一. 頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)
1.概念
（1）程序員在比實(shí)際主存大得多的邏輯地址空間中編寫程序
（2）程序執(zhí)行時(shí)幼衰，把當(dāng)前需要的程序段和數(shù)據(jù)塊掉入主存卓缰，其他暫不使用的放在磁盤上
（3）執(zhí)行指令時(shí)躲惰，通過(guò)硬件將邏輯地址轉(zhuǎn)化為物理地址奸焙。虛擬地址高位為虛頁(yè)號(hào)嫌术，低位為頁(yè)內(nèi)偏移地址
（4）當(dāng)程序發(fā)生數(shù)據(jù)訪問(wèn)或程序訪問(wèn)失效(缺頁(yè)時(shí))烫扼，由操作系統(tǒng)把信息從磁盤調(diào)入主存中
2.分頁(yè)
????（1）基本思想：
????????內(nèi)存被分成固定長(zhǎng)度且長(zhǎng)度較小的存儲(chǔ)塊（頁(yè)框曙求，實(shí)頁(yè)，物理頁(yè)）
????????每個(gè)進(jìn)程也被劃分為固定長(zhǎng)度的程序塊（頁(yè)映企，虛頁(yè)悟狱，邏輯頁(yè)）
????????通過(guò)頁(yè)表，實(shí)現(xiàn)邏輯地址想物理地址的轉(zhuǎn)化
????（2）邏輯地址
????????程序中指令所使用的地址（進(jìn)程所在地址空間）
????（3）物理地址
????????存放指令或數(shù)據(jù)的實(shí)際內(nèi)存地址
3.“主存-磁盤”層次
（1）與“cache-主存”層次相比堰氓，頁(yè)大小遠(yuǎn)比cache的行大小要大（windows中的頁(yè)位4k）
（2）采用全相聯(lián)映射方式：磁盤中的任意一個(gè)頁(yè)能用射到內(nèi)存中的任意一個(gè)頁(yè)
????因?yàn)槿表?yè)導(dǎo)致中斷時(shí)挤渐，操作系統(tǒng)從磁盤拿數(shù)據(jù)通常要耗費(fèi)幾百萬(wàn)個(gè)時(shí)鐘周期。增大頁(yè)大小豆赏，可以減少缺頁(yè)中斷
（3）為什么讓軟件處理“缺頁(yè)”
????因?yàn)樵L問(wèn)磁盤需要好粉幾百萬(wàn)個(gè)時(shí)鐘周期挣菲，硬件即使能立刻把地址打給磁盤富稻，磁盤也不能立即響應(yīng)
（4）為什么地址轉(zhuǎn)換用硬件實(shí)現(xiàn)
????硬件實(shí)現(xiàn)地址轉(zhuǎn)換可以加快指令的執(zhí)行速度
（5）為什么頁(yè)寫會(huì)策略采用write back
????避免頻繁的慢速磁盤訪問(wèn)
4.頁(yè)表結(jié)構(gòu)
頁(yè)表的首地址放在基址寄存器。采用基址尋址方式
每個(gè)頁(yè)表項(xiàng)前面有一個(gè)虛頁(yè)號(hào)：從0開(kāi)始遞增的序號(hào)白胀。頁(yè)表項(xiàng)又分為幾個(gè)結(jié)構(gòu)：
（1）裝入位：該頁(yè)是否在內(nèi)存中
（2）修改位：該也在內(nèi)存中是否被修改
（3）替換控制位：用于clock算法
（4）其他
（5）實(shí)頁(yè)號(hào)（8進(jìn)制）
5.TLB
（1）一次磁盤引用需要訪問(wèn)幾次主存椭赋？2次，一次查頁(yè)表或杠，一次查物理地址哪怔。于是，把經(jīng)常查的頁(yè)表放到cache中向抢。這種在cache頁(yè)表項(xiàng)組成的頁(yè)表稱為TLB（Translation Lookside Buffer）
（2）TLB的頁(yè)表結(jié)構(gòu)：tag + 主存中的頁(yè)表項(xiàng)
當(dāng)采用全相連映射時(shí)认境，tag為頁(yè)表項(xiàng)前面的虛頁(yè)號(hào)。需要把tag和虛頁(yè)號(hào)一一比較
當(dāng)采用組相聯(lián)映射時(shí)挟鸠，tag被分為tag+index叉信，虛頁(yè)號(hào)的高位為tag，虛頁(yè)號(hào)的低位為index艘希，做組內(nèi)索引(屬于組內(nèi)第幾行)
二. 段式虛擬存儲(chǔ)
????1.段式存儲(chǔ)是根據(jù)程序邏輯硼身，給程序分段。使得每段大小不同覆享。這種虛擬地址劃分方法適合程序設(shè)計(jì)
????2.段式存儲(chǔ)的虛擬地址由段號(hào)和段內(nèi)偏移地址組成佳遂。段式虛擬存儲(chǔ)器到物理地址的映射通過(guò)段表實(shí)現(xiàn)
????3.段式虛擬存儲(chǔ)會(huì)造成空頁(yè)
三. 段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)
????1.段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)，先把程序按照邏輯分成段撒顿，再把每段分成固定大小的頁(yè)丑罪。
????2.程序?qū)χ鞔娴恼{(diào)入調(diào)出是按照頁(yè)面進(jìn)行的；但他有可以根據(jù)段實(shí)現(xiàn)共享和保護(hù)
????3.缺點(diǎn)是段頁(yè)式虛擬地址轉(zhuǎn)換成物理地址需要查詢2個(gè)表：段表和頁(yè)表凤壁。段表找到相應(yīng)頁(yè)表的位置吩屹，頁(yè)表找到想也頁(yè)的位置
????4.段頁(yè)式細(xì)膩地址的結(jié)構(gòu)可以為以下形式：
????????????程序地址： 用戶號(hào)(進(jìn)程pid) | 段號(hào) | 頁(yè)號(hào) | 頁(yè)內(nèi)偏移地址
eg：
（1）某計(jì)算機(jī)的cache塊工16塊，采用二路組相聯(lián)映射方式客扎，每個(gè)主存塊大小為32字節(jié)祟峦，按照字節(jié)編制罚斗。則主存129號(hào)單元的主存塊硬裝如刀cache的組號(hào)是：（C）A徙鱼、0? ? ? B、2? ? ? C针姿、4? ? ? D袱吆、6
解：二路組相聯(lián)，所以每組2塊距淫，共有16/2=8組绞绒，所以組號(hào)占3位。
? ? ? 每塊32字節(jié)榕暇，所以塊內(nèi)地址占5位蓬衡。
? ? ? 129轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制：1000 0001：前3位為組號(hào)喻杈，100：=4
（2）假設(shè)用若干個(gè)2K4位的芯片組成一個(gè)8K8位的存儲(chǔ)器，則地址0B1FH所在芯片的最小地址為：
解：用2片組成一行狰晚，共4行筒饰，所以片選地址占2位。片內(nèi)地址有2k=211壁晒，所以占11位
? ? ? 0B1FH：000|0 1|011 0001 1111 這三段為前綴瓷们，片選地址，片內(nèi)地址秒咐。
? ? ? 該片芯片的最小地址是片內(nèi)地址全0：000|0 1|000 0000 0000 = 0800H
（3）某計(jì)算機(jī)的主存地址空間大小為256MB谬晕，按字節(jié)編址，指令cache和數(shù)據(jù)cache分離携取，均有8個(gè)cache行攒钳，每行大小為64B，數(shù)據(jù)cache采用直接映射方式雷滋，現(xiàn)有兩個(gè)程序A夕玩，B對(duì)數(shù)組int a[256][256]進(jìn)行遍歷，程序A按行遍歷惊豺，程序B按列遍歷燎孟。假定int類型數(shù)據(jù)用32位補(bǔ)碼表示，數(shù)組a按行優(yōu)先方式存儲(chǔ)尸昧，其地址為320（十進(jìn)制）揩页。
問(wèn)：(1) 若不考慮cache一致性維護(hù)和替換算法所需的控制位，則數(shù)據(jù)cache的總?cè)萘空级嗌伲?/p>
? ? ? (2) 數(shù)組元素a[0][31]和a[1][1]各自所在主存塊對(duì)應(yīng)的cache行號(hào)分別為多少（cache從0行開(kāi)始）烹俗？
? ? ? (3)程序A和B的數(shù)據(jù)訪問(wèn)命中率各自為多少爆侣？哪個(gè)程序的執(zhí)行時(shí)間更短？
解：(1) 因?yàn)閏ache的總?cè)萘渴莄ache每行的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)大小+tag位+數(shù)據(jù)是否有效位+其他一致性控制位幢妄。
? ? ? ? ? 主存地址空間256MB兔仰，占28位。直接映射方式蕉鸳，8行乎赴，行號(hào)占3位。每行64B潮尝，所以塊內(nèi)地址占6位榕吼，因此，tag占28-3-6=19位
? ? ? ? ? 每行有一個(gè)數(shù)據(jù)有效位勉失。因此羹蚣，cache共（19+1+648）8 = 532字節(jié)
? ? ? (2) 因?yàn)閕nt類型占32位，所以一個(gè)int占4B乱凿。a[0][31] = 320 + 314 = 444 a1 = 320 + 4(256+1) = 1348顽素。
? ? ? ? ? 塊內(nèi)地址占6位咽弦，直接映射下行號(hào)占3位，因此444 = 110 | 111100胁出，所以行號(hào)為6
? ? ? ? ? 1348 = 10 | 101 | 000100离唬，所以行號(hào)為5
? ? ? (3) 因?yàn)?行cache占64B，每個(gè)int數(shù)占4B划鸽，所以一行有16個(gè)數(shù)输莺。第一個(gè)數(shù)會(huì)因cache缺失而不命中，然后調(diào)入cache裸诽。嫂用，使得后面的15個(gè)int訪問(wèn)全部命中。所以命中率為1516 對(duì)于程序B丈冬，每次調(diào)入16個(gè)數(shù)嘱函，小于數(shù)組每行的128個(gè)元素，因此每次都不會(huì)命中埂蕊，命中率為0
