計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)

湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院1第9章存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)9.1存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)9.2Cache存儲(chǔ)器9.3虛擬存儲(chǔ)器9.4基本Cache和虛擬存儲(chǔ)器的擴(kuò)展9.5實(shí)例：Pentium/Windows個(gè)人計(jì)算機(jī)上的內(nèi)存管理湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院29.1存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)圖9.1一般的存儲(chǔ)器層次物理內(nèi)存：由動(dòng)態(tài)RAM組成。Cache存儲(chǔ)器：由靜態(tài)RAM構(gòu)成，比DRAM快得多，但也昂貴的多。Cache是物理內(nèi)存的部分副本。虛擬存儲(chǔ)器：空間比物理內(nèi)存大得多邏輯空間。虛擬管理器通過(guò)在物理內(nèi)存和一個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)之間調(diào)度來(lái)達(dá)到訪問(wèn)的目的。湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院3哈佛結(jié)構(gòu)：計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)的Cache層次中，每一級(jí)Cache包含兩個(gè)單獨(dú)的Cache存儲(chǔ)器，其中一個(gè)是指令Cache，一個(gè)是數(shù)據(jù)Cache。9.2Cache存儲(chǔ)器

大部分計(jì)算機(jī)在CPU和物理內(nèi)存之間包含一個(gè)較小容量的Cache存儲(chǔ)器，而不是使用Cache存儲(chǔ)器構(gòu)建計(jì)算機(jī)的整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)。目標(biāo)是在合理的價(jià)格下減少處理器的內(nèi)存訪問(wèn)時(shí)間。湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院49.2.1相聯(lián)存儲(chǔ)器一般存儲(chǔ)器：接收一個(gè)地址，訪問(wèn)該地址中的數(shù)據(jù)。相聯(lián)存儲(chǔ)器：并行搜索所有單元，標(biāo)記那些與特定數(shù)據(jù)匹配的單元，然后連續(xù)讀出匹配的數(shù)據(jù)值。湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院5考慮一個(gè)由8個(gè)字單元組成的簡(jiǎn)單的相聯(lián)存儲(chǔ)器，每個(gè)單元有16位，如圖9.2所示。除數(shù)據(jù)位外，每單元都有一個(gè)額外的標(biāo)記位V。（數(shù)據(jù)有效位，為1說(shuō)明這個(gè)單元數(shù)據(jù)有效，為0說(shuō)明數(shù)據(jù)無(wú)效）圖9.2相聯(lián)存儲(chǔ)器的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院6為了從相聯(lián)存儲(chǔ)器中讀出一個(gè)值，CPU必須給出兩個(gè)值，即要被匹配的數(shù)據(jù)值、以及哪些位需要檢查。第一個(gè)值是參數(shù)或數(shù)據(jù)，第二個(gè)值是屏蔽位或關(guān)鍵位

如果滿足如下的公式，則匹配就會(huì)發(fā)生湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院7屏蔽寄存器中值為1的每一位，單元中的值與數(shù)據(jù)寄存器中的值都相同單元的有效位被設(shè)置為1；例如(參考圖9.2)：屏蔽寄存器K1111000000000000數(shù)據(jù)寄存器D1010XXXXXXXXXXXX數(shù)據(jù)位M1010110100000111執(zhí)行0000XXXXXXXXXXXX執(zhí)行1111XXXXXXXXXXXX執(zhí)行1111111111111111湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院8Vi始終為1，所以最終結(jié)果為：1111111111111111找到一個(gè)匹配因此該數(shù)據(jù)位M對(duì)應(yīng)的匹配寄存器的一個(gè)單元設(shè)置為1湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院9將數(shù)據(jù)寫(xiě)回相聯(lián)存儲(chǔ)器CPU把數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)寄存器并發(fā)出寫(xiě)信號(hào)。相聯(lián)存儲(chǔ)器檢查所有單元的有效位，并找到有效位為0的一個(gè)單元，如果找到，把數(shù)據(jù)存到這個(gè)單元，同時(shí)將有效位設(shè)為1。如果沒(méi)有找到，必須采用替換算法清除一個(gè)單元來(lái)保存數(shù)據(jù)。

常見(jiàn)的替換算法FIFOLRURANDOM湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院109.2.2相聯(lián)映象的Cache存儲(chǔ)器圖9.3相對(duì)簡(jiǎn)單CPU的相聯(lián)Cache64K的8位內(nèi)存湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院11圖9.3中：每一個(gè)單元中的前16位由內(nèi)存地址構(gòu)成，可以尋址到64K的地址空間。后8位描述的是存儲(chǔ)在該物理內(nèi)存地址中的數(shù)據(jù)。屏蔽寄存器只需設(shè)置一次。在上圖中可以設(shè)成111111111111111100000000湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院12作用于數(shù)據(jù)行或數(shù)據(jù)塊的相聯(lián)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器在每個(gè)單元存儲(chǔ)4個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。（如圖9.4）同一個(gè)單元的4個(gè)數(shù)據(jù)具有相同的高位地址，即高14位相同。比圖9.3中的相聯(lián)存儲(chǔ)器采用了更多的位數(shù)（46位vs24位）。湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院13圖9.4相對(duì)簡(jiǎn)單CPU中，行大小為4字節(jié)的相聯(lián)Cache湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院14優(yōu)點(diǎn)：利用了訪問(wèn)的局部性原理：當(dāng)內(nèi)存單元X中的指令被訪問(wèn)時(shí)，下一條被執(zhí)行的指令非常有可能就在內(nèi)存單元X+1中。例如： 當(dāng)訪問(wèn)地址0單元的時(shí)候，整個(gè)塊（0，1，2，3）的值都被從物理內(nèi)存讀入CPU。當(dāng)CPU下次要執(zhí)行在內(nèi)存單元1、2、3中的指令時(shí)，他們已在cache中即能被訪問(wèn)而不必從較慢的物理內(nèi)存中讀取。湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院15

不僅指令具有訪問(wèn)的局部性，數(shù)據(jù)同樣也具有訪問(wèn)的局部性

如編譯器通常將一列數(shù)組元素安排到相鄰的內(nèi)存單元中，以方便處理器順序訪問(wèn)數(shù)據(jù)值。

湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院169.2.3直接映象的Cache存儲(chǔ)器一種利用標(biāo)準(zhǔn)的SRAM、廉價(jià)的Cache映射方案物理內(nèi)存Cache深度為1k64kx8位xxxxxx11111111111111111111湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院17索引

Cache地址的低十位，用來(lái)選擇Cache

的一個(gè)特定單元標(biāo)簽

原始地址中不是索引的那些高位。直接映象的Cache存儲(chǔ)器一個(gè)單元包括（圖9.5)： 標(biāo)簽 數(shù)據(jù) 有效值湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院18圖9.5相對(duì)簡(jiǎn)單CPU的直接映象Cache湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院19另外一種直接映像Cache存儲(chǔ)器圖9.6:相對(duì)簡(jiǎn)單的CPU中，行大小為4字節(jié)的直接映像Cache湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院20直接映像的Cache存儲(chǔ)器

優(yōu)點(diǎn)：

價(jià)格低

容量大

缺點(diǎn)：靈活性差如前所述，物理內(nèi)存中 任何形式為xxxxxx11 11111111的地址都只能 映射到Cache中地址為 1111111111的單元中湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院21JUMP1000HJUMP0000HJUMP0000HJUMP1000H考慮下面的代碼：0000000000000000（0000H）:JUMP1000H0001000000000000（1000H）:JUMP0000H直接映象Cache地址0000000000湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院22

第一條指令被取出放入cache中?；诘?0位地址位，它被映射到cache單元0000000000。標(biāo)志域被設(shè)置為地址位中的6個(gè)高位，即000000?，F(xiàn)在，它被執(zhí)行，CPU在單元1000H中取指令，它的低10位也為000000，因此，它被取出并裝入cache中，并且設(shè)置標(biāo)志值為000100，覆蓋以前的值。JUMP跳轉(zhuǎn)反過(guò)來(lái)執(zhí)行到單元0000H，這樣，盡管其他cache單元全都可用，但這兩條指令仍會(huì)不斷的彼此覆蓋。湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院239.2.4組相聯(lián)映像的cache存儲(chǔ)器特點(diǎn)靈活性增強(qiáng) 減少由直接映像帶來(lái)的覆蓋數(shù)據(jù)的問(wèn)題采用比較便宜的SRAMN路組相聯(lián)：每個(gè)單元能夠包含N個(gè)字節(jié)或字

直接映像的cache可以看作是一個(gè)一路 組相聯(lián)映像cache存儲(chǔ)器湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院24考察大小為1k的2路組相聯(lián)cache（如圖9.7）該cache有1k個(gè)數(shù)據(jù)入口，每個(gè)單元2個(gè)數(shù)據(jù)值，因此有512個(gè)單元用9個(gè)地址位選擇cache單元，剩下的7位說(shuō)明標(biāo)簽值計(jì)數(shù)值用來(lái)紀(jì)錄數(shù)據(jù)什么時(shí)候被訪問(wèn)過(guò)了圖9.7相對(duì)簡(jiǎn)單CPU的2路組相聯(lián)cache湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院25JUMP1000HJUMP0000HJUMP0000HJUMP1000H重新考慮下面的代碼：0000000000000000（0000H）:JUMP1000H0001000000000000（1000H）:JUMP0000H組相聯(lián)映象cache湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院26

用在9.2.3的代碼例子中，cache就不會(huì)覆蓋任一條指令。JUMP1000H這條指令將會(huì)被取出存入cache單元0的一路中。然后，指令0000H將會(huì)被取出放入同一單元的另一路中。從這可以看出，指令都從cache取出并被連續(xù)的執(zhí)行。湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院27一種采用數(shù)據(jù)行的組相聯(lián)cache圖9.8相對(duì)簡(jiǎn)單CPU中具有4字節(jié)數(shù)據(jù)行的2路組相聯(lián)cache湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院289.2.5在cache中替換數(shù)據(jù)問(wèn)題的引出：計(jì)算機(jī)開(kāi)始執(zhí)行一個(gè)程序。它 從內(nèi)存中取指令和數(shù)據(jù)，同時(shí) 將這些值載入cache。當(dāng)cache為 空或很少被占用時(shí)，會(huì)工作的 很好。但是，最終計(jì)算機(jī)會(huì)要 將數(shù)據(jù)移入到已占用的cache單 元。此時(shí)，將哪個(gè)數(shù)據(jù)移出 cache，以及此數(shù)據(jù)如何在保存 到物理內(nèi)存，這一問(wèn)題就變得 至關(guān)重要湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院29替換策略：FIFO先進(jìn)先出原則LRU近期最少使用原則隨機(jī)策略湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院301.FIFO先進(jìn)先出策略按順序填充相聯(lián)存儲(chǔ)器，當(dāng)cache

占滿時(shí)返回最頂單元，用新數(shù)據(jù) 替換原有數(shù)據(jù)只要一個(gè)寄存器就能實(shí)現(xiàn)

該寄存器保存下一個(gè)要被替換的 單元的指針性能好湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院312.LRU近期最少使用策略跟蹤單元的訪問(wèn)順序，用新的數(shù) 據(jù)替換近期最少使用的數(shù)據(jù)每個(gè)cache單元需要一個(gè)計(jì)數(shù)器

最近訪問(wèn)的數(shù)據(jù)，將相應(yīng)的計(jì)數(shù) 器置為0；其余的計(jì)數(shù)器依次加1性能沒(méi)有FIFO好湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院32例：在一個(gè)4路組相聯(lián)cache單元中應(yīng)用LRU策略TDCVTDCVTDCVTDCVCc21Bb11Aa01---01.Cache單元的當(dāng)前狀態(tài)2.CPU訪問(wèn)DTDCVTDCVTDCVTDCVCc31Bb21Aa11Dd01湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院333.CPU訪問(wèn)ETDCVTDCVTDCVTDCVEe01Bb31Aa21Dd114.CPU訪問(wèn)ATDCVTDCVTDCVTDCVEe11Bb31Aa01Dd21湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院343.RANDOM隨機(jī)策略隨機(jī)的選擇一個(gè)單元給新的數(shù)據(jù) 使用性能較好，與FIFO策略差不多湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院359.2.6寫(xiě)數(shù)據(jù)到cache寫(xiě)直達(dá)法

每次信息從CPU寫(xiě)入cache單元 中時(shí)，也要寫(xiě)回相應(yīng)的物理內(nèi)存 單元中

回寫(xiě)法

寫(xiě)入cache中的值并不總是被寫(xiě) 回物理內(nèi)存。僅在數(shù)據(jù)被移出

cache時(shí)寫(xiě)回物理內(nèi)存一次

湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院36處理寫(xiě)失效問(wèn)題按寫(xiě)分配法

把單元裝入cache，然后使用寫(xiě) 直達(dá)法或?qū)懟胤ò褦?shù)據(jù)寫(xiě)到cache

不按寫(xiě)分配法

直接更新物理內(nèi)存中的值，而 不把值寫(xiě)回cache

湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院379.2.7cache的性能評(píng)判性能的標(biāo)準(zhǔn)Cache命中率

要訪問(wèn)的數(shù)據(jù)已在cache中Cache失效率

要訪問(wèn)的數(shù)據(jù)不在cache中湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院38命中率：指由cache（而不是物理內(nèi)存） 提供服務(wù)的訪存百分比

平均訪問(wèn)時(shí)間：是cache訪問(wèn)時(shí)間Tc和內(nèi) 存訪問(wèn)時(shí)間Tp的加權(quán)平均，權(quán) 值是hTm=hTc+(1-h)Tp湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院39表9.1hTm(單位ns)0600.1550.2500.3450.4400.5350.6300.7250.8200.915110Tc=10nsTp=60ns結(jié)論：增加命中率能夠減少平均訪問(wèn)時(shí)間湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院409.3虛擬存儲(chǔ)器存儲(chǔ)管理單元 在物理內(nèi)存和較慢的存儲(chǔ)設(shè)備間移動(dòng)數(shù)據(jù)虛擬存儲(chǔ)器的主要實(shí)現(xiàn)方法：分頁(yè)和分段交換磁盤(pán)交換文件湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院419.3.1分頁(yè)

頁(yè)面：在分頁(yè)技術(shù)中，整個(gè)邏輯地址空間被劃分為連續(xù)的塊叫做頁(yè)面頁(yè)面的特點(diǎn)：每個(gè)頁(yè)尺寸相同頁(yè)面不可重疊，每個(gè)邏輯地址確切地 屬于某個(gè)頁(yè)面湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院42一個(gè)頁(yè)面或者包含程序指令或者包含數(shù)據(jù)，不能同時(shí)包含兩者4.可能導(dǎo)致內(nèi)部碎片問(wèn)題內(nèi)部碎片：假設(shè)MMU實(shí)現(xiàn)的頁(yè)式存儲(chǔ)器中每個(gè)頁(yè)面大小為4K，一個(gè)4K+1大小的程序需要MMU分配兩個(gè)存儲(chǔ)器頁(yè)面，盡管它的第二個(gè)頁(yè)面只用了4K單元的一個(gè)單元，這就是所謂的內(nèi)存碎片湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院43圖9.10相對(duì)簡(jiǎn)單CPU一種可能的內(nèi)存配置它具有64k的邏輯地址空間，16k的物理內(nèi)存，頁(yè)面大小4k湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院44分頁(yè)系統(tǒng)必須解決的問(wèn)題：何時(shí)將某頁(yè)移入內(nèi)存？CPU如何在物理內(nèi)存找到數(shù)據(jù)，尤其邏輯地址和物理地址不一至的情況下？當(dāng)所有頁(yè)框都裝有頁(yè)面，而CPU需要訪問(wèn)的數(shù)據(jù)不在這些頁(yè)面怎么辦？湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院45存儲(chǔ)管理單元處理上述所有問(wèn)題完成邏輯地址到物理地址的轉(zhuǎn)換產(chǎn)生缺頁(yè)故障，將數(shù)據(jù)從頁(yè)面裝入到物理內(nèi)存產(chǎn)生請(qǐng)求頁(yè)，把新的請(qǐng)求頁(yè)移入到物理內(nèi)存湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院46圖9.11存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)中的MMU配置湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院47

在處理器需要訪問(wèn)數(shù)據(jù)，MMU將數(shù)據(jù)從邏輯地址裝入物理地址的整個(gè)處理過(guò)程中，CPU沒(méi)有訪問(wèn)物理單元的任何信息 例：指令LDAC4324H如何理解？ 答案：把數(shù)據(jù)從邏輯地址4234H裝入累加器將邏輯單元4234H的數(shù)據(jù)裝入累加器，此數(shù)據(jù)實(shí)際存儲(chǔ)在物理單元3234H中系統(tǒng)更傾向解釋成1湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院48頁(yè)表的概念MMU用頁(yè)表來(lái)跟蹤哪一頁(yè)存儲(chǔ)在哪個(gè)幀中

頁(yè)表的組成（如圖9.12）：幀指示域(frame)有效位(valid)計(jì)數(shù)值（count,有些頁(yè)表不需要）臟位(dirty)湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院49

圖9.12（a）為頁(yè)表，（b）為對(duì)應(yīng)的物理內(nèi)存

相對(duì)簡(jiǎn)單CPU的頁(yè)表，有16K的物理內(nèi)存，頁(yè)面大小為4K。頁(yè)表包含了16個(gè)單元，每一單元對(duì)應(yīng)邏輯地址空間的一個(gè)頁(yè)面，它包含一個(gè)2bit的域，表明了該邏輯頁(yè)存儲(chǔ)在哪一個(gè)頁(yè)框中每一單元還包含一個(gè)有效位

0頁(yè)，對(duì)應(yīng)于邏輯地址0000H~1FFFH，存儲(chǔ)在1號(hào)頁(yè)框中，物理地址為1000H~1FFFH

湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院50MMU中邏輯地址到物理地址的轉(zhuǎn)換MMU將邏輯地址看作兩個(gè)部分 頁(yè)和偏移量例：考慮LDAC4234H，MMC如何將邏輯 地址4234H轉(zhuǎn)換成物理地址（如圖9.13）湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院51圖9.13用頁(yè)表將邏輯地址轉(zhuǎn)換成物理地址高4位邏輯地址表明頁(yè)號(hào)，剩下的12位為偏移量四個(gè)高位為0100

頁(yè)框號(hào)11表明頁(yè)被映射到頁(yè)框3此值與12位的偏移量拼接，生成物理地址11001000110100湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院52圖9.13所示的MMU并沒(méi)有很好的轉(zhuǎn)換地址

?

因?yàn)閺捻?yè)表中讀頁(yè)框號(hào)會(huì)有一個(gè)延時(shí)，并且由于取出相鄰的指令，系統(tǒng)可能連續(xù)的成百上千次的讀這一相同的值

變換旁視緩沖器可以解決上述問(wèn)題（圖9.14），其功能跟頁(yè)表一樣，可產(chǎn)生幀值，但它更快，這樣就提高了性能湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院53圖9.14使用TLB轉(zhuǎn)換邏輯地址到物理地址注意TLB沒(méi)有必要包含計(jì)數(shù)位或者臟位，因?yàn)檫@些信息仍然保存在頁(yè)表中。TLB中的每一個(gè)地址入口包含在頁(yè)表中，但反過(guò)來(lái)不成立

湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院54例：考慮一臺(tái)含有相對(duì)簡(jiǎn)單CPU，相同內(nèi)存配置的計(jì)算機(jī)。它必須取、翻譯和執(zhí)行下列程序（如表9.8）0000H:LDAC4234H0003H:STAC4235H0006H:JUMP1000H1000-1063H:(100registerinstructions)1064H:JUMP2000H2000H-2031H:(50registerinstructions)2032H:JUMP0100H0100H-01C7H:(200registerinstructions)01C8H:JUMP3000H3000H-3063H:(100registerinstructions)3064H:JUMP0000H4234H:27H(datavalue)湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院55PageTableAdress0000H0003H0006H1000H-1064H2000H-2032H0100H-01C8H3000H-3064H0000HPageFVCDFVCDFVCDFVCDFVCDFVCDFVCDFVCD00110011001100110012001100110011012100211021202130-0--231003110312031303110011204110011011111112111311131-0--2100表9.8使用LRU替換算法的部分頁(yè)表和TLB值TLBPFVPFVPFVPFVPFVPFVPFVPFV0010010010010010010010014114114114114114113113110001211211211214210000231231231231湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院56PageTableAdress0000H0003H-0006H1000H-1064H2000H-2032H0100H-01C8H3000H-3064H0000HPageFVDFVDFVDFVDFVDFVDFVD0010010010010010--0-1101210210210210--0-231031031031030100104110111111111111111210表9.9使用FIFO替換算法的部分頁(yè)表和TLB值PFVPFVPFVPFVPFVPFVPFV00100100100100130130141141141141141141101100121121121121421000231231231231湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院579.3.1分段

分段：在分段技術(shù)中，程序被劃分為幾段，每段為一個(gè)自包含的單元分段的特點(diǎn)：每個(gè)段大小可以變化分段存在外部碎片問(wèn)題湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院58外部碎片：內(nèi)存駐留有3個(gè)段，另有8K自由空間。而這8K空間被劃分開(kāi)了，于是不移動(dòng)或撤除某個(gè)當(dāng)前載入段的話，大小超過(guò)3K的段已無(wú)法裝入內(nèi)存（如圖9.16）圖9.16由于分段引起的物理內(nèi)存外部碎片湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院59分段機(jī)制中邏輯地址到物理地址的轉(zhuǎn)換

圖9.15分段機(jī)制中邏輯地址到物理地址的轉(zhuǎn)換邏輯地址被剖分為段號(hào)和偏移量

湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院60段號(hào)輸入到段表中，如果段已被裝入內(nèi)存，輸出段的起始地址和段大小如果段不在物理內(nèi)存中，就產(chǎn)生一個(gè)缺段，MMU裝入新段到內(nèi)存中偏移量與段大小進(jìn)行比較，如果前者大于后者，或者相等，說(shuō)明所訪問(wèn)單元不在段內(nèi)，就產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)誤如果偏移量有效，則與段地址的起始值相加，形成一個(gè)正確的物理內(nèi)存地址

湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院61分段機(jī)制中的一個(gè)嚴(yán)重缺陷 在分頁(yè)機(jī)制中，頁(yè)號(hào)送到頁(yè)表（和TLB）以產(chǎn)生頁(yè)框號(hào)。該值和偏移量拼接構(gòu)成物理地址。而在分段機(jī)制中，通過(guò)頁(yè)表或TLB產(chǎn)生的起始地址要與偏移量相加，此過(guò)程消耗的時(shí)間比拼接要多得多

湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院62帶分頁(yè)的分段分頁(yè)和分段兩種機(jī)制的結(jié)合體在內(nèi)存中不必是一個(gè)連續(xù)整塊邏輯地址被劃分為三個(gè)部分段號(hào)2.頁(yè)號(hào)3.偏移量湖南大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院63圖9.17