存储器管理-西北工业大学微机原理PPT.ppt

第五章内存储器及其管理 5 1存储器概述5 2内存储器组成5 3内存储器分段管理5 4内存储器分页管理5 5地址变换过程 5 1存储器概述 1 分类 内存储器和外存储器内存 也称主存 通过系统总线与CPU联接 存放正在执行的程序和数据 外存 需通过专门的接口电路和主机联接 存放暂不执行的程序或不被处理的数据 内存 根据数据的存取方式可分为随机存取存储器 RAM 和只读存储器 ROM 2 存储器的性能指标 存储器容量 以字节为单元 常以KB MB GB TB为单位 存取周期 存储器从接收到地址 到完成读出或者写入数据的时间称为存取周期 功耗 可靠性 集成度 常以 位 片 字节 片 表示 3 地址译码 地址译码 按系统地址总线上的信息 从整个内存中确定一个存储单元 32位微机中采用复合译码方式 复合译码 由纵横交错的X选择线和Y选择线选择某一存储单元 X地址译码器 它决定选择32行中的某一行 Y地址译码器 它决定选择32列中的某一列 选择出某一行和某一列交叉处的一个存储单元 如下图 5 2微型计算机内存储器组成 对单字节 双字节和4字节等不同数据的访问 单字节 地址可以是任意地址 即奇地址或者偶地址 双字节 偶地址 地址末位为0 作为低8位数据地址 也就是该16位数据的地址 4字节 低2位为0的地址作为低8位数据地址 也就是该32位数据的地址 3 0 实现8位 16位和32位数据的访问 表5 1 一 32位存储器组成方式 一个例子 二 存储器多级结构 5 3内存储器分段管理 保护模式 实模式存储器寻址 段寄存器直接存放某一段的段基址 段寄存器为CS DS SS ES FS GS 程序给出逻辑地址 包括段基地址 16位 和相对于段基地址的段内偏移量 16位 又称偏移地址 在存储器寻址时 将逻辑地址转换为存储器存储单元的物理地址 实际地址或者绝对地址 物理地址为20位 地址转换规则为 物理地址 段基地址 10H 偏移地址 保护模式存贮器分段管理 段寄存器存放段选择符 选择符用于选择段描述符 段描述符包括段基址 段界限 长度 和访问权限等 所有段描述符存于描述符表中 内存 1 选择符 INDEX指示描述符在描述符表中的位置 TI定义描述符表在局部描述符表LDT中还是在全局描述符表GDT中 RPL指示请求特权级0 3 2 描述符描述符按照段的性质可分为三类 程序段描述符 系统段描述符和门描述符 工作原理 在保护方式下 每个段寄存器 CS DS ES SS FS GS 以及部分系统地址寄存器 TR LDTR 对应一个描述符寄存器 段寄存器或者TR LDTR作为选择器 存放选择符 其中高13位作为段描述符表的地址 简称选择码 每当把一个选择符装入某个段寄存器时 微处理器自动从描述符表中取出相应的描述符 把描述符中的信息保存到对应的描述符高速缓冲寄存器中 描述符组成 8个字节组成 描述符的基地址 段的起始单元 由32位表示 段界限 表明段长度 由20位表示 访问权限及属性 其中G为段界限长度单位 G 1 指示界限长度以页 4KB 为单位 最大到4GB 220页 220212B 232B G 0 以字节为单位 最大到1MB 220B 段地址转换 逻辑地址转换成线性地址 逻辑地址包括16位的段选择符和32位的段偏移量 在保护方式下 根据选择符从段描述表中取出相应的描述符 其中包括段基址 界限值 段特权级以及所允许访问的类型的信息 描述符中32位段基址加上32的偏移量 由指令寻址方式决定 得到线性地址 然后再由分段部件传送给分页部件形成物理地址 如果分页被禁止 计算出的线性地址就是物理地址 5 4内存分页管理 内存分段存在的问题 每段最长可达4GB 若程序全段都装入内存运行 则一两个大程序就会塞满内存 这不利于实现多任务环境 实际使用中 中小型程序占多数 它们对内存的进进出出 造成大量内存 碎片 浪费内存空间 由于程序运行的局部性 调用内存的大程序中大部分指令在很长时间里并不运行 甚至根本不运行 它们即浪费了调入调出时间 又白占内存空间 分页管理基本思想 把内存分成等大的块 称为 内存页 把程序 数据等各段的内容也人为分成同样大小的块 称为 内容页 针对上述三大问题 页面管理可以如下处理 先把程序的前几页调入内存 开始运行 不断回收用过的内存页 这样无论一个段有多大 它只需n个页就可顺利运行了 碎片 少 不运行的程序页将不调入内存 避免了不运行程序段白占内存的情况 分页管理的代价 占用内存来放置内容页与内存页的对应表 花费时间去决定哪个页收回 哪个页应该调入 32位CPU系统规定页的大小为4KB 分页管理通过2级页表来实现的 将内存按每4KB划分为一页 称为一个页面 由页表管理页面 由页目录表管理页表 页表中存放每个页的起始地址 低12位全为0 页表中的每一项称为一个页表项 每个页表项占4个字节 整个页表占4KB空间 一页 由10位地址表示 页目录表存放每个页表的起始地址 页表的起始地址 低12位全为0 页目录表中的每一项称为一个页目录项 也占4个字节 整个页目录占4KB空间 一页 也由10位地址表示 页目录表的首地址存放于CPU内CR3中 这样两级管理共可管理4GB内存 210 210 212 页部件的地址转换 线性地址转化为物理地址 分段部件提供的32位线性地址中 高10位作为偏移量与控制寄存器CR3中的20位项目录表基址相加 最低2位为0 共32位 指示页目录表中的