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  第5题      
  知识点:   存储器   虚拟存储管理基本概念   虚拟存储器
  关键词:   虚拟存储器   存储器   虚拟存储        章/节:   计算机硬件知识   计算机软件知识       

 
计算机中采用虚拟存储器的目的是( )。
 
 
  A.  提高访问外存的速度
 
  B.  提高访问内存的速度
 
  C.  扩大外存的寻址空间
 
  D.  扩大内存的寻址空间
 
 
 

 
  第4题    2015年上半年  
   23%
掉电后存储在(4)中的数据会丢失。
  第13题    2020年下半年  
   54%
某分页存储管理系统中的地址结构如下图所示。若系统以字节编址,则该系统的页面个数和页面大小分别为(13) 。
  第5题    2011年上半年  
   37%
以下关于段式存储管理的叙述中不正确的是(5)。
 
  第4题    2012年上半年  
   46%
将内存与外存有机结合起来使用的存储器通常称为(4)。
  第4题    2018年上半年  
   77%
在计算机系统的存储层次结构中,能被CPU中的计算单元和控制单元以最快速度来使用的是( )。
 
   知识点讲解    
   · 存储器    · 虚拟存储管理基本概念    · 虚拟存储器
 
       存储器
        存储器是存放二进制形式信息的部件。在计算机中它的主要功能是存放程序和数据。程序是计算机操作的依据,数据是计算机操作的对象。不论是程序和数据,在存储器中都以二进制形式的“1”或“0”表示,统称为信息。我们可以对存储器中的内容进行读或写操作。
        按存储器在计算机中的功能分类:
        (1)高速缓冲存储器(Cache)。目前由双极型半导体组成,构成计算机系统中的一个高速小容量存储器。其存取速度能接近CPU的工作速度,用来临时存放指令和数据。
        (2)主存储器。主存储器是计算机系统中的重要部件,用来存放计算机运行时的大量程序和数据,主存储器目前一般用MOS半导体存储器构成。
        CPU能够直接访问的存储器称内存储器,高速缓存和主存都是内存储器。在配置了高速缓存的计算机内,主存储器和高速缓存之间要不断交换数据。
        如果计算机没有配置高速缓存,内存储器就是主存储器,两个名称可以换用。
        (3)辅助存储器。辅助存储器又称外存储器。外存储器主要由磁表面存储器组成,近年来,光存储器应用已很广泛,渐渐成为一种重要的辅助存储器。外存储器的内容需要调入主存后才能被CPU访问。外存储器的特点是容量大,所以可存放大量的程序和数据。
 
       虚拟存储管理基本概念
        在前面介绍的各种存储管理方式中,必须为作业分配足够的存储空间,以装入有关作业的全部信息,当然作业的大小不能超出主存的可用空间,否则这个作业是无法运行的。但当把有关作业的全部信息都装入主存储器后,作业执行时实际上不是同时使用全部信息的,有些部分运行一遍便再也不用,甚至有些部分在作业执行的整个过程中都不会被使用到(如错误处理部分)。进程在运行时不用的,或暂时不用的,或某种条件下才用的程序和数据,全部驻留于内存中是对宝贵的主存资源的一种浪费,大大降低了主存利用率。于是,提出了这样的问题:作业提交时,先全部进入辅助存储器,作业投入运行时,能否不把作业的全部信息同时装入主存储器,而是将其中当前使用部分先装入主存储器,其余暂时不用的部分先存放在作为主存扩充的辅助存储器中,待用到这些信息时,再由系统自动把它们装入到主存储器中,这就是虚拟存储器的基本思路。如果“部分装入、部分对换”这个问题能解决的话,那么当主存空间小于作业需要量时,这个作业也能执行;更进一步,多个作业存储总量超出主存总容量时,也可以把它们全部装入主存,实现多道程序运行。这样,不仅使主存空间能充分地被利用,而且用户编制程序时可以不必考虑主存储器的实际容量,允许用户的逻辑地址空间大于主存储器的绝对地址空间。对于用户来说,好像计算机系统具有一个容量很大的主存储器,把它称做为“虚拟存储器”(Virtual Memory)。
        对虚拟存储器的定义如下:具有部分装入和部分对换功能,能从逻辑上对内存容量进行大幅度扩充,使用方便的一种存储器系统。实际上是为扩大主存而采用的一种设计技巧。虚拟存储器的容量与主存大小无关。虚拟存储器的实现对用户来说是感觉不到的,他们总以为有足够的主存空间可容纳他的作业。
 
       虚拟存储器
        所谓虚拟存储技术,即在内存中保留一部分程序或数据,在外存(硬盘)中放置整个地址空间的副本。程序运行过程中可以随机访问内存中的数据或程序,但需要的程序或数据不在内存时,就将内存中部分内容根据情况写回外存,然后从外存调入所需程序或数据,实现作业内部的局部对换,从而允许程序的地址空间大于实际分配的存储区域。它在内存和外存之间建立了层次关系,使得程序能够像访问主存一样访问外存,主要用于解决计算机主存储器的容量不足的问题。其逻辑容量由主存和外存容量之和,以及CPU可寻址的范围来决定,其运行速度接近于主存速度,成本也较少。可见,虚拟存储技术是一种性能非常优越的存储器管理技术,故被广泛地应用于大、中、小型计算机和微型机中。
        虚拟存储器允许用户用比主存容量大得多的地址空间来编程,以运行比主存实际容量大得多的程序。用户编程所用的地址称为逻辑地址(又称虚地址),而实际的主存地址则称为物理地址(又称实地址)。每次访问内存时都要进行逻辑地址到物理地址的转换。实际上,超过主存实际容量的那些程序和数据是存放在辅助存储器中的,当使用时再由辅存调入。地址变换及主存和辅存间的信息动态调度是由硬件和操作系统两者配合完成的。
               虚拟存储器的分类
               虚拟存储器可以分为单一连续分区、固定分区、可变分区、可重定位分区、非请求分页式、请求分页式和段页式。
               (1)单一连续分区。把所有用户区都分配给唯一的用户作业,当作业被调度时,进程全部进入内存,一旦完成,所有主存恢复空闲,因此它不支持多道程序设计。
               (2)固定分区。这是支持多道程序设计的最简单的存储管理方法,它把主存划分成若干个固定的、大小不同的分区,每个分区能够装入一个作业,分区的大小是固定的,算法简单,但是容易生成较多的存储器碎片。
               (3)可变分区。引入可变分区后虽然主存分配更灵活,也提高了主存利用率,但是由于系统在不断的分配和回收中,必定会出现一些不连续的小的空闲区,尽管这些小的空闲区的总和超过某一个作业要求的空间,但是由于不连续而无法分配,因此产生了碎片。解决碎片的方法是拼接(或称紧凑),即向一个方向(例如向低地址端)移动已分配的作业,使那些零散的小空闲区在另一方向连成一片。分区的拼接技术,一方面要求能够对作业进行重定位,另一方面系统在拼接时要耗费较多的时间。
               (4)可重定位分区。这是克服固定分区碎片问题的一种存储分配方法,它能够把相邻的空闲存储空间合并成一个完整的空闲区,还能够整理存储器内各个作业的存储位置,以达到消除存储碎片和紧缩存储空间的目的。紧缩工作需要花费大量的时间和系统资源。
               (5)非请求分页式。非请求分页式将存储空间和作业的地址空间分成若干个等分部分。在分页时,要求把进程所需要的页面全部调入主存后作业方能运行,因此当内存可用空间小于作业所需的地址空间时,作业无法运行。它克服了分区存储管理中碎片多和紧缩处理时间长的缺点,支持多道程序设计,但不支持虚拟存储。
               (6)请求分页式。非请求分页式将存储空间和作业的地址空间分成若干个等分部分,当进程需要用到某个页面时将该页面调入主存,把那些暂时无关的页面留在主存外。它支持虚拟存储,克服了分区存储管理中碎片多和紧缩处理时间长的缺点,支持多道程序设计,但是它不能实现对最自然的以段为单位的共享与存储保护(因为程序通常是以段为单位划分的,所以以段为单位最自然)。
               (7)段页式。这是分段式和分页式结合的存储管理方法,充分利用了分段管理和分页管理的优点。作业按逻辑结构分段,段内分页,内存分块。作业只需部分页装入即可运行,所以支持虚拟存储,可实现动态连接和装配。
               局部性原理
               虚拟存储管理的理论基础是程序的局部性原理。
               程序局部性原理是指程序在执行时呈现出局部性规律,即在一段时间内,程序的执行仅限于程序的某一部分。相应地,执行所访问的存储空间也局限于某个内存区域。局部性又表现为时间局部性和空间局部性。时间局部性是指如果程序中的某条指令一旦执行,则不久以后该指令可能再次执行;如果某数据被访问,则不久以后该数据可能再次被访问。空间局部性是指一旦程序访问了某个存储单元,则不久之后,其附近的存储单元也将被访问。
               根据程序的局部性理论,Denning提出了工作集理论。工作集是指进程运行时被频繁访问的页面集合。显然只要使程序的工作集全部在内存(主存储器)当中,就可以大大减少进程的缺页次数;否则会使进程在运行中频繁出现缺页中断,从而出现频繁的页面调入/调出现象,造成系统性能下降,甚至出现“抖动”。
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第5题    在手机中做本题