计算机存储器的层次结构.ppt

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1、3.1.2存储器的层次结构第一层第二层第三层第四层第五层每级存储器的性能参数可以表示为Ti，Si，Ci。存储系统的性能可表示为：TiCi+1。速度提高容量增加通用寄存器M1高速缓冲存储器M2主存储器M3脱机大容量存储器M5辅助存储器M42003.3.11计算机系统结构DatalocationDataidentifacationDatareplacementDataWritepolicy2003.3.12计算机系统结构地址映象与变换(P174)基本术语：逻辑地址（又称为相对地址、虚地址）是程序员在编写和编译一

2、个程序模块时分配指令和数据的空间单位序号，总是从0开始（可以按字节编址、按CPU字编址等）。逻辑地址的取值范围称为逻辑地址空间、虚空间或虚存。物理地址（又称为绝对地址、实地址）是任一级存储器为全部存储单元分配的序号。物理地址的取值范围称为物理地址空间、实空间或实存。从M1到Mn各层都有自己的物理地址空间，而对当前执行的程序模块来说，逻辑地址空间只有一个。地址映象方式指的是虚页集合与实页集合的对应规则，或者说是约束关系。地址变换（又叫虚实变换）指逻辑地址到物理地址的变换过程或者算法。页失效指当前被访问存储级中没有所需的信息，也就是不命中现象。

3、实页争用又叫实页冲突，指虚页调入时，根据地址映象方式划定的实空间范围内已没有空闲实页的状况。2003.3.13计算机系统结构存储层次的管理方式(P147)根据程序的局部化性质，存储层次机构对用户文件的管理应该划分成较小的基本调度单位来进行。依划分标准不同，存在3种存储层次管理方式。(1)段式管理(P148)段是程序中的一个逻辑单位，可以是一个程序模块，或者是一个数据结构。段的长度不一，但段内所有数据的信息属性一般是相同的，便于统一进行信息保护。每段使用独立的逻辑地址空间，即都从0开始计算地址。段式管理方法的主要缺点是各段长短不一，调进调出之

4、后容易形成大量不规则的零碎空间。段式管理方法的虚实变换算法是查段表(P150)。2003.3.14计算机系统结构段式虚拟存储器的地址映象主程序（0段）1段2段3段段号段长起始地址01231K5002002008K16K9K30K段表程序空间主存储器01K05000200020008K9K16K30K2003.3.15计算机系统结构段式虚拟存储器的优点如下：程序的模块性能好。对于大程序，可以划分成多个程序段，每个程序段赋予不同的名字，由多个程序员并行编写，分别编译和调试。由于各个程序段在功能上是相互独立的，因此，一个程序段的修改和增删等不会影

5、响其他程序段，从而可以缩短程序的编制和调试时间。便于程序和数据的共享。由于程序段是按功能来划分的，如子程序段、数据段、表格段等。每个程序段有比较完整的功能，因此，被共享的可能性很大。程序的动态链接和调试比较容易。由于每个程序段都是一组有独立意义的数据块或具有完整功能的程序段，因此，在程序运行过程中，可以根据需要一次就把一个程序段或数据块都装入到主存储器中，并且在装入时才实行动态链接。便于实现信息保护。在一般情况下，一段程序是否需要保护是根据这个程序的功能来决定的。因此，只有在段表中设置一个信息保护字段，就能根据需要很方便地实现对该程序的保护

6、。2003.3.16计算机系统结构段式虚拟存储器的缺点：地址变换所花费的时间比较长。从多用户虚地址变换到主存实地址需要查两次，做两次加法运算。主存储器的利用率往往比较低。由于每个程序段的长度不同的，一个程序段通常要装在一个连续的主存空间中，程序段在主存储器中不断地调入调出，有些程序段在执行过程中还要动态增加长度，从而使得主存储器中有很多的空隙存在。当然，也可以采用一些好的算法来减少空隙的数量，或者通过定时运行回收程序来合并着这些空隙，但这无疑增加了系统的开销。对辅存（磁盘存储器）的管理比较难。磁盘存储器通常是按固定大小的块来访问的，如何把不

7、定长度的程序段映象到固定长度的磁盘存储器中，需要做一次地址变换。2003.3.17计算机系统结构(2)页式管理(P151)。页是系统规定的固定长度单位。按页划分用户文件可以避免上述零碎空间浪费。我们把用户文件划分得到的一个长度单位称为“虚页”，因为它的页号是在虚地址空间中编排的；实地址空间按页的大小划分得到的一个长度单位称为“实页”。页式管理方法的主要缺点是按固定长度分出来的同一页内常有不同属性的信息，不便于信息保护的实现。页式管理方法的虚实变换算法是查页表(P152)。页号主存页号0123主存储器页表0页1页2页3页用户程序页式虚拟存储器

8、的地址映象2003.3.18计算机系统结构页式虚拟存储器的优点是：主存储器的利用率比较高。每个用户程序只有不到一页（平均为半页）的浪费，与段式虚拟存储器每两个程序段之间都有浪费相