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财鲁
5 years ago
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1 4.4 三级存储体系 - 主存 - 辅存三级存储体系 : 计算机系统同时拥有虚拟存储器和存储器, 程序采用虚地址访存, 要求速度接近于, 容量接近于辅存物理地址虚地址全技术

2 物理地址 CPU 用程序虚地址访问 MMU 的地址变换部件将其换成主存物理地址访问 CPU 虚地址存储管理部件 (MMU) 主存物理地址主存物理地址数据或指令块主存数据或指令需要将主存物理地址变换成地址, 增大访问时间

3 虚地址 CPU 访存时, 直接将虚地址送至 MMU 和命中 : 交换数据 / 指令 ; 不命中 : 虚地址主存物理地址虚地址 MMU 主存物理地址 CPU 数据或指令主存数据或指令

4 虚地址的地址变换过程

5 全技术尚不成熟, 还未商品化 - 辅存存储系统, 取消主存等效访问时间接近, 容量是虚地址空间的容量处理机局部共享

6 4.5 存储系统的保护在多用户计算机系统中, 为使系统正常工作 :1) 应防止由于一个用户程序出错而破坏主存中其他用户的程序或系统软件 ;2) 还要防止一个用户程序不合法地访问未分配给它的的主存区域系统结构需要为主存的使用提供存储保护区域保护 : 允许访问的区域可以进行任何形式的访问, 允许区域以外禁止访问访问方式的保护 : 限制访问方式

7 区域保护 ( 不是虚拟存储器的主存系统 ) 若每个程序占用主存的一个或几个连续区域时, 可采用界限寄存器的方式, 由系统软件置定上下界寄存器, 从而划定每个用户程序的区域, 禁止越界访问对于虚拟存储器, 一个用户的各个页离散地分布于主存内, 需要采用页表保护和键式保护等方式 7

8 区域保护 - 页表保护每个程序都有自己的页表, 每个虚页都对应着一个实页虚地址的错误只能影响其对应的实页, 虚页号的错误可以由页表本身防范为便于保护, 还可在段表中的每行内不仅设置页表的起点, 还设置段长 ( 即页数 ), 使得段内虚页号大于段长的情况可以引发越界中断页表保护是在没有形成主存实地址前进行保护, 若地址形成环节由于软硬件的故障形成了不属于本程序区域的错误地址, 则页表保护无法发挥作用 8

9 区域保护 - 键式保护由操作系统根据当前的主存使用分配状况给主存的每个页配一个键, 称为存储键 ( 相当于一把锁 ) 所有页的存储键存在于主存相应的快速寄存器内, 每个用户的各个实页的存储键都相同操作系统给每个用户程序分配一个访问键 ( 相当于一把钥匙 ), 存在处理机的程序状态字 (PSW) 或控制寄存器中程序每次访问主存前, 需要核对主存地址所在页的存储键与该程序的访问键是否相符, 只有相符, 才准许访问只保护别的程序区域不被侵犯, 但不保护正在执行的程序本身 9

10 区域保护 - 环式保护 : 对正在执行的程序本身进行保护 10

11 访问方式的保护区域保护对允许区域之外的任何形式的访问都不允许, 局限性大因此提出访问方式的限制 ( 保护 ) 对主存信息的使用可分为读 (R) 写 (W) 和执行 (E) 三种, 用这三者的逻辑组合反映出各种应用要求 11

12 习题 4-14 有一个存储器主存共分 8 个块 (0~7), 为 4 个块 (0~), 采用组间相联映像, 组内块数为 2 块, 替换算法为 LRU (1) 画出主存地址的各字段对应关系 ( 标出位数 ) 图 (2) 画出主存空间块的映像对应关系示意图 () 对于如下主存块地址流 :1,2,4,1,,7,0,1,2,5,4,6,4,7,2, 如主存中内容一开始未装入中, 请列出中各块随时间的使用情况 (4) 对于 (), 指出块失效又发生块争用的时刻 (5) 对于 (), 求出此期间的命中率

13 习题 4-14 有一个存储器主存共分 8 个块 (0~7), 为 4 个块 (0~), 采用组间相联映像, 组内块数为 2 块, 替换算法为 LRU (1) 画出主存地址的各字段对应关系 ( 标出位数 ) 图 (2) 画出主存空间块的映像对应关系示意图组间相联映像 : 区组块整个是一个区, 主存分成与同样大小的若干个区将空间和主存空间都分成组, 每组为 S 块

14 主存 8 块 4 块组间相联映像组内块数为 2 块主存第 0 区 5 6 第 1 区 7 组间相联映像 : 区组块整个是一个区, 主存分成与同样大小的若干个区将空间和主存空间都分成组, 每组为 S 块

15 主存 8 块 4 块组间相联映像组内块数为 2 块第 0 组第 1 组组间直接组内相联主存第 0 组第 1 组第 0 组第 1 组第 0 区第 1 区组间相联映像 : 区组块整个是一个区, 主存分成与同样大小的若干个区将空间和主存空间都分成组, 每组为 S 块

16 主存 8 块 4 块组间相联映像组内块数为 2 块第 0 组第 1 组组间直接组内相联主存第 0 组第 1 组第 0 组第 1 组第 0 区第 1 区 1 位 1 位 1 位直接相联查找 1 位 1 位

17 () 对于如下主存块地址流 :1,2,4,1,,7,0,1,2,5,4,6,4,7,2, 如主存中内容一开始未装入中, 请列出中各块随时间的使用情况时间 t 主存块地址第 0 组组间直接第 0 区第 0 组第 1 组组内相联块第 1 组 2 5 第 0 组 1 第 1 区 6 2 第 1 组 7 命中情况组间相联映 : 主存主存主存

18 () 对于如下主存块地址流 :1,2,4,1,,7,0,1,2,5,4,6,4,7,2, 如主存中内容一开始未装入中, 请列出中各块随时间的使用情况时间 t 主存块地址组间相联映 : 主存主存块 1 2 命中情况失

19 () 对于如下主存块地址流 :1,2,4,1,,7,0,1,2,5,4,6,4,7,2, 如主存中内容一开始未装入中, 请列出中各块随时间的使用情况时间 t 主存块地址组间相联映 : 主存主存块命中情况失失

20 () 对于如下主存块地址流 :1,2,4,1,,7,0,1,2,5,4,6,4,7,2, 如主存中内容一开始未装入中, 请列出中各块随时间的使用情况时间 t 主存块地址组间相联映 : 主存主存块命中情况失失失 LRU 替换算法

21 () 对于如下主存块地址流 :1,2,4,1,,7,0,1,2,5,4,6,4,7,2, 如主存中内容一开始未装入中, 请列出中各块随时间的使用情况时间 t 主存块地址组间相联映 : 主存主存块命中情况失失失 H LRU 替换算法

22 () 对于如下主存块地址流 :1,2,4,1,,7,0,1,2,5,4,6,4,7,2, 如主存中内容一开始未装入中, 请列出中各块随时间的使用情况时间 t 主存块地址组间相联映 : 主存主存块命中情况失失失 H 失 LRU 替换算法

23 () 对于如下主存块地址流 :1,2,4,1,,7,0,1,2,5,4,6,4,7,2, 如主存中内容一开始未装入中, 请列出中各块随时间的使用情况时间 t 主存块地址组间相联映 : 主存主存块命中情况失失失 H 失替 LRU 替换算法

24 () 对于如下主存块地址流 :1,2,4,1,,7,0,1,2,5,4,6,4,7,2, 如主存中内容一开始未装入中, 请列出中各块随时间的使用情况时间 t 主存块地址组间相联映 : 主存主存块命中情况失失失 H 失替替 LRU 替换算法

25 () 对于如下主存块地址流 :1,2,4,1,,7,0,1,2,5,4,6,4,7,2, 如主存中内容一开始未装入中, 请列出中各块随时间的使用情况组间相联映 : 主存主存时间 t 主存块地址块命中情况失失失 H 失替替 H LRU 替换算法

26 () 对于如下主存块地址流 :1,2,4,1,,7,0,1,2,5,4,6,4,7,2, 如主存中内容一开始未装入中, 请列出中各块随时间的使用情况组间相联映 : 主存主存时间 t 主存块地址块命中情况失失失 H 失替替 H 替替替替 H 替替 LRU 替换算法

27 (4) 对于 (), 指出块失效又发生块争用的时刻 (5) 对于 (), 求出此期间的命中率时间 t 主存块地址块命中情况失失失 H 失替替 H 替替替替 H 替替命中率 Hc = /15 = 0.2

28 习题 4-17 采用组相联映像 LRU 替换算法的存储器, 发现等效访问速度不高, 为此提议 : (1) 增大主存容量 (2) 增大中的块数 ( 块的大小不变 ) () 增大组相联组的大小 ( 块的大小不变 ) (4) 增大块的大小 ( 组的大小和总容量不变 ) (5) 提高本身器件的访问速度分别采用上述措施后, 等效访问速度可能会有什么样的显著变化? 其变化趋势如何? 如果采取措施后并未能使等效访问速度有明显提高的话, 又是什么原因?

29 习题 4-17 采用组相联映像 LRU 替换算法的存储器, 发现等效访问速度不高, 为此提议 : (1) 增大主存容量 Hc : 不影响 tc : 不影响 tm : 稍微增大若 Hc 已经很高,tm 的增大对 ta 影响不大

30 习题 4-17 采用组相联映像 LRU 替换算法的存储器, 发现等效访问速度不高, 为此提议 : (2) 增大中的块数 ( 块的大小不变 ) 容量增大 Hc : 上升 tc : 不影响 tm : 不变若原有块数较少,Hc 较低, 则 ta 缩短若 Hc 已经很高, 增大中的块数对 ta 影响不大

31 习题 4-17 采用组相联映像 LRU 替换算法的存储器, 发现等效访问速度不高, 为此提议 : () 增大组相联组的大小 ( 块的大小不变 ) 组内块数增加, 块冲突概率下降, 块替换次数减小 Hc : 上升 tc : 不影响 tm : 不变若原组内块数太少, 则 ta 明显缩短若原组内块数已经较多, 对 ta 影响不大

32 习题 4-17 采用组相联映像 LRU 替换算法的存储器, 发现等效访问速度不高, 为此提议 : (4) 增大块的大小 ( 组的大小和总容量不变 ) 与 () 类似使 Hc 上升,ta 缩短若原 Hc 已经很高, 对 ta 影响不大

33 习题 4-17 采用组相联映像 LRU 替换算法的存储器, 发现等效访问速度不高, 为此提议 : (5) 提高本身器件的访问速度 Hc : 不变 tc : 减小 tm : 不变若原 Hc 很高,ta 显著缩短若原 Hc 较低, 对 ta 影响不明显

Microsoft PowerPoint - 3章例题.ppt

Microsoft PowerPoint - 3章例题.ppt 例设有一个采用地址直接映像方式的 Cache, 其存储容量为 8KB, 要求在每个存储块内存放 16B( 字节 ) 主存的存储容量是 512KB, 求 : 1) 该 Cache 地址机构是如何组成和具体分配的? 2) 主存的地址机构是如何组成和具体分配的? 3) 主存第 513 信息块存放在主存内的区号为多少? 将其调入 Cache 后被存放的对应信息块号为多少? 4) 在上一步 3) 的基础上,CPU