組成原理課件 - 虛擬存儲(chǔ)器

§7·6 虛擬存儲(chǔ)器一、虛擬存儲(chǔ)器：是建立在主存和輔存層次上，由附加硬件裝置和操作系統(tǒng)存儲(chǔ)管理軟件組成的存儲(chǔ)體系。它主要用于解決計(jì)算機(jī)中主存容量不足的問(wèn)題，在虛擬存儲(chǔ)器中，程序可以像訪問(wèn)內(nèi)存一樣訪問(wèn)外存，CPU根據(jù)程序指令生成的地址是虛擬地址（邏輯地址），虛擬地址經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后形成實(shí)際地址（物理地址）。虛擬地址空間可以大到CPU的最大尋址范圍，為提高平均訪存速度，將虛擬地址空間中訪問(wèn)最頻繁的一小部分尋址范圍映象到主存儲(chǔ)器，其余的地址空間映象到外存儲(chǔ)器，這樣從程序員的角度看，存儲(chǔ)系統(tǒng)具有外存的容量又有接近于主存的訪問(wèn)速度。

虛擬存儲(chǔ)器給用戶提供了一個(gè)比實(shí)際主存空間大得多的虛擬地址空間。二、虛擬存儲(chǔ)器的管理方法：1、頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器：是把虛擬存儲(chǔ)空間和實(shí)際存儲(chǔ)空間等分成固定容量的頁(yè)，各虛擬頁(yè)可裝入主存中不同的實(shí)際頁(yè)面位置。（4K~64K）每個(gè)虛擬地址可看作由三部分組成：基號(hào)、頁(yè)號(hào)和頁(yè)內(nèi)地址基號(hào)：是操作系統(tǒng)給每個(gè)程序產(chǎn)生的地址附加的地址字段，用來(lái)區(qū)分不同程序的地址空間。實(shí)際地址分為頁(yè)號(hào)和頁(yè)內(nèi)地址兩部分虛地址頁(yè)基地表頁(yè)表實(shí)地址頁(yè)表長(zhǎng)度頁(yè)表基址主存頁(yè)號(hào)裝入位訪問(wèn)方式在頁(yè)式地址轉(zhuǎn)換過(guò)程中，首先根據(jù)基號(hào)查找頁(yè)基址表，頁(yè)基址表一般是CPU中的專門寄存器組，其中每一行代表一個(gè)運(yùn)行的程序的頁(yè)表信息，包括頁(yè)表的起始地址和頁(yè)表長(zhǎng)度。從頁(yè)基址表中查出頁(yè)表地起始地址，然后用虛頁(yè)號(hào)從頁(yè)表中查找實(shí)頁(yè)號(hào)，同時(shí)判斷該頁(yè)是否裝入內(nèi)存。如果該頁(yè)已裝入內(nèi)存，則從頁(yè)表中取出實(shí)頁(yè)號(hào)，與頁(yè)內(nèi)地址一起構(gòu)成物理地址。在虛擬存儲(chǔ)器管理中替換策略是由操作系統(tǒng)管理的，當(dāng)頁(yè)面失效時(shí)操作系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷，再通過(guò)輸入輸出接口將該頁(yè)調(diào)入內(nèi)存?；?hào)虛頁(yè)號(hào)頁(yè)內(nèi)地址2、段式虛擬存儲(chǔ)器：把主存按段分配的存儲(chǔ)管理方式，段的長(zhǎng)度可以任意設(shè)定，并可以放大和縮小，不同的程序中的地址被映象到不同的段中。程序中的邏輯地址：基號(hào)、段號(hào)、段內(nèi)地址在進(jìn)行地直址映象時(shí)，首先根據(jù)基號(hào)查找段基址表，從中找出段表的起始地址，然后用段號(hào)在段表中查找該段在內(nèi)存中的起始地址，同時(shí)判斷該段是否裝入內(nèi)存，如果已裝入則從段表中取出段起始地址，與段內(nèi)地下相加構(gòu)成被訪問(wèn)的數(shù)據(jù)的物理地址。3、段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器它是將存儲(chǔ)空間按邏輯模塊分成段，每段以分成若干個(gè)頁(yè)，這種訪問(wèn)通過(guò)一段表和若干個(gè)頁(yè)表進(jìn)行。段的長(zhǎng)度必須是頁(yè)長(zhǎng)的整數(shù)倍，段的起點(diǎn)必須是某一頁(yè)的起點(diǎn)。在段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器中，虛擬地址被分為基號(hào)、段號(hào)、頁(yè)號(hào)、頁(yè)內(nèi)地址在進(jìn)行地址映象時(shí)：首先根據(jù)基號(hào)查找段基址表，從表中查出段表的起始地址，然后用段號(hào)從段表中查找該段的頁(yè)表的起始地址，然后根據(jù)段內(nèi)頁(yè)號(hào)在頁(yè)表中查找該頁(yè)在內(nèi)存中的起始地址（實(shí)頁(yè)號(hào)），同時(shí)判斷該段是否裝入內(nèi)存，如果該段已裝入內(nèi)存，則從段表中取出實(shí)頁(yè)號(hào)，與頁(yè)內(nèi)地址字段拼成被訪問(wèn)數(shù)據(jù)的物理地址。目前大多數(shù)計(jì)算機(jī)采用段頁(yè)式管理。例：某計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的邏輯地址空間由128個(gè)段構(gòu)成，每個(gè)段可具有最多32個(gè)頁(yè)，每頁(yè)4K字，主存容量1M字，指出邏輯地址和物理地址的格式解：邏輯地址：段號(hào)log2128=7段內(nèi)頁(yè)號(hào)log232=5頁(yè)內(nèi)地址log24K=12物理地址：主存地址log21M=20頁(yè)內(nèi)地址12實(shí)頁(yè)號(hào)為20-12=8一、填空1、Cache是指（）。2、虛擬存儲(chǔ)器是建立在（）結(jié)構(gòu)上，用來(lái)解決（）的問(wèn)題。3、將輔助存儲(chǔ)器當(dāng)作主存來(lái)使用，從而擴(kuò)大程序可訪問(wèn)的存儲(chǔ)空間，這樣的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)稱為（）。4、地址映象（射）用來(lái)確定（）地址和（）地址之間的邏輯關(guān)系。5、常用的地址映射方法有（）、（）、組相聯(lián)映射三種。6、建立高速緩沖存儲(chǔ)器的理論依據(jù)是（）。7、在計(jì)算機(jī)中，主存的工作方式是（）；輔存的工作方式是（）。8、4體交叉存儲(chǔ)器是一種高速存儲(chǔ)器，它（）個(gè)存儲(chǔ)模塊，每個(gè)模塊有它自已的地址寄存器和（）寄存器。二、選擇題1、計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器采用分級(jí)方式是為了（）。A、減少主機(jī)箱的體積B、保存大量數(shù)據(jù)方便C、解決容量、價(jià)格、速度三者之間的矛盾D、操作方便2、在主存和CPU之間增加Cache的目的是（）。A、增加內(nèi)存容量B、解決CPU與內(nèi)存之間的速度匹配問(wèn)題C、提高內(nèi)存的可靠性D、增加內(nèi)存空量，同時(shí)加快存取速度3、采用虛擬存儲(chǔ)器的主要目的是（）。A、提高主存儲(chǔ)器的存取速度B、擴(kuò)大存儲(chǔ)器空間并能自動(dòng)管理C、提高外存儲(chǔ)器的存取速度D、擴(kuò)大外存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)空間4、在虛擬存儲(chǔ)器中，當(dāng)程序正在執(zhí)行時(shí)，由（）完成地址映射。A、程序員B、編譯器D、裝入程序D、操作系統(tǒng)5、若某單片機(jī)的系統(tǒng)程序不允用戶在執(zhí)行時(shí)改變，則可以選用（）作為存儲(chǔ)芯片。A、SRAMB、flashMemoryC、CacheD、輔助存儲(chǔ)器6、程序訪問(wèn)的局限性是使用（）依據(jù)。A、緩沖B、CacheC、虛擬內(nèi)存D、進(jìn)程377、已知存儲(chǔ)芯片的容量為4Ｋ×16，則該芯片內(nèi)的數(shù)據(jù)寄存器的位數(shù)為（）位。A、８B、４C、１６D、３２8、已知存儲(chǔ)器芯片的容量為4Ｋ×8，若該芯片采用雙譯碼方式，則存儲(chǔ)器芯片所需的選通線的條數(shù)為（）A、128B、1024C、32D、649、EPROM是指（）。A、只讀存儲(chǔ)器B、可編程只讀存儲(chǔ)器C、隨機(jī)存儲(chǔ)器D、可擦洗、可編程只讀存儲(chǔ)器10、CHACH的地址變換和數(shù)據(jù)塊的替換是有（）實(shí)現(xiàn)的。A、操作系統(tǒng)B、軟件C、硬件D、硬件和軟件11、訪問(wèn)主存的數(shù)據(jù)或代碼存在于（）中時(shí)的情形稱為CACHE命中。A、主存B、CPUC、CACHED、虛擬存儲(chǔ)器12、虛擬存儲(chǔ)器是建立在（）存層上的，由附加硬件裝置及操作系統(tǒng)存儲(chǔ)管理軟件組成的存儲(chǔ)體系。A、主、輔B、CPU、主存C、主、高速緩存D、CPU和高速緩存三、簡(jiǎn)答題1、計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器系統(tǒng)分哪幾個(gè)層次？每一層次主要采用什么存儲(chǔ)介質(zhì)？其存儲(chǔ)容量和存取速度的相對(duì)關(guān)系如何？2、提高存儲(chǔ)器速度可采用哪些方法？3、說(shuō)明層次結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)中Cache和虛擬存儲(chǔ)器的作用有何不同？四、綜合題1、某機(jī)字長(zhǎng)16位，常規(guī)的存儲(chǔ)空間為64K字，若想不改用其他高速的存儲(chǔ)芯片，而使訪存速度提高到8位，可采取什么措施？畫圖說(shuō)明？2、某8位微型機(jī)地址碼為18位，若使用4KX4位的RAM芯片組成模塊板結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器。試問(wèn)：（1）該機(jī)所允許的最大主存空間是多少？（2）若每個(gè)模塊板為32KX8位，共需幾個(gè)模塊板？（3）每個(gè)模塊板共有幾片RAM芯片？