Логическая структура оперативной памяти

Структурно оперативная (основная) память состоит из миллионов отдельных ячеек памяти, емкостью 1 байт каждая. Общая емкость основной памяти современных ПК обычно лежит в пределах от 128 до 1Гбайт. Каждая ячейка памяти имеет свой уникальный (отличный от всех других) адрес. Основная память имеет для ОЗУ и ПЗУ и единое адресное пространство.

Адресное пространствоопределяет максимально возможное количество непосредственно адресуемых ячеек основной памяти. Адресное пространство зависит от разрядности адресных шин, так как максимальное количество разных адресов определяется количеством двоичных чисел, которые можно отобразить в п разрядах, то есть адресное пространство равно 2ⁿ, где п — разрядность адреса (разрядность адресных шин). За основу в ПК взят 16-разрядный адресный код. При наличии 16-разрядного кода адреса можно непосредственно адресовать 2¹⁶ = 65 536 = 64 К (К = 1024) ячеек памяти. Вот это 64-килобайтпое поле памяти, так называемый сегмент, является базовым в логической структуре ОП.

Абсолютный (полный, физический) адрес (А_абс) формируется в виде суммы адреса сегмента и адреса смещения.

Адрес сегмента (А_сегм) — это начальный адрес 64-килобайтного поля, внутри которого находится адресуемая ячейка.

Адрес смещения (А_см) — это относительный 16-разрядный адрес ячейки внутри сегмента.

А_сегм для адресации 1 Мбайта памяти, должен быть 20-разрядным. Но если принять условие, что А_сегм должен быть обязательно кратным параграфу (в последних четырех разрядах должен содержать нули), то однозначно определять этот адрес можно 16-разрядным кодом, увеличенным в 16 раз, что равносильно дополнению его справа четырьмя нулями и превращению его, таким образом, в 20-разрядный код. То есть условно можно записать: А_бс = А_сегм × 16 + А_см

В современных ПК существует режим виртуальной адресации (Virtual — кажущийся, воображаемый). Виртуальная адресация используется для увеличения адресного пространства ПК при наличии ОП большой емкости (простая виртуальная адресация) или при организации виртуальной памяти, в которую наряду с ОП включается и часть внешней (обычно дисковой) памяти.

Принцип виртуальной адресации состоит в следующем. В регистре сегмента (обычно регистр DS) содержится не А_сегм, а некий селектор содержащий адрес строки в таблице дескрипторов (GDT или LDT). По этому адресу из GLT или LDT считывается 64-битовая строка, содержащая адрес, длину и атрибуты сегмента.

Для большей плотности размещения информации в оперативной памяти, уменьшения сегментированности и удобства организации трансфера из внешней памяти, часто используется сегментно-страничная адресация, при которой поля памяти выделяются программам внутри сегментов страницами, размером 4 Кб, 2 Мгб или 4 Мгб. Виртуальная память создается при недостаточном объеме оперативной памяти, не позволяющем разместить в ней сразу всю необходимую информацию для выполняемого задания. При загрузке очередной задачи необходимо выполнить распределение машинных ресурсов, в частности оперативной памяти между компонентами одновременно решаемых задач. При подготовке программ используются условные адреса, которые затем привязываются к конкретному месту в памяти.

Технология организации виртуальной памяти следующая:

– физическая оперативная память и виртуальная память разбиваются на страницы по 4 Кбайта;

– страницам виртуальной и физической памяти присваиваются номера, которые сохраняются на весь период решения задачи;

– операционная система формирует таблицу страниц виртуальной памяти и таблицу физического размещения страниц;

– устанавливает логические связи между ними (рисунок 3.24).

Рисунок 3.24 –Таблица страниц

На рисунке видно, что физические страницы могут находиться в текущий момент времени как в оперативной, так и во внешней памяти. Из внешней памяти виртуальные страницы автоматически перемещаются в оперативную только тогда, когда к ним происходит обращение. При этом они замещают уже отработавшие страницы. Страничные таблицы для каждой программы формируются операционной системой в процессе распределения памяти и изменяются каждый раз, когда физические страницы перемещаются из ВЗУ в ОП.

Лекция 11