虚拟存储器说明文档1

### 虚拟存储器说明文档1 #### 目标 本项目旨在通过有限的数组来模拟实际的物理内存，并利用磁盘文件充当虚拟存储器，以编程的方式实现对大容量内存的访问与操作。主要的目标是能够在4GB的地址空间内进行任意地址的内存读写操作。 #### 实现功能 为了达到上述目的，本项目实现了以下基本的内存读写指令： - **lw** (Load Word)：用于从内存中加载一个32位的字数据到寄存器。 - **sw** (Store Word)：用于将寄存器中的32位数据存储到内存中的指定位置。 - **lh/lhu** (Load Halfword/Unsigned Halfword)：用于从内存中加载16位的数据到寄存器，其中lh为有符号加载，lhu为无符号加载。 - **sh** (Store Halfword)：用于将寄存器中的16位数据存储到内存中的指定位置。 - **lb/lbu** (Load Byte/Unsigned Byte)：用于从内存中加载8位的数据到寄存器，其中lb为有符号加载，lbu为无符号加载。 - **sb** (Store Byte)：用于将寄存器中的8位数据存储到内存中的指定位置。 这些指令的实现对于模拟大容量内存的操作至关重要，特别是当物理内存不足以容纳整个程序或数据集时，通过这些指令可以有效地管理内存资源。 #### 读取方式 在本项目中，我们探讨了多种不同的内存读取方式，包括： - **单页映射**：这是一种简单的内存管理技术，其中每个虚拟页面都映射到一个特定的物理页面上。这种方式已经完成并验证其可行性。 - **反向页表**：与传统的正向页表相反，反向页表是从物理页面到虚拟页面的映射。这种方法也已经成功实现。 - **正向页表**：这是一种常见的内存管理方法，其中虚拟页面到物理页面的映射是通过页表来实现的。由于后续遇到的大内存处理问题，这一部分尚未完成。 - **多级页表**：这是一种更为复杂的内存管理技术，通过使用多级页表结构来减少页表占用的物理内存。同样地，这部分因为同样的原因暂未实现。 #### 实现原理 本项目的具体实现原理如下： 1. **使用4KB数组代替虚拟内存**：通过一个4KB大小的数组来模拟虚拟内存。这个数组的每个元素对应虚拟地址空间中的一个页。 2. **使用4byte数组代替物理内存**：使用一个4字节大小的数组来表示物理内存，模拟物理内存中页的存储。 3. **简单模拟大内存存取**：通过上述的虚拟内存和物理内存模型，结合MIPS模拟器的代码，实现了完整的内存读写功能。具体来说，当执行lw、sw等指令时，会根据指令提供的虚拟地址找到对应的虚拟页面，然后根据页表或其他机制确定该页面是否在物理内存中。如果不在，则触发页故障，进行页面调度或替换；如果已经在物理内存中，则直接进行数据的读写操作。 该项目通过一系列的技术手段实现了对4GB范围内的内存地址空间的有效管理和利用，对于理解虚拟存储器的工作原理以及内存管理技术具有重要的意义。