《计算机系统结构》课件（单博炜）第3、4章 流水线技术与向量处理技术、 存储系统.ppt

4.2.4提高存储器频宽的方法由前述交叉访问的并行主存系统可达到的最大频宽为Bm=mW/TM，由此可见提高模m的值，应能提高主存系统的频宽Bm，但Bm并不是随m值增大而线性提高。工程实现上由于模m越高，存储器数据总线越长，总线上并联的存储芯片越多，负载越重，有时还不得不增加门的级数，这些都会使传输延迟增加；系统效率问题。对模m交叉，如果都是顺序地取指令，效率可提高m倍．但实际中指令并不总是顺序执行的，一旦出现转移，效率就会下降．转移频度越高．效率下降越明显。数据的顺序性比指令差，实际的频宽可能更低一些；分析程序转移对其频宽的影响当转移概率λ0.3时，m=4、8、16的B差别不大，即在这种情况下，模m取值再大，对系统效率也并没有带来多大的好处；而在λ0.1时，m值的大小对B的改进则会有显著的影响。为了降低转移概率λ，就要求在程序中尽量少使用转移指令。4.3虚拟存储器虚拟存储器的概念是1961年由英国曼彻斯特大学Kilburn等人提出的主要针对主存的容量与价格之间的矛盾，为解决主存容量不能满足程序运行的需要而引入的。它由价格较贵、速度较快、容量较小的主存储器M1和一个价格低廉、速度较慢、容量很大的辅助存储器M2（通常是硬盘）组成。在系统软件和辅助硬件的管理下，使应用程序员拥有一个比主存容量大得多的虚拟存储空间，而程序又可以按接近主存的工作速度在这个虚拟存储器上运行。在虚拟存储技术中，把程序经编译生成的访存地址称为虚拟地址或虚地址，程序代码运行时，必须先把虚地址转换成主存物理地址（或称主存实地址），才能按实地址访问主存。为实现将虚存单元在主存中定位，遵循某种规则（算法）建立虚拟地址与物理地址之间的对应关系称为地址映像。程序在运行时按照某种地址映像方式装入主存，虚拟存储系统杷虚拟地址转换成主存物理地址的过程称为地址变换。如果经地址变换发现虚地址所对应的数据不在主存中（未命中），则需要访问磁盘存储器。如果有新的数据块要调入主存，但按地址映像关系对应的主存区域已无空闲位置时，则要采用某些替换算法来确定新数据块调入主存后替换已有数据块的位置。地址映像与变换以及替换算法是虚拟存储器的重要技术，虚拟存储器的管理方式及地址变换段式虚拟存储器、页式虚拟存储器段页式虚拟存储器段式虚拟存储器根据结构化程序设计思想，一个程序可由多个在逻辑上相对独立的模块组成。这些模块可以是子程序、过程或函数，也可以是向量、数组、表等各种数据结构的数据集合。各模块大小可以不同，每个模块内都从地址0开始编址并分别构成单独的程序段。段式管理就是将程序空间按模块分段，主存空间按段分配的存储管理方式。一个段占用的存储容量成为段长，所以各段的段长可不同。采用段式管理的虚拟存储器中，每个程序都用一个“段表”来存放该程序各段装入主存的相关信息。每个段占用段表中的一行，存放该段的段长和该段在主存中的起始地址等内容。段表组成结构如图4.10所示，段表中各段参数段号。段号是各段用户或数据结构格式名称。也可以使用段的编号，这时由于段表行号与段序号存在的对应关系，段表中可以不设该字段。起始地址。起始地址是该段在主存中的起始位置，即基址值。装入位。装入位用来表示该段是否已装入主存。1表示装入，0表示未装入，装入位随该段是否调入主存而变化。段长。段长表示该段的大小，可用于判断访问地址是否越界。段式虚拟存储器通过段表完成地址映像并结合段表基址寄存器实现地址变换，一个程序的各段装入主存时，段与段之间并不一定是连续的，主存中只要有一个能容纳某个段的空间，就可将该段装入这个空间位置，并在段表中记载该段装入主存的有关信息。段式虚拟存储器的地址变换一个多用户虚地址由用户号U（或程序号）、段号S和段内偏移D等三部分组成。若系统巾最多可同时有N道程序在主存中，可以在CPU中设置由N个段表基址寄存器组成的段表基址寄存器堆，每道程序由用户号U指明使用其中哪个段表基址寄存器。段表基址寄存器中的段表基地址字段指向该道程序的段表在主存中的起始地址AS。段表长度字段指明该道程序所用段表的行数，即程序段的段数。将AS与虚地址中的段号S相加就得到这个程序段的段表地址，按这个段表地址访问段表，就能得到该程序段有关的全部信息。段式虚拟存储器的特点段式管理可使编程模块化、结构化，从而可以并行编程，缩短程序设计周期：段与模块对应并相互独立，便于各段单独修改和编译。段式管理便于实现公用信息的存储和使用。多任务公用的程序或数据段不用在主存中重复存储，只需在每个任务的段表中使用公用段的名称和同样的基址值即可。段式管理便于实现以段为单位的存储保护。例如，可设置常数段只读不写；可变数据段只能读、写，不能作为指令执行；子程序段只能执行，不能修改等，若违反就会产生软件中断