Сегментно-страничная модель распределения памяти
Программа разбивается на сегменты. Физический адрес информации состоит из двух частей: адреса начала сегмента и смещения. Но смещение относительно начала сегмента включает в себя два поля: номер виртуальной страницы и индекс (позиция на странице). Сегмент описан в таблице дескрипторов. В дескрипторе для сегмента указаны бит гранулярности G, длина сегмента (задана количеством страниц размером 4 Кбайт каждая) и физический адрес начала сегмента. Так как значение в поле размера сегмента означает размер сегмента в страницах, то в данной модели G = 1.
Для доступа к информации необходимо:
1) вычислить адрес дескриптора сегмента и прочитать его;
2) вычислить адрес элемента таблицы страниц этого сегмента и извлечь из памяти необходимый элемент;
3) номер физической страницы дополнить номером ячейки на этой странице.
Плоская модель памяти
Если считать, что программа состоит из одного сегмента, который, в свою очередь, разбит на страницы, то фактически получается только один страничный механизм работы с виртуальной памятью. Длина сегмента определяется максимальной величиной 4 Гбайт. Для адресации используется только 32-разрядное смещение, поскольку предполагается, что сегмент начинается с 0-го адреса. Такой подход получил название плоской модели памяти (рис. 11).
Рис. 11. Плоская модель памяти
В абсолютном большинстве современных операционных систем используется плоская модель памяти. При использовании плоской модели памяти упрощаются технологии создания ОС и систем программирования, уменьшаются расходы памяти на поддержку системных информационных структур.
Внешняя память
Внешней называют память, располагающуюся на магнитных дисках (жестких и гибких), оптических носителях, магнитных лентах и т.д.
Винчестеры (накопители на жестких магнитных дисках)
Винчестер состоит из одного или нескольких алюминиевых или стеклянных дисков - пластин, расположенных друг под другом. Каждый диск состоит из двух поверхностей (рис. 12). Обе поверхности диска покрыты магнитным слоем.
Рис. 12. Винчестер с четырьмя дисками
Первые диски были 50 см в диаметре, сейчас их диаметр составляет от 3 до 12 см, а у портативных компьютеров — меньше 3 см, причем этот параметр продолжает уменьшаться. Головки считывания/записи двигаются над поверхностью диска, опираясь на воздушную подушку.
Ось, проходящая через центр всех дисков, называется шпинделем. Головки расположены на кронштейнах. Кронштейны скреплены таким образом, что одновременно могут перемещать головки на разные (но для всех головок одинаковые) расстояния от шпинделя. На разных расстояниях от шпинделя записываются разные дорожки. Дорожка - это кольцо намагниченного материала, которое отделяется от других дорожек небольшими пограничными областями. Таким образом, дорожки представляют собой ряд концентрических кругов, расположенных вокруг шпинделя. Ширина дорожки зависит от величины головки и от точности ее перемещения. Совокупность дорожек, расположенных на одном расстоянии от центра, называется цилиндром.
Когда через головку проходит положительный или отрицательный ток, он намагничивает поверхность под головкой. При этом магнитные частицы намагничиваются направо или налево в зависимости от полярности тока. Когда головка проходит над намагниченной областью, в ней возникает положительный или отрицательный ток, что дает возможность считывать записанные ранее биты. Поскольку диск вращается под головкой, то поток битов может записываться, а потом считываться. Структура дорожки диска показана на рис. 13.
Рис. 13. Модель дорожки диска (два сектора)
Производительность винчестера зависит от многих факторов:
времени поиска дорожки;
времени ожидания сектора;
время передачи одного сектора;
времени обработки вспомогательных (служебных) данных – преамбул, кодов исправления ошибок;
времени рекалибровки механизмов перемещения головок.
С винчестером связан так называемый контроллер. Это электронная схема, в задачи которой входит получение от программного обеспечения таких команд, как READ, WRITE и FORMAT, управление перемещением кронштейна, обнаружение и исправление ошибок согласно коду исправления, преобразование байтов, считываемых из памяти, в непрерывный поток битов и наоборот. Некоторые контроллеры производят кэширование совокупности секторов для дальнейшего потенциального использования.