計(jì)算機(jī)存儲器的層次結(jié)構(gòu)ppt課件

1、2003.3.1,.,1,3.1.2 存儲器的層次結(jié)構(gòu),每級存儲器的性能參數(shù)可以表示為Ti，Si，Ci。存儲系統(tǒng)的性能可表示為：TiCi+1。,速 度 提 高,容 量 增 加,2003.3.1,.,2,Data location Data identifacation Data replacement Data Write policy,2003.3.1,.,3,地址映象與變換(P174),基本術(shù)語： 邏輯地址（又稱為相對地址、虛地址）是程序員在編寫和編譯一個程序模塊時分配指令和數(shù)據(jù)的空間單位序號，總是從0開始（可以按字節(jié)編址、按CPU字編址等）。邏輯地址的取值范圍稱為邏輯地址空間、虛空間或虛

2、存。 物理地址（又稱為絕對地址、實(shí)地址）是任一級存儲器為全部存儲單元分配的序號。物理地址的取值范圍稱為物理地址空間、實(shí)空間或?qū)嵈妗?從M1到Mn各層都有自己的物理地址空間，而對當(dāng)前執(zhí)行的程序模塊來說，邏輯地址空間只有一個。 地址映象方式指的是虛頁集合與實(shí)頁集合的對應(yīng)規(guī)則，或者說是約束關(guān)系。 地址變換（又叫虛實(shí)變換）指邏輯地址到物理地址的變換過程或者算法。 頁失效指當(dāng)前被訪問存儲級中沒有所需的信息，也就是不命中現(xiàn)象。 實(shí)頁爭用又叫實(shí)頁沖突，指虛頁調(diào)入時，根據(jù)地址映象方式劃定的實(shí)空間范圍內(nèi)已沒有空閑實(shí)頁的狀況。,2003.3.1,.,4,存儲層次的管理方式(P147),根據(jù)程序的局部化性質(zhì)，存儲層

3、次機(jī)構(gòu)對用戶文件的管理應(yīng)該劃分成較小的基本調(diào)度單位來進(jìn)行。依劃分標(biāo)準(zhǔn)不同，存在3種存儲層次管理方式。 (1)段式管理(P148) 段是程序中的一個邏輯單位，可以是一個程序模塊，或者是一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。段的長度不一，但段內(nèi)所有數(shù)據(jù)的信息屬性一般是相同的，便于統(tǒng)一進(jìn)行信息保護(hù)。 每段使用獨(dú)立的邏輯地址空間，即都從0開始計(jì)算地址。 段式管理方法的主要缺點(diǎn)是各段長短不一，調(diào)進(jìn)調(diào)出之后容易形成大量不規(guī)則的零碎空間。 段式管理方法的虛實(shí)變換算法是查段表(P150)。,2003.3.1,.,5,段式虛擬存儲器的地址映象,2003.3.1,.,6,段式虛擬存儲器的優(yōu)點(diǎn)如下： 程序的模塊性能好。對于大程序，可以劃分

4、成多個程 序段，每個程序段賦予不同的名字，由多個程序員并行編寫，分別編譯和調(diào)試。由于各個程序段在功能上是相互獨(dú)立的，因此，一個程序段的修改和增刪等不會影響其他程序段，從而可以縮短程序的編制和調(diào)試時間。 便于程序和數(shù)據(jù)的共享。由于程序段是按功能來劃分的，如子程序段、數(shù)據(jù)段、表格段等。每個程序段有比較完整的功能，因此，被共享的可能性很大。 程序的動態(tài)鏈接和調(diào)試比較容易。由于每個程序段都是一組有獨(dú)立意義的數(shù)據(jù)塊或具有完整功能的程序段，因此，在程序運(yùn)行過程中，可以根據(jù)需要一次就把一個程序段或數(shù)據(jù)塊都裝入到主存儲器中，并且在裝入時才實(shí)行動態(tài)鏈接。 便于實(shí)現(xiàn)信息保護(hù)。在一般情況下，一段程序是否需要保護(hù)是根

5、據(jù)這個程序的功能來決定的。因此，只有在段表中設(shè)置一個信息保護(hù)字段，就能根據(jù)需要很方便地實(shí)現(xiàn)對該程序的保護(hù)。,2003.3.1,.,7,段式虛擬存儲器的缺點(diǎn)： 地址變換所花費(fèi)的時間比較長。從多用戶虛地址變換到主存實(shí)地址需要查兩次，做兩次加法運(yùn)算。 主存儲器的利用率往往比較低。由于每個程序段的長度不同的，一個程序段通常要裝在一個連續(xù)的主存空間中，程序段在主存儲器中不斷地調(diào)入調(diào)出，有些程序段在執(zhí)行過程中還要動態(tài)增加長度，從而使得主存儲器中有很多的空隙存在。當(dāng)然，也可以采用一些好的算法來減少空隙的數(shù)量，或者通過定時運(yùn)行回收程序來合并著這些空隙，但這無疑增加了系統(tǒng)的開銷。 對輔存（磁盤存儲器）的管理比較

6、難。磁盤存儲器通常是按固定大小的塊來訪問的，如何把不定長度的程序段映象到固定長度的磁盤存儲器中，需要做一次地址變換。,2003.3.1,.,8,(2)頁式管理(P151)。 頁是系統(tǒng)規(guī)定的固定長度單位。按頁劃分用戶文件可以避免上述零碎空間浪費(fèi)。 我們把用戶文件劃分得到的一個長度單位稱為“虛頁”，因?yàn)樗捻撎柺窃谔摰刂房臻g中編排的；實(shí)地址空間按頁的大小劃分得到的一個長度單位稱為“實(shí)頁”。 頁式管理方法的主要缺點(diǎn)是按固定長度分出來的同一頁內(nèi)常有不同屬性的信息，不便于信息保護(hù)的實(shí)現(xiàn)。 頁式管理方法的虛實(shí)變換算法是查頁表(P152)。,頁式虛擬存儲器的地址映象,2003.3.1,.,9,頁式虛擬存儲器

7、的優(yōu)點(diǎn)是： 主存儲器的利用率比較高。每個用戶程序只有不到一頁（平均為半頁）的浪費(fèi)，與段式虛擬存儲器每兩個程序段之間都有浪費(fèi)相比要節(jié)省許多。 頁表相對比較簡單。它需要保存的字段數(shù)比較少，一些關(guān)鍵字段的長度要短許多，因此，節(jié)省了頁表的存儲器容量。 地址映象和變換的速度比較快。在把用戶程序裝入到主存儲器的過程中，只要建立用戶程序的虛頁號與主存儲器的實(shí)頁號之間的對應(yīng)關(guān)系即可不必使用整個主存的地址長度，也不必考慮頁號的長度等。 對輔存（磁盤存儲器）的管理比較容易。因?yàn)轫摰拇笮∫话闳〈疟P存儲器物理塊的大?。?12字節(jié)）的整數(shù)倍。 頁式虛擬存儲器的缺點(diǎn)主要有兩個： 程序的模塊化性能不好。由于用戶程序是強(qiáng)制按

8、照固定大小的頁來劃分的，而程序段的實(shí)際長度一般是不固定的。因此，頁式虛擬存儲器中一頁通常不能表示一個完整的程序功能。 頁表很長，需要占用很大的存儲空間。通常，虛擬存儲器中的每一頁在頁表中都需要占用一個存儲字。,2003.3.1,.,10,(3)段頁式管理(P153)。 它把上述兩種管理方式結(jié)合起來，首先將整個文件分段，然后在各段內(nèi)分頁，所以有一個段表和若干個頁表。 其虛實(shí)變換算法是先查段表，查出該段的頁表起始地址再查相應(yīng)的頁表(P154)。 段頁式管理的主要缺點(diǎn)是多查一次表，虛實(shí)變換費(fèi)時較多，占用空間也較大。 由于段頁式管理方法的最小調(diào)度單位仍是頁，或者說它是分段之后的分頁管理，為了敘述簡單，

9、下面的分析還是以頁式管理為模型。,2003.3.1,.,11,段頁式虛擬存儲器的地址映象,2003.3.1,.,12,相聯(lián)目錄表技術(shù),1.頁表占用空間過大問題 頁表必須存放在實(shí)存M1里。實(shí)際上，命中情況下的訪存時間等于查表時間加上訪問目標(biāo)數(shù)據(jù)的時間，所以頁表不能放在M2。 頁表占用空間 = 頁表行數(shù) 每行寬度 其中，頁表行數(shù) = 虛存容量 / 頁面大小 以PC機(jī)為例，頁表行數(shù) 64G / 4K = 236 / 212 = 224 1600萬！按每行寬度6字節(jié)估算約需96MB。 減少頁表空間的思路分減少行數(shù)和減少行寬兩類。 2.相聯(lián)目錄表方法（P158） 僅保留頁表中已裝入的虛頁記錄。為避免逐行

10、比對，利用相聯(lián)存儲器存放此表，它具有并行比較功能，但價格遠(yuǎn)高于普通存儲器。 3.快慢表方法（P159） 4.通過地址映象減少行寬 如下文所示,2003.3.1,.,13,4種常見的地址映象方式,3.3.1 全相聯(lián)(P174) 全相聯(lián)就是無約束對應(yīng)，或者說是一個完全關(guān)系，意思就是一個虛頁可以調(diào)入任何一個實(shí)頁。,全相聯(lián)的地址映象方式與地址變換原理示意圖(a)(b),2003.3.1,.,14,全相聯(lián)的地址映象方式與地址變換原理示意圖(c),全相聯(lián)的虛實(shí)變換信息完全來自于變換表。 全相聯(lián)映象使虛頁調(diào)入有最大的選擇范圍，發(fā)生實(shí)頁爭用可能性最小，調(diào)入/調(diào)出操作開銷也最少，有利于命中率提高。但頁表占用空間

11、和查表時間開銷較大, 實(shí)現(xiàn)成本較高，命中時的虛實(shí)變換時間也較多。由于頁表必須常駐實(shí)存，而主存-輔存層次的實(shí)存（即主存）相對Cache-主存層次的實(shí)存（即Cache存儲器）要低廉一些，所以全相聯(lián)映象一般用于主存-輔存層次。,2003.3.1,.,15,3.3.2 直接相聯(lián)(P176),直接相聯(lián)是一種最強(qiáng)的約束關(guān)系，規(guī)定每個虛頁只對應(yīng)唯一實(shí)頁。為便于虛實(shí)變換，用求模運(yùn)算作為變換關(guān)系式：將虛頁號對實(shí)頁總數(shù)求模得到實(shí)頁號。實(shí)現(xiàn)簡單，二進(jìn)制中，任何數(shù)X對2的整次冪n求模等價于截取X的最低log2n位。 例已知虛頁號 = 7，實(shí)頁總數(shù) = 4，用直接相聯(lián)求實(shí)頁號。 解：可用十進(jìn)制形式求：7 mod 4 =

12、 3； 也可用二進(jìn)制形式求：由于n = 4，所以log2n = 2， 取7的二進(jìn)制形式111B的最低2位，得11B，即3。 直接相聯(lián)映象不需借助頁表進(jìn)行虛實(shí)變換，節(jié)省了相應(yīng)的空間與時間（當(dāng)然頁表中的裝入位和修改位還得保留），但是由于每個虛頁選擇范圍太小，實(shí)頁爭用頻率較高，常出現(xiàn)實(shí)存有空閑空間卻不得不調(diào)出一個現(xiàn)有虛頁以騰出實(shí)頁的情況，使系統(tǒng)的命中率和運(yùn)行效率大大下降。 這種映象方式主要用于對實(shí)存價格非常敏感的Cache-主存層次。,2003.3.1,.,16,直接相聯(lián)的地址映象方式與地址變換原理,2003.3.1,.,17,例：假設(shè)在某計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中Cache容量為64K字節(jié)，數(shù)據(jù)塊大小是 16個

13、字節(jié)，主存容量是4M，地址映象為直接相聯(lián)方式。,（1）主存地址多少位？如何分配？ （2）Cache地址多少位？如何分配？ （3）目錄表的格式和容量？,目錄表的格式：,6 1 0,解：,容量：應(yīng)與緩存塊數(shù)量相同即212=4096,2003.3.1,.,18,2003.3.1,.,19,3.3.3 組相聯(lián)(P178),組相聯(lián)映象是全相聯(lián)與直接相聯(lián)的一個折中方案，性能也是二者折中。做法：先將實(shí)存分組，每組內(nèi)有若干實(shí)頁，然后將虛存空間也以同樣大小分組。虛組按直接相聯(lián)方式映射到實(shí)組集合，對應(yīng)虛實(shí)組間各頁則用全相聯(lián)映射，如下頁示意圖(a)、(b)所示（設(shè)實(shí)組數(shù)為2）。,組相聯(lián)的地址映象方式與地址變換原理(

14、a)(b),2003.3.1,.,20,組相聯(lián)的地址變換,由于包含了兩層不同的映射關(guān)系，頁表須按虛組劃分成許多子表。在虛實(shí)變換時，先根據(jù)虛頁號所在的虛組號，通過求模運(yùn)算確定實(shí)組號，再按虛組號在相應(yīng)的子表內(nèi)讀出組內(nèi)頁號，拼接在一起就是實(shí)頁號。簡記為“組號計(jì)算、組內(nèi)查表”,2003.3.1,.,21,例：主存容量為1MB，緩存容量為32KB，每塊為64個字節(jié)， 緩存共分128（27）組。請寫出：,（1）主存與Cache的格式； （2）相關(guān)存儲器的格式與容量,解：,相關(guān)存儲器的容量，應(yīng)與緩存的塊數(shù)相同，即: 組數(shù)組內(nèi)塊數(shù)=1284=512,2003.3.1,.,22,這兩方面優(yōu)點(diǎn)互相抵觸：組內(nèi)頁數(shù)越

15、多，實(shí)存空間劃分的組數(shù)就越少，實(shí)組號字段所占位數(shù)也少，這時改善實(shí)頁爭用現(xiàn)象的效果較好，而節(jié)省頁表空間的效果較差，反之亦然。實(shí)際使用中可根據(jù)性能要求選取合適參數(shù)。 這種映象方式性價比較好，在Cache-主存層次中被普遍使用。, 組相聯(lián)映象方式的優(yōu)點(diǎn)： 塊的沖突概率比較低，塊的利用率大幅度提高，塊失效率明顯降低：每個虛頁在對應(yīng)實(shí)組范圍內(nèi)有若干映象實(shí)頁可供選擇，實(shí)頁爭用的發(fā)生頻率比直接相聯(lián)要低。另一方面，由于頁表內(nèi)原來存放的實(shí)頁號改成存組內(nèi)頁號，省略了實(shí)組號字段，所以頁表占用空間也減少了。 組相聯(lián)映象方式的缺點(diǎn)： 實(shí)現(xiàn)難度和造價要比直接映象方式高。,2003.3.1,.,23,3.3.4 段相聯(lián)(P

16、184),段相聯(lián)映象方式也是全相聯(lián)與直接相聯(lián)的一個折中方案。它的分段方法與組相聯(lián)相同，不同的是所有虛段按照全相聯(lián)方式映射到實(shí)段集合，對應(yīng)的虛實(shí)段之間各頁則用直接相聯(lián)映射（因?yàn)樘搶?shí)段大小相同，所以實(shí)際上是一一對應(yīng)），如下頁示意圖(a)、(b)所示（設(shè)實(shí)段數(shù)為2）。,段相聯(lián)的地址映象方式與地址變換原理(a)(b),2003.3.1,.,24,段相聯(lián)的虛實(shí)變換與組相聯(lián)類似，不過通過計(jì)算來確定的部分是在段內(nèi)，即頁表內(nèi)只儲存各虛頁對應(yīng)的實(shí)段號，段內(nèi)頁號則從虛頁號中簡單直接復(fù)制，拼接在一起就是實(shí)頁號，簡記為“段號查表、段內(nèi)復(fù)制”。,2003.3.1,.,25, 段相聯(lián)方式的主要優(yōu)點(diǎn)： 段表比較簡單，實(shí)現(xiàn)成

17、本低。 例如：容量為256KB Cache，分8段，每段2048塊，每塊16B。 在段表存儲器中只需要存儲8個主存地址的段號S。 段相聯(lián)方式的主要缺點(diǎn)： 當(dāng)發(fā)生段失效時，要把本段內(nèi)已經(jīng)建立的映象關(guān)系全部撤消。 段相聯(lián)映象方式的虛實(shí)段內(nèi)頁號對應(yīng)關(guān)系是固定的，每個虛頁在調(diào)入時可以選擇的只是實(shí)段號。由于虛實(shí)段大小相同，所以虛段號比實(shí)段號位數(shù)多，也就意味著“多少”的映射（組相聯(lián)是等量映射），其實(shí)頁爭用的發(fā)生頻率比組相聯(lián)要高。在節(jié)省頁表存儲空間方面，性能與組相聯(lián)差不多。,2003.3.1,.,26,多用戶虛地址格式,在多用戶或多進(jìn)程并發(fā)環(huán)境下，由于機(jī)器中同時保存并交替運(yùn)行多個程序模塊，各模塊中的相同虛頁

18、號會發(fā)生混淆。這時從CPU發(fā)出的虛地址還需要在前面拼接上一個“當(dāng)前用戶號”字段，形成“多用戶虛地址”，如下圖所示(參見P154)。 在虛實(shí)變換時，上面所說的各種查表操作之前還得先去查一個“段表基址寄存器組”或“頁表基址寄存器組”的小表格(P150，P152)，確定現(xiàn)在該查哪一張段表或頁表。這個小表格建立在CPU里，讀寫時間很短。,思考題：P203，題11,2003.3.1,.,27,3.4 替換算法(P164),上面所講地址映象方式是在虛頁調(diào)入時的“選址”規(guī)則，而地址變換方法則是命中時獲得實(shí)地址的手段。 不命中時需要增加的操作就是首先調(diào)出一頁，調(diào)出之后再調(diào)入稱為 “替換”。 替換算法要解決的是

19、選擇調(diào)出對象的問題。 替換算法的目的是在發(fā)生實(shí)頁爭用（即根據(jù)地址映象方式，將要調(diào)入的虛頁被允許進(jìn)入的所有實(shí)頁均被其它虛頁占用）時，選擇將來不太可能使用或者使用最晚的虛頁作為調(diào)出對象，以騰出一個實(shí)頁來。,2003.3.1,.,28,3.4.1 幾種常用的替換算法(P164),(1) 隨機(jī)算法RAND 在比較范圍內(nèi)任取一頁作為淘汰頁；,優(yōu)點(diǎn)：算法簡單，容易實(shí)現(xiàn)。 缺點(diǎn)：沒有利用歷史信息，沒有反映程序的局部性，命中率低。,(2) 先進(jìn)先出算法FIFO 在比較范圍內(nèi)選取調(diào)入最早的一頁作為淘汰頁；,優(yōu)點(diǎn)：比較容易實(shí)現(xiàn)，利用了歷史信息，沒有反映程序的局部性。 缺點(diǎn)：最先調(diào)入主存的頁面，很可能也是經(jīng)常要使用

20、的頁面。,(3) 最不經(jīng)常使用算法LFU 在比較范圍內(nèi)選取最近單位時間內(nèi)使用 次數(shù)最少的一頁作為淘汰頁；,優(yōu)點(diǎn)：既充分利用了歷史信息，又反映了程序的局部性 缺點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)起來非常困難。,2003.3.1,.,29,(4) 最不接近使用算法LRU 在比較范圍內(nèi)選取最后一次使用離現(xiàn)在最久 的一頁作為淘汰頁；,(5) 最優(yōu)替換算法OPT 在比較范圍內(nèi)選取下一次使用時間離現(xiàn)在最久 的一頁作為淘汰頁。,優(yōu)點(diǎn)：它把LFU算法中的“多”與“少”簡化成“有”與“無”， 實(shí)現(xiàn)起來比較容易。,是一種理想化的算法。用來作為評價其它頁面替換算法好壞的標(biāo)準(zhǔn)。,2003.3.1,.,30,從LFU到LRU的近似,邏輯推理：近

21、期最少使用LFU 最近一個單位時間內(nèi)使用次數(shù)最少 相鄰兩次使用的平均間隔時間最大 上次使用時間離現(xiàn)在最久 最久沒有使用LRU,偶然偏差：使用稀疏的頁面有可能恰巧剛剛用過，離現(xiàn)在更近。 統(tǒng)計(jì)性能：“現(xiàn)在”離“上次”使用時間的平均距離，應(yīng)為相鄰兩次使用時間距離的1/2，所以大多數(shù)情況下LRU與LFU的判斷結(jié)論應(yīng)該是一致的。,2003.3.1,.,31,算法模擬：實(shí)存狀況圖（P166圖3.32）,以 LRU 算法為例（其中*號表示被選中的淘汰頁）：,2003.3.1,.,32,2003.3.1,.,33,這是對某些替換算法的統(tǒng)稱。如果某些算法在同一地址流同一時刻的小容量分區(qū)情況下的保留頁面集合必是大

22、容量分區(qū)情況下的保留頁面集合的子集（當(dāng)容量超過虛頁總數(shù)時，保留頁面集合相同），則小容量下的命中點(diǎn)到大容量情況下仍然是命中點(diǎn)，并且隨著容量加大，還可能會有新的命中點(diǎn)產(chǎn)生。具有這一特性的一類替換算法中成為“堆棧型算法”。 例如：P166圖3.32中，對LRU算法，如果實(shí)頁數(shù)增加到4，則t=5時為了調(diào)入虛頁4就不必替換掉虛頁2，而是將虛頁1、2、4、5都留在實(shí)存，這時大容量分區(qū)情況下的保留頁面集合S2 = 1，2，4，5，同一時刻的小容量分區(qū)情況下的保留頁面集合S1 = 1，4，5。顯然有S1S2。 P167第48行是堆棧型算法的數(shù)學(xué)定義。 堆棧型替換算法的主要性質(zhì)就是命中率H隨著實(shí)頁分區(qū)容量n的上

23、升而單調(diào)上升（不減性）。 可以證明，LFU、LRU、OPT等算法都是堆棧型算法，而RAND和FIFO算法不是堆棧型算法。P168的圖3.34是一個實(shí)例，當(dāng)實(shí)頁數(shù)從3增加到4時，F(xiàn)IFO的命中率反倒從3降到2。具體觀察，比如t = 7時，S1 = 1，2，5，S2 = 2，3，4，5，不滿足子集關(guān)系。所以FIFO不能保證當(dāng)實(shí)頁數(shù)增加時，原來的命中點(diǎn)不丟。,3.4.2 堆棧型替換算法(P166),2003.3.1,.,34,實(shí)例：堆棧模擬圖,研究堆棧型替換算法的性質(zhì)，一方面可以設(shè)計(jì)優(yōu)化的操作系統(tǒng)算法（例如P167倒數(shù)第3行的PFF法），另一方面也可推導(dǎo)出一些分析工具，例如“堆棧模擬法”。 堆棧模擬

24、圖可以通過一次作圖，描述同一地址流在各種實(shí)存分區(qū)容量下的命中情況。 例3.4,2003.3.1,.,35,3.5 提高命中率的方法,影響命中率的主要因素： (1) 程序在執(zhí)行過程中的頁地址流分布情況。 (2) 所采用的頁面替換算法。 (3) 頁面大小。 (4) 存儲器的容量 (5) 所采用的頁面調(diào)度方法。 以下，對后三個因素進(jìn)行分析。,2003.3.1,.,36,1. 頁面大小與命中率的關(guān)系 頁面大小為某個值時，命中率達(dá)到最大。 解釋：假設(shè)At和At+1是相鄰兩次訪問主存儲器的邏輯地址，d=|At - At+1|。 如果dSp，At和At+1一定不在同一個頁面內(nèi)。隨著Sp的增大，主存的頁面數(shù)減

25、少，頁面的替換將更加頻繁。隨著Sp的增大而降低。,1 命 2S 中 率 S H 頁面大小SP 頁面大小與主存命中率的關(guān)系,當(dāng)Sp比較小的時候，前一種情況是主要的，隨著Sp的增大而提高。當(dāng)Sp達(dá)到某一最大值后，后一種情況成為主要的，隨Sp增大而降低。 當(dāng)頁面大小增大時，造成的浪費(fèi)也要增加；當(dāng)頁面大小減小時，頁表和頁面表在主存儲器中所占的比例將增加。,2003.3.1,.,37,2. 主存容量與命中率的關(guān)系 主存命中率H隨著分配給該程序的主存容量S的增加而單調(diào)上升。 在S比較小的時候，H提高得非?？臁ｋS著S的逐漸增加，H提高的速度逐漸降低。當(dāng)S增加到某一個值之后，H幾乎不再提高。,1.0 命 中

26、率 H 主存容量S 主存命中率H于貯存容量S的關(guān)系,2003.3.1,.,38,3. 頁面調(diào)度方式與命中率的關(guān)系 請求式：當(dāng)使用到的時候，再調(diào)入主存。 預(yù)取式：在程序重新開始運(yùn)行之前，把上次停止運(yùn)行前一段 時間內(nèi)用到的頁面先調(diào)入到主存儲器，然后才開始 運(yùn)行程序。 優(yōu)點(diǎn)：可以避免在程序開始運(yùn)行時，頻繁發(fā)生頁面失效的情況。 缺點(diǎn)：如果調(diào)入的頁面用不上，浪費(fèi)了調(diào)入的時間，占用了主 存資源。,2003.3.1,.,39,3.6 虛擬存儲器與Cache的特點(diǎn)(P146，P172),常用的兩種存儲系統(tǒng): 1. Cache 存儲系統(tǒng): 由 Cache + 主存儲器構(gòu)成,2. 虛擬存儲系統(tǒng) : 主存儲器 +

27、磁盤存儲器,2003.3.1,.,40,虛擬存儲器與Cache的主要區(qū)別（P173頁）,2003.3.1,.,41,使用Cache的動機(jī),動機(jī)： 容量大的存儲器（DRAM）速度慢 容量小的存儲器（SRAM）速度快 通過如下策略，使得平均訪問時間變小： 在小量、高速的存儲器中完成大多數(shù)訪問 減少對大容量存儲器的帶寬要求。,2003.3.1,.,42,2003.3.1,.,43,工作流程,與虛存（VM）的區(qū)別,當(dāng)未命中的時候，在Cache中，用主存地址訪問主存儲器，從主存中讀出一個字直接送入CPU，同時將被訪問的信息從主存中裝入到Cache里。而在VM中，必須先將虛存的內(nèi)容調(diào)入到主存，再從主存送入CPU，虛存和CPU間沒有直接的數(shù)據(jù)通路。,在Cache 存儲系統(tǒng)中，把Cache 和主存儲器都劃分成相同大小的塊。因此，主存地址由塊號B和塊號W兩部分組成。同樣， Cache的地址也由塊b和塊內(nèi)地址w組成。,工作原理,2003.3.