虚拟内存基础：从绝对地址到分页系统

本篇讲座主要探讨了虚拟内存的基础概念及其发展历程。在50年代，计算机采用的是绝对地址，程序在运行时可以自由访问整个内存空间，但由于程序位置的依赖性，程序员需要编写位置无关的子程序，这促使了装载器和连接器的出现，用于静态地对程序进行重新定位和连接，实现了动态地址转换。 60年代，分页式内存系统如TLBS（转换后备缓冲器）引入，例如Atlas的按需分页，提升了内存管理和效率。这种系统将机器语言地址和虚拟地址区分开，通过段寄存器将机器码地址转化为虚拟地址，再由操作系统将虚拟地址映射到物理存储器位置。为了支持多道程序设计，程序需要基址寄存器和边界寄存器来保护不同程序之间的隔离，实现地址变换并确保程序和数据区域的分离。 然而，这种方法存在局限性，如内存分段可能导致存储空间碎片，即“内存打嗝”，为了应对这个问题，出现了分页式内存系统，它将地址分为页号和偏移量，通过页表管理每个页面的物理地址，从而实现内存空间的非连续分配。每个用户都有自己的私有地址空间，且操作系统会确保页表不会重叠，但这也带来了页表空间需求大的问题，通常不在寄存器中存储，而是存储在主存中，增加了内存访问的复杂性。 虚拟内存的发展旨在提高内存利用率、支持多任务并发和保护程序安全，但同时也伴随着空间管理和性能优化的挑战。理解这些基础知识对于深入研究操作系统、编译器和硬件设计至关重要。