端到端的地址翻译

端到端的地址翻译

高速缓冲存储器（假设CPU与主存之间只有一个高速缓存）

一般结构

考虑一个计算机系统物理地址有m位，形成M = 2^m个不同地址。如图（a）所示，一个机器的高速缓存被组织为S = 2^s个高速缓存组。每行包括一个B = 2^b字节的数据块和一个有效位（该行内数据是否依然有效，即若有效位为0，该行就不能读取行内数据但是可以存入数据块）、一个标记位（大小为t = m - s - b）。

• 直接映射高速缓冲存储器：每组只有一行
• 全相连高速缓冲存储器：只有一组
• E路组相连高速缓冲存储器： 每组E行
  

地址翻译（考虑一个字节）

如图（B）

• S：组号
• T：标记位，同一组中区分不同行
• B：块偏移，目标行内的偏移量
  当且仅当该行的标记位与地址中标记位相同且设置了有效位，该行内才存在目标字节
  如若不命中则去下一层次的存储器中寻找

虚拟内存

虚拟内存是抽象概念，是CPU操作的地址对象
虚拟内存地址并不是对应着磁盘中的内存地址

地址空间

地址空间：一个非负整数地址的有序集合。
一个数据对象可以有多个独立的地址，这些独立的地址来自于不同的地址空间。（同一个数据对象在不同的地址空间中有着不同的地址）

页表

页表作为翻译虚拟地址的工具存储在主存中，每一个虚拟地址对应着一个页表条目，一个条目包括一个有效位（若为1，则该虚拟页已被缓存在内存），和一个地址区域（若该区域为空，则代表该虚拟地址尚未被分配，若有效位为1，则表示物理页号，若有效位为0，则表示磁盘地址）

为了提高寻址速度，在CPU中存在一个TLB（翻译后备缓冲器），可类比于高速缓冲存储器理解，TLB作为主存中的页表在CPU中的缓冲。
虚拟页号 = TLB标记位 + TLB索引位（因每一行中只存一个页表条目，所以不需要偏移位）

地址翻译

虚拟地址 = 虚拟页号 + 虚拟页偏移
物理地址 = 物理页号 + 物理页偏移
一个虚拟页或物理页表示一个数据块，因为页作为不同存储器之间传输的单位，所以很容易理解，虚拟页大小于物理页大小一致。所以地址翻译时，两者之间的页偏移是一致的。

端到端的地址翻译

如若页表中标记位为0（页表不命中），则触发故障异常，将会到磁盘中寻找目标数据，将其替换到内存，然后回到触发异常的位置继续执行。