理解IA-32/Linux存储层次：Cache与虚拟存储器

"该资源是关于计算机系统基础的第六章，重点讲解了层次结构存储系统，特别是高速缓冲存储器（Cache）的组织和工作原理。其中，以奔腾机为例，详细介绍了Cache的配置，包括主存4GB，Cache 8KB，采用LRU替换算法，并支持MESI协议以保证一致性。同时，提到了写策略可以是Write Back或Write Through，具体取决于系统设置。课程还涵盖了从存储器概述到虚拟存储器的多个主题，旨在理解CPU与存储器之间的交互，以及如何通过优化程序来利用局部性原则提升性能。" 在计算机系统中，存储器层次结构是关键设计，旨在解决CPU速度和主存速度之间的不匹配问题。本章节首先概述了存储器的作用和分类，强调了主存与CPU之间的连接以及读写操作。主存作为临时数据存储区域，需要与CPU保持高效的数据交换，这通常通过总线系统实现。 接着，课程介绍了高速缓冲存储器（Cache），一种位于CPU和主存之间的快速存储器，用于减少CPU等待数据的时间。在奔腾机的实例中，Cache被划分为128个组，每组包含2行，总计8KB。LRU（Least Recently Used）替换算法用于决定何时将数据从Cache移出，以应对容量限制。这种算法记录最近使用频率，当需要替换时，淘汰最少使用的数据。同时，Cache的写策略可以根据需求动态调整，Write Back策略下，数据修改仅更新Cache，而在Write Through策略下，数据修改会立即同步到主存。 此外，资源还涉及了Cache与主存之间的映射方式，如直接映射、全相联映射和组相联映射，虽然具体内容未详述，但这些映射方式对Cache效率有直接影响。程序的局部性原则指出，程序执行过程中，数据和指令往往在一段时间内集中在有限的内存区域，有效利用Cache能显著提高性能。 虚拟存储器的概念是另一个重点，它允许程序使用超出实际物理内存大小的地址空间，通过页面替换策略在主存和磁盘之间移动数据。在IA-32/Linux系统中，地址转换包括逻辑地址到线性地址，再到物理地址的转换，这个过程涉及页表和TLB（Translation Lookaside Buffer）的使用。 本资源详细阐述了计算机系统中存储层次结构的各个方面，不仅包括硬件层面的设计，还涉及软件层面的地址转换和存储管理策略，对于理解计算机系统运行机制和优化程序性能具有重要意义。