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在无存储器抽象的早期操作系统中，组织内存的三种基本方法及其核心区别主要体现在地址管理机制和硬件支持层面。以下将结合IBM 360等经典系统的实现细节，具体分析其技术原理与局限性：

一、直接物理地址访问

实现方式：

程序直接使用物理地址编写指令，如MOV REGISTER1, 1000中的1000为实际内存地址。操作系统将整个物理内存划分为固定区域，用户进程独占全部可用空间。以IBM 360早期版本为例，程序通过PSW（Program Status Word）寄存器实现基础保护，但缺乏地址重定位能力。

典型问题：

1.地址冲突：若后续加载其他程序（如示例中的程序B起始地址16384），其JMP 28指令会错误跳转到物理地址28（程序A的指令区），而非自身逻辑地址28。

2.空间浪费：单进程独占内存导致资源利用率低下，如系统需预留内核空间后，剩余内存无法被其他进程使用。

3.安全性缺陷：无硬件隔离机制，进程可能通过绝对地址修改操作系统代码，引发系统崩溃。

二、静态重定位技术

实现机制：

程序加载时，由操作系统对所有地址相关指令进行一次性调整。例如将程序B的基址16384加到原地址28，使JMP 28变为JMP 16384+28。此过程需区分地址与常数，如MOV REGISTER1, 28中的28若为数据则无需修改。

技术缺陷：

1.性能损耗：重定位过程导致程序加载时间增加，尤其对大型程序影响显著。实测显示，重定位操作可使加载时间延长30%-50%。

2.灵活性不足：程序一旦加载后无法移动，若需腾出连续内存空间则必须终止进程。

3.兼容性问题：动态生成地址的指令（如自修改代码）无法被正确识别，导致运行时错误。

三、基址-界限寄存器机制

硬件支持：

引入基址寄存器（存储进程起始物理地址）和界限寄存器（记录进程长度）。每次内存访问时，硬件自动完成地址转换与越界检查（如图示流程）：

plaintext

用户指令地址 → 基址寄存器加法 → 界限寄存器校验 → 物理地址访问

优势对比：

| 特性 | 直接访问 | 静态重定位 | 基址-界限寄存器 |

|

| 地址转换时机 | 无 | 加载时 | 运行时动态 |

| 硬件支持需求 | 无 | 无 | 专用寄存器 |

| 进程移动能力 | 不可 | 不可 | 可（修改基址） |

| 越界保护 | 无 | 无 | 有 |

| 典型系统 | IBM 360初版 | DOS | PDP-11 |

局限性：

四、演进与替代方案

当单用户场景扩展为多进程时，交换技术（Swapping）成为早期解决方案。通过将暂停进程镜像保存至磁盘，腾出内存空间（如图3-4d示例）。但频繁交换导致I/O瓶颈，实测在DEC VAX系统上，进程换出/入耗时可达数百毫秒，严重降低吞吐量。这促使虚拟内存技术的诞生，通过分页机制实现更细粒度的内存管理。