19. Сегментно-страничное распределение

_{Виртуальное пространство процесса делится на сегменты, а каждый сегмент в свою очередь делится на виртуальные страницы, которые нумеруются в пределах сегмента. Оперативная память делится на физические страницы. Загрузка процесса выполняется операционной системой постранично, при этом часть страниц размещается в оперативной памяти, а часть на диске. Для каждого сегмента создается своя таблица страниц, структура которой полностью совпадает со структурой таблицы страниц, используемой при страничном распределении. Для каждого процесса создается таблица сегментов, в которой указываются адреса таблиц страниц для всех сегментов данного процесса. Адрес таблицы сегментов загружается в специальный регистр процессора, когда активизируется соответствующий процесс.}

20. Иерархия запоминающих устройств

_{Память вычислительной машины представляет собой иерархию запоминающихся устройств, отличающихся средним временем доступа к данным, объемом и стоимостью хранения одного бита.}

_{Уровни:}

1. _{Нижний уровень представляет жесткий диск. Имеет большой объем, но скорость доступа является не высокой. Время доступа десятки мс.}

2. _{Второй уровень – более быстродействующая и менее объемная оперативная память, реализуемая на относительно медленной динамической памяти 10-20нс. Объем – десятки байт.}

3. _{Для хранения данных, которым необходимо обеспечить быстрый доступ, используются компактные быстродействующие ЗУ (запоминающие устройства) на основе статической памяти. Скорость 5-8 нс. Объем десятки-сотки киолбайт.}

4. _{На верхнем уровне расположены внутренние регистры процессора, которые могут быть использованы для хранения данных. Их объем составляет несколько десятков байт, скорость 2-3 нс. Время доступа определяется быстродействием процессора. Объем десятки байт.}

_{Чем больше объем устройства, тем менее быстродействующее это устройство (тем меньше скорость доступа). Более того, стоимость хранения данных в расчете на один бит, увеличивается с ростом быстродействия.}

_{Альтернативой является кэш-память.}

21. _{Кэш-память. Принцип действия кэш-памяти.}

_{Кеш память или просто кэш – это способ совместного функционирования двух типов запоминающихся устройств, отличающихся временем доступа и стоимостью хранения данных, которые за счет копирования быстрого ЗУ, наиболее часто используемой информации из медленного ЗУ, позволяет с одной стороны уменьшить среднее время доступа к данным, а с другой стороны, экономить более дорогую быстродействующую память.}

_{Неотъемлемым свойством кэш-памяти является свойство прозрачности для программ и пользователей.}

_{Кэш-памятью часто называют не только способ организации двух типов запоминающих устройств, но и одно из устройств – быстро запоминающее устройство.}

_{Кеширование – это универсальный метод, пригодный для ускорения доступа к оперативной памяти, к диску и к другим видом запоминающих устройств.}

_{Принцип действия кэш-памяти.}

_{Рассмотрим одну из возможных схем кэширования. Содержимое кеш-памяти представляет собой совокупность записей, обо всех выгруженных в нее элементах данных, из основной памяти.}

_{Каждая запись об элементе включает в себя:}

1. _{значение элемента данных}

2. _{адрес, которые этот элементы имеет в основной памяти}

3. _{дополнительную информацию, которая используется для реализации алгоритма замещения данных в кэше. Обычно включает в себя признак модификации и признак действительности данных.}

_{В системах, оснащенных кэш памятью, каждый запрос к кэш памяти выполняется по следующему алгоритму:}

1. _{Просматривается содержимое кэш памяти, с целью определения не находится ли нужные данные в кэш памяти. Кэш память не является адресуемой, поэтому поиск данных осуществляется по содержимому (значения поля адреса в оперативной памяти).}

2. _{Если данные обнаруживаются в памяти, то они считываются из нее и результат передается в процессор.}

3. _{Если нужных данных нет, то они вместе со своим адресом копируются из оперативной памяти в кэш и результат передается в процессор. При копировании данных может оказаться, что в кэш памяти нет свободного места, тогда убираются данные, которым последнее время было меньше всего обращений. Если вытесняемые данные были модифицированы, за время нахождения в кэш памяти, то они перезаписываются в оперативной памяти, если нет, то кэш память освобождается от них.}