深刻淺出計算機組成原理學習筆記： 第九講

1、程序裝載面臨的挑戰

一、裝載須要知足的條件

一、可執行程序加載後佔用的內存空間應該是連續的

二、咱們須要同時加載不少個程序，而且不能讓程序本身規定在內存中加載的位置

二、如何解決以上問題

一、放到內存裏

二、咱們只關心虛擬內存地址就好了

一、什麼是虛擬內存地址

咱們把指令裏用到的內存地址叫作虛擬地址

二、什麼是物理內存地址

實際在內存硬件裏面的空間地址、咱們叫物理內存地址

2、內存分段

一、什麼是內存分段

這種找出一段連續的物理內存和虛擬內存地址進行映射的方法，咱們叫分段，這裏的段，就是指系統分配出來的那個連續的內存空間

二、內存分段的好處和存在的問題

分段的的辦法很好，解決了程序自己不須要關心具體的物理內存地址的問題，但它也有一些不足之處，第一個就是內存碎片的問題

 

3、內存交換

固然，這個咱們也有解決辦法。解決的辦法叫內存交換

一、解決內存碎片過多的問題

二、內存交換的優缺點

一、優勢

虛擬內存、分段、再加上內存交換，看起來視乎已經解決了計算機同時裝載運行不少個程序的問題

二、存在的問題

不過，你千萬不要大意，咱們都須要把一大段連續的內存數據寫到應哦按上，因此、若是內存交換的時候，交換的是一個很佔內存空間的程序這樣整個機器都會顯得卡頓

4、內存分頁

一、內存分頁解決了什麼問題

二、少出現內存碎片的解決辦法

三、從磁盤裝載的數據更少一點解決辦法

更進一步地，分頁的方式使得咱們在加載程序的時候，不載須要一次性把程序記載到物理內存中，咱們徹底能夠進行虛擬內存和物理內存的頁之間的映射以後，並不真的把頁加載到物理內存裏面去

四、缺頁錯誤

實際上，咱們的操做系統，的確是這麼作的，當要讀取特定的頁，卻發現數據並無加載到物理內存裏的時候，就會觸發一個來自CPU的缺頁錯誤、咱們的操做系統會捕捉到這個錯誤，

而後將對應的頁，從存放在硬盤上的虛擬內存裏讀取出來，加載到物理內存裏，這種方式，使得咱們能夠運行那些大於咱們實際物理內存的程序，同時，這樣一來，

任何程序都不須要一次性加載完全部指令和數據，只須要加載當前須要用到的就可行了

經過虛擬內存、內存交換和內存分頁這三個技術的組合，咱們最終的到了一個程序不須要考慮實際的物理內存地址，大小和當前分配的解決方案

這些技術和方法，對於咱們程序編寫、編譯和連接過程都是透明的，這也是咱們在計算機的軟硬件開發中經常使用的一種方法，這就是加入一個間接層

 

經過引入虛擬內存、頁映射和內存交換，咱們的程序自己，就再也不考慮對應的真實的內存地址、程序加載、內存管理等問題了，任何一個程序、都主要把內存當成一塊完成而連續的空間來直接使用

5、總結延伸

如今回到開頭我問你的問題，咱們的電腦只有640k內存就夠了嗎？很顯然、如今看來，比爾蓋茨的這個判斷是不合理的，那爲何他會這麼認爲呢？由於他也是一個很優秀的程序員啊！

 

在虛擬內存、內存交換和內存分頁這三者結合之下，你會發現，其實要運行一個程序「必須」的內存是不多的。CPU只須要執行其當前的指令，極限狀況下，內存頁只須要加載一頁就行了，

再大的程序，頁能夠分紅一頁。每次，只在須要用到對應的數據和指令的時候，從應哦按上交換到內存裏目前來就行了，以如今4k內存一頁的大小，640k內存頁能放下足足160頁呢，

頁無怪乎在比爾蓋茨會說「640K ought to be enough for anyone這」樣的話

不過呢,硬盤的訪問速度比內存慢不少，因此咱們如今的計算機，沒有幾個G的內存都很差意思和人打招呼