組成原理課件 - 虛擬存儲器

§7·6 虛擬存儲器一、虛擬存儲器：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)存儲管理軟件組成的存儲體系。它主要用于解決計算機中主存容量不足的問題，在虛擬存儲器中，程序可以像訪問內(nèi)存一樣訪問外存，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)過轉(zhuǎn)換后形成實際地址（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最頻繁的一小部分尋址范圍映象到主存儲器，其余的地址空間映象到外存儲器，這樣從程序員的角度看，存儲系統(tǒng)具有外存的容量又有接近于主存的訪問速度。

虛擬存儲器給用戶提供了一個比實際主存空間大得多的虛擬地址空間。二、虛擬存儲器的管理方法：1、頁式虛擬存儲器：是把虛擬存儲空間和實際存儲空間等分成固定容量的頁，各虛擬頁可裝入主存中不同的實際頁面位置。（4K~64K）每個虛擬地址可看作由三部分組成：基號、頁號和頁內(nèi)地址基號：是操作系統(tǒng)給每個程序產(chǎn)生的地址附加的地址字段，用來區(qū)分不同程序的地址空間。實際地址分為頁號和頁內(nèi)地址兩部分虛地址頁基地表頁表實地址頁表長度頁表基址主存頁號裝入位訪問方式在頁式地址轉(zhuǎn)換過程中，首先根據(jù)基號查找頁基址表，頁基址表一般是CPU中的專門寄存器組，其中每一行代表一個運行的程序的頁表信息，包括頁表的起始地址和頁表長度。從頁基址表中查出頁表地起始地址，然后用虛頁號從頁表中查找實頁號，同時判斷該頁是否裝入內(nèi)存。如果該頁已裝入內(nèi)存，則從頁表中取出實頁號，與頁內(nèi)地址一起構(gòu)成物理地址。在虛擬存儲器管理中替換策略是由操作系統(tǒng)管理的，當頁面失效時操作系統(tǒng)會產(chǎn)生一個中斷，再通過輸入輸出接口將該頁調(diào)入內(nèi)存?；柼擁撎栱搩?nèi)地址2、段式虛擬存儲器：把主存按段分配的存儲管理方式，段的長度可以任意設(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、段號、段內(nèi)地址在進行地直址映象時，首先根據(jù)基號查找段基址表，從中找出段表的起始地址，然后用段號在段表中查找該段在內(nèi)存中的起始地址，同時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)成被訪問的數(shù)據(jù)的物理地址。3、段頁式虛擬存儲器它是將存儲空間按邏輯模塊分成段，每段以分成若干個頁，這種訪問通過一段表和若干個頁表進行。段的長度必須是頁長的整數(shù)倍，段的起點必須是某一頁的起點。在段頁式虛擬存儲器中，虛擬地址被分為基號、段號、頁號、頁內(nèi)地址在進行地址映象時：首先根據(jù)基號查找段基址表，從表中查出段表的起始地址，然后用段號從段表中查找該段的頁表的起始地址，然后根據(jù)段內(nèi)頁號在頁表中查找該頁在內(nèi)存中的起始地址（實頁號），同時判斷該段是否裝入內(nèi)存，如果該段已裝入內(nèi)存，則從段表中取出實頁號，與頁內(nèi)地址字段拼成被訪問數(shù)據(jù)的物理地址。目前大多數(shù)計算機采用段頁式管理。例：某計算機系統(tǒng)的邏輯地址空間由128個段構(gòu)成，每個段可具有最多32個頁，每頁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log2128=7段內(nèi)頁號log232=5頁內(nèi)地址log24K=12物理地址：主存地址log21M=20頁內(nèi)地址12實頁號為20-12=8一、填空1、Cache是指（）。2、虛擬存儲器是建立在（）結(jié)構(gòu)上，用來解決（）的問題。3、將輔助存儲器當作主存來使用，從而擴大程序可訪問的存儲空間，這樣的存儲結(jié)構(gòu)稱為（）。4、地址映象（射）用來確定（）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、建立高速緩沖存儲器的理論依據(jù)是（）。7、在計算機中，主存的工作方式是（）；輔存的工作方式是（）。8、4體交叉存儲器是一種高速存儲器，它（）個存儲模塊，每個模塊有它自已的地址寄存器和（）寄存器。二、選擇題1、計算機的存儲器采用分級方式是為了（）。A、減少主機箱的體積B、保存大量數(shù)據(jù)方便C、解決容量、價格、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題C、提高內(nèi)存的可靠性D、增加內(nèi)存空量，同時加快存取速度3、采用虛擬存儲器的主要目的是（）。A、提高主存儲器的存取速度B、擴大存儲器空間并能自動管理C、提高外存儲器的存取速度D、擴大外存儲器的存儲空間4、在虛擬存儲器中，當程序正在執(zhí)行時，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、若某單片機的系統(tǒng)程序不允用戶在執(zhí)行時改變，則可以選用（）作為存儲芯片。A、SRAMB、flashMemoryC、CacheD、輔助存儲器6、程序訪問的局限性是使用（）依據(jù)。A、緩沖B、CacheC、虛擬內(nèi)存D、進程377、已知存儲芯片的容量為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、已知存儲器芯片的容量為4Ｋ×8，若該芯片采用雙譯碼方式，則存儲器芯片所需的選通線的條數(shù)為（）A、128B、1024C、32D、649、EPROM是指（）。A、只讀存儲器B、可編程只讀存儲器C、隨機存儲器D、可擦洗、可編程只讀存儲器10、CHACH的地址變換和數(shù)據(jù)塊的替換是有（）實現(xiàn)的。A、操作系統(tǒng)B、軟件C、硬件D、硬件和軟件11、訪問主存的數(shù)據(jù)或代碼存在于（）中時的情形稱為CACHE命中。A、主存B、CPUC、CACHED、虛擬存儲器12、虛擬存儲器是建立在（）存層上的，由附加硬件裝置及操作系統(tǒng)存儲管理軟件組成的存儲體系。A、主、輔B、CPU、主存C、主、高速緩存D、CPU和高速緩存三、簡答題1、計算機存儲器系統(tǒng)分哪幾個層次？每一層次主要采用什么存儲介質(zhì)？其存儲容量和存取速度的相對關(guān)系如何？2、提高存儲器速度可采用哪些方法？3、說明層次結(jié)構(gòu)的存儲器系統(tǒng)中Cache和虛擬存儲器的作用有何不同？四、綜合題1、某機字長16位，常規(guī)的存儲空間為64K字，若想不改用其他高速的存儲芯片，而使訪存速度提高到8位，可采取什么措施？畫圖說明？2、某8位微型機地址碼為18位，若使用4KX4位的RAM芯片組成模塊板結(jié)構(gòu)存儲器。試問：（1）該機所允許的最大主存空間是多少？（2）若每個模塊板為32KX8位，共需幾個模塊板？（3）每個模塊板共有幾片RAM芯片？