轉てん譯やく後備こうび緩衝かんしょう區く

轉てん譯やく後備こうび緩衝かんしょう區く（英語えいご：Translation Lookaside Buffer，首くび字母じぼ縮ちぢみ略字りゃくじ：TLB），在中ざいちゅう国大こくだい陆被翻こぼし译为页表缓存、转址旁つくり路ろ缓存，為ためCPU的てき一いち种缓存そん，由ゆかり内うち存そん管理かんり单元用よう於改進すすむ虛きょ擬なずらえ位い址し到いた實じつ體位たいい址し的てき轉てん譯やく速度そくど。目前もくぜん所有しょゆう的てき桌上型がた及伺服ふく器き型がた處理しょり器き（如 x86）皆みな使用しようTLB。TLB具有ぐゆう固定こてい數すう目的もくてき空そら间槽，用よう于存放ひ將はた虛きょ擬なずらえ地ち址し映うつ射い至いたり物理ぶつり地ち址し的てき分ぶん頁ぺーじ表ひょう条目じょうもく。為ため典型てんけい的てき結合けつごう存そん儲もうか（content-addressable memory，首くび字母じぼ縮ちぢみ略字りゃくじ：CAM）。其搜尋ひろ鍵かぎ碼為虛きょ擬なずらえ記憶きおく體位たいい址し，其搜尋ひろ結果けっか為ため實體じったい位い址し。如果請求せいきゅう的てき虚きょ拟位址し在ざいTLB中ちゅう存在そんざい，CAM 将はた给出一个非常快速的匹配结果，之これ後ご就可以使用しよう得え到いた的てき物理ぶつり地ち址し存そん取と記憶きおく體たい。如果請求せいきゅう的てき虚きょ拟位址し不在ふざい TLB 中ちゅう，就會使用しよう分ぶん頁ぺーじ表ひょう进行虚きょ实地址し转换，而分ぶん頁ぺーじ表ひょう的てき存そん取と速度そくど比ひTLB慢很多た。有ゆう些系统允许分ぶん頁ぺーじ表ひょう被ひ交换到次じ級きゅう存そん储器，那な么虚实地址し转换可能かのう要よう花はな非常ひじょう长的时间。

概觀がいかん

TLB 用よう于缓存そん一いち部分ぶぶん分ぶん頁ぺーじ表ひょう条目じょうもく。TLB可か介かい於CPU和わ CPU缓存之これ間あいだ，或ある在ざいCPU、缓存和わ主しゅ記憶きおく體たい之これ間あいだ，這取決けつ於缓存そん使用しよう的てき是ぜ物理ぶつり寻址或ある是ぜ虛きょ擬なずらえ寻址。如果缓存是ぜ虛きょ擬なずらえ定じょう址し，定じょう址し請求せいきゅう將しょう會かい直接ちょくせつ從したがえ CPU 傳送でんそう給きゅう缓存，然しか后きさき从缓存そん访问所しょ需的 TLB 条目じょうもく。如果缓存使用しよう物理ぶつり定じょう址し，CPU 會かい先さき對たい每ごと一いち個こ記憶きおく體操たいそう作さく進行しんこうTLB查尋，並なみ且將取得しゅとく的てき物理ぶつり地ち址し傳送でんそう給きゅう缓存。两种方法ほうほう各かく有ゆう优缺点てん。

采さい用よう物理ぶつり寻址的てき缓存的てき一いち种常見つねみ優ゆう化か，是ぜ并行的てき進行しんこう TLB 查尋和わ缓存的てき存そん取と。所有しょゆう虛きょ擬なずらえ位い址し的てき較低位い元もと（例れい如，在ざい虚きょ拟内存そん系統けいとう中ちゅう具有ぐゆう 4KB 分ぶん頁ぺーじ時じ，虛きょ擬なずらえ位い址し中ちゅう較低的てき那な 12 位い元もと）代表だいひょう的てき是ぜ所しょ請求せいきゅう的てき位い址し在ざい分ぶん页内部ないぶ的てき地ち址し偏へん移うつり量りょう（页内地ち址し），且這些位元もと不ふ會かい在ざい虛きょ擬なずらえ地ち址し转换到物理ぶつり地ち址し的てき過程かてい中ちゅう發生はっせい改變かいへん。访问CPU缓存的てき過程かてい包含ほうがん兩りょう步ふ：使用しよう一条索引去寻找CPU缓存的てき資料しりょう儲もうか存そん區く中ちゅう的てき相しょう应条目め，然しか后きさき比較ひかく找到的てきCPU缓存条目じょうもく的てき相しょう应标记。如果缓存是ぜ用よう虚きょ实地址し轉てん譯やく過程かてい中ちゅう不變ふへん的てき页内地ち址し來らい索引さくいん组织起おこり来らい的てき，則のり可か并行地ち执行TLB上じょう虚きょ实地址し的てき較高位い元もと(即そく分ぶん页的页间地ち址し／页号）的てき转换与CPU缓存的てき「索引さくいん」操作そうさ。然しか後ご，從したがえ TLB 获得的てき的てき物理ぶつり地ち址し的てき页号會かい傳送でんそう給きゅうCPU缓存。CPU缓存會かい對たい页号标记進行しんこう比較ひかく，以決定けってい此次存そん取と是ぜ尋ひろ中ちゅう或ある是ぜ缺かけ失しつ。它也有ゆう可能かのう并行的てき進行しんこう TLB 查尋和わCPU缓存存そん取と，即そく使つかいCPU缓存必須ひっす使用しよう某ぼう些可能會のうかい在位ざいい址し轉てん譯やく后きさき發生はっせい改變かいへん的てき位い元もと；參さん閱缓存そん条目じょうもく的てき地ち址し翻こぼし译一節いっせつ，以取得しゅとく關せき於虛擬なずらえ定じょう址し下か缓存和わ TLB 的てき進しん一いち步ほ細ほそ節ぶし。

TLB 不ふ命中めいちゅう

兩りょう種たね在ざい現代げんだい体系たいけい结构中ちゅう常用じょうよう的てき解決かいけつ TLB 不ふ命中めいちゅう的てき方案ほうあん：

• 硬かた體からだ式しき TLB 管理かんり，CPU 自じ行くだり遍へん历分ぶん頁ぺーじ表ひょう，查看是ぜ否ひ存在そんざい包含ほうがん指定してい的てき虛きょ擬なずらえ位い址し的てき有效ゆうこう分ぶん頁ぺーじ表ひょう条目じょうもく。如果存在そんざい这样的てき分ぶん页表条目じょうもく，就把此分页表条目じょうもく存そん入にゅう TLB ，並なみ重おも新しん执行 TLB 访问，而此次じ访问肯定こうてい會かい尋ひろ中ちゅう，程ほど式しき可か正常せいじょう執行しっこう。如果 CPU 在ざい分ぶん頁ぺーじ表ひょう中ちゅう不能ふのう找到包含ほうがん指定してい的てき虛きょ擬なずらえ位い址し有效ゆうこう条目じょうもく，就會發生はっせい分ぶん頁ぺーじ錯誤さくご异常，作業さぎょう系統けいとう必須ひっす處理しょり這個异常。處理しょり分ぶん頁ぺーじ錯誤さくご通常つうじょう是これ把わ被ひ請求せいきゅう的てき数すう据すえ载入物理ぶつり記憶きおく體たい中ちゅう，並なみ在ざい分ぶん頁ぺーじ表ひょう中ちゅう建立こんりゅう将はた出で錯的虛きょ擬なずらえ位い址し映うつ射い到いた正せい確かく的てき物理ぶつり位い址し的てき相しょう应条目め，並なみ重おも新しん啟けい動どう程ほど式しき（詳しょう見み分ぶん頁ぺーじ錯誤さくご）。
• 軟體管理かんり式しき TLB，TLB 不ふ命中めいちゅう時じ會かい產さん生せい「TLB 失しつ誤あやま」异常，且作業さぎょう系統けいとう遍へん历分頁ぺーじ表ひょう，以軟體たい方式ほうしき進行しんこう虚きょ实地址し轉てん譯やく。然しか後こう作業さぎょう系統けいとう將しょう分ぶん页表中ちゅう响应的てき条目じょうもく載の入にゅう TLB 中ちゅう，然しか后きさき從したがえ引起 TLB 失しつ誤あやま的てき指令しれい處しょ重おも新しん啟けい動どう程ほど式しき。如同硬かた體からだ式しき TLB 管理かんり，如果作業さぎょう系統けいとう在ざい分ぶん頁ぺーじ表ひょう中ちゅう不能ふのう找到有效ゆうこう的てき虚きょ实地址し轉てん譯やく条目じょうもく，就會發生はっせい分ぶん頁ぺーじ錯誤さくご，作業さぎょう系統けいとう必須ひっす進行しんこう相應そうおう的てき處理しょり。

典型てんけい的てき TLB

• 容量ようりょう：12 - 4,096 分ふん页表条目じょうもく
• 尋ひろ中ちゅう時間じかん：0.5 - 1 時じ脈みゃく週しゅう期き
• 不ふ命中めいちゅう代價だいか：10 - 30 時じ脈みゃく週しゅう期き
• 不ふ命中めいちゅう率りつ: 0.01% - 3%

假かり如在TLB 尋ひろ找需要じゅよう 1 個こ時じ脈みゃく週しゅう期き，而若在ざいTLB找不到いた(miss hit)需要じゅよう額がく外花とばな 30 個こ時じ脈みゃく週しゅう期き去さ尋ひろ找，而且miss hit的てき機き率りつ是ぜ 1%，則のり有效ゆうこう的てき記憶きおく體たい访问週しゅう期き的てき平均へいきん值是 $1\times 0.99+(1+30)\times 0.01=1.30$ 個こ時じ脈みゃく週しゅう期き／每まい一いち記憶きおく體たい存そん取と。

指令しれい与あずか数かず据すえ可か以分别使用しよう不同ふどう的てきTLB ，即そくInstruction TLB (ITLB)与あずか Data TLB (DTLB)，或ある者もの指令しれい与あずか数かず据すえ使用しよう统一的てきTLB，即そくUnified TLB (UTLB)，再さい或ある者もの使用しよう分ぶん块的TLB (BTLB)。

上下じょうげ文ぶん切きり换

在ざい上下じょうげ文ぶん切きり换（context switch）部分ぶぶん TLB 条目じょうもく可能かのう會かい失效しっこう，例れい如先前ぜん執行しっこう的てき进程已やめ访问过一个页面めん，但ただし是これ将はた要よう执行的てき进程尚ひさし未み访问此页面めん。最さい簡單かんたん的てき策略さくりゃく是清これきよ出で整せい個こ TLB。較新的てき CPU 已やめ有ゆう更さら多おお有效ゆうこう的てき策略さくりゃく；例れい如在 Alpha EV6 中なか，每まい一いち個こ TLB 条目じょうもく會かい有ゆう一いち個こ「位い址し空間くうかん號ごう碼」（address space number，ASN）的てき標記ひょうき，而且只ただ有ゆう符合ふごう目前もくぜん工作こうさく的てき ASN 的てき TLB 条目じょうもく才ざい會かい被ひ視し為ため有效ゆうこう。

AMD Phenom

AMD Phenom CPU的てきB2版本はんぽん存在そんざい一いち個こTLB問題もんだい。如果改あらため以軟體方式ほうしき解決かいけつ這個問題もんだい（如BIOS更新こうしん），這將會かい損失そんしつ10-30%的てき效能こうのう。為ため此，AMD另外推出B3版本はんぽん的てきPhenom處理しょり器き，在ざい硬かた體からだ電路でんろ上じょう修正しゅうせい此問題もんだい，克服こくふく了りょうB2版本はんぽんPhenom處理しょり器き效能こうのう減少げんしょう的てき問題もんだい。

參考さんこう

• Virtual Memory in the IA-64 Kernel > Translation Lookaside Buffer （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）
• Virtual Translation Lookaside Buffer

外部がいぶ連結れんけつ

• 記憶きおく體たい管理かんり／分ぶん頁ぺーじ架か構 （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）
• 处理器き的てき存そん储子系けい统（三さん）-- 页表和わTLB （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）
• 处理器き的てき存そん储子系けい统（一いち）--概がい述じゅつ （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）

參まいり閱

• 記憶きおく體たい管理かんり
• 分ぶん頁ぺーじ