Иерархическая структура памяти. Методы управления памятью

Иерархическая структура памяти является традиционным решением проблемы хранения больших объемов данных. Иерархия памяти строится на нескольких уровнях. причем верхний уровень меньше по объему, быстрей и имеет большую стоимомть.Выделяют несколько уровней иерархии:

1) Сверхоперативный уровень. К нему относятся: регистры управляющего и операционного блока процессора, сверхоперативная память, буферная память, управляющая память.

Регистровая память предназначена для временного хранения информации, используется для хранения управляющих и служебных кодов, а также информации, к которой наиболее часто обращается процессор при выполнении программ.

Сверхоперативная памят ь – имеет тоже назначение и служит для хранения операндов, данных и служебной информации необходимой процессору

Буферная память (КЭШ ) – размещается между основной памятью и процессором.. Основное назначение – кратковременное хранение и выдача активной информации процессору, что сокращает число обращений к ОП, скорость работы которой меньше скорости работы КЭШ памяти.

Различают КЭШ первого и второго уровня. КЭШ первого уровня интегрирован с блоком предварительной выборки команд и данных ЦП и служит для хранения наиболее часто используемых команд. Кэш второго уровня служит буфером между ОП и процессором.

2) Оперативный уровень. служит для хранения информации, непосредственно участвующей в вычислительном процессе. Из ОЗУ в процессор поступают коды и операнды, над которыми производятся предусмотренные программой операции. Из процессора в ОЗУ направляются данные для хранения промежуточных и конечных результатов обработки информации.

3) Внешняя память служит для хранения больших объемов информации в течении продолжительного времени. Обычно внешняя память не имеет непосредственно связи с процессором. Внешняя память обладает сравнительно низким быстродействием и большой емкостью.

Методы управления памятью. Все методы управления памятью делятся на 2 класса:

1) Методы распределения ОП без использования дискового пространства- с фиксированными разделами, динамическими разделами, перемещаемыми разделами.

2) Методы распределения памяти с использованием дискового пространства- страничное распределение, сегментное распределение, сегментно-страничное распределение.

Распределение памяти фиксированными разделами. Вся ОП делится на определенные число разделов фиксированной величины. Очередной процесс, поступивший на выполнении, ставится в общую очередь. Когда раздел освобождается очередной процесс подгружается в ОП. Подсистема управления памятью выполняет следующие задачи: Сравнение размеров поступившей на выполнение программы с размерами свободной памяти, выбор подходящего раздела, загрузка программы и настройка адресов.

Распределение памяти разделами переменной величины. Вначале работы ЭВМ вся ОП свободна, поступившей на выполнение задачи выделяется необходимый объем ОЗУ. Если достаточный объем памяти отсутствует, задача не принимается и становится в очередь. После завершения задачи память освобождается и на это место может быть загружена другая задача.

Основным недостатком данного метода является фрагментация памяти- наличие многих несмежных областей памяти малого размера, в который нельзя поместить ни одну из пришедших на выполнение программ, хотя суммарный объем памяти позволяет это сделать.

Распределение памяти перемещаемыми разделами. Одним из методов борьбы с фрагментацией является перемещение занятых участков в одну сторону.. В этом случае к функциям ОС добавляется задача копирования содержимого раздела в памяти одного места в другое, с корректировкой таблиц свободных и занятых областей. Такая процедура называется сжатием. Сжатие может выполняться либо при каждом завершении задачи, либо тогда, когда для вновь поступившей задачи нет свободного раздела.