页式寻址

页式寻址 (Paged Addressing) 是现代计算机管理存储空间的一种重要方式，通过将主存划分为若干大小相等的“页”或“区”来管理。

基本概念

• 页 (Page)：主存被分成等大小的块，每块称为一页。常见的页大小为 4KB ($2^{12}$ 字节) 或 8KB。
• 页号 (Page Number)：对页面的编号。
• 页内地址 (Page Offset)：页面内部的单元编号，从 0 到页大小 -1。
• 逻辑 vs 物理：页式寻址是虚拟存储管理的基础，用于实现逻辑地址到物理地址的映射。

地址构成与计算

有效地址由页号和页内地址拼接而成：

$EA=\text{页号}\parallel \text{页内地址}$

计算实例

假设地址总长度为 16 位 ($2^{16}=64KB$ 寻址空间)：

1. 方案 A (8位页号 + 8位页内地址)：

   • 页面大小：$2^8=256$ 字节。
   • 页数：$2^8=256$ 页 (编号 0~255)。
   • 应用：地址高8位为页号，低8位为页内偏移。

2. 方案 B (9位页号 + 7位页内地址)：

   • 页面大小：$2^7=128$ 字节。
   • 页数：$2^9=512$ 页 (编号 0~511)。

注：现代系统常用 4KB ($2^{12}$) 或 8KB 页面。对于 32 位系统，若页大小 4KB，则页内地址 12 位，页号 20 位。

常见寻址方式

在指令中通常有专门的标记位来区分具体的页式寻址模式：

1. 零页寻址 (Zero-page Addressing)：
   • 对应主存中编号为 0 的页面。
   • $EA=0\parallel A$
2. 当前页寻址 (Current-page Addressing)：
   • 使用 $PC$ 的高位部分作为页号，指令中的形式地址 $A$ 作为页内偏移。 重点
   • $EA=P{C}_{high}\parallel A$
   • 适用于程序内部的短距离跳转。
3. 页寄存器寻址 (Page Register Addressing)：
   • 使用专门的页寄存器提供页号。

优点

• 便于管理：由于页大小相等，主存与辅存（或 Cache 与主存）之间的信息交换非常方便。
• 局部性原理：利用时间局部性和空间局部性（详见 存储器层次结构与局部性原理），动态加载程序的部分代码和数据。