深入浅出计算机组成原理学习笔记： 第九讲

一、程序装载面临的挑战

1、装载需要满足的条件

1、可执行程序加载后占用的内存空间应该是连续的

2、我们需要同时加载很多个程序，并且不能让程序自己规定在内存中加载的位置

2、如何解决以上问题

1、放到内存里

2、我们只关心虚拟内存地址就行了

1、什么是虚拟内存地址

我们把指令里用到的内存地址叫做虚拟地址

2、什么是物理内存地址

实际在内存硬件里面的空间地址、我们叫物理内存地址

二、内存分段

1、什么是内存分段

这种找出一段连续的物理内存和虚拟内存地址进行映射的方法，我们叫分段，这里的段，就是指系统分配出来的那个连续的内存空间

2、内存分段的好处和存在的问题

分段的的办法很好，解决了程序本身不需要关心具体的物理内存地址的问题，但它也有一些不足之处，第一个就是内存碎片的问题

 

三、内存交换

当然，这个我们也有解决办法。解决的办法叫内存交换

1、解决内存碎片过多的问题

2、内存交换的优缺点

1、优点

虚拟内存、分段、再加上内存交换，看起来视乎已经解决了计算机同时装载运行很多个程序的问题

2、存在的问题

不过，你千万不要大意，我们都需要把一大段连续的内存数据写到应哦按上，所以、如果内存交换的时候，交换的是一个很占内存空间的程序这样整个机器都会显得卡顿

四、内存分页

1、内存分页解决了什么问题

2、少出现内存碎片的解决办法

3、从磁盘装载的数据更少一点解决办法

更进一步地，分页的方式使得我们在加载程序的时候，不载需要一次性把程序记载到物理内存中，我们完全可以进行虚拟内存和物理内存的页之间的映射之后，并不真的把页加载到物理内存里面去

4、缺页错误

实际上，我们的操作系统，的确是这么做的，当要读取特定的页，却发现数据并没有加载到物理内存里的时候，就会触发一个来自CPU的缺页错误、我们的操作系统会捕捉到这个错误，

然后将对应的页，从存放在硬盘上的虚拟内存里读取出来，加载到物理内存里，这种方式，使得我们可以运行那些大于我们实际物理内存的程序，同时，这样一来，

任何程序都不需要一次性加载完所有指令和数据，只需要加载当前需要用到的就可行了

通过虚拟内存、内存交换和内存分页这三个技术的组合，我们最终的到了一个程序不需要考虑实际的物理内存地址，大小和当前分配的解决方案

这些技术和方法，对于我们程序编写、编译和链接过程都是透明的，这也是我们在计算机的软硬件开发中常用的一种方法，这就是加入一个间接层

 

通过引入虚拟内存、页映射和内存交换，我们的程序本身，就不再考虑对应的真实的内存地址、程序加载、内存管理等问题了，任何一个程序、都主要把内存当成一块完成而连续的空间来直接使用

五、总结延伸

现在回到开头我问你的问题，我们的电脑只有640k内存就够了吗？很显然、现在看来，比尔盖茨的这个判断是不合理的，那为什么他会这么认为呢？因为他也是一个很优秀的程序员啊！

 

在虚拟内存、内存交换和内存分页这三者结合之下，你会发现，其实要运行一个程序“必须”的内存是很少的。CPU只需要执行其当前的指令，极限情况下，内存页只需要加载一页就好了，

再大的程序，页可以分成一页。每次，只在需要用到对应的数据和指令的时候，从应哦按上交换到内存里目前来就好了，以现在4k内存一页的大小，640k内存页能放下足足160页呢，

页无怪乎在比尔盖茨会说“640K ought to be enough for anyone这”样的话

不过呢,硬盘的访问速度比内存慢很多，所以我们现在的计算机，没有几个G的内存都不好意思和人打招呼