MMU(TLB)与Cache的工作方式

本文介绍了MMU中TLB如何提高CPU性能,通过缓存最近使用的页表条目减少内存访问。当CPU访问虚拟地址时,MMU首先查找TLB,若命中则直接转换,否则访问页表并更新TLB。同时,文章讨论了Cache的三种工作方式,特别是virtual index physical tagged方式,这种并行工作模式有效解决了效率和地址唯一性问题,但也引入了cache aliasing问题,对此,操作系统和硬件层面已有解决方案。

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MMU中TLB的作用:

从虚拟地址到物理地址的转换过程可知:使用一级页表进行地址转换时,每次读/写数据需要访问两次内存,第一次访问一级页表获得物理地址,第二次才是真正的读/写数据;使用两级页表时,每次读/写数据需要访问三次内存,访问两次页表(一级页表和二级页表)获得物理地址,第三次才是真正的读/写数据。

上述的地址转换过程打打降低了CPU的性能,有没有办法改进呢?程序执行过程中,所用到的指令、数据的地址往往集中在一个很小的范围内,其中的地址、数据经常多次使用,这称为程序访问的局部性。由此,通过使用一个高速、容量相对较小的存储器来存储近期用到的页表条目(段/大页/小页/极小页描述符),以避免每次地址转换时都到主存去查找,这样可以大幅度地提高性能。这个存储器用来帮助快速地进行地址转换,称为“转译查找缓存”(TLB)。

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