组成第十五讲：虚拟存储器.ppt

段式虚拟存储器 段号是程序分段的序号，也是段功能名称的代号，一般有其程序上的逻辑含义。 相邻段并非一定是顺序执行的段号。 段起点指明该段将在实存空间的起始位置。 装入位的含义与页表相同，当1时表示此段已装入主存，0表示尚未装入。 段长指出段程序模块的长度以便到实存选择合适的定位空间。 此外，段表同样由存储管理软件设置，地址变换时从段表取到段的实存起始地址，再与原虚存中段内地址部分相结合形成主存的实地址。 段式虚拟存储器 段式虚拟存储器虚实地址转换 段表长度 段表起始地址 位移量100 段号2 越界 9200 200 3 8000 500 2 4000 600 1 6000 1000 0 基址 段长 段号 + 8100 主存 段表 虚地址 物理地址 段式虚拟存储器 段式虚拟存储器的优缺点： 优点： 因段与程序功能模块相对应，模块可以独立编址，使得大程序编址可以多人分段并行工作，它比不分段页从头到尾的编程方法要节省很多时间； 程序可以分段调试，目标明确思路清晰，容易检查错误； 段修改、增删时对其他段不产生影响； 程序按逻辑功能分段，各有段名、便于程序段公用且按段调度可以提高命中率。 段式虚拟存储器 缺点： 由于段虚拟存储器每段占据的存储空间较大，且长度各不相等，所以虚页调往主存时，主存空间的分配工作比较复杂，段与段之间的存储空间常常不好利用而造成浪费； 段表中地址字段和段长字段较长，降低查表速度。 段页式存储器 在段式、页式虚拟存储器的基础上，设计人员推出段页式虚拟存储器结构。 段页式虚拟存储器是段式虚拟存储器和页式虚拟存储器的结合； 它把程序按逻辑单位分段以后，再把每段分成固定大小的页； 程序对主存的调入调出是按页面进行的，但它又可以按段实现共享和保护，兼备页式和段式的优点，是一种较好的虚拟存储体系结构； 缺点是在映象过程中需要多次查表，速度较慢。 段页式存储器 如果有多个用户在机器上运行，称为多道程序。多道程序的每一道需要一个基号，由它指明该道程序的段表起始地址。 虚拟地址格式如下： 段页式虚存在程序地址向实际主存地址变换时，首先要查段表，然后查页表。 存储器管理部件 计算机系统存储管理软件通过建立页表、段表自动完成地址变换和对存储空间的动态分配。 为协调存储体系与众多外部设备及CPU的信息交换过程、保护存储器内部信息的安全和完整性，还需要配合复杂的存储管理部件来实现这些功能。 计算机组成原理 虚拟存储器 虚拟存储器概述 页式虚拟存储器 段式虚拟存储器 段页式虚拟存储器 存储管理部件 虚拟存储器概述 虚拟存储器的提出 1961年英国曼彻斯特大学Kilbrn等人提出； 70年代广泛地应用于大中型计算机系统中，目前许多微型机也开始使用虚拟存储器； 是进一步完善主存－辅存存储层次，解决主存容量提出的。 虚拟存储器概述 什么是虚拟存储器 虚拟存储器是建立在主存－辅存物理结构的基础之上的，是由附加硬件装置及操作系统存储管理软件组成的一种存储体系； 将主存和辅存的地址空间统一编址，形成一个庞大的存储空间； 借助于磁盘等辅助存储器来扩大主存容量，使之为更大或更多的程序所使用； 虚拟存储器可使主存的容量像辅存（磁盘）一样大； 虚拟存储器中程序可以像访问主存一样访问外存。 虚拟存储器概述 虚似存储器的功能与特点 虚拟存储器是“主存－外存”层次； 是一个逻辑模型，并不是一个实际的物理存储器； 虚拟存储器解决了存储容量、存取速度和价格之间的矛盾，是管理存储设备的有效方法； 使计算机的存取容量达到辅存的容量 使计算机存储速度接近主存的速度 使计算机整个存储系统的成本接近辅存的成本 有了虚拟存储器，用户无需考虑所编程序在主存中是否放得下或放在什么位置等问题。 虚拟存储器概述 虚地址和实地址 虚拟存储器的辅存部分能让用户像内存一样使用，用户编程时指令地址允许涉及辅存大小的空间范围，这种指令地址称为虚地址（虚拟地址、逻辑地址）； 实际的主存储器单元的地址则称为实地址（主存地址、物理地址）； 虚地址范围要比实地址大得多。 虚拟存储器概述 物理地址由CPU地址引脚送出，用于访问主存的地址。 虚拟地址由编译程序生成的，是程序的逻辑地址，其地址空间的大小受到辅助存储器容量的限制。 虚拟存储器概述 虚拟存储器和cache存储器 虚拟存储器和主存－cache存储器是两个不同存储层次的存储体系。 CPU-主存-辅存之间的关系 CPU-Cache-主存之间的关系 CPU 主存 Cache CPU 主存 辅存 虚拟存储器概述 虚拟存储器和cache存储器在概念上有不少相同之处： 都把程序划分为一个个信息块； 运行时都能自动地把信息块从慢速存储器向快速存储器调度； 都是采用一定的地址变换映射方法和替换策略，从原理上看是相同的； 都基于程序局部性原理。 虚拟存储