ЗИ при страничной адресации (конспект)

Может быть обеспечена любым вариантом страничной организации памяти без каких либо дополнений. Перед тем как передать управление программой пользователю операционная система расставляет в дискретных регистрах физический номера страниц. Это физические номера тех страниц, к которым программа пользователя разрешено обращаться. ОС расставляет их в дискретные регистры, соответственно тем материальным адресам, по которым программа пользователя будет к ним обращаться. Если по сведениям ОС некоторым материальным номера не должен использоваться в данной программе пользователя и ОС не выделило под него никакой физический страницы, то в соответственный дискртеторных регистр ОС занесет пустой номер физ. страницы.

Единственное дополнение, которое было бы желательно сделать в дешифратор, присоединенный к разрядом физич. номера страницы в используемом адресе, который обнаруживая бы появления в этих разрядах пустого номера и.те. формировался бы сигнал прерывания или вызова супервайзера в случае попытки программы пользователя обращаться к закрытой странице памяти.

 

 

 

 

15. Организация виртуальной памяти.
Виртуальная память — технология управления памятью ЭВМ, разработанная для многозадачных операционных систем. При использовании данной технологии для каждой программы используются независимые схемы адресации памяти, отображающиеся тем или иным способом на физические адреса в памяти ЭВМ. Позволяет увеличить эффективность использования памяти несколькими одновременно работающими программами, организовав множество независимых адресных пространств (англ.), и обеспечить защиту памяти между различными приложениями. Также позволяет программисту использовать больше памяти, чем установлено в компьютере, за счет откачки неиспользуемых страниц на вторичное хранилище (см. Подкачка страниц).

При использовании виртуальной памяти упрощается программирование, так как программисту больше не нужно учитывать ограниченность памяти, или согласовывать использование памяти с другими приложениями. Для программы выглядит доступным и непрерывным все допустимое адресное пространство, вне зависимости от наличия в ЭВМ соответствующего объема ОЗУ.

Применение механизма виртуальной памяти позволяет:

• упростить адресацию памяти клиентским программным обеспечением;
• рационально управлять оперативной памятью компьютера (хранить в ней только активно используемые области памяти);
• изолировать процессы друг от друга (процесс полагает, что монопольно владеет всей памятью).

В настоящее время эта технология имеет аппаратную поддержку на всех современных бытовых процессорах. В то же время во встраиваемых системах и в системах специального назначения, где требуется либо очень быстрая работа, либо есть ограничения на длительность отклика (системы реального времени) виртуальная память используется относительно редко.

ВП разделена на аппаратно-независимую и аппаратно-зависимую части. Коротко рассмотрим, что и каким образом входит в аппаратно-зависимую часть подсистемы управления виртуальной памятью. При работе машины с ВП, используются методы страничной, сегментной и сегментно-страничной организации памяти.

Рассмотрим первую форму организации ВП – страничную организацию (СО). При СО, все ресурсы памяти, как оперативной, так и внешней представляются для пользователя единым целым. Пользователь работает с общим адресным пространством. Виртуальная память разбивается на равные страницы, которые содержат определённое фиксированное количество ячеек памяти. Передача информации между памятью и диском всегда осуществляется целыми страницами. Страницы имеют фиксированную длину, обычно являющуюся степенью числа 2, и не могут перекрываться. На рисунке 1 изображена схема Страничной организации виртуальной памяти .

Рис.1 Страничная организация Виртуальной Памяти.
Виртуальные адреса делятся на страницы (page), соответствующие единицы в физической памяти образуют страничные кадры (page frames), а в целом система поддержки страничной виртуальной памяти называется пейджингом (paging). Виртуальный адрес в страничной системе упорядоченная пара (p,d), где p - номер страницы в виртуальной памяти, а d - смещение в рамках страницы p, где размещается адресуемый элемент. Система отображения виртуальных адресов в физические сводится к системе отображения виртуальных страниц в физические и представляет собой таблицу страниц, которая адресуется при помощи специального регистра процессора и позволяет определить номер кадра по виртуальному адресу.

В большинстве современных компьютеров со страничной организацией виртуальной памяти все таблицы страниц хранятся в основной памяти, а быстрота доступа к элементам таблицы текущей виртуальной памяти достигается за счет наличия сверхбыстродействующей буферной памяти (кэша).
Существуют две другие схемы организации виртуальной памяти: сегментная и сегментно-страничная. При использовании метода сегментно-страничной организации ВП, пользовательские программы разбиваются на отдельные массивы. Эти массивы независимые участки называются сегментами. При сегментной организации виртуальный адрес по-прежнему является двумерным и состоит из двух полей - номера сегмента и смещения внутри сегмента. Заметим, что с точки зрения ОС сегменты являются логическими сущностями и их главное назначение хранение и защита однородной информации (кода, данных и т.д.). Отличие сегмента от страницы состоит в том, что длина сегмента может изменяться в процессе работы.

Сегментно-страничная организация памяти требует более сложной аппаратурно-программной организации. На рисунке 2 подробно показан способ организации ВП с ССО. Адрес ячейки в данном случае складывается из 3х частей: первая содержит номер самого сегмента (S egment), по этому номеру машина обращается к сегментной таблице. Вторая часть адреса содержит номер искомой страницы (p age), которая находится внутри выбранного сегмента и третья смещение (l ength), по которому находится требуемый адрес. Pµ, обведенное в двойную рамку показывает математический адрес, а Pф физический. Как и при СО, смещение l переписывается в ячейку физического адреса без изменений.

Вверху рисунка, аббревиатурой N обозначен номер какой-нибудь программы пользователя. А⁰ с индексом 1 обозначает конкретный начальный адрес сегментной таблицы для данной программы. Сначала берется этот адрес и номер сегмента S из регистра математического адреса. Оба этих адреса складываются в сумматоре, который изображен в виде обведенного плюса. Получившийся адрес А¹ + S является входом в сегментную таблицу (изображен в первой колонке сегментной таблицы). Далее, благодаря этому адресу, отыскивается соответствующий адрес страничной таблицы (А⁰ с индексом 2), который в свою очередь суммируется с номером искомой страницы p в сумматоре. Результирующая сумма есть вход в страничную таблицу. Структура страничной таблицы нам уже знакома.