Программная модель памяти эвм. Иерархическая структура памяти. Концепция виртуальной памяти. Страничное распределение памяти.
Память ЭВМ – совокупность устройств, предназначенных для приема, хранения и выдачи всей информации, необходимой для работы машины. Устройство, составляющее такую систему памяти, называется ЗУ. В памяти ЭВМ хранятся микропрограммы и программы самоуправления и взаимодействия с внешней средой. В памяти располагаются исходные данные, программы решения задач и конечные результаты.
ЗУ классифицируются:
1.по типу ЗУ; запоминающих элементов
а)полупроводниковые
б)магнитные
в)конденсаторные
г)оптоэлектронные
д)галографические и другие
were can i download macross the movie
2. по функциональному назначению:
а)сверхоперативные СОЗУ
б)оперативные ОЗУ
в)постоянные ПЗУ
г)буферные БЗУ
д)внешние ВЗУ
3.по способу и организации обращения:
а)с прямым доступом
б)с последовательным доступом
в)адресные
г)ацеативные
д)стековые и др.
4. по характеру считывания
а) с разрушением
б) без разрушения информации
5.по способу хранения:
а)статические
б)динамические
6.по способу организации:
а)однокоординатные
б) 2-координатные
в) 3-координатные
К ЗУ предъявляются большие требования: по быстродействию и по объему памяти. Эти требования находятся в противоречии исходя из этого в ЭВМ используется целая иерархия памяти (смотр рис)
Емкость ЗУ – максимальное количество данных, которые может хранить ЗУ
Быстродействие ЗУ характеризуется длительностью Е-обращения. Период обращения складывается из времени доступа плюс время чтения.
Ширина выборки: n – количество разрядов параллельно (одновременно) записываемых или считываемых с ЗУ. Скорость обмена – зависит от ширины выборки и Т-обращения.
F=n\Tобращения
Качество ЗУ определяется следующими характеристиками:
1.скорость обмена
2.удельная стоимость – отношение стоимости ЗУ к его емкости (руб/Мб)
3.удельнная емкость – отношение информационной емкости ЗУ к его физическому объему
4.адежность в работе
5. энергозависимость (сохранение информации после отключения питания)
6.потребляемая мощность
7.колличество каналов напряжения источников питания
1.Самая высокая память – регистровая, она строится на регистрах – полупроводниковые триггеры (УР и РОН)
2.Местная память – АЗУ, БЗУ, ПЗУ; строятся на больших интегральных схемах
3.ОП – является основной памятью, имеет большую емкость и высокое быстродействие
4.Внешняя и архивная памяти имеют большой объем, но меньшее быстродействие.
Разработчикам программного обеспечения часто приходится решать проблему размещения в памяти больших программ, размер которых превышает объем доступной оперативной памяти. Развитие архитектуры компьютеров и расширение возможностей операционной системы по управлению памятью позволило переложить решение этой задачи на компьютер. Одним из главных достижений стало появление виртуальной памяти (virtual memory). Впервые она была реализована в 1959 г. на компьютере "Атлас", разработанном в Манчестерском университете.
Суть концепции виртуальной памяти:
Информация, с которой работает активный процесс, должна располагаться в оперативной памяти. В схемах виртуальной памяти у процесса создается иллюзия того, что вся необходимая ему информация имеется в основной памяти.
Для этого, во-первых, занимаемая процессом память разбивается на несколько частей, например страниц. Во-вторых, логический адрес (логическая страница), к которому обращается процесс, динамически транслируется в физический адрес (физическую страницу). И, наконец, в тех случаях, когда страница, к которой обращается процесс, не находится в физической памяти, нужно организовать ее подкачку с диска. Для контроля наличия страницы в памяти вводится специальный бит присутствия, входящий в состав атрибутов страницы в таблице страниц.
введение виртуальной памяти позволяет решать другую, не менее важную задачу – обеспечение контроля доступа к отдельным сегментам памяти и, в частности, защиту пользовательских программ друг от друга и защиту ОС от пользовательских программ.
Каждый процесс работает со своими виртуальными адресами, трансляцию которых в физические выполняет аппаратура компьютера. Таким образом, пользовательский процесс лишен возможности напрямую обратиться к страницам основной памяти, занятым информацией, относящейся к другим процессам
Страничная память
В современных системах управления памятью не принято размещать процесс в оперативной памяти одним непрерывным блоком. В самом простом и наиболее распространённом случае в страничной организации памяти, как логические так и физическое адресное пространство представляется состоящим из набора блоков или страниц одинакового размера. При этом образуется логические страницы (Page), а соотношение единицы физической памяти называют (страничными кадрами) (page frames). Страницы и страничные кадры имеют фиксированную длину, являются степенью числа 2. каждый кадр содержит одну страницу данных. При такой организации внешняя фрагментация отсутствует, а потерь из-за внутренней фрагментации ограничиваются последней страницей процесса. Логический адрес в страничной системе это упорядоченная память (p, d), где p — номер страницы в виртуальной памяти, а d — смещение в рамках страницы р на которой размещен адресный элемент.
Разбитие адресного пространства на страницы осуществляется вычислительной системой незаметно для программиста, поэтому адрес является двумерным лишь с точки зрения ОС, а для программиста адресное пространство остается линейной. Эта схема позволяет загрузить процесс даже если нет непрерывной области кадров достаточных для размещения процессов целиком, но одного базового регистра для осуществления трансляции адреса в данной схеме недостаточно