4. Виртуальная память при страничной организации.

Рисунок 19 – Страничная организация памяти

В физической ОП находятся активные страницы, которые используются в данный момент, а в ВЗУ – пассивные. Обмен страницами между ОП и ВЗУ происходит под управлением ОC с использованием таблиц страниц, которые формирует ОC при распределении памяти на страницы. Таблица страниц всегда находится в физической ОП и содержит виртуальный адрес страницы P, соответствующий ему физический адрес страницы, и тип физической памяти (ОП или ВЗУ), где находится страница.

Преобразование виртуального адреса в физический: Лист 2 рис. Б. При обращении к памяти номер виртуальной страницы P берётся из виртуального адреса и служит для входа в таблицу страниц за номером физической страницы P(n, p), где n – номер программы. Этот номер вместе с номером байта l, взятым из виртуального адреса, образует физический адрес, по которому происходит обращение к ОП.

Если страница находится в ВЗУ, то ОС организует передачу её в физическую ОП и только после этого возможно обращение к странице.

8. Виртуальная память при сегментно-страничной организации.

Рисунок 20 - Виртуальная память при сегментно-страничной организации

На практике память делится на сегменты, состоящие из страниц. Если стра-ница стандартна и равна 4К, то сегменты в PM имеют разный объём. Виртуальный адрес страницы дополняется номером сегмента S. Для преобразования виртуального адреса в физический используются 2 вида таблиц – таблица сегментов и таблица страниц, которые формируются ОC при распределении памяти на сегменты и страницы и всегда находятся в физической ОП. Таблица сегментов содержит номер сегмента данной программы и начальные адреса соответствующих им таблиц страниц. Таблица страниц содержит номер виртуальной страницы, соответствующий ей номер физической страницы и тип памяти (ОП или ВЗУ), где находится страница.

Преобразование адресов происходит за 2 обращения к ОП (2 этапа).

Первый этап:

Из специального регистра берётся адрес начала таблицы сегментов и складывается с номером сегмента S из регистра виртуального адреса РгВА. Получается адрес, по которому из таблицы сегментов считывается адрес начала таблицы страниц.

Второй этап:

Адрес начала таблицы страниц суммируется с номером виртуальной страницы p из РgВА. По полученному адресу выбирается номер искомой физической страницы P(n,s,p), где n – номер программы. Если эта страница находится в физической ОП, то её номер сразу заносится в регистр физического адреса РгФА. К нему добавляется номер байта в странице l и по полученному физическому адресу происходит обращение.

Если в ВЗУ, то производится прерывание по страничному сбою. ОC передаёт страницу из ВЗУ в ОП, при этом меняет номер физической страницы P(n,s,p) и только после этого производится обращение.

Одновременно сформированный физический адрес страницы P(n,s,p) передаётся в ББП – буфер быстрой переадресации, куда уже занесён виртуальный адрес страницы n,s,p. ББП – это кэш у современных МП и он хранит эти данные для небольшого числа недавно используемых страниц, поэтому при каждом обращении к ОП преобразование адресов начинается с просмотра ББП лист 3 рисунок б, где ассоциативным признаком является виртуальный адрес страницы. Если виртуальный адрес хранится в ББП, то выбирается соответствующий ему физический и двухэтапного обращения к ОП производится не будет.

9. Мультипроцессорные системы SMP, FRC.

10. Формат дескриптора сегмента.

11. Таблицы дескрипторов (GDT, IDT, LDT).

12. Пользовательские регистры 32-разрядных микропроцессоров.

13. Регистры защищенного режима GDTR, IDTR, LDTR, TR.

14. Регистры управления CR0…CR3.

1. Определить номер модуля банка и номер ячейки ОЗУ, если на шине адреса выставлен адрес 27D8h.

Шина 16-ти разрядная. Значит два старших разряда А14 и А 15 – номер модуля. А13 и А12 – номер банка. А11 – А0 – номер ячейки.

А15 – А14 – номер модуля	А13 – А12 – номер банка	А11 – А0 – номер ячейки
00 – 0 номер	10 – 2 банк	0111 1101 1000 – 2008 ячейка

2. Сформировать 20-ти разрядную шину адреса, если слово данных считывается из ячейки с адресом 0D38h, второго банка третьего модуля.

Разрядность ША = 20. Значит два старших байта А19 и А18 – номер модуля. А17 и А16 – номер банка. А15 – А0 – номер ячейки.

Номер модуля	Номер банка	В 16 – ой системе	Номер ячейки	Ответ
11	10	Е	0D38	E0D38h

3. Сформировать начальные и конечные адреса всех сегментов основной памяти в реальном режиме работы МП I80486.

В реальном режиме работы размер сегмента всегда постоянен и равен 64 Кб.

Размер страницы = 4 Кб. 16 страниц в сегменте.

Разрядность ША = 32 бита

V_ОП = 4 Гб

В реальном режиме работы используется только 1 Мб физической памяти

Память Base Memory, (640 Kб)
	Область сегментов	8 сегмент	00 08 04 00 h	0000 0000 0000 1000 0000 0100 0000 0000 b	К. адрес
			00 07 04 01 h	0000 0000 0000 0111 0000 0100 0000 0001 b	Н. адрес
		7 сегмент	00 07 04 00 h	0000 0000 0000 0111 0000 0100 0000 0000 b	К. адрес
			00 06 04 01 h	0000 0000 0000 0110 0000 0100 0000 0001 b	Н. адрес
		6 сегмент	00 06 04 00 h	0000 0000 0000 0110 0000 0100 0000 0000 b	К. адрес
			00 05 04 01 h	0000 0000 0000 0101 0000 0100 0000 0001 b	Н. адрес
		5 сегмент	00 05 04 00 h	0000 0000 0000 0101 0000 0100 0000 0000 b	К. адрес
			00 04 04 01 h	0000 0000 0000 0100 0000 0100 0000 0001 b	Н. адрес
		4 сегмент	00 04 04 00 h	0000 0000 0000 0100 0000 0100 0000 0000 b	К. адрес
			00 03 04 01 h	0000 0000 0000 0011 0000 0100 0000 0001 b	Н. адрес
		3 сегмент	00 03 04 00 h	0000 0000 0000 0011 0000 0100 0000 0000 b	К. адрес
			00 02 04 01 h	0000 0000 0000 0010 0000 0100 0000 0001 b	Н. адрес
		2 сегмент	00 02 04 00 h	0000 0000 0000 0010 0000 0100 0000 0000 b	К. адрес
			00 01 04 01 h	0000 0000 0000 0001 0000 0100 0000 0001 b	Н. адрес
		1 сегмент	00 01 04 00 h	0000 0000 0000 0001 0000 0100 0000 0000 b	К. адрес
			00 00 04 01 h	0000 0000 0000 0000 0000 0100 0000 0001 b	Н. адрес
	Область ВП (1 Кб)			0000 0000 0000 0000 0000 0100 0000 0000 b	К. адрес
				0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 b	Н. адрес

4. Сформировать начальный и конечный адреса физической ОП объемом 256 мегабайт, если n_ша=36.

V_ОП = 64 Гб (всего)

^{VОП = 256 Мб (дано)   2}28

HMA (свыше 1 мб ОП)		0000 0001 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 b	01 00 00 00 0 h
	EMA
		0000 0000 0000 0001 0000 0000 0000 0000 0001 b	00 01 00 00 1 h
UMA		0000 0000 0000 0001 0000 0000 0000 0000 0000 b	00 01 00 00 0 h
		0000 0000 0000 0000 1010 0000 0000 0000 0001 b	00 00 A0 00 1 h
Base Memory		0000 0000 0000 0000 1010 0000 0000 0000 0000 b	00 00 A0 00 0 h
		0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000	00 00 00 00 0 h

5. Определить начальный и конечный адреса высшей памяти HMA для МП Intel Pentium II.

Ша 32 – разрядная (2³² = 4 Гб)

Память HMA (4 095 Мб)	1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 b	FF FF FF FF h
	0000 0000 0001 0000 0000 0000 0000 0001 b	00 10 00 01 h
Память UMA (384 Кб)	0000 0000 0001 0000 0000 0000 0000 0000 b	00 10 00 00 h
	0000 0000 0000 1010 0000 0000 0000 0001 b	00 0A 00 01 h
Память Base Memory (640 Kб)	0000 0000 0000 1010 0000 0000 0000 0000 b	00 0A 00 00 h
	0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 b	00 00 00 00 h

640 Кб = 2¹⁹ + 2 ¹⁷

6. Найти объем физической ОП МП Intel Pentium III, если с адреса 04000000h начинается виртуальная память.

Виртуальная память (начальный адрес)	0000 0100 0000 0000 0000 0000 0000 0000 b	04 00 00 00
Физическая память (конечный адрес)	0000 0011 1111 1111 1111 1111 1111 1111 b	03 FF FF FF
Пространство ФА
Начальный адрес	0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 b

V_{Ф ОП} = 2²⁶ = 1 Мб * 2 ⁶ = 1 Мб * 64 = 64 Мб

7. Сформировать физический адрес двойного слова в ОП в защищенном режиме МП I80486, если содержимое регистров: EBX=00C81A74h; ESI=0000034Ah; EIP=0002B14Dh и база сегмента в дескрипторе равна 013F8942h.

В реальном режиме работы физически адрес (ФА) находится по формуле:

ФА = Эффективный адрес(ЭА) ⊕ База сегмента

ЭА = Базовый РГ ⊕ Индексный Рг ⊕ Рг смещения

В защищённом режиме работы МП физический адрес определяется также,

Регистр			Действие	16-ная с.с.	2-ная с.с.
EBX			⊕	00 C8 1A 74h	0000 0000 1100 1000 0001 1010 0111 0100 b
EIP				00 02 B1 4Dh	0000 0000 0000 0010 1011 0001 0100 1101 b
EBX⊕ EIP =				00 CA AB 39h	0000 0000 1100 1010 1010 1011 0011 1001 b
ESI		⊕		00 00 03 4Ah	0000 0000 0000 0000 0000 0011 0100 1010 b
EBX⊕ EIP⊕ ESI = ЭА				00 CA A8 73h	0000 0000 1100 1010 1010 1000 0111 0011 b
База сегмента	⊕			01 3F 89 42h	0000 0001 0011 1111 1000 1001 0100 0010 b
ЭА ⊕ База сегмента = ФА				01 F5 21 31h	0000 0001 1111 0101 0010 0001 0011 0001 b
Физический адрес (без страничного преобразования)				01 F5 21 31h	0000 0001 1111 0101 0010 0001 0011 0001 b

Х1⊕Х2 = Х1* Х2 + Х1* Х2

где Х1 - инверсное значение Х1

Х2 - инверсное значение Х2

8. Определить состояние МПС на базе i80486, если в управляющий регистр CR0 загружены следующие данные: а)100xxxxxxxxxx1x1; б) xxxxxxxxxx110011.

Разряд регистра
PE	1	устанавливает защищённый режим на уровне сегментов
MP	Х
EM	1	численная операция вызывают недоступность сопроцессора
TS	Х
ET	Х
NE	Х
6	Х
7	Х
8	Х
9	Х
10	Х
11	Х
12	Х
13	0
14	0
15	1
WP
AM
NW
CD
PG

CR0

MSW – Machine Status Word

CR0 содержит системные флаги управления, относящиеся ко всей системе в целом, а не к выполнению одной команды.

Младшие 16 бит – MSW.

NE – Number error – численная ошибка. NE = 1 разрешает стандартный механизм сообщения об ошибках.

ET – Extended type – тип расширения. ET=1 показывает команды математического сопроцессора.

TS – задача переключена. Устанавливается в 1 при каждом переключении задач.

EM – эмуляция – работает в паре с TS. При переключении задач TS=1, EM=0. Если же TS=1 и EM = 1, то численная операция вызывают недоступность сопроцессора.

MP – присутствие сопроцессора. Начиная с i486DX сопроцессор встроен, поэтому MP равен 1 всегда.

PE! – protect enable – разрешение защиты. PE равный единицы устанавливает защищённый режим на уровне сегментов.

Остальные флаги

PG! – страничное преобразование. =1 разрешает деление сегментов на страницы.

CD – Cash disable – запрещение кэш L1.

NW – несквозная запись в кэш L2. NW = 0 разрешает сквозную запись, 1 – запрещает, что может привести к переполнению кэш L2 и пустой L1.

AM – маска выравнивания. AM=1 разрешает контроль выравнивания по двоичной маске.

WP! – Write Protect. Защита записи. WP = 1 защищает от записи страницу уровня пользователя от обращения супервизора. WP функционирует только при разрешённом страничном преобразовании, то есть CR0[31] = 1 – PG.

9. Закодировать в упакованном и неупакованном форматах кода BCD десятичное число -5482D.

Упакованный формат

В неупакованном формате каждая десятичная цифра обозначается при переводе в двоично-десятичную системы счисления не четырьмя, а восемью битами. Дополнительные четыре бита называются зоной и заполняются единицами («1»)

Digital	Упакованный формат Binary-digital	Неупакованный формат Binary-digital
5	0101	1111 0101
4	0100	1111 0100
8	1000	1111 1000
2	0010	1111 0010
D	1101	1111 1101
5482D	0101 0100 1000 0010 1101	1111 0101 1111 0100 1111 1000 1111 0010 1111 1101
Знак 1101 – минус - плюс

10. Определить базовый адрес и предел дескрипторных таблиц GDT и IDT, если содержимое регистров: GDTR=00B000007FFFh, IDTR=00B080003FFFFh

Базовый = 00B00000h

Предел = 7FFFh