简介

段式存储和页式存储是计算机系统中用于管理内存的一些重要技术，尤其是在内存管理和虚拟内存机制中。

这部分考点可能会考察概念的理解，也可能会出现部分需要计算的题目。

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段式存储

段式存储（Segmentation） 是一种内存管理方案，它将程序和数据划分为若干个段（Segment）。每个段有一个段号和一个段内地址。

段式存储的主要特点和考点包括：

基本概念

• 段（Segment）：一个段是一段逻辑上相关的内存区域，例如一个程序模块、数据数组、堆栈等。每个段都有一个段号和段内地址。
• 段表（Segment Table）：段表存储每个段的起始地址和长度，用于地址转换。

地址转换

逻辑地址由段号和段内地址组成。地址转换通过查段表实现，将逻辑地址转换为物理地址。地址转换公式：

物理地址 = 段基址 + 段内地址

优缺点

• 优点：支持用户视角的逻辑内存划分，提高程序模块化和共享性。每个段可以有不同的保护和共享属性，提高安全性。
• 缺点：内存碎片问题：段的大小不同，容易产生外部碎片。段表开销：需要维护段表，增加内存管理的复杂度。

页式存储

页式存储（Paging） 也是一种内存管理方案，它将内存划分为固定大小的页（Page）和页框（Frame）。

基本概念

• 页（Page）：逻辑内存划分为固定大小的块，称为页。
• 页框（Frame）：物理内存也划分为固定大小的块，称为页框。
• 页表（Page Table）：页表存储每个页对应的页框号，用于地址转换。

地址转换

逻辑地址由页号和页内偏移组成。地址转换通过查页表实现，将逻辑地址转换为物理地址。地址转换公式：

物理地址 = 页框基址 + 页内偏移

优缺点

• 优点：解决了内存碎片问题：页和页框大小固定，有效减少了外部碎片。内存利用率高：物理内存可以分散存放，内存利用率提高。
• 缺点：页表开销：每个进程都有一个页表，增加了内存管理的开销。地址转换开销：每次内存访问都需要通过页表进行地址转换，可能影响性能。

段页式存储

段页式存储（Segmented Paging） 结合了段式存储和页式存储的优点。

基本概念

• 逻辑内存先划分为段，每个段再划分为页。
• 需要维护段表和每个段对应的页表。

地址转换

• 逻辑地址包含段号、页号和页内偏移。
• 地址转换过程：先查段表获取段基址，再查段对应的页表获取页框基址，最后计算物理地址。

优点

1. 结合了段式存储的逻辑划分和页式存储的固定大小分块，提高内存管理效率。
2. 既减少了内存碎片问题，又支持灵活的内存保护和共享。

应考建议

在《软件设计师》考试中，关于段式存储和页式存储的考点主要包括：

• 基本概念和术语：理解段、页、页框、段表、页表等基本概念。
• 地址转换过程：掌握段式存储和页式存储的地址转换过程和公式（几乎不考）。
• 优缺点对比：能够对比段式存储和页式存储的优缺点，以及它们在实际应用中的适用场景。
• 综合应用：理解段页式存储的原理和优势，能解释其工作机制。

例题（难）

在一个页式存储管理系统中，假设逻辑地址空间为 16 位，页大小为 4KB。已知某个逻辑地址为 0x3A45，请计算该地址存储在物理内存的哪个页框中，假设页表如下：

逻辑页	物理页
0	3
1	5
2	1
3	7
4	2
5	6
6	4
7	0

解答过程

1. 确定页大小和页号

页大小为 4KB，即 2^12 字节。因此，逻辑地址的低 12 位为页内偏移，高 4 位为页号。 逻辑地址为 0x3A45（16 进制），转换为二进制为：0011 1010 0100 0101。

2. 提取页号和页内偏移：

页号：高 4 位 0011，即 3（十进制）。 页内偏移：低 12 位 1010 0100 0101，即 0xA45（十进制为 2629）。

3. 查找页表：

页表显示页 3 映射到页框 7。

4. 计算物理地址：

物理页框号为 7，物理页框基地址为页框号乘以页大小。 页大小为 4KB，即 4096 字节。 页框基地址 = 7 × 4KB = 7 × 4096 = 28672（十进制）或 0x7000（16 进制）。

5. 计算最终物理地址：

物理地址 = 页框基地址 + 页内偏移。 物理地址 = 0x7000 + 0xA45 = 0x7A45。

6. 答： 逻辑地址 0x3A45 对应的物理地址是 0x7A45。该地址存储在物理内存的页框 7 中。