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虚拟存储器

2019-05-16  本文已影响22人  madao756

前言:继续底层一点的知识。

neo 真帅

一切都要从为什么要分页开始

为什么要分页

啥是页?记得我们在程序的链接中画的那个图吗?

由于程序的局部特性,在运行的时候,没有把所有程序代码(可执行文件)一次性直接加载到主存中。每次只用执行代码的一部分(这就是分页)。这样就可以节省主存资源,在主存中放入更多的程序

一些基本概念

在上一节中,我们搞清楚了:页就是可执行文件的一部分。

这一节中我们得弄清楚一些基本概念:

详细介绍「页表」

简单来说,页表用来做虚拟地址物理地址的映射。页表存储在主存中,而有一个保存页表地址的「页表基址寄存器」。

其实用一张图就能表示虚拟存储技术的实质。

页表结构

既然是表,那么就有表项,每个表项都会记录对应代码、数据块的信息。

图中:

在开始详细的例子之前,我们还得理解一个结构(TLB)

详解 TLB(Translation Look-Aside Buffers)

在之前说 Cache 的时候,我们说,假设 CPU 给的是主存的物理地址。但是在我们学习的时候我们知道,主存给的是虚拟地址。

虚拟地址怎么得到物理地址?去页表中找

但是我们知道页表存在主存中,访问主存又太慢了,所以在 Cache 中有这样一张 TLB 的表。帮助快速找到物理地址。

把经常要查的页表项放到 Cache 中,这种在 Cache 中的页表项组成的页表称为 Translation Lookaside Buffer 或者 TLB(快表)

又说到表了,逃不开的表项

这里有两点要注意的:

好了现在可以完全理解 CPU 访问存储的过程了

CPU 访存的过程

用一张图表示就是这样:

举个具体栗子

由于页大小是 64B。按字节编址,就有 64 个块内地址。所以块内地址 6 位。虚拟页 8 位。物理页 6 位

第一问结束,第二问

首先,解释什么是 TLBT 和 TLBI

第二问结束,第三问

主存地址 = 块群地址 + 块群内块地址 + 块内地址

所以块内地址 = 2 位

由于是直接映射:也就是块群大小是 16。所以块群内块地址的 = 4 位。最后相减得到块群地址 = 6 位

第三问结束,最后一问

TLBT = 0x3 哪一个块群

TLBI = 0x3 块群的那一块

TLBT 要对 TLB 表中的组数取余,决定放哪个组。这里对 4 取余。得到 3。

所以是第三组的第三个数据,代表着我要的数据,查表得到

Y,最后返回 0X0D。

得到 PPN 是 0D。以后,拓展成 12 位:

001101 0101 00

已知前面 6 位是 Catch Tag 后四位 0101 是 Catch Index.也就是说这个数据在 Idx 5 处

对比 Tag 相同。

由于是小端方式。 00 是低位地址,也就是 36。要取 16 位的数据。

所以最后得到:0x7236

......好难....终于写完

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