四川大学计算机学院倪云竹系统结构第五章.ppt

作 业 2. Cache-主存系统， Cache有4页，主存有8页。采用组相联变换，每组有2页，LRU替换算法。根据下列页地址流，画出调页情况，并计算命中率。 T: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 页地址流：6 1 2 3 1 5 4 2 5 0 7 5 2 3 1 * 在程序执行过程中，中央控制器所需要的指令从存储器中取。 运算器所需要的原始数据要通过程序中的访问存储器指令从存储器中取。 运算结果在程序执行完成之前必须全部写到存储器中。 各种输入输出设备也直接与存储器交换数据。 在计算机运行过程中，存储器是各种信息存储和交换的中心。 * CPU要访问存储器时，给出一个虚拟地址。由存储器管理部件（MMU）判断该数据所在的页（或段）是否在主存，如果不在，发出页面缺失请求，从磁盘中把所需页装入主存。如果在，则由MMU中地址变换部件把虚拟地址变换成物理地址。由此访问Cache。 * CPU要访问存储器时，把虚拟地址直接送往存储器管理部件（MMU）和Cache。 Cache能够直接接受虚拟地址的访问，如果Cache命中，CPU直接访问Cache中的数据或指令。如果Cache不命中，产生块缺失，则由MMU判断该数据所在的页（或段）是否在主存，如果不在，发出页面缺失请求，从磁盘中把所需页装入主存。如果在，则由MMU中地址变换部件把虚拟地址变换成物理地址。 五. DRAM专用交叉结构 对DRAM的访问分为行访问和列访问 三种优化方式 Nibble方式 ：每次进行行访问时，DRAM除能够给出所需的位以外，还能给出其后的3位。 Page方式：缓冲器以SRAM的方式工作：通过改变列地址，可以随机地访问缓冲器内的任一位。 Static column方式： 和Page方式类似，只是在列地址改变时，无需触发列访问选通线。 5.6 主存 5.7 虚拟存储器 一. 基本工作原理 1. 基本概念 虚拟存储器是对物理主存的扩展,由软件来实现。这样，从程序员的角度来看，存储空间扩大了。在虚拟存储结构方式下，程序员编制程序时所使用的地址与主存地址是不同的。 通常，把程序使用的地址称为虚拟地址，或称为逻辑地址，这些地址的集合称为虚存空间； 实际主存的地址称为实地址，或物理地址。所有实地址的集合称为存储空间，其范围就是整个主存的容量。 5.7 虚拟存储器 在采用虚拟存储器的计算机中，程序是与虚存空间相联系的，而执行程序的CPU则是和主存所用的存储空间相联系的。系统为了让CPU执行程序，必须要把虚存空间变换成存储空间，也就是要把程序的逻辑地址变为CPU可以寻址的主存地址。 虚拟存储器根据地址映象方式的不同分为段式、页式和段页式虚拟存储器。 5.7 虚拟存储器 2. 虚拟存储器的地址构成 以页式虚拟存储器为例，在页式虚拟存储器中，把主存储器、磁盘存储器和虚拟存储器都划分成固定大小的块（称为页），每一页中包含有固定长度的存储单元。 主存储器的页称为实页，虚拟存储器的页称为虚页。 5.7 虚拟存储器 地址构成： （a） 主存地址A的组成 实页号p 页内偏移d 用户号U 虚页号P 页内偏移D 磁盘号 磁头号 磁道号 记录号 页内偏移D （b） 多用户虚拟存储器地址Av的组成 （c） 磁盘存储器物理地址的组成 3.页式虚拟存储器工作原理 主存页面失效 磁盘存储器地址 外部地址变换 虚拟页号→磁盘实地址 内部地址变换 虚拟页号→主存实地址 外部地址变换 U P D I/O处理机 未命中 命中 Av多用户虚拟地址 主存地址 p d 主存页面 主存满 主存未满 页面替换 算 法 主存页号 I/O通道 主存储器 磁盘存储器 调入页 调入页 调出页 调出页 选页 0页 1页 2p-1页 0页 1页 2p-1页 U P D 内部地址变换 虚拟页号→主存实地址 p d 5.7 虚拟存储器 二. 虚拟存储器的地址映象和地址变换 虚拟存储器中有三种地址空间： 存储器地址空间、虚拟地址空间和磁盘存储器地址空间。 地址映象： 虚拟存储器的地址映象是把虚拟地址空间映象到主存储器地址空间，也就是在程序的虚拟地址与主存储器实地址间建立对应关系。 地址变换： 而地址变换是在程序装入主存储器后，在实际运行时，把程序的虚拟地址变换成主存储器的实地址（内部地址变换）或磁盘存储器地址（外部地址变换）。 5.7 虚拟存储器 1. 段式虚拟存储器 段式虚拟存储器地址映象关系 段表 起始地址 段号 段长 0