存储器管理-西北工业大学微机原理

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1、第五章内存储器及其管理5.1存储器概述5.2内存储器组成5.3内存储器分段管理5.4内存储器分页管理5.5地址变换过程5.1存储器概述1.分类：内存储器和外存储器内存：也称主存，通过系统总线与CPU联接，存放正在执行的程序和数据；外存：需通过专门的接口电路和主机联接，存放暂不执行的程序或不被处理的数据。内存：根据数据的存取方式可分为随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。2.存储器的性能指标.存储器容量:以字节为单元。常以KB、MB、GB、TB为单位。.存取周期：存储器从接收到地址，到完成读出或者写入数据的时间称为

2、存取周期。.功耗.可靠性.集成度：常以“位/片”、“字节/片”表示。3.地址译码地址译码:按系统地址总线上的信息，从整个内存中确定一个存储单元。32位微机中采用复合译码方式。复合译码:由纵横交错的X选择线和Y选择线选择某一存储单元。X地址译码器:它决定选择32行中的某一行；Y地址译码器:它决定选择32列中的某一列。选择出某一行和某一列交叉处的一个存储单元。(如下图)5.2微型计算机内存储器组成对单字节、双字节和4字节等不同数据的访问。单字节:地址可以是任意地址(即奇地址或者偶地址)；双字节:偶地址(地址末位为0)作为低8位

3、数据地址，也就是该16位数据的地址；4字节:低2位为0的地址作为低8位数据地址，也就是该32位数据的地址。3-0:实现8位、16位和32位数据的访问.（表5.1）一、32位存储器组成方式(一个例子)二、存储器多级结构5.3内存储器分段管理（保护模式）实模式存储器寻址:.段寄存器直接存放某一段的段基址，段寄存器为CS，DS，SS，ES，FS,GS。.程序给出逻辑地址，包括段基地址（16位）和相对于段基地址的段内偏移量（16位），又称偏移地址。.在存储器寻址时，将逻辑地址转换为存储器存储单元的物理地址（实际地址或者绝对地址），

4、物理地址为20位。地址转换规则为：物理地址=段基地址×10H＋偏移地址保护模式存贮器分段管理：.段寄存器存放段选择符。.选择符用于选择段描述符。.段描述符包括段基址、段界限（长度）和访问权限等。.所有段描述符存于描述符表中（内存）。1．选择符·INDEX指示描述符在描述符表中的位置。·TI定义描述符表在局部描述符表LDT中还是在全局描述符表GDT中。·RPL指示请求特权级0-3。INDEXTIRPL2.描述符描述符按照段的性质可分为三类：程序段描述符，系统段描述符和门描述符。工作原理：.在保护方式下，每个段寄存器（CS，D

5、S，ES，SS，FS，GS）以及部分系统地址寄存器（TR，LDTR）对应一个描述符寄存器。.段寄存器或者TR，LDTR作为选择器，存放选择符。其中高13位作为段描述符表的地址（简称选择码）。.每当把一个选择符装入某个段寄存器时，微处理器自动从描述符表中取出相应的描述符，把描述符中的信息保存到对应的描述符高速缓冲寄存器中。描述符组成：(8个字节组成).描述符的基地址:段的起始单元，由32位表示。.段界限:表明段长度，由20位表示。.访问权限及属性：其中G为段界限长度单位，G=1，指示界限长度以页（4KB）为单位，最大到4GB

6、。(220页=220212B=232B)G=0，以字节为单位，最大到1MB(220B)。段地址转换：(逻辑地址转换成线性地址).逻辑地址包括16位的段选择符和32位的段偏移量。.在保护方式下，根据选择符从段描述表中取出相应的描述符，其中包括段基址、界限值、段特权级以及所允许访问的类型的信息。.描述符中32位段基址加上32的偏移量（由指令寻址方式决定）得到线性地址。.然后再由分段部件传送给分页部件形成物理地址。如果分页被禁止，计算出的线性地址就是物理地址。5.4内存分页管理内存分段存在的问题：.每段最长可达4GB，若程序全段

7、都装入内存运行，则一两个大程序就会塞满内存，这不利于实现多任务环境。.实际使用中，中小型程序占多数，它们对内存的进进出出，造成大量内存“碎片”，浪费内存空间。.由于程序运行的局部性，调用内存的大程序中大部分指令在很长时间里并不运行，甚至根本不运行。它们即浪费了调入调出时间，又白占内存空间。分页管理基本思想：把内存分成等大的块，称为“内存页”；把程序、数据等各段的内容也人为分成同样大小的块，称为“内容页”。针对上述三大问题，页面管理可以如下处理：.先把程序的前几页调入内存。开始运行，不断回收用过的内存页。这样无论一个段有多大

8、，它只需n个页就可顺利运行了。.“碎片”少。.不运行的程序页将不调入内存，避免了不运行程序段白占内存的情况。分页管理的代价：占用内存来放置内容页与内存页的对应表；花费时间去决定哪个页收回，哪个页应该调入。32位CPU系统规定页的大小为4KB。分页管理通过2级页表来实现的：.将内存按每4KB划分为一页(称