,其中有访存指令,结果,访问的32位逻辑地址并没有在页表中映射到对应的物理地址,那么就通过页表项中的外存地址,进行访盘,并从磁盘中选择对应的块换入到主存中(CPU和主存交换的是字节,主存和磁盘交换的是磁盘块,而内存中的一个页需要用磁盘中2^n个块组成,因此访盘的代价是很大的)。

总结

CPU只有32位,最多访问4GB的内存空间。
访盘需要借助请求分页页表中页表项中的外存地址项。

以上均为个人想法,欢迎博友批评指正!

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