计算机领域,PSE-36(英語:36-bit Page Size Extension,即36位元页面大小扩展[1]是一个x86处理器特性,它可将電腦數據存貯器的寻址能力从32位元扩展到36位元,允许寻址最多64 GB内存。[2]相较于物理地址扩展(PAE)方法,PSE-36是解决4 GB内存瓶颈的更简单方案。它采用页大小扩展英语Page Size Extension(PSE)模式和一个修改的页面目录表来映射4 MB的页到一个64 GB物理地址空间。PSE-36的缺点是,不同于PAE,它在4 GB以上的区域没有4 KB的页面粒度。

PSE-36随Pentium II Xeon被引入到x86架构,并且最初被公布为“英特尔扩展服务器内存架构”[3](有时缩写为ESMA[4])的一部分,这个品牌也包括稍早一点的PAE(并且因此,只支持PAE的Pentium Pro被宣传为仅具有ESMA的“子集支持”)

PSE-36的鼎盛时期比较短。PSE-36相较PAE的主要优势是,操作系统的内部组件几乎不需要重做,因此PSE-36被认为是一个合适的缓解措施 围绕Windows NT 4.0企业版时间表的。更新的微软操作系统(包括Windows 2000)只支持PAE。例如Linux等部分操作系统完全跳过了PSE-36。[5]尽管如此,AMD和之后的英特尔选择在其64位处理器中提供最多40位的PSE支持(在传统模式英语legacy mode下运行时)。

运行

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检测

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PSE-36的支持在CPUID结果之特性位元中的EDX第17位元(从0开始计数)表示。与纯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

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就激活PSE-36而言,它没有一个单独的位元来开关PSE。至少处理器(根据CPUID标识)和芯片组支持PSE-36,直接启用PSE(通过设置位元4,即PSE, 系统寄存器CR4英语Control register#CR4的)就能允许大型的4 MB页(在64 GB范围内)以及普通的4 KB页(只能在常规的4 GB范围内)。

如果CPU支持较新的PSE-36,使用CPUID指令检查判定,那么除了在PSE中使用的10位,还有4个位元用于指向大页面的页面目录项。这将允许大页面位于36位地址空间中。

页面目录项(PDE)中的PS位元(位元7)标示此项是一个页表(描述1024个4 KiB页面)还是一个4 MB页面。正常模式与PSE-36模式下的PDE结构如下:

32位元寻址的页面目录项
31–22 21–17 16–13 12 11–9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
非PSE 页表的基地址 avail 0 PS=0 ign A PCD PWT U W P
PSE 页面帧地址的31..22位元 保留(必须为零) PAT[a] avail 0 PS=1 D[b] A PCD PWT U W P
PSE-36 页面帧地址的31..22位元 保留(必须为零) 页面帧地址的35..32位元 PAT avail 0 PS=1 D A PCD PWT U W P
  1. 页面属性表英语Page attribute table;自Pentium III起出现。对更早CPU必须为零。
  2. "“脏”位:如果存在对该页的写访问,CPU将其设为1。对于4 KiB页面,该标志存在于相应的页表项(PTE)中。

扩展到40位元

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凭借在传统模式英语Legacy mode下运行时翻译PDE的位元20..13为页面基地址的位元39..32,AMD在其AMD64处理器中将此方案扩展为40位元寻址。因此它只保留了位元21(必须为零)。但请注意,在长模式下CR4.PSE被忽略,并且该模式下PSE式4 MB页面不可用。[8]在AMD64传统模式下使用PSE 4 MB页面可寻址的物理内存总量因此是1024 GB。[9]汤姆·谢利(Tom Shanley)称此扩展为PSE-40,尽管该名称没有出现在AMD官方文档中。

最新的英特尔手册(2014年2月)也表明在PSE中最多支持40位。英特尔CPU支持的PSE位的确切数目可能较少,并且必须通过CPUID确定处理器支持的最大物理地址宽度,方法是使用function 80000008H调用CPUID,并检查EAX[7:0]中的结果。[10]

使用

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PSE-36特性的实用性取决于芯片组对超过4 GB内存的支持。奔腾II时代的大多数芯片组并不支持这么多内存,英特尔440BX典型台式机芯片组的最大容量为1 GB,440GX工作站芯片组则为2 GB。只有高端服务器主板Intel 450NX芯片组支持8 GB。[11]对PSE-36(ESMA)的支持通常面向服务器宣传。

作为适配支持PSE-36的操作系统,1998年英特尔宣布了Microsoft Windows NT Server、Enterprise Edition 4.0和据称即将到来的NT 5.0,它们都可以通过一个PSE36device driver来支持,这使得操作系统的大部分组件不能感知PSE-36(只有PSE36驱动程序启用时能暂时感知),并且想要访问超过4 GB内存的应用程序必须调用驱动程序。因此Windows NT 4.0企业版基本将PSE-36特性作为一个内存盘Windows NT 4.0 Enterprise Edition服务器上的部分应用程序使用PSE36驱动程序,这包括:SAP英语SAP ERP liveCache[12]Microsoft SQL Server 7.0、Oracle 8.1.5[13]IBM DB2。后者的调优文档指出,“遗憾的是,在大多数情况下,使用PSE-36驱动程序获得的性能增益并不是很好。在许多情况下,使用PSE-36驱动程序、具有8 GB内存的服务器,运行速度要比使用不使用该驱动程序、具有4 GB内存的服务器更慢。 [...]经过一年多的实验和调整,微软和IBM由于性能不佳而放弃了PSE-36的支持。该驱动程序对英特尔的供应商仍然可用,但对于最终客户使用而言并无价值。”[14]

由于与另一方案PAE相比性能低下,Windows 2000(NT 5.0)最终不支持PSE-36[15][16]Windows 2000也用新的地址窗口扩展(AWE)替换了PSE36驱动程序的API,其中采用PAE。[15][13](AWE仅适用于Windows 2000的数据中心服务器和高级服务器版本)。Windows应用程序因而迁移到这个新API,例如Oracle 8.1.6[13]和MS SQL Server 2000。[15]

PSE-36从未被Linux支持。

相较于PAE

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物理地址扩展(PAE)是另一个允许36位元寻址的方案。PSE-36具有不改变页面表层次结构的优点,并且页面条目保持其旧的32位格式而不扩展到64位。PSE-36的显着缺点是只有大页面可以处在64 GB的物理内存中,而小页面仍然只能位于前4 GB的物理内存。

英特尔扩展服务器内存架构

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英特尔扩展服务器内存架构被定义为在核心处理器中包括两个36位寻址模式:PAE-36和PSE-36。[來源請求]

参见

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参考资料

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  1. ^ The Intel Extended Server Memory Architecture (PDF). Intel Order Number: 243846-001. 1998 [2014-03-01]. (原始内容存档 (PDF)于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. (原始内容存档于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. (原始内容存档于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. (原始内容存档于2017-04-11). 
  6. ^ Intel Processor Identification and the CPUID Instruction Wikiwix的存檔,存档日期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]. (原始内容存档 (PDF)于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]. (原始内容存档 (PDF)于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]. (原始内容存档于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]. (原始内容 (PDF)存档于2022-01-19). 
  14. ^ Tuning IBM xSeries Servers for Performance (PDF) 3rd. IBM SG24-5287-02. June 2002: 97 [2017-04-10]. (原始内容 (PDF)存档于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. (原始内容存档于2017-03-15). 
  16. ^ Operating Systems and PAE Support. Msdn.microsoft.com. 2006-07-14 [2014-03-01]. (原始内容存档于2014-03-20).