Страничная адресация памяти

Организация виртуальной памяти.

Обычно при решении задач на ЭВМ только часть информации размещается во внутренней памяти, а остальная храниться во внешней памяти. Таким образом, программист имеет дело с многоуровневой памятью и, планируя процесс решения задачи, включает в программу операции, вызывающие обмен информацией между различными ЗУ. Даже при наличии систем автоматизации программирования и хорошо организованных систем управления данными, программирование задач для ЭВМ с многоуровневой памятью отличается сложностью и требует от исполнителей высокой квалификации. Особенно сложны процедуры обмена информацией между уровнями памяти, необходимые для организации мультипрограммной работы ЭВМ в режиме разделения времени. В связи с этим, в современных ЭВМ осуществляется автоматическое (не предусмотренное программой) планирование передач информации в многоуровневой памяти, основанное на построении виртуальной (воображаемой, кажущейся, фиктивной) одноуровневой памяти.

Под виртуальной памятью понимается совокупность ячеек всех ОЗУ и ВЗУ, имеющих сквозную нумерацию

0, 1, 2, 3, … (Q-1). Программирование процессов решения задач производится в терминах математических (виртуальных) адресов 0, 1, 2, 3, … (Q-1). При этом команды ссылаются на математические адреса в предположении, что слово, идентифицированное любым математическим адресом, является доступным для процессора. Таким образом, для программиста создается одноуровневая память емкостью - Q слов. В физическом отношении виртуальная память – это совокупность оперативных и внешних ЗУ, охваченных средствами преобразования математических адресов в физические (действительные) адреса ячеек и автоматизации перемещения информации между устройствами памяти.

Механизмы виртуальной страничной памяти реализуются путем разбиения памяти и виртуальной и физической на одинаковые страницы, размером 2-4 Кбайта. Адрес разделяется на две части в соответствии с принятой длиной страницы: номер страницы (P) и адрес внутри страницы - сдвиг, смещение (A).

Аппаратно трансляция адресов производится при помощи таблицы страниц, хранящейся в отдельной памяти. Каждой странице виртуальной памяти соответствует строка в таблице страниц, объем которой соответствует числу страниц виртуальной памяти. В i строке таблицы хранится: N страницы (блока) физической памяти, которая соответствует данной виртуальной, статус доступа (чтение, запись), признак записи. Трансляция адресов: реальный, физический адрес получается добавлением к старшей части физического адреса, полученного из таблице страниц, адреса внутри страницы (смещения).

Процессы преобразования адресов и перемещения информации наиболее просто реализуется при страничной адресации памяти. Метод страничной адресации состоит в том, что виртуальная память (как множество адресов) разделяется на страницы емкостью 2^К (обычно 2²⁰-2⁴⁰ байт = 2-4 Кб) соседних адресов. Так, к странице с адресом 0 относятся адреса: 0, 1, 2, …, (2^К-1), к странице с адресом 2^К относят следующие адреса: 2^К, 2^К+1, 2^К+2, … 2^К+1-1 и так далее. В результате адрес виртуального слова будет состоять из двух полей: P- Указывающих адрес страницы, и А – адрес слова в странице Р (рис. 3).

Рис. 3. Адреса при страничной адресации.

В процессе решения задачи страницы перемещаются между ОЗУ и ВЗУ. Если вычислительный процесс распределяется на страницу P, то она вызывается в ОЗУ. Когда надобность в информации, размещенной на странице P, отпадает, то она удаляется из ОЗУ в виртуальную память, освобождая место для других страниц. В результате перемещения граница P может быть помещена на любом сегменте S ОП.

Дата добавления: 2014-01-14