存儲(chǔ)器管理-西北工業(yè)大學(xué)微機(jī)原理PPT.ppt

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第五章內(nèi)存儲(chǔ)器及其管理,5.1存儲(chǔ)器概述5.2內(nèi)存儲(chǔ)器組成5.3內(nèi)存儲(chǔ)器分段管理5.4內(nèi)存儲(chǔ)器分頁(yè)管理5.5地址變換過(guò)程,5.1存儲(chǔ)器概述,1.分類：內(nèi)存儲(chǔ)器和外存儲(chǔ)器內(nèi)存：也稱主存，通過(guò)系統(tǒng)總線與CPU聯(lián)接，存放正在執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)；外存：需通過(guò)專門的接口電路和主機(jī)聯(lián)接，存放暫不執(zhí)行的程序或不被處理的數(shù)據(jù)。內(nèi)存：根據(jù)數(shù)據(jù)的存取方式可分為隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)和只讀存儲(chǔ)器(ROM)。,2.存儲(chǔ)器的性能指標(biāo),.存儲(chǔ)器容量:以字節(jié)為單元。常以KB、MB、GB、TB為單位。.存取周期：存儲(chǔ)器從接收到地址，到完成讀出或者寫入數(shù)據(jù)的時(shí)間稱為存取周期。.功耗.可靠性.集成度：常以“位/片”、“字節(jié)/片”表示。,3.地址譯碼,地址譯碼:按系統(tǒng)地址總線上的信息，從整個(gè)內(nèi)存中確定一個(gè)存儲(chǔ)單元。32位微機(jī)中采用復(fù)合譯碼方式。復(fù)合譯碼:由縱橫交錯(cuò)的X選擇線和Y選擇線選擇某一存儲(chǔ)單元。X地址譯碼器:它決定選擇32行中的某一行；Y地址譯碼器:它決定選擇32列中的某一列。選擇出某一行和某一列交叉處的一個(gè)存儲(chǔ)單元。(如下圖),5.2微型計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)器組成,對(duì)單字節(jié)、雙字節(jié)和4字節(jié)等不同數(shù)據(jù)的訪問。單字節(jié):地址可以是任意地址(即奇地址或者偶地址)；雙字節(jié):偶地址(地址末位為0)作為低8位數(shù)據(jù)地址，也就是該16位數(shù)據(jù)的地址；4字節(jié):低2位為0的地址作為低8位數(shù)據(jù)地址，也就是該32位數(shù)據(jù)的地址。3-0:實(shí)現(xiàn)8位、16位和32位數(shù)據(jù)的訪問.（表5.1）,一、32位存儲(chǔ)器組成方式(一個(gè)例子),二、存儲(chǔ)器多級(jí)結(jié)構(gòu),5.3內(nèi)存儲(chǔ)器分段管理（保護(hù)模式）,實(shí)模式存儲(chǔ)器尋址:.段寄存器直接存放某一段的段基址，段寄存器為CS，DS，SS，ES，F(xiàn)S,GS。.程序給出邏輯地址，包括段基地址（16位）和相對(duì)于段基地址的段內(nèi)偏移量（16位），又稱偏移地址。.在存儲(chǔ)器尋址時(shí)，將邏輯地址轉(zhuǎn)換為存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元的物理地址（實(shí)際地址或者絕對(duì)地址），物理地址為20位。地址轉(zhuǎn)換規(guī)則為：物理地址=段基地址10H＋偏移地址,保護(hù)模式存貯器分段管理：.段寄存器存放段選擇符。.選擇符用于選擇段描述符。.段描述符包括段基址、段界限（長(zhǎng)度）和訪問權(quán)限等。.所有段描述符存于描述符表中（內(nèi)存）。1．選擇符INDEX指示描述符在描述符表中的位置。TI定義描述符表在局部描述符表LDT中還是在全局描述符表GDT中。RPL指示請(qǐng)求特權(quán)級(jí)0-3。,2.描述符描述符按照段的性質(zhì)可分為三類：程序段描述符，系統(tǒng)段描述符和門描述符。,工作原理：.在保護(hù)方式下，每個(gè)段寄存器（CS，DS，ES，SS，F(xiàn)S，GS）以及部分系統(tǒng)地址寄存器（TR，LDTR）對(duì)應(yīng)一個(gè)描述符寄存器。.段寄存器或者TR，LDTR作為選擇器，存放選擇符。其中高13位作為段描述符表的地址（簡(jiǎn)稱選擇碼）。.每當(dāng)把一個(gè)選擇符裝入某個(gè)段寄存器時(shí)，微處理器自動(dòng)從描述符表中取出相應(yīng)的描述符，把描述符中的信息保存到對(duì)應(yīng)的描述符高速緩沖寄存器中。,,描述符組成：(8個(gè)字節(jié)組成).描述符的基地址:段的起始單元，由32位表示。.段界限:表明段長(zhǎng)度，由20位表示。.訪問權(quán)限及屬性：其中G為段界限長(zhǎng)度單位，G=1，指示界限長(zhǎng)度以頁(yè)（4KB）為單位，最大到4GB。(220頁(yè)=220212B=232B)G=0，以字節(jié)為單位，最大到1MB(220B)。,段地址轉(zhuǎn)換：(邏輯地址轉(zhuǎn)換成線性地址).邏輯地址包括16位的段選擇符和32位的段偏移量。.在保護(hù)方式下，根據(jù)選擇符從段描述表中取出相應(yīng)的描述符，其中包括段基址、界限值、段特權(quán)級(jí)以及所允許訪問的類型的信息。.描述符中32位段基址加上32的偏移量（由指令尋址方式?jīng)Q定）得到線性地址。.然后再由分段部件傳送給分頁(yè)部件形成物理地址。如果分頁(yè)被禁止，計(jì)算出的線性地址就是物理地址。,5.4內(nèi)存分頁(yè)管理,內(nèi)存分段存在的問題：.每段最長(zhǎng)可達(dá)4GB，若程序全段都裝入內(nèi)存運(yùn)行，則一兩個(gè)大程序就會(huì)塞滿內(nèi)存，這不利于實(shí)現(xiàn)多任務(wù)環(huán)境。.實(shí)際使用中，中小型程序占多數(shù)，它們對(duì)內(nèi)存的進(jìn)進(jìn)出出，造成大量?jī)?nèi)存“碎片”，浪費(fèi)內(nèi)存空間。.由于程序運(yùn)行的局部性，調(diào)用內(nèi)存的大程序中大部分指令在很長(zhǎng)時(shí)間里并不運(yùn)行，甚至根本不運(yùn)行。它們即浪費(fèi)了調(diào)入調(diào)出時(shí)間，又白占內(nèi)存空間。分頁(yè)管理基本思想：把內(nèi)存分成等大的塊，稱為“內(nèi)存頁(yè)”；把程序、數(shù)據(jù)等各段的內(nèi)容也人為分成同樣大小的塊，稱為“內(nèi)容頁(yè)”。針對(duì)上述三大問題，頁(yè)面管理可以如下處理：,.先把程序的前幾頁(yè)調(diào)入內(nèi)存。開始運(yùn)行，不斷回收用過(guò)的內(nèi)存頁(yè)。這樣無(wú)論一個(gè)段有多大，它只需n個(gè)頁(yè)就可順利運(yùn)行了。.“碎片”少。.不運(yùn)行的程序頁(yè)將不調(diào)入內(nèi)存，避免了不運(yùn)行程序段白占內(nèi)存的情況。分頁(yè)管理的代價(jià)：占用內(nèi)存來(lái)放置內(nèi)容頁(yè)與內(nèi)存頁(yè)的對(duì)應(yīng)表；花費(fèi)時(shí)間去決定哪個(gè)頁(yè)收回，哪個(gè)頁(yè)應(yīng)該調(diào)入。32位CPU系統(tǒng)規(guī)定頁(yè)的大小為4KB。,,分頁(yè)管理通過(guò)2級(jí)頁(yè)表來(lái)實(shí)現(xiàn)的：.將內(nèi)存按每4KB劃分為一頁(yè)(稱為一個(gè)頁(yè)面)，由頁(yè)表管理頁(yè)面，由頁(yè)目錄表管理頁(yè)表。.頁(yè)表中存放每個(gè)頁(yè)的起始地址(低12位全為0)，頁(yè)表中的每一項(xiàng)稱為一個(gè)頁(yè)表項(xiàng)，每個(gè)頁(yè)表項(xiàng)占4個(gè)字節(jié)。整個(gè)頁(yè)表占4KB空間(一頁(yè))，由10位地址表示。.頁(yè)目錄表存放每個(gè)頁(yè)表的起始地址，頁(yè)表的起始地址(低12位全為0)，頁(yè)目錄表中的每一項(xiàng)稱為一個(gè)頁(yè)目錄項(xiàng)，也占4個(gè)字節(jié)，整個(gè)頁(yè)目錄占4KB空間(一頁(yè))，也由10位地址表示。.頁(yè)目錄表的首地址存放于CPU內(nèi)CR3中。這樣兩級(jí)管理共可管理4GB內(nèi)存(210210212)。,頁(yè)部件的地址轉(zhuǎn)換:線性地址轉(zhuǎn)化為物理地址.分段部件提供的32位線性地址中，高10位作為偏移量與控制寄存器CR3中的20位項(xiàng)目錄表基址相加(最低2位為0，共32位)，指示頁(yè)目錄表中的某一目錄項(xiàng)。.該目錄項(xiàng)中的20位地址作為頁(yè)表基址與線性地址中的中間10位(作為偏移量)相加(最低2位為0，共32位)，指示某一頁(yè)表中的某一項(xiàng)。.該項(xiàng)中的20位地址再作為頁(yè)基址與線性地址中的低12位偏移量相加，生成指向某一存儲(chǔ)單元的32位物理地址。,