【正文】 地址映像方式 ? 為了把信息裝入 Cache中，必須應(yīng)用某種函數(shù)把主存地址映像到 Cache中定位，稱作地址映像。 ? 當(dāng)信息按這種映像關(guān)系裝入 Cache后，執(zhí)行程序時(shí)，應(yīng)將主存地址變換為Cache地址，這個(gè)變換過(guò)程成為地址變換。 ? Cache容量小，而主存容量大，故 Cache中的一頁(yè)要與主存中的若干頁(yè)相對(duì)應(yīng)，即若干個(gè)主存地址將映像同一個(gè) Cache地址。 – 全相聯(lián)映像方式 – 直接映像方式 – 級(jí)相聯(lián)映像方式 機(jī)電工程系 1．全相聯(lián)映像方式 ? 從主存中將信息調(diào)入 Cache通常是以“頁(yè)”為單位進(jìn)行的。 ? 該方式允許主存中的每一個(gè)頁(yè)面映像到 Cache中的任何一個(gè)頁(yè)面位置上，也允許采用某種置換算法從已占滿的 Cache中替換出任何一個(gè)舊頁(yè)面。 ? 在這種地址空間隨意安排的條件下，為了使之能對(duì)高速緩存準(zhǔn)確尋址，必須將調(diào)入頁(yè)的頁(yè)地址編碼全部存入地址變換機(jī)構(gòu)中。 ? 該方式查找十分費(fèi)時(shí)，對(duì)變換機(jī)構(gòu)工作速度要求很快而使成本過(guò)高，故該方法實(shí)用較困難。 機(jī)電工程系 第 0頁(yè) 第 1頁(yè) …… 第 N1頁(yè) CACHE 第 0頁(yè) 第 1頁(yè) …… 第 MN1頁(yè) 主存 例 ? 假定緩沖存儲(chǔ)器共 32KB，分為 128頁(yè)，每頁(yè) 256個(gè)字節(jié)。 ? 主存地址為 24位，尋址空間為 16MB，也按 256個(gè)字節(jié)為一頁(yè)，共 216頁(yè)。 ? 當(dāng) CPU送出 24位地址尋址時(shí)，低 8位頁(yè)內(nèi)地址直接送 Cache，高 16位地址作為頁(yè)號(hào)編碼送到地址變換機(jī)構(gòu)與調(diào)入頁(yè)的各編碼相比較。 ? 若比較發(fā)現(xiàn)有一致的編碼，即命中，則變換機(jī)構(gòu)將送出一個(gè) 7位頁(yè)地址指明這一頁(yè)屬于 Cache中128頁(yè)中的哪一頁(yè)。 ? 由 7位頁(yè)地址與 8位頁(yè)內(nèi)地址合成一個(gè) 15位地址，選中 32KBCache的某一存儲(chǔ)單元進(jìn)行訪問(wèn)。 ? 顯然，該地址變換機(jī)構(gòu)中應(yīng)有 128個(gè)頁(yè)號(hào)編碼，且每個(gè)頁(yè)號(hào)為 16位長(zhǎng)。 機(jī)電工程系 2．直接映像方式 ? 該方法將 Cache的全部存儲(chǔ)單元?jiǎng)澐殖晒潭ǖ捻?yè) ， 主存先劃分成段 ，段中再劃分成與緩存中相同的頁(yè) 。 ? 規(guī)定緩存中各頁(yè)只接收主存中相同頁(yè)號(hào)內(nèi)容的副本 ， 即不同段中頁(yè)號(hào)相同的內(nèi)容只有一個(gè)能復(fù)制到緩存中去 。 ? 這種映像的限制使對(duì)高速緩存的尋址變得相當(dāng)簡(jiǎn)單 ， 在地址變換機(jī)構(gòu)中只要存入地址的段號(hào)即可 。 ? 該方法不夠靈活 ， 因?yàn)橹鞔嬷卸鄠€(gè)段的同一頁(yè)面只能對(duì)應(yīng) Cache中的唯一頁(yè)面 ， 即使 Cache中別的頁(yè)面空著也不能占用 ， 因而 ， Cache的存儲(chǔ)空間得不到充分利用 。 機(jī)電工程系 第 0頁(yè) 第 1頁(yè) …… 第 N1頁(yè) CACHE 0 1 …… 第 MN1塊 主存 N1 …… (M1)N (M1)(N1) …… 例 ? 假定將 32KB的 Cache分成 128頁(yè) ， 每頁(yè) 256個(gè)字節(jié) . ? 對(duì)于 16MB的主存可分成 512段 ， 每段 128頁(yè) ， 每頁(yè) 256字節(jié) 。 ? 地址變換機(jī)構(gòu)中存儲(chǔ)的信息只需 128 9位 。 機(jī)電工程系 3．級(jí)相聯(lián)映像方式 ? 級(jí)相聯(lián)映像方式是全相聯(lián)映像方式與直接映像方式的折衷方案 。 ? 它將高速緩存分成若干個(gè)組 ， 每組包含若干個(gè)頁(yè)面 ， 組內(nèi)采用直接映像 ， 而組與組之間采用全相聯(lián)映像 ， 從而允許不同段中相同頁(yè)號(hào)的內(nèi)容能存放在 Cache內(nèi)不同的組中 。 機(jī)電工程系 替換算法 1 先進(jìn)先出算法 FIFO（ First In First Out） ? FIFO算法按調(diào)入 Cache的先后決定淘汰的順序。 ? 在需要替換時(shí)，將最先調(diào)入 Cache的頁(yè)面內(nèi)容予以淘汰。 ? 優(yōu)點(diǎn)：容易實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)開(kāi)銷少，只需利用主存中頁(yè)面調(diào)度的歷史信息。 ? 缺點(diǎn)：該算法不一定合理，最先調(diào)入的主存頁(yè)面，很可能也是經(jīng)常使用的頁(yè)面，如一個(gè)包含程序循環(huán)的頁(yè)面。 2 近期最少使用算法 LRU（ Least Recently Used） ? LRU算法按 Cache中各頁(yè)面使用的頻繁程度決定淘汰的順序。 ? 當(dāng)需要替換時(shí)，將在最近一段時(shí)間內(nèi)使用最少的頁(yè)面內(nèi)容予以淘汰。 ? 優(yōu)點(diǎn)：充分利用了頁(yè)面調(diào)度的歷史信息，正確反映了程序的局部性。到目前為止最少使用的頁(yè)面，很可能也是將來(lái)最少訪問(wèn)的頁(yè)面。 ? 缺點(diǎn)：該算法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜。為了記錄 Cache每組內(nèi)各頁(yè)的使用情況，對(duì)各組的各頁(yè)要設(shè)置一個(gè)調(diào)用情況記錄表，稱為 LRU目錄。 機(jī)電工程系 CACHE的讀寫(xiě)過(guò)程 1．讀操作 ? 訪存時(shí)，將 主存地址送往主存 ，啟動(dòng)讀主存， 同時(shí)將主存地址送 Cache， 按所用的映像方式從中提取 Cache地址，如頁(yè)號(hào)和頁(yè)內(nèi)地址。 ? 從 Cache頁(yè)中讀取內(nèi)容，并 將相應(yīng)的 Cache頁(yè)號(hào)與主存地址中的主存頁(yè)號(hào)進(jìn)行比較 ；相同，訪問(wèn) Cache命中，將讀出數(shù)據(jù)送往 CPU， 不等主存讀操作結(jié)束，就可繼續(xù)下一次訪存操作。頁(yè)號(hào)不符合，或是按映像方式搜索完畢仍未找到相符的 Cache頁(yè)號(hào)，表明本次訪問(wèn) Cache失?。粍t從主存中讀取，供 CPU使用，并考慮是否需要更新 Cache某頁(yè)的內(nèi)容。 2．寫(xiě)操作 ? （ 1）標(biāo)志交換法，或稱寫(xiě)回法。 先暫時(shí)只寫(xiě)入 Cache有關(guān)單元，并用標(biāo)志予以注明，直到該頁(yè)內(nèi)容需從Cache中替換出來(lái)時(shí)，才一次寫(xiě)入主存。 ? （ 2）寫(xiě)直達(dá)法（ Writethrough） 即每次寫(xiě)入 Cache時(shí)也同時(shí)寫(xiě)入主存，主存與 Cache始終保持一致性。 機(jī)電工程系 虛擬存儲(chǔ)器 ? 頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器 ? 段式虛擬存儲(chǔ)器 ? 段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器 機(jī)電工程系 頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器 ? 將虛擬空間與主存空間都劃分為若干大小相同的頁(yè) ，虛存的頁(yè)稱為虛頁(yè) ， 主存的頁(yè)稱為實(shí)頁(yè) 。 ? 用戶編程時(shí)也將程序的邏輯空間分為若干 （ 虛 ） 頁(yè) 。相應(yīng)的虛地址可分為兩部分：高位段是虛頁(yè)號(hào) ， 低位段是頁(yè)內(nèi)地址 。 實(shí)頁(yè)號(hào) 頁(yè)內(nèi)地址 虛頁(yè)號(hào) 頁(yè)內(nèi)地址 頁(yè)表起始地址 頁(yè)表基址寄存器 頁(yè)表地址 虛地址 實(shí)地址 頁(yè)表 圖 616 頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器地址轉(zhuǎn)換 機(jī)電工程系 段式虛擬存儲(chǔ)器 ? 將用戶程序按其邏輯結(jié)構(gòu)（如模塊劃分）分為若干段，各段大小可變。 ? 相應(yīng)的段式虛擬存儲(chǔ)器也隨程序的需要?jiǎng)討B(tài)地分段，并將各段的起始地址與段的長(zhǎng)度寫(xiě)入段表之中。 ? 編程使用的虛地址就包含兩部分：高位是段號(hào)，低位是段內(nèi)地址。 主存地址 段號(hào) 段內(nèi)地址 段表起始地址 段表基址寄存器 段表地址 虛地址 實(shí)地址 段表 圖 617 段式虛擬存儲(chǔ)器地址轉(zhuǎn)換 機(jī)電工程系 段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器 ? 段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)管理方式采用了用分段來(lái)組織其邏輯地址空間，用分頁(yè)來(lái)管理物理存儲(chǔ)空間結(jié)構(gòu)的綜合的存儲(chǔ)管理策略。 ? 這種虛擬存儲(chǔ)器方式是把主存空間按頁(yè)劃分，程序按其邏輯結(jié)構(gòu)分段，每段再分為若干大小與實(shí)頁(yè)相同的頁(yè)。 ? 相應(yīng)地建立段表與頁(yè)表，分級(jí)查表實(shí)現(xiàn)虛實(shí)地址的轉(zhuǎn)換。以頁(yè)為單位調(diào)進(jìn)或調(diào)出主存，按段共享與保護(hù)程序及數(shù)據(jù)。 圖 618 段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器地址轉(zhuǎn)換 實(shí)地址 實(shí)頁(yè)號(hào) 頁(yè)內(nèi)地址 段表起始地址 a 段表起始地址 n 段表基址寄存器組 段表 n 虛地址 基號(hào) 段號(hào) 段內(nèi)頁(yè)號(hào) 頁(yè)內(nèi)地址 頁(yè)表 m 機(jī)電工程系 演講完畢，謝謝觀看！