フラットメモリモデル

フラットメモリモデルまたはリニアメモリモデルとは、「メモリがプログラムに対して単一の連続したアドレス空間として見える」メモリアドレッシングパラダイムを指します。^[1] CPUは、バンクスイッチング、メモリセグメンテーション、ページングスキームに頼ることなく、利用可能なすべてのメモリ位置を直接（リニアに）アドレス指定できます。

オペレーティング システムの機能、リソース保護、マルチタスクを容易にしたり、プロセッサの物理アドレス空間によって課せられた制限を超えてメモリ容量を増やすために、メモリ管理とアドレス変換をフラット メモリ モデル上に実装することもできますが、フラット メモリ モデルの主な特徴は、メモリ空間全体が線形、連続的、かつ連続していることです。

メモリ管理が必要でなく望ましくないシンプルなコントローラやシングルタスクの組み込みアプリケーションでは、フラット メモリ モデルが最も適しています。これは、フラット メモリ モデルが、すべてのメモリ位置に直接アクセスでき、設計の複雑さが最小限で、プログラマーの観点から最もシンプルなインターフェイスを提供するためです。

マルチタスク、リソース割り当て、および保護を必要とする汎用コンピュータ システムでは、フラット メモリ システムを何らかのメモリ管理スキームで拡張する必要があります。このスキームは通常、専用ハードウェア (CPU の内部または外部) とオペレーティング システムに組み込まれたソフトウェアの組み合わせによって実装されます。フラット メモリ モデル (物理アドレス指定レベル) は、このタイプのメモリ管理を実装するための最大の柔軟性を提供します。

最新のメモリ モデルのほとんどは、次の 3 つのカテゴリのいずれかに分類されます。

• プログラマー向けのシンプルなインターフェース、すっきりとしたデザイン
• アクセス速度が均一であるため柔軟性が最大限に高まります (セグメント化されたメモリ ページ スイッチでは、通常、ページ変更時の追加の CPU ロジックまたはハードウェア要件により、他のページへのアクセスが長くなるため、さまざまなレイテンシが発生します)
• シンプルなコントローラ アプリケーションのための最小限のハードウェアと CPU スペース^{[説明が必要]}
• RAM内のセグメントやページテーブルなどの補助データ構造にアクセスする必要がないため、実行速度が最大になります。
• 一般的なコンピューティングやマルチタスクオペレーティングシステムには適していません

• マルチタスク、一般的なオペレーティングシステムの設計、リソースの保護と割り当てに適しています
• 仮想メモリ実装に適している
• CPUの占有面積は広く、速度はやや遅い
• プログラミングがより複雑
• 厳格なページ境界は必ずしもメモリ効率が最も良いとは限らない
• このメモリ モデルは、 Pentium Pro以降の x86 CPU で物理アドレス拡張(PAE)を使用して36 ビットの物理アドレスをサポートし、4 GB を超える物理メモリをアドレス指定する場合に必要です。

• ページメモリに似ていますが、ページングは​​2つの相対的にシフトされたレジスタの暗黙的な追加によって実現されます:セグメント:オフセット
• 可変ページ境界、ページメモリモデルよりも効率的で柔軟性が高い
• プログラマーの観点から見ると、かなり複雑で扱いにくい
• コンパイラにとってはより困難
• ページが重複する可能性がある / リソースの保護と分離が不十分
• 多対1のアドレス変換対応: 多数のセグメント:オフセットの組み合わせが同じ物理アドレスに解決される
• プログラミングエラーが発生する可能性が高くなる
• オリジナルの Intel 8086、8088、80186、80286 に実装され、 80386およびそれ以降のすべてのx86マシンから現在の Pentium および Core 2 プロセッサまでサポートされています。このメモリ モデルはそれ以来ずっと x86 マシンに残っており、現在ではマルチモード操作が提供され、互換性のあるセグメント モードで動作することはほとんどありません。[^{説明が必要]}詳細については、x86 メモリのセグメント化を参照してください。
• セグメント アドレスを移動することで RAM を節約し、より少ないバイト数で短いジャンプが可能になります。

x86アーキテクチャでは、リアルモード（またはエミュレーション）で動作する場合、物理アドレスは次のように計算されます。^[2]

アドレス = 16 × セグメント + オフセット

(つまり、16 ビットのセグメント レジスタが 4 ビット左にシフトされ、16 ビットのオフセットに追加されて、20 ビットのアドレスが生成されます。)

• アドレス空間
• メモリモデル（曖昧さ回避）