某页式虚拟存储管理系统的物理空间为4K,页面大小为1K,一进程按下列地址顺序引用内存单元:1635、2632、3140、6584、4892、7640、3040、2148、1700、4145、7209、5312、6411、5200、2102、1100。如果上述数字均为十进制,而内存尚未装入任何页,试分别采用LRU和FIFO页面置换算法,列出各自的页面淘汰顺序和缺页中断次数。(假设开始的4个页面已装入主存)

时间: 2023-04-01 08:03:29 浏览: 59
根据题意,物理空间为4K,页面大小为1K,所以物理空间共有4个页面。 采用LRU页面置换算法,按照进程引用内存单元的顺序,第一个页面淘汰顺序为:无,因为前4个页面已经装入主存。第二个页面淘汰顺序为:1,因为页面1最久未被使用。第三个页面淘汰顺序为:2,因为页面2最久未被使用。第四个页面淘汰顺序为:3,因为页面3最久未被使用。第五个页面淘汰顺序为:1,因为页面1最久未被使用。第六个页面淘汰顺序为:4,因为页面4最久未被使用。第七个页面淘汰顺序为:2,因为页面2最久未被使用。第八个页面淘汰顺序为:3,因为页面3最久未被使用。第九个页面淘汰顺序为:1,因为页面1最久未被使用。第十个页面淘汰顺序为:4,因为页面4最久未被使用。第十一个页面淘汰顺序为:2,因为页面2最久未被使用。第十二个页面淘汰顺序为:3,因为页面3最久未被使用。第十三个页面淘汰顺序为:1,因为页面1最久未被使用。第十四个页面淘汰顺序为:4,因为页面4最久未被使用。第十五个页面淘汰顺序为:2,因为页面2最久未被使用。第十六个页面淘汰顺序为:3,因为页面3最久未被使用。 LRU页面置换算法的缺页中断次数为:10次。 采用FIFO页面置换算法,按照进程引用内存单元的顺序,第一个页面淘汰顺序为:无,因为前4个页面已经装入主存。第二个页面淘汰顺序为:1,因为页面1最先进入主存。第三个页面淘汰顺序为:2,因为页面2最先进入主存。第四个页面淘汰顺序为:3,因为页面3最先进入主存。第五个页面淘汰顺序为:4,因为页面4最先进入主存。第六个页面淘汰顺序为:1,因为页面1最先进入主存。第七个页面淘汰顺序为:2,因为页面2最先进入主存。第八个页面淘汰顺序为:3,因为页面3最先进入主存。第九个页面淘汰顺序为:4,因为页面4最先进入主存。第十个页面淘汰顺序为:1,因为页面1最先进入主存。第十一个页面淘汰顺序为:2,因为页面2最先进入主存。第十二个页面淘汰顺序为:3,因为页面3最先进入主存。第十三个页面淘汰顺序为:4,因为页面4最先进入主存。第十四个页面淘汰顺序为:1,因为页面1最先进入主存。第十五个页面淘汰顺序为:2,因为页面2最先进入主存。第十六个页面淘汰顺序为:3,因为页面3最先进入主存。 FIFO页面置换算法的缺页中断次数为:10次。

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这是一个比较复杂的问题,需要考虑很多细节。下面是一个简单的实现思路: 1. 定义一个结构体来表示一个内存块,包括起始地址、大小、是否被占用等信息。 2. 定义一个数组来表示整个物理内存,每个元素是一个内存块结构体。 3. 定义一个链表来管理空闲内存块,每个节点包括一个内存块结构体和指向下一个节点的指针。 4. 定义一个函数来初始化物理内存和空闲内存链表。 5. 定义一个函数来分配内存,输入参数是需要分配的内存大小,返回值是分配到的内存块的起始地址。该函数需要遍历空闲内存链表,找到第一个大小大于等于需要分配的内存的空闲块,将其标记为已占用,并返回其起始地址。如果没有合适的空闲块,则返回NULL。 6. 定义一个函数来回收内存,输入参数是需要回收的内存块的起始地址。该函数需要遍历物理内存数组,找到对应的内存块,将其标记为未占用,并将其加入空闲内存链表中。 7. 定义一个函数来实现逻辑地址到物理地址的变换,输入参数是逻辑地址,返回值是物理地址。该函数需要将逻辑地址分解为页号和页内偏移量,然后根据页号找到对应的物理页框,加上页内偏移量得到物理地址。 8. 编写一个测试程序,创建多个进程,每个进程分配和回收内存,测试逻辑地址到物理地址的变换是否正确。 这只是一个简单的实现思路,实际实现中还需要考虑很多细节,比如如何处理内存碎片、如何处理多级页表等问题。
(1) 计算芯片数量及组合关系: 由于存储器容量为 4K×8,因此需要使用 2 个 2K×8 的芯片,其中固化区选用 EPROM 芯片 2716,工作区选用 RAM 芯片 2114。 固化区使用 1 个 2716 芯片,其容量为 2K×8,可以存储 2KB 的数据。 工作区使用 2 个 2114 芯片,每个芯片的容量为 1K×4,需要使用 2 个芯片才能存储 2KB 的数据。 因此,需要使用 3 个芯片,包括 1 个 2716 芯片和 2 个 2114 芯片。 (2) 分配片内地址与片选逻辑: 对于 2716 芯片,它有 11 位地址线和 8 位数据线。其中低 11 位地址线可以直接连接存储器地址总线 A10-A0,高位地址线可以通过地址译码器进行译码。由于只需要存储 2KB 的数据,因此只需要连接 A10-A0 中的低 11 位地址线。 对于 2114 芯片,每个芯片有 10 位地址线和 4 位数据线。由于需要使用 2 个 2114 芯片才能存储 2KB 的数据,因此需要对其进行地址扩展。具体地,将存储器地址总线 A10-A1 连接到地址译码器的输入端,译码器的输出端连接到 2114 芯片的地址线 A9-A0。这样,就可以通过 A10-A1 来选择使用哪个 2114 芯片。由于每个芯片只有 4 位数据线,因此需要将两个 2114 芯片的数据线 D3-D0 分别连接到存储器数据总线 D7-D4 和 D3-D0。 对于 R/W 信号线,可以直接连接到三个芯片的 R/W 引脚上。 (3) 存储器逻辑图和连线如下图所示: 其中,U1 表示 2716 芯片,U2 和 U3 表示 2114 芯片,A10-A0 表示存储器地址总线,D7-D0 表示存储器数据总线,R/W 表示读写信号线。译码器采用 74LS138,用于将 A10-A1 译码成 2 个片选信号。
(1) 首先需要确定ROM和RAM各需要多少片。 前4KB为ROM,所以需要ROM的容量至少是4KB,而可供选择的ROM有2K×1和8K×1两种。因此我们可以使用2片8K×1的ROM,或者4片2K×1的ROM来实现4KB的ROM。 后12KB为RAM,所以需要RAM的容量至少是12KB,而可供选择的RAM有4K×1和8K×1两种。因此我们需要3片4K×1的RAM来实现12KB的RAM。 因此,总共需要4片存储芯片,其中2片8K×1的ROM和3片4K×1的RAM。 (2) 我们需要使用译码器和门电路来实现对ROM和RAM的地址选择。由于CPU的地址总线是16位,而存储器总容量为16KB,因此我们需要使用一个15-4译码器来实现对ROM和RAM的地址选择。具体实现方式如下图所示: ![image.png](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2021/png/97322/1611142982950-9b6d9b39-911d-401a-b2a6-1c9f5c9e2f6d.png#align=left&display=inline&height=221&name=image.png&originHeight=442&originWidth=785&size=22202&status=done&style=none&width=392.5) 其中,D0~D3为CPU的地址总线的低4位,A0~A11为ROM和RAM的地址总线,A12~A14为译码器输出的3位地址线。门电路的实现方式如下: - 对于8K×1的ROM,我们需要使用一个与门和一个反相器来实现ROM的地址选择。具体实现方式如下图所示: ![image.png](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2021/png/97322/1611142983059-f1a7c5e5-006b-4f2f-8d7e-4e1e166f5b62.png#align=left&display=inline&height=117&name=image.png&originHeight=233&originWidth=566&size=11213&status=done&style=none&width=283&zoom=1.5) - 对于4K×1的RAM,我们需要使用两个与门和一个反相器来实现RAM的地址选择。具体实现方式如下图所示: ![image.png](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2021/png/97322/1611142983092-9d4a3f3d-60a4-4f41-a6fd-6b0b0e4f2d8e.png#align=left&display=inline&height=170&name=image.png&originHeight=339&originWidth=566&size=14620&status=done&style=none&width=283&zoom=1.5) (3) 由于ROM和RAM的地址范围没有重叠,因此不存在地址重叠现象。ROM的地址范围为0x0000~0x0FFF,RAM的地址范围为0x1000~0x3FFF。

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