TLB的作用和工作流程

以下内容摘自《步步惊芯——软核处理器内部设计分析》一书

页表通常规模较大，并且存储在内存中。因此，在处理器引入MMU（即内存管理单元）后，执行指令和数据时需要依次访问两次内存：首先通过查询页表获取物理地址信息，并随后访问该物理地址来读取指令和数据。为了尽量减少由于MMU带来的处理器性能下降问题，引入了TLB（Translation Lookaside Buffer），其功能相当于一个"地址转换后援缓冲器"或简称为"快表"。具体而言，在TLB能够完成必要的地址转换任务时，则直接使用其缓存内容；只有当TLB无法完成地址翻译任务时才需要转而查询主存中的页表信息。这样设计不仅提高了缓存效率，在大多数情况下也能够有效减少由于页表查询引发的处理器性能下降。

TLB中的每一项由两个部分构成：其中一部分用于标识（Identifier），另一部分用于存储物理页号（Physical Page Number）、存储保护信息（Storage Protection Information）以及其他辅助信息（Miscellaneous Information）。虚拟地址与TLB中的项之间存在三种主要的对应关系：全关联对应关系（Full Associative Mapping）、直接对应关系（Direct Mapping）以及分组关联对应关系（Group Associative Mapping）。O