具有快表的地址变换机构

1.快表（TLB）

快表，又称联想寄存器(TLB，translation lookaside buffer)，
是一种访问速度比内存快很多的高速缓存(TLB不是内存! )，
用来存放最近访问的页表项的副本，可以加速地址变换的速度。
与此对应，内存中的页表常称为慢表。

访问快表，慢表的过程：

2.引入快表后，地址的变换过程

1. CPU给出逻辑地址，由某个硬件算得页号、页内偏移量，将页号与快表中的所有页号进行比较。
2. 如果找到匹配的页号，说明要访问的页表项在快表中有副本，则直接从中取出该页对应的内存块号，再将内存块号与页内偏移量拼接形成物理地址，最后，访问该物理地址对应的内存单元。
3. 因此，若快表命中，则访问某个逻辑地址仅需一次访存即可。
4. 如果没有找到匹配的页号，则需要访问内存中的页表，找到对应页表项，得到页面存放的内存块号，再将内存块号与页内偏移量拼接形成物理地址，最后，访问该物理地址对应的内存单元。
5. 因此,若快表未命中，则访问某个逻辑地址需要两次访存（注意:在找到页表项后，应同时将其存入快表，以便后面可能的再次访问。但若快表已满，则必须按照一定的算法对旧的页表项进行替换)

由于查询快表的速度比查询页表的速度快很多，因此只要快表命中，就可以节省很多时间。
因为局部性原理，一般来说快表的命中率可以达到90%以上。

1.例题

某系统使用基本分页存储管理，并采用了具有快表的地址变换机构。
访问一次快表耗时1us，访问一次内存耗时100us。若快表的命中率为90%，那么访问一个逻辑地址的平均耗时是多少?
$(1+100)\ast 0.9+(1+100+100)\ast 0.1=111us$
有的系统支持快表和慢表同时查找，如果是这样，平均耗时应该是$(1+100)\ast 0.9+(100+100)\ast 0.1=110.9us$
若未采用快表机制，则访问一个逻辑地址需要$100+100=200us$

3.局部性原理

1.时间局部性:

如果执行了程序中的某条指令，那么不久后这条指令很有可能再次执行;
如果某个数据被访问过，不久之后该数据很可能再次被访问。（因为程序中存在大量的循环)

2.空间局部性:

一旦程序访问了某个存储单元，在不久之后，其附近的存储单元也很有可能被访问。
(因为很多数据在内存中都是连续存放的)

在基本地址变换机构中，每次要访问一个逻辑地址，都需要查询内存中的页表。
由于局部性原理，可能连续很多次查到的都是同一个页表项。

TLB和普通Cache的区别：TLB中只有页表项的副本，而普通Cache中可能会有其他各种数据的副本。