1、虛擬存儲器計算機組成原理Principles of Computer Organization廣義雙語教學課程 校級精品課程http:/ MemoryVirtual memory is a computer system technique which gives an application program the impression that it has contiguous working memory, while in fact it may be physically fragmented and may even overflow on to disk storage. Sy

2、stems that use this technique make programming of large applications easier and use real physical memory (e.g. RAM) more efficiently than those without virtual memory.虛擬存儲器 虛擬存儲器指的是虛擬存儲器指的是“主存主存-輔存輔存”層次。它能使該層次具有層次。它能使該層次具有輔存的容量，接近于主存的等效速度和輔存的每位成本。它使得輔存的容量，接近于主存的等效速度和輔存的每位成本。它使得程序員可以程序員可以按比主存大得多的按比主存

3、大得多的虛虛存空間編制程序。存空間編制程序。 對于大的程序，可以先分配少數幾個頁面，將該程序的一部分裝入主存。在運行中間，發生缺頁時再按需按需陸續調入調入。只要主存容量大于某個最小值，不論機器配備多大容量的主存，程序可不必作任何修改照樣能運行。主存實際容量的大小會影響系統工作的效率和解題速度。 虛擬存儲系統的設計目標是：設法獲得主存儲器的最佳使用，虛擬存儲系統的設計目標是：設法獲得主存儲器的最佳使用，形成一個高性能、低價格的大容量存儲器。形成一個高性能、低價格的大容量存儲器。虛擬存儲器的管理方法有：頁式、段式和段頁式。虛擬存儲器的管理方法有：頁式、段式和段頁式。虛擬存儲器 虛擬存儲器的地址映象

4、（或稱定位算法）是指每個虛頁按什虛擬存儲器的地址映象（或稱定位算法）是指每個虛頁按什么規則（算法）裝入（定位于）實存，地址變換是指程序按照映么規則（算法）裝入（定位于）實存，地址變換是指程序按照映象關系裝入實存后，在程序運行時虛地址如何變換成對應的實存象關系裝入實存后，在程序運行時虛地址如何變換成對應的實存地址。地址。 當處理機發出訪存地址時，首先進行虛地址到主存實地址虛地址到主存實地址的映象變換，如果出現頁故障，再進行虛地址到輔存實地址虛地址到輔存實地址的映象變換。 虛地址到主存實地址的地址映射變換有：直接映射，相聯映虛地址到主存實地址的地址映射變換有：直接映射，相聯映射，組相聯映射，段相聯

5、映射等。射，組相聯映射，段相聯映射等。 虛擬存儲器和Cache-主存層次的管理原則基本相同。把程序中常用的頁（塊）駐留在較高速的存儲器中。一旦某頁變的不常用了，則把它替換出去。虛擬存儲器 當CPU訪問主存不命中時，必須從輔存把包含這個字的1個數據塊傳送到主存，然后，CPU才能在主存中訪問到這個字。若傳送該數據塊的時間為TB， TA2= TB + TM 則“主存-輔存”層次的平均訪問時間TA= HTA1 +（1H）TA2 = HTM +（1H）（TB + TM） = TM +（1H）TB Embedded systems and other special-purpose computer sy

6、stems which require very fast, very consistent response time do not generally use virtual memory.虛擬存儲器Almost all implementations of virtual memory divide the virtual address space of an application program into pages; a page is a block of contiguous virtual memory addresses. 頁式虛擬存儲器頁式虛擬存儲器 （ Paged v

7、irtual memory ） 頁式虛擬存儲器把虛存空間分成頁，實存空間也分成同樣大頁式虛擬存儲器把虛存空間分成頁，實存空間也分成同樣大小的頁，稱為實頁和物理頁，虛存的頁面稱為虛頁或邏輯頁小的頁，稱為實頁和物理頁，虛存的頁面稱為虛頁或邏輯頁。 虛存空間劃分成虛存空間劃分成 個頁面，每個頁面容量為個頁面，每個頁面容量為 個存儲單元個存儲單元。實存只有實存只有 個頁面。個頁面。 幾百個字節CPU對Cache和主存都有直接訪問路徑輔存必須通過主存才能和CPU交換信息Cache未命中的開銷是命中的5100倍，處理機只能等待頁故障的開銷是頁命中的數萬倍以上。可通過程序換道減少處理機等待對程序員透明對系統

8、程序員不透明虛擬存儲器Page replacement algorithms were a hot topic of research and debate in the 1960s and 1970s. That mostly ended with the development of sophisticated LRU approximations and working set algorithms. When a CPU fetches an instruction located at a particular virtual address or, while executing an instruction, fetches data from a particular virtual address or stores data to a particular virtual address, the virtual address must be translated to the corresponding physical address