㈠ 构造虚拟储存器必须具备哪些条件
cache存储器、主存和辅存是构成虚拟存储器的重要部分,cache和主存构成了系统的内存,而主存和辅存依靠辅助软硬件的支持构成了虚拟存储器。
一、异构体系
从虚存的概念可以看出,主存-辅存的访问机制与cache-主存的访问机制是类似的。这是由cache存储器、主存和辅存构成的三级存储体系中的两个层次。cache和主存之间以及主存和辅存之间分别有辅助硬件和辅助软硬件负责地址变换与管理,以便各级存储器能够组成有机的三级存储体系。cache和主存构成了系统的内存,而主存和辅存依靠辅助软硬件的支持构成了虚拟存储器。
在三级存储体系中,cache-主存和主存-辅存这两个存储层次有许多相同点:
(1)出发点相同:二者都是为了提高存储系统的性能价格比而构造的分层存储体系,都力图使存储系统的性能接近高速存储器,而价格和容量接近低速存储器。
(2)原理相同:都是利用了程序运行时的局部性原理把最近常用的信息块从相对慢速而大容量的存储器调入相对高速而小容量的存储器。
但cache-主存和主存-辅存这两个存储层次也有许多不同之处:
(1)侧重点不同:cache主要解决主存与CPU的速度差异问题;而就性能价格比的提高而言,虚存主要是解决存储容量问题,另外还包括存储管理、主存分配和存储保护等方面。
(2)数据通路不同:CPU与cache和主存之间均有直接访问通路,cache不命中时可直接访问主存;而虚存所依赖的辅存与CPU之间不存在直接的数据通路,当主存不命中时只能通过调页解决,CPU最终还是要访问主存。
(3)透明性不同:cache的管理完全由硬件完成,对系统程序员和应用程序员均透明;而虚存管理由软件(操作系统)和硬件共同完成,由于软件的介入,虚存对实现存储管理的系统程序员不透明,而只对应用程序员透明(段式和段页式管理对应用程序员"半透明")。
(4)未命中时的损失不同:由于主存的存取时间是cache的存取时间的5~10倍,而主存的存取速度通常比辅存的存取速度快上千倍,故主存未命中时系统的性能损失要远大于cache未命中时的损失。
二、关键问题
(1)调度问题:决定哪些程序和数据应被调入主存。
(2)地址映射问题:在访问主存时把虚地址变为主存物理地址(这一过程称为内地址变换);在访问辅存时把虚地址变成辅存的物理地址(这一过程称为外地址变换),以便换页。此外还要解决主存分配、存储保护与程序再定位等问题。
(3)替换问题:决定哪些程序和数据应被调出主存。
(4)更新问题:确保主存与辅存的一致性。
在操作系统的控制下,硬件和系统软件为用户解决了上述问题,从而使应用程序的编程大大简化。
三、工作原理
虚拟存储器是由硬件和操作系统自动实现存储信息调度和管理的。它的工作过程包括6个步骤:
①中央处理器访问主存的逻辑地址分解成组号a和组内地址b,并对组号a进行地址变换,即将逻辑组号a作为索引,查地址变换表,以确定该组信息是否存放在主存内。
②如该组号已在主存内,则转而执行④;如果该组号不在主存内,则检查主存中是否有空闲区,如果没有,便将某个暂时不用的组调出送往辅存,以便将这组信息调入主存。
③从辅存读出所要的组,并送到主存空闲区,然后将那个空闲的物理组号a和逻辑组号a登录在地址变换表中。
④从地址变换表读出与逻辑组号a对应的物理组号a。
⑤从物理组号a和组内字节地址b得到物理地址。
⑥根据物理地址从主存中存取必要的信息。
㈡ cache和虚拟存储器在原理和功能上有何相同点和不同点
首先,他们都是存储器,这是他们主要的相同点。
通常人们所说的Cache就是指缓存SRAM。 SRAM叫静态内存,“静态”指的是当我们将一笔数据写入SRAM后,除非重新写入新数据或关闭电源,否则写入的数据保持不变。由于CPU的速度比内存和硬盘的速度要快得多,所以在存取数据时会使CPU等待,影响计算机的速度。SRAM的存取速度比其它内存和硬盘都要快,所以它被用作电脑的高速缓存(Cache)。
有了高速缓存,可以先把数据预写到其中,需要时直接从它读出,这就缩短了CPU的等待时间。高速缓存之所以能提高系统的速度是基于一种统计规律,主板上的控制系统会自动统计内存中哪些数据会被频繁的使用,就把这些数据存在高速缓存中,CPU要访问这些数据时,就会先到Cache中去找,从而提高整体的运行速度。一般说来,256K的高速缓存能使整机速度平均提高10%左右
所谓虚拟存储器就是 把内外存统一起来使用,起基本思想是把正在是用的部分保留在内存中。把暂时不用的部分防在外村中,使用时调入内存,虚拟存储器的容量与cpu的地址结构有关,如奔腾的地址位是32位,那么他的寻址空间就是2的32次方,4GB,就是说他的最大寻址空间是4GB。
㈢ 关于虚拟存储器的与cache的问题
常见的三级存储体系(从CPU往外)是:Cache、主存、外存。 主存储器用来存放需CPU运行的程序和数据。用半导体RAM构成,常包含少部分ROM。可由CPU直接编程访问,采取随机存取方式,即:可按某个随机地址直接访问任一单元(不需顺序寻找),存取时间与地址无关。存储容量较大,常用字节数表示,有时也用单元数×位数表示。速度较快,以存取周期表示。 Cache位于CPU与主存之间(有些Cache集在CPU芯片之中),用来存放当前运行的程序和数据,它的内容是主存某些局部区域(页)的复制品。它用快速的半导体RAM构成,采取随机存取方式。存储容量较小而速度最快。 外存储器用来存放暂不运行但需联机存放的程序和数据。用磁盘、光盘、磁带等构成,磁盘用于需频繁访问场合,光盘目前多用于提供系统软件,而磁带多用于较大系统的备份。CPU不能直接编址访问外存,而是将它当作外围设备调用。磁带采取顺序存取方式。磁盘与光盘采取直接存取(半顺序)方式,先直接定位到某个局部区域,再在其中顺序存取。外存容量可以很大,以字节数表示。由于外存的存取时间与数据所在位置有关,所以不能用统一的存取周期指标来表示。例如磁盘的速度指标可按其工作过程分成三个阶段描述:①平均寻道时间②平均旋转延迟...
㈣ 急!!!cache和虚拟存储器在原理和功能上有什么相同和不同。
正确答案:
相同处是都利用了程序局部性原理,把程序划分为许多信息块,运行时能自动地把信息块从慢速存储器向快速存储器调度,信息块调度都采用一定的替换策略以提高继续运行时的命中率。它们采用的地址变换、地址映象方式和替换算法是相同的。
不同处是CACHE用于弥补主存与CPU之间的速度差异,而虚存用于弥补主存容量的不足;CACHE每次传送的信息块是定长的,只有几十个字节。虚存的信息块可定长(页)的,也可是不定长的(段),长度也比较大;CPU可直接访问CACHE,但不能直接访问辅存;CACHE的信息交换过程全由硬件实现,主辅存间的信息交换则通过辅助硬件与存储管理软件来完成。
2、答:一次重叠把一条指令解释的过程分解成两个过程,而流水则把指令的解释分解为更多的过程;一次重叠可同时解释两条指令,而流水则可解释多条命令;一次重叠是流水的特征。
3、答:由三部分组成:(1)外部设备:是围绕主机而设置的各种信息媒体转换的传递的设备。(2)设备控制器与接口:控制主机与外部设备之间的信息格式转换、交换过程及外部设备运行状态的硬、软件,也叫设备适配器,它与外部设备的特性有关。(3)I/O总线:是主机与外部设备之间的信息传送通路。
从使用角度,可分成人-机交互设备,如键盘、打印机、显示器等;机-机通信设备,如MODEM等;计算机信息的驻在设备,如磁盘、光盘、磁带等。