存储器层次结构解析：主存、高速缓存与虚拟存储

"该资源是南航计算机组成原理课程的一部分，重点讲解了主存中的页表示例，包括未分配页、已分配的缓存页和已分配的未缓存页的概念，并介绍了虚拟地址与物理地址的关系，以及存储器层次结构的相关知识。内容涵盖了存储器概述、主存与CPU的连接、高速缓冲存储器（cache）和虚拟存储器的原理与应用。" 在计算机系统中，主存是重要的组成部分，它通过页表机制来管理进程的虚拟地址空间。在这个例子中，"主存中的页表示例"阐述了三种类型的页： 1. **未分配页**：这些页在进程的虚拟地址空间中存在，但实际并未被分配任何物理内存，也就是说，它们是虚拟地址空间中的“空洞”，如VP0、VP4。 2. **已分配的缓存页**：这些页已经被分配并且其内容已经加载到主存中，可以被CPU直接访问，如VP1、VP2、VP5。 3. **已分配的未缓存页**：虽然这些页在虚拟地址空间中被分配，但它们的内容尚未被加载到主存，因此无法直接访问，如VP3、VP6。 在地址转换过程中，虚拟地址（VA）需要通过页表转换为物理地址（PA）。每个虚拟页面都有一个有效位（V），当有效位为1时，表示该页在内存中；为0则表示不在内存中。此外，地址还包括页内偏移量（Disp），即在页内的相对位置。 存储器层次结构是一个关键概念，它包括了从高速缓存（cache）到主存再到辅助存储器的多层次结构，以解决速度和容量之间的矛盾。高速缓存利用程序访问的局部性原理，将最近经常使用的数据保存在靠近CPU的地方，以提高访问速度。而虚拟存储器则提供了更大的地址空间，允许进程使用超过物理内存大小的地址，通过页替换算法实现部分加载到主存中的功能。 在主存与CPU的连接部分，讲解了"装入"和"存储"指令的操作过程，涉及到了存储器地址寄存器（MAR）和存储器数据寄存器（MDR）的作用，它们分别用来存放主存单元的地址和数据。 存储器的分类主要有以下几种： - **随机存取存储器（RAM）**：数据可随机访问，读写时间与位置无关，如常见的内存条。 - **顺序存取存储器（SAM）**：数据按顺序读写，如磁带。 - **直接存取存储器（DAM）**：如磁盘，可以直接定位到数据块，但在数据块内部仍按顺序访问。 - **相联存储器（AM）**：比如快表，通过内容来查找存储位置。 此外，根据存储介质的不同，还有半导体存储器，如双极型存储器，它利用半导体材料来存储信息，具有速度快但功耗高的特点。 总结来说，这个课件深入浅出地介绍了主存管理、存储器层次结构和地址转换等相关概念，对于理解计算机系统的工作原理至关重要，特别适合准备南航考研的学生学习。