文本课件第4章

1、4.4 虚拟内存n虚拟存储技术虚拟存储技术物理存储器：地址总线可访问的存储空间虚拟存储器指程序使用的逻辑存储空间虚拟内存是由主存和辅存构成的存储体系，并且虚存依赖于相关软件以及CPU硬件的支持虚存是现代操作系统的一个基本特质为什么要引入虚存？n内存是最宝贵的资源，虚存的存储体系能够便宜有效地增加内存容量程序运行时，CPU用虚拟地址（即逻辑地址）访问主存。先通过硬件和软件找出逻辑地址到物理地址的对应关系；判断要访问的内存单元是否已装入：如果是，则访问；否则，会产生一个页故障，页故障中断服务程序负责将要访问的数据装入内存。n段式虚拟存储和页式虚拟存储段式虚拟存储和页式虚拟存储分段特点：n每段的长度

2、不是固定的n每个段都是受到保护的独立的空间n段间碎片分页特点：n一个系统中的所有页面大小固定n页面的起点和终点也固定。n通常采用分页机制来支持虚拟存储n不便于和模块化程序衔接1#段2#段3#段Pentium采用段页两级虚拟存储机制n逻辑地址、线性地址和物理地址逻辑地址、线性地址和物理地址逻辑地址特点：n这是程序员编写的源程序中使用的地址n完整的逻辑地址一共48位（段选择子：偏移量）n逻辑地址中的选择子对应于一个段基址线性地址特点：n线性地址是由2个32位量相加而成的n段基址由段描述苻得到n线性地址是分为3个字段来体现其功能分段部件逻辑地址分页部件线性地址物理地址n分段管理段选择子n段寄存器中存

3、放的数据，称为段选择子三种描述符表n全局描述符表GDTn局部描述符表LDTn中断描述符表IDTGDTRIDTR1#描述符2#描述符GDT1#门描述符2#门描述符IDT0#门描述符LDT描述符LDTR1#描述符2#描述符LDTTRTSS描述符TSSCSDSSSES线性地址空间线性地址空间数据段辅助段段选择子nCS、DS、SS、ES、LDTR、TR等寄存器中存放段选择子n描述符G：粒度，G=1以4KB为单位，G=0，以字节为单位P：P=1, 该段已装入内存；P=0，该段需从磁盘读取DPL：特权级S：S=1，为非系统段描述符；S=0：系统段描述符。n逻辑地址转换为线性地址mov eax, ds:10

4、00hn分页管理页面大小固定可为4KB/4MB，CR4.PSE位决定起始地址必须为4KB/4MB的倍数可将大文件部分内容放入内存Pentium的分页分为两级管理n存储组织具有两个层次页页组：多个页放在一起页表页组目录表页组目录项/页表项n大小为4字节n页组目录共210=1024n页组目录占1024x4=4096=4KB字节n每个页组目录项指向一个页表的基址n每个页表中存放210=1024个页表项n每个页表占1024x4=4096=4KB字节页组目录项/页表项nP：存在标志nR/W：可读写标志nU/S：用户系统位nA：访问标志位nD：脏位，记录有没有对页面进行过写操作nAVL：保留位，供操作系统

5、记录页面使用情况例子n转换检测缓冲器TLB线性地址转为物理地址需执行两次存储器读操作TLB：减少程序访问主存进行寻址的次数nTLB的工作原理4.5高档微机系统中的高速缓存技高档微机系统中的高速缓存技术术n局部性原理(principle of locality)时间区域性时间区域性 空间区域性空间区域性Cache的组织方式的组织方式n主存以区块为单位映入缓存，映像方式有全相联方式直接映像方式组相联方式Cache的三种组织方式图4.24 Cache的三种组织方式一个区块通常为4字节全相联Cache的例子假设内存为16MB缓存可存放128个区块每个区块4字节直接映像Cache的例子假设内存为16MB

6、缓存为64KB每个区块4字节组相联Cache的例子假设内存为16MB缓存为64KB每个区块4字节Cache的数据更新方法的数据更新方法1n防止数据丢失的一致性问题数据丢失：同一数据同时存储于内存和缓存中，若缓存中数据更新，内存中未更新则为数据丢失。解决方法：n通写式缓存数据改变，主存中数据立即改变n缓冲通写式缓存数据改变，先将要写入主存数据存入缓冲器，下一操作再写入主存n回写式缓存区块设置更新位，缓存内容改变，更新位置1。每次缓存写入时，更新位为0，则直接写入，否则先写入主存，再更新Cache的数据更新方法的数据更新方法2n防止数据过时的一致性问题数据过时：当有多个部件访问主存，主存中数据被某

7、个部件修改，另一部件缓存中数据没有修改解决办法n总线监视法缓存控制器监视总线，其他部件修改内存后（修改内容映像到当前缓存），将当前部件缓存中对应区块置为无效n硬件监视法通过硬件电路观察主存中已映像区块操作 所有部件共用同一缓存 某一部件修改内存，其余部件缓存随之修改n划出不可高速缓存存储区法nCache清除法Cache控制器控制器82385n对Cache系统的管理体现于以下几方面：Cache和主存的映像关系处理；未命中Cache时的处理；Cache的数据更新。 82385控制的直接映像方式控制的直接映像方式Cache系统系统图4.2882385工作于直接映像方式时Cache目录、Cache及主存之间的关系直接映像方式下82385从Cache中选1个区块Pentium的两级的两级Cache组织组织nPentium 2开始采用两级缓存机制一级缓存和二级缓存速度n一级缓存二级缓存主存容量n一级缓存二级缓存主存一级缓存不命中，访问二级缓存，还不命中则访问主存影响影响Cache性能的因素性能的因素nCache芯片的速度nCache的容量 nCache的级数nCache的组织方式nCache行的大小nCache对主存的写回方式作业1.为什么Pentium处理器要引入TLB？2.什么是CS、DS、SS、ES、