计算机体系结构chapter4-2
计算机体系结构量化研究方法英文版第四版教学设计 (3)
Teaching Design for Quantitative Research Methods in Computer Architecture, 4th Edition IntroductionComputer architecture is the study of the design and organization of computer systems. As the field has evolved, so too have the tools and techniques used for research in computer architecture. This document outlines a teaching design for the fourth edition of the book Quantitative Research Methods in Computer Architecture, which provides an overview of the quantitative research methods most commonly used in the field.ObjectivesThe objectives of this teaching design are:1.To provide an overview of the fundamental concepts andprinciples of quantitative research methods in computerarchitecture.2.To enable students to design and perform experiments usingappropriate research methods.3.To help students develop critical thinking skills toevaluate research findings.Course OutlineThe course is divided into the following chapters:1.Introduction to Quantitative Research Methods in ComputerArchitecture2.Research Design and Experimental Design3.Sampling4.Measurement5.Data Analysis and Statistics6.Reporting Research FindingsChapter 1: Introduction to Quantitative Research Methods in Computer ArchitectureThis chapter provides an introduction to the course. It introduces the terminology and concepts commonly used in quantitative research, and the reasons for using quantitative research methods in computer architecture. It also reviews the different kinds of research questions that can be addressed using quantitative methods.Chapter 2: Research Design and Experimental DesignIn this chapter, students will learn about research design and experimental design. This chapter will cover topics such as identifying research questions, choosing experimental units, selecting the appropriate type of design, and choosing an experimental group and control group.Chapter 3: SamplingThis chapter covers the topic of sampling. Students will learn about different types of sampling methods, including random, stratified, and systematic sampling, and how to choose the appropriate sampling method based on their research questions.Chapter 4: MeasurementIn this chapter, students will learn about measurement and the different types of measurement scales used in quantitative research. They will also learn about the criteria for selecting appropriate measures and techniques for measuring different aspects of computer architecture.Chapter 5: Data Analysis and StatisticsIn this chapter, students will learn about data analysis and statistics. They will learn how to use statistical software to analyze data, conduct descriptive statistics, and use inferential statistics to test hypotheses.Chapter 6: Reporting Research FindingsThe final chapter of the course focuses on reporting research findings. Students will learn how to prepare reports, present findings to different audiences, and deal with ethical issues related to reporting research.Course RequirementsStudents will need to:1.Attend all lectures and participate in class discussions.plete all assigned readings before class.3.Participate in group discussions and group assignments.4.Write a final research paper on a topic related to thecourse.ConclusionThis teaching design provides a comprehensive overview of the quantitative research methods commonly used in computer architecture. Through this course, students will learn the theory and practical skills necessary to design and perform experiments using appropriate research methods. By the end of the course, students will be able to interpret, analyze, and report on research findings in a clear and concise manner.。
计算机体系结构与组成
计算机体系结构与组成计算机体系结构与组成是指计算机系统的硬件和软件组成部分以及它们的相互关系。
理解计算机体系结构与组成对于学习和应用计算机科学和工程至关重要。
本文将介绍计算机体系结构的基本概念、组成要素以及相关的技术发展。
一、计算机体系结构的基本概念计算机体系结构定义了计算机硬件和软件之间的接口、数据的表示和操作以及指令的执行方式。
它是计算机系统的基础架构，决定了计算机系统的性能和能力。
计算机体系结构一般包括指令集架构和微体系结构两个层次。
指令集架构是计算机系统对外展示的接口，也被称为计算机的“机器语言”。
常见的指令集架构有精简指令集(RISC)和复杂指令集(CISC)两种。
RISC指令集架构以精简的指令集和固定长度的指令格式为特点，执行效率高；CISC指令集架构则有复杂的指令和丰富的操作功能，面向高级应用。
微体系结构是计算机系统内部的实现方式，包括处理器、存储器、总线和输入输出设备等组成部分。
微体系结构的设计对计算机的性能和功耗有重要影响。
当前主流的微体系结构包括单指令多数据流(SIMD)和多指令多数据流(MIMD)等。
二、计算机组成要素计算机系统由多个基本组成要素构成，每个组成要素都承担着特定的功能和任务。
1. 中央处理器(CPU)：是计算机的核心部件，负责执行指令、处理数据和控制计算机系统的运行。
CPU包括算术逻辑单元(ALU)、控制单元(CU)和寄存器等部分。
2. 存储器：用于存储程序和数据。
主存储器(RAM)是计算机的主要工作空间，用于存储正在执行的程序和数据；辅助存储器(如硬盘、固态硬盘)则用于长期存储数据和文件。
3. 输入输出设备：用于与外部世界进行信息的输入和输出。
常见的输入设备包括键盘、鼠标、触摸屏等；输出设备包括显示器、打印机、音频设备等。
4. 总线：负责计算机内部各个组件之间的信息传输。
总线分为数据总线、地址总线和控制总线三种类型，分别用于传输数据、地址和控制信号。
三、计算机体系结构的发展计算机体系结构和组成都经历了多次变革和创新，在不同的发展阶段出现了各种不同的体系结构和组成方案。
计算机系统结构第4章精品PPT课件
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4/1344.1 指令来自并行1. 循环级并行：使一个循环中的不同循环体并行执行。 ➢ 开发循环体中存在的并行性
最常见、最基本
➢ 是指令级并行研究的重点之一 ➢ 例如，考虑下述语句：
for （i=1； i<=500； i=i＋1） a[i]=a[i]＋s； 每一次循环都可以与其他的循环重叠并行执行； 在每一次循环的内部，却没有任何的并行性。
（ILP：Instruction-Level Parallelism）
➢ 本章研究：如何通过各种可能的技术，获得更多 的指令级并行性。
硬件＋软件技术 必须要硬件技术和软件技术互相配合，才能够最大 限度地挖掘出程序中存在的指令级并行。
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4.1 指令级并行
1. 流水线处理机的实际CPI ➢ 理想流水线的CPI加上各类停顿的时钟周期数：
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4.1 指令级并行
1. 最基本的开发循环级并行的技术 ➢ 循环展开（loop unrolling）技术 ➢ 采用向量指令和向量数据表示
2. 相关与流水线冲突 ➢ 相关有三种类型：
数据相关、名相关、控制相关
➢ 流水线冲突是指对于具体的流水线来说，由于相关 的存在，使得指令流中的下一条指令不能在指定的 时钟周期执行。
➢ 读操作数（Read Operands，RO）：等待数据冲 突消失，然后读操作数。
(out of order execution)
IS
RO
检测结构冲突 检测数据冲突
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4.2 指令的动态调度
1. 在前述5段流水线中，是不会发生WAR冲突和WAW冲突 的。但乱序执行就使得它们可能发生了。
第4章 指令级并行
coa考核大纲
《计算机组织与结构》考核大纲Chapter 1 Introduction（所占比例1%）1.1 Architecture & Organizationwhich belong to Architecture？which belong to Organization？1.2 Structure & Function1）计算机的四个功能与top层对应的四个结构Chapter 2 Computer Evolution and Performance（1%）2.1 A brief history of computers1）G1-G4计算机发展的各个阶段所使用的主要元件2）Von Neumann的程序存储概念（stored-program）3）Moore’ law描述的问题4）微电子学中，两个基本元件（gate、memory cell）与计算机四个功能之间的关系。
2.2 Designing for performance1）当前计算机性能发展的趋势2）性能平衡指的是平衡谁？Chapter 3 A top-level view of computer function and interconnection（3%）3.1 Computer Components1) memory的结构：存储单元（words）与address的关系（是内存最大容量和地址宽度的关系）2) 常用寄存器（MAR、MBR、PC、IR）的功能3.2 Computer Function1) 取指周期和执行周期的概念（fetch & execute）2) 中断（interrupt）过程的四个关键点：suspending, branching, processing, resuming3.3 Interconnection Structures1) Memory, I/O, CPU之间传输的信息2）DB、CB、AB三总线上传输的信息3.4 Bus Interconnection1) 根据功能不同，总线的分类2）根据性能不同，总线的分类Chapter 4 Cache Memory (20%)4.1 Computer memory system overview1) 存储器系统的主要特征？（memory 金字塔图反映的信息）2) 存储器系统的层次特点4.2 Cache memory1) Cache与memory的结构2）cache的行、memory的块，即line、block、way、set的含义。
计算机体系结构张晨曦版本第四章解答-new
计算机体系结构张晨曦版本第四章解答-new第四章习题四4.1解释下列术语：指令级并⾏：指令序列中存在的潜在的并⾏性称为指令级并⾏。
指令调度：指令调度是⼀种⽤以避免冲突的⽅法，但并不改变相关。
通过改变指令在程序中的位置，将相关指令间的距离加⼤到不⼩于指令执⾏延迟的时钟数，以此消除相关指令造成的流⽔线冲突。
指令的动态调度：在程序执⾏过程中，依靠专门的硬件对代码进⾏调度，重新安排指令的执⾏顺序，来调整相关指令实际执⾏时的关系，减少可能的冲突。
指令的静态调度：在程序的编译期间，由编译器进⾏代码调度和优化，重新安排指令的执⾏顺序，把相关的指令拉开距离，以减少可能产⽣的冲突。
保留站：在Tomasulo算法实现结构中，保留站设置在运算部件的⼊⼝，每个保留站中保存⼀条已经流出并等待到本功能部件执⾏的指令的相关信息，包括操作码、操作数以及⽤于检测和解决冲突的信息。
在⼀条指令流出到保留站的时候，如果该指令的操作数已经在寄存器中就绪，则将之取到该保留站中。
如果操作数还没有计算出来，则在该保留站中记录将产⽣这个操作数的保留站的标识。
CDB：公共数据总线，是Tomasulo算法实现结构中的⼀条重要的数据通路，所有功能部件的计算结果都要送到CDB上，由它把这些结果直接送到各个需要该结果的地⽅。
动态分⽀预测技术：⽤硬件动态地进⾏分⽀处理的⽅法。
这些⽅法是在程序运⾏时，根据分⽀指令过去的表现来预测其将来的⾏为。
如果分⽀⾏为发⽣了变化，预测结果也随之改变。
其⽬的有两个：预测分⽀是否成功和尽快找到分⽀⽬标地址（或指令），从⽽避免控制相关造成流⽔线停顿。
BHT：分⽀历史表，也称之为分⽀预测缓冲器，⽤来记录分⽀指令最近⼀次或⼏次的执⾏情况（成功或不成功），并根据此进⾏预测。
分⽀⽬标缓冲：将分⽀成功的分⽀指令的地址和它的分⽀⽬标地址都放到⼀个缓冲区中保存起来，缓冲区以分⽀指令的地址作为标识，取指令阶段，所有指令地址都与保存的标⽰作⽐较，⼀旦相同，就认为本指令是分⽀指令，且认为它转移成功，并且它的分⽀⽬标地址就是保存在缓冲区的分⽀⽬标地址。
计算机体系结构完整讲义ppt课件
• 计算机的更新换代
– 第一代：电子管计算机 – 第二代：晶体管计算机
硬件设计公理： 越小越快
– 第三代：中小规模集成电路
– 第四代：大或超大规模集成电路
– 第五代：VLSI(甚大规模集成电路)
计算机性能的大幅度提高和更新换代，一方面依靠 器件的不断更新，同时也依赖系统结构的不断改进。
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二 按计算机系统成本分类
• 是对计算机系统中各机器级之间界面的划 分和定义，以及对各级界面上、下的功能 进行分配
– 1964年，IBM/360系列机的总设计工程师G.M. Amdahl、G.A. Blauw、F.P. Brooks等人提出。 也称体系结构。
– 是从程序员的角度所看到的系统的属性，是 概念上的结构和功能上的行为
• 1.2.2 计算机系统的设计方法
• ---软硬件舍取的基本原则 • ---计算机系统设计者的主要任务 • ---计算机系统设计的基本方法 （三种）
• 计算机语言：是用以描述控制流程的、 有一定规则的字符集合
– 语言不是专属软件范畴，可以介属于计算机 系统的各个层次，具有不同作用
4
1.1.1计算机系统的多级层次结构
从使用语言的角度上，将计算机系统 看成按功能划分的多级层次结构
机器、汇编、高级、应用语言
低级
高级
后者比前者功能更强、使用更方便；
而前者是后者发展的基础，在单条指令的 执行速度相比较，前者更快。
•第1章 •第2章 •第3章 •第4章 •第5章 •第6章
计算机系统设计基础 数据表示与指令系统性能分析 流水技术和向量处理 阵列计算机 多处理机系统 数据流计算机
1
第1章 计算机系统设计基础
• 1.1 计算机系统的基本概念 • 1.2 计算机系统的设计技术 • 1.3 计算机系统的性能评价 • 1.4 计算机系统结构的发展
《计算机体系结构》课件
ABCD
理解指令集体系结构、处 理器设计、存储系统、输 入输出系统的基本原理和 设计方法。
培养学生对计算机体系结 构领域的兴趣和热情，为 未来的学习和工作打下坚 实的基础。
CHAPTER
02
计算机体系结构概述
计算机体系结构定义
计算机体系结构是指计算机系统的整 体设计和组织结构，包括其硬件和软 件的交互方式。
CHAPTER
06
并行处理与多核处理器
并行处理概述
并行处理
指在同一时刻或同一时间间隔内 完成两个或两个以上工作的能力
。
并行处理的分类
时间并行、空间并行、数据并行和 流水并行。
并行处理的优势
提高计算速度、增强计算能力、提 高资源利用率。
多核处理器
1 2
多核处理器
指在一个处理器上集成多个核心，每个核心可以 独立执行一条指令。
间接寻址
间接寻址是指操作数的有效地址通过寄存器间接给出，计算机先取出 寄存器中的地址，再通过该地址取出操作数进行操作。
CHAPTER
04
存储系统
存储系统概述
存储系统是计算机体系结构中 的重要组成部分，负责存储和 检索数据和指令。
存储系统通常由多个层次的存 储器组成，包括主存储器、外 存储器和高速缓存等。
《计算机体系结构》ppt 课件
CONTENTS
目录
• 引言 • 计算机体系结构概述 • 指令系统 • 存储系统 • 输入输出系统 • 并行处理与多核处理器 • 流水线技术 • 计算机体系结构优化技术
CHAPTER
01
引言
课程简介
计算机体系结构是计算机科学的一门核心课程，主要研究计算机系统的基本组成、组织结构、工作原 理及其设计方法。
计算机系统概论课后练习答案第四章
F.4Chapter4Solutions4.1Components of the V on Neumann Model:(a)Memory:Storage of information(data/program)(b)Processing Unit:Computation/Processing of Information(c)Input:Means of getting information into the computer.e.g.keyboard,mouse(d)Output:Means of getting information out of the computer.e.g.printer,monitor(e)Control Unit:Makes sure that all the other parts perform their tasks correctly and at thecorrect time.4.2The communication between memory and processing unit consists of two registers:MemoryAddress Register(MAR)and Memory Data Register(MDR).•To read,the address of the location is put in MAR and the memory is enabled for a read.The value is put in MDR by the memory.•To write,the address of the location is put MAR,the data is put in MDR and the WriteEnable signal is asserted.The value in MDR is written to the location specified.4.3The program counter does not maintain a count of any sort.The value stored in the programcounter is the address of the next instruction to be processed.Hence the name’Instruction Pointer’is more appropriate for it.4.4The size of the quantities normally processed by the ALU is referred to as the word length ofthe computer.The word length does not affect what a computer can compute.A computer with a smaller word length can do the same computation as one with a larger word length;but it will take more time.For example,to add two64bit numbers,word length=16takes4adds.word length=32takes2adds.word length=64takes1add.4.5(a)Location3contains0000000000000000Location6contains1111111011010011(b)i.Two’s Complement-Location0:0001111001000011=7747Location1:1111000000100101=-4059ii.ASCII-Location4:0000000001100101=101=’e’iii.Floating Point-Locations6and7:00000110110110011111111011010011Number represented is1.10110011111111011010011x2−11412iv.Unsigned-Location0:0001111001000011=7747Location1:1111000000100101=61477(c)Instruction-Location0:0001111001000011=Add R7R1R3(d)Memory Address-Location5:0000000000000110Refers to location6.Value storedin location6is11111110110100114.6The two components of and instruction are:Opcode:Identifies what the instruction does.Operands:Specifies the values on which the instruction operates.4.760opcodes=6bits32registers=5bitsSo number of bits required for IMM=32-6-5-5=16Since IMM is a2’s complement value,its range is-215...(215-1)=-32768..32767.4.8a)8-bitsb)7-bitsc)Maximum number of unused bits=3-bits4.9The second important operation performed during the FETCH phase is the loading of theaddress of the next instruction into the program counter.4.10Refer to the following table:Fetch StoreDecode Data Result0001,0110,11001100IR0001,0110,1100MDR01104.11The phases of the instruction cycle are:(a)Fetch:Get instruction from memory.Load address of next instruction in the ProgramCounter.(b)Decode:Find out what the instruction does.(c)Evaluate Address:Calculate address of the memory location that is needed to processthe instruction.(d)Fetch Operands:Get the source operands(either from memory or registerfile).(e)Execute:Perform the execution of the instruction.(f)Store Result:Store the result of the execution to the specified destination.F.4.CHAPTER4SOLUTIONS34.12Considering the LC3instruction formatsADDFetch:Get instruction from memory.Load next address into PC.Decode:It is here that it is determined that the instruction is an add instruction.Evaluate Address:No memory operation so NOT REQUIRED.Fetch Operands:Get operands from registerfile.Execute:Perform the add operation.Store Result:Store result in the registerfile.LDRFetch:Get instruction from memory.Load next address into PC.Decode:It is here that it is determined that the instruction is a Load Base+offset instruction.Evaluate Address:Calculate the memory address by adding the Base register with the sign extended offset.Fetch Operands:Get value from the memory.Execute:No operation needed so NOT RE-QUIRED.Store Result:Store the value loaded into the registerfile.JMPFetch:Get instruction from memory.Load next address into PC.Decode:It is here that it is determined that the instruction is a Jump instruction.Evaluate Address:No memory operation so NOT REQUIRED.Fetch Operands:Get the base register from registerfile.Execute:Store the value in PC.Store Result:NOT REQUIRED.**Since we are considering a non pipelined implementation,the instruction phases where no operation is performed may not be present in its execution cycle.4.13F D EA FO E SRx86:ADD[eax]edx100111001100=303 LC3:ADD R6,R2,R61001-111=104 4.14JMP:1100000011000000Fetch:Get instruction from memory.Load next address into PC.Decode:It is here that it is determined that the instruction is JMP.Evaluate Address:No memory operation,so NOT required.Fetch Operands:Get the base register from the registerfile.Execute:Load PC with the base register value,x369C.4.15Once the RUN latch is cleared,the clock stops,so no instructions can be processed.Thus,noinstruction can be used to set the RUN latch.In order to re-initiate the instruction cycle,an external input must be applied.This can be in the form of an interrupt signal or a front panel switch,for example.4.16(a)1/(2∗10−9)=5∗108machine cycles per second.(b)5∗108/8=6.25∗107instructions per second.(c)It should be noted that once thefirst instruction reaches the last phase of the instruction,an instruction will be completed every cycle.So,except for this initial delay(known aslatency),one instruction will be completed each machine cycle(assuming that there are4no breaks in the sequentialflow).If we ignore the latency,the number of instructionsthat will be executed each second is same as the number of machine cycles in a second=5*108.。
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2k
5段
2 3 4 5
4k
6段
6 段名
0 主程序 1k (0段) 0 1段 500 0 2段 200 0 3段 程序 200 空间
段号 段长 起址 0 1k 8k 1 500 16k 2 200 9k 3 200 30k
0 8k 9k
16k 30k
主存储器
地址映象方法：每个程序段都从0地址开始编址， 长度可长可短，可以在程序执行过程中动态改变 程序段的长度。 地址变换方法：
用户号U 段号S 虚页号P 页内偏移
实页号p 页内偏移 As As 1 0/1 Ap 1 p 0/1 A
页表 装入 修改 地址
装入 实页号 修改 标志
页式虚拟存储器构成
虚地址： N s u N N r
' v
实地址： n p n v n r
虚存空间： 2 * 2
nv
u
Nv
'
个页
虚存页号
D道程序 程序空间 4k 4k 4k
A
0 4k-1
0 1 2
B
C 32k-1 程序标志号
虚存 页号
主存 起点
装如 位
访问 方式
专用 位
D
基号 虚页号 页内偏移
b
Nv nv
实页号
Nr
0 1 2
2 6 7
1 1 1
nr
页内偏移
D道程序页表
某道程序的地址 多用户虚页号 用户标志u 多用户 虚地址
8 P4 3 4 2* 替换 3 4 2* 替换 1 3 4* 命中
实际 命中次数
先进先出算法 （FIFO 算法） 调入 1 最久没有使用算法 （LRU 算法） 调入 1 最优替换算法 （OPT 算法） 调入
调入 1 2
调入 1* 2 3
0 次
调入 1 2
调入 1 2 3*
0 次
调入
调入
3 次
举例2
页表法
访问方式 存储容量 存取速度 地址
2
uNv
相联目录表法
内容
* ( n v 1)
2
nv
* (( u N v ) n v )
慢
2
uN
v
快
2
nv
入口个数
入口宽度
nv 1
nv N v 1
替换算法
页面替换发生时间： 当发生页面失效时，要从磁盘中调入一页到主 存。如果主存所有页面都已经被占用，必须从 主存储器中淘汰掉一个不常使用的页面，以便 腾出主存空间来存放新调入的页面。 替换算法的确定
缺点
程序的模块化性能不好 页表很长，需要占用很大的存储空间。
段页式管理
页式：对应用程序员完全透明，由系统划分.
硬件较少，地址变换速度快， 调入操作简单，静态连接程序；
段式：段独立，有利于程序员灵活实现段的连接、段 的扩大/缩小和修改，而不影响其他段，易于针对其特 定类型实现保护，把共享的程序或数据单独构成一个 段，从而易于实现多个用户、进程对共用段的管理， 动态连接程序； 特点：访存两次。 段页式：把实存机械地等分成固定大小的页，程序按 模块分段，每个段又分成与主存页面大小相同的页。
0页 1页
2页
3页 用户程序
页号 主存页号 0 1 2 3 页表
主存储器 页式虚拟存储器的地址映象
用户号U 虚页号P
实页号p Pa Pa 2
页内偏移D
页内偏移d
p
页表基址
装入 修改 主存页号 标志 页表
页式管理的优缺点
优点
主存储器的利用率比较高 页表相对比较简单 地址变换的速度比较快 对磁盘的管理比较容易
时间 t 页地址流
1 P1 1
2 P2 1 2
3 P3 1* 2 3
4 P4 4 2* 3 替换 4 2* 3 替换 1 2 4* 替换
5 P1 4 1 3* 替换 4 1 3* 替换 1* 2 4 命中
6 P2 4* 1 2 替换 4* 1 2 替换 1 2* 4 命中
7 P3 3 1* 2 替换 3 1* 2 替换 1 3* 4 替换
目录
不同的虚拟存储管理方式
页式虚拟存储器构成 页式虚拟存储器实现中的问题
虚拟地址空间
实际地址空间
压缩
映射
不同的虚拟存储管理方式
通过增设地址映像表机构来实现程序在主存 中的定位。这种定位技术是将程序分割成若干 较小的段或页，用相应的映像表机构来指明程 序的某段或某页是否已装入内存。
段式管理 页式管理 段页式管理
主存的命中率 是否便于实现，软、硬件成本
页面替换算法的使用场合
虚拟存储器中，主存页面的替换，一般 用软件实现 Cache块替换一般用硬件实现 虚拟存储器的快慢表中，快表存储字的 替换，用硬件实现 虚拟存储器中，用户基地址寄存器的替 换，用硬件实现 在有些虚拟存储器中目录表的替换
替换算法（续）
(b)首先分配法 D、E、F段全被调入
（c)最佳分配法 F段无法调入
页式管理
页式虚拟存储器把虚拟地址空间划分成一个个固定大 小的块,每块称为一页,把主存储器的地址空间也按虚拟 地址空间同样的大小划分为页。页是一种逻辑上的划 分，它可以由系统软件任意指定。 虚拟地址空间中的页称为虚页，主存地址空间中的页 称为实页。 每个用户使用一个基址寄存器（在CPU内），通过用 户号U可以直接找到与这个用户程序相对应的基址寄存 器，从这个基址寄存器中读出页表起始地址。访问这 个页表地址，把得到的主存页号p与虚地址中的页内偏 移直接拼接起来得到主存实地址。
由用户号找到基址寄存器 从基址寄存器中读出段表的起始地址 把起始地址与多用户虚地址中段号相加得到段表地址 把段表中给出的起始地址与段内偏移D相加就能得到 主存实地址
多用户 用户号U 段号S 虚地址
0 6 As
段内偏移D
主存实地址
As
n-1
0 1 2 3 4
1
段表 段表 起始 装入 段长 访问 段名 地址 位 长度 基址 方式 段表基址寄存器 一个用户（一道作业）的段表
§2 虚拟存储器
1961年英国曼彻斯特大学Kilbrn等人提出 70年代广泛地应用于大中型计算机系统 中 目前许多微型机也开始使用虚拟存储器 是进一步完善主存-辅存存储层次，解决 主存容量提出的。
虚拟存储器的特点
多个进程可以共享主存空间 程序员不必做存储管理工作 采用动态再定位，简化了程序的装入
随机算法（Random ，RAND）：用软的或硬 的随机数产生器来形成主存重要被替换页的页 号。
简单，易于实现 没有利用历史信息 命中率低，很少使用
先进先出算法（First-In First-Out ，FIFO）： 选择最早装入主存的页作为被替换的页。
配置计数器字段 虽然利用历史信息，但不一定反映出程序的局部性
段式管理优缺点
优点
程序的模块化性能好 便于程序和数据的共享 程序的动态链接和调度比较容易 便于实现信息保护
缺点
地址变换所花费的时间比较长，做两次加法运算 主存储器的利用率往往比较低 对辅存（磁盘存储器）的管理比较困难
段分配算法
首先分配：顺序扫描可用区域表，当找 到第一个不小于调 入段长度的可用区时， 立即分配。
每 页 4KB 0 段 (12K) 页表长度 页表地址 3 3 1 段 (10K) 2
0段0页 0段1页 0段2页 0 段页表 1段0页 1段1页
段表
1段2页 1 段页表
2 段 (5K)
2段0页 2段1页
用户程序
2 段页表
主存储器
段页式虚拟存储器的地址映象
地址变换方法：
先查段表，得到该程序段的页表起始地址和 页表长度 再查页表找到要访问的主存实页号 最后把实页号p与页内偏移d拼接得到主存的 实地址。
段式管理
段为程序的逻辑单位 段表，本身也是段，常驻内存，也可以在辅存， 需要时调入主存。
段表结构： 段名、地址、装入位、段长、访问方式。 段表基址寄存器：指明段表的启始地址。
能使大程序分模块编制，并行编程，缩短时间 便于几道程序共用已在内存内的程序和数据； 各段是按其逻辑特点组合的，容易以段为单位 实现存储保护。人工建立。
最佳分配：先扫描全部可用区域表，然 后寻找一个可用区进行分配，使之分配 后段间可用区零头最小。
举例
0 0.5k
主存
1k A
程序
D
0
主存
A
0
主存
A
3k
3k
2.5k
7k 8k 10k
E
4k 6.5k 7k 8k
D E B F
3k
5.5k 7k 8k 9k 10k
E
B 2k C F
B
D
C
10k
C
(a)需依次调入 D、E、F段
地址变换的原则
减少实页冲突 硬件少、成本低 实现方便、变换速度快。
由于虚存空间远远大于实存空间，因此 页式虚拟存储器常采用全相联映像。
全相联映像
任何虚页可以映象装入到任何实页位置。冲 突概率最低。 虚存
页0
每道程序任何 虚页可映像到 任何实页位置
主存