Построение памяти единого уровня

В современных ЭВМ используется многоуровневая физическая память: оперативная, энергонезависимая память на основе магнитных дисков и архивная память на основе записи на магнитных лентах. В однопрограммных режимах пользователи имеют возможность напрямую контролировать и управлять передачей данных по уровням памяти. В многопрограммных режимах работы программисту подконтрольна только математическая память (набор адресов, которые можно использовать в программах). Если этого достаточно для управления работой процессора, включая подкачку данных из памяти прямого доступа (свопинг), то говорят о реализации виртуальной памяти.

Таким образом, в понятие виртуальной памяти входят два механизма: динамическая переадресация и построение памяти единого уровня.

Кроме программного способа переадресации программ возможны и аппаратные способы. В этих способах исполняемый модуль формируется только один раз под адреса, назначенные программистом (в расчете на то, что вся оперативная память свободна). Настройка программ с учетом выполнения программы в многопрограммном режиме производится чисто аппаратно схемами процессора. Это динамическая переадресация программ.

Простейшая схема динамической переадресации программ представлена на рис. В этой схеме программа, написанная для определенного участка адресов математической памяти, может быть помещена в произвольное место адресного пространства оперативной памяти без изменения адресов в командах.

Для корректного выполнения программы в аппаратуру процессора вводятся дополнительный регистр (регистр смещения) и сумматор.

Адрес физической :=адрес математической памяти + смещение.

Величина смещения может иметь любой знак (отрицательный или положительный).

Для запуска программы на регистр указателя команд (счетчик команд) заносится адрес входа в программу, указанный программистом, т.е. адрес математической памяти.

Работа программы начинается с выборки команды по содержимому регистра указателя команд. Но, так как указатель содержит адрес математической памяти, а не физической, производится аппаратная коррекция этого адреса. Она заключается в сложении содержимого регистра указателя команд и регистра смещения.

После выборки и дешифрации команды, если это команда обращения к оперативной памяти, в команде содержится также адрес не оперативной памяти, а математической. Поэтому любой адрес обращения к оперативной памяти перехватывается и проходит процедуру преобразования адресов.

Этот механизм преобразования адресов имеет ряд недостатков. Он предполагает механизм распределения оперативной памяти массивами произвольной размерности, что приводит к дефрагментации памяти. Кроме этого, он не решает проблему построения памяти единого уровня.

В МП IA используется процедура трансляции сегментов, которая частично решает проблемы виртуальной памяти: разделение адресных пространств задач и автоматическое преобразование математического адреса в линейный адрес оперативной памяти. Но это не считается механизмом виртуальной памяти, В защищенном режиме, кроме трансляции страниц, возможно включение механизма классической виртуальной памяти – "процедуры трансляции страниц".