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。