Il modello segmentato

Il modello segmentato in protected mode

Come sappiamo, nel funzionamento in modo reale il processore vede la memoria come composta di segmenti la cui dimensione massima è fissata a 64K. Una locazione di memoria viene individuata tramite una coppia di numeri che costituisce quello che viene chiamato l'indirizzo logico (Logical Address, LA), composto di un indirizzo base ( Base Address, BA), e di un offset. Per ottenere dal LA l'indirizzo fisico, il processore moltiplica il BA per 16 (…"aggiunge" uno 0hex) e lo somma all'offset.

Riassumendo quindi, nel funzionamento real mode:

i segmenti devono avere una dimensione massima di 64K
è possibile accedere a tutti i segmenti sia in lettura che in scrittura
l’accesso ad un segmento avviene tramite un numero di 16 bit, l’indirizzo base, contenuto in uno dei registri segmento e un offset
All’indirizzo base, trasformato in un indirizzo fisico di 20 bit viene aggiunto l'offset e ciò che si ottiene è l'indirizzo fisico della locazione di memoria a cui il microprocessore deve accedere

Le caratteristiche generali del modello segmentato protected mode si possono riassumere nei seguenti punti:

i segmenti possono avere una dimensione qualunque, da 0 a 4Gb
non a tutti i segmenti è possibile accedere in lettura e/o scrittura, a meno che non si possiedano adeguati privilegi
Ogni segmento viene descritto da una speciale struttura dati di 8 byte chiamata Descrittore di Segmento (Segment Descriptor, SD)
Tutti i SD vengono allocati in una o più tabelle in memoria RAM. Una tabella di questo tipo si chiama Tabella dei Descrittori (Descriptors Table, DT)
Il registro segmento, che ora viene denominnato selettore, non contiene più l'indirizzo base del segmento, ma un indice che dà la posizione del Descrittore di Segmento nella Tabella dei Descrittori

Ogni Descrittore di Segmento contiene i seguenti campi:

Base Address, 32 bit
- contiene l’indirizzo fisico (completo) della prima locazione del segmento
Limit, 20 bit
- dà la dimensione del segmento.
- può essere espresso in unità di bytes o in unità di 4Kb (pagine)
- Se è espresso in pagine determina una dimensione massima di 4Gb, infatti:

BASE ADDRESS (32 BIT)

LIMIT (20 BIT)

ATTRIBUTE 12 BIT)

Descrittore di segmento
Sono previsti due tipi di Tabelle di Descrittori :

Local Descriptor Table (LDT),contiene i descrittori dei programmi utente

La GDT è unica nel sistema. Essa non è allocata in un “segmento” nel senso che per essa non esiste alcun descrittore di segmento. Il suo indirizzo base e la sua dimensione sono contenuti in un registro speciale del processore, il GDTR (Global Descriptor Table Register). GDTR è un registro di 48 bit e contiene l’indirizzo base (32 bit) e la dimensione (16 bit) della GDT
Viceversa è possibile avere più LDT ognuna delle quali allocata in un segmento. I descrittori di segmento delle LDT sono contenuti nella GDT.
L'accesso ad un segmento avviene come nel modo reale tramite un registro segmento

Vediamo il meccanismo d'accesso. Il selettore è composto da tre campi

INDICE

RPL

Selettore di segmento (CS,DS,SS etc..)

INDICE, 13 bit, punta a un'entry della Tabella dei Descrittori
TI (Table Indicator), 1 bit, indica il tipo di tabella. TI=1 è una LDT, TI=0 è la GDT
RPL (Requestor Privilege Level), 2 bit di cui ci occuperemo dopo

Un indirizzo virtuale è un numero di 48 bit composto della forma

selettore:offset

con selettore di 16 bit e offset di 32 bit, mentre un indirizzo fisico invece è un unico numero a 32 bit.
In figura è schematizzato il processo di conversione

La conversione da virtuale e fisico viene effettuata in fase di esecuzione e non quando il programma viene caricato in memoria.

Esempio:

00000 0100 1000

Selettore di segmento

Il descrittore di segmento potrebbe essere:

BA=0004 0000

LIMIT=3FF

XXXXXXXXXXXX

Se l'indirizzo virtuale della prima istruzione del programma è 0000 001D, l'indirizzo fisico risulterebbe 0004 0000 + 0000 001D = 0004 001D

La virtualizzazione della memoria si realizza nel momento in cui un SD fa riferimento ad un segmento non esistente in memoria.
In altre parole, un segmento, benché il suo descrittore sia allocato in una DT, può anche non essere presente in memoria. La presenza o meno del segmento viene segnalata dal bit P degli attributi di segmento.

Gli attributi di segmento

Gli attributi del segmento sono specificati da una serie di campi, i più importanti dei quali sono

G: Bit di granulosità, 1 bit
- 0 : dimensione (LIMIT) del segmento in byte
- 1 : dimensione in unità di 4KB (pagine)
S: Descriptor Type, 1 bit.
- 0 : il segmento è di sistema (per es contiene una LDT),
- 1 : il segmento è di un’applicazione
TYPE, 4 bit
- se il descrittore non è di sistema, tre di questi bit specificano se il segmento è dati o codice e gli attributi di lettura/scrittura/esecuzione
- Il quarto, chiamato bit A, specifica se il descrittore è stato caricato precedentemente nel selettore
DPL (Descriptor Privilege Level), 4 bit
- Vedi I meccanismi di protezione
P : bit di presenza
- 0: segmento non presente in memoria
- 1: segmento presente in memoria