CPU瞞著內存竟干出這種事

還記得我嗎，我是阿Q，CPU一號車間的那個阿Q。

今天忙里偷閑，來到廠里地址翻譯部門轉轉，負責這項工作的小黑正忙得滿頭大汗。

看到我的到來，小黑指著旁邊的座椅示意讓我坐下。

坐了好一會兒，小黑才從工位上忙完轉過身來，“實在不好意思阿Q，今天活太多，沒來得及招待你”

“剛忙什么呢，看你滿頭大汗的”，我問道。

“嗨，別提了，老是發現內存頁面錯誤，不停地要通知操作系統那邊去處理，真是懷念以前啊，沒有這么多破事兒要管”，小黑嘆了口氣。

我一聽來了興趣，“小黑你給我說說你們的工作唄，地址翻譯是怎么一回事兒，為什么懷念以前呢？”

小黑調整了下坐姿，咕嚕咕嚕喝了幾口水說道，“這話說來可就話長了”

接下來小黑開始給我講起了歷史故事······

8086

原來咱們的祖先叫8086，小黑還給我看了他的照片

那是一個純真質樸的年代，雖然工作性能不高，不過那個年代的程序都很簡單，我們的祖先一問世就成為了明星，稱得上那個時代的頂流了。

看到照片中的那些金屬針腳了嗎？那是我們CPU和外界打交道的觸角，每一根都有不同的作用。

通過這些觸角，CPU就可以跟內存打交道，獲取指令和數據，辛勤的干活啦。

那個年代，條件比較差，能湊合的就湊合，能共用的就共用。這不，你看祖先CPU的地址總線針腳和數據總線針腳就共用了。

祖先是一個16位的CPU，數據(Data)總線就有16位，一次性可以傳輸16個比特位。和地址(Address)總線湊合著一起共用，于是就取名AD0-AD15。

不過祖先的地址總線卻不止16個，還多出了A16-A19整整4個呢！這樣有20個地址線，可以尋址1MB的內存了！

但是祖先的寄存器都是16位的啊，只能存放16位的地址。不過他們很聰明，發明了一個叫分段式存儲管理的方法，把內存劃分為最大64KB的小塊，為什么是64KB呢，因為16位地址最多只能尋址這么大了。然后又加了幾個叫做段寄存器的東西，指向這些塊的開頭，這樣，通過段地址+段內偏移地址的方式，就能訪問更多的內存了。

32位時代

后來啊，祖先的那點計算能力越來越捉襟見肘，實在是跟不上時代了。家族中的年輕一代開始挑大梁，80286和80386CPU相繼問世，尤其是80386，成為了劃時代的存在。

到了80386時代，我們與外界通信的引腳就更多了，并且變成了32位的CPU，那個時候，生活條件就變好了，地址線和數據線再也不用共享引腳了。

后來，人類變得越來越貪心，想要一邊聽音樂，一邊還要上網，同時還要編輯文檔，這就同時需要運行多個程序。

這個時候，有人發現了商機，開發了一個叫操作系統的東西，原來那些程序不再直接和我們CPU打交道了，而是和操作系統打交道，操作系統再和我們打交道，中間商賺差價說的就是他們！

操作系統這玩意兒很聰明啊，通過時間片劃分讓我們CPU來輪流執行多個程序，一會兒讓我們執行音樂播放，一會兒讓我們執行瀏覽器程序，一會兒又讓我們執行文檔編輯程序。我們是無所謂啊，給什么代碼不是代碼啊，我們不挑，埋頭苦干就是了。人類的反應速度跟我們就差得遠了，他們還以為這些程序真的是同時執行的呢。

虛擬內存

不過隨之而來出現了一個大問題，這么多程序都要運行，大家擠在一個內存里，經常發生摩擦，沖突不斷。

先祖們為了此事殫精竭慮，終于想出了一個好辦法，一直沿用至今。

他們提出了一個虛擬地址的東西，所有程序使用的地址都是一個虛擬的地址，在真正和內存打交道的時候，咱們CPU內部工作人員再給翻譯成真實的內存地址，關于這事兒，內存那家伙一直被我們蒙在鼓里。

這樣一來，每個程序都可以用的是0x00000000到0xffffffff總共4GB這么大范圍的地址空間，當然不會真的給他們那么多空間，內存那家伙總共才4GB呢，而是要按需申請分配。分配的單元是按照頁來進行的，32位的CPU一個頁是4KB。這些分配管理的累活就讓操作系統來干了，中間商不能光拿好處不干正事，至于我們CPU，做好地址翻譯的工作就好了。