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)器分頁管理5.5地址變換過程,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(4KB)為單位,最大到4GB。(220頁=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部件形成物理地址。如果分頁被禁止,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。分頁管理基本思想:把內(nèi)存分成等大的塊,稱為“內(nèi)存頁”;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”。針對(duì)上述三大問題,頁面管理可以如下處理:,.先把程序的前幾頁調(diào)入內(nèi)存。開始運(yùn)行,不斷回收用過的內(nèi)存頁。這樣無論一個(gè)段有多大,它只需n個(gè)頁就可順利運(yùn)行了。.“碎片”少。.不運(yùn)行的程序頁將不調(diào)入內(nèi)存,避免了不運(yùn)行程序段白占內(nèi)存的情況。分頁管理的代價(jià):占用內(nèi)存來放置內(nèi)容頁與內(nèi)存頁的對(duì)應(yīng)表;花費(fèi)時(shí)間去決定哪個(gè)頁收回,哪個(gè)頁應(yīng)該調(diào)入。32位CPU系統(tǒng)規(guī)定頁的大小為4KB。,,分頁管理通過2級(jí)頁表來實(shí)現(xiàn)的:.將內(nèi)存按每4KB劃分為一頁(稱為一個(gè)頁面),由頁表管理頁面,由頁目錄表管理頁表。.頁表中存放每個(gè)頁的起始地址(低12位全為0),頁表中的每一項(xiàng)稱為一個(gè)頁表項(xiàng),每個(gè)頁表項(xiàng)占4個(gè)字節(jié)。整個(gè)頁表占4KB空間(一頁),由10位地址表示。.頁目錄表存放每個(gè)頁表的起始地址,頁表的起始地址(低12位全為0),頁目錄表中的每一項(xiàng)稱為一個(gè)頁目錄項(xiàng),也占4個(gè)字節(jié),整個(gè)頁目錄占4KB空間(一頁),也由10位地址表示。.頁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),指示某一頁表中的某一項(xiàng)。.該項(xiàng)中的20位地址再作為頁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。,- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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