计算机组成原理第三章多层次的存储器技术总结.ppt

* 3.8.2 虚地址模式 IA32体系结构微处理机的虚拟存储器可以通过两种方式实现：分段和分页。 存储管理部件包括分段部件SU和分页部件PU两部分。分段部件将程序中使用的虚地址转换成线性地址。而分页部件则将线性地址转换为物理地址。 * 3.8.3 分页模式下的地址转换 CAI * 本 章 小 结 对存储器的要求是容量大、速度快、成本低。为了解决了这三方面的矛盾，计算机采用多级存储体系结构，即cache、主存和外存。CPU能直接方问内存(cache、主存），但不能直接访问外存。存储器的技术指标有存储容量、存取时间、存储周期、存储器带宽。 广泛使用的SRAM和DRAM都是半导体随机读写存储器，前者速度比后者快，但集成度不如后者高。二者的优点是体积小，可靠性高，价格低廉，缺点是断电后不能保存信息。 * 本 章 小 结 只读存储器和闪速存储器正好弥补了SRAM和DRAM的缺点，即使断电也仍然保存原先写入的数据。特别是闪速存储器能提供高性能、低功耗、高可靠性以及移动性，是一种全新的存储器体系结构。 双端口存储器和多模块交叉存储器属于并行存储器结构。前者采用空间并行技术，后者采用时间并行技术。这两种类型的存储器在科研和工程中大量使用。 * 本 章 小 结 cache是一种高速缓冲存储器，是为了解决CPU和主存之间速度不匹配而采用的一项重要的硬件技术，并且发展为多级cache体系，指令cache与数据cache分设体系。要求cache的命中率接近于1。 主存与cache的地址映射有全相联、直接、组相联三种方式。其中组相联方式是前二者的折衷方案，适度地兼顾了二者的优点又尽量避免其缺点，从灵活性、命中率、硬件投资来说较为理想，因而得到了普遍采用。 返回 * 本 章 小 结 操作系统是计算机硬件资源的管理器，其管理功能主要包括处理机管理、存储管理和设备管理等。 操作系统的管理功能只有在专门的硬件支持下才能充分保证系统工作的高效与安全。硬件系统在设计层面上为操作系统提供了支持，包括处理机状态控制、特权指令、寄存器访问权限控制、程序状态字和程序执行现场保护与切换、中断机制、存储管理硬件等。操作系统设计者则应根据硬件特性和用户的使用需要，采用各种有效的管理策略。 处理机调度是操作系统的核心功能之一。按照调度的层次，处理机调度可以分成作业调度、交换调度和进程调度。其中，进程调度的运行频率最高。作业调度的周期较长，往往发生在一个作业运行完毕并将退出系统，需要重新调入一个作业进入内存时。交换调度的运行频率介于作业调度和进程调度之间。 返回 * 本 章 小 结 存储管理是操作系统的另外一个核心功能。存储管理主要解决存储器的分配与回收、存储器地址变换、存储器扩充、存储器共享与保护等问题。 为了支持多个程序并发执行，现代操作系统逐渐引入了分区式存储管理，以及交换技术和分页技术。在存储管理部件MMU的支持下，虚拟存储器技术可以彻底解决存储器的调度与管理问题。 用户程序按照虚地址（逻辑地址）编程并存放在辅存中。程序运行时，由地址变换机构依据当时分配给该程序的实地址空间把程序的一部分调入实存（物理存储空间或主存空间）。由操作系统在硬件的支持下对程序进行虚地址到实地址的变换，这一过程称为程序的再定位。每次访存时，首先判断该虚地址所对应的部分是否在实存中：如果是，则进行地址转换并用实地址访问主存；否则，按照某种算法将辅存中的部分程序调度进内存，再按同样的方法访问主存。对应用程序而言，如果主存的命中率很高，虚存的访问时间就接近于主存访问时间，而虚存的大小仅仅依赖于辅存的大小。 返回 * 本 章 小 结 虚存机制也要解决一些关键问题，包括调度问题、地址映射问题和替换问题等。在操作系统的控制下，硬件和系统软件为用户解决了上述问题，从而使应用程序的编程大大简化。 页式虚拟存储系统中，虚地址空间和主存空间都被分成大小相等的页，通过页表可以把虚地址转换成物理地址。为了避免对主存访问次数的增多，可以对页表本身实行二级缓存，把页表中的最活跃部分存放在转换后援缓冲器（TLB）中。 返回 * 本 章 小 结 分页方式的缺点是页长与程序的逻辑大小不相关，而分段方式则可按照程序的自然分界将内存空间划分为长度可以动态改变的存储区域。在段式虚拟存储系统中，虚地址由段号和段内地址（偏移量）组成。虚地址到实主存地址的变换通过段表实现。 段页式虚拟存储器是段式虚拟存储器和页式虚拟存储器的结合，程序按页进行调入和调出操作，但可按段进行编程、保护和共享。 虚拟存储器还解决存储保护等问题。在虚拟存储系统中，通常采用页表保护、段表保护和键式保护方法实现存储区域保护。还可以结合对主存信息的使用方式实现访问方式保护。 返回 人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅