描述符寄存器英文解释翻译、描述符寄存器的近义词、反义词、例句
英语翻译:
【计】 descriptor register
分词翻译:
描述符的英语翻译:
【计】 descriptor
寄存器的英语翻译:
register
【计】 R; RALU; register
【化】 memory; registor
专业解析
在计算机体系结构中,描述符寄存器 (Descriptor Register) 是一种关键的硬件组件,主要用于内存管理和保护模式下的系统资源访问控制。它存储着指向描述符表 (Descriptor Table) 中特定条目的指针信息,该条目详细定义了内存段或系统段(如任务状态段、调用门等)的属性、基地址、界限和访问权限。
核心功能与工作原理:
-
内存段管理:
- 在x86架构的保护模式下,内存被划分为不同的段(代码段、数据段、堆栈段等)。
- 每个段由一个段描述符 (Segment Descriptor) 描述。该描述符存储在全局描述符表 (GDT) 或局部描述符表 (LDT) 中。
- 描述符寄存器(如 GDTR, LDTR) 并不直接存储段描述符本身,而是存储描述符表(GDT 或 LDT)在内存中的基地址 (Base Address) 和界限 (Limit)。
- 当程序或CPU需要访问某个内存段时(例如,通过加载段选择符到段寄存器 CS, DS, SS 等),CPU 会:
- 使用段选择符中的索引(Index)字段。
- 结合描述符寄存器(GDTR 或 LDTR)中存储的基地址,计算出目标段描述符在 GDT 或 LDT 中的确切内存位置。
- 从内存中读取该段描述符。
- 将描述符中的信息(基地址、界限、权限等)加载到 CPU 内部与该段寄存器关联的不可见部分(或称描述符缓存)。
- 此后,对该段的访问(如读取指令、读写数据)都会基于这个缓存的描述符信息进行地址转换和权限检查。
-
系统段与门描述符管理:
- 除了内存段,描述符表还包含用于任务切换、中断处理等的系统段描述符和门描述符(调用门、中断门、陷阱门、任务门)。
- 描述符寄存器(主要是 GDTR)同样提供访问这些系统描述符所需的 GDT 位置信息。例如,任务寄存器 (TR) 包含一个指向 GDT 中任务状态段 (TSS) 描述符的选择符,CPU 通过 GDTR 找到该 TSS 描述符,进而定位当前任务的 TSS。
主要类型:
- GDTR (Global Descriptor Table Register):
- 存储全局描述符表 (GDT) 的基地址(32位或64位)和界限(16位)。
- GDT 是系统范围内唯一的表,包含所有任务共享的段描述符(如内核代码段、内核数据段)以及系统段描述符(如 TSS 描述符、LDT 描述符)。
- 指令
LGDT
用于加载 GDTR。
- LDTR (Local Descriptor Table Register):
- 本身是一个段寄存器(16位可见部分),存储一个指向 GDT 中某个LDT 描述符 的段选择符。
- 当 LDTR 被加载时(通过
LLDT
指令),CPU 会:
- 使用该选择符,通过 GDTR 找到 GDT 中的 LDT 描述符。
- 将 LDT 描述符中的基地址和界限加载到 LDTR 的不可见部分(描述符缓存)。
- 此后,对 LDT 的访问(例如,当程序使用指向 LDT 的选择符时)就通过 LDTR 缓存的基址和界限来定位具体的段描述符。
- LDT 用于定义特定任务(或进程)私有的内存段。
- IDTR (Interrupt Descriptor Table Register):
- 存储中断描述符表 (IDT) 的基地址和界限。
- IDT 包含中断门、陷阱门和任务门描述符,定义了中断或异常发生时 CPU 应跳转到的处理程序入口点。
- 指令
LIDT
用于加载 IDTR。
- TR (Task Register):
- 存储一个指向 GDT 中当前任务任务状态段 (TSS) 描述符 的段选择符。
- 当 TR 被加载时(通过
LTR
指令),CPU 会:
- 使用该选择符,通过 GDTR 找到 GDT 中的 TSS 描述符。
- 将 TSS 描述符中的基地址和界限等信息加载到 TR 的不可见部分(描述符缓存)。
- 任务切换时,CPU 使用 TR 缓存的 TSS 信息来保存旧任务状态和恢复新任务状态。
描述符寄存器是 CPU 在保护模式下高效、安全地管理内存段和系统资源访问的关键桥梁。它们本身存储的是描述符表(GDT, LDT, IDT)的位置信息(基址和界限),而非单个描述符。通过提供这些表的入口点,CPU 能够根据程序或系统事件(如任务切换、中断)的需要,快速定位并加载存储在内存中的具体描述符(段描述符、系统段描述符、门描述符),进而执行地址转换、权限检查和流程控制。理解 GDTR、LDTR、IDTR 和 TR 的功能是掌握 x86 保护模式内存管理和多任务机制的基础。
权威参考来源:
- Intel® 64 and IA-32 Architectures Software Developer’s Manual, Volume 3A: System Programming Guide, Part 1 - 这是最权威的官方文档,详细描述了保护模式、描述符表、描述符寄存器(GDTR, LDTR, IDTR, TR)的结构、功能和使用方法。请访问 Intel 官方网站开发者专区查找最新手册。
- OSDev Wiki - Global Descriptor Table - 这是一个备受推崇的开源操作系统开发社区资源,提供了关于 GDT、GDTR 及其在操作系统启动和运行中作用的清晰解释和示例代码。
- OSDev Wiki - Local Descriptor Table - 同样来自 OSDev Wiki,详细解释了 LDT 的概念、LDTR 的作用以及它们如何用于任务隔离。
- University Lecture Notes on Computer Architecture/Operating Systems - 许多顶尖大学(如 MIT, Stanford, CMU)的计算机体系结构或操作系统课程讲义会深入讲解保护模式和描述符机制。可在相关大学开放课程网站或教授个人主页查找。
- 《x86汇编语言:从实模式到保护模式》 (书籍) - 李忠等著 - 这本书是中文领域深入讲解 x86 保护模式机制的经典著作,对描述符表、描述符寄存器有非常详尽的阐述。
网络扩展解释
描述符寄存器是x86/x64架构CPU中用于管理内存描述符表的核心组件,通过指向特定数据结构实现内存分段、中断处理等关键功能。以下是综合多个来源的详细解释:
一、核心定义与作用
描述符寄存器是存储描述符表地址的专用寄存器,通过指向内存中的描述符表(如GDT、IDT等)实现系统资源管理。主要作用包括:
- 内存分段管理:通过全局/局部描述符表划分内存空间
- 权限控制:描述符中存储段的访问权限信息
- 中断处理:指向中断服务程序的入口地址
二、主要类型及功能
寄存器类型 |
指向描述符表 |
主要功能 |
GDTR |
全局描述符表(GDT) |
管理操作系统核心数据段 |
IDTR |
中断描述符表(IDT) |
处理硬件中断和异常 |
LDTR |
局部描述符表(LDT) |
管理任务私有内存段 |
TR |
任务状态段(TSS) |
任务切换时保存CPU状态 |
三、技术细节
-
GDTR结构:
- 48位寄存器(32位基址+16位限长)
- 基址范围:0x00000000~0xFFFFFFFF
- 限长最大65536字节
-
描述符表特性:
- 每个描述符占8字节
- 包含段基址、界限值、访问权限等字段
- GDT首个描述符必须为空
四、工作流程示例
当CPU进入保护模式时:
- 加载GDTR寄存器指向GDT基址
- 通过段选择器索引GDT获取段描述符
- 描述符信息被缓存到段描述符高速缓存器
- 实现内存访问权限校验和地址转换
(注:完整技术细节可参考Intel® 64 and IA-32 Architectures Software Developer's Manual)
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