五、计算机体系结构及内存分层体系

简介: 五、计算机体系结构及内存分层体系

1、计算机基本硬件结构


计算机基本硬件包括CPU,内存和外设三部分,其中CPU中又包括运算器、寄存器、控制器,缓存和存储管理单元几部分组成。

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2、内存的层次结构


内存的层次结构指的是CPU所要访问的指令或者数据所处的位置在何处,CPU访问数据按照速度从快到慢依次为:寄存器→cache(前面两个都位于CPU芯片内部,OS无法对其直接进行管理)→主存(物理内存,用来放置OS运行所需要的代码)→磁盘(虚拟内存)。如下图所示,类似金字塔式的结构,越往上内存空间越小,但是CPU访问的速度越快;反之,越往下,内存空间越大,但是CPU访问的速度也越慢。


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3、OS在内存管理的作用


首先是抽象的作用,将物理地址空间和虚拟内存统一抽象成逻辑地址空间;之后是保护,将不用应用程序之间使用的地址空间进行隔离开来,放置程序运行时相互干扰;第三是共享,使某些需要进行交互的进程可以访问相同的内存;最后是虚拟化,将当前不需要执行的程序的数据暂时放到磁盘之中,将主存中的空间腾出来给更加紧迫需要执行的程序来使用。如下图所示,P1程序优先级最高,率先在主存之中进行执行之后是P2和P3,最后程序P4当前需要等待某些处理完成,则将P4的数据拷贝到磁盘之中暂且存放,当P4需要执行时,再将P4的数据加载到主存之中进行执行。


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3、操作系统中管理内存的不同方法



程序重定位;分段;分页;虚拟内存;按需分页虚拟内存,etc。



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