《计算机组成原理》课件第四章存储系统-4.5

第4章存储系统4.5虚拟存储器4.5.1虚拟存储器的概念虚拟存储技术是为了克服内存空间不足而提出的，由于软件功能越来越强，程序员编程时会觉得主存容量不够用。这样就提出了虚拟存储技术，将辅存和主存结合，两者的地址空间统一编址，形成比实际主存空间大得多的逻辑地址空间。将程序中出现的地址称为“虚拟地址”，而实际主存的地址称“物理地址”。虚拟存储技术是在主存和辅存之间，增加软件及硬件，使主存辅存之间信息交换，程序再定位，地址转换都能自动进行。程序员可以使用的空间比实际的主存空间大得多，称为虚拟存储器（VirtualMemory），简称VM。4.5.2虚拟存储器的基本管理方法虚拟存储器的管理方式有段式、页式和段页式三种。（1）段式虚拟存储器一个程序往往包含着逻辑上相互独立的程序段（如过程、子程序等）。段式虚拟存储器就是将程序按其逻辑功能分段，程序按段装入主存，在内存中建立段表。运行程序时先查段表，将虚拟地址转换为实际内存地址。段式虚拟存储器通过段表实现虚实地址转换。每一程序段在段表中都占有一个表目，记录各段是否装入内存的标记、装入内存后的实际地址以及该段的长度。虚地址包括段号和段内地址。当访问程序段时，首先根据段号查找到段表中表目地址，查该段的装入位，若该段已经在内存，则由该表目中取出该段在实存中的首地址与段内地址相加，得到实际地址。若装入标记表明该段不在主存中，则要从辅存中调入。4.5.2虚拟存储器的基本管理方法段式虚拟存储器中虚拟地址向实存地址转换的过程如图4-30。4.5.2虚拟存储器的基本管理方法段式虚拟存储器的优点是段的分界和程序的自然分界对应，段的逻辑独立性使它易于编译、管理、修改和保护，也便于多道程序共享。缺点是整个段必须一起装入或调出主存，这使得段长不能大于主存容量，从而限制了虚拟空间的容量；而且各段的长度不相同，段的起点和终点不定，给主存空间分配带来麻烦，容易在实存中留下零碎存储空间，造成浪费。4.5.2虚拟存储器的基本管理方法（2）页式虚拟存储器将辅存和主存空间都分成大小相同的存储空间，称为“页”。辅存的页是虚页，主存的页是实页。虚存地址包括逻辑页号和页内地址；实存地址包括物理页号和页内地址。虚存地址到主存地址的转换是由主存中的页表来实现的。当程序的某一页调入主存时，将主存实际地址的页号记录在页表中，并将装入标记设为“1”，表明该页已经在主存中。当访问主存时，根据逻辑页号查找页表，若该页已装入主存，将页表中查到的实际页号与页内地址组装起来，即得到实际地址。若装入标记为“0”，即该页未装入主存，则产生缺页中断，需要根据替换算法将需要的页调入。4.5.2虚拟存储器的基本管理方法页式管理的地址转换如图4-31。4.5.2虚拟存储器的基本管理方法页式虚拟存储器中，虚存、实存页面大小都相等，便于主存辅存间信息调进调出，另外各个页面不要求占用连续主存空间，每页运行完后，可以分配给其他程序调入，主存空间利用率高。但是由于页不是逻辑上独立的，所以处理、保护和共享都不如段式方便。4.5.2虚拟存储器的基本管理方法（3）段页式虚拟存储器将段式虚拟存储器和页式虚拟存储器结合起来，可以充分发挥两种管理方式的优点。段页式虚拟存储器中，把程序按逻辑分段后，再把每段分成固定大小的页。程序调入主存按页面进行，但是又可以按段实现共享和保护。程序虚拟地址包括段号、页号和页内地址。实地址包括物理页号和页内地址。内存中用段表和页表实现虚拟地址到实地址的转换。每个程序可由若干段组成，每段又由若干页组成。在主存中，每个程序都有一张段表，每段都有一张页表，由段表指明该段页表的起始地址，由页表指明该段各页在主存中的位置以及装入标记等信息。4.5.2虚拟存储器的基本管理方法段页式虚拟存储器的地址转换过程如图4-32。4.5.2虚拟存储器的基本管理方法当进行地址转换时，由段表基址寄存器给出段表的首地址，虚地址的段号指明要访问的段表中的哪个表目，两者相加找到该段相应的页表在主存中的首地址。将首地址再与虚地址中的段内虚页号相加，找到