组成原理课件 - 虚拟存储器

§7·6 虚拟存储器一、虚拟存储器：是建立在主存和辅存层次上，由附加硬件装置和操作系统存储管理软件组成的存储体系。它主要用于解决计算机中主存容量不足的问题，在虚拟存储器中，程序可以像访问内存一样访问外存，CPU根据程序指令生成的地址是虚拟地址（逻辑地址），虚拟地址经过转换后形成实际地址（物理地址）。虚拟地址空间可以大到CPU的最大寻址范围，为提高平均访存速度，将虚拟地址空间中访问最频繁的一小部分寻址范围映象到主存储器，其余的地址空间映象到外存储器，这样从程序员的角度看，存储系统具有外存的容量又有接近于主存的访问速度。

虚拟存储器给用户提供了一个比实际主存空间大得多的虚拟地址空间。二、虚拟存储器的管理方法：1、页式虚拟存储器：是把虚拟存储空间和实际存储空间等分成固定容量的页，各虚拟页可装入主存中不同的实际页面位置。（4K~64K）每个虚拟地址可看作由三部分组成：基号、页号和页内地址基号：是操作系统给每个程序产生的地址附加的地址字段，用来区分不同程序的地址空间。实际地址分为页号和页内地址两部分虚地址页基地表页表实地址页表长度页表基址主存页号装入位访问方式在页式地址转换过程中，首先根据基号查找页基址表，页基址表一般是CPU中的专门寄存器组，其中每一行代表一个运行的程序的页表信息，包括页表的起始地址和页表长度。从页基址表中查出页表地起始地址，然后用虚页号从页表中查找实页号，同时判断该页是否装入内存。如果该页已装入内存，则从页表中取出实页号，与页内地址一起构成物理地址。在虚拟存储器管理中替换策略是由操作系统管理的，当页面失效时操作系统会产生一个中断，再通过输入输出接口将该页调入内存。基号虚页号页内地址2、段式虚拟存储器：把主存按段分配的存储管理方式，段的长度可以任意设定，并可以放大和缩小，不同的程序中的地址被映象到不同的段中。程序中的逻辑地址：基号、段号、段内地址在进行地直址映象时，首先根据基号查找段基址表，从中找出段表的起始地址，然后用段号在段表中查找该段在内存中的起始地址，同时判断该段是否装入内存，如果已装入则从段表中取出段起始地址，与段内地下相加构成被访问的数据的物理地址。3、段页式虚拟存储器它是将存储空间按逻辑模块分成段，每段以分成若干个页，这种访问通过一段表和若干个页表进行。段的长度必须是页长的整数倍，段的起点必须是某一页的起点。在段页式虚拟存储器中，虚拟地址被分为基号、段号、页号、页内地址在进行地址映象时：首先根据基号查找段基址表，从表中查出段表的起始地址，然后用段号从段表中查找该段的页表的起始地址，然后根据段内页号在页表中查找该页在内存中的起始地址（实页号），同时判断该段是否装入内存，如果该段已装入内存，则从段表中取出实页号，与页内地址字段拼成被访问数据的物理地址。目前大多数计算机采用段页式管理。例：某计算机系统的逻辑地址空间由128个段构成，每个段可具有最多32个页，每页4K字，主存容量1M字，指出逻辑地址和物理地址的格式解：逻辑地址：段号log2128=7段内页号log232=5页内地址log24K=12物理地址：主存地址log21M=20页内地址12实页号为20-12=8一、填空1、Cache是指（）。2、虚拟存储器是建立在（）结构上，用来解决（）的问题。3、将辅助存储器当作主存来使用，从而扩大程序可访问的存储空间，这样的存储结构称为（）。4、地址映象（射）用来确定（）地址和（）地址之间的逻辑关系。5、常用的地址映射方法有（）、（）、组相联映射三种。6、建立高速缓冲存储器的理论依据是（）。7、在计算机中，主存的工作方式是（）；辅存的工作方式是（）。8、4体交叉存储器是一种高速存储器，它（）个存储模块，每个模块有它自已的地址寄存器和（）寄存器。二、选择题1、计算机的存储器采用分级方式是为了（）。A、减少主机箱的体积B、保存大量数据方便C、解决容量、价格、速度三者之间的矛盾D、操作方便2、在主存和CPU之间增加Cache的目的是（）。A、增加内存容量B、解决CPU与内存之间的速度匹配问题C、提高内存的可靠性D、增加内存空量，同时加快存取速度3、采用虚拟存储器的主要目的是（）。A、提高主存储器的存取速度B、扩大存储器空间并能自动管理C、提高外存储器的存取速度D、扩大外存储器的存储空间4、在虚拟存储器中，当程序正在执行时，由（）完成地址映射。A、程序员B、编译器D、装入程序D、操作系统5、若某单片机的系统程序不允用户在执行时改变，则可以选用（）作为存储芯片。A、SRAMB、flashMemoryC、CacheD、辅助存储器6、程序访问的局限性是使用（）依据。A、缓冲B、CacheC、虚拟内存D、进程377、已知存储芯片的容量为4Ｋ×16，则该芯片内的数据寄存器的位数为（）位。A、８B、４C、１６D、３２8、已知存储器芯片的容量为4Ｋ×8，若该芯片采用双译码方式，则存储器芯片所需的选通线的条数为（）A、128B、1024C、32D、649、EPROM是指（）。A、只读存储器B、可编程只读存储器C、随机存储器D、可擦洗、可编程只读存储器10、CHACH的地址变换和数据块的替换是有（）实现的。A、操作系统B、软件C、硬件D、硬件和软件11、访问主存的数据或代码存在于（）中时的情形称为CACHE命中。A、主存B、CPUC、CACHED、虚拟存储器12、虚拟存储器是建立在（）存层上的，由附加硬件装置及操作系统存储管理软件组成的存储体系。A、主、辅B、CPU、主存C、主、高速缓存D、CPU和高速缓存三、简答题1、计算机存储器系统分哪几个层次？每一层次主要采用什么存储介质？其存储容量和存取速度的相对关系如何？2、提高存储器速度可采用哪些方法？3、说明层次结构的存储器系统中Cache和虚拟存储器的作用有何不同？四、综合题1、某机字长16位，常规的存储空间为64K字，若想不改用其他高速的存储芯片，而使访存速度提高到8位，可采取什么措施？画图说明？2、某8位微型机地址码为18位，若使用4KX4位的RAM芯片组成模块板结构存储器。试问：（1）该机所允许的最大主存空间是多少？（2）若每个模块板为32KX8位，共需几个模块板？（3）每个模块板共有几片RAM芯片？