1.2.5. Управление памятью

Оперативная память играет особую роль при функционировании информационных таможенных технологий. Программа может вы­полняться только в том случае, если она находится в памяти. Память распределяется между пользовательскими и системными програм­мами ОС.

Функции ОС по управлению памятью. К основным функциям ОС по управлению памятью относятся:

- учет свободной и занятой памяти;

- выделение памяти процессам и ее освобождение;

- вытеснение кодов и данных процессов на диск, когда памяти не хватает, и возврат на место;

- настройка адресов на конкретную область физической памяти;

- дефрагментация;

Типы адресов. Для идентификации команд программы и данных ис­пользуются адреса. Адреса подразделяются на следующие виды: сим­вольные имена (присваивает программист, например метки); виртуальные адреса (формирует транслятор, начальный адрес равен 0); физические адреса — номера ячеек памяти, где в действительности будут расположены данные.

Совокупность виртуальных адресов составляет виртуальное адресное пространство (ВАП). Виртуальное адресное пространство определяет­ся разрядностью компьютера.

1.2.6. Кэш-память

Кэш-память (cache) — это способ совместного функционирования двух типов запоминающих устройств, который позволяет ускорить до­ступ за счет динамического копирования часто используемой инфор­мации из «медленного» в «быстрое» запоминающее устройство (ЗУ).

Свойством кэш-памяти является, прежде всего, прозрачность для программ и пользователей, т. е. функционирование кэш происходит незаметно для программ.

Кэш-памятью или кэшем, также часто называют одно из устройств типа «быстрое» ЗУ. Оно сравнительно дороже и быстрее обычного ОЗУ. Принцип действия кэш-памяти представлен на рис. 9.

Как видно из рис. 9, запись в кэш выполняется при чтении в том случае, если эти данные в кэш отсутствуют. Если же в кэш данные есть, то обращение к основной памяти не происходит, и в этом случае они

Содержание кэш-памяти представляет собой совокупность записей о всех данных из основной памяти (ОП), загруженных в нее (рис. 10).

Время доступа пропорционально вероятности попадания в кэш, ко­торая составляет не менее 90 %.

Высокая степень попадания в кэш объясняется некоторыми объективными свойствами компьютерных данных. К таким свойствам относятся следующие.

Временная локальность. Если произошло обращение по некоторому ад-ресу, то следующее обращение с большой вероятностью произойдет в ближайшее время. Временная локальность позволяет надеяться, что имеет смысл копировать данные в кэш, так как вскоре, вероятно, все равно будет обращение к ним.

Пространственная локальность. Если произошло обращение по некото-рому адресу, то с высокой степенью вероятности в ближайшее время произойдет обращение к соседним адресам. Свойство пространственной локальности делает целесообразным копировать в кэш не одну единицу данных, а целый блок. Алгоритм действия кэш-памяти представлен на рис. 11.

1.2.7. Организация ввода-вывода

Подсистема ввода-вывода обеспечивает обмен данными между приложе-ниями и периферийными устройствами. Основные компоненты данной подсисте-мы составляют драйверы и файловая система. К основным задачам подсистемы относятся:

• организация параллельной работы устройств и процессора;

• кэширование данных;

• разделение устройств и данных между процессами;

• удобный логический интерфейс;

• простое включение нового драйвера и файловых систем;

• поддержка синхронных и асинхронных операций.

Организация параллельной работы устройств и процессора. Каждому

устройству ввода-вывода соответствует специальное устройство управ­ления — контроллер. Контроллер работает параллельно с процессором и взаимодействуете прикладными программами через посредство осо­бой программы ОС — драйвера.

Подсистема ввода-вывода обслуживает контроллер в реальном мас­штабе времени, т. е. на уровне электрических сигналов. Для приемле­мого уровня реакции все драйверы разделяются на несколько приори­тетных уровней. Для реализации приоритетной схемы используется диспетчер прерываний.

Кэширование данных. В общем случае скорости генерации данных

ризация, доступ к буферу синхронизируется. Буфер обычно распола­гается в ОЗУ. При больших объемах ввода-вывода памяти может не хватать, и в таких случаях под буфер используется дисковый файл — спул-файл.

Другим решением является оснащение контроллера буферной па­мятью, соизмеримой с ОЗУ. Буферизация решает и другую задачу — сократить количество реальных обращений к устройствам за счет кэ­ширования (дисковый кэш).