Подсистема памяти современных компьютеров
траниц в основной памяти, а граница -
длину таблицы страниц соответствующей программы. Загрузка этого регистра
защиты разрешена только в привилегированном режиме. Для каждой программы
операционная система хранит дескриптор таблицы страниц и устанавливает его
в регистр защиты процессора перед запуском соответствующей программы.
Отметим некоторые особенности, присущие простым схемам со страничной
организацией памяти. Наиболее важной из них является то, что все программы,
которые должны непосредственно связываться друг с другом без вмешательства
операционной системы, должны использовать общее пространство виртуальных
адресов. Это относится и к самой операционной системе, которая, вообще
говоря, должна работать в режиме динамического распределения памяти.
Поэтому в некоторых системах пространство виртуальных адресов пользователя
укорачивается на размер общих процедур, к которым программы пользователей
желают иметь доступ. Общим процедурам должен быть отведен определенный
объем пространства виртуальных адресов всех пользователей, чтобы они имели
постоянное место в таблицах страниц всех пользователей. В этом случае для
обеспечения целостности, секретности и взаимной изоляции выполняющихся
программ должны быть предусмотрены различные режимы доступа к страницам,
которые реализуются с помощью специальных индикаторов доступа в элементах
таблиц страниц.
Следствием такого использования является значительный рост таблиц
страниц каждого пользователя. Одно из решений проблемы сокращения длины
таблиц основано на введении многоуровневой организации таблиц. Частным
случаем многоуровневой организации таблиц является сегментация при
страничной организации памяти. Необходимость увеличения адресного
пространства пользователя объясняется желанием избежать необходимости
перемещения частей программ и данных в пределах адресного пространства,
которые обычно приводят к проблемам переименования и серьезным затруднениям
в разделении общей информации между многими задачами.
Сегментация памяти. Другой подход к организации памяти опирается на тот
факт, что программы обычно разделяются на отдельные области-сегменты.
Каждый сегмент представляет собой отдельную логическую единицу информации,
содержащую совокупность данных или программ и расположенную в адресном
пространстве пользователя. Сегменты создаются пользователями, которые могут
обращаться к ним по символическому имени. В каждом сегменте устанавливается
своя собственная нумерация слов, начиная с нуля.
Обычно в подобных системах обмен информацией между пользователями
строится на базе сегментов. Поэтому сегменты являются отдельными
логическими единицами информации, которые необходимо защищать, и именно на
этом уровне вводятся различные режимы доступа к сегментам. Можно выделить
два основных типа сегментов: программные сегменты и сегменты данных
(сегменты стека являются частным случаем сегментов данных). Поскольку общие
программы должны обладать свойством повторной входимости, то из программных
сегментов допускается только выборка команд и чтение констант. Запись в
программные сегменты может рассматриваться как незаконная и запрещаться
системой. Выборка команд из сегментов данных также может считаться
незаконной и любой сегмент данных может быть защищен от обращений по записи
или по чтению.
Для реализации сегментации было предложено несколько схем, которые
отличаются деталями реализации, но основаны на одних и тех же принципах.
В системах с сегментацией памяти каждое слово в адресном пространстве
пользователя определяется виртуальным адресом, состоящим из двух частей:
старшие разряды адреса рассматриваются как номер сегмента, а младшие - как
номер слова внутри сегмента. Наряду с сегментацией может также
использоваться страничная организация памяти. В этом случае виртуальный
адрес слова состоит из трех частей: старшие разряды адреса определяют номер
сегмента, средние - номер страницы внутри сегмента, а младшие - номер слова
внутри страницы.
Как и в случае страничной организации, необходимо обеспечить
преобразование виртуального адреса в реальный физический адрес основной
памяти. С этой целью для каждого пользователя операционная система должна
сформировать таблицу сегментов. Каждый элемент таблицы сегментов содержит
описатель (дескриптор) сегмента (поля базы, границы и индикаторов режима
доступа). При отсутствии страничной организации поле базы определяет адрес
начала сегмента в основной памяти, а граница - длину сегмента. При наличии
страничной организации поле базы определяет адрес начала таблицы страниц
данного сегмента, а граница - число страниц в сегменте. Поле индикаторов
режима доступа представляет собой некоторую комбинацию признаков блокировки
чтения, записи и выполнения.
Таблицы сегментов различных пользователей операционная система хранит в
основной памяти. Для определения расположения таблицы сегментов
выполняющейся программы используется специальный регистр защиты, который
загружается операционной системой перед началом ее выполнения. Этот регистр
содержит дескриптор таблицы сегментов (базу и границу), причем база
содержит адрес начала таблицы сегментов выполняющейся программы, а граница
- длину этой таблицы сегментов. Разряды номера сегмента виртуального адреса
используются в качестве индекса для поиска в таблице сегментов. Таким
образом, наличие базово-граничных пар в дескрипторе таблицы сегментов и
элементах таблицы сегментов предотвращает возможность обращения программы
пользователя к таблицам сегментов и страниц, с которыми она не связана.
Наличие в элементах таблицы сегментов индикаторов режима доступа позволяет
осуществить необходимый режим доступа к сегменту со стороны данной
программы. Для повышения эффективности схемы используется ассоциативная кэш-
память.
Терминология
access cycle - цикл обращения - последовательность (иногда ее длительность)
операций устройства памяти между двумя последовательными актами чтения либо
записи. Включает в себя, в частности, все операции, связанные с указанием
адреса информации.
access time - время доступа (иногда ошибочно именуется скоростью) - время,
необходимое на полный цикл обращения к информации, хранящейся по случайному
адресу в чипе или модуле. Нужно иметь в виду, что в реальных условиях
обращение чаще всего происходит не по случайному адресу, что позволяет
использовать сокращенный цикл.
bank – банк. Группа модулей памяти одинаковой емкости, которые должны быть
установлены одновременно, чтобы система могла работать. Количество модулей
равняется отношению ширины системной шины к ширине шины модуля (умноженному
на коэффициент interleave). Некоторые компьютеры способны работать с
неполным банком памяти, но ценой значительного падения быстродействия.
bus - шина. Совокупность линий ввода-вывода, по которым информация
передается одновременно. Ширина и частота шины естественным образом влияет
на пропускную способность. Под главной, или системной шиной понимается шина
между процессором и подсистемой памяти.
cache – кэш. Буфер обмена между медленным устройством хранения данных и
более быстрым. Принцип его действия основан на том, что простой более
быстрого устройства сильно влияет на суммарную производительность, а также
- что с наибольшей вероятностью запрашиваются данные, сохраненные
сравнительно недавно. Поэтому между устройствами помещают небольшой (по
сравнению со всеми хранимыми данными) буфер быстрой памяти, что позволяет
снизить потери быстрого устройства как на записи, так и на чтении
CAS (Column Access Strobe) - регистр обращения к столбцу. Сигнал, поданный
на линию CAS чипа, означает, что через адресные линии вводится адрес
столбца.
chipset - чипсет, набор микросхем материнской платы, реализующих
архитектуру компьютера. Как правило, контроллер памяти входит в состав
чипсета, поэтому зная, какой именно чипсет применен в компьютере, можно
сделать выводы о применяемой памяти.
DDR (Double Data Rate) = SDRAM II
DIMM (Dual In-Line Memory Module) - наиболее современная разновидность форм-
фактора модулей памяти. Отличается от SIMM тем, что контакты с двух сторон
модуля независимы (dual), что позволяет увеличить соотношение ширины шины к
геометрическим размерам модуля. Наиболее распространены 168-контактные DIMM
(ширина шины 64 бит), устанавливаемые в разъем вертикально и фиксируемые
защелками. В портативных устройствах широко применяются SO DIMM.
DIP (Dual In-line Package) - микросхемы с двумя рядами контактов,
расположенными вдоль длинных сторон чипа и загнутых "вниз". Чрезвычайно
распространенная упаковка во времена "до" модулей памяти.
DRAM (Dynamic RAM) - динамическая память - разновидность RAM, единичная
ячейка которой представляет собой конденсатор с диодной конструкцией.
Наличие или отсутствие заряда конденсатора соответствует единице или нулю.
Основной вид, применяемый для оперативной памяти, видеопамяти, а также
различных буферов и кэшей более медленных устройств. По сравнению со SRAM
заметно более дешевая, хотя и более медленная по двум причинам - емкость
заряжается не мгновенно, и, кроме того, имеет ток утечки, что делает
необходимой периодическую подзарядку.
DRAM module - модуль памяти - устройство, представляющее собой печатную
плату с контактами, на которой расположены чипы памяти (иногда заключенное
в корпус), и представляющее собой единую логическую схему. Пом
| |  скачать работу |
Подсистема памяти современных компьютеров |
