Организация памяти компьютера

Основой компьютерной памяти являются электронные триггеры, называемые битами. Логически бит подобен переключателю с двумя фиксированными состояниями, которым приписывают числовые значения 1 и 0. Биты можно читать и при этом они своего состояния не меняют. Биты можно устанавливать в любое из значений (0 или 1) независимо от имеющегося в них до этого значения.

Оперативная память – это линейно упорядоченная последовательность битов. Группу из 8 битов называют байтом. Байт – наименьшая порция памяти, имеющая в памяти адрес. Адрес байта– это его смещение в памяти от её начала, измеренное также в байтах.

В разных режимах работы процессора память организована по-разному. К примеру, в реальном режиме использование памяти можно пояснить следующей схемой:

Как видно, все программы и операционная система размещены в одном адресном пространстве и потенциально могут иметь доступ к областям памяти друг друга, что небезопасно.

В защищенном режиме работы все программы и операционная система находятся в изолированных логических адресных пространствах:

Передачей данных между программами управляет операционная система и поэтому программы защищены от несанкционированного вмешательства в работу друг друга.

В реальном режиме для размещения разнородных данных в памяти применяется т.н. принцип сегментации. Он состоит в том, что код программы, данные и стек размещаются в неперекрывающихся отдельных областях (сегментах), адреса которых помещаются в специальные сегментные регистры процессора:

Адрес сегмента, хранящийся в сегментном регистре, выражает его смещение в памяти, измеренное в параграфах. Один параграф равен 16 байт и он всегда начинается с адреса, кратного 16.

С учетом того, что в ДОС адрес записывается в виде сегментной части и смещения, сегментную организацию памяти для реального режима более точно можо пояснить таким рисунком:

Здесь приводится рисунок, поясняющий способ реализации сегментированной модели памяти для защищенного режима.

Если полагать значение сегментных регистров нулевыми, то при 32-разрядом адресе можно реализовать приводимую слева схему испольования памяти, которая называется сплошной.

Наиболее современной считается страничная организация памяти, при которой логическое пространство каждой программы представляется в памяти связным списком т.н. страниц постоянного размера, которые являются дальнейшим обобщением идеи сегмента:

Кроме реального и защищенного режимов, современные Intel-подобные процессоры реализуют также режим, виртуально имитирующий исполнение программ процессором 8086.

Такие сеансы «виртуального процессора 8086» для многозадачных операционных систем являются просто частью множества параллельно исполняющихся вычислительных процессов. Физически запуск такого сеанса в ОС Windows реализуется запуском системной утилиты ntvdm.exe (NT Virtual Dos Machine).

Дата добавления: 2014-01-07