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处理器-存储管理

you的日常 2022-02-10 阅读 58
硬件工程

处理器的存储管理部件(Memory Management Unit,MMU)

支持 虚实地址转换,多进程空间等功能,是通用处理器体现“通用”的重要单元

1.1 虚拟存储的基本原理
Define:虚拟存储是实现以进程为单位的虚拟地址空间到统一的系统物理地址空间映射的一种机制。将物理内存和硬盘的交换区变成一个统一的存储器,供给进程使用,物理内存有点像磁盘的cache,由操作系统来实现,操作系统以页为单位进行地址转换。
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1. 虚拟存储技术可以为进程提供比物理内存大得多的寻址空间,每个进程在其独立的寻址空间,不同进程的虚拟空间不会相互影响(多进程环境下,每个进程可以有独立的编程空间,程序员不需要考虑繁琐的物理内存分配问题)。
2. 处理器额操作系统会自动完成从虚拟地址到物理地址的转换以及数据在内存和硬盘交换(Swap)区的交换。另外虚拟存储还支持多进程环境下的内存的共享与保护,即每个进程之间可以共享数据,并得到必要的保护。
3. TLB(translation Lookaside Buffer, TLB)用以实现快速的虚实地址转换,TLB 也成为页表缓存和快表,用以存储当前存储器最常访问页的页表。相当于操作系统的页表的一个高速缓存,因此地址转换的时候,如果命中可以快速进行转换,不需要去查找整个页表。总的来说,TLB干两件事,一是完成地址好的虚实转换,二是判断访问是否有效。
4. TLB由若干表项组成,采用全相联或者组相联结构,其每一项包括进程号虚页号物理页号有效位保护位
5. 虚实地址转换过程。每个虚地址分为两部分,高位部分为虚页号(virtual page number), 低位部分为页内偏移(page offset),使用vpn去访问TLB或者页表,转换后得到物理帧号(Physical Frame Number,PFN),物理帧号再和页内偏移组成物理地址
Virtual Page Number–>Physical Frame Number, PFN+ Page offset 组成物理地址。

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