18.第18节课第三章存储器层次结构&

罗泽兵 · 发表于 2024-4-15 09:00:21

好同学们，大家好，我们接下来继续学习，我们第七小节当中的内容虚拟存储器。在本节当中，虚拟存储器主要包括以下五方面的内容。第一节我们会介绍到虚拟存储器的基本概念，然后紧接着我们会介绍到夜视存虚拟存储器。段式虚拟存储器以及什么是段页式虚拟存储器，还有t LV快表。这是我们本节当中的一个大体的内容，那么我们接下来往下看。第一节第一个知识点是虚拟存储器的基本概念。什么是虚拟存储器啊？它指的是主存和连接工和。

第一，那么接下来我们看一下第一个知识点，虚拟存储器的基本概念。什么是虚拟存储器？它指的是组存和联机工作的储存，共同构成了咱们的虚拟存储器。储存和储存的地址空间进行一个统一的编制啊，它具有储存的速度和储存的容量。同时，提高了存储系统的性能价格比啊，在我们组存和和连接工作的储存，他们俩共同构成了虚拟存储器。啊，储存储存的地址，它的空间啊，

是统一进行编制的。具有储存的速度和储存的容量，提高了主存存储系统的性能，价格比。它同时对应用程序员来说，虚拟存储器是透明的。那么，我们需要知道两个概念，一个是虚地址，也就是我们说的逻辑地址。什么是实地址？也就是我们说的物理地址虚地址，指的是程序允许涉及的地址。对应的空间为虚地址或程序空间实地址指的是实际的组成单元的地址。其对应的空间为组存地址，

空间或者实际的空间，我们可以看一下本张图当中的一个。内容组存的地址空间啊，对应实地址空间程序的空间对应的是我们虚地址空间，还有我们的储存空间。实地址，它等于主存的业号，加上业内地址虚地址，等于我们的虚存业号，加上业内地址。储存地址等于我们的磁盘号加盘面号加磁通道，加上我们的散区号。这是我们的一些概念性的问题。当我们的CPU使用虚地址时，有储存硬件处理虚地址和实实地址的一个关系。

并且去判断需地址对应的存储单元的内容是否去装入我们的主群啊，如果说它存在，那我们的地址。变换直接访问库存的实际单元，如果说访问的数据不存在的话，则把包含该内容的页或段调入我们的储存。再由CPU进行一个访问。如果主存已满，则采用相应的替换算法置换主存中的一页或者一段，进行一个相应的替换。啊，这是当访问时存在的情况和不存在的情况，怎样进行操作？那么，接下来我们看呃一个相关性的概念，

什么是段，什么是页，什么是段式管理，什么是页式管理，什么是段页式管理，以及它们实现的方法是什么？组存和外存的层次基本信信息传送的单位是段和页组，我们组存和外存。层次之间的一个基本信息传送的单位称为段嗯，是段是由段和页来进行传送的。段它是按照程序的逻辑结构划分成了相对应的独立部分啊，是按照我们程序的逻辑结构进行划分的。啊，段式管理啊，它是将组存按段分配的存储管理方式啊，

称为我们的段式管理。它通过段表指明各段在组成中的一个位置啊，是通过段表来指明的，在组成当中的位置。段表当中，它包含了一些信息，包含了各段的一个名字啊，段的起点，段长等等，这些信息。这是我们的段式管理啊，段式管理，然后再就是我们的页什么是页啊，页是组成物理空间中划分出来的，等长的固定区域。

它是物理空间当中划分出来的，等长固定区域，而段它是按照程序的逻辑结构来划分的，一些相对应的独立的部分。好，那我们有段式管理，我们同样有页式管理，页式管理是什么呢？它是将组存按照定长的页分配。和管理的存储，管理和管理的。存储管理方式称为我们的页式管理是主权，按照定程页进行分配的啊，什么是段页式管理呢？那么，

有段式管理，有夜市管理，那段式管理和夜市管理有它们的优点和有它们的缺点，那我们再进行把段式管理和夜市管理进行相结合，我们。那么就成了我们的段页式管理，它采用的是分段和分页相结合的存储管理方法。那他们的实现方法是什么呢啊？是程序按模块分段段内再进行分页啊，段内再进行分页进入组存。以页为基本信息用段表和页表进行两级定位管理，它进行的是两级定位的管理。啊，按照模块进行划分，段内再进行分页啊，

段内再进行分页，用段表和页表进行两级定位管理。好，这是我们虚拟存储器的当中的一些概念啊，虚拟存储器当中的一些概念好，那我们接着往下看什么是夜视虚拟存储器啊，夜视虚拟存储器。它是以页为基本单位的虚拟存储器啊，以页为基本单位虚拟空间储存空间被划分成同样大小的页。主存为实页，也就是我们的物理地址，虚存为虚页，为我们的逻辑地址。虚拟地址分成两个字段，虚拟业号和业内地址，

我们看一下，我们看这张图当中表示的虚拟地址，它有两个字段。虚拟业号和业内地址，那我们呢？实际址也同样有两个字段来表示，有实业号和业内地址来进行表示。那我们的页表是什么呢？它是存放在组存当中的虚页号和实页号的一个对照表啊，也就是我们虚页号和实页号的一个对照表。记录血液在组存当中的位置啊，记录我们的血液在组成当中是什么样的位置在哪里嗯？这是我们的页表，页表，它能够实现虚地址和实地址的一个。

转换一个变换。来实现我们虚地址和实地址的一个变换页表的基质寄存器是什么呢？它是存放当前运行程序的页表的。起始地址啊，页表基地址是表示我们页表的一个起始的地址啊，一个起始的地址。和我们的序列号拼接成我们的页表地址项，我们的页表地址项是什么？是由我们的页表。基质寄存器和我们的虚地址来进行呃，虚页号虚页虚地址当中的虚页号来拼接成我们的页表地址，这是我们的页表地址。页表项是什么？它记录了与某个虚页对应的序列号，实页号以及装入的信息啊？

一表示。已装入啊一表示已装入列表项，记录了某个虚页对应的虚页号，实页号以及装入信息。能装入未等信息，一表示已装入。这是我们的夜视虚拟存储器啊，由这个图我们可以看到有虚地址，实地址，页表，寄存器，还有页表，地址。以及页表这几部分来组成，来组成好在这个当在这个组成的当中，

页表地址它是由页表的激励值，寄存器和序列号来组成的。而页表的基地址寄存器表示的是页表的起始地址，列表的起始地址，而页表项它是什么呃而而页表它是什么？是存放在组成当中的序列号和实页号的对照表。啊，记录虚页在组成当中的一个位置。和序列号拼接成呃能够列表，实现咱们的虚地址和实地址之间的一个变换。就是我们的。页式虚拟存储器啊，如果已装入实页号和虚页号地址中的页内地址拼接，得到咱们的。得到完成的实地址，

如果未装入啊，则未装入，则把该页从储存调入储存，再供咱们的CPU使用。CPU访问时需要先查找页表。若不命中，则要进行页面替换和页表的一个修改访问，储存次数相应的会增加。夜视虚拟存储器的优点是什么？优点是页面的起始的起点和终点的地址是固定的。啊，方便照页表。它的起点和终点是固定的，就方便我们造页表。同时，

锌液呃掉入组群很容易掌握比断式空间，浪费小嗯嗯，浪费的空间较小。同时，它有一定的缺点。夜视虚拟存储器如果已装入实验号和虚地址中的业内地址存。它的优点是页面的起始点和终止点。夜视存虚拟存。页式虚拟存储器的优点是页面的起点和终点，地址固定，这样的话我们就方便造表嗯。这样的话，夜视虚拟存储器的优点是页面的起点和终点，地址是固定的。这样的话就方便了，

我们造页表，新页当新页调入储存，很容易进行掌握啊，这样的话我们就比段式空间浪费的较小，浪费空间小。同时，它有一些缺点，程序不可能正好是页面的整数倍啊，最后一页的零头将无法利用，造成一些浪费。啊，因为我们的程序不可能是页面的一个，正好是它的整数倍，所以它就会存在一定的呃，一个零头，

那这个零头的话就没有办法去利用，就造成了一个。一直的浪费，并且业不是逻辑上的独立的实体，所以我们在处理呀，保护啊，或者共享的时候。都不及段式虚拟存储器来的，方便一些啊，它因为它不是逻辑上的独立实体，所以它在处理保护共享。嗯，都不能够，都不能都不比段式虚拟存储器方便，这是我们夜视虚拟存储器，

那么我们来嗯，看一下。呃段式虚拟存储器是什么样的啊？段式虚拟存储器段它是按照。程序的逻辑结构进行划分的啊，各个段的长度因程序而异，虚拟地址由段号和段内地址来组成。虚拟地址，我们来看一下我们的虚拟地址，虚拟地址由段号和段内地址呃构成，我们的虚地址。而实地址是组存的地址，实地址是组成的地址，那我们还有段表的基质寄存器是段表是段表的一个起始地址。啊段表地址，

它是由。段表的基质寄存器和我们的段号来组成的啊，同样还有我们的段表，段表是什么？它是程序逻辑段。主存中存放位置的对照表，它可以把虚拟地址变换成。实组存地址，这样用我们的实地址啊，实组存地址段表记录与某个段的。呃，对应的段号装入位段起起位置和段的长度等信息啊，记录了我们某个段的对应的段号，还有它的段入位，还有段起始位置以及段的长度这些信息。

信息啊，这是我们段表所记录的一些信息的内容，首先我们根据段号与段表的起始地址拼接成段表行。根据该。装入未判断是否调入主主存，如果调入啊组存实际地址，它等于如果调入的话，组成的实际地址等于我们段的起始地址加段内的地址。如果未调入嗯，则把该段从储存调入储存，再供咱们的ccpu进行使用。段式虚拟寄存器有它的优点，同样也有它的缺点。它的优点是段与程序分界对应对应。是逻辑上的独立，

它易于编译，易于编译，易于管理和修改保护。便于多渠道共享程序。它的缺点是断的长度不固定，空间分配不变，容易形成碎片，造成一系列的浪费。这是我们段式虚拟存储器啊，为了解决我们段式和页式存储器的一些不足之处，我们将段式存储器和页式虚拟存储器。进行了一个结合啊，形成了我们的断页式虚拟存储器啊，断式虚拟存储器和页式虚拟存储器进行结合。程序对组存调入调出是以页为单位进行的啊，

程序对组存的调入和调出以页为单位啊，首先我们将程序按照逻辑。单位进行分段啊，那按照逻辑单位进行分段，分段以后再把每段分成固定大小的一个页啊，段长度必须是页长度的。整倍啊，我们要注意的一点是我们钻的长度必须是叶长度的一个整数倍啊，整数倍将咱们的。程序按照逻辑单元嗯，逻辑单位进行分段，分段之后再把每段分成固定大小的页嗯，分成固定大小的页程序，对组成的调入调出是以页为单位的。程序通过一个段表和一组页表进行定位段的起始点，

必须是某一页的起始点，所以他们两个的起始点是相同的。每段对应一个页啊，每每每段对应一个页表的蓄力值分为段号，段内页号和内页页内。地址三三个部分。段号段内页号和页内地址三部分CPU访问时，首先根据段号得到我们的段表地址。从代表中再取出该段的页表起始，地址与需地址段内页号合成，我们的页表地址啊，最后从页表中取出十页号。啊，与业内地址结合，形成组存实际地址，

这样的话，我们就实现了一个段。夜视的虚拟存储器啊，专业式的虚拟存储器，它的优点是可以按照段实现我们的共享和保护兼备。段页式和段式的优点，所以说我们将段页式进行结合，形成我们段页式虚拟存储器。可以结合我们的段式存储器的虚拟存储器的优点和夜式存储器的优点，但是呢，它也有它的一个缺点，就是地址映射，就是地址变换的过程当中。需要多次查表，你首先得查段呃段表，

然后再进行查页表，然后再进行CPU的一个访问，再进行储存的一个访问。这是我们断页式虚拟存储器。为了解决以上问题，我们还嗯，有一个是tlb快表虚拟存储器当中必须。先访问一次主存，去查页表，再访问主存，才能取到数据，相当于访问主存速度降低了一半。因为你像。访问主存的时候啊，去必须先去访问一次储存，

然后再去查页表，然后再访问储存才能得到。数据这样的话，访问速度的话就降低了一半啊，而断页式既要查断表，又要查页表啊，所以就是我们的速度大大降低了。嗯，继续我们局部性原理，把经常访问页的页表项存放到我们catch中，组成我们的快表啊。将经常访问的页表，我们经常进行读取的，然后放到开始中补充我们的快表页就是tlb，这样的话就可以明显提高我们的效率。

而存放在组存中的页表，我们称为慢表啊，快表的话，它只是慢表的一个副本，只是慢表的一个副本。而且它只是存放了很少一部分啊，只是存放了很少一部分的数据啊，在查找的时候我们快表和慢表进行，同时查找查找。如果快表使用相连存储器，根据内容指定的地址啊。若快表由此有这个逻辑页号的话，则能快速查找到对应的物理页号，送入我们实组存地址寄存器当中。并且在这个过程当中，

我们已经查到了我们的内容，我们就使脉表查找作废，从而而做到了，虽然采用虚拟存储器，但是访问速度几乎没有下降啊，访问速度也是。没有下降的嗯，这样的话，我们同时具有虚在，同时具有虚拟夜视存储器啊，有tlb和cache系统访。系统的时候，我们访问的顺序是先进行tlb查找，再进行页表查找，再进行cache访问。

cache再访问主存，再访问外存。它的是一个这样的顺序，我们要知道这个顺序可能在考选择题的时候会考到这个地方好，他就会问你具有虚拟。夜视存储器嗯，还和开始系统访问和和开始系统时它它的访问的顺序是什么样的？那我们要知道是先访问trv，再访问页表，再访问catch，再访问储存，再访问外存是这样的一个存储。这样的一个顺序那么好，我们这样的话。我们再看一下我们虚拟存储器与catch的一个对比啊，

是什么样子的？虽然我们从原理上去看。啊主存外存层次和主存层次用的是地址变换映射方法和替换。策略是相同的，他们都用到了地质变换的映射方法啊，还用到了相应的策替换策略，这些策略呢，都是相同的。它是都基都基于我们局部性原理，我们时间局部性和空间局部性的相应的原理遵循的原则，是把程序中最经常使用的部分。啊，驻留在高速存储中啊，高速存储中一旦变得不常用了，我们就把它放到呃，

送回到低速存储当中啊，这种换入换出是由咱们的硬件和操作系统来完成的。对用户来说是透明的啊，力图使存储系统的性能更接近于我们高速的存储器啊，价格呢，却接近于我们低速的存储器啊，这是我们的一个。遵循的原则啊，这是从原理上和遵循原则上来进行解对比的，那我们再来看一下它们的相同之处有哪些呢？我们虚拟存储器与开始的一个相同之处是目标都是提高系统的性能啊，两者都有容量，速度，价格的一个梯度啊。都把我们的数据划分为小块信息，

你作为基本的传送单位啊，虚拟存储器系统的信息量。信息块更大，那当然，我们虚拟区存储的信息块是更大的，都具有地址映射，替换算法和更新策略等问题啊，它依据程序访问的局部性原理应用，快速缓存的思想。将对活跃的数据放在相对活跃的数据放在我们相对高速的附件当中，这是它的一个相同之处。那我们再来看一下它的不同之处啊，不同之处是将两种存储系嗯，系统的主要区别，它在于开始的管理全部由硬件来实现。

是硬件存储系统对所有程序透明。而虚拟存储是由软件和硬件来共同实现的，是一个逻辑存储器啊，对于程序员不透明。对应用程序员是透明的，对系统程序员是不透明的，对应用程序员是透明的。虚拟存储，未命中性嗯。虚拟存储器未命中性能损失大于咱们catch系统中未命中。的一个损失啊，存储速度差而导致的啊，是由它一个存储速度差而导致的。catch主要解决的是系统速度问题，而虚拟存储解决的主要是一个容量的问题啊，

解决这两个问题解决的问题是不一样的。catch是解决速度啊。啊，虚拟存储解的是一个容量CPU与k池和主存建有直接访问的通道啊，当k池不命中时。啊，储存和CPU直接通信调入catch，而储存和CPU没有直接的通道。啊，虚拟存储，不命中时，只能先由硬盘调入到咱们的内存当中，这是虚拟存储器和cache的一个对比啊。好，我们嗯，

说完了以上内容，我们咱们本节当中第七节当中的虚拟存储器的主要内容就讲完了。它包括以下五个方面啊，首先我们介绍到的是虚拟存储器的一个基本概念啊，我们讲到了它的一些呃存储信息的呃单位有段和页啊，然后又讲到了三种的存储方式啊。页式存储器，段式存储，式式虚拟存储器，段式虚拟存储器以及段页式虚拟存储器。好，为了解决我们以上问题，我们有呃速度上的问题，我们又讲到了tlb快表，就是将我们经常用到的数据先放到我们的呃。

开始当中进行快速的访问，这是我们虚拟存储器当中的主要内容，希望同学们。呃，认真掌握。讲完我们第七节呃虚拟存储器，那么我们本章当中的内容就讲完了，我们来进行一个总结一下。嗯，存储器的层次结构，我们首先讲到的是存储器的一个分类啊，有哪些分类？然后其次我们讲到了存储器的层次化结构之后，我们讲到了第三节是半导体随机存储器，半导体存储存存存储器当中。

半导体随机存储器当中，包括我们的SRAM存储器DRAM。在第三节当中，我们讲到了半导体随机存储器，半导体随机存储器。我们讲到了SRAM存储器DRAM，随机存储器。还有子组存储器，以及我们的flash存储器，在第四节当中讲到了主存储器与CPU的一个连接啊，这里面的主要内容是什么？同学们课下的时候回顾一下。然后再就是讲到了双口热目和多模块存储器啊，然后紧接着讲到了我们的本章当中的重点内容，高速缓冲存储器和虚拟存储器。

在高速缓冲存储器当中，我们讲到了catch的基本工作原理。catch和组存之间的映射方式。啊catch中组成块的替换算法有哪些替换算法？以及我们catch的写策略啊，紧接着我们在第七节当中讲到了虚拟存储器的基本概念，以及它的三种存储。嗯，存储器的方式有我们的夜视存储器，夜视虚拟存储器，断式虚拟存储器，断叶式虚拟存储器以及我们trb快表。好，以上就是我们第三章当中存储器的层次结构所讲到的主要内容。

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