27、计算机系统中的内存管理、微控制器及数制转换知识详解

计算机系统中的内存管理、微控制器及数制转换知识详解

1. 内存管理单元（MMU）特权与功能

在计算机系统里，MMU 是关键组件，它依据程序的特权级别来管控内存访问。特权级别 1 至 3 的权限较少，MMU 不允许程序对超出其当前特权级别的内存进行访问。例如，可将某个内存段设置为仅允许特权级别 1 及以下的程序进行只读操作，而特权级别 0 的程序则能够对该内存段进行写入操作。

MMU 中的其他寄存器还可控制诸如允许哪个特权级别禁用中断或修改 MMU 寄存器等功能。以 Motorola 68060 的内存管理方案为例，它和 Intel 的有所不同，但最终目的都是借助表格把逻辑地址转换为物理地址。68060 配备了七个关键的 MMU 寄存器，其中一个寄存器指向管理级别的描述符表，另一个指向用户描述符表，还有一个寄存器用于控制页面大小（4K 或 8K）等多种功能，另外四个寄存器则为代码和数据提供转换信息（各两个寄存器）。

当程序尝试执行超出其特权级别的操作，像向只读内存写入数据或者在特权级别不足时禁用中断，MMU 就会生成异常。异常和中断类似，处理方式也大致相同。不过，禁用中断并不会禁用异常，而且 MMU 可以通过编程来避免生成异常。操作系统中的异常处理程序会对非法操作做出决策。

2. 专用微控制器

传统的微控制器属于通用设备，具备端口引脚、定时器等功能，设计人员能够针对特定应用对其进行编程。如今，一些新型微控制器则面向特定市场，拥有专门的接口或其他输入/输出（I/O）特性。以下是几个简单的例子：
- Microchip rfPIC12C509AG/509AF 属于 PIG 系列微控制器，芯片上集成了 310 至 480MHz 的射频