計算機等級考試三級數(shù)據(jù)庫考試要點：第一章

5.虛擬存儲的概念、作用和工作過程
（1）虛擬存儲的概念、作用
一般將由主存和部分輔存組成的存儲結構稱為虛擬存儲器，其對應的存儲地址稱為虛擬地址（邏輯地址），其對應的存儲容量稱為虛擬容量。將實際主存地址稱為物理地址或實地址，主存的容量稱為實存容量。
當用虛擬地址訪問主存時，系統(tǒng)首先查看所用虛擬地址對應的單元內容是否已裝入主存。如果在主存中，可以通過輔助軟、硬件自動把虛擬地址變成主存的物理地址后，對主存相應單元進行訪問。如果不在主存中，通過輔助的軟、硬件將虛擬地址對應的內容調入主存中，然后再進行訪問。因此，對虛擬存儲器的每次訪問都必須進行虛實地址的變換。
虛擬存儲器的作用是擴大整個主存的容量，允許在程序中使用比主存容量大得多的虛擬存儲器。同時可以減輕人們編程中對程度進行分塊的苦惱，從而提高軟件開發(fā)的效率。虛擬存儲器是實現(xiàn)利用小容量的主存運行大規(guī)模的程序的一種有效的辦法。盡管實現(xiàn)虛擬存儲要增加一些額外的投資和軟件開銷，虛擬存儲技術在各種計算機系統(tǒng)中仍得到了廣泛的應用。
虛擬存儲器必須建立在主存-輔存結構上，但一般的主存-輔存系統(tǒng)并不一定是虛擬存儲器，虛擬存儲器與一般的主存-輔存系統(tǒng)的本質區(qū)別是:
①虛擬存儲器允許人們使用比主存容量大得多的地址空間來訪問主存，非虛擬存儲器最多只允許人們使用主存的整個空間，一般只允許使用操作系統(tǒng)分配的主存中的某一部分空間。
②虛擬存儲器每次訪問主存時必須進行虛、實地址的變換，而非虛擬存儲系統(tǒng)則不必變換。
（2）虛擬存儲的工作原理
虛擬存儲技術，實際上是將編寫程序時所用的虛擬地址（邏輯地址）轉換成較小的物理地址。在程序運行時隨時進行這種變換。為了便于主存與輔存之間信息的交換，虛擬存儲器一般采用二維或三維的復合地址格式。采用二維地址格式時，將整個存儲器劃分為若干頁（或段），每個頁（或段）又包括若干存儲單元。采用三維地址格式時將整個存儲空間分為若干段，每段分為若干頁，每頁又包括若干存儲單元。根據(jù)地址格式不同，虛擬存儲器分為:頁式虛擬存儲器、段式虛擬存儲器和段頁式虛擬存儲器。
在虛擬存儲器中邏輯地址與物理地址之間的對應稱為地址映象。通常有三種地址映象的方式:全相聯(lián)映象、直接映象和組相聯(lián)映象。①全相聯(lián)映象
任一邏輯頁能映象到實際主存的任意頁面位置稱為全相聯(lián)映象，通常利用頁表法進行地址間的變換。
②直接映象
每個邏輯頁只能映象到一個特定頁面的方式稱為直接映象。如主存實際有2 P 頁，虛擬存儲器的邏輯空間有2 P 頁，則將邏輯空間按物理空間大小分為2 P -P塊，塊內各頁只能映象到主存的相應頁中。即所有各塊的第0頁對應主存的第0頁，各塊的第n頁對應主存的第n頁。若程序需要輪流使用第i塊和第j塊的第m頁，只能將兩頁交替在主存和輔存之間調入調出，形成存儲頁面的“抖動”。③組相聯(lián)映象
組相聯(lián)映象方法是先按直接映象方法將虛擬存儲空間（邏輯空間）分成若干塊，在主存和邏輯空間中的各塊內劃分為若干組，每個組間按直接映象方法控制�？梢赃@樣理解，如果將組相聯(lián)映象方法中的組按直接映象方法的頁來看待，組相聯(lián)方法與直接映象方法相同，邏輯空間的各組內的頁只能與對應的物理空間組相聯(lián)。但在組內各頁與物理空間的頁面之間采用全相聯(lián)映象方法處理。因此，可以認為組相聯(lián)映象是全相聯(lián)映象和直接映象方法的結合。
6.緩沖技術使用
緩沖技術就是為緩解慢速設備對整個計算機系統(tǒng)速度的影響，在計算機的某些部件中劃定一塊區(qū)域，模擬慢速設備的操作，將對慢速設備的操作先存放在此區(qū)域中，其他部件完成這一操作后可以繼續(xù)其他工作，而慢速設備可以用自己的速度逐漸完成相應的操作。做為中間緩沖的區(qū)域稱為緩沖區(qū)，相應的技術稱為緩沖技術。
在整個存儲體系的組織中，緩沖技術成為解決容量與速度之間矛盾的主要方法。實際上在計算機系統(tǒng)中緩沖技術解決了許多難題，促進了計算機系統(tǒng)的發(fā)展。在存儲體系中，緩沖技術主要體現(xiàn)在Cache的應用和磁盤緩沖的使用。
（1）Cache的原理和作用
Cache的工作原理基于對大量典型程序運行實例的分析。分析結果表明，在較短的時間間隔內，由程序產(chǎn)生的地址往往集中在存儲器邏輯地址空間很小的范圍內。指令地址的分布又是連續(xù)的，加上循環(huán)程序和子程序段的重復執(zhí)行，對這些地址的訪問自然具有時間上集中分布的傾向。這種對局部范圍的存儲器地址頻繁訪問，而對此范圍外的地址訪問甚少的現(xiàn)象稱為程序訪問的局部性。程序訪問的局部性為Cache的引入提供了理論依據(jù)。
Cache是緩沖技術在存儲體系中的一個具體應用。Cache處于主存與CPU之間，負責解決主存與CPU之間速度的協(xié)調問題。Cache中存放著主存的一部分副本（主存中的部分內容），當存儲器接到有關讀取指令時，先在Cache中查找此信息是否存在，若有則不經(jīng)主存直接從Cache中取出;否則直接從主存中取出，同時寫入Cache，以備再次使用。當向存儲器寫入內容時，由輔助硬件采用各種方法保證主存中的內容同Cache中的內容保持一致。

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