免费智能真题库 > 历年试卷 > 软件设计师 > 2020年下半年 软件设计师 上午试卷 综合知识
  第24题      
  知识点:   分页存储管理   地址变换   进程
  章/节:   计算机软件知识       

 
假设计算机系统的页面大小为4K,进程P的页面变换表如下表所示。若P要访问的逻辑地址为十六进制3C20H,那么该逻辑地址经过地址变换后,其物理地址应为( )。

 
 
  A.  2048H
 
  B.  3C20H
 
  C.  5C20H
 
  D.  6C20H
 
 
 

 
  第25题    2010年上半年  
   45%
某进程有5个页面,页号为0〜4,页面变换表如下所示。表中状态位等于0和1分 别表示页面不在内存或在内存。若系统给该进程分配..
  第26题    2015年上半年  
   38%
某进程有4个页面,页号为0~3,页面变换表及状态位、访问位和修改位的含义如下图所示。若系统给该进程分配了3个存储块,当访问前页..
  第24题    2013年下半年  
   29%
假设段页式存储管理系统中的地址结构如下图所示,则系统中(24)。
   知识点讲解    
   · 分页存储管理    · 地址变换    · 进程
 
       分页存储管理
               纯分页存储管理
               1)分页原理
               系统将进程的地址空间划分成若干个大小相等的区域,称为页。同样地,将主存空间划分成与页相同大小的若干物理块,称为块或页框。在为进程分配主存时,将进程中若干页分别装入多个不相邻接的块中。
               2)地址结构
               分页系统的地址结构如下图所示,它由两部分组成:前一部分为页号P;后一部分为偏移量W,即页内地址。图中的地址长度为32位,其中0~11位为页内地址(每页的大小为4KB),12~31位为页号,所以允许地址空间的大小最多为1MB个页。
               
               分页系统的地址结构
               3)页表
               在将进程的每一页离散地分配到主存的多个物理块中后,系统应能保证在主存中找到每个页面所对应的物理块。为此,系统为每个进程建立了一张页面映射表,简称页表。每个页在页表中占一个表项,记录该页在主存中对应的物理块号。进程在执行时,通过查找页表就可以找到每页所对应的物理块号。可见,页表的作用是实现从页号到物理块号的地址映射。
               地址变换机构的基本任务是利用页表把用户程序中的逻辑地址变换成主存中的物理地址,实际上就是将用户程序中的页号变换成主存中的物理块号。为实现地址变换功能,在系统中设置页表寄存器,用来存放页表的地址和页表的长度。
               快表
               在地址映射过程中,共需两次访问主存。第一次访问页表,得到数据的物理地址;第二次才是存取数据。为了提高访问主存的速度,可以采取两种方法:一种是在地址映射机制中增加一组高速寄存器保存页表,这需要大量的硬件开销,经济上不可行;另一种方法是在地址映射机制中增加一个小容量的联想寄存器(相联存储器),它由一组高速寄存器组成,称为快表。快表用来存放当前访问最频繁的少数活动页的页号及相关信息。
               在快表中,除了逻辑页号、物理页号对应外,还增加了几位:特征位表示该行是否为空;访问位表示该页是否被访问过,这是为了淘汰那些用得很少甚至不用的页面而设置的。
               快表只存放当前进程最活跃的少数几页。当某一用户程序需要存取数据时,根据该数据所在逻辑页号在快表中找出对应的物理页号,然后与页内地址拼接成物理地址;如果在快表中没有相应的逻辑页号,则地址映射仍然通过主存中的页表进行,得到物理地址后需将该物理块号填到快表的空闲单元中。若无空闲单元,则根据淘汰算法淘汰某一行,再填入新得到的页号。实际上查找快表和查找主存页表是并行进行的,一旦在快表中找到相符的逻辑页号就停止查找主存页表。
 
       地址变换
        由进程中的目标代码、数据等的虚拟地址组成的虚拟空间称为虚拟存储器,虚拟存储器允许用户用比内存容量大得多的地址空间来编程,以运行比内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(虚地址),而实际的内存地址则称为物理地址(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,这种转换是由硬件完成的,而内存和外存间的信息动态调度是硬件和操作系统两者配合完成的。
        (1)静态重定位:静态重定位是在虚空间程序执行之前由装配程序完成地址影射工作。静态重定位的优点是不需要硬件的支持。缺点是无法实现虚拟存储器,必须占用连续的内存空间,且难以做到程序和数据的共享。
        (2)动态重定位:动态重定位是在程序执行过程中,在CPU访问内存之前,将要访问的程序或数据地址转换为内存地址。动态重定位依靠硬件地址变换机构完成,其优点主要有:可以对内存进行非连续分配,提供了虚拟存储器的基础,有利于程序段的共享。
 
       进程
        简单而言,一个进程就是一个正在运行的程序。一般来说,一个进程至少应该包括以下几个方面的内容。
        .相应的程序:进程既然是一个正在运行的程序,当然需要有相应程序的代码和数据。
        .CPU上下文:指程序在运行时,CPU中各种寄存器的当前值,包括:程序计数器,用于记录将要取出的指令的地址;程序状态字,用于记录处理器的运行状态信息;通用寄存器,用于存放数据或地址;段寄存器,用于存放程序中各个段的地址;栈指针寄存器,用于记录栈顶的当前位置。
        .一组系统资源:包括操作系统用来管理进程的数据结构、进程的内存地址空间、进程正在使用的文件等。
        进程有动态性、独立性和并发行三个特性。
        (1)动态性。进程是一个正在运行的程序,而程序的运行状态是在不断地变化的。例如,当一个程序在运行的时候,每执行完一条指令,PC寄存器的值就会增加,指向下一条即将执行的指令。而CPU中用来存放数据和地址的那些通用寄存器,它们的值肯定也不断地变化。另外,堆和栈的内容也在不断地变化,每当发生一次函数调用时,就会在栈中分配一块空间,用来存放此次函数调用的参数和局部变量。而当函数调用结束后,这块栈空间就会被释放掉。
        (2)独立性。一个进程是一个独立的实体,是计算机系统资源的使用单位。每个进程都有自己的运行上下文和内部状态,在它运行的时候独立于其他的进程。
        (3)并发性。从宏观上来看,在系统中同时有多个进程存在,它们相互独立地运行。
        下图表示四个进程A、B、C、D在系统中并发地运行。从中可以看出,虽然从宏观上来说,这四个进程都是在系统中运行,但从微观上来看,在任何一个特定的时刻,只有一个进程在CPU上运行。从时间上来看,开始是进程A在运行,然后是进程B在运行,然后是进程C和进程D。接下来又轮到了进程A去运行。因此,在单CPU的情形下,所谓的并发性,指的是宏观上并发运行,而微观上还是顺序运行,各个进程轮流去使用CPU资源。
        
        四个进程在并发运行
        在具体实现上,以CPU中的程序计数器PC为例,真正物理上的PC寄存器只有一个。当四个进程在轮流执行时,PC取值的运动轨迹是先在进程A内部流动,然后再到进程B的内部流动,再到进程C和D。从进程的独立性角度来说,每个进程都有“自己”独立的PC寄存器,即逻辑上的PC寄存器,它们的取值相互独立、互不影响。所谓的逻辑PC,其实就是一个内存变量。例如,在上图中,当进程A要执行的时候,就把A的逻辑PC的值拷贝到物理PC中,然后开始运行。当轮到B运行的时候,先把物理PC的当前值保存到A的逻辑PC中,然后再把B的逻辑PC的值装入到物理PC中,即可运行。这样就实现了各个进程的轮流运行。
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