基本分頁存儲(chǔ)管理方式教案

教案課題§4.4根本分頁存儲(chǔ)管理授課教師XXX授課對(duì)象計(jì)算機(jī)專業(yè)三年級(jí)上學(xué)期授課時(shí)間45分鐘教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)理解分頁存儲(chǔ)管理的根本思想。掌握根本分頁存儲(chǔ)管理的做法以及頁表的作用。掌握分頁系統(tǒng)中邏輯地址的形式及結(jié)構(gòu)確實(shí)定。掌握邏輯地址向物理地址的轉(zhuǎn)換方法。能力目標(biāo)強(qiáng)化從生活中尋找解決方法的習(xí)慣和能力。提高觀察事物規(guī)律，將抽象問題具體化的能力。人文目標(biāo)啟發(fā)學(xué)生從對(duì)數(shù)字的分析中體會(huì)邏輯思維的嚴(yán)謹(jǐn)之美，體會(huì)解決問題帶來的心靈愉悅。培養(yǎng)熱愛生活、理解和體味生活的情趣。引入適當(dāng)?shù)目茖W(xué)史料，提示學(xué)習(xí)和科學(xué)開展之間的內(nèi)在聯(lián)系，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。教學(xué)重點(diǎn)分頁的根本思想和做法。分頁系統(tǒng)的邏輯地址結(jié)構(gòu)。邏輯地址向物理地址的轉(zhuǎn)換方法。引入“化整為零〞思想，用形象的動(dòng)畫效果模擬程序在內(nèi)存中的狀態(tài)，幫助理解“分頁〞。用“置疑—分析—結(jié)論〞的方式強(qiáng)化對(duì)邏輯地址結(jié)構(gòu)的理解和記憶。通過設(shè)置生活中常見的事例〔中藥房抓中藥〕引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)地址轉(zhuǎn)換的方法。教學(xué)難點(diǎn)對(duì)邏輯地址線性結(jié)構(gòu)及其表達(dá)內(nèi)容的理解。分析具體例子，將抽象的地址結(jié)構(gòu)與具體的二進(jìn)制數(shù)字關(guān)聯(lián)起來，通過歸納推理得出結(jié)論。學(xué)生分析授課對(duì)象是計(jì)算機(jī)專業(yè)三年級(jí)學(xué)生，已經(jīng)具備數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法設(shè)計(jì)等學(xué)科根底知識(shí)，具有初步的抽象思維和歸納概括能力，有學(xué)習(xí)熱情，能夠積極響應(yīng)教師的引導(dǎo)，參與教學(xué)過程。教學(xué)內(nèi)容分析及教學(xué)準(zhǔn)備本節(jié)是《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)》課程關(guān)于現(xiàn)代存儲(chǔ)器管理的最重要的思想啟蒙局部，理解分頁管理，對(duì)以后其它現(xiàn)代內(nèi)存管理方式的掌握具有重要影響。教學(xué)準(zhǔn)備：用生活實(shí)例〔如乘地鐵，書的分頁〕比較分頁的做法，有助于對(duì)抽象概念的理解。邏輯地址的線性特征和結(jié)構(gòu)確定是教學(xué)難點(diǎn)。教學(xué)準(zhǔn)備：采用具體實(shí)例，用推理歸納的方法分析二進(jìn)制邏輯地址形式和結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)用邏輯推理分析解決問題。充分理解了邏輯地址結(jié)構(gòu)之后，學(xué)生能夠容易地理解地址轉(zhuǎn)換過程。教學(xué)準(zhǔn)備：當(dāng)一個(gè)事物的概念已經(jīng)在頭腦中形成，要把它通過一定的載體準(zhǔn)確地表達(dá)出來也是不容易的，課程設(shè)計(jì)中將此處作為自主學(xué)習(xí)的環(huán)節(jié)，要求學(xué)生在教師的提示下完成地址轉(zhuǎn)換。教學(xué)準(zhǔn)備的關(guān)鍵是要準(zhǔn)確把握學(xué)生思維的特點(diǎn)，在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)給出恰當(dāng)?shù)奶崾尽踩缧枰~外的硬件支持，中藥房配中藥的過程等〕。內(nèi)存管理是一個(gè)看不見、摸不著的事物，增加了理解的難度。教學(xué)準(zhǔn)備：課件中強(qiáng)調(diào)多媒體的動(dòng)畫、色彩變化等多種效果，把抽象的事物形象化，提快樂趣同時(shí)強(qiáng)化教學(xué)效果。設(shè)置與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的課堂討論，并通過討論、完善、總結(jié)等環(huán)節(jié)完成。教學(xué)準(zhǔn)備：關(guān)鍵是對(duì)問題的引導(dǎo)和對(duì)討論結(jié)果的總結(jié)完善。知識(shí)點(diǎn)1．分頁及其做法2．邏輯地址結(jié)構(gòu)3．地址轉(zhuǎn)換教學(xué)手段PPT，板書教學(xué)過程及主要內(nèi)容教學(xué)方法時(shí)間安排回憶和導(dǎo)入：強(qiáng)調(diào)內(nèi)存管理是計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的一項(xiàng)重要功能，突出本節(jié)內(nèi)容的重要性。演示連續(xù)存儲(chǔ)方式中存在的問題：隨著多個(gè)用戶進(jìn)程的裝入和退出，內(nèi)存空間被切分成為多個(gè)不連續(xù)的存儲(chǔ)區(qū)。當(dāng)一個(gè)較大的用戶進(jìn)程申請(qǐng)裝入時(shí)，可能內(nèi)存中找不到足夠大的空閑存儲(chǔ)區(qū)，而實(shí)際上，空閑存儲(chǔ)區(qū)的總和是大于該進(jìn)程需求的空間的?！瞤pt2〕問：你有什么好的解決方法嗎？〔ppt3〕〔學(xué)生思考〕舉例〔乘地鐵〕。提出“化整為零〞的思想。〔板書：化整為零〕發(fā)現(xiàn)問題，引出論題學(xué)法分析：學(xué)生可以輕而易舉地解決生活中的小問題，如果將論題比較成生活問題，就可以自然的理解和接受。引導(dǎo)：從生活中找到類似的問題以及解決方法。3分鐘任務(wù)1：分頁的根本做法〔板書：標(biāo)題〕“分頁〞是現(xiàn)代操作系統(tǒng)內(nèi)存管理的一個(gè)重要思想，本節(jié)將介紹分頁的根本概念、頁表以及分頁系統(tǒng)中地址結(jié)構(gòu)確實(shí)定。〔ppt4〕(1)頁面和塊〔ppt5〕將內(nèi)存空間劃分成假設(shè)干個(gè)大小相等的存儲(chǔ)區(qū)，稱為塊或者頁框，各塊從0開始順序編號(hào)。用戶進(jìn)程的邏輯地址空間也劃分成假設(shè)干個(gè)與塊大小相等的局部，稱為頁或者頁面,各頁也從0開始順序編號(hào)。以塊為單位,將進(jìn)程中的頁裝入到多個(gè)可能不相鄰的塊中。(板書：頁、塊)講解ppt5圖示?！舶鍟簝蓚€(gè)特點(diǎn)〕程序裝入內(nèi)存的目的是要運(yùn)行，那么：設(shè)問1：分頁系統(tǒng)中，程序運(yùn)行時(shí)怎樣才能在內(nèi)存中找到分散存放的各個(gè)頁面呢？是的，我們需要一張“登記表〞。(2)頁表〔頁面映像表〕(ppt6板書：頁表)頁表實(shí)際上是一段內(nèi)存區(qū)，記錄著頁面和塊之間的映射關(guān)系，每個(gè)用戶進(jìn)程擁有一個(gè)頁表。答設(shè)問1：通過頁表，就可以從內(nèi)存中找到用戶進(jìn)程的每個(gè)頁面?！舶鍟河涗浻成潢P(guān)系〕在分頁裝入和連續(xù)裝入兩種方式下，進(jìn)程在內(nèi)存中的存在形式是不同的?！矊?duì)照ppt解釋連續(xù)裝入方式下的尋址方法〕。顯然，對(duì)于一個(gè)邏輯地址，不能用“基地址+位移量〞的方式得出物理地址了。那么，分頁系統(tǒng)下的邏輯地址采用何種形式表示，才能夠方便的計(jì)算物理地址呢？〔例舉讀書的實(shí)例〕如果邏輯地址也能夠表示出其所在的頁號(hào)和頁內(nèi)位移量的話，我們就可以通過頁表的幫助找到相應(yīng)的物理地址了。設(shè)問2：那么，分頁系統(tǒng)的邏輯地址能夠用線性地址表示嗎？〔ppt7〕任務(wù)2：邏輯地址結(jié)構(gòu)〔板書：邏輯地址結(jié)構(gòu)〕〔1〕邏輯地址是線性的〔ppt8~10板書：線性的？〕例如，〔解釋ppt圖示〕一個(gè)用戶進(jìn)程需要17個(gè)邏輯地址表示，當(dāng)頁面大小為8B時(shí)〔即每頁內(nèi)包含8個(gè)地址〕，每個(gè)地址的最低3位數(shù)組成“0~7〞8個(gè)數(shù)字，而其最高兩位數(shù)相同，即每個(gè)地址都可以表示它所在頁號(hào)以及頁內(nèi)位移量；當(dāng)頁面大小為4B時(shí)〔即每頁內(nèi)包含4個(gè)地址〕，每個(gè)地址的最低2位數(shù)組成“0~3〞4個(gè)數(shù)字，而其最高3位數(shù)相同，恰好等于其所在的頁面號(hào)。答設(shè)問2：線性地址可以表示其所在的頁號(hào)和頁內(nèi)位移量，邏輯地址可以用線性地址表示?！舶鍟骸獭吃O(shè)問3：如何根據(jù)信息確定邏輯地址兩局部的位數(shù)呢？〔2〕邏輯地址結(jié)構(gòu)〔ppt11〕如上圖例：〔解釋ppt圖示〕17個(gè)邏輯地址〔0~16〕需要由5位二進(jìn)制數(shù)字表示，即邏輯地址總位數(shù)5；答設(shè)問3：地址空間決定地址寬度〔板書〕頁面大小劃分為8B時(shí)，有3個(gè)頁面，每頁內(nèi)8個(gè)地址的最低3位組成“0~7〞8個(gè)數(shù)字，即頁內(nèi)位移量位數(shù)為3；頁面大小劃分為4B時(shí)，有5個(gè)頁面，每頁內(nèi)4個(gè)地址的最低2位組成“0~3〞4個(gè)數(shù)字，即頁內(nèi)位移量位數(shù)為2；答設(shè)問3：頁面大小決定頁內(nèi)位移量寬度〔板書〕小結(jié)：〔對(duì)照板書小結(jié)邏輯地址結(jié)構(gòu)〕，并要求思考：為什么頁面大小選擇2的整數(shù)冪〔PPT12〕?？偨Y(jié)以上知識(shí)點(diǎn)〔PPT13〕，分頁中的根本概念：頁、塊、頁表；邏輯地址結(jié)構(gòu)。問：根據(jù)分頁的特點(diǎn)和之前確定的邏輯地址結(jié)構(gòu)，地址轉(zhuǎn)換要采用何種方式實(shí)現(xiàn)呢？任務(wù)3：邏輯地址向物理地址的轉(zhuǎn)換〔板書：地址轉(zhuǎn)換〕每當(dāng)取到一個(gè)邏輯地址，如何找到這個(gè)地址在內(nèi)存中的實(shí)際物理地址呢？舉例：中藥房的柜子有很多抽屜，每個(gè)抽屜有相同的規(guī)格，一般分成3個(gè)格子，每個(gè)格子放一味中藥。藥劑師配藥的動(dòng)作分3步：第一步，看藥名；第二步，開抽屜；第三步，選格子。設(shè)問4：藥劑師是如何根據(jù)一個(gè)藥名找到一個(gè)格子的呢？這個(gè)例子中的“抽屜〞和“格子〞與我們問題中的什么概念相似？〔ppt14〕〔學(xué)生思考討論〕其實(shí)，藥劑師要做的就是要找對(duì)抽屜，然后在抽屜里找對(duì)格子。地址轉(zhuǎn)換也需要到達(dá)同樣的目的，就是找對(duì)塊，然后在塊里找對(duì)位移量。答設(shè)問4：抽屜相當(dāng)于物理塊，格子相當(dāng)于位移量。如何到達(dá)轉(zhuǎn)換目的呢？請(qǐng)大家試著設(shè)計(jì)一個(gè)地址轉(zhuǎn)換方法，可以借助之前學(xué)習(xí)的概念：頁，塊，頁表，頁號(hào)，位移量。〔ppt15〕〔學(xué)生3人一組，討論解決方案請(qǐng)兩組同學(xué)代表分別介紹討論結(jié)果?？偨Y(jié)學(xué)生討論結(jié)果，并進(jìn)行完善。板書4按以下順序出現(xiàn)：〔板書4：下列圖〕邏輯地址——頁表——物理地址頁面大小和塊大小相同，頁內(nèi)位移量可以直接用到塊內(nèi)位移量?！舶鍟?：頁內(nèi)位移量——塊內(nèi)位移量〕為了找到頁在內(nèi)存中的物理塊號(hào)，必須查找頁表。到哪里去找到頁表呢？介紹頁表存放器結(jié)構(gòu)和加法器〔板書4：頁表存放器、加法器〕〔板書4：圖〕頁表存放器——加法器——連接線?！舶鍟?：圖〕完成其他連接線，總結(jié)轉(zhuǎn)換過程。頁表存放器中的“頁表長(zhǎng)度〞有什么作用呢？如果一個(gè)程序讀取的地址是其頁表表示范圍之外的地址，說明該地址是越界訪問，操作系統(tǒng)應(yīng)該有相應(yīng)的提示并阻止該訪問。〔板書4：圖增加越界判斷〕課堂總結(jié)：〔ppt13〕〔對(duì)照板書總結(jié)〕。本節(jié)課學(xué)習(xí)了分頁存儲(chǔ)管理，其中有3個(gè)重要的知識(shí)點(diǎn)：第一、分頁的根本概念；第二、線性地址作為邏輯地址的可行性，以及邏輯地址的結(jié)構(gòu)劃分；第三、地址轉(zhuǎn)換的方法。課后思考：分頁系統(tǒng)是否就是一種完美的內(nèi)存管理方法了呢？存在哪些可能的問題，又該如何解決？課堂練習(xí)：有一頁式存儲(chǔ)管理系統(tǒng)，向用戶提供的邏輯地址空間最大為16頁，每頁2048B，內(nèi)存總共有8個(gè)存儲(chǔ)塊，試問邏輯地址至少應(yīng)為多少位？頁號(hào)和頁內(nèi)位移量各多少位？?jī)?nèi)存空間有多大？〔學(xué)生計(jì)算3分鐘〕解答課堂練習(xí)，并根據(jù)該問題求解過程強(qiáng)調(diào)邏輯地址結(jié)構(gòu)及確定方法。頁面大小2048B=211，頁內(nèi)位移量11位；頁面數(shù)量16=24，頁號(hào)4位；邏輯地址總位數(shù)11+4=15位；內(nèi)存空間大小8塊×2048B=16KB。利用多媒體動(dòng)態(tài)演示內(nèi)存狀態(tài)，幫助理解記憶。學(xué)法分析：學(xué)生通常對(duì)簡(jiǎn)單易記的詞句記憶深刻。強(qiáng)調(diào)分頁特點(diǎn)時(shí)注意利用該思維特點(diǎn)。強(qiáng)調(diào)兩個(gè)特點(diǎn)：大小相等；一一對(duì)應(yīng)。學(xué)法分析：以解決問題的目的接受概念，理解和記憶效果更好。學(xué)法分析：比照和未知知識(shí)，發(fā)現(xiàn)需要解決的問題，學(xué)習(xí)過程更有趣味性。引導(dǎo)：通過形象的實(shí)例提出可能的答案。推理：通過實(shí)例分析其中的地址特征，得出結(jié)論。學(xué)法分析：表象與最終答案形成強(qiáng)烈反差，思維必然會(huì)受到刺激到達(dá)理解和記憶的興奮點(diǎn)。設(shè)疑：繼續(xù)設(shè)疑，利用興奮延遲期解決關(guān)鍵問題。實(shí)例啟發(fā)用生活實(shí)例啟發(fā)思考，能使學(xué)生更快地找到答案。學(xué)法分析：課堂討論能夠轉(zhuǎn)換思維模式，從接受教師講解到自主思考，保持課堂吸引力。討論表達(dá)集體學(xué)習(xí)優(yōu)勢(shì)。學(xué)法分析：這3個(gè)概念是學(xué)生討論得出的答案中必然會(huì)涉及到的，所以首先表示出來。學(xué)法分析：這是之前沒有提到的概念，是學(xué)生討論中的關(guān)節(jié)點(diǎn)，這里理順了，問題也就解決了?？偨Y(jié)指出聯(lián)系，重申重點(diǎn)，提出進(jìn)一步的問題，啟發(fā)課后思考。學(xué)法分析：疑問是主動(dòng)學(xué)習(xí)的催生婆。有疑問才有創(chuàng)造。學(xué)法分析：將所學(xué)概念應(yīng)用到解決問題中，當(dāng)堂消化，一氣呵成。3分鐘3分鐘5分鐘4分鐘2分鐘3分鐘5分鐘5分鐘4分鐘3分鐘5分鐘課后作業(yè)：某系統(tǒng)采用頁式存儲(chǔ)管理策略，擁有邏輯空間32頁，每頁1K，擁有物理空間1M?！?〕寫出邏輯地址格式?！?〕進(jìn)程的頁表有多少項(xiàng)，每項(xiàng)至少多少位？〔3〕假設(shè)邏輯空間增加一倍，頁表結(jié)構(gòu)如何改變？有一分頁存儲(chǔ)管理系統(tǒng)，頁面大小1024B，某作業(yè)的頁表如下表所示，試將邏輯地址1011，2148，5012轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的物理地址？畫出地址轉(zhuǎn)換圖?？己它c(diǎn)：題目1．考核根本概念的掌握和邏輯地址結(jié)構(gòu)的計(jì)算。題目2．練習(xí)穩(wěn)固邏輯地址向物理地址轉(zhuǎn)換的方法過程。板書設(shè)計(jì)板書結(jié)構(gòu)4.4根本分頁存儲(chǔ)管理化整為零1．如何分頁？?jī)蓚€(gè)特點(diǎn)：1)程