虚拟存储器详解：原理、技术与管理

"第四讲小结-南航计算机组成原理课件7主要涵盖了虚拟存储器的概念、工作原理以及存储管理机制。课程强调了虚拟存储器不是物理存储器，而是作为磁盘和主存之间的缓存管理工具，允许程序员在更大的地址空间中编写程序。它采用了‘按需调页’策略，部分程序驻留在主存，其余部分存储在磁盘。与Cache-MM层次的块相比，虚拟存储器交换的页更大，并且通过全相联映射和页表实现逻辑地址到物理地址的转换，这一转换过程由硬件完成。此外，缺页处理由操作系统负责，而Cache miss则由硬件处理。虚拟存储器采用Write Back写策略，并在页表中记录页的状态，包括装入位、访问标志、使用情况、修改位以及磁盘地址或页框号。为了加速地址转换，常用的页表项被放入称为快表（TLB）的特殊Cache中。虚拟存储器的管理有分页式、分段式和段页式三种模式。存储保护方面，有两类形式，可以利用程序重定位或存储保护方式防止地址越界，并通过访问方式来判断存取权限。" 本课程详细讲解了存储器层次结构，从第一讲的存储器概述和RAM芯片，到第二讲主存与CPU的连接及读写操作，第三讲高速缓冲存储器（cache），最后到第四讲虚拟存储器。每部分都深入探讨了其核心概念和技术。在虚拟存储器部分，重点讨论了虚拟地址空间、实现机制和存储保护。基本术语包括存储单元、存储体、编址方式等，同时按照工作性质和存取方式将存储器分类为随机存取存储器（RAM）、顺序存取存储器（SAM）、直接存取存储器（DAM）和相联存储器（如快表）。此外，还根据存储介质的不同，如半导体存储器，进行了分类。 虚拟存储器的引入极大地扩展了可用的地址空间，使得程序可以在超出物理内存容量的地址空间中运行。通过全相联映射的页表系统，硬件和操作系统协同工作，实现了地址转换和缺页处理，确保了程序的正常执行。存储保护机制则为系统提供了安全性，防止非法访问和数据破坏。这些知识对于理解计算机系统的内存管理和性能优化至关重要，对于准备南航考研的学生来说，是必须掌握的重要内容。