PSE-36

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在計算機領域，PSE-36（英語：36-bit Page Size Extension，即36位元頁面大小擴展）[1]是一個x86處理器特性，它可將電腦數據存貯器的尋址能力從32位元擴展到36位元，允許尋址最多64 GB內存。[2]相較於物理地址擴展（PAE）方法，PSE-36是解決4 GB內存瓶頸的更簡單方案。它採用頁大小擴展（英語：Page Size Extension）（PSE）模式和一個修改的頁面目錄表來映射4 MB的頁到一個64 GB物理地址空間。PSE-36的缺點是，不同於PAE，它在4 GB以上的區域沒有4 KB的頁面粒度。

PSE-36隨Pentium II Xeon被引入到x86架構，並且最初被公布為「英特爾擴展服務器內存架構」[3]（有時縮寫為ESMA[4]）的一部分，這個品牌也包括稍早一點的PAE（並且因此，只支持PAE的Pentium Pro被宣傳為僅具有ESMA的「子集支持」）

PSE-36的鼎盛時期比較短。PSE-36相較PAE的主要優勢是，操作系統的內部組件幾乎不需要重做，因此PSE-36被認為是一個合適的緩解措施 圍繞Windows NT 4.0企業版時間表的。更新的微軟操作系統（包括Windows 2000）只支持PAE。例如Linux等部分操作系統完全跳過了PSE-36。[5]儘管如此，AMD和之後的英特爾選擇在其64位處理器中提供最多40位的PSE支持（在傳統模式（英語：legacy mode）下運行時）。

運行[編輯]

檢測[編輯]

PSE-36的支持在CPUID結果之特性位元中的EDX第17位元（從0開始計數）表示。與純PSE支持不同，它是由同一寄存器中的位元3指示。[6][7]

激活和使用[編輯]

就激活PSE-36而言，它沒有一個單獨的位元來開關PSE。至少處理器（根據CPUID標識）和芯片組支持PSE-36，直接啟用PSE（通過設置位元4，即PSE， 系統寄存器CR4（英語：Control register#CR4）的）就能允許大型的4 MB頁（在64 GB範圍內）以及普通的4 KB頁（只能在常規的4 GB範圍內）。

如果CPU支持較新的PSE-36，使用CPUID指令檢查判定，那麼除了在PSE中使用的10位，還有4個位元用於指向大頁面的頁面目錄項。這將允許大頁面位於36位地址空間中。

頁面目錄項（PDE）中的PS位元（位元7）標示此項是一個頁表（描述1024個4 KiB頁面）還是一個4 MB頁面。正常模式與PSE-36模式下的PDE結構如下：

32位元尋址的頁面目錄項
31–22 21–17 16–13 12 11–9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
非PSE 頁表的基地址 avail 0 PS=0 ign A PCD PWT U W P
PSE 頁面幀地址的31..22位元 保留（必須為零） PAT[a] avail 0 PS=1 D[b] A PCD PWT U W P
PSE-36 頁面幀地址的31..22位元 保留（必須為零） 頁面幀地址的35..32位元 PAT avail 0 PS=1 D A PCD PWT U W P
  1. 頁面屬性表（英語：Page attribute table）；自Pentium III起出現。對更早CPU必須為零。
  2. "「髒」位：如果存在對該頁的寫訪問，CPU將其設為1。對於4 KiB頁面，該標誌存在於相應的頁表項（PTE）中。

擴展到40位元[編輯]

憑藉在傳統模式（英語：Legacy mode）下運行時翻譯PDE的位元20..13為頁面基地址的位元39..32，AMD在其AMD64處理器中將此方案擴展為40位元尋址。因此它只保留了位元21（必須為零）。但請注意，在長模式下CR4.PSE被忽略，並且該模式下PSE式4 MB頁面不可用。[8]在AMD64傳統模式下使用PSE 4 MB頁面可尋址的物理內存總量因此是1024 GB。[9]湯姆·謝利（Tom Shanley）稱此擴展為PSE-40，儘管該名稱沒有出現在AMD官方文檔中。

最新的英特爾手冊（2014年2月）也表明在PSE中最多支持40位。英特爾CPU支持的PSE位的確切數目可能較少，並且必須通過CPUID確定處理器支持的最大物理地址寬度，方法是使用function 80000008H調用CPUID，並檢查EAX[7:0]中的結果。[10]

使用[編輯]

PSE-36特性的實用性取決於芯片組對超過4 GB內存的支持。奔騰II時代的大多數芯片組並不支持這麼多內存，英特爾440BX典型台式機芯片組的最大容量為1 GB，440GX工作站芯片組則為2 GB。只有高端服務器主板Intel 450NX芯片組支持8 GB。[11]對PSE-36（ESMA）的支持通常面向服務器宣傳。

作為適配支持PSE-36的操作系統，1998年英特爾宣布了Microsoft Windows NT Server、Enterprise Edition 4.0和據稱即將到來的NT 5.0，它們都可以通過一個PSE36device driver來支持，這使得操作系統的大部分組件不能感知PSE-36（只有PSE36驅動程序啟用時能暫時感知），並且想要訪問超過4 GB內存的應用程序必須調用驅動程序。因此Windows NT 4.0企業版基本將PSE-36特性作為一個內存盤。Windows NT 4.0 Enterprise Edition服務器上的部分應用程序使用PSE36驅動程序，這包括：SAP（英語：SAP ERP） liveCache[12]、Microsoft SQL Server 7.0、Oracle 8.1.5[13]和IBM DB2。後者的調優文檔指出，「遺憾的是，在大多數情況下，使用PSE-36驅動程序獲得的性能增益並不是很好。在許多情況下，使用PSE-36驅動程序、具有8 GB內存的服務器，運行速度要比使用不使用該驅動程序、具有4 GB內存的服務器更慢。 [...]經過一年多的實驗和調整，微軟和IBM由於性能不佳而放棄了PSE-36的支持。該驅動程序對英特爾的供應商仍然可用，但對於最終客戶使用而言並無價值。」[14]

由於與另一方案PAE相比性能低下，Windows 2000（NT 5.0）最終不支持PSE-36[15]。[16]Windows 2000也用新的地址窗口擴展（AWE）替換了PSE36驅動程序的API，其中採用PAE。[15][13]（AWE僅適用於Windows 2000的數據中心服務器和高級服務器版本）。Windows應用程序因而遷移到這個新API，例如Oracle 8.1.6[13]和MS SQL Server 2000。[15]

PSE-36從未被Linux支持。

相較於PAE[編輯]

物理地址擴展（PAE）是另一個允許36位元尋址的方案。PSE-36具有不改變頁面表層次結構的優點，並且頁面條目保持其舊的32位格式而不擴展到64位。PSE-36的顯着缺點是只有大頁面可以處在64 GB的物理內存中，而小頁面仍然只能位於前4 GB的物理內存。

英特爾擴展服務器內存架構[編輯]

英特爾擴展服務器內存架構被定義為在核心處理器中包括兩個36位尋址模式：PAE-36和PSE-36。[來源請求]

參見[編輯]

參考資料[編輯]

  1. ^ The Intel Extended Server Memory Architecture (PDF). Intel Order Number: 243846-001. 1998 [2014-03-01]. （原始內容存檔 (PDF)於2012-07-03）. 
  2. ^ Netinfinity Performance Tuning with Windows NT 4.0 (PDF). Redbooks.ibm.com: 51–52. [2014-03-01]. 
  3. ^ Deni Connor. Here come the eight-way Xeon servers. Network World. 7 December 1998: 19 [2017-04-10]. ISSN 0887-7661. （原始內容存檔於2017-04-11）. 
  4. ^ Michael Missbach; Uwe M. Hoffmann. SAP Hardware Solutions. Prentice Hall Professional. 2000: 62 [2017-04-10]. ISBN 978-0-13-028084-8. （原始內容存檔於2017-04-11）. 
  5. ^ Daniel P. Bovet; Marco Cesati. Understanding the Linux Kernel. "O'Reilly Media, Inc.". 17 November 2005: 52 [2017-04-10]. ISBN 978-0-596-55491-0. （原始內容存檔於2017-04-11）. 
  6. ^ Intel Processor Identification and the CPUID Instruction Wikiwix的存檔，存檔日期2013-07-24, Intel application note AP-485
  7. ^ Tom Shanley. The Unabridged Pentium 4: IA32 Processor Genealogy. Addison Wesley Professional. 2005: 732–736. ISBN 978-0-321-24656-1. 
  8. ^ AMD Corporation. Volume 2: System Programming (PDF). AMD64 Architecture Programmer's Manual 3.22. AMD Corporation: 25–26 and 125–126. September 2012 [2014-02-17]. （原始內容存檔 (PDF)於2014-02-22）. 
  9. ^ Tom Shanley. x86 Instruction Set Architecture. MindShare Press. 2009: 578–579. ISBN 9780977087853. 
  10. ^ Intel 64 and IA-32 Architectures Software Developer's Manual, Volume 3A: System Programming Guide, Part 1 (PDF). Intel. [2017-04-10]. （原始內容存檔 (PDF)於2011-05-16）. If the PSE-36 mechanism is not supported, M is 32, and this row does not apply. If the PSE-36 mechanism is supported, M is the minimum of 40 and MAXPHYADDR (this row does not apply if MAXPHYADDR = 32). See Section 4.1.4 for how to determine MAXPHYADDR and whether the PSE-36 mechanism is supported. [...] CPUID.80000008H:EAX[7:0] reports the physical-address width supported by the processor. (For processors that do not support CPUID function 80000008H, the width is generally 36 if CPUID.01H:EDX.PAE [bit 6] = 1 and 32 otherwise.) This width is referred to as MAXPHYADDR. MAXPHYADDR is at most 52. 
  11. ^ Intel's Pentium II Xeon Processor.
  12. ^ How does the liveCache < 7.4 use PSE36/AWE. Stechno.net. 2003-04-04 [2014-03-01]. （原始內容存檔於2014-03-02）. 
  13. ^ 13.0 13.1 13.2 Michael R. Ault. Increasing Available Memory in Linux and Windows (PDF). ROBO Books White Paper: 10–12. 2003-02-17 [2014-03-01]. （原始內容 (PDF)存檔於2022-01-19）. 
  14. ^ Tuning IBM xSeries Servers for Performance (PDF) 3rd. IBM SG24-5287-02. June 2002: 97 [2017-04-10]. （原始內容 (PDF)存檔於2014-03-03）. 
  15. ^ 15.0 15.1 15.2 Sajal Dam. SQL Server Query Performance Tuning Distilled. Apress. 2004: 28 [2017-04-10]. ISBN 978-1-4302-0407-7. （原始內容存檔於2017-03-15）. 
  16. ^ Operating Systems and PAE Support. Msdn.microsoft.com. 2006-07-14 [2014-03-01]. （原始內容存檔於2014-03-20）. 
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