Adresų magistralė – apibrėžimas, veikimo principas ir ribos

Adresų magistralė: apibrėžimas, veikimo principas ir ribos — sužinokite, kaip adresų linijų plotis lemia adresuojamą atmintį, praktiniai apribojimai ir sprendimai.

Adresų magistralė – tai kompiuterio magistralės architektūros dalis, skirta adresuoti konkrečias atminties vietas ir perduoti adresus tarp procesoriaus, atminties ir kitų įrenginių. Ji nurodo, kurioje fizinės atminties vietoje turi būti skaityti arba rašomi duomenys. Adresas perduodamas kaip dvejetainė reikšmė per atitinkamą laidų rinkinį (adresų linijas), kad duomenų magistralė galėtų pasiekti atminties saugyklą.

Adresų magistralės paprastai sudaro laidai, jungiantys procesorių su pagrindine atmintimi, ir naudojamos tam, kad būtų identifikuotos konkrečios vietos pagrindinėje atmintyje. Adresų magistralės plotis (laidų skaičius) lemia, kiek unikalių atminties vietų galima adresuoti: jei magistralėje yra n linijų, teoriškai galima adresuoti 2^n atskirų baitų.

Kaip veikia adresų magistralė

Procesorius siunčia per adresų magistralę adresą (dažniausiai vienpusiu kanalu nuo procesoriaus link atminties ar I/O įrenginių). Svarbu atskirti adresų magistralę nuo duomenų magistralės (per kurią perduodami faktiniai duomenys) ir valdymo magistralės (kuri perduoda valdymo signalus, pvz., skaitymo/rašymo komandą, laikrodžio signalą). Kai procesorius nurodo adresą, atminties valdiklis arba I/O valdiklis dekoduoja tą adresą ir atlieka atitinkamą veiksmą (grąžina duomenis arba priima rašomus duomenis).

Adreso pločio reikšmė ir praktiniai pavyzdžiai

• Formulė: unikalių adresų skaičius = 2^n, kur n – adresų magistralės bitų (linijų) skaičius.
• Pvz.: sistema su 32 bitų adresų magistrale gali adresuoti 2^32 = 4 294 967 296 baitų ≈ 4 gigabaitus atminties.
• Kai kurie senesni arba specializuoti kompiuteriai naudoja 36 adresų linijas; 2^36 = 68 719 476 736 baitų ≈ 64 gigabaitai – todėl tekste minima, kad asmeniniuose kompiuteriuose ir "Macintoshe" yra net 36 adresų linijos, leidžiančios teoriškai pasiekti 64 gigabaitus pagrindinės atminties.
• Naujesnės architektūros su 64 bitų adresų magistrale turi teorinį adresų plotį 2^64 baitų – tekste tai minima kaip 16 ekslibrisų. Realiame pasaulyje dauguma procesorių ir operacinių sistemų naudoja mažesnį veikimą palaikantį adresų plotį (pvz., 48–52 fizinius bitus), todėl praktiškai adresuojamas kiekis būna mažesnis nei absoliuti teorinė riba.

Fizinis adresas vs. virtualus adresas

Reikėtų atskirti fizinį (hardware) adresą, kuriuo manipuliuoja atminties valdikliai ir adresų magistralė, nuo virtualaus adreso, kurį naudoja programos. Modernios operacinės sistemos ir procesoriai naudoja atminties virtualizaciją (segmentavimą, puslapiavimą). Virtualūs adresai verčiami į fizinius per lenteles (page tables) ar kitus mechanizmus. Todėl procesoriaus architektūros „adresų magistralės plotis“ dažnai nurodo fizinį adresų plotį, o virtualus adresų plotis gali būti kitoks.

Praktinės ribos ir apribojimai

Nors adreso magistralės plotis nustato teorinę ribą, faktiniai ribojimai priklauso nuo:

• pagrindinės plokštės ir mikroschemų rinkinio (pagrindinė plokštė) galimybių ir atminties lizdų;
• procesoriaus palaikomo fizinio adresų pločio (kai kurie procesoriai tik dalinai realizuoja 64 bitų fiziką);
• operacinės sistemos palaikymo (pvz., 32 bitų OS be PAE negali naudoti daugiau nei ~4 GB);
• naudojamų atminties modulių (maksimalus DIMM dydis), ECC reikalavimų, BIOS/UEFI nustatymų ir kitų techninių priežasčių.

Be to, kai kurie I/O įrenginiai gali „užimti“ adresų sritis (memory holes), o atminties adresų erdvė gali būti padalyta tarp įrenginių, kai naudojamas memory-mapped I/O. Taip pat egzistuoja ir atskiri įrenginių adresavimo mechanizmai (kaip port-mapped I/O kai kuriose architektūrose).

Kiti svarbūs aspektai

• Adresų magistralės kryptis: dažniausiai adresų magistralė yra vienakryptė – procesorius siunčia adresus, o atmintis / įrenginiai juos priima.
• Multiplexinimas: kai kuriose architektūrose adresų ir duomenų linijos yra multiplex’inamos (vienos ir tos pačios fizinės linijos prireikus perduoda adresą arba duomenis), kad sumažintų laidų skaičių.
• Adreso dekodavimas: atminties valdikliai dekoduoja adresą ir nustato, kuris įrenginys ar atminties modulis turi būti aktyvuotas.

Apibendrinant: adresų magistralė yra pagrindinis mechanizmas, leidžiantis procesoriui nurodyti, kurioje atminties vietoje vykdyti operacijas. Jos plotis tiesiogiai lemia adresuojamą atminties kiekį pagal taisyklę 2^n, tačiau realius ribojimus nustato aparatinė įranga, operacinė sistema ir architektūriniai sprendimai.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra adresų magistralė?

K: Kiek laidų turi adresų magistralė?

K: Kokie kiti elementai yra sistemos magistralės architektūros dalis?

K: Kiek atminties gali pasiekti 32 bitų adresų magistralė?

K: Kiek atminties gali pasiekti 64 bitų adresų magistralė?

K: Kokia yra atskiro kompiuterio sisteminių magistralių paskirtis?

Paieška pagal raidę