模拟分页存储管理：硬件地址转换与缺页中断

"模拟分页式存储管理是虚拟存储器技术的一种实现方式，它通过将内存与磁盘相结合，使得程序的逻辑地址空间可以超过实际物理内存的大小。本实验着重于理解和模拟分页系统中硬件如何进行地址转换以及如何处理缺页中断。 在分页式存储管理中，每个逻辑地址由页号和页内偏移量组成。当CPU执行指令时，硬件会检查逻辑地址中的页号，并查找对应的页表，页表中记录了每个页在主存中的状态（是否已加载）和其对应的物理块号。如果页表项中的标志位为1，表示该页已经在主存，硬件会使用页号和块号计算出绝对地址，即`绝对地址 = 块号 × 块长 + 页内偏移量`。如果块长是2的幂，地址可以直接拼接，高地址部分为块号，低地址部分为页内偏移量。 然而，如果页表项的标志位为0，表明该页尚未在主存中，此时硬件会触发缺页中断。操作系统接收到这个中断后，会依据页表中的信息从磁盘读取缺失的页并放入主存，然后重新执行触发中断的指令。在模拟过程中，我们可以设计一个程序来模拟这个过程，当发生缺页时，程序会输出"该页页号"，表示缺页中断的发生，而不是执行实际的指令。 第二部分涉及到了FIFO（先进先出）页面调度算法。在处理缺页中断时，如果主存没有空闲的物理块，FIFO算法会选择最早进入主存的页面进行淘汰。我们可以用一个数组来跟踪主存中的页面，数组的大小等于最初装入主存的页面数量。当需要淘汰页面时，FIFO算法选择数组的第一个元素，即最老的页面。然而，如果这个页面在执行期间未被修改，那么它可以被新页面直接覆盖，而无需将其回写到磁盘，因为磁盘上已经有了它的副本。这个模拟程序不会实际执行磁盘I/O操作，而是专注于调度算法的逻辑。 通过这两个模拟实验，学生可以深入理解分页式存储管理中硬件地址转换的机制，以及操作系统如何通过FIFO算法有效地处理和优化缺页中断的情况，从而提升系统的整体性能。"