ゼロページ

ゼロページまたはベースページは、コンピュータのアドレス空間の先頭にあるメモリブロックです。つまり、開始アドレスがゼロのページです。ページのサイズはコンテキストによって異なり、ゼロページメモリと上位アドレスのメモリの重要性はマシンのアーキテクチャに大きく依存します。たとえば、モトローラ 6800およびMOS テクノロジー 6502プロセッサフ​​ァミリは、メモリの最初の 256バイトを特別に扱いますが、^[1]他の多くのプロセッサはそうしません。

より現代的なハードウェアとは異なり、1970 年代のコンピュータのRAM の速度は CPU と同程度でした。^[要出典]そのため、レジスタを少なくし、メイン メモリを追加レジスタの拡張プールとして使用するのが合理的でした。比較的幅の広い16 ビット アドレス バスと比較的幅の狭い8 ビット データ バスを備えたマシンでは、メモリ内のアドレスの計算に数サイクルかかることがありました。ゼロ ページの 1 バイト アドレスは小さいため、他の場所よりも読み取りと計算が高速で、ゼロ ページは高性能コードに役立ちました。

集積回路 技術の発達により、CPU にレジスタを追加するコストが下がり、CPU 操作が RAM アクセスよりもはるかに高速になったため、 ゼロ ページ アドレッシングは現在では主に歴史的な意味を持ちます。

ゼロ ページの実際のサイズ (バイト単位) はマイクロプロセッサの設計によって決まり、古い設計ではプロセッサのインデックス レジスタで参照できる最大値に等しいことがよくあります。たとえば、前述の 8 ビット プロセッサには 8 ビットのインデックス レジスタがあり、ページ サイズは 256 バイトです。したがって、ゼロ ページはアドレス 0 からアドレス 255 まで拡張されます。

PDP-8などの初期のコンピュータでは、ゼロ ページには特別な高速アドレッシング モードがあり、データの一時保存に使用しやすく、 CPU レジスタの不足を補っていました。PDP-8 にはレジスタが 1 つしかなかったため、ゼロ ページ アドレッシングは不可欠でした。オリジナルの PDP -10 KA-10 モデルでは、使用可能なレジスタはメイン メモリの最初の 16 ワード ( 36 ビット長) だけです。これらの場所には、レジスタとしてもメモリの場所としてもアクセスできます。

より現代的なハードウェアとは異なり、1970 年代のコンピュータのRAM はCPU と同じくらい高速でした。したがって、レジスタを少なくし、メイン メモリを追加レジスタの拡張プールとして使用するのは理にかなっています。16ビットの アドレス バスと8 ビットの データ バスを備えたマシンでは、ゼロ ページの場所へのアクセスは、他の場所へのアクセスよりも高速です。ゼロ ページの場所は 1バイトでアドレス指定できるため、そこにアクセスする命令は短くなり、したがって読み込みが高速になります。

たとえば、MOS Technology 6502ファミリには、アキュムレータという汎用レジスタが 1 つしかありません。この制限を相殺してパフォーマンス上の利点を得るために、6502 はゼロ ページを特別に使用するように設計されており、オペランドが16 ビットではなく 8 ビットである命令を提供し、メモリ フェッチ サイクルが少なくて済むようになっています。多くの命令は、ゼロ ページ アドレスと非ゼロ ページ アドレスで異なる方法でコード化されています。これは、 6502 の用語ではゼロ ページ アドレッシングと呼ばれます ( Motorola 6800 の用語ではダイレクト アドレッシングと呼ばれます。Western Design Center 65C816でも、ゼロ ページ アドレッシングはダイレクト ページ アドレッシングと呼ばれています)。

 LDA $ 12 ; ゼロページアドレス指定LDA $ 0012 ; 絶対アドレス指定             
            

6502 アセンブリ言語では、上記の 2 つの命令はどちらも同じことを行います。つまり、メモリ位置の値を(アキュムレータ) レジスタ (は Motorola/MOS Technology アセンブリ言語の 16 進数の表記)$12にロードします。ただし、最初の命令は 2 バイトの長さしかないため、完了までに 3 クロック サイクルが必要です。2 番目の命令は 3 バイトの長さで、実行に 4 クロック サイクルが必要です。この実行時間の違いは、繰り返しコードでは重要になる可能性があります。 .A$

Motorola 6809や前述の WDC 65C816などの一部のプロセッサは、ゼロ ページと見なされるRAMDPの開始アドレスをプロセッサに伝える「ダイレクト ページ レジスタ」( )を実装しています。このコンテキストでは、ゼロ ページ アドレッシングは概念的なものであり、以外のアドレス(または65C816 の場合) がロードされている場合、実際のアクセスは物理的なゼロ ページには行われません。 DP$00$0000

ゼロページの本来の優先的な使用とは対照的に、 FreeBSD、Linux、Microsoft Windows ^[2]などの一部の最近のオペレーティングシステムでは、ゼロページをアクセス不可にして、ヌルポインタの使用をトラップします。このようなポインタ値は、初期化されていない値やセンチネルノードを正当に示す可能性がありますが、有効なオブジェクトを指しているわけではありません。バグのあるコードはヌルポインタを介してオブジェクトにアクセスしようとする可能性があり、これはオペレーティングシステムレベルでメモリアクセス違反としてトラップされる可能性があります。

ただし、一部のコンピュータ アーキテクチャでは、アドレス空間の先頭が他の目的のために予約されています。たとえば、Intel x86システムは、リアル モードで実行する場合、アドレス空間の最初の 256 ダブルワードを割り込みベクター テーブル(IVT)用に予約します。

ハードウェア関連のベクトルにゼロ ページを使用する同様の手法は、ARM アーキテクチャでも採用されています。プログラムが適切に記述されていない場合、これは「ofla」動作につながる可能性があります。つまり、プログラムが意図しないメモリ領域から情報を読み取ろうとし、実行可能コードをデータとして扱ったり、その逆を行ったりするのです。ゼロ ページ領域がシステム ジャンプ ベクトルの保存に使用され、ファームウェアがそれらを上書きしてしまうと、特に問題になります。^[3]

8 ビットCP/Mでは、ゼロ ページは実行中のプログラムとオペレーティング システム間の通信に使用されます。

インテル4004 4ビットプロセッサのような一部のプロセッサアーキテクチャでは、メモリが（256バイト）ページに分割されており、制御フローがページ境界を越える場合は特別な予防措置を講じる必要がありました。これは、一部のマシン命令がページの最後の数命令にあると異なる動作を示すため、ページ間を移動することが推奨される命令は少数であったためです。^[4]

• メモリ不足– DOS の最初の 64 KB のメモリ (セグメント 0)
• ページ境界の再配置

• ブレイ、アンドリュー C.、ディケンズ、エイドリアン C.、ホームズ、マーク A. (1983)。BBCマイクロコンピュータの上級ユーザー ガイド(第 3 版)。ケンブリッジ マイクロコンピュータ センター。ISBN 0-946827-00-1。
• Roth, Richard L. (1978 年 2 月) [1977]。「移転は単にプログラムを移動するだけではない」。Dr . Dobb's。第 3 巻、第 2 号。リッジフィールド、カリフォルニア州、米国: People's Computer Company。pp . 14–20 (70–76) 。ISBN 0-8104-5490-4. #22. 2019年4月20日時点のオリジナルよりアーカイブ。2019年4月19日閲覧。
• 「1. 概要: セグメント アライメント」。8086 ファミリ ユーティリティ - 8080/8085 ベース開発システムのユーザー ガイド(PDF)。リビジョン E (A620/5821 6K DD 版)。米国カリフォルニア州サンタクララ: Intel Corporation。1982年 5 月 [1980、1978]。p. 1-6。注文番号: 9800639-04。2020年 2 月 29 日にオリジナルからアーカイブ(PDF)されました。2020年 2 月 29 日に取得。