一. 页式虚拟存储

1.概念

（1）程序员在比实际主存大得多的逻辑地址空间中编写程序

（2）程序执行时，把当前需要的程序段和数据块掉入主存，其他暂不使用的放在磁盘上

（3）执行指令时，通过硬件将逻辑地址转化为物理地址。虚拟地址高位为虚页号，低位为页内偏移地址

（4）当程序发生数据访问或程序访问失效(缺页时)，由操作系统把信息从磁盘调入主存中

2.分页

    （1）基本思想：

        内存被分成固定长度且长度较小的存储块（页框，实页，物理页）

        每个进程也被划分为固定长度的程序块（页，虚页，逻辑页）

        通过页表，实现逻辑地址想物理地址的转化

    （2）逻辑地址

        程序中指令所使用的地址（进程所在地址空间）

    （3）物理地址

        存放指令或数据的实际内存地址

3.“主存-磁盘”层次

（1）与“cache-主存”层次相比，页大小远比cache的行大小要大（windows中的页位4k）

（2）采用全相联映射方式：磁盘中的任意一个页能用射到内存中的任意一个页

    因为缺页导致中断时，操作系统从磁盘拿数据通常要耗费几百万个时钟周期。增大页大小，可以减少缺页中断

（3）为什么让软件处理“缺页”

    因为访问磁盘需要好粉几百万个时钟周期，硬件即使能立刻把地址打给磁盘，磁盘也不能立即响应

（4）为什么地址转换用硬件实现

    硬件实现地址转换可以加快指令的执行速度

（5）为什么页写会策略采用write back

    避免频繁的慢速磁盘访问

4.页表结构

页表的首地址放在基址寄存器。采用基址寻址方式

每个页表项前面有一个虚页号：从0开始递增的序号。页表项又分为几个结构：

（1）装入位：该页是否在内存中

（2）修改位：该也在内存中是否被修改

（3）替换控制位：用于clock算法

（4）其他

（5）实页号（8进制）

5.TLB

（1）一次磁盘引用需要访问几次主存？2次，一次查页表，一次查物理地址。于是，把经常查的页表放到cache中。这种在cache页表项组成的页表称为TLB（Translation Lookside Buffer）

（2）TLB的页表结构：tag + 主存中的页表项

当采用全相连映射时，tag为页表项前面的虚页号。需要把tag和虚页号一一比较

当采用组相联映射时，tag被分为tag+index，虚页号的高位为tag，虚页号的低位为index，做组内索引(属于组内第几行)

二. 段式虚拟存储

    1.段式存储是根据程序逻辑，给程序分段。使得每段大小不同。这种虚拟地址划分方法适合程序设计

    2.段式存储的虚拟地址由段号和段内偏移地址组成。段式虚拟存储器到物理地址的映射通过段表实现

    3.段式虚拟存储会造成空页

三. 段页式虚拟存储

    1.段页式虚拟存储，先把程序按照逻辑分成段，再把每段分成固定大小的页。

    2.程序对主存的调入调出是按照页面进行的；但他有可以根据段实现共享和保护

    3.缺点是段页式虚拟地址转换成物理地址需要查询2个表：段表和页表。段表找到相应页表的位置，页表找到想也页的位置

    4.段页式细腻地址的结构可以为以下形式：

            程序地址： 用户号(进程pid) | 段号 | 页号 | 页内偏移地址

eg：

（1）某计算机的cache块工16块，采用二路组相联映射方式，每个主存块大小为32字节，按照字节编制。则主存129号单元的主存块硬装如刀cache的组号是：（C）A、0      B、2      C、4      D、6

解：二路组相联，所以每组2块，共有16/2=8组，所以组号占3位。

      每块32字节，所以块内地址占5位。

      129转化为二进制：1000 0001：前3位为组号，100：=4

（2）假设用若干个2K4位的芯片组成一个8K8位的存储器，则地址0B1FH所在芯片的最小地址为：

解：用2片组成一行，共4行，所以片选地址占2位。片内地址有2k=211，所以占11位

      0B1FH：000|0 1|011 0001 1111 这三段为前缀，片选地址，片内地址。

      该片芯片的最小地址是片内地址全0：000|0 1|000 0000 0000 = 0800H

（3）某计算机的主存地址空间大小为256MB，按字节编址，指令cache和数据cache分离，均有8个cache行，每行大小为64B，数据cache采用直接映射方式，现有两个程序A，B对数组int a[256][256]进行遍历，程序A按行遍历，程序B按列遍历。假定int类型数据用32位补码表示，数组a按行优先方式存储，其地址为320（十进制）。

问：(1) 若不考虑cache一致性维护和替换算法所需的控制位，则数据cache的总容量占多少？

      (2) 数组元素a[0][31]和a[1][1]各自所在主存块对应的cache行号分别为多少（cache从0行开始）？

      (3)程序A和B的数据访问命中率各自为多少？哪个程序的执行时间更短？

解：(1) 因为cache的总容量是cache每行的数据存储大小+tag位+数据是否有效位+其他一致性控制位。

          主存地址空间256MB，占28位。直接映射方式，8行，行号占3位。每行64B，所以块内地址占6位，因此，tag占28-3-6=19位

          每行有一个数据有效位。因此，cache共（19+1+648）8 = 532字节

      (2) 因为int类型占32位，所以一个int占4B。a[0][31] = 320 + 314 = 444 a1 = 320 + 4(256+1) = 1348。

          块内地址占6位，直接映射下行号占3位，因此444 = 110 | 111100，所以行号为6

          1348 = 10 | 101 | 000100，所以行号为5

      (3) 因为1行cache占64B，每个int数占4B，所以一行有16个数。第一个数会因cache缺失而不命中，然后调入cache。，使得后面的15个int访问全部命中。所以命中率为1516 对于程序B，每次调入16个数，小于数组每行的128个元素，因此每次都不会命中，命中率为0