【ds为什么寄存器】Linux，操作系统，CPU寻址，物理地址，段基址和段选择器

前言：

每天一点点，愚公移山的概念，本文的学习是为了更好地理解操作系统底层的工作原理~

概念说明：

CPU:

信息处理、寄存器、控制器控制单元、通过总线(FSB、前端总线、前端总线)传输数据的信息处理、寄存器、

内存设备：

两个连续的内存单元、N号单元和N号单元可以被认为是两个内存单元，也可以被认为是具有N地址的“字符单元”。

物理地址：

在此空间中，每个内存设备的唯一地址，此唯一地址是物理地址。

段寄存器：

为管理内存中的段而设置的寄存器

通用寄存器：

共8个，AX、BX、CX、DX、SI、DI、SP和BP:

物理模式和保护模式寻址：

16位元CPU(x86-16)、20个位址汇流排、16位元暂存器、实际模式

16位CPU(x86-16)，物理模式，旧版MS-DOS操作环境

20条总线，最多2 20=1，048，576=1mb地址，寻址功能：1 MB；

16位寄存器，最大值：2 16=65，536=64kb，内存不足以显示物理地址，因此物理地址=段默认地址偏移地址

4个段寄存器：cs(代码段寄存器)、ds(数据段寄存器)、ss(堆栈段寄存器)、es(

存储要访问的指令的段地址的CS寄存器存储要访问的数据的段地址的DS寄存器SS寄存器、堆栈顶部的默认地址定义、SP寄存器、堆栈顶部的偏移地址定义

访问内存时需要给：CS，DS，ES，SS写入段地址，段寄存器中存放16位的段地址，段地址是参与寻址的，段地址左移4位，加上偏移地址，就是20位的物理地址；

32位CPU（x86-32），32根地址总线，32位寄存器，保护模式（Protected Mode）

32位CPU（x86-32），保护模式，就是通常所说的32位操作系统。

由于30根总线，最多：2^32=1,073,741,824=4GB个地址；

段寄存器（6个）：CS（Code Segment，代码段寄存器）、DS（Data Segment，数据段寄存器）、SS（Stack Segment，堆栈段寄存器）、ES（Extra Segment，附加段寄存器）、FS（辅助段寄存器），GS（辅助段寄存器）；

段寄存器FS和GS，没有处理器定义的目的，而是由操作系统运行它们来赋予目的；

段寄存器扩展了两个FS和GS，称为：段选择器，向其中写入的是：段选择子，段选择器的位数也为16位；

32位寄存器，最大：2^32=4,294,967,296=4GB，可以表示物理地址，为了兼容，表示形式还是：物理地址=段选择器（段基地址）+偏移地址；

32位机里完整的保留了16位寻址模式，即：寻址能力为1M，分段机制，每段不超过64KB，这就是通常所说的"实模式"，在地址储存模型中属于“实地址储存模型”。

段寄存器中存放16位：段选择器（Segment Selector），这个值不直接的参与寻址，是指向段描述表（Segment Descriptor Table）的索引，段描述表中存放着：段描述符（Segment Descriptor）。

段描述符包含段的描述：段基地址（段在内存中的位置），段的大小，段的类型（是数据段还是代码段），权限等。

GDT（Global/Segment Descriptor Table）：全局段号记录表，用来存储内存的分段信息，通过段选择子进行访问。

说简单点，GDT就是一个数组，每一个元素就是一个描述符，多个组合一起就构成了全局描述符表，而每一个描述符共64位。

实模式时的段寄存器，存储的值不再是段基地址了，而是GDT的索引，通过该索引可以找到对应的描述符，从描述符中获取到段基地址，然后再通过偏移地址就可以得到物理地址了。

操作系统，是否开启分页机制：

1、关闭，寄存器CR0的最高位，即位31为0，表示不采用分页机制：32位线性地址就等于32位物理地址；

2、开启，寄存器CR0的最高位，即位31为1，表示采用分页机制：32位线性地址内容分三部分：页目录索引<位31~22（10位）>，页表索引<位21~12（10位>、字节索引<位11~0（12位）>。