页式存储和段式存储 · 融合风（象牙 + Obsidian 入口）

速查

页大小为 $2^n$ B 时，逻辑地址低 $n$ 位为页内偏移、高位为页号：$\text{逻辑地址} = \text{页号} + \text{页内偏移}$。分页产生内部碎片、地址一维；分段产生外部碎片、地址二维。

速查 ▾

项目	值
核心概念	页大小为 $2^n$ B 时，逻辑地址低 n 位为页内偏移，高位为页号
关键公式 / 性质	$\text{逻辑地址} = \text{页号} + \text{页内偏移}$
考试频率	⭐⭐⭐⭐

核心概念 ▾

页式存储管理：将进程的逻辑地址空间划分为大小相等的页（Page），内存划分为同样大小的页框 / 页帧（Frame）。页和页框从 0 开始编号。进程的最后一页可能产生页内碎片（内部碎片）。

地址转换

$\text{逻辑地址} = \text{页号} + \text{页内偏移}$
$\text{页号} = \text{逻辑地址} / \text{页大小}$（整除）
$\text{页内偏移} = \text{逻辑地址} \bmod \text{页大小}$（取余）
$\text{物理地址} = \text{页框号} \times \text{页大小} + \text{页内偏移}$
通过页表查页号 → 页框号的映射

页表：每个进程一张，记录页号到页框号的映射。页表基址寄存器（PTBR）存放页表起始地址。页表项包含：页框号、有效位（在 / 不在内存）、访问位、修改位、保护位。

快表（TLB）：联想存储器，按内容查找，速度极快。TLB 命中则直接得到页框号，未命中则查页表并更新 TLB。有效访问时间计算需考虑 TLB 命中率。

两级 / 多级页表：解决页表过大问题。将页表再分页，外层页表常驻内存，内层页表按需调入。地址结构变为：一级页号 | 二级页号 | 页内偏移。

段式存储管理：按程序逻辑结构划分为若干段（代码段、数据段等），每段长度不等，有段名和段号。段表记录：段长 + 基址。

段页式存储管理：先分段，再在每段内分页。地址结构：段号 | 页号 | 页内偏移。需要三次访存（查段表 → 查页表 → 访目标数据）。

图：分页地址可由硬件按位切分（一维）；分段各段长度不等，段内偏移必须与段长做越界检查（二维）。

关键定义 ▾

概念	定义
页面	进程逻辑地址空间划分的等大小单位
页框（帧）	物理内存划分的与页面等大小的单位
页表	实现页号到页框号映射的数据结构
TLB（快表）	高速缓存，存储最近使用的页表项，加速地址转换
页内偏移	逻辑地址中页内部分，页式管理中逻辑地址和物理地址的偏移相同
段	按逻辑意义划分的地址空间单位，各段长度不等
段表	记录每段在内存中的起始地址和段长
内部碎片	分配单元内未被利用的空间（页式管理产生）
外部碎片	内存中无法利用的小空闲分区（段式管理产生）

常见考法 ▾

考点	说明
逻辑地址 → 物理地址转换	给定页表或 TLB，计算物理地址
页表大小计算	页表项数 $\times$ 每项大小，注意对齐
有效访问时间计算	$EAT = \alpha \times (\text{TLB时间} + \text{内存时间}) + (1-\alpha) \times (\text{TLB时间} + 2 \times \text{内存时间})$，$\alpha$ 为 TLB 命中率
多级页表访存次数	k 级页表需 k+1 次访存，有 TLB 则命中只需 1 次
分页 vs 分段对比	页大小固定 vs 段长可变、一维 vs 二维地址空间、内部 vs 外部碎片

易错点 ▾

注意

页号从 0 开始编号，页大小为 $2^n$ 时，页内偏移占低 n 位，页号占高位。
逻辑地址和物理地址的页内偏移相同（页面和页框等大）。
两级页表中，每个内层页表恰好占一个页面（这是分页的目的）。
TLB 和 Cache 是不同概念：TLB 缓存页表项，Cache 缓存数据 / 指令。
分段的地址是二维的（段号 + 段内偏移），分页是一维的（线性地址自动算出页号）。
段页式需要 3 次访存：段表 → 页表 → 数据（无 TLB 时）。
注意页面大小的单位换算：$4\text{KB} = 2^{12}\text{B}$，偏移占 12 位。

核心结论 ▾

必背

页大小为 $2^n$ B 时，逻辑地址低 n 位为页内偏移，高位为页号。
n 位页内偏移可寻址 $2^n$ B 的页面，m 位页号可表示 $2^m$ 个页面。
$\text{页表大小} = \dfrac{\text{地址空间}}{\text{页大小}} \times \text{页表项大小}$；若页表超过一页，需多级页表。
两级页表将页表分为外层和内层，外层页表常驻内存，内层页表可不在内存。
段式管理便于信息共享和保护（整段共享），页式管理不便于（共享信息可能跨页）。
有效访问时间（考虑 TLB）：$EAT = \alpha\times(t+T) + (1-\alpha)\times(t+2T)$，$t$ 为 TLB 访问时间，$T$ 为内存访问时间。

记忆卡片 ▾

页式管理中如何从逻辑地址得到页号和页内偏移？

页号 = 逻辑地址 / 页大小（整除），页内偏移 = 逻辑地址 % 页大小；页大小为 $2^{n}$ 时，低 n 位为偏移，高位为页号。

分页和分段各产生什么类型的碎片？

分页产生内部碎片（页内未利用空间），分段产生外部碎片（内存中的小空闲分区）。

两级页表需要几次访存（无 TLB 时）？

3 次（外层页表 → 内层页表 → 目标数据）；k 级页表需要 k+1 次访存。

有效访问时间 EAT 的计算公式（考虑 TLB）？

$EAT = \alpha\times(t+T) + (1-\alpha)\times(t+2T)$，$\alpha$ 为 TLB 命中率，$t$ 为 TLB 访问时间，$T$ 为内存访问时间。

分页的地址空间是几维的？分段呢？

分页是一维的（线性地址自动算出页号），分段是二维的（需要段号 + 段内偏移）。

交互动画 · 三种存储管理的地址变换 ▾

第 0 步

逻辑地址 → 拆字段 → 查表 → 拼物理地址，逐步演示

点击「播放」或「下一步」：分页 / 分段 / 段页式的地址变换逐步演示

第 1~4 步分页查页表；第 5~7 步分段查段表；第 8 步段页式对比。

地址字段表项变换结果访存次数

示意图：三种管理方式的差别只在"中间查几张表"——分页查页表、分段查段表并做越界检查、段页式先段表再页表。