第12讲 高速缓存工作原理.ppt

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1、第12讲高速缓冲存储器工作原理一.Cache的工作原理CPU主存地址索引机构Cache高位地址低位地址段(页)地址地址总线数据总线1.全关联方式缓冲器：32KB，分为128页，每页256个字节主存：地址线24位，16MB，以256个字节划分为一页页地址页内地址23870FFFF0001…000016位/项共128项地址索引…256字节/页共128页高速缓存页号01126127……16MB主存FFFFFFFE页号00010000FF-00FF-00页内地址FF-00FF-002.直接映射方式页地址页内地址23870001000…1FF000地址索

2、引…高速缓存页号01126127…0页1页…126页127页511段主存0段段地址1514127页…0页……标记标记…标记地址索引0组标记标记…标记15组……0页1页…7页高速缓存0页1页…7页……0页1页…15页主存0组0页1页…15页4095组……分组关联方式是一种折衷的映象方式，如果Cache只有一组，则是全关联映象方式；如果Cache的每一组只有一页，则是直接映射方式。3.分组关联方式三.Cache的读写过程（自学）四.80486存储器工作方式及管理实地址方式虚拟8086方式保护需地址方式第一是保护操作系统的存储段和其专用处理寄存器不被

3、应用程序所破坏；第二是为每一个任务分配不同的虚地址空间，从而使不同任务之间完全隔离，实现任务的保护。四.80486存储器工作方式及管理1.实地址方式实地址方式是其最基本的工作方式，与8086/8088工作方式基本相同，只能在1MB范围内寻址，可以认为该方式只使用低20位地址线。四.80486存储器工作方式及管理2.虚拟8086方式虚拟8086方式实质上是保护需地址方式下的一种子方式，它们都是建立在虚拟存储和保护两大机制基础上的工作方式，支持多用户、多任务。共性：两者都是为了与8086/8088/80186/80188兼容而设置的16位操作方式；

4、它们的段基址都为段寄存器的值乘以16（左移4位），每个逻辑段最大都为64KB。四.80486存储器工作方式及管理实地址方式与虚拟8086方式的比较四.80486存储器工作方式及管理区别：a.实地址方式是整个CPU的工作方式，此时486相当于1个快速的8086，只能运行8086程序。而虚拟8086方式是一种模拟8086方式，是一个任务的工作方式，所以在多任务的操作系统（Unix、Windows等）中，可以运行多个8086任务，而且同时还可在保护需地址方式下运行486程序的任务。b.在实地址方式下，各个段的特权级都为0级（最高级）；而在虚拟8086

5、方式下，各个段的特权级都为3级（最低级）。实地址方式与虚拟8086方式的比较四.80486存储器工作方式及管理c.实地址方式下存在地址环绕现象；而在虚拟8086方式下，没有地址环绕现象。所以实地址方式下最大物理地址空间为1MB，而虚拟8086方式下最大物理地址空间为1MB+64KB。实地址方式与虚拟8086方式的比较3.保护虚地址方式描述符索引值TIRPL01215在80486的需地址保护模式下，段寄存器（CS、DS、ES、SS、FS和GS）中的内容如下：需地址由段寄存器的16位值和一个32位的地址偏移量组成。段寄存器的16位中高13位用于检索

6、描述符。TI位表明访问全局描述符表GDT（TI=0）还是访问局部描述符表LDT(TI=1)。RPL指明访问的特权级别。在80486系统中，主存中还设置了全局描述符表GDT，其32位的基地址存放在全局描述符表寄存器GDTR（48位）中；设置了局部描述符表LDT，其32位的基地址存放在局部描述符表寄存器LDTR（64位）中。3.保护虚地址方式描述符类型GDTLDTIDT代码段描述符√√数据段描述符√√LDT描述符√TSS描述符√调用门描述符√√任务门描述符√√√中断门描述符√陷阱门描述符√一个段描述符共64位，其中含32位的段基地址。要访问某任务的

7、某条指令时，首先给出需地址（由段寄存器的16位值和一个32位的地址偏移量组成）。根据LDT的基地址(LDTR中的值)和13位索引值得到要访问的段描述符，该段描述符中含32位的段的基地址，该32位的段的基地址与32位的偏移地址组合就得到要访问的指令的物理地址。由于段寄存器的16位值中14位用来选择段描述符，而每一个段描述符含32位地址，因此需地址空间为214×232=246=64T字节。3.保护虚地址方式逻辑地址：描述符索引值TIRPL段内偏移量153210310全局或局部描述符表寄存器基址64位段描述符全局或局部段描述符表1332位段基地址32

8、32位线性地址3.保护虚地址方式