汤小丹 操作系统 第四版 第四章 课件
第四章 存 储 器 管 理
4.1 存储器的层次结构
在计算机执行时，几乎每一条指令都涉及对存储器的访 问，因此要求对存储器的访问速度能跟得上处理机的运行速 度。或者说，存储器的速度必须非常快，能与处理机的速度 相匹配，否则会明显地影响到处理机的运行。此外还要求存 储器具有非常大的容量，而且存储器的价格还应很便宜。
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4.1.1 多层结构的存储器系统 1. 存储器的多层结构 对于通用计算机而言，存储层次至少应具有三级：最高
层为CPU寄存器，中间为主存，最底层是辅存。在较高档的 计算机中，还可以根据具体的功能细分为寄存器、高速缓存、 主存储器、磁盘缓存、固定磁盘、可移动存储介质等6层。 如图4-1所示。
Secondary storage is recorded magnetically and does not disappear when the power goes off.Disk and magetic tapes are examples of secondary storage media that can hold programs and data permanently,ready to be called into the CPU's memory when needed
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Primary storage is used for temporarily storing programs and data while processing is occurring.Remember,however,that primary storage is volatile--whatever was in it will disappear when the power goes off.Long-term,semi-permanent data storage is referred to as secondary storage.
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2. 可执行存储器 在计算机系统的存储层次中，寄存器和主存储器又被称 为可执行存储器。对于存放于其中的信息，与存放于辅存中 的信息相比较而言，计算机所采用的访问机制是不同的，所 需耗费的时间也是不同的。进程可以在很少的时钟周期内使 用一条load或store指令对可执行存储器进行访问。但对辅存 的访问则需要通过I/O设备实现，因此，在访问中将涉及到 中断、设备驱动程序以及物理设备的运行，所需耗费的时间 远远高于访问可执行存储器的时间，一般相差3个数量级甚 至更多。
9பைடு நூலகம்
第四章 存 储 器 管 理 10
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2. 磁盘缓存 由于目前磁盘的I/O速度远低于对主存的访问速度，为 了缓和两者之间在速度上的不匹配，而设置了磁盘缓存，主 要用于暂时存放频繁使用的一部分磁盘数据和信息，以减少 访问磁盘的次数。但磁盘缓存与高速缓存不同，它本身并不 是一种实际存在的存储器，而是利用主存中的部分存储空间 暂时存放从磁盘中读出(或写入)的信息。主存也可以看作是 辅存的高速缓存，因为，辅存中的数据必须复制到主存方能 使用，反之，数据也必须先存在主存中，才能输出到辅存。
用于保存进程运行时的程序和数据，也称可执行存储器。由 于主存储器访问速度远低于CPU执行指令的速度，为缓和这 一矛盾，在计算机系统中引入了寄存器和高速缓存。
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2. 寄存器 寄存器具有与处理机相同的速度，故对寄存器的访问速 度最快，完全能与CPU协调工作，但价格却十分昂贵，因此 容量不可能做得很大。
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图4-1 计算机系统存储层次示意
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在存储器层次中，层次越高（越靠近CPU），存储介质 的访问速度越快，价格也越高，相对所配置的存储容量也越 小。其中，寄存器，高速缓存、主存储器和磁盘缓存均属于 操作系统存储管理的管辖范畴，掉电后它们中存储的信息不 再存在。而底层的固定磁盘和可移动存储介质则属于设备管 理的管辖范畴，它们存储的信息将被长期保存。
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A CPU has three componts:the control unit,the arithmeticlogic unit,and main memory or primary storage.
Primary storage,or main memory,holds instructions and data needed for puter main memory is typically on computer chips that are volatile,which means that data held there disappears when the computer is turned off or loses power.
A small number of micros use magnetic bubbles for main memory rather than microprocessor chips;this type of memory is nonvolatile,meaning that data stored in it can be retained for some time even after the power is shut off.
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注意：操作系统的存储管理负责对可执行存储器的分配 、回收，以及提供在存储层次间数据移动的管理机制，例如 主存与磁盘缓存、高速缓存与主存间的数据移动等。而设备 和文件管理则根据用户的需求，提供对辅存的管理机制。
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4.1.2 主存储器与寄存器 1. 主存储器 主存储器简称内存或主存，是计算机系统中的主要部件，