PSE-36

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在计算机领域，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

检测

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

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

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

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]和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

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

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

参考资料

  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）. 
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