计算机组织与结构 Ch6存储器.ppt

2021/11/21 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 6.4 Cache存储器 Cache 置换策略必须考虑脏块(dirty block)，尤其当它们在cache 中已经被更新时. 脏块一定要再被写回存储器。写策略决定了如何做。 有两种类型的写策略，写通(write through)和回写(write back)。 在每一次写时，写通同时更新cache和主存。 6.4 Cache存储器 仅当块被选中替换时，回写 (也称为copyback)才更新存储器。 写通的缺点是对于每一次cache写存储器必须更新，这就降低了更新的访问时间。这种降低常常是可以忽略的，因为大多数的存取都是读，不是写。 回写的优点是通信量被最小化，但是它的缺点是存储器不总是与cache中的值一致，对于多用户系统，常会发起问题。 6.5虚拟存储器 凭借着提供较快的存储器存取速度，Cache存储器提高了性能。 凭借着提供较大的存储容量，不增加主存的成本，虚拟存储器提高了性能。 磁盘驱动器的一部分是为扩展主存服务的。 如果一个系统使用页式技术，虚拟存储分区主存储器成各自管理的页桢, 当不立即需要它们时，它们就被写道磁盘上。 6.5虚拟存储器 物理地址是物理存储的实际存储地址. 程序产生被存储管理者映射到物理地址的虚拟地址. 当逻辑地址需要从磁盘中引入页时，缺页就发生了. 当分页过程导致小的，不可用的存储器地址簇时，存储破碎就发生了. 6.5虚拟存储器 主存和虚拟存储器被分成相等大小的页. 一种处理过程需要的整个地址空间，在主存中不立即需要. 一些部分可能在磁盘上, 而其它的可能在主存中. 进一步说, 分配给进程的页不必连续存储—或者部分页在磁盘上，或者在存储器中. 用这种方法, 任何时候，仅仅需要的页在存储器中, 不需要的页存储在磁盘当中. 6.5虚拟存储器 关于每一页的位置的信息, 既不在磁盘上，也不在存储器中,而是保留在一种称为页表的数据结构中 (如下所示). 对于每一活动过程，都有一个页表. 6.5虚拟存储器 当一种操作产生一个虚拟地址时,操作系统就把它翻译成一个物理存储地址. 为了完成这一操作, 虚拟地址被分成俩个字段: 页字段,和偏移量字段. 页字段决定地址的页位置，偏移量表明页中的地址位置. 通过在页表中查找，逻辑页码被翻译成一种物理页帧. 6.5虚拟存储器 如果逻辑地址在页表中的有效位是零,这意味着页不在存储器中，要到磁盘上去存取. 这是页发生了错误. 如果必要, 页需要从存储器中取出，并且被磁盘上检索的页所取代, 有效位被设置成1. 如果有效位是1, 虚拟页的数字被物理桢的数字所取代. 把偏移量加到物理桢的数字，来存取数据. 6.5 虚拟存储器 如一个例子, 假如一个系统拥有一个8K 空间的虚拟地址和一个4K 空间的物理地址，系统是用位寻址. 我们有 213/210 = 23的虚拟页. 虚拟地址13位 (8K = 213) 3位用于页字段，10位用于偏移量, 因为页的大小是1024. 一个物理存储地址需要12 位, 开始的两位用于页桢，尾随的10位是偏移量. 6.5虚拟存储器 假如我们有下面的页表. What happens 当CPU产生地址 545910 = 112时，会发生什么？ 6.5虚拟存储器 地址112 转化成物理地址为1 因为通过再也表中查找，页字段 101 被桢的数字01取代. 6.5虚拟存储器 当CPU 产生地址102时会发生什么？ 6.5虚拟存储器 我们早就说过有效存取时间(EAT)需要考虑存储器的所有级. 这样, 在计算当中，虚拟存储器也是一个因素,我们也不得不考虑页表的存取时间. 假如一个主存的存取需要200ns, 页的出错率为1%, 它花费10ms 从磁盘中装入一页. 我们有 : EAT = 0.99(200ns + 200ns) 0.01(10ms) = 100, 396ns. 6.5虚拟存储器 即使没有页错误,EAT将是 400ns，因为存储器总是读两次: 第一次存取页表, 第二次从存储器中装入页. 因为页表的读始终都是一样的，所以保持它们在一个特殊的称为翻译旁视缓冲(TLB)的寄存器中，是有意义的. TLBs 是