30、超大规模并行机原理：分页与分段分页技术解析

超大规模并行机原理：分页与分段分页技术解析

1. 分页系统概述

分页是解决内存碎片化问题的一种有效方式。通过将虚拟地址空间（VAS）划分为固定大小的页面，每个页面可以独立地映射到物理内存中的页框（PF）。分页系统可以采用一级、二级或三级分页来实现不同的单段模型。

在一级分页系统中，虚拟地址（VA）是一个有序对 (P, D)，其中 P 是页号，D 是页内偏移。假设 32 位的 VA 被划分为 12 位的 P 和 20 位的 D，那么 VAS 为 4GB，包含 4K 个页面，每个页面大小为 1MB。每个 P 选择一个包含页面描述符的 RA 寄存器，物理基地址是 PF 或页框号（PFN）。

映射过程如下：

VA = (P, D)
PA = (PF, D) = PF " D

这里，PF 与 D 连接形成物理地址（PA），无需进行加法运算。

2. 一级分页系统的详细解析

• 页面布局 ：在 VAS 中，页面是顺序排列的，但在物理地址空间（PAS）中，页面可能分散在内存各处。由于页面大小固定，可能会出现指令或数据跨页的情况。
• RA 寄存器实现 ：4K 个 RA 寄存器可以通过硬件实现，但软件实现更佳。软件实现使用页表（PT），其中包含页面描述符。硬件页表基址寄存器（PTBR）指向页表，通过 P 和 PTBR 中的地址可以检索页表项中的 PF。
• 状态寄存器的影响