第四章 存储器管理(二)

计算机原理第四章存储系统课堂笔记及练习题主题：第四章存储系统学习时间：2016年10月24日--10月30日内容：一、学习要求这周我们将学习第四章存储系统的相关内容。

通过本章的学习要求了解主存储器的主要技术指标、理解存储器的层次结构及分类，加深对半导体随机读写器相关知识的理解。

二、主要内容（一）存储系统概述存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据，是计算机系统的重要组成部分之一。

存储器有主存储器和辅助存储器之分，主存储器（简称主存）处于全机中心地位，直接与CPU交换信息；辅助存储器（简称辅存）或称为外存储器（简称外存）通常用来存放主存的副本和当前不在运行的程序和数据，在程序执行过程中，每条指令所需的数据及取下一条指令的操作都不能直接访问辅助存储器，需要通过主存储器与CPU交换信息。

（二）主存储器的主要技术指标主存储器的主要性能指标为主存容量、存储器存取时间和存储周期时间。

计算机可寻址的最小信息单位是一个存储字，一个存储字所包括的二进制位数称为字长。

主存储器的另一个重要的性能指标是存储器的速度，一般用存储器存取时间和存储周期来表示。

存储器存取时间(memory access time)又称存储器访问时间，是指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。

存储周期(memory cycle time)指连续启动两次独立的存储器操作(例如连续两次读操作)所需间隔的最小时间。

通常，存储周期略大于存取时间。

（三）存储器的层次结构对存储器的要求是“大容量、高速度、低成本”，但是在一个存储器中要求同时兼顾这三方面是困难的。

一般来讲，速度高的存储器，每位价格也高，因此容量不能太大。

主存-辅存层次，满足了存储器的大容量和低成本需求。

cache-主存层次，解决了速度与成本之间的矛盾。

现代大多数计算机同时采用主存-辅存和cache-主存这两种存储层次，构成cache-主存-辅存三级存储层次，如下图所示。

CPU能直接访问的存储器称为内存储器，包括cache和主存储器。

第四章存储器管理第0节存储管理概述一、存储器的层次结构1、在现代计算机系统中，存储器是信息处理的来源与归宿，占据重要位置。

但是，在现有技术条件下，任何一种存储装置，都无法从速度、容量、是否需要电源维持等多方面，同时满足用户的需求。

实际上它们组成了一个速度由快到慢，容量由小到大的存储装置层次。

2、各种存储器•寄存器、高速缓存Cache：少量的、非常快速、昂贵、需要电源维持、CPU可直接访问；•内存RAM：若干(千)兆字节、中等速度、中等价格、需要电源维持、CPU可直接访问；•磁盘高速缓存：存在于主存中；•磁盘：数千兆或数万兆字节、低速、价廉、不需要电源维持、CPU 不可直接访问；由操作系统协调这些存储器的使用。

二、存储管理的目的1、尽可能地方便用户；提高主存储器的使用效率，使主存储器在成本、速度和规模之间获得较好的权衡。

(注意cpu和主存储器，这两类资源管理的区别)2、存储管理的主要功能：•地址重定位•主存空间的分配与回收•主存空间的保护和共享•主存空间的扩充三、逻辑地址与物理地址1、逻辑地址(相对地址，虚地址)：用户源程序经过编译/汇编、链接后，程序内每条指令、每个数据等信息，都会生成自己的地址。

●一个用户程序的所有逻辑地址组成这个程序的逻辑地址空间(也称地址空间)。

这个空间是以0为基址、线性或多维编址的。

2、物理地址(绝对地址，实地址)：是一个实际内存单元(字节)的地址。

●计算机内所有内存单元的物理地址组成系统的物理地址空间，它是从0开始的、是一维的；●将用户程序被装进内存，一个程序所占有的所有内存单元的物理地址组成该程序的物理地址空间(也称存储空间)。

四、地址映射(变换、重定位)当程序被装进内存时，通常每个信息的逻辑地址和它的物理地址是不一致的，需要把逻辑地址转换为对应的物理地址----地址映射；地址映射分静态和动态两种方式。

1、静态地址重定位是程序装入时集中一次进行的地址变换计算。

物理地址= 重定位的首地址+ 逻辑地址•优点：简单，不需要硬件支持；•缺点：一个作业必须占据连续的存储空间；装入内存的作业一般不再移动；不能实现虚拟存储。

操作系统教程第五版答案【篇一：华科操作系统教程(第五版)费祥林部分习题答案】>应用题t2、t4、第二章处理器管理应用题t1：只能在内核态运行的指令：（3）、（4）、（5）、（6）、（7）。

t11：（4）sjf调度算法t15：hrrf性能较好。

第三章同步、通信与死锁应用题：2、5(1)、38（1），t2、t5、t38（1）第四章存储管理二、应用题：3(3)、5、20、30t3(3)答：作业的物理块数为3时，fifo为9次，75%；lru为10次，83%；opt为7次，58%；作业的物理块数为4时，fifo为10次,83%，lru为8次，66%，opt为6次，50%。

其中fifo出现belady现象。

t5、【篇二：操作系统原理习题及答案(全书免费版)】、填空题1．用户与操作系统的接口有，两种。

【答案】命令接口，系统调用【解析】按用户界面的观点，操作系统是用户与计算机之间的接口。

用户通过操作系统提供的服务来有效地使用计算机。

一般操作系统提供了两类接口为用户服务，一种是程序一级的接口，即通过一组广义指令（或称系统调用）供用户程序和其他系统程序调用；另一种是作业一级的接口，提供一组控制命令供用户去组织和控制自己的作业。

2．用户程序调用操作系统有关功能的途径是。

【答案】利用系统调用命令【解析】系统调用命令是操作系统专门给编程人员提供的调用操作系统有关功能的途径，一般在汇编语言和c语言中都提供了使用系统调用命令的方法。

编程人员可以在这些语言中利用系统调用命令动态请求和释放系统资源。

3．unix系统是①操作系统，dos系统是②操作系统。

【答案】①分时（或多用户、多任务），②单用户（或单用户、单任务）【解析】 unix系统是一个可供多个用户同时操作的会话式的分时操作系统，dos系统是为个人计算机设计的一个单用户操作系统。

4．现代计算机中，cpu工作方式有目态和管态两种。

目态是指运行①程序，管态是指运行②程序。

第4章存储器管理－选择题参考答案一、选择题1.【2011统考】在虚拟内存管理中，地址变换机构将逻辑地址变换为物理地址，形成该逻辑地址的阶段是()A.编辑B.编译C.链接D.装载2.下面关于存储管理的叙述中，正确的是()A.存储保护的目的是限制内存的分配B.在内存为M、有N个用户的分时系统中，每个用户占M/N的内存空间C.在虚拟内存系统中，只要磁盘空间无限大，作业就能拥有任意大的编址空间D.实现虚拟内存管理必须有相应硬件的支持3.在使用交换技术时，若一个进程正在()，则不能交换出主存。

A.创建B.I/O操作C.处于临界段D.死锁4.在存储管理中，采用覆盖与交换技术的目的是()A.节省主存空间B.物理上扩充主存容量C.提高CPU效率D.实现主存共享5.【2009统考】分区分配内存管理方式的主要保护措施是()A.界地址保护B.程序代码保护C.数据保护D.保护6．【2010统考】某基于动态分区存储管理的计算机，其主存容量为.55MB(初始为空)，采用最佳适配算法，分配和释放的顺序为;分配15MB，分配30MB，释放15MB，分配8MB，分配6MB，此时主存中最大空闲分区的大小是()A.7MBB.9MBC.10MBD.15MB7.段页式存储管理中，地址映射表是()A.每个进程一张段表，两张页表B.每个进程的每个段一张段表，一张页表C.每个进程一张段表，每个段一张页表D.每个进程一张页表，每个段一张段表8.内存保护需要由()完成，以保证进程空间不被非法访问A.操作系统B.硬件机构C.操作系统和硬件机构合作D.操作系统或者硬件机构独立完成9.存储管理方案中，()可采用覆盖技术A.单一连续存储管理B.可变分区存储管理C.段式存储管理D.段页式存储管理10.在可变分区分配方案中，某一进程完成后，系统回收其主存空间并与相邻空闲区合并，为此需修改空闲区表，造成空闲区数减1的情况是()A.无上邻空闲区也无下邻空闲区B.有上邻空闲区但无下邻空闲区C.有下邻空闲区但无上邻空闲区D.有上邻空闲区也有下邻空闲区 11．设内存的分配情况如图所示。

第四章存储器管理一、单项选择题1、存储管理的目的是（C ）。

A.方便用户B.提高内存利用率C.方便用户和提高内存利用率D.增加内存实际容量2、在（ A）中，不可能产生系统抖动的现象。

A.固定分区管理B.请求页式管理C.段式管理D.机器中不存在病毒时3、当程序经过编译或者汇编以后，形成了一种由机器指令组成的集合，被称为（B ）。

A.源程序B.目标程序C.可执行程序D.非执行程序4、可由CPU调用执行的程序所对应的地址空间为（D ）。

A.符号名空间B.虚拟地址空间C.相对地址空间D.物理地址空间5、存储分配解决多道作业[1C]划分问题。

为了实现静态和动态存储分配，需采用地址重定位，即把[2C]变成[3D]，静态重定位由[4D]实现，动态重定位由[5A]实现。

供选择的答案：[1]：A 地址空间 B 符号名空间 C 主存空间 D 虚存空间[2]、[3]： A 页面地址 B 段地址 C 逻辑地址 D 物理地址 E 外存地址 F 设备地址[4]、[5]： A 硬件地址变换机构 B 执行程序 C 汇编程序D 连接装入程序E 调试程序F 编译程序G 解释程序6、分区管理要求对每一个作业都分配（A ）的内存单元。

A.地址连续B.若干地址不连续C.若干连续的帧D.若干不连续的帧7、（C ）存储管理支持多道程序设计，算法简单，但存储碎片多。

A.段式B.页式C.固定分区D.段页式8、处理器有32位地址，则它的虚拟地址空间为（ B）字节。

A.2GBB.4GBC.100KBD.640KB9、虚拟存储技术是（ A）。

A.补充内存物理空间的技术B.补充相对地址空间的技术C.扩充外存空间的技术D.扩充输入输出缓冲区的技术10、虚拟内存的容量只受（ D）的限制。

A.物理内存的大小B.磁盘空间的大小C.数据存放的实际地址D.计算机地址字长11、虚拟存储技术与（A ）不能配合使用。

A.分区管理B.动态分页管理C.段式管理D.段页式管理12、（B ）指将作业不需要或暂时不需要的部分移到外存，让出内存空间以调入其他所需数据。

第一章操作系统引论1．设计现代OS的主要目标是什么？答：（1）有效性（2）方便性（3）可扩充性（4）开放性2．OS的作用可表现在哪几个方面？答：（1）OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口（2）OS作为计算机系统资源的管理者（3）OS实现了对计算机资源的抽象12．试从交互性、及时性以及可靠性方面，将分时系统与实时系统进行比较。

答：（1）及时性：实时信息处理系统对实时性的要求与分时系统类似，都是以人所能接受的等待时间来确定；而实时控制系统的及时性，是以控制对象所要求的开始截止时间或完成截止时间来确定的，一般为秒级到毫秒级，甚至有的要低于100微妙。

（2）交互性：实时信息处理系统具有交互性，但人与系统的交互仅限于访问系统中某些特定的专用服务程序。

不像分时系统那样能向终端用户提供数据和资源共享等服务。

（3）可靠性：分时系统也要求系统可靠，但相比之下，实时系统则要求系统具有高度的可靠性。

因为任何差错都可能带来巨大的经济损失，甚至是灾难性后果，所以在实时系统中，往往都采取了多级容错措施保障系统的安全性及数据的安全性。

13．OS有哪几大特征？其最基本的特征是什么？答：并发性、共享性、虚拟性和异步性四个基本特征；最基本的特征是并发性。

14．处理机管理有哪些主要功能？它们的主要任务是什么？答：处理机管理的主要功能是：进程管理、进程同步、进程通信和处理机调度；进程管理：为作业创建进程，撤销已结束进程，控制进程在运行过程中的状态转换。

进程同步：为多个进程（含线程）的运行进行协调。

通信：用来实现在相互合作的进程之间的信息交换。

处理机调度：（1）作业调度。

从后备队里按照一定的算法，选出若干个作业，为他们分配运行所需的资源（首选是分配内存）。

（2）进程调度：从进程的就绪队列中，按照一定算法选出一个进程，把处理机分配给它，并设置运行现场，使进程投入执行。

第二章进程管理6．试从动态性，并发性和独立性上比较进程和程序?答：(1)动态性是进程最基本的特性，表现为由创建而产生，由调度而执行，因得不到资源而暂停执行，由撤销而消亡。

操作系统第四章课后答案第四章存储器管理1. 为什么要配置层次式存储器？这是因为：a.设置多个存储器可以使存储器两端的硬件能并行工作。

b.采用多级存储系统，特别是Cache技术，这是一种减轻存储器带宽对系统性能影响的最佳结构方案。

c.在微处理机内部设置各种缓冲存储器，以减轻对存储器存取的压力。

增加CPU中寄存器的数量，也可大大缓解对存储器的压力。

2. 可采用哪几种方式将程序装入内存？它们分别适用于何种场合？将程序装入内存可采用的方式有：绝对装入方式、重定位装入方式、动态运行时装入方式；绝对装入方式适用于单道程序环境中，重定位装入方式和动态运行时装入方式适用于多道程序环境中。

3. 何为静态链接？何谓装入时动态链接和运行时动态链接？a.静态链接是指在程序运行之前，先将各自目标模块及它们所需的库函数，链接成一个完整的装配模块，以后不再拆开的链接方式。

b.装入时动态链接是指将用户源程序编译后所得到的一组目标模块，在装入内存时，采用边装入边链接的一种链接方式，即在装入一个目标模块时，若发生一个外部模块调用事件，将引起装入程序去找相应的外部目标模块，把它装入内存中，并修改目标模块中的相对地址。

c.运行时动态链接是将对某些模块的链接推迟到程序执行时才进行链接，也就是，在执行过程中，当发现一个被调用模块尚未装入内存时，立即由OS去找到该模块并将之装入内存，把它链接到调用者模块上。

4. 在进行程序链接时，应完成哪些工作?a.对相对地址进行修改b.变换外部调用符号6. 为什么要引入动态重定位?如何实现?a.程序在运行过程中经常要在内存中移动位置，为了保证这些被移动了的程序还能正常执行，必须对程序和数据的地址加以修改，即重定位。

引入重定位的目的就是为了满足程序的这种需要。

b.要在不影响指令执行速度的同时实现地址变换，必须有硬件地址变换机构的支持，即须在系统中增设一个重定位寄存器，用它来存放程序在内存中的起始地址。

程序在执行时，真正访问的内存地址是相对地址与重定位寄存器中的地址相加而形成的。

第四章存储器管理一、判断题1.在固定分区分配中,每个分区的大小是（）。

A.相同B.随作业长度变化C.可以不同但预先固定D.可以不同但根据作业长度固定2.在可变分区分配中，首次适应算法的空闲区是（）。

A.按地址递增顺序连在一起B.始端指针表指向最大空闲区C.按大小递增顺序连在一起D.寻找从最大空闲区开始3.在可变分区分配中，最佳适应算法的空白区是（）。

A.按大小递减顺序连在一起B.按大小递增顺序连在一起C.按地址由小到大排列D.按地址由大到小排列4.设内存的分配情况如下图所示。

若要申请一块40K的内存空间，采用最佳适应算法，则所申请到的分区首址为（）。

A．100K B．190K C．330K D．410K5. 有作业序列：作业A要求18K；作业B要求25K，作业C要求30K。

系统中空闲区按三种算法组成的空闲区队列如下图所示。

其中，（）对该作业序列合适。

A．首次适应法 B. 最佳适应法 C. 最坏适应法 D. 无算法6.在可变式分区存储管理中的拼接技术可以（）。

A.集中空闲区B.增加主存容量C.缩短访问周期D.加速地址转换7.支持程序浮动的地址转换机制是( ) 。

A、动态重定位B、静态重定位C、页式地址转换D、段式地址转换8. 采用页式存储管理的系统中，若地址用32位表示，其中20位表示页号，，则每页的大小为（）。

A. 212B. 220C. 224D. 2329. 在一个页式存储管理系统中, 页表内容如下所示:若页的大小为4K, 则地址转换机构将逻辑地址0转换成的物理地址为（）。

A. 8192B. 4096C. 2048D. 102410. 无快表的基本页式存储管理中，每次从主存中取指令或取操作数，至少要（）次访问主存。

A 0次B 1次C 2次D 3次11. 某段表的内容表示如下:逻辑地址(2，154)对应的物理地址为（）。

A. 120K+2B. 480K+154C. 30K+154D. 发生越界中断12．在段页式存储管理系统中，内存等分成（），程序按逻辑模块划分成若干（）。

第四章存储系统（二）4.6 多体交叉存储器随堂测验1、一个4体并行低位交叉存储器，每个模块的容量是64K×32位，存取周期为200ns，假定四个存储可以连续访问，以下说法中，（）是正确的。

（单选)A、在连续工作一段时间后，200ns内储器向CPU提供256位二进制信息B、连续工作一段时间后，200ns内存储器向CPU提供128位二进制信息C、在连续工作一段时间后，200ns存储器向CPU提供32位二进制信息D、以上答案都不正确2、下列关于多体交叉存储器的描述中，正确的是（）（多选）A、通过并行访问提高存储系统的访问速率B、通过增加数据总线的位数提高存储系统访问速率C、通过提高存储单体的速率提高存储系统的访问速率D、实现对不同存储单体数据的并行访问对数据的分布有要求3、为了通过交叉访问提高存储系的访问速率，必须满足下列条件（）（多选）A、采用低位地址交叉B、采用高位地址交叉C、满足局部性原理D、采用最优调度算法4、下图为能实现并行访问的多体交叉存储系统示意图。

设存储单体的存储周期为T1、存储系统的周期为T2、总线的传输周期为t . 下列描述中正确的是（）（多选）A、是高位多体交叉B、是低位多体交叉C、T1=T2D、CPU连续并行访问m个字的总时间为T1 + (m -1)t4.7 Cache的基本原理随堂测验1、为实现Cache地址映射，需要将来自CPU的物理地址根据映射方式进行不同划分，下列描述中错误的是（）（单选）A、全相联映射方式下，将地址划分为主存块地址和块内偏移地址两部分B、直接相联映射方式下，根据Cache大小将地址划分为标记（Tag）、索引(Index)和块内偏移地址三部分。

其中Index指向Cache特定行位置C、组相联映射方式下，根据Cache 分组数大小将地址划分为标记（Tag）、索引(Index)和块内偏移地址三部分。

其中Index指向Cache特定组位置D、K路组相联是指CHCHE被分成K组2、下列关于Cache的描述中正确的是（）（多选）A、缓解快速CPU与慢速主存之间的速度差异B、实现Cache目标的理论基础是局部性原理C、在存储体系中，Cache处于CPU和主存之间D、Cache的写穿策略是指CPU写Cache的同时也把数据写入主存3、下列关于Cache结构的描述中正确的是（) （多选）A、标记存储体存放从主存地址中剥离出的标记(Tag)B、数据存储体存放与主存交换的数据C、有效位(Valid)用于判断Cache的数据是否有效D、脏位(Dirty)用于判断主存的相关数据是否有效4、下列属于协助Cache工作所需的部件或功能是（）（多选）A、相联存储器B、调度替换算法C、脏位和有效位比较电路D、标记比较电路4.8 相联存储器随堂测验1、相联存储器是一种按内容访问的存储器,这里的"内容"是指（）（单选）A、所访问的数据B、主存地址C、从主存地址中分离出的标记(Tag)D、从主存地址中分离出来的索引(Index)2、下列关于相联存储器的描述中，正确的是（）（单选）A、在实现技术相同的情况下，容量较小的相联存储器，速度较快B、相联存储器结构简单，与静态存储器的访问方式基本相同C、为提高查找速度，相联存储器的存储体应采用动态存储单元D、访问相联存储器时既需要内容，也需要地址3、下列关于相联存储器的描述中，正确的是（）（多选）A、按地址进行并行访问B、对访问的内容进行并行比较C、按关键字实现快速查找D、相联存储器中存放的是主存数据的副本4.9 Cache地址映射与变换方法随堂测验1、某计算机的Cache共有16块，采用2路组相联映射方式（即每组2块）。