逻辑地址和物理地址的相互转换

注：本文只适用于做题，想更详细了解调度算法相关的知识可以参考这篇文章😄 👉操作系统学习笔记第四章存储管理

🐳基础概念

逻辑地址（Logical Address）：在计算机体系结构中是指应用程序角度看到的内存单元（memory cell）、存储单元（storage element）、网络主机（network host）的地址，又叫相对地址。 是在网络层及以上使用的地址（ip地址就是其中一种）。

$$逻辑地址=页号地址+页内地址$$

物理地址（Physical Address）：是在存储器里以字节为单位存储信息，为正确地存放或取得信息，每一个字节单元给以一个唯一的存储器地址，又叫实际地址、绝对地址、mac地址或硬件地址。是在数据链路层和物理层使用的地址。

$$\begin{gathered} 物理地址=块号地址+块内地址=块号地址+页内地址 \\ 块号地址=块号\ast 块大小 \end{gathered}$$
注：在分段存储中块号地址又叫段首地址，在分页存储中块号又叫页框号，块内地址在数值上是和页内地址等价的

逻辑地址和物理地址相互转换的本质是块号地址和页号地址的相互转换

🐳逻辑地址转换成物理地址

• 逻辑地址转为物理地址一般性步骤：
  • 如果题目给出段表
    • 通过逻辑地址确定段号（S）
    • 查询段表，通过段号（S）确定段首地址(块号地址)
    • 通过逻辑地址确定页内地址
    • 物理地址 = 块号地址+ 页内地址
  • 如果逻辑地址是16进制（当然也可以用于10进制只是比较麻烦）
    • 将逻辑地址的16进制转换成2进制
    • 确定页号。通过页面数确定页号地址位数m，页号地址为2进制逻辑地址前m位，从而确定页号
    • 确定块号地址。通过页号确定块号，从而求得块号地址
    • 确定页内地址。通过页面大小确定页内地址位数n，页内地址为2进制逻辑地址后n位
    • 物理地址 = 块号地址+ 页内地址
  • 如果逻辑地址是10进制
    • 确定页号。页号 = 逻辑地址/页面大小（注意页面大小的单位要是字节，非字节换算成字节）
    • 确定块号地址。通过页号确定块号，从而求得块号地址
    • 确定页内地址。页内地址 = 逻辑地址 mod 页面大小
    • 物理地址 = 块号地址 + 页内地址

• step1：通过段号2确定段首地址480K,块号地址 = 480*1024B
• step2：通过题目可以知道页内地址为：154
• step3：物理地址 = 块号地址 +页内地址 = 480*1024 + 154 = 491674B

🚝思维拓展： 如果逻辑地址为：（2,854B ）或（2，30k）那么物理地址是：480*1024+854？480*1024+30*1024?不知道答案可以接着往下看🐶

方法一：

• Step1：确定页号。页号 = 2100/1024 = 2
• Step2：确定块号地址。根据题目条件可知，页号2对应块号6，所以 块号地址 = 6*1024
• Step3：确定页内地址。页内地址 = 2100 mod 1024 = 52
• Step4：物理地址 = 6*1024 + 52 = 6196

方法二：

• Step1：将操作数地址（逻辑地址）10进制转成2进制，2100D = 1000 0011 0100(2)
• Step2：通过页面数确定页号地址位数。页面数为 4 = 2^2，所以页号地址位数为2（逻辑地址最前面两位）
• Step3：确定块号。页号 = 10(2) = 2，对应第3个页面，所以块号为6
• Step4：确定块号地址。块大小为1024字节，所以：块号地址 = 6*1024
• Step5：通过页面大小确定页内地址位数。页面1024B = 2^10b，所以页内地址位数为10
• Step6：确定页内地址。页内地址 = 00 0011 0100(2) = 52（逻辑地址后10位）
• Step7：物理地址 = 块号地址 + 页内地址 = 6*1024+52 = 6196

同理可求得操作数3100的物理地址为：8220

上面两种方法其实都是将逻辑地址中的页号地址换成物理地址中的块号地址（这就是转换的本质）

逻辑地址：1000 0011 0100(2) = 2100D = 834H

物理地址：1 1000 0011 0100(2) = 6196D = 6100H

第一题也可以一样的操作：

页号地址：10，页内地址：154B=1232b=100 1101 0000(2);

块号地址：480k*1024*8=3932160b=11 1100 0000 0000 0000 0000(2)

逻辑地址：1 0100 1101 0000(2)

物理地址：11 1100 0000 0100 1101 0000(2)

---

现在继续第一题的思维拓展：

1. 当逻辑地址为（2,854B ）时，同理可以求得
2. 当逻辑地址为（2,30k）时，页内地址30k>段长度20k，地址发生越界，该逻辑地址非法故无法转换成物理地址

1）

• Step1：将16进制逻辑地址转换称2进制。0468H = 0000 0100 0110 1000(2)
• Step2：确定页号。页面数 32 = 2^5，故页号地址位数为5，所以 页号 = 00000(2)=0D
• Step3：确定块号地址 。页号0对应块号5，所以 块号地址 = 5*1024
• Step4：确定页内地址。页面大小：2KB = 2^11，故页内地址位数为11，所以 行内地址 = 100 0110 1000(2) = 1128D
• Step5：物理地址 = 5*2048 + 1128 = 11368

对比一下：

逻辑地址：0000 0100 0110 1000(2) = 1128D = 0468H

物理地址：10 1100 0110 1000(2) = 11368D = 1868H

2）略……以后再写

🐳物理地址转换成逻辑地址

逆向过程🙉

一、经典例题

题目：请指出下列指令的 源操作数 的寻址方式，并计算物理地址。

设(DS)=2000H，(ES)=2100H，(SI)=00A0H，(SS)=1500H， (BX)=0100H，

(BP)=0100H，数据变量WAL的偏移地址为0050H。

1.MOV AX,[100H]; 直接寻址 2000H*10H+100H=20100H

2.MOV AX,[BX]; 寄存器间接寻址 2000H*10H+0100H=20100H

3.MOV AX,ES:[BX]; 寄存器间接寻址 ES*10H+BX=2100H*10H+0100H=21100H  ;“ES:[BX]”才对

4.MOV AX,[BP]; 寄存器间接寻址 SS*10H+BP=1500H*10H+0100H=15100H  ;BP（或者SP），用SS。其他一般选DS。

5.MOV AX,[BX+10H]; 寄存器相对寻址 2000H*10H+0100H+10H=20110H

6.MOV AX,WAL[BX]; 寄存器相对寻址 2000H*16+0100H+0050H=20150H

7.MOV AX,[BX][SI]; 基址加变址寻址 2000H*10H+0100H+00A0H=201A0H

8.MOV AX,WAL[BX][SI]; 基址变址相对寻址 20000H+0100H+0050H+00A0H=201F0H

栈段寄存器(SS, Stack Segment)：存放栈段的 段描述符 索引(该段描述符中包含栈段的线性基址)。

数据段寄存器(DS(Data Segment)、ES、FS、GS)：存放数据段的段描述符索引(这些描述符中均包含数据段的线性基址)。
其中，DS数据段含有程序使用的大部分数据，ES、FS和GS分别对应IA-32中引入的附加数据段。ES数据段可以为某些串指令存放目的数据。

1.汇编语言 SI DI BX BP SS DS 是什么

SI: 16位寄存器，源变址寄存器

DI: 16为寄存器，目的变址寄存器

BX: 16位寄存器(可分成2个8位寄存器BH，BL)，基址寄存器

BP: 16位寄存器，基址指针寄存器

SS : 16位段寄存器，作用是存放当前堆栈段的段地址，一般和SP连用

DS: 16为段寄存器，作用是存放当前数据段的段地址

2.怎样根据这些求物理地址

有个公式: 物理地址 = 基础地址 + 偏移地址 = CS*10H(基础地址)+ IP(偏移地址)

CS: 16位段寄存器,存放当前代码段的段地址

IP: 存放下一条要执行的指令的偏移地址

物理地址＝段地址×16+偏移地址，指令中出现BP作地址，则其段地址为SS，否则就为DS。这里的16是十进制的。

Q:地址加法器是工作的？
A:地址加法器可以将输入分为段地址和偏移地址，而输出则是物理地址，
其中 段地址×16 + 偏移地址 = 物理地址。

Q: 段地址为什么要乘 16或10H ？
A:因为寄存器是16位的，乘 16 后相当于左移 4 位，留出来 4 个位置供偏移地址补上。加上后就变成了 20 位，就能放入地址总线中了。

二、练习题

1．现有AX=2000H，BX=1200H，DS=3000H，DI=0002H，（31200H）=50H，（3120H）=02H，（31202H）=40H，请写出下列各条指令独立执行完后有关寄存器及存储单元的内容，并指出标志位ZF、CF的值。

   A．ADD	AX，1200H	；问AX=____3200____H  	ZF=_0____。
   B．SUB	AX，BX  	；问AX=__e00_____H  	ZF=__0___。
   C．MOV   AX，[BX] 	；问AX=____50____H  	CF=__0___。	  

SUB：减法
2000H-1200H=0E00H 借一当16，16-2=14 14就是E

进位标志CF(Carry Flag)：主要用来反映运算是否产生进位或借位。如果运算结果的最高位产生了一个进位或借位，那么，其值为1，否则其值为0。CY(1) NC(0)
零标志ZF(Zero Flag)：如果计算结果的所有位是0，ZF=1，否则，ZF=0。ZR(1) NZ(0)

MOV AX,[BX]; 寄存器间接寻址   AX = DS×10+BX  =   3000H*10H+1200H=31200H =50H

2.现有（DS）=2000H，（BX）=0100H，（SI）=0002H，（20100H）=12H，（20101H）=34H，（20102H）=56H，（20103H）=78H，（21200H）=2AH，（21201H）=4CH，（21202H）=0B7H，（21203H）=65H，说明下列指令执行后AX寄存器的内容。

（1）MOV AX，1200H   
1200H
（2）MOV AX，BX
100H
（3）MOV AX，[1200H]
2AH
（4）MOV AX，[BX]
12H
（5）MOV AX，1100H[BX]
2AH
（6）MOV AX，[BX][SI]
56H
（7）MOV AX，1100H[BX][SI]
B7H

3.若AX=3500H，CX=56B8H，当AND AX，CX指令执行后，AX=（ A )

A. 1400H      B. 77F8H     C. 0000H      D. 0FFFFH

4.设DS=2200H，BX=1000H，SI=0100H，偏移量D=0A2B1H，试计算出下列各种寻址方式下的有效地址，填入括号中

A.使用D的直接寻址（    A2B1         )
B.使用BX的寄存器间接寻址（   1000      )
C.使用BX和D的寄存器相对寻址（   B2B1        ）
D.使用BX、SI和D的相对基址变址寻址（   B3B1      )
E .使用BX、SI的基址变址寻址（    1100       )

5.分别指出下列指令中源操作数的寻址方式：

A.	MOV SI，100（   立即寻址      ）
B.	MOV CX，DATA［SI］（    寄存器相对寻址       )
C.MOV ［SI]，AX(    寄存器寻址      )
D.ADD AX，［BX]［DI](   基址加变址寻址     )

6.设（SS）= 448AH，（SP）= 450H，执行
PUSH AX
PUSHF
后，当前栈顶的物理地址=___ B ___。

A．44CE6H			B．44CECH			C．44CF4H			D．44CF2H

SS×10+SP=448AH×10+ 044CH = 44CECH

分析：

PUSH AX;    AX是16位寄存器，2个字节，所以SP-2
PUSHF;      把标志寄存器FLAGS的值入栈，也是2个字节，所以SP-2
SP-4=044CH
物理地址是： 448AH左移四位（乘十）+ 044CH = 44CECH

7.操作数直接存放在指令中，则它的寻址方式是( D )。

(A) 直接寻址       (B) 寄存器寻址   (C) 寄存器间接寻址   (D) 立即寻址

8.MOV AX,ES:COUNT[DI] 源操作数的寻址方式是( C )

A. 基址寻址　     B. 立即寻址 　　 
C. 变址寻址　    D. 基址变址寻址 

9.指令MOV BX,MASK[BP]，若MASK=3500H，SS=1200H，DS=1000H，BP=1000H，那么物理地址为( B )

A. 17500H     　 　 　 B. 16500H　 　　 
C. 14500H     　 　 　 D. 13500H 

10.已知（DS）=3000H，（SS）=2500H，（BX）=0100H，（BP）=0040H，指令MOV AX，DS：[BP] 源操作数的物理地址是（ B ）。

A．25040H     	B. 30040H   		  C.25100H   		    D. 55040H

11.MOV BH，1000[SI]，该指令中源操作数采用的寻址方式是（ C ）。

   A．立即			B．直接		C．寄存器相对		D．寄存器间接

三、概念题

1.在ARM体系结构中，（ A ）寄存器作为连接寄存器，当进入子程序时或者处理器响应异常的时候，用来保存PC的返回值；（ ）寄存器作为处理器的程序计数器指针。

A.R14，R15    B.R13，R15    C.R13，R15     D.R14，R13

2.在下列ARM处理器的各种模式中，只有（ B ）模式不可以自由地改变处理器的工作模式。

A.系统模式(System)     B.用户模式（User）
C.终止模式(Abort)      D.中断模式(IRQ)

3.设CS=2500H，DS=2500H，SS=2430H，BP=0200H，SI=0010H，DI=0206H，计算下列x86指令源操作数的物理地址。（ D ）
MOV AX，[BP+SI+4]

A.25214H   B.25514H   C.24214H    D.24514H

解答：

看见BP 选SS
 SS*10＋BP + SI + 4 = 24300 + 200 + 10 +4 = 24514

4.用十六进制工具查看IMAGE_ FILE_HEADER结构的情况时，以下字段中( B )代表可执行文件的目标CPU类型。

A.NumberOfSections      B.Machine
C.TimeDateStamp         D.Characteristics 

5.MOV AX,[BX+SI]的源操作数的物理地址是（ A ）

A.(DS)*10H+(BX)+(SI)      B.(ES)*10H+(BX)+(SI）
C.(SS)*10H+(BX)+(SI)      D.(CS)*10H+(BX)+(SI)

四、操作题

1.若（CL）= 4，（AX）=0FF0FH，执行语句“ROR AX，CL”后 ，（AX）=( FFF0 )H。

ROR循环右移

1.现有AX=1500H，BX=1200H，DS=3000H，DI=0002H，（31200H）=70H，（3120H）=12H，（31202H）=50H，请写出下列各条指令独立执行完后有关寄存器及存储单元的内容，并指出标志位ZF的值。（每空1分,共5分）
ADD AX,2100H；问AX=（ 3600 ）H ZF=（ 0 ）。
SUB AX,BX；问AX=（ 300 ）H ZF=（ 0 ）。
MOV AX,[BX] ；问AX=（ 70 ）H

一段x86汇编程序如下：（ ）
PUSH BX;
PUSH AX;
PUSH BX
POP CX;
PUSH BX;
PUSH AX
POP CX
假设AX=1357H，BX=2468H，DS=2000H，SS=4000H则程序执行完后，CX等于多少？（ A ）
A.1357H B.4468H
C.3357H D.6468H

1. 设（SS）=0FFA0H，（SP）=00B0H，（AX）=8057H，（BX）=0F79H，执行指令"PUSH AX"后，（SP）= ( 00AE )；再执行指令：
   PUSH BX
   POP AX
   后，（SP）= ( 00AE ) ，（AX）= ( 0F79 )，（BX）= ( 0F79 )。

注：这里不用-r输入SS的值，只输入SP、AX、BX的值。

2. MOV AX, 0001H
   MOV BX, 0002H
   PUSH BX
   PUSH AX
   POP BX ；执行后 BX=( 01 )
   POP AX ；执行后 AX=( 02 )
   MOV AX，3F5FH ；执行后 AL=( 5F )
   AND AL，0FH ；执行后 AL=( 0F )