第4章存储体系ppt课件.ppt

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1、一、虚拟存储器1、三种存储管理方式（段式、页式、段页式）2、加快内部地址变换3、页面替换算法4、影响主存命中率的主要因素二、高速缓冲存储器（Cache）1、三种存储管理方式（全相联、直接映象、组相联）2、LRU块替换算法的实现3、Cache的性能分析三、主存保护⑴、掌握段式、页式、段页式3种不同的虚拟存储管理方式的工作原理，掌握其地址映像规则、映像表机构、虚实地址变换的过程及各自的优缺点；⑵、掌握FIFO、LRU、OPT等替换算法进行页面替换的过程模拟以及LRU替换算法对页地址流的堆栈处理模拟及性能分析；⑶、领会在虚拟存储器中对页

2、面失效的处理及内部地址映象表中的快慢表机构。能分析虚拟存储器中，页面大小，分配给程序的主存容量与主存命中率的变化关系。能够给出改进页式虚拟存储器等效访问速度的各种办法。⑴、了解Cache存储器的组成、工作原理，并能与虚拟存储器进行比较；⑵、掌握Cache存储器中全相联、直接、组相联3种地址映象规则，相应的映象表机构和虚、实地址变化过程；⑶、领会堆栈法和比较对法实现Cache块替换的原理，能计算出用比较对法进行块替换时所用的比较对触发器的个数；⑷、给出主存的块地址流后，采用组相联或直接映象、LRU或FIFO替换算法时，能熟练画出各主

3、存块装入Cache和其被替换的过程示意图，并计算出Cache块的命中率；⑸、理解为解决Cache存储器透明性问题所提出的各种算法以及为提高Cache块命中率的各种预取算法。能分析影响Cache性能的因素及其变化规律。正确理解和分析Cache存储器的等效访问速度与物理Cache速度及Cache容量、Cache命中率的关系。1、段式、页式、段页式3种不同的虚拟存储管理方式段式在段式虚拟存储器系统中，段是按照程序的逻辑结构划分的虚拟地址由段号和段内地址组成为把虚拟地址变换成实主存地址，需要一个段表装入位为1表示该段已调入主存，为0则表示

4、该段不在主存中因段的长度可大可小，所以段表需要有长度指示段表也是一个表，一般驻留在主存中优点：1、支持了程序的模块化设计和并行编程的要求；2、便于多道程序共享主存中某些段；3、便于按逻辑意义实现存储器的访问方式保护。缺点：1、段映象表机构太庞大，其地址字段和段长字段都太长；2、查表进行地址变换的速度太慢（从多用户虚地址变换到主存实地址需要查两次表，做两次加法运算）；3、对主存各区域的存储管理十分麻烦；（对辅存（磁盘存储器）的管理比较困难。磁盘存储器通常是按固定大小的块来访问的，如何把不定长度的程序段映象到固定长度的磁盘存储器中，需

5、要做一次地址变换。）4、主存储器的利用率往往比较低，存储器内部的段间零头浪费大，有时难以利用。因此，单纯的段式存储管理在实际的系统中无法采用。页式页式虚拟存储器把虚拟地址空间划分成一个个固定大小的块，每一块称为一页（虚页），把主存储器的地址空间也按虚拟地址空间同样的大小划分为页（实页）。页是一种逻辑上的划分，它可以由系统管理软件任意指定。在页表中，对应每一个虚存逻辑页号有一个目录，它至少包含主存页面地址主存页面地址作为实存地址的高字段，与虚存地址的行地址字段相拼接，产生完整的实主存地址，据此访问主存。012301234567031

6、14260虚页号页内位移实页号页内位移4888=4*1024+7922*1024+792=28401001100011000101100011000实页号装入位3111203021100100优点：1、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；2、页表相对比较简单。它需要保存的字段数比较少，一些关键字段的长度要短许多，因此，节省了页表的存储容量；3、地址映象和变换的速度比较快；4、对辅存的管理比较容易。缺点：1、程序的模块化性能不好；2、页表很长，需要占用很大的存储空间。（虚拟存储器中的每一页在页表中都

7、要占用一个存储字。假设有一个页式虚拟存储器，它的虚拟存储空间大小为4GB，每一个的大小为1KB,则页表的容量为4MB存储字。如果每个页表存储字占用4个字节，则页表的存储容量为16MB）段页式段页式管理是将程序按逻辑意义先分成段，再让各段和实主存都机械等分成相同大小的页面。每道程序通过一个段表和相应的一组页表来进行程序在主存空间中的定位。段页式存储管理和纯段式存储管理最主要的差别是段的起点不再是任意的，它必须是位于主存中某个页面的起点上。段页式虚拟地址包括基号、段号、页号和页内地址每个程序由若干段组成，而每一段又由若干页组成如程序A

8、由四段组成，程序C由三段组成每段应有一张页表程序C的地址转换过程如下：根据基号C，执行SC加1操作，得到段表相应行地址，其内容为页表的起始地址b执行b加2操作，得到物理页号的地址，其内容即为物理页号10物理页号与页内地址拼装即得物理地址2、加快内部