实现地址转换的硬件机构

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实现地址转换的硬件机构

一、基本地址变换机构
1.硬件：
设置一个页表寄存器，存放页表在内存中的起始地址与页表长度。
2.执行过程：
进程未执行时，页表起始地址和长度存放在进程控制块(PCB)中;进程被调度时，OS内核会将其放入页表寄存器中。
3.具体实现：
有两次访问内存-第一次查页表(页号是否合法)，第二次-访问目标内存单元(访问物理内存对应的内存单元)

二、具有快表的地址变换机构
1.相关概念
快表-联想寄存器(TLB),一种访问速度比内存快很多的高速缓存，存放最近访问页表项的副本，可加速地址变换。
慢表-相对TLB，内存中的页表
TLB-只存储页表项副本，Cache-会存储各种数据的副本

2.地址变换
由逻辑地址得到页号与页内偏移量，将页号与快表内的页号进行比较。
若命中(快表中有副本)，只需一次直接访问内存即可。
若未命中(快表中无副本)，需要访问内存中页表，通过基本地址变换得到物理地址，需要两次访存，相当于基本地址变换
要对快表进行更新，存入快表，实现快表与慢表的内容 同步

3.局部性原理
时间局部性-指令被多次访问执行(循环)
空间局部性-多次访某些存储单元(数据在内存中连续存放)
频繁查询某些页表项，引入快表。
三、两级页表
1.目的
解决单级页表必须要连续存放所有页表的问题
2.原理
解决大页表连续存放问题：
将整个页表项拆成多个小页表(二级页表)，新生成一个总页表(一级页表)记录小页表的页号与块号
逻辑地址=一级页号+二级页号+页内偏移量

解决整个页表常驻内存问题：
采用虚拟存储技术，需要访问页面时才调入内存。页表项中增加一个标志位，标记是否调入内存。若访问页面不在内存中，产生缺页中断(内中断)，将目标页面从外存调入内存。
3.地址变换

4.注意事项
采用多级页表机制，各级页表大小不能超过一个页面。
在没有快表机构下，两级页表的访存次数分析：
第一次访存-访问内存中的页目录表
第二次访存-访问内存中的二级页表
第三次访存-访问目标内存单元