3.1.1内存的基础知识

快来打我* 2024-04-06 11:52 48阅读 0赞

## 内存的基础知识 ##

### 1.1什么是内存？有何作用？ ###

内存是用于存放数据的硬件。程序执行前需要先放到内存才能被CPU处理。

### 1.2思考 ###

问题：在多道程序环境下，系统中会有多个程序并发执行，也就是说多个程序的数据需要同时放到内存中。那么，如何区分各个程序的数据放在什么地方呢？

方案：给内存的储存单元编码地址。内存地址从0开始，每个地址对应一个存储单元。并且计算机有不同的**编址方式**：

**按字节编址**，则每个储存单元大小为**1字节**，即1B，即8个二进制位。

**按字编址**，假设计算机字长16位，则每个存储单元大小位**1字**，每个字大小即计算机字长位数。

### 1.3内存在进程运行中的作用 ###

首先，进程的运行原理——指令

![image-20220922095431538][]

如上图，用**高级语言**编写的代码，经过**编译**，生成与之对应的**机器指令**，这些机器指令是用二进制编写的，可以被CPU识别。指令和数据在内存中的情况如下如所示：

![image-20220922101737142][]

进程概念补充：

每个进程在逻辑上由三个部分组成

1.  程序段
2.  数据段
3.  PCB（进程控制块）

CPU根据进程中程序段里的指令来执行相应操作，依次执行这些指令。比如此时执行**指令1（00101100,00000011,01001111)，数据传送指令**。把括号中的三个内容看作三个参数，第一个参数叫做操作码。CPU首先根据操作码判断要做一件什么事情，指令1中的操作码就是让CPU进行数据的传送。后面两个参数都是地址，综合看指令1就是让CPU把第三个参数对应的地址中的数据，传送到第二个参数对应的寄存器中。如下图所示：

![image-20220922102524520][]

接着执行**指令2（10010010,00000011,00000001)， 加法指令**。参数1，依然是操作码，这里指加法操作；参数2，指要操作的地址；参数3，指要相加的数量。综合看指令2就是让CPU把参数2对应的地址中的数据加上参数3对应的值。如下图所示：

![image-20220922105839292][]

接着执行**指令3（00101100,01001111,00000011)，数据传送指令**。同指令1，只是参数2和参数3内容对调了，意味着把寄存器中的数据传回变量x所在地址。这里就不展开了。

==需要强调的是：==这里给出的指令内容并不严谨，是为了可以比较直观地体会指令与CPU的合作过程。

可见，我们写的代码要翻译成CPU能识别的指令。这些指令回告诉CPU去内存中哪些地址读取或者写入数据。在上面的例子中，指令中直接给出了变量x的**实际存放地址**（物理地址），但实际在生成机指令的时候并不知道进程的数据回被放在什么位置。所以编译生成的指令一般是使用**逻辑地址**（相对地址）。

### 1.4逻辑（相对）地址VS物理（绝对）地址 ###

> 逻辑是相对的，因为逻辑上“参照物”可以多变，
> 
> 物理是绝对的，“参照物”变了，本身并没有发生什么改变。

举例

宿舍中，学生4人，尾号分别是\[0,1,2,3\]。

4人一起入住酒店，酒店给它们安排4间房号相连的房间\[5,6,7,8\]。4人以尾号递增的顺序依次入住。

这里，4人的尾号是一种相对位置，房间的编号是绝对位置。

只要知道0号学生住房编号N，就知道M号同学的住房编号N+M。

实际上，因为学号和房号有这种相连递增的规律，只要知道任一学生的学号和房号，都能推算出其他学生的住房编号。

==。

实际上，因为学号和房号有这种相连递增的规律，只要知道任一学生的学号和房号，都能推算出其他学生的住房编号。

举例结束，回到指令的概念中。指令中的地址也采用这种思想，编译时产生的指令只关心相对地址，实际放入内存中时再想办法根据起始位置得到绝对地址。换句话说，CPU所操作的变量一定是存在内存中的某个进程范围内的，而创建一个进程时一定会记录下这个进程的起始位置（物理地址）。编译时只需要确定变量x存放的相对地址100，在需要操作变量x时，用起始位置+相对地址就可以定位到x。

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