基本分页存储管理方式教案

教案课题§4.4根本分页存储管理授课教师XXX授课对象计算机专业三年级上学期授课时间45分钟教学目标知识目标理解分页存储管理的根本思想。掌握根本分页存储管理的做法以及页表的作用。掌握分页系统中逻辑地址的形式及结构确实定。掌握逻辑地址向物理地址的转换方法。能力目标强化从生活中寻找解决方法的习惯和能力。提高观察事物规律，将抽象问题具体化的能力。人文目标启发学生从对数字的分析中体会逻辑思维的严谨之美，体会解决问题带来的心灵愉悦。培养热爱生活、理解和体味生活的情趣。引入适当的科学史料，提示学习和科学开展之间的内在联系，激发学习兴趣。教学重点分页的根本思想和做法。分页系统的逻辑地址结构。逻辑地址向物理地址的转换方法。引入“化整为零〞思想，用形象的动画效果模拟程序在内存中的状态，帮助理解“分页〞。用“置疑—分析—结论〞的方式强化对逻辑地址结构的理解和记忆。通过设置生活中常见的事例〔中药房抓中药〕引导启发学生自主发现地址转换的方法。教学难点对逻辑地址线性结构及其表达内容的理解。分析具体例子，将抽象的地址结构与具体的二进制数字关联起来，通过归纳推理得出结论。学生分析授课对象是计算机专业三年级学生，已经具备数据结构、算法设计等学科根底知识，具有初步的抽象思维和归纳概括能力，有学习热情，能够积极响应教师的引导，参与教学过程。教学内容分析及教学准备本节是《计算机操作系统》课程关于现代存储器管理的最重要的思想启蒙局部，理解分页管理，对以后其它现代内存管理方式的掌握具有重要影响。教学准备：用生活实例〔如乘地铁，书的分页〕比较分页的做法，有助于对抽象概念的理解。逻辑地址的线性特征和结构确定是教学难点。教学准备：采用具体实例，用推理归纳的方法分析二进制逻辑地址形式和结构，引导学生学会用逻辑推理分析解决问题。充分理解了逻辑地址结构之后，学生能够容易地理解地址转换过程。教学准备：当一个事物的概念已经在头脑中形成，要把它通过一定的载体准确地表达出来也是不容易的，课程设计中将此处作为自主学习的环节，要求学生在教师的提示下完成地址转换。教学准备的关键是要准确把握学生思维的特点，在恰当的时机给出恰当的提示〔如需要额外的硬件支持，中药房配中药的过程等〕。内存管理是一个看不见、摸不着的事物，增加了理解的难度。教学准备：课件中强调多媒体的动画、色彩变化等多种效果，把抽象的事物形象化，提快乐趣同时强化教学效果。设置与教学内容相关的课堂讨论，并通过讨论、完善、总结等环节完成。教学准备：关键是对问题的引导和对讨论结果的总结完善。知识点1．分页及其做法2．逻辑地址结构3．地址转换教学手段PPT，板书教学过程及主要内容教学方法时间安排回忆和导入：强调内存管理是计算机操作系统的一项重要功能，突出本节内容的重要性。演示连续存储方式中存在的问题：随着多个用户进程的装入和退出，内存空间被切分成为多个不连续的存储区。当一个较大的用户进程申请装入时，可能内存中找不到足够大的空闲存储区，而实际上，空闲存储区的总和是大于该进程需求的空间的。〔ppt2〕问：你有什么好的解决方法吗？〔ppt3〕〔学生思考〕举例〔乘地铁〕。提出“化整为零〞的思想。〔板书：化整为零〕发现问题，引出论题学法分析：学生可以轻而易举地解决生活中的小问题，如果将论题比较成生活问题，就可以自然的理解和接受。引导：从生活中找到类似的问题以及解决方法。3分钟任务1：分页的根本做法〔板书：标题〕“分页〞是现代操作系统内存管理的一个重要思想，本节将介绍分页的根本概念、页表以及分页系统中地址结构确实定。〔ppt4〕(1)页面和块〔ppt5〕将内存空间划分成假设干个大小相等的存储区，称为块或者页框，各块从0开始顺序编号。用户进程的逻辑地址空间也划分成假设干个与块大小相等的局部，称为页或者页面,各页也从0开始顺序编号。以块为单位,将进程中的页装入到多个可能不相邻的块中。(板书：页、块)讲解ppt5图示。〔板书：两个特点〕程序装入内存的目的是要运行，那么：设问1：分页系统中，程序运行时怎样才能在内存中找到分散存放的各个页面呢？是的，我们需要一张“登记表〞。(2)页表〔页面映像表〕(ppt6板书：页表)页表实际上是一段内存区，记录着页面和块之间的映射关系，每个用户进程拥有一个页表。答设问1：通过页表，就可以从内存中找到用户进程的每个页面。〔板书：记录映射关系〕在分页装入和连续装入两种方式下，进程在内存中的存在形式是不同的。〔对照ppt解释连续装入方式下的寻址方法〕。显然，对于一个逻辑地址，不能用“基地址+位移量〞的方式得出物理地址了。那么，分页系统下的逻辑地址采用何种形式表示，才能够方便的计算物理地址呢？〔例举读书的实例〕如果逻辑地址也能够表示出其所在的页号和页内位移量的话，我们就可以通过页表的帮助找到相应的物理地址了。设问2：那么，分页系统的逻辑地址能够用线性地址表示吗？〔ppt7〕任务2：逻辑地址结构〔板书：逻辑地址结构〕〔1〕逻辑地址是线性的〔ppt8~10板书：线性的？〕例如，〔解释ppt图示〕一个用户进程需要17个逻辑地址表示，当页面大小为8B时〔即每页内包含8个地址〕，每个地址的最低3位数组成“0~7〞8个数字，而其最高两位数相同，即每个地址都可以表示它所在页号以及页内位移量；当页面大小为4B时〔即每页内包含4个地址〕，每个地址的最低2位数组成“0~3〞4个数字，而其最高3位数相同，恰好等于其所在的页面号。答设问2：线性地址可以表示其所在的页号和页内位移量，逻辑地址可以用线性地址表示。〔板书：√〕设问3：如何根据信息确定逻辑地址两局部的位数呢？〔2〕逻辑地址结构〔ppt11〕如上图例：〔解释ppt图示〕17个逻辑地址〔0~16〕需要由5位二进制数字表示，即逻辑地址总位数5；答设问3：地址空间决定地址宽度〔板书〕页面大小划分为8B时，有3个页面，每页内8个地址的最低3位组成“0~7〞8个数字，即页内位移量位数为3；页面大小划分为4B时，有5个页面，每页内4个地址的最低2位组成“0~3〞4个数字，即页内位移量位数为2；答设问3：页面大小决定页内位移量宽度〔板书〕小结：〔对照板书小结逻辑地址结构〕，并要求思考：为什么页面大小选择2的整数幂〔PPT12〕。总结以上知识点〔PPT13〕，分页中的根本概念：页、块、页表；逻辑地址结构。问：根据分页的特点和之前确定的逻辑地址结构，地址转换要采用何种方式实现呢？任务3：逻辑地址向物理地址的转换〔板书：地址转换〕每当取到一个逻辑地址，如何找到这个地址在内存中的实际物理地址呢？举例：中药房的柜子有很多抽屉，每个抽屉有相同的规格，一般分成3个格子，每个格子放一味中药。药剂师配药的动作分3步：第一步，看药名；第二步，开抽屉；第三步，选格子。设问4：药剂师是如何根据一个药名找到一个格子的呢？这个例子中的“抽屉〞和“格子〞与我们问题中的什么概念相似？〔ppt14〕〔学生思考讨论〕其实，药剂师要做的就是要找对抽屉，然后在抽屉里找对格子。地址转换也需要到达同样的目的，就是找对块，然后在块里找对位移量。答设问4：抽屉相当于物理块，格子相当于位移量。如何到达转换目的呢？请大家试着设计一个地址转换方法，可以借助之前学习的概念：页，块，页表，页号，位移量。〔ppt15〕〔学生3人一组，讨论解决方案请两组同学代表分别介绍讨论结果。总结学生讨论结果，并进行完善。板书4按以下顺序出现：〔板书4：下列图〕逻辑地址——页表——物理地址页面大小和块大小相同，页内位移量可以直接用到块内位移量。〔板书4：页内位移量——块内位移量〕为了找到页在内存中的物理块号，必须查找页表。到哪里去找到页表呢？介绍页表存放器结构和加法器〔板书4：页表存放器、加法器〕〔板书4：图〕页表存放器——加法器——连接线。〔板书4：图〕完成其他连接线，总结转换过程。页表存放器中的“页表长度〞有什么作用呢？如果一个程序读取的地址是其页表表示范围之外的地址，说明该地址是越界访问，操作系统应该有相应的提示并阻止该访问。〔板书4：图增加越界判断〕课堂总结：〔ppt13〕〔对照板书总结〕。本节课学习了分页存储管理，其中有3个重要的知识点：第一、分页的根本概念；第二、线性地址作为逻辑地址的可行性，以及逻辑地址的结构划分；第三、地址转换的方法。课后思考：分页系统是否就是一种完美的内存管理方法了呢？存在哪些可能的问题，又该如何解决？课堂练习：有一页式存储管理系统，向用户提供的逻辑地址空间最大为16页，每页2048B，内存总共有8个存储块，试问逻辑地址至少应为多少位？页号和页内位移量各多少位？内存空间有多大？〔学生计算3分钟〕解答课堂练习，并根据该问题求解过程强调逻辑地址结构及确定方法。页面大小2048B=211，页内位移量11位；页面数量16=24，页号4位；逻辑地址总位数11+4=15位；内存空间大小8块×2048B=16KB。利用多媒体动态演示内存状态，帮助理解记忆。学法分析：学生通常对简单易记的词句记忆深刻。强调分页特点时注意利用该思维特点。强调两个特点：大小相等；一一对应。学法分析：以解决问题的目的接受概念，理解和记忆效果更好。学法分析：比照和未知知识，发现需要解决的问题，学习过程更有趣味性。引导：通过形象的实例提出可能的答案。推理：通过实例分析其中的地址特征，得出结论。学法分析：表象与最终答案形成强烈反差，思维必然会受到刺激到达理解和记忆的兴奋点。设疑：继续设疑，利用兴奋延迟期解决关键问题。实例启发用生活实例启发思考，能使学生更快地找到答案。学法分析：课堂讨论能够转换思维模式，从接受教师讲解到自主思考，保持课堂吸引力。讨论表达集体学习优势。学法分析：这3个概念是学生讨论得出的答案中必然会涉及到的，所以首先表示出来。学法分析：这是之前没有提到的概念，是学生讨论中的关节点，这里理顺了，问题也就解决了。总结指出联系，重申重点，提出进一步的问题，启发课后思考。学法分析：疑问是主动学习的催生婆。有疑问才有创造。学法分析：将所学概念应用到解决问题中，当堂消化，一气呵成。3分钟3分钟5分钟4分钟2分钟3分钟5分钟5分钟4分钟3分钟5分钟课后作业：某系统采用页式存储管理策略，拥有逻辑空间32页，每页1K，拥有物理空间1M。〔1〕写出逻辑地址格式。〔2〕进程的页表有多少项，每项至少多少位？〔3〕假设逻辑空间增加一倍，页表结构如何改变？有一分页存储管理系统，页面大小1024B，某作业的页表如下表所示，试将逻辑地址1011，2148，5012转化为相应的物理地址？画出地址转换图。考核点：题目1．考核根本概念的掌握和逻辑地址结构的计算。题目2．练习稳固逻辑地址向物理地址转换的方法过程。板书设计板书结构4.4根本分页存储管理化整为零1．如何分页？两个特点：1)程