计算机系统结构 虚拟存储设备软硬件结构

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1、计算机系统结构期末报告虚拟存储设备软硬件结构计算机科学与技术12级16班2012年12月18日3/4【摘要】虚拟存储管理技术已被广泛地应用于现代操作系统中，它的主要功能是从逻辑上扩充内存的容量。由于它是存储器管理中的重点部分，本报告着重讨论:为什么要引入虚拟存储器。引入虚拟存储器主要是为了解决内存空间不足的问题，在学习时应了解虚拟存储器是如何扩充内存容量的，为什么一次性和驻留性并非是程序运行所必需的条件，或者说，为什么只需将部分程序和数据装入内存，便能完成整个程序的运行;虚拟存储器具有哪些特征。虚拟存储器具有多次性、对换性和虚

2、拟性的特征，读者必须了解每种特征的具体含义，以及它们相互之间存在着什么样的关系，它们与离散分配之间又存在着什么样的关系。【关键字】虚拟存储器软件硬件3/4一、背景资料虚拟存储器源出于英国ATLAS计算机的一级存储器概念。这种系统的主存为16千字的磁芯存储器，但中央处理器可用20位逻辑地址对主存寻址。到1970年，美国RCA公司研究成功虚拟存储器系统。IBM公司于1972年在IBM370系统上全面采用了虚拟存储技术。虚拟存储器已成为计算机系统中非常重要的部分。虚拟存储器只是一个容量非常大的存储器的逻辑模型，不是任何实际的物理存储

3、器。它借助于磁盘等辅助存储器来扩大主存容量，使之为更大或更多的程序所使用。它指的是主存-外存层次。以透明的方式给用户提供了一个比实际主存空间大得多的程序地址空间。二、虚拟存储器构成CPU与主存间的数据交换以字为单位，主存与辅存间的数据交换以块为单位虚存由三部分组成，其中辅助软硬件控制主存与辅存间的数据交换。程序运行过程中，活跃部分放在主存，大量非活跃部分放在辅存；活跃部分和非活跃部分是动态变化的；什么时候主存与辅存需要交换信息，完全由辅助软硬件来决定。程序运行时，CPU提供的是虚地址，由辅助部件来决定该虚地址的信息是否已装入实

4、存；如果实存命中，则辅助部件将虚地址变为实地址，访问实存；否则，将包含该虚地址的一个信息块由辅存调入主存，再去访问主存由上述过程，可以见到有虚存技术存在两种虚实变换：若命中，要将虚地址（虚拟存储器存储单元的地址）变为主存地址；若不命中，需将虚地址变为虚单元所在信息块的辅存地址（称为辅存实地址）。对用户：指令地址部分所限定的比实存大得多的地址实间。对系统：借助于各种表格机构，体现虚拟实间。三、工作原理虚拟存储器是由硬件和操作系统自动实现存储信息调度和管理的。它的工作过程包括6个步骤：①中央处理器访问主存的逻辑地址分解成组号a和组

5、内地址b，并对组号a进行地址变换，即将逻辑组号a作为索引，查地址变换表，以确定该组信息是否存放在主存内。3/4②如该组号已在主存内，则转而执行④；如果该组号不在主存内，则检查主存中是否有空闲区，如果没有，便将某个暂时不用的组调出送往辅存，以便将这组信息调入主存。③从辅存读出所要的组，并送到主存空闲区，然后将那个空闲的物理组号a和逻辑组号a登录在地址变换表中。④从地址变换表读出与逻辑组号a对应的物理组号a。⑤从物理组号a和组内字节地址b得到物理地址。⑥根据物理地址从主存中存取必要的信息。一、虚拟存储器功能1.它将主存看成一个存储

6、在磁盘上的地址空间的高速缓存，在主存中只保存活动区域，并根据需要在磁盘和主存之间来回传送数据，通过这种方式，它高效地使用了主存。2.它为每个进行提供了一致的地址空间，从而简化了存储器管理。3.它保护了每个进程的地址空间不被其他进程破坏。3/4