内存管理单元
内存管理单元(英語:,缩写为MMU),有时称作分页内存管理单元(英語:,缩写为PMMU)。它是一种负责处理中央处理器(CPU)的内存访问请求的计算机硬件。它的功能包括虚拟地址到物理地址的转换(即虚拟内存管理)[1]、内存保护、中央处理器高速缓存的控制,在较为简单的计算机体系结构中,負責总线的仲裁以及存储体切换(,尤其是在8位的系统上)。
工作机制
现代的内存管理单元是以页的方式,分割虚拟地址空间(处理器使用的地址范围)的;页的大小是2的n次方,通常为几KB(千字节)。地址尾部的n位(页大小的2的次方数)作为页内的偏移量保持不变。其余的地址位()为(虚拟)页号。
页表条目
内存管理单元通常借助一种叫做轉譯旁觀緩衝區(,缩写为TLB)的相联高速缓存()来将虚拟页号转换为物理页号。当后备缓冲器中没有转换记录时,则使用一种较慢的机制,其中包括专用硬件()的数据结构()或软件辅助手段。这个数据结构称为分页表,页表中的数据就叫做分页表项(,缩写为PTE)。物理页号结合页偏移量便提供出了完整的物理地址。
页表或转换后备缓冲器中数据项包括的信息有:一、“脏位”(页面重写标志位,)——表示该页是否被写过。二、“存取位”()——表示该页最后使用于何时,以便于最近最少使用页面置换算法()的实现。三、哪种进程可以读写该页的信息,例如用户模式()进程还是特权模式()进程。四、该页是否应被高速缓冲的信息。
有时,TLB或PTE会禁止对虚拟页的访问,这可能是因为没有物理随机存取存储器()与虚拟页相关联。如果是这种情况,MMU将向CPU发出页错误()的信号。操作系统()将进行处理,也许会尝试寻找RAM的空白帧,同时建立一个新的PTE将之映射到所请求的虚拟地址。如果没有空闲的RAM,可能必须关闭一个已经存在的页面,使用一些替换算法,将之保存到磁盘中(这被称之为页面调度()。在一些MMU中,PTEs或者TLB也存在一些缺点,在这样的情况下操作系统将必须释放空间以供新的映射。