[工学]14存储器层次结构2_169703910.pdf

数字逻辑与处理器基础 第14讲存储器层次结构(2) 第14讲存储器层次结构(2) 虚拟存储器 层次结构存储器的一般框架 设计实例：Intrinsity FastMATH 清华大学电子工程系，马洪兵，2012年春 2 虚拟存储器概述 现代计算机系统处理能力非常强，允许在 同一时间有多个程序在活动 进程(process)：具有独立功能的程序在 某个数据集合上的一次运行活动。进程也 称为任务任务(Task) 单个处理器在同一时刻只能执行一个进程 的指令，但可以在活动进程之间快速地切 换，使得这些进程从人的时间观念来看像 是同时执行 清华大学电子工程系，马洪兵，2012年春 3 虚拟存储器概述  程序在编译时，并不知道它将和其他程序共享 主存，因此必须把每个程序编译到自己的地址 空间中去——逻辑地址空间或虚拟地址空间  全体物理内存地址构成物理地址空间  处理器在执行程序时，必须实现程序的逻辑地 址或虚拟地址到物理地址的变换，实现这一变 换的部件称为存储器管理单元(MMU)  存储器管理有两种基本方法——页式管理和段 式管理，现代处理器大多采用页式管理 清华大学电子工程系，马洪兵，2012年春 4 虚拟存储器概述 处理器访问存储器时，无论取指令还是取 数据，所访问的存储单元都趋向于聚集在 一个较小的连续单元区域中——局部性原 理 一个进程无需将其所需的指令和数据全部 装入内存，只要保证当前所需的部分指令 和部分数据装入内存就可以运行 虚拟存储器也是依据局部性原理建立的 清华大学电子工程系，马洪兵，2012年春 5 虚拟存储器概述  虚拟存储器是建立在主存储器( 内存)-辅助存储 器结构基础之上，由软件(操作系统)和硬件 (MMU)相结合管理的存储系统  编译好的程序由操作系统装入辅助存储器中， 程序运行时，操作系统把辅存的程序以页面为 单位一页一页自动调入主存由CPU执行  当发生主存储器分配溢出时，操作系统透明地 将主存储器中的页面移到辅助存储器中，然后 可以将物理内存分配用做其他用途 清华大学电子工程系，马洪兵，2012年春 6 虚拟存储器涉及的实体 虚拟地址空间  程序员看到的地址空间，还没有被MMU转换  可以大于实际的物理内存 物理内存  系统中实际安装的内存  通过物理地址或实地址访问 后备存储  磁盘空间，或磁盘文件 清华大学电子工程系，马洪兵，2012年春 7 页式虚拟存储器管理  在页式虚拟存储器管理中，虚拟地址空间和物 理地址空间都划分为固定大小的页。页的大小 通常为4~16KB 。物理页也称为页框(page frame)  虚拟地址格式 虚拟页号 页内偏移  物理地址格式 物理页号 页内偏移 清