虚拟存储器与页表结构解析

"该资源是南航计算机组成原理课件的一部分，主要讲解了页表结构以及存储器层次结构，涉及到虚拟存储器、高速缓冲存储器（cache）和存储器的基本术语与分类。" 页表结构在操作系统中起着至关重要的作用，它用于管理虚拟地址到物理地址的映射。每个进程都有自己的页表，其中包含了多个页表项。这些页表项通常包含以下几个关键字段： 1. 装入位：指示该页是否已加载到内存中。 2. 修改位（Dirt位）：标记该页的内容是否被修改过，用于决定换页策略。 3. 替换控制位：用于页替换算法，确定哪些页可以被替换出去。 4. 访问权限位：定义了对页的读、写、执行权限。 5. 禁止缓存位：如果设置，表明该页的内容不允许被缓存在高速缓存中。 6. 实页号：指向下一页框的物理地址。 页表的项数理论上取决于虚拟地址空间的大小，因为每个虚拟页都需要一个页表项来映射。在实践中，由于虚拟地址空间可能包含未使用的部分（即“空洞”），各进程的页表大小可能并不完全相同。页表的首地址通常存储在页表基址寄存器中，CPU通过这个寄存器找到相应的页表。 存储器层次结构是一个优化存储访问效率的策略，包括了从快速但容量小的高速缓存（如L1、L2、L3缓存）到较慢但容量大的主存，再到硬盘等慢速外存储器。这个层次结构基于程序访问的局部性原理，即程序往往倾向于重复访问同一组数据。 第四讲虚拟存储器，讨论了虚拟地址空间的概念，它允许每个进程拥有独立的、连续的地址空间，即使实际物理内存是分散的。虚拟存储器的实现涉及页式虚拟存储、请求调页（ Demand Paging）以及存储保护机制，确保进程之间不会互相干扰。 存储器的分类主要根据其工作性质、存取方式和存储介质进行划分。随机存取存储器（RAM）如内存，提供快速且无位置相关的访问；顺序存取存储器（SAM）如磁带，按照顺序访问；直接存取存储器（DAM）如磁盘，可以直接定位到数据块；相联存储器（AM），如快表，可以通过内容查找存储位置。半导体存储器则包括双极型、MOS型等多种类型，它们是现代计算机中常用的主要存储介质。 以上内容涵盖了从页表结构到存储器层次结构的基本概念，对于理解和学习计算机系统的内存管理及存储技术具有重要意义。