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计算机系统结构 第三章 存储系统 地址变换规则 用硬件实现非常复杂 计算机系统结构 第三章 存储系统 2. 直接映象及其变换 映象规则： 主存储器中一块只能映象到Cache的一个特定的块中。 Cache地址的计算公式： b＝B mod Cb 其中：b为Cache块号， B是主存块号， Cb是Cache块数。 实际上，Cache地址与主存储器地址的低位部分完全相同。 直接映象方式的地址映象规则 计算机系统结构 第三章 存储系统 直接映象方式的地址变换过程： 用主存地址中的块号B去访问区号存储器，把读出来的区号与主存地址中的区号E进行比较： 比较结果相等，有效位为1，则Cache命中，否则该块已经作废。 比较结果不相等，有效位为1，Cache中的该块是有用的，否则该块是空的。 计算机系统结构 第三章 存储系统 直接映象方式的地址变换规则 提高Cache速度的一种方法： 把区号存储器与Cache合并成一个存储器 计算机系统结构 第三章 存储系统 2. 直接映象及其变换的优缺点 ? 主要优点： 硬件实现很简单，不需要相联访问存储器 访问速度也比较快，实际上不需要进行地址变换 ? 主要缺点： 块的冲突率比较高。 计算机系统结构 第三章 存储系统 3. 组相联映象及其变换 映象规则： 主存和Cache按同样大小划分成块和组。 主存和Cache的组之间采用直接映象方式。 在两个对应的组内部采用全相联映象方式。 组相联映象方式的优点： 块的冲突概率比较低， 块的利用率大幅度提高， 块失效率明显降低。 组相联映象方式的缺点： 实现难度和造价要比直接映象方式高。 计算机系统结构 第三章 存储系统 组相联映象的地址变换过程： 用主存地址中的组号G按地址访问块表存储器。 把读出来的一组区号和块号与主存地址中的区号和块号进行相联比较。 如果有相等的，表示Cache命中； 如果全部不相等，表示Cache没有命中。 组相联映象的地址变换 提高Cache访问速度的一种方法： 用多个相等比较器来代替相联访问 计算机系统结构 第三章 存储系统 计算机系统结构 第三章 存储系统 4. 位选择组相联映象及其变换 地址映象规则： 主存和Cache都按同样大小分块， Cache在分块的基础上再分组， 主存按照Cache的组容量分区。 主存的块与Cache的组之间采用直接映象方式， 主存中的块与Cache中组内部的各个块之间采用全相联映象方式。 与组相联映象方式比较： 映象关系明显简单，实现起来容易。 在块表中存放和参与相联比较的只有区号E 位选择组相联的地址映象规则 地址变换方法： 先查段表，得到页表起始地址和页表长度， 再查页表找到要访问的主存实页号， 把实页号p与页内偏移d拼接得到主存实地址。 4. 外部地址变换 每个程序有一张外页表，每一页或每个程序段，在外页表中都有对应的一个存储字。 计算机系统结构 第三章 存储系统 3.2.3 加快内部地址变换的方法 造成虚拟存储器速度降低的主要原因： (1) 要访问主存储器必须先查段表或页表， (2) 可能需要多级页表。 页表级数的计算公式： 其中： Nv为虚拟存储空间大小， Np为页面的大小， Nd为一个页表存储字的大小 计算机系统结构 第三章 存储系统 例如：虚拟存储空间大小Nv＝4GB，页的大小Np＝1KB，每个页表存储字占用4个字节。计算得到页表的级数： 通常仅把1级页表和2、3级页表中的一小部分驻留在主存中 1.目录表 基本思想：用一个小容量高速存储器存放页表 计算机系统结构 第三章 存储系统 地址变换过程： 把多用户虚地址中U与P拼接，相联访问目录表。读出主存实页号p，把p与多用户虚地址中的D拼接得到主存实地址。如果相联访问失败，发出页面失效请求。 主要优点： 与页表放在主存中相比，查表速度快。 主要缺点： 可扩展性比较差, 主存储器容量大时，目录表造价高，速度低。 2. 快慢表 计算机系统结构 第三章 存储系统 快表：TLB(Translation Lookaside Buffer)： 小容量(几～几十个字)， 高速硬件实现，