2014-02-09
855
Организация памяти
Физическая память, к которой микропроцессов имеет доступ по шине адреса, называется оперативной памятью (или оперативным запоминающим устройством - ОЗУ).
ОП организована как последовательность байтов.
Каждому байту соответствует уникальный адрес (его номер), который называется физическим адресом.
| ! |
Диапазон значений адресов зависит от разрядности шины адреса микропроцессора.
Для i486 и Pentium он находится в диапазоне от 0 до 2**32-1 --- 4 Гбайт (32-разрядная шина адреса).
| ! |
Механизм управления памятью полностью аппаратный, т.е. программа сама не может сформировать физический адрес памяти на адресной шине.
Микропроцессор аппаратно поддерживает несколько моделей использования оперативной памяти:
· · сегментированную модель
· · страничную модель
Память для программы делится на непрерывные области памяти, называемые сегментами.
Сегменты - это логические элементы программы.
Сама программа может обращаться только к данным, которые находятся в этих сегментах.
|
|
|
Сегмент представляет собой независимый, поддерживаемый на аппаратном уровне блок памяти.
Сегментация - механизм адресации, обеспечивающий существование нескольких независимых адресных пространств как в пределах одной задачи, так и в системе в целом для защиты задач от взаимного влияния.
Для микропроцессоров Intel принят особый подход к управлению памятью. Каждая программа в общем случае может состоять из любого количества сегментов, но непосредственный доступ она имеет только к 3 основным сегментам: кода, данных и стека и к дополнительным сегментам данных (всего 3).
Операционная система (! а не сама программа) размещает сегменты программы в ОП по определенным физическим адресам, а значения этих адресов записывает в определенные места, в зависимости от режима работы микропроцессора:
· · в реальном режиме адреса помещаются непосредственно в сегментные регистры (cs, ds, ss, es, gs, fs);
· · в защищенном режиме - в специальную системную дескрипторную таблицу (Элементом дескрипторной таблицы является дескриптор сегмента. Каждый сегмент имеет дескриптор сегмента -8 байт. Существует три дескрипторные таблицы. Адрес каждой таблицы записывается в специальный системный регистр).
Для доступа к данным внутри сегмента обращение производится относительно начала сегмента линейно, т.е. начиная с 0 и заканчивая адресом, равным размеру сегмента. Этот адрес называется смещением (offset).
Таким образом, для обращения к конкретному физическому адресу ОП необходимо определить адрес начала сегмента и смещение внутри сегмента.
Каждый сегмент описывается дескриптором сегмента.
|
|
|
ОС строит для каждого исполняемого процесса соответствующую таблицу дескрипторов сегментов и при размещении каждого из сегментов в ОП или внешней памяти в дескрипторе отмечает его текущее местоположение (бит присутствия).
Дескриптор содержит поле адреса, с которого сегмент начинается и поле длины сегмента. Благодаря этому можно осуществлять контроль
1) 1) размещения сегментов без наложения друг на друга
2) 2) обращается ли код исполняющейся задачи за пределы текущего сегмента.
В дескрипторе содержатся также данные о правах доступа к сегменту (запрет на модификацию, можно ли его предоставлять другой задаче) Þ защита.
Достоинства:
1) 1) общий объем виртуальной памяти превосходит объем физической памяти
2) 2) возможность размещать в памяти как можно больше задач (до определенного предела) Þ увеличивает загрузку системы и более эффективно используются ресурсы системы
Недостатки:
1) 1) увеличивается время на доступ к искомой ячейке памяти, т.к. должны вначале прочитать дескриптор сегмента, а потом уже, используя его данные, можно вычислить физический адрес (для уменьшения этих потерь используется кэширование - дескрипторы, с которыми работа идет в данный момент размещаются в сверхоперативной памяти - в специальных регистрах процессора);
2) 2) фрагментация;
3) 3) потери памяти на размещение дескрипторных таблиц
4) 4) потери процессорного времени на обработку дескрипторных таблиц.
| ! |
Сегментированная модель памяти поддерживается и в реальном, и в защищенном режимах работы микропроцессора.
