《计算机组成原理》14-存储系统05.pptVIP

段式管理 系 统 总 线 存储器 运算器 控制器 接口与通信 输入/输出设备 林楠 办公室：211 办公电话：0371 电子邮件：linnan@zzu.edu.cn 《 计算机组成原理 》 第四章 存储系统 第四章 存储器 1、存储器的分类 2、存储器的层次结构（三级存储系统） 3、主存储器（内存 Main memory） 4、高速缓冲存储器（Cache） 5、虚拟存储器（Virtual Memory）课本没有！ 辅助存储器 书上4.4辅助存储器 不讲了，自己看看。 第四章 存储器 5、虚拟存储器 5.1、虚拟存储器的基本概念 5.2、页式虚拟存储器 5.3、段式虚拟存储器 5.4、段页式虚拟存储器 虚拟存储器 虚拟存储器是指主存---- 辅存层次的存储系统， 借助于硬磁盘等辅助存储器来扩大主存容量， 因为CPU只能访问主存，所以对CPU而言是“虚拟存储器”。 虚拟存储器是一个大容量的存储逻辑模型，不是实际的物理存储器。 物理地址：由CPU地址引脚送出的地址信号，用于访问主存的地址。 逻辑地址：由编译程序生成，是访问程序的逻辑地址， 其地址空间大小受到辅助存储器容量的限制。 Cache ---- 主存层次 与 主存 ---- 辅存层次 的 地址变换映射方式和替换策略都类似，都是基于程序局部性原理。 5.1、虚拟存储器的基本概念 两个存储层次的区别是： 1）主存 - Cache主要用来弥补主存和CPU之间的速度差距， 主存 - 辅存 主要用来弥补主存的容量不足。 2）主存的读写时间是Cache读写时间的5--10倍，而硬磁盘的读写 时间是主存的千倍，所以主存未命中，系统相对性能损失很大。 3）CPU与主存、Cache之间有直接访问的数据通路，与辅存没有。 4）主存-Cache之间地址变换、数据替换全部由硬件实现，对程序 员完全透明。 主存-辅存之间地址变换、数据替换由操作系统中的存储管理软 件辅助一些硬件共同实现，对系统程序员可见。 （所以，这部分内容放在操作系统中讲。） 两个存储层次遵循的共同原则是： 把程序最近、最常用的部分留在高速存储器中，变得不常用了，再送 回到低速存储器中，使存储系统的性能接近高速，价格接近低速。 5.1、虚拟存储器的基本概念 主存 ---- 辅存层次的基本数据传送单位可采用几种不同的方案： 段、页、段页。 CPU Cache SRAM 主存 DRAM 主存单元地址 字 块 字 辅存 虚拟 存储器 (硬盘等) 段 页 读取时间短， 传送的数据少 读取时间长， 传送的数据多 5.1、虚拟存储器的基本概念 第四章 存储器 5、虚拟存储器 5.1、虚拟存储器的基本概念 5.2、页式虚拟存储器 5.3、段式虚拟存储器 5.4、段页式虚拟存储器 虚拟存储器 操作系统完成: 虚地址 转成 访存地址 页式虚拟存储器：以页为基本单位与主存交换数据。 主存空间也分成同样大小的页。 主存分成的页称为实页，虚拟存储器分成的页称为虚页， 虚地址分为两个字段：高位字段为虚页号，低位字段为页内地址。 实地址分为两个字段：高位字段为实页号，低位字段为页内地址。 由于虚页与实页大小一样，所以页内地址是相等的。 虚页号与实页号之间的变换是通过查找 主存中的页表来实现的。 5.2、页式虚拟存储器 虚页号 页内地址 实页号 页内地址 优点：页面的起点和终点地址是固定的，方便造页表，新页调入主存 也很容易掌握，页外空间浪费少。 缺点：处理、保护、共享都不方便。 5.2、页式虚拟存储器 页面大小一样 页表设在主存中，增加了访问主存的次数，每次访存CPU都要先访问主存中的页表，拿到实地址后，再按实地址访问主存单元。所以，把页表最活跃部分放在Cache中组成快表。快表由硬件构成，减少访存开销。 5.2、页式虚拟存储器 2）用实页号 拼接 页内地址 得访存的实地址。 页内地址 实页号 页内地址 装入标志 1 1 1 虚地址 实地址 页表基址寄存器 0 1 2 实页号 2 6 7 页表地址（主存中） 虚页号 页表起始地址 虚页号 页表起始地址 1）按页表起始地址 拼接 虚页号 查找页表，得到实页号。 虚页号有多少个