《虚拟存储器》PPT课件

计算机组成原理,PrinciplesofComputerOrganization,广义双语教学课程,09/skyclass25/,青岛理工大学校级精品课程,盛建伦jlsheng,虚拟存储器,VirtualMemory,Virtualmemoryisacomputersystemtechniquewhichgivesanapplicationprogramtheimpressionthatithascontiguousworkingmemory,whileinfactitmaybephysicallyfragmentedandmayevenoverflowontodiskstorage.,Systemsthatusethistechniquemakeprogrammingoflargeapplicationseasieranduserealphysicalmemory(e.g.RAM)moreefficientlythanthosewithoutvirtualmemory.,盛建伦jlsheng,虚拟存储器指的是“主存-辅存”层次。它能使该层次具有辅存的容量，接近于主存的等效速度和辅存的每位成本。它使得程序员可以按比主存大得多的虚存空间编制程序。,对于大的程序，可以先分配少数几个页面，将该程序的一部分装入主存。在运行中间，发生缺页时再按需陆续调入。只要主存容量大于某个最小值，不论机器配备多大容量的主存，程序可不必作任何修改照样能运行。,主存实际容量的大小会影响系统工作的效率和解题速度。,虚拟存储系统的设计目标是：设法获得主存储器的最佳使用，形成一个高性能、低价格的大容量存储器。,虚拟存储器的管理方法有：页式、段式和段页式。,盛建伦jlsheng,虚拟存储器的地址映象（或称定位算法）是指每个虚页按什么规则（算法）装入（定位于）实存，地址变换是指程序按照映象关系装入实存后，在程序运行时虚地址如何变换成对应的实存地址。,当处理机发出访存地址时，首先进行虚地址到主存实地址的映象变换，如果出现页故障，再进行虚地址到辅存实地址的映象变换。,虚地址到主存实地址的地址映射变换有：直接映射，相联映射，组相联映射，段相联映射等。,虚拟存储器和Cache-主存层次的管理原则基本相同。把程序中常用的页（块）驻留在较高速的存储器中。一旦某页变的不常用了，则把它替换出去。,盛建伦jlsheng,当CPU访问主存不命中时，必须从辅存把包含这个字的1个数据块传送到主存，然后，CPU才能在主存中访问到这个字。若传送该数据块的时间为TB，TA2=TB+TM则,“主存-辅存”层次的平均访问时间,TA=HTA1+（1H）TA2=HTM+（1H）（TB+TM）=TM+（1H）TB,Embeddedsystemsandotherspecial-purposecomputersystemswhichrequireveryfast,veryconsistentresponsetimedonotgenerallyusevirtualmemory.,盛建伦jlsheng,Almostallimplementationsofvirtualmemorydividethevirtualaddressspaceofanapplicationprogramintopages;apageisablockofcontiguousvirtualmemoryaddresses.,页式虚拟存储器（Pagedvirtualmemory）,页式虚拟存储器把虚存空间分成页，实存空间也分成同样大小的页，称为实页和物理页，虚存的页面称为虚页或逻辑页。,虚存空间划分成个页面，每个页面容量为个存储单元。实存只有个页面。几百个字节,CPU对Cache和主存都有直接访问路径,辅存必须通过主存才能和CPU交换信息,Cache未命中的开销是命中的5100倍，处理机只能等待,页故障的开销是页命中的数万倍以上。可通过程序换道减少处理机等待,对程序员透明,对系统程序员不透明,盛建伦jlsheng,Pagereplacementalgorithmswereahottopicofresearchanddebateinthe1960sand1970s.ThatmostlyendedwiththedevelopmentofsophisticatedLRUapproximationsandworkingsetalgorithms.,WhenaCPUfetchesaninstructionlocatedataparticularvirtualaddressor,whileexecutinganinstruction,fetchesdatafromaparticularvirtualaddressorstoresdatatoaparticularvirtualaddress,thevirtualaddressmustbetranslatedtothecorrespondingphysicaladdress.Thi