第3章存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)-5

計(jì)算機(jī)組成原理

—多層次的存儲(chǔ)器(5)2016-3-30第3章多層次的存儲(chǔ)器3.1存儲(chǔ)器概述3.1.1存儲(chǔ)器的分類(lèi)3.1.2存儲(chǔ)器的分級(jí)3.1.3主存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)3.2SRAM存儲(chǔ)器3.2.1基本的靜態(tài)存儲(chǔ)元陣列3.2.2基本的SRAM邏輯結(jié)構(gòu)3.2.3讀/寫(xiě)周期波形圖3.3DRAM存儲(chǔ)器3.3.1DRAM存儲(chǔ)位元的記憶原理3.3.2DRAM芯片的邏輯結(jié)構(gòu)3.3.3讀/寫(xiě)周期、刷新周期3.3.4存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)充3.4只讀存儲(chǔ)器和閃速存儲(chǔ)器3.4.1只讀存儲(chǔ)器ROM3.4.2FLASH存儲(chǔ)器3.5并行存儲(chǔ)器3.5.1雙端口存儲(chǔ)器3.5.2多模塊交叉存儲(chǔ)器3.6cache存儲(chǔ)器3.6.1cache基本原理3.6.2主存與cache的地址映射3.6.3替換策略3.6.4cache的寫(xiě)操作策3.7虛擬存儲(chǔ)器*3.8奔騰系列的虛存組織計(jì)算機(jī)組成原理2上節(jié)回顧為解決主存和CPU之間的速度不匹配問(wèn)題，依據(jù)程序訪問(wèn)的局部性原理，在主存和CPU之間引入Cache。Cache的功能全部通過(guò)硬件進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，在具體設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮Cache容量、數(shù)據(jù)塊的大小、地址映射方式、替換算法、寫(xiě)策略等問(wèn)題。Cache的地址映射有直接映射、全相聯(lián)映射、組相聯(lián)映射三種方式。Cache的替換算法有FIFO法、LRU法、RAND法等。寫(xiě)策略有寫(xiě)回法、全寫(xiě)法（寫(xiě)直達(dá)法）等。計(jì)算機(jī)組成原理33.6.2主存與cache的地址映射選擇哪種映射方式，要考慮：硬件是否容易實(shí)現(xiàn)(目標(biāo)：容易)；地址變換的速度是否快(目標(biāo)：快)；主存空間的利用率是否高(目標(biāo)：高)；主存裝入一塊時(shí)，發(fā)生沖突的概率(目標(biāo)：小)；計(jì)算機(jī)組成原理43.6.2主存與cache的地址映射1、全相聯(lián)映射方式轉(zhuǎn)換公式：

主存地址長(zhǎng)度=(s+w)位； 主存尋址單元數(shù)=2(s+w)個(gè)字或字節(jié)； 主存的塊數(shù)=2s； 塊大?。叫写笮?2w個(gè)字或字節(jié)； 標(biāo)記tag長(zhǎng)度=s位； cache的行數(shù)k=不由地址格式確定；特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：靈活，沖突概率小，Cache的命中率和利用率高；缺點(diǎn)：⑴比較器難實(shí)現(xiàn)，需要一個(gè)訪問(wèn)速度很快代價(jià)高的相聯(lián)存儲(chǔ)器；⑵尋找塊時(shí)，比較器比較的次數(shù)多；應(yīng)用場(chǎng)合：小容量的Cache計(jì)算機(jī)組成原理53.6.2主存與cache的地址映射2、直接映射方式轉(zhuǎn)換公式：

主存的塊數(shù)=2s；

主存地址長(zhǎng)度=(s+w)位； 尋址單元數(shù)=2s+w個(gè)字或字節(jié)； 塊大小=行大小=2w個(gè)字或字節(jié)； cache的行數(shù)=m=2r； 標(biāo)記大小=(s-r)位；優(yōu)點(diǎn)：(1)硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，成本低；(2)Cache地址為主存地址的低（r+w）位，不需變換。缺點(diǎn)：不靈活，存在Cache有空行不能存數(shù)據(jù)塊問(wèn)題，替換頻繁，沖突概率高（抖動(dòng)）。應(yīng)用場(chǎng)合：適合大容量Cache，更多行數(shù)可減少?zèng)_突機(jī)會(huì)。計(jì)算機(jī)組成原理63.6.2主存與cache的地址映射3、組間直接相聯(lián)、組內(nèi)全相聯(lián)的組相聯(lián)映射方式轉(zhuǎn)換公式： 主存地址長(zhǎng)度=(s+w)位； 尋址單元數(shù)=2s+w個(gè)字或字節(jié)； 塊大小=行大小=2w個(gè)字或字節(jié)； 主存的塊數(shù)=2s；

Cache每組的行數(shù)=k； cache組數(shù)v=2d； cache標(biāo)記大小=(s-d)位；計(jì)算機(jī)組成原理73.6.2主存與cache的地址映射1、全相聯(lián)映射方式（隨意坐）主存地址長(zhǎng)度=(s+w)位； 主存尋址單元數(shù)=2(s+w)個(gè)字或字節(jié)； 主存的塊數(shù)=2s； 塊大?。叫写笮?2w個(gè)字或字節(jié)； 標(biāo)記長(zhǎng)度=s位；

2、直接映射方式（按號(hào)入座）主存地址長(zhǎng)度=(s+w)位； 主存尋址單元數(shù)=2(s+w)個(gè)字或字節(jié)； 主存的塊數(shù)=2s； 塊大?。叫写笮?2w個(gè)字或字節(jié)； cache的行數(shù)=m=2r；

標(biāo)記長(zhǎng)度=(s-r)位；3、組相聯(lián)映射方式（按排入座，排內(nèi)隨意做）

主存地址長(zhǎng)度=(s+w)位； 主存尋址單元數(shù)=2s+w個(gè)字或字節(jié)； 塊大小=行大小=2w個(gè)字或字節(jié)； 主存的塊數(shù)=2s；

cache每組的行數(shù)=k； cache組數(shù)v=2d； cache標(biāo)記大小=(s-d)位；計(jì)算機(jī)組成原理83.6.2主存與cache的地址映射全相聯(lián)映射實(shí)例分析（注意：行=塊,字長(zhǎng)32位）[例1]：假設(shè)主存塊大小為16B，主存有4096B(則有：4096B÷16B=256塊，即256行)，cache有128B

(則有：128B÷16B=8行)，按字節(jié)編址(16=24，所以塊內(nèi)地址碼4位)，若采用全相聯(lián)映射；cache的當(dāng)前存儲(chǔ)情況如下所示，若訪存指令的地址碼依次為101010011010和100101101001，分別簡(jiǎn)述其訪存過(guò)程；計(jì)算機(jī)組成原理93.6.2主存與cache的地址映射[解]：⑴訪問(wèn)內(nèi)存單元101010011010時(shí)：取地址碼的高8位10101001依次與cache中8行的標(biāo)記比較，當(dāng)比較到第011行的標(biāo)記時(shí)發(fā)現(xiàn)相同(即命中cache)，則訪問(wèn)該行的第1010號(hào)單元，即內(nèi)存地址101010011010映射到cache地址0111010；計(jì)算機(jī)組成原理103.6.2主存與cache的地址映射[解]：⑵訪問(wèn)內(nèi)存單元100101101001時(shí)：取地址碼的高8位10010110依次與cache中8行的標(biāo)記比較，發(fā)現(xiàn)沒(méi)有相同的(即不命中cache)，則訪問(wèn)內(nèi)存的100101101001號(hào)單元;同時(shí)把內(nèi)存的第10010110塊（即100101100000至100101101111單元）的內(nèi)容調(diào)入cache，根據(jù)一定的替換策略替換cache的某一行，假設(shè)是第101行，并用10010110覆蓋第101行的標(biāo)記；計(jì)算機(jī)組成原理113.6.2主存與cache的地址映射直接相聯(lián)映射實(shí)例分析（注意：行=塊）[例2]：假設(shè)內(nèi)存塊大小為16B，主存有4096B(則有:4096B÷16B=256塊，即256行)，cache有128B

(則有:128B÷16B=8行)，按字節(jié)編址(16=24，所以塊內(nèi)地址碼4位)，若采用直接相聯(lián)映射；cache的當(dāng)前存儲(chǔ)情況如下所示，若訪存指令的地址碼依次為101010011010和100101101001，分別簡(jiǎn)述其訪存過(guò)程；計(jì)算機(jī)組成原理123.6.2主存與cache的地址映射[解]：

⑴訪問(wèn)內(nèi)存單元101010011010時(shí)：取地址碼的高5位組號(hào)10101與cache中第001行的標(biāo)記比較，發(fā)現(xiàn)相同(即命中cache)，則訪問(wèn)該行的第1010號(hào)單元,即內(nèi)存地址101010011010映射到cache地址0011010；計(jì)算機(jī)組成原理133.6.2主存與cache的地址映射[解]：⑵訪問(wèn)內(nèi)存單元100101101001時(shí)：取地址碼的高5位組號(hào)10010與cache中第110行的標(biāo)記比較，發(fā)現(xiàn)不相同(即不命中cache)，則訪問(wèn)內(nèi)存的100101101001號(hào)單元；同時(shí)把內(nèi)存的第10010110塊（即100101100000至100101101111單元）的內(nèi)容調(diào)入cache，替換cache的第110行內(nèi)容，并用組號(hào)10010覆蓋第110行的標(biāo)記00111；計(jì)算機(jī)組成原理143.6.2主存與cache的地址映射組相聯(lián)映射實(shí)例分析（注意：行=塊）[例3]：假設(shè)內(nèi)存塊大小為16B，主存有65536B(即65536B÷16B=4096塊)，cache有256B(即256B÷16B=16行)；若cache分4組(因?yàn)?6÷4=4,所以每組4行)。若采用組間直接相聯(lián)、組內(nèi)全相聯(lián)的組相聯(lián)映射方式；cache的當(dāng)前存儲(chǔ)情況如下所示，若兩次訪存的地址碼依次為1010110110011010和1001001100111001，試簡(jiǎn)述其操作過(guò)程；計(jì)算機(jī)組成原理153.6.2主存與cache的地址映射

[解]：⑴訪問(wèn)內(nèi)存單元1010110110011010時(shí)：取地址碼的高10位組號(hào)1010110110與cache中第01組的4行標(biāo)記依次比較，發(fā)現(xiàn)與第01組的第10行相同(即命中cache)，則訪問(wèn)該行的第1010號(hào)單元，即內(nèi)存地址1010110110011010映射到cache地址01101010；

計(jì)算機(jī)組成原理163.6.2主存與cache的地址映射

[解]：⑵訪問(wèn)內(nèi)存單元1001001100111001時(shí)：取地址碼的高10位組號(hào)1001001100與cache中第11組的4行標(biāo)記依次比較,發(fā)現(xiàn)都不相同(即不命中cache),則訪問(wèn)內(nèi)存的1001001100111001號(hào)單元；同時(shí)把內(nèi)存的第100100110011塊(即1001001100110000至1001001100111111單元)的內(nèi)容調(diào)入cache，根據(jù)某種策略替換cache的第11組的某一行(假設(shè)是第00行),并用組號(hào)1001001100覆蓋第11組的第00行標(biāo)記1010001101；計(jì)算機(jī)組成原理173.6.2主存與cache的地址映射行號(hào)計(jì)算機(jī)組成原理183.6.2主存與cache的地址映射典型例題計(jì)算機(jī)組成原理192014-4-293.6.2主存與cache的地址映射[例9]有一個(gè)處理器，主存容量1MB，塊大小16B，Cache容量64KB。若Cache采用全相聯(lián)映射，對(duì)內(nèi)存地址(F0010)H給出相應(yīng)的標(biāo)記和字號(hào)。注意：教材上該題目疏漏多，注意糾正。計(jì)算機(jī)組成原理203.6.2主存與cache的地址映射解：塊大小=行大小=24字節(jié)w=4主存尋址單元數(shù)=2s+w=1M=220s+w=20位，s=16位主存的塊數(shù)2s=216

，標(biāo)記大小s=16位內(nèi)存格式內(nèi)存地址（F0010）16=（11110000000000010000）2對(duì)應(yīng)的標(biāo)記=1111000000000001字號(hào)=0000標(biāo)記s字號(hào)w16位4位計(jì)算機(jī)組成原理213.6.3cache的替換策略1、LFU(最不經(jīng)常使用)：最近一段時(shí)間內(nèi)訪問(wèn)次數(shù)最少的行換出：每行設(shè)置計(jì)數(shù)器，初值為0；被訪問(wèn)的行計(jì)數(shù)器每次增1；替換計(jì)數(shù)器值最小的行；不能反映近期cache的訪問(wèn)情況；2、LRU(近期最少使用)：近期長(zhǎng)久未被訪問(wèn)的行換出：每行設(shè)置計(jì)數(shù)器，初值為0；訪問(wèn)某行時(shí)，其行計(jì)數(shù)器清零，而其它行的計(jì)數(shù)器增1；替換計(jì)數(shù)器值最大的行；反映近期cache的訪問(wèn)情況，體現(xiàn)程序局部性原理；符合cache的工作原理；計(jì)算機(jī)組成原理223.6.3cache的替換策略3、FIFO(先進(jìn)先出)：命不中采用先進(jìn)先出策略，命中單元重新位于隊(duì)首優(yōu)點(diǎn)：容易實(shí)現(xiàn)缺點(diǎn)：沒(méi)有依據(jù)程序訪問(wèn)的局部性原理，可能會(huì)把經(jīng)常使用的程序塊（循環(huán)程序）替換掉。4、隨機(jī)替換：從特定的行位置中隨機(jī)地選取一行換出即可優(yōu)點(diǎn)：硬件上容易實(shí)現(xiàn)，且速度也比前兩種策略快。缺點(diǎn)：沒(méi)有體現(xiàn)程序局部性原理，隨意換出的數(shù)據(jù)很可能馬上又要使用，從而降低命中率和cache工作效率。但這個(gè)不足隨著cache容量增大而減小。計(jì)算機(jī)組成原理233.6.4cache的寫(xiě)操作策略(1)寫(xiě)回法：寫(xiě)cache命中時(shí)，只修改cache內(nèi)容，不立即寫(xiě)入主存，當(dāng)此行被換出時(shí)才寫(xiě)回主存。每行設(shè)修改位（臟位），修改cache時(shí)，該位置1。當(dāng)該行需換出時(shí)，對(duì)其修改位進(jìn)行判斷，決定寫(xiě)回主存或簡(jiǎn)單舍掉優(yōu)點(diǎn)：減少訪問(wèn)主存次數(shù)；缺點(diǎn)：主存與cache存在不一致性隱患；(2)全寫(xiě)法（寫(xiě)直達(dá)法）：寫(xiě)cache命中時(shí)，Cache與內(nèi)存同時(shí)寫(xiě)入；優(yōu)點(diǎn)：cache不必設(shè)修改位，不存在不一致性問(wèn)題；缺點(diǎn)：訪存次數(shù)多，降低cache功效；(3)寫(xiě)一次法：前兩種方法的結(jié)合；與寫(xiě)回法基本一致，不同的是第一次寫(xiě)Cache命中時(shí)采用全寫(xiě)法；計(jì)算機(jī)組成原理24小結(jié)計(jì)算機(jī)組成原理25某一主存塊只能固定

映射到某一

緩存塊直接全相聯(lián)組相聯(lián)某一主存塊能映射到任一緩存塊某一

主存塊只能

映射到某一

緩存組

中的任一塊不靈活成本高練習(xí)1.

在主存與Cache間建立地址映射，有幾種不同的地址映射方式，沒(méi)有的是

。A全相聯(lián)映射方式 B直接映射方式C組相聯(lián)映射方式 D隨機(jī)映射方式2.某計(jì)算機(jī)的Cache共有16塊，采用2路組相聯(lián)映射方式（即每組2塊）。每個(gè)主存塊大小32字節(jié)，按字節(jié)編址。主存129號(hào)單元所在主存塊應(yīng)裝入到的Cache組號(hào)是

。A.0B.2C.4D.6【例】假設(shè)主存容量為512KB，cache容量為4KB，每個(gè)字塊為16個(gè)字，每個(gè)字為32位。（1）cache地址有多少位？可容納多少塊？（2）主存地址有多少位？可容納多少塊？（3）在直接映射方式下，主存的第幾塊映射到cache中的第5塊（設(shè)起始字塊為第1塊）（4）畫(huà)出直接映射方式下的主存地址字段中各段的位數(shù)?！纠考僭O(shè)主存容量為512KB，cache容量為4KB，每個(gè)字塊為16個(gè)字，每個(gè)字為32位。（1）cache地址有多少位？可容納多少塊？【解】（1）cache容量為4KB=212B，即cache地址為12位，c+b=12。每個(gè)字32位=4B，每個(gè)字塊為16個(gè)字，則每字塊16×4B=26B，則每個(gè)字塊的塊內(nèi)地址為6位，即b=6。c=12-b=6，C=26=64塊?！纠考僭O(shè)主存容量為512KB，cache容量為4KB，每個(gè)字塊為16個(gè)字，每個(gè)字為32位。（2）主存地址有多少位？可容納多少塊？【解】（2）主存容量512KB=219B，即主存地址為19位。m=19-b=13。M=213=8192塊?！纠考僭O(shè)主存容量為512KB，cache容量為4KB，每個(gè)字塊為16個(gè)字，每個(gè)字為32位。（3）在直接映射方式下，主存的第幾塊映射到cache中的第5塊（設(shè)起始字塊為第1塊）【解】（3）i=jmodCi是cache的字塊號(hào)，j是主存的字塊號(hào)，C為Cache的字塊數(shù)量為26=64塊，主存的字塊數(shù)量為213=8192塊。i=5，主存的字塊數(shù)分別是5，64+5，…，(27-1)26+5，共128個(gè)塊?！纠考僭O(shè)主存容量為512KB，cache容量為4KB，每個(gè)字塊為16個(gè)字，每個(gè)字為32位。（4）畫(huà)出直接映射方式下的主存地址字段中各段的位數(shù)。【解】m=13，c=6，b=6，即得到t=7位。主存地址為：103.7虛擬存儲(chǔ)器3.7.1虛擬存儲(chǔ)器的基本概念3.7.2頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器3.7.3段式虛擬存儲(chǔ)器和段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器3.7.4虛存的替換算法計(jì)算機(jī)組成原理353.7.1虛擬存儲(chǔ)器的基本概念1、虛擬存儲(chǔ)器：一個(gè)容量非常大的存儲(chǔ)器邏輯模型，非實(shí)際的物理存儲(chǔ)器，由主存和聯(lián)機(jī)工作的輔存共同組成，在硬件和系統(tǒng)軟件的共同管理下工作，對(duì)應(yīng)用程序員透明。2、目的：解決存儲(chǔ)容量和存取速度矛盾問(wèn)題，它具有主存的速度和輔存的容量。3、實(shí)地址和虛地址(1)虛地址(邏輯地址)：用戶(hù)編程時(shí)程序(或數(shù)據(jù))使用的地址，對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)空間稱(chēng)虛存空間(邏輯地址空間)(2)實(shí)地址(物理地址)：程序或數(shù)據(jù)調(diào)入主存的主存地址，對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)空間稱(chēng)主存空間(物理存儲(chǔ)空間)計(jì)算機(jī)組成原理363.7.1虛擬存儲(chǔ)器的基本概念4、虛存的訪問(wèn)過(guò)程編程時(shí)：按虛地址編程并存在輔存；程序運(yùn)行時(shí)，由地址變換機(jī)構(gòu)依當(dāng)時(shí)分配給該程序的實(shí)地址空間把程序(或程序一部分)調(diào)入實(shí)存。每次訪存時(shí)，先判斷該虛地址對(duì)應(yīng)程序是否在實(shí)存：若在，則進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換并訪問(wèn)實(shí)存；若不在，則按某算法將輔存中的程序(或程序一部分)調(diào)入實(shí)存，再按同樣方法訪問(wèn)實(shí)存；注意：⑴每程序的虛空間大小依賴(lài)于輔存大小和程序本身實(shí)際需要，與主存大小無(wú)關(guān)：可遠(yuǎn)大于、遠(yuǎn)小于主存空間；⑵若主存命中率很高，則虛存訪問(wèn)時(shí)間就接近主存訪問(wèn)時(shí)間，此虛存機(jī)制就能實(shí)現(xiàn)“每個(gè)程序可擁有一個(gè)虛擬存儲(chǔ)器，該虛擬存儲(chǔ)器具輔存容量和接近主存的訪問(wèn)速度”；⑶“內(nèi)存=cache+主存”；而“虛存=主存+輔存+存儲(chǔ)管理部件(軟件和硬件)”。虛存對(duì)應(yīng)用程序員透明，但對(duì)設(shè)計(jì)存儲(chǔ)管理軟件的系統(tǒng)程序員不透明。計(jì)算機(jī)組成原理373.7.1虛擬存儲(chǔ)器的基本概念5、虛存機(jī)制要解決的關(guān)鍵問(wèn)題：⑴調(diào)度問(wèn)題：決定哪些程序和數(shù)據(jù)調(diào)入主存；⑵地址映射問(wèn)題：主存命中而訪問(wèn)主存時(shí)如何把虛地址變?yōu)橹鞔娴刂?，即“?nèi)地址變換”；主存不命中而訪問(wèn)輔存時(shí)如何把虛地址變?yōu)檩o存地址，即“外地址變換”；此外還要解決主存分配、存儲(chǔ)保護(hù)、程序重定位等問(wèn)題；⑶替換問(wèn)題：決定哪些信息調(diào)出主存而騰出空間讓位于新調(diào)入的信息；⑷更新問(wèn)題：確保主存和輔存的一致性；計(jì)算機(jī)組成原理383.7.2頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器1、頁(yè)式虛存地址映射

虛存空間分成等大小邏輯頁(yè)，主存空間分成與邏輯頁(yè)等大小的物理頁(yè)；虛、實(shí)地址都分2字段：高字段頁(yè)號(hào)，低字段頁(yè)內(nèi)地址(偏移量)，虛、實(shí)頁(yè)內(nèi)地址長(zhǎng)度一樣每個(gè)進(jìn)程對(duì)應(yīng)一個(gè)頁(yè)表頁(yè)表每一項(xiàng)對(duì)應(yīng)一個(gè)邏輯頁(yè)每頁(yè)表項(xiàng)包含有效位和主存頁(yè)號(hào)頁(yè)表大小由進(jìn)程大小確定頁(yè)表的基地址保存在頁(yè)表基址寄存器頁(yè)表本身一般放在主存中計(jì)算機(jī)組成原理393.7.2頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器2、內(nèi)頁(yè)表和外頁(yè)表內(nèi)頁(yè)表：實(shí)現(xiàn)虛地址到主存物理地址的變換外頁(yè)表：實(shí)現(xiàn)虛地址到輔存地址變換的表當(dāng)主存缺頁(yè)時(shí)，調(diào)頁(yè)操作首先通過(guò)外頁(yè)表確定輔存地址，外頁(yè)表的結(jié)構(gòu)與輔存的尋址機(jī)制有關(guān)；外頁(yè)表通常放在輔存中，主存缺頁(yè)時(shí)調(diào)入主存，由存儲(chǔ)管理部件向CPU發(fā)出“缺頁(yè)中斷”進(jìn)行調(diào)頁(yè)操作。計(jì)算機(jī)組成原理403.7.2頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器3、頁(yè)式存儲(chǔ)器的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：頁(yè)等長(zhǎng)且頁(yè)長(zhǎng)固定，構(gòu)造頁(yè)表容易，易于管理，不存在外碎片缺點(diǎn)：頁(yè)長(zhǎng)與程序無(wú)關(guān)，易于產(chǎn)生內(nèi)碎片；同一程序可能部分在主存，部分在輔存，給換入換出、存儲(chǔ)保護(hù)、存儲(chǔ)共享等帶來(lái)麻煩。計(jì)算機(jī)組成原理413.7.3段式虛擬存儲(chǔ)器和段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器1、段式虛擬存儲(chǔ)器根據(jù)程序的自然分界將程序占據(jù)的虛空間分成長(zhǎng)度可動(dòng)態(tài)變化的若干不同類(lèi)型段(如程序段、操作數(shù)段、常數(shù)段等)；虛地址由“段號(hào)”和“段內(nèi)地址”組成；虛地址到實(shí)地址的轉(zhuǎn)換由段表實(shí)現(xiàn)。每個(gè)程序設(shè)置一個(gè)段表，段表每一項(xiàng)對(duì)應(yīng)一個(gè)段，每個(gè)段表項(xiàng)由“有效位(標(biāo)示該段是否調(diào)入主存)”、“段起址(標(biāo)示該段在主存的首地址)”和“段長(zhǎng)(標(biāo)示該段的實(shí)際長(zhǎng)度)”三部分組成；段表大小由程序大小確定，段表的基地址保存在段表基址寄存器中，段表本身一般放在主存中，也可以放在輔存中；計(jì)算機(jī)組成原理423.7.3段式虛擬存儲(chǔ)器和段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器段式虛擬存儲(chǔ)器的優(yōu)點(diǎn)：段的邏輯獨(dú)立性使其易于編譯、管理、修改和保護(hù)，便于多道程序共享；段長(zhǎng)可動(dòng)態(tài)變化，允許自由調(diào)度，以便有效利用主存空間；段式虛擬存儲(chǔ)器的缺點(diǎn)：主存空間分配麻煩；易于產(chǎn)生外碎片：沒(méi)有內(nèi)碎片，外碎片多；形成實(shí)地址麻煩：段長(zhǎng)不一定是2的整數(shù)倍，因而虛地址的低位部分未必是段內(nèi)偏移，形成實(shí)地址時(shí)必須把段起址和段內(nèi)偏移相加才行(頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器：主存頁(yè)號(hào)與邏輯頁(yè)內(nèi)地址拼接即可)；計(jì)算機(jī)組成原理432014-4-293.7.3段式虛擬存儲(chǔ)器和段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器地址轉(zhuǎn)換：據(jù)虛地址段號(hào)和段表基地址找到對(duì)應(yīng)段表項(xiàng)，若段表項(xiàng)有效位為0，則產(chǎn)生調(diào)段中斷，從輔存調(diào)入該段；若段表項(xiàng)有效位為1，則取虛地址的段內(nèi)地址和段表項(xiàng)的段長(zhǎng)比較，段內(nèi)地址大產(chǎn)生越界中斷，段內(nèi)地址小則將“段起址”+“虛地址的段內(nèi)地址”形成主存的物理地址。計(jì)算機(jī)組成原理443.7.3段式虛擬存儲(chǔ)器和段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器2、段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器：頁(yè)式與段式的集合實(shí)存分成等大的頁(yè)，程序按邏輯結(jié)構(gòu)分成若干段，每段再按實(shí)存頁(yè)大小分成若干頁(yè)，程序按頁(yè)調(diào)入調(diào)出(注意：實(shí)存中，同一程序的各段未必連續(xù)、各頁(yè)未必連續(xù))，程序按段編程、保護(hù)和共享；虛地址由“段號(hào)S、段內(nèi)頁(yè)號(hào)P、頁(yè)內(nèi)偏移D”組成，多任務(wù)操作系統(tǒng)還在虛地址前加一個(gè)標(biāo)示程序在系統(tǒng)中的序號(hào)的“基號(hào)N”；每道程序通過(guò)一個(gè)段表和多個(gè)頁(yè)表進(jìn)行兩級(jí)再定位：段表每一項(xiàng)對(duì)應(yīng)一個(gè)段的頁(yè)表首地址，頁(yè)表的每一項(xiàng)對(duì)應(yīng)一個(gè)物理頁(yè)號(hào)；計(jì)算機(jī)組成原理453.7.3段式虛擬存儲(chǔ)器和段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器地址變換實(shí)例：[例12]假設(shè)有三道程序，基號(hào)用A、B、C表示，對(duì)應(yīng)的基地址寄存器內(nèi)容(段表基地址)分別為SA、SB、SC，程序A有2個(gè)段，程序B有3個(gè)段，程序C有3個(gè)段，則其邏輯地址到物理地址的變換過(guò)程如下：計(jì)算機(jī)組成原理463.7.3段式虛擬存儲(chǔ)器和段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器計(jì)算機(jī)組成原理473.7.3段式虛擬存儲(chǔ)器和段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器計(jì)算機(jī)組成原理483.7.4快表轉(zhuǎn)換后援緩沖器(TLB)(塊表)頁(yè)表、邏輯頁(yè)都在主存中，CPU取得信息至少要訪問(wèn)兩次物理存儲(chǔ)器為減少訪存次數(shù)，對(duì)頁(yè)表實(shí)現(xiàn)二級(jí)緩存，即把頁(yè)表中活躍部分放在高速存儲(chǔ)部件中，這種專(zhuān)用于存放頁(yè)表部分副本的小容量高速存儲(chǔ)部件稱(chēng)之為“轉(zhuǎn)換后援緩沖器，通常由相連存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)，其作用與工作過(guò)程類(lèi)似于cache)”，主存中的完整頁(yè)表叫慢表；計(jì)算機(jī)組成原理492014-4-29