9. Структурные элементы компьютера
В разделе 7 определена структурная схема компьютера и в общих чертах описано взаимодействие его элементов в процессе функционирования. Рассмотрим основные структурные элементы компьютера более подробно (устройства ввода-вывода рассматриваются в части 4 учебного пособия).
9.1. Память
9.1.1. Внутренняя память
Внутренняя память компьютера предназначена для оперативной обработки данных. Она является более быстрой, чем внешняя память, что соответствует принципу иерархии памяти, выдвинутому в проекте Принстонской машины. Следуя этому принципу, можно выделить уровни иерархии и во внутренней памяти.
Самой быстрой и меньшей по объему является кэш-память (от англ. cashe – тайник). Она является буфером между основной памятью и процессором и позволяет увеличить скорость выполнения операций. В нее помещаются данные, которые процессор получил и будет использовать в ближайшие такты своей работы.
Вторым элементом внутренней памяти является основная память (она подробно рассмотрена ниже).
Память дискретна. Элементарной (минимальной) единицей хранения информации является бит. Он может содержать 02 или 12. Однако компьютер при работе с памятью для размещения или выборки данных из нее оперирует не битами, а байтами и более крупными единицами.
Для обращения к элементам памяти они снабжаются адресами, начиная с нуля. Максимальный адрес основной памяти определяется функциональными возможностями того или иного компьютера.
Структура основной памяти для компьютеров класса IBC PC с указанием начальных адресов отдельных областей представлена в табл. 9.1.
Таблица 9.1
|
непосредственно адресуемая память операционной системы |
расширенная память XMA4 |
||||
|
стандартная память СМА5 (640К) |
верхняя память UMA6 (384К) |
высокая память HMA7 (64К) |
остальная память |
||
|
ОЗУ8 |
ПЗУ |
||||
|
область служебных программ и данных операционной системы (64К) |
область программ и данных пользователя (576К) |
область видеопамяти и служебных программ (256К) |
область программы начальной загрузки операционной системы и других программ BIOS9 (128К) |
||
|
0 64К 640К 896К 1024К 1088К МАХ |
|||||
В силу особенностей ОС MS DOS непосредственно адресуются только первые 1024 К памяти, доступ к остальным адресам осуществляется средствами специальных программ, которые называются драйверами. Их подключение выполняется в файле конфигурации config.sys в предложении device.
При обращении к элементам памяти ОС использует не абсолютный адрес, например, 2245653, а сегментированный.
В простейшем случае для образования сегментированного адреса все адресное пространство делится на блоки – сегменты – размером 16Б, которые нумеруются четырехзначными шестнадцатеричными числами от 000016 до FFFF16. Тогда внутри сегмента каждый байт как элемент памяти характеризуется смещением – отстоянием в байтах от начала сегмента. В результате каждый абсолютный адрес представляется парой сегмент:смещение. На рис. 9.1 представлена схема формирования сегментированных адресов.
сегменты
и их номера
… ….
000016
000116
000216 000316
000416
0 16Б 32Б 48Б 64Б 128Б …. MAX
8Б
абсолютный адрес = 40Б
Рис. 9.1. Схема формирования сегментированных адресов
Зададимся абсолютным адресом, равным 40Б, и представим его в сегментированном виде: 0002:0008. Здесь 0002 – номер сегмента, 0008 – смещение в сегменте.