Лекция №13 методы расширения адресного пространства мпс.
План лекции
1. Постановка задачи расширения адресного пространства.
2. Расширение адресного пространства методом окна.
3. Метод базовых регистров.
4. Метод банков.
5. Понятие виртуальной памяти.
13.1 Предварительные замечания.
Допустим МП имеет 16-ти разрядную шину АВ, а для решения задачи необходима память превышающая 64 к. В этой связи возникает вопрос: может ли быть использован МП с 16-ти разрядной шиной АВ для построения МПС с объемом памяти превышающим 64 кБ ?
Ответ положительный, причем разработано множество методов расширения адресного пространства. Однако, прежде чем изучить основные из них, рассмотрим схему расширения адресного пространства МПС до 1 МБ с МП имеющим 16-ти разрядную шину АВ (рис.13.1) и разберем ошибки, допущенные в ней.
Рис.13.1.
К 16 основным адресным линиям добавлены еще 4 линии, подключенные к выходам программно-доступного регистра старших разрядов адреса. Полный 20-ти разрядный адрес поступает в дополнительную память емкостью 1 МБ. Шины управления регистром на рис.13.1 не представлены. Покажем, что данная схема будет неработоспособна.
Предположим, что адресное пространство МПС без расширения памяти распределено так, как это показано на рис.13.2.а. Далее, допустим, что из МП выдается 16-ти разрядный адрес 0000 0000 0000 0101, а в регистр старших разрядов адреса предварительно загружен код 1111(2) . В дополнительной памяти на такой адрес откликается ячейка с адресом F0005(16) . В то же время в собственной памяти МПС будет выбрана ячейка с адресом 0005(16) , так как эта память анализирует 16, а не 20 разрядов адреса. Поэтому информация при чтении будет выдана как из собственной памяти (ячейка Y), так и дополнительной памяти - ячейки X. Что лишено смысла, так как на шине данных получается "смесь" сигналов. Однако, если исходный 16-ти разрядный адрес превышает или равен 32 кБ, то одновременного обращения к двум ячейкам не будет, так как внутри МПС ни одно из устройств не опознает этот адрес, а в дополнительной памяти с учетом четырех дополнительных старших разрядов ему соответствует единственная ячейка. При таком подключении исходная память (64 К) проецируется на дополнительную память 24 = 16 раз. Причем, поскольку в исходном адресном пространстве 50% ячеек памяти было занято, то в результате такого подключения 50% дополнительной памяти нельзя использовать (происходит одновременная выборка двух ячеек).
Рис.13.2.
Рассмотрим теперь основные методы расширения адресного пространства.
13.2 Метод окна.
Метод окна позволяет достаточно просто разрешить те проблемы, которые возникли в предыдущей схеме. Идея метода состоит в отображении на "большом" отрезке (дополнительной памяти) лишь части "малого" отрезка (основной памяти). Эта часть соответствует свободным адресам МПС и называется окном. Схема, реализующая расширение адресного пространства по методу окна приведена на рис.13.3.
Рис.13.3.
Емкость дополнительной памяти V=2d+g ячеек. Если, например, d=7, g=13, то V=220 =1 M ячеек.
Геометрическое представление идеи метода отражено на рис.13.4, на котором схематично показаны распределение адресного пространства исходной МПС и проекции “окна” на дополнительную память.
Рис.13.4
На рис.13.4.а ось P представляет собой адресное пространство МПС, в котором зона LG использована для адресации элементов внутри МПС. Окно W выделено в свободной зоне адресного пространства L0.
100
Дополнительная память может рассматриваться как состоящая из 2d - страниц, каждая из которых имеет размер 2g ячеек, совпадающий с размером окна. Таким образом, 2d - число проекций окна, которые, примыкая вплотную друг к другу, заполняют собой всю ось дополнительной памяти. Существенно, что адресная шина при этом расщепляется на две части: одна поступает в дополнительную память, а другая- на входы дешифратора. Соответствие номеров страниц адресам в основной памяти приведено на рис.13.4.б .
Из приведенной таблицы видно, что номер страницы определяется тремя старшими разрядами шины АВ (А15 А13 ). Таким образом, анализируя значение указанных бит шины АВ, например, дешифратором, может быть сформирован признак обращения МП к зоне памяти отведенной под окно, т.е. сформирован сигнал, активизирующий дополнительную память.
Заметим, что исходная память имеет 8 страниц, причем одна свободна и отведена под окно, на которое проецируется одна из страниц дополнительная памяти. Дополнительная память содержит 128 страниц, номер страницы задается содержимым адресного регистра.
Система работает следующим образом.
1. МП загружает программно-доступный регистр старших разрядов адреса с шины данных, задавая положение проекции окна в адресном пространстве дополнительной памяти.
2. МП обращается по некоторому адресу, лежащему внутри окна.
3. Дешифратор опознает принадлежность текущего адреса окну и разрешает передачу в дополнительную память сигнала сопровождения адреса M/IO. В дополнительную память выдается полный адрес (d+g) бит, определяющий одну из ячеек.
4. Выбранная ячейка дополнительной памяти выдает или принимает информацию в зависимости от сигнала по линии управления режимом работы.
Поскольку окно выбрано в зоне неиспользуемых адресов внутреннего адресного пространства МПС, то конфликты, связанные с одновременным выбором двух адресуемых элементов (внутри МПС и вне), исключаются.