组成原理-虚拟存储器课件

1、虚拟存储器和存储保护,问题：主存容量不够大，如何在计算机内运行比主存容量大，甚至大得多的程序？,解决方案：虚拟存储器技术,虚拟存储器基本概念,实存：实际存在的存储空间，指主存虚存：比主存空间大得多的存储空间，其大小取决于虚地址的长度不是主存，也不是辅存，实际并不存在例如：存储器按字节编址，虚地址长度为48位，则虚存空间为256TB；表示在计算机内运行的程序可达256T个字节，可认为机内运行的程序的规模不受限制汇编语言的编程者和编译程序认为：自己编写的程序或编译的程序运行时所处的空间为虚存，并且此空间中只有这一个程序存在例如：假设虚地址长为32bits，一个汇编语言程序中有下述指令序列：MOVL

2、R0,$10003000MOVLR6,$01010101STORER6,R0，而此系统的主存地址长为20bits,虚拟存储器的构成,CPU与主存间的数据交换以字为单位，主存与辅存间的数据交换以块为单位虚存由三部分组成，其中辅助软硬件控制主存与辅存间的数据交换程序运行过程中，活跃部分放在主存，大量非活跃部分放在辅存；活跃部分和非活跃部分是动态变化的；什么时候主存与辅存需要交换信息，完全由辅助软硬件来决定程序运行时，CPU提供的是虚地址，由辅助部件来决定该虚地址的信息是否已装入实存；如果实存命中，则辅助部件将虚地址变为实地址，访问实存；否则，将包含该虚地址的一个信息块由辅存调入主存，再去访问主存由

3、上述过程，可以见到有虚存技术存在两种虚实变换：若命中，要将虚地址（虚拟存储器存储单元的地址）变为主存地址；若不命中，需将虚地址变为虚单元所在信息块的辅存地址（称为辅存实地址）,辅助软硬件,主存,辅存,CPU,虚存,虚地址的结构及虚地址向主存实地址的变换1,虚地址结构与主存的存储管理策略有关，常有的存储管理策略有段式、页式、段页式，下面以页式为例。页式管理将实存和虚存分为大小相同的页例如：虚地址32bits，实地址20bits，每页4KB，则地址结构为：要将虚地址变为实地址，只需将虚页号变为实页号，为此需要寻立一个内页表,A31虚页号A12,A11页内地址A0,虚地址,A19实页号A12,A11

4、页内地址A0,实地址,虚地址的结构及虚地址向主存实地址的变换2,为了加速检索，可采用二级地址映射，即为页表建立目录，例如每1K页建一个目录，这样就得到一个页目录表。这种二级地址映射的虚地址结构及页目录页表关系如下图示。,A21页表索引A12,A11页内地址A0,虚地址,A19实页号A12,A11页内地址A0,实地址,A31页目录索引A20,虚地址的结构及虚地址向辅存实地址的变换1,辅存实地址格式与采用的存储设备有关。磁盘存储器的实地址格式如下所示。为了简单，可使扇区的大小同页面大小，这样虚地址与畏辅存实地址的变换就成为虚页号与辅存实页号之间的变换。用设置页表的方法来实现，将虚地址变为辅存实地址的页表称为外页表，如下所示。,虚地址的结构及虚地址向辅存实地址的变换2,磁盘实地址格式：,磁盘机号,磁头号,磁盘机号,磁道号,扇区号,扇区内地址,虚地址格式：,虚页号,页内地址,辅存实页号,辅存页内地址,外页表：,案例分析：虚拟