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中科大计算机组成原理ch4-4
计算机组成原理
第四章 存储器
llxx@ustc.edu.cn
本章内容
4.1 概述
4.2 主存储器
4.3 高速缓冲存储器
4.4 辅助存储器
• 4.5 存储管理(虚存)
三级存储体系结构
• 三级存储系统: CPU
– 缓存
– 主存
– 辅存 高速缓存
Cache
• 缓存-主存层次
辅助硬件
– 查找、映射、替换
主存
• 主存-辅存层次
辅助硬件和软件
– 查找、映射、替换
辅存
实模式访存
地址空间
• I/O地址空间
• 物理地址空间
–物理存储器,主存
–空间有限
• 程序地址空间
–虚拟地址空间:虚拟存储器(Virtual memory ),用户
的源程序经编译或汇编后产生的逻辑空间。
• 任一程序的地址空间都是以“0”地址起始的逻辑地址的集合。
• 这个空间中的地址都是相对地址,也称为逻辑地址。
• 不同程序的地址空间可以相同或局部重叠。
• 虚存地址空间大小限制:CPU地址总线宽度
• 虚存地址空间大小限制:
• 早期系统中,物理地址空间与程序地址空间一致
–单任务,实模式
程序地址空间与物理地址空间
多任务系统虚存空间划分示例-wince
虚拟存储系统(Virtual memory )
• 目标
– 程序要求的存储器容量越来越大
• 典型配置:cpu地址总线32位,寻址4G ,
主存2G ,磁盘10G
– 多任务间的代码和数据访问保护
• 不同应用的地址空间和访问权限不同
• 虚拟存储系统
– 建立在主存和辅存物理结构基础上
– 由硬件( U )和OS存储管理器共同
管理。
– 将主存和辅存看成一个庞大的存储体
– 用户不必考虑内存的大小,只需按自己的
实际需要去做就可以了。
– llxx:不是“主存+辅存”,程序的虚空间存
在于辅存中,内存是其一部分的镜像 (页
框)
– 不同应用具有不同的访问权限
虚拟存储器技术的关键问题
• 虚存管理:由 U+OS实现,对用户透明
• 虚存管理:
– 决定把作业虚拟地址空间的哪一部分装入主存,以及放
在主存的什么位置;
– 页面失效(Page Fault,缺页):主存空间不够时把哪
一部分置换出主存
• 虚拟存储器地址映象方式:编程模型,管理效率
– 页式管理:虚存和主存都划分成固定大小的页
– 段式管理:段为程序的逻辑单位
• 段表结构: 段名、地址、装入位、段长、访问方式
• 段表基址寄存器:指明段表的启始地址。
– 段页式管理
• 地址变换速度:TLB
例:页式虚存,内存,外存
虚存页= 内存块(Block,页框frame )= 外存扇区 外存地址空间
存储单元地址 = 页基址
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