信息访问异常:缺页与保护违例详解
在南航计算机组成原理课程的第七讲中,着重探讨了信息访问过程中可能出现的两种异常情况:缺页和保护违例(或访问违例)。这些异常是理解现代计算机内存管理的关键组成部分。 首先,缺页(Page Fault)是指当CPU试图访问一个已被标记为无效(Valid位为0)的页面时,由于该页面并未在内存中,系统会触发此异常。发生这种情况时,CPU会暂停当前指令执行,操作系统会从磁盘将所需页面加载到内存,如果内存空间不足,需通过替换策略来腾出空间,通常采用类似Cache的回写淘汰算法。替换的页面会根据其是否被修改(Dirty位)决定是否写回磁盘。处理完成后,进程会被挂起,回到原指令继续执行。 其次,保护违例(Protection Violation Fault)或访问违例出现于试图访问未经授权的内存区域时。这通常是由于尝试读写的数据超出了进程的存取权限,如试图写入只读区域。当这种情况发生时,系统会显示错误信息,比如“内存保护错”或“访问违例”,并立即停止当前指令的执行,有时会导致进程终止。 在讲解这些异常处理的同时,课程还涉及到了存储器层次结构,包括主存(内存)、高速缓冲存储器(Cache)和虚拟存储器的介绍。层次结构有助于提高系统效率,通过减少不必要的内存访问延迟。例如: 1. **主存与CPU的连接**:讲述了主存模块的连接方式以及“装入”和“存储”指令的操作流程,确保数据在CPU与内存之间的高效交换。 2. **高速缓存(Cache)**:强调了程序访问的局部性原则,解释了Cache的工作原理,包括cache行和主存块的映射方式,以及Cache对程序性能的影响。 3. **虚拟存储器**:讨论了虚拟地址空间的概念,如何通过虚拟地址映射到实际物理地址,以及存储保护机制的重要性,确保数据的安全性和完整性。 4. **基本术语**:介绍了诸如记忆单元、存储单元、存储体等概念,以及存储器的编址方式、地址寄存器和数据寄存器等硬件组件。 5. **存储器分类**:按照工作性质、存取方式和存储介质进行了详细的划分,包括随机存取存储器(RAM)、顺序存取存储器(SAM)、直接存取存储器(DAM)和相联存储器(AM),以及半导体存储器如双极型。 了解这些知识点对于理解计算机内存管理、优化系统性能和处理异常至关重要,特别是在考研或从事IT行业的人士中,深入掌握这些内容能帮助他们更好地设计和分析复杂的计算机系统。
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