Віртуальна пам'ять

1. Навіщо потрібна пам’ять? Які бувають види памяти?

(Глава, необхідна поняття призначення пам’яті вообще).

Компактна мікроелектронна «пам'ять «широко застосовується у сучасної апаратурі.

різного призначення. Але тим щонайменше балачки про класифікації пам’яті,.

її видах слід з визначення місця та ролі, відведеною пам’яті в ЕОМ.

Пам’ять є одним із найголовніших функціональних частин машини,.

настановленим записи, збереження і видачі команд і оброблюваних даних.

Треба сказати, що команди, і дані вступають у ЕОМ через пристрій введення, на.

виході яку вони отримують форму кодових комбінацій 1 і 0. Основна згадку, як.

правило складається з запам’ятовувальних пристроїв два види оперативного (ОЗУ) і.

постійного (ПЗУ).

ОЗУ призначено для зберігання перемінної інформації; воно допускає зміну.

свого вмісту під час виконання обчислювального процесу. Отже,.

процесор бере з ОЗУ код команди, і, після обробки будь-яких даних,.

результат назад міститься у ОЗУ. Причому можливо розміщення ОЗУ нових.

даних дома колишніх, які за цьому перестають існувати. У осередках.

відбувається стирання старої інформації та запис туди нової. На цьому видно, що.

ОЗУ є дуже гнучкою структурою й володіє можливістю перезаписувати.

інформацію до своєї осередки необмежена кількість раз у процесі виконання.

програми. Тому ОЗУ відіграє серйозну роль ході формування віртуальних.

адресов.

ПЗУ містить такий її різновид інформації, яка повинна змінюватися під час.

виконання процесором програми. Таку інформацію становлять стандартні.

підпрограми, табличні дані, коди фізичних констант і постійних.

коефіцієнтів. Цю інформацію заноситься в ПЗУ попередньо, і блокується.

шляхом перепалювання легкоплавких металевих перемичок у структурі ПЗУ. У результаті.

роботи процесора цю інформацію може лише зчитуватися. Отже ПЗУ.

працює лише у режимах збереження і считывания.

З приведених вище характеристик видно, що функціональні можливості ОЗУ ширше.

ніж ПЗУ: оперативне запам’ятовуючий пристрій може працювати у ролі.

постійного, тобто у режимі багаторазового зчитування одноразово записаній.

інформації, а ПЗУ може бути використано як ОЗУ. Це висновок, в.

своє чергу, свідчить, що ПЗУ не бере участь у процесі формування.

віртуальної пам’яті. Але незаперечно, ПЗУ має гідності, наприклад зберігати.

інформацію при збої, відключенні харчування (властивість енергонезалежності). Для.

забезпечення надійної роботи ЕОМ при відмовах харчування нерідко ПЗУ використовують у.

ролі пам’яті програм. У разі програма заздалегідь «зашивається «в ПЗУ.

2. Мікросхеми памяти.

(Де, перебуває інформація під час роботи компьютера?).

Як було зазначено раніше, у сприйнятті сучасних комп’ютерах використовується так звана.

електронна пам’ять. Для побудови ОЗУ, ПЗУ, регістрових ЗУ нині.

широко застосовують напівпровідникові інтегральні мікросхеми, які.

виготовляють по спеціальної напівпровідникової технології із застосуванням.

інтегральних схем (ІВ) і великих інтегральних схем (БІС) з урахуванням кремнію з.

високим рівнем інтеграції.

Мал.1 Рис. 2.

На малюнках 1 і 2 зображені мікросхеми пам’яті як функціональних вузлів: рис. 1.

ОЗУ, рис. 2 ПЗУ. Основний складовою мікросхеми ОЗУ є масив.

елементів пам’яті, об'єднаних в матрицю нагромаджувача. Елемент пам’яті (ЭП) може.

зберігати один біт інформації. Кожен ЭП обов’язково має власний адресу. Для.

звернення до ЭП потрібна згода її «вибрати «з допомогою коду адреси, сигнали якого.

підводять до відповідних висновків мікросхеми. ПЗУ побудовано аналогічно, а.

функції ЭП в мікросхемах ПЗУ виконують перемички як проводников.

То справді був короткий екскурс в звані «ресурси «машинної пам’яті, необхідний.

ще глибокого розуміння як функціонування комп’ютера, і основний.

теми проекта.

3. Віртуальне пам’ять: Що це таке? Навіщо це нужно?

(Розглядає питання організації ВП).

Отже, ми впритул наблизилися до проблеми віртуальної пам’яті: що це таке вже й для.

чого це потрібно? Річ у тім, що з і появою нових комп’ютерних.

технологій, машини безсумнівно змінилися в цю справу: в світі.

професійних програмістів вже немає поняття «ОЗУ на ферритовых.

осердях «чи «накопичувачів на магнітних стрічках ». Що й казати, з.

винаходом самого персонального комп’ютера, навіть простий непрофесійний.

користувач дістав можливість використовувати ПК для власних цілей і інтелектуальних потреб.

Фірма Intel™ та інші виробниками обчислювальної техніки, були випущені.

комп’ютери досить прості у спілкуванні (проти величезними ламповыми.

IBM1401 чи «Унивак П »). Комп’ютери нової генерації*.

————.

* Фірма Texas Instruments® випущена модель 486DX475Mhz.

мали процесори Intel™ 80 386, 80 486, з 16ти і 32х розрядними шинами, величезним.

швидкодією (2566Mhz). Ці персоналки великий крок уперед у розвитку.

комп’ютерних технологій. Разом з цим у користувача з’явилася тенденція.

" осідлати «швидку машину змусити її робити якнайбільше. Як заощаджувати.

машинне час й те водночас більше? Відповідь це питання був.

знайдено у вигляді організації мультипрограммной роботи ЕОМ. Цей метод був.

визнаний дуже зручним, бо за організації мультипрограммного цикла:

1. Машина не простоювала даремно: за одночасного виконанні кількох програм, тож.

команд у роботі процесора з’являлася нова функція аналіз стану і розподіл.

машинного часу, отведённого виконання кожної программы;

2. За кожен машинний такт (внаслідок з черговістю чи рівнем пріоритету,.

загальним часом, потрібними на виконання команди) виконувалася одна чи.

кілька команд.

Справді, метод мультипрограммной роботи виявився вражаюче ефективним,.

але щодо його забезпечення успіху вимагалося дуже багато оперативної пам’яті, так.

як всяка програма, яка то, можливо викликана згодом, залишає.

невелику (котрий іноді дуже високий!) свій шматок резидентной оперативному.

пам’яті. Можливі два варіанта: зберегти більшу частину ОЗУ вільної, по.

потреби завантажуючи в ВП той чи інший програму, що вимагає безпосереднього.

виконання і, після цього, відпрацювавши з цією програмою, відчистити вміст.

ВП для завантаження нової програми. Другий варіант у тому, аби відразу.

завантажити в ВП Машини все потрібні програми, в такий спосіб заповнивши її до.

основи, а потім дати процесору команду виконання. Перший варіант не.

є взірцем мультипрограммной організації. Другий варіант. Отже,.

безсумнівно, другого варіанта найбільше підходить, але тут зіткнулися з.

проблемою нестачі оперативної пам’яті. У середовищі сучасних комп’ютерах ємність ОЗУ.

(аналог RAM) вбирається у 1MB, 384KB у тому числі зарезервовані під ПЗУ, ППЗУ,.

BIOS… Разом залишається 640KB «чистої «оперативної пам’яті проте у ній помістяться дві.

три програми розвитку й не более.

Добре видно, що почнеться впровадження раціональнішого рішення стикається з.

єдиною проблемою пам’яті. Та чи можна якимось чином розв’язати проблему?

На цьому етапі допоможе користувачеві приходить віртуальна пам’ять, яка.

дозволяє модифікувати ресурси пам’яті, зробити обсяг оперативної пам’яті.

набагато більше, щоб користувач, помістивши туди якнайбільше.

програм, реально заощадив час і підвищив ефективність своєї праці.

" Відкриття «віртуальної пам’яті (далі ВП) внесло величезну контрибуцію у розвиток.

сучасних технологій, полегшило роботу як професійного програміста, так.

і звичайного користувача, забезпечуючи процес ефективнішого вирішення завдань на.

ЕОМ. Виникає багато запитань: як влаштована ВП, як функціонує, яким.

чином, за використанні ВП ресурси звичайній фізичної пам’яті «збільшуються «.

в багато разів, використовуються з цього будь-які «підручні «кошти.

(устрою).? Справді, породжує безліч найцікавіших питань,.

яких дадуть у таких параграфах.

Чому віртуальна пам’ять також називається математичної, здавалося б? Як.

можна реорганізувати ОЗУ в такий спосіб, щоб її обсяг подвоївся, потроївся?

Перевага ВП у тому, що міра ОЗУ може бути збільшено ні.

практично теоретично. (Це просто неможливо якими засобами.

не можна оптимізувати чи переробити осередки пам’яті, у тому, щоб, скажімо,.

поміщати туди два біта інформації замість одного). Але чого ж побудована ВП? Річ у.

тому, що з роботі машини, використовує віртуальну пам’ять, обов’язково.

використовується Зовнішнє Запам’ятовуючий Пристрій (ВЗУ), який зазвичай представляє.

собою нагромаджувач на гнучкому магнітному диску чи жорсткому диску типу «вінчестер » .

(Останнє пристрій використовується чаще).

Справді, використання віртуальної пам’яті обов’язково передбачає.

звернення до диска бо за розробки і впровадження систем з такою методом.

організації пам’яті, був представлений, що ячейкиоперативной пам’яті і пам’яті на.

диску викличуть єдине ціле. За своєю суттю ВП не така вже.

складна структура навпаки, недолік оперативної пам’яті компенсується.

наявністю вільного дискового простору яке задіяно у ролі ВП.

Необхідно розуміти, що коли частина програм, які ми змогли в ВП.

через її нестачі, (див. поч. § 3) тепер розміщені диску і це завжди буде.

еквівалентно розміщення оперативному пам’яті. Віртуальне пам’ять представляє.

собою сукупність всіх осередків пам’яті оперативної та зовнішньої, мають наскрізну.

нумерацію від нуля до граничного значення адреси. Використання ВЗУ дуже.

зручно, позаяк у цей час користувач оперує із загальним адресним.

простором і його байдуже яка фізична пам’ять у своїй використовується.

зовнішня чи внутрішня. Працюючи ВП лише мається на увазі різницю між.

віртуальними адресами і фізичними. Цікаво простежити над формуванням.

адресного простору під час використання ВП. Які ж адресне полі то, можливо.

збільшено? Річ у тім, що з роботі машини з ВП, використовуються методи.

страничной і сегментной організації пам’яті, зміст яких розглянутий у таких.

параграфах.

4. Віртуальне Пам’ять при страничной организации.

(Страничная організація ВП, формування віртуальних адресов).

Як було зазначено раніше, ще ефективного функціонування ЕОМ використовується.

динамічний метод розподілу пам’яті. Це означає, що розподілу.

пам’яті реєструють безпосередньо працюючи над завдання з урахуванням попереднього.

стану машини та описи масивів даних. Наприклад процес компіляції з.

мов високого рівня відводить певну область пам’яті під кожну.

зміну, масив, структуру. Нині процес динамічного.

розподілу пам’яті здійснюється методом відносної адресації (з.

використанням віртуальних адрес), як страничной і сегментной організації.

памяти.

Розглянемо першу форму організації ВП при її страничной організації (ЗІ). Потрібно.

зазначити вкрай важливий пункт, що з ЗІ, все ресурси пам’яті, як оперативної,.

і зовнішньої видаються для користувача єдиним цілим. Користувач.

працює із загальним адресним простором і замислюється яка пам’ять у своїй.

використовується: оперативна чи зовнішня, а ця загальна пам’ять називається.

віртуальної (моделируемой). Віртуальне пам’ять розбивається шпальти, які.

містять певний фіксований кількість осередків пам’яті. У цьому одна.

сторінка математичної пам’яті може бути більшою або меншою інших все.

сторінки повинні бути однаковими за кількістю осередків. Типові розміри сторінок.

256, 512, 1024, 2048 Байт і більше (числа кратні 256).

Рис. 3.

так звана фізична пам’ять, що включає у собі ОЗУ і ВЗУ як і.

розбивається шпальти обсяг що має відповідати розмірам ВП, інакше,.

через неправильності розмірів, осередки фізичної пам’яті ні збігатися з.

осередками ВП, що призведе до плутанини і «зависанню «системи. На малюнку 3.

зображений спосіб формування сторінок ВП з фізичної пам’яті. Осередки ОЗУ.

розбиваються шпальти однакового обсягу (наприклад 1024 Байт), кожна гілка.

яких може містити певну інформацію. У ВЗУ, представленим накопичувачем.

типу «вінчестер », процесор резервує певні сектори із якими.

згодом працюватиме ВП. Усе це складається разом і становить.

єдину структуру ВП.

Працюючи користувача, одне з його програм може перебуває у ВП (реально в.

мікросхемі на рис. 3), а в ВЗУ (на диску). У цьому не.

помітно, що користувач працює із математичними адресами, у.

процесі операцій процесор може звертатися лише у ВП (чи СОП.

Сверхоперативная пам’ять) у виконання першої програми, або до диску, якщо.

виконується друга програма. Але час роботи другий програми, операційна.

система повинна організувати перепис тієї сторінки, де знаходиться друга.

програма, в Оперативну Память.

Користувач не замислюється на цим, але на цей момент сторінка ВП з диска, як.

б накладається на вільну* сторінку ВП. Отже, і під час навіть.

однієї програми, різні частину цієї програми можуть перебуває у ВП (СОП) чи.

на магнітних носіях, а одні й самі осередки загальної фізичної пам’яті можуть.

називатися різними адресами.

Адресна частина команди у користувальних програмах повинна містити адресу.

математичної сторінки і записуйте адресу слова, які мають перебуває у цій шпальті.

(шуканим словом). За асиметричного розподілу пам’яті між різними частинами програми,.

процесор бере він функції перетворення адреси, що у.

математичної сторінці, на адресу фізичної сторінки. У цій адресою.

розташовується необхідну слово, що може зберігається як і ВП, і у зовнішній.

пам’яті. Сукупність адреси фізичної сторінки і адреси слова всередині цієї.

сторінки утворює фізичний адресу операнда.

Відповідність між номерами фізичних і математичних сторінок встановлюється.

спеціальної програмою ОС, яка називається менеджер

(диспетчер) пам’яті. Зазвичай що ця програма резидентной і управляє.

усіма ресурсами машинної пам’яті. Для 286х процесорів використовують менеджер

himem.sys, а 386х і 486х машин emm386. sys і qemm. sys З допомогою таких.

програм формується так звана страничная таблиця, яка міститься у.

сверхоперативную пам’ять, що має найбільшим швидкодією. Ця таблиця.

є невід'ємною частиною організації ВП з ЗІ, позаяк у собі містить вся.

інформацію про сторінках, нині що у пам’яті. У страничной.

таблиці перебувають адреси програм, рівень їхнього пріоритету тощо. буд. Зміст.

страничной таблиці буде докладно описано ниже.

Розглянемо приклад перетворення віртуальних адрес в фізичні. Нехай.

віртуальна пам’ять містить 8 сторінок по 2048 Байт у кожному сторінці. Для.

компактності прикладу, припустимо, що фізична пам’ять має ёмкость 4.

сторінки (по 2 Кб відповідно). При зверненні до фізичного пам’яті для.

проведення каких.

14ти бітовий віртуальний адрес.

3х бітовий 11ти бітовий адресу не більше обраної ЗС.

номер ВС.

Рис. 4.

—————.

* Ця сторінка необов’язково може бути вільною. Подробиці о.

стратегіях заміни (своппирования) сторінок див. в § 8.

або операцій (записи чи вибірки операндов, виконання команди чи.

здійснення передачі управління), програмою формується 14ти бітовий адресу,.

відповідний віртуальному адресою, що визначає осередки між тим від 0.

до 16 Кб 1. У цьому прикладі 14ти бітовий адресу хіба що розбивається на 3х бітовий.

номер віртуальної сторінки і 11ти бітовий всередині тієї сторінки, номер якої.

визначено цим 3х бітовим номером. Приклад коду адреси при страничной.

організації пам’яті показаний малюнку 4. А зв’язок між номерами сторінок, і самими.

віртуальними адресами показано малюнку 5. Отже, розглянемо малюнок 4: 3х.

бітовий номер віртуальної сторінки 110 (в binформате) відповідає номерам 6 і.

6h (dec і hexформаты) пам’ятаймо, що операції в машині виробляються.

в шестнадцатеричном форматі. Отже, вибирається сторінка з номером 6 і.

внутрішнім адресою 10 100 1110B (14Eh). Отже із малюнка 5, цей фізичний.

адресу відповідатиме віртуальному адресою 12 288…

Сторінка Віртуальні адреса.

Рис. 5.

Це означає, що шоста сторінка віртуальної пам’яті починається з адреси 12 288 і.

закінчується за адресою 14 335. Загальний обсяг віртуальної сторінки становить 2048.

Байт (2 Кб).

Для визначення фізичного адреси користувальницької програми, резидентный.

диспетчер пам’яті під керівництвом ОС повинен встановити.

місцезнаходження віртуальної сторінки. Фізична сторінка пам’яті, яка.

відповідає віртуальної, може перебуває у оперативної пам’яті, а може також.

бути відкрита і на диску. Як було зазначено раніше, щоб встановити відповідність.

між віртуальної і зниження фізичної сторінками, ОС звертається до страничной таблиці,.

кожна гілка рядків якої містить за однією записи кожної із 8.

віртуальних сторінок. Які ж організована ця страничная таблиця? Запис в.

рядку містить три поля Перше однобитовое полі з суті є прапором у цій.

осередку може перебуває або включений, або виключений біт (1 чи 0), що.

свідчить про конкретне місцезнаходження сторінки: у цьому полі міститься.

код нуля це підказує процесору, що необхідну сторінку слід шукати у.

зовнішньої пам’яті, якщо значення біта у цьому полі одно 1, то бажана сторінка.

вже у оперативної пам’яті. Отже, всі функції єдиного.

біта у тому полі приймати значення True чи False. Друге полі містить адресу.

зовнішньої пам’яті. Цей адресу стане необхідний якщо шуканої сторінки немає у.

оперативної пам’яті, а вона в ВЗУ і її треба переписати в ОЗУ до роботи.

з програмою, що у цій шпальті. У цій адресою машина звертається до.

віртуальної сторінці, що зберігається на диску і копіює її вміст в ОЗУ. Важливе.

зауваження у тому, що у першому однобитовом полі прапор перебуває у.

стані 1, то друге полі автоматично ігнорується, оскільки бажана.

сторінка вже «сидить «в ВП немає жодної необхідності «MOV CX, ADDRESS «.

(заслати до в регістр CX адресу зовнішньої ЗС щодо його обробки). Коли.

машина відпрацює з цією сторінкою ВП і у ній зникне (можливо на.

що час), цю сторінку назад переноситься на диск, звільняючи місце для.

інший сторінки необхідна машині в момент продовжити работы.

Нарешті третє полі, функціональна навантаження якого вказувати номер сторінки.

оперативної пам’яті, у якій перебуває необхідна інформація. Якщо потрібної.

сторінки немає у ВП, а вона на диску (біт першого поля виключений), то.

третє полі ігнорується. На малюнку 6 зображено схема Страничной організації.

віртуальної памяти.

Див. Мал.6 Страничная організація Віртуальною Памяти.

Отже, під час розподілу пам’яті в машині, супервизор формує страничную.

таблицю. Входом у цю таблицю є номер математичної сторінки, у якій.

перебуває потрібна осередок пам’яті. Якщо адресна сторінка перебуває у ВП, то.

формування адреси відбувається так: двох бітовий номер сторінки.

заноситься удвічі лівих розряду адресного регістру оперативної пам’яті, а адресу.

всередині віртуальної сторінки (11 біт вихідного адреси) листується в партії 11 правих.

розрядів адресного регістру. Це дуже добре показано на правій частині малюнка.

Pµ регістр математичного адреси, Pф регістр фізичного адреси, p номер

математичної сторінки, l усунення. Отже, lсмещение листується з.

регістру математичного адреси в регістр фізичного не змінювалась. За номером p.

з страничной таблиці витягається номер фізичної сторінки і, Якщо ця сторінка.

вже у ВП, її номер записується в регістр фізичного адреси, якщо.

ж бажана сторінка перебуває у ВЗУ, вона спочатку листується в ВП. Для.

цього використовують чи вільна сторінка ВП, або сторінка ВП.

звільняється: інформації з цієї сторінки знову переноситься на зовнішній пам’ять.

(але й у жодному разі не стирається!). Після цього страничная таблиця оновлюється.

у неї заносяться інформацію про нових сторінках (тієї а її цей час.

перебуває у ОЗУ і тією яка перемістилася на зовнішній пам’ять). Страничная.

таблиця є виглядом інформації що дуже часто оновлюється. Вона.

постійно «дихає «. Щоразу коли в користувача виникає потреба у нової.

інформації (зокрема у нової сторінці пам’яті), привходит процес.

свопирования, тобто зміни місцями сторінок ВП і ВЗУ (анг. swap змінювати.

місцями). Причому у страничную таблицю заноситься найбільш свіжа інформацію про.

тому у яку сторінку віртуальної пам’яті була надрукована сторінка, хіба що.

удалённая з ВП, чи міститься у цій шпальті потрібне ось на чому етапі словом, і.

т. буд. У страничной таблиці безліч работы.

Як відзначалося, для найефективнішого функціонування машини необхідні.

велика ёмкость ОЗУ і швидкодія. Як відомо, звичайна оперативна пам’ять.

(RAM) перестав бути максимально швидкодіючої. Це означає, якби.

страничная таблиця лежить у такий пам’яті, то користувач зіштовхувався б із.

реальної втратою часу, оскільки процесор частенько звертається до СП.

Вихід із незручною ситуації знайшли при приміщенні страничной таблиці в.

сверхоперативную пам’ять, яка має найбільшу швидкодією, хоч і у.

багаторазово менше за обсягом ніж RAM. Але це обсягу цілком достатньо процесору і.

то здобуває можливість працювати з більшої продуктивністю, бо за.

кожному перерозподілі пам’яті між користувальницькими програмами.

здійснюється зміна даних, які у страничной таблице.

При страничной організації пам’яті дуже важливим є алгоритм своппирования.

сторінок. Справді, процесор повинен «подумати «яку сторінку стоїть у.

першу чергу видалити з ВП, щоб на певний звільнилося переписати із зовнішнього.

пам’яті необхідну в момент сторінку… Це буде докладно.

розглянутий в § 8.

5. Переваги й недоліки ВП зі страничной организацией.

(Аналіз і - оцінка ефективності ЗІ під час розгляду переваг і недостатков).

Безсумнівно, застосування віртуальної пам’яті у сприйнятті сучасних машинах цю величну.

досягнення як у комп’ютерній технології, і у максимізації зручностей.

створюваних для користувача. Але, як відомо, кожна система має.

переваги та недоліки. Пропоную проаналізувати суть застосування ВП; її.

слабкості й критерії ефективності, її плюси і минусы.

По-перше однією з переваг ВП з ЗІ є дуже великий обсяг прямо.

адресуемой пам’яті. Справді обсяг пам’яті може тривати сотнями мегабайтів.

(і навіть гигабайтами). Розмір віртуальної пам’яті повністю залежить від обсягу.

нагромаджувача на [жорсткому] магнітному диску. Створений SWAPфайл розміщається на диску.

і эмулирует оперативну пам’ять. У цьому користувач не замислюється у тому куди.

буде поміщений «шматок «його програми з якою хіба що відпрацював. Таким.

чином, ще однією перевагою ВП з ЗІ і те, що програми користувача.

можуть будуть показані у будь-яких вільних сторінках. І, насамкінець, однією з найважливіших.

переваг ВП з ЗІ (то, навіщо, власне і було винайдено віртуальна.

пам’ять) підвищення рівня мультипрограммной роботи. Як було вказано вище, ця.

мета було одним із найголовніших. В організації ВП з ЗІ користувач отримав.

реальну можливість завантажувати на згадку про більше програм у тому.

щоб машина обробляла програми відразу (насправді процесор

встановлює пріоритет кожної програми, що у пам’яті, і далі в.

відповідність до пріоритетом виділяє певна кількість часу на.

реалізацію кожної програми чи команди). Сам процесор постійно «зайнятий «кожен.

машинний такт виконує певну програму. Метод організації віртуальної.

пам’яті зі страничной організацією значно підвищив ефективності роботи з.

машиной.

Кожен геніального винаходи на жаль є свої недоліки. Такі є.

і в ВП з ЗІ. Спробуємо проаналізувати їх. Основним недоліком віртуальної.

пам’яті мабуть і те кількість часу, яке машина витрачає на.

звернення до зовнішньої пам’яті. Вилучити необхідну інформацію з осередків оперативної.

пам’яті технічно нескладне особливих зусиль і великих витрат часу. Зовсім інакше.

ситуація з диском: щоб знайти необхідну інформацію, потрібно.

спочатку «розкрутити «диск, потім знайти необхідну доріжку, в доріжці знайти.

сектор, кластер, надалі почувати побітову інформацію в ВП. Усе це вимагає.

часу й, часом якщо методі випадкового видалення сторінок*, процесору.

знадобляться відразу кількох сторінок, що зберігаються у зовнішній пам’яті, великого.

часу. На жаль, цей недолік належить до виду «невиправних ». І якщо краще.

інші недоліки, розглянуті нижче ущё можна якимось чином усунути.

(наприклад шляхом розширення технічних засобів тощо. буд.), то згаданий недолік не.

то, можливо устранён у разі, оскільки поняття віртуальної пам’яті.

асоціюється із зовнішнього пам’яті (магнітного диска).

Наступний недолік скоріш належить до питання технічної характеристиці.

комп’ютера: наявність сверхоперативной пам’яті (СОП). Як було вказано вище, СОП,.

зазвичай, має не.

—————.

* Методи своппирования сторінок розглянуті в § 8. велику ёмкость і.

високе швидкодія. СОП використовується для зберігання керуючої інформації,.

службових кодів, і навіть інформації до котрої я здійснюється найбільш часте.

звернення до процесі виконання програми. Цей брак працювати з ВП до.

щастю можна ліквідувати. Що ж до технічної характеристики чи є.

мікросхемах оперативної пам’яті додаткові інтегральні схеми, які.

є запоминающими пристроями СОП? Якщо є, то з СОП вирішена, а.

якщо ні.? Тоді, завдяки досягненням у сфері комп’ютерної технології,.

можна використовувати драйвери, резервирующие маленьку область ВП для.

імітування СОП. Отже, що цього нестачі, то, як на мене, що він.

так серьёзен, щоб про нього тривожиться. І, нарешті третім недоліком.

є внутрішня фрагментація страниц.

6. Сегментно-страничная організація віртуальної памяти.

(Структура, функціонування, відмінності між ВП з ЗІ, переваги та недостатки).

З використанням методу сегментно-страничной організації ВП, користувальні.

програми розбиваються деякі масиви. Ці масиви незалежні ділянки.

називаються сегментами. Сегмент являє собою єдиний логічний об'єкт,.

у якому якусь процедуру, масив чи набір даних. Зазвичай.

інформація, у сегменті, однорідна, тобто у одному сегменті можуть.

знаходиться лише службові коди програми, інший може бути сегментом.

стека, третій утримувати коди зв’язки України із об'єктними (.obj) файлами тощо. д.

Кожен сегмент є послідовність адрес від нуля до.

певного максимального значення. Відмінність сегмента від сторінки полягає у.

тому, що довга сегмента може змінюватися у процесі работы.

Сегменти, як і кожна структура віртуальної пам’яті, можуть розміщатися як і ВП,.

і у зовнішній пам’яті (магнітних носіях). ВП з ССО функціонує подібно ВП.

з ЗІ: якщо требующийся нині сегмент немає у оперативної.

пам’яті, то, при потреби роботи з нею, він попередньо переміщається в ОП.

Сегментно-страничная організація пам’яті потребує більше складної.

аппаратурно-программной організації. Розглянемо чого ж здійснюється звернення.

до ВП у вигляді ССО. По самому назві «сегментно-страничный «неважко.

здогадатися, що за такого методі використовують як сегментна, і страничная.

таблиці. Це дуже схожі на складно структурований метод «процедури в.

процедурі «у багатьох алгоритмічних мовами. На малюнку 7 докладно показаний.

спосіб організації ВП з ССО. Адреса осередки у разі складається з 3х.

частин: перша містить номер самого сегмента (Segment), за цим номером машина.

звертається до сегментной таблиці. Друга частина адреси містить номер шуканої.

сторінки (page), що є всередині обраного сегмента й третя усунення.

(length), яким перебуває необхідний адресу. Pµ, обведене в подвійну рамку.

показує математичний адресу, а Pф фізичний. І за ЗІ, усунення l.

листується в осередок фізичного адреси без изменений.

Вгорі малюнка, абревіатурою N вказано номер який-небудь програми.

користувача. А0 з індексом 1 позначає конкретний початковий адресу сегментной.

таблиці для даної програми. Спочатку береться ця адреса і номер сегмента P. S з.

регістру математичного адреси. Обидва ці адреси укладаються у сумматоре,.

який зображений як обведенного плюси. Отриманий адресу А1 + P. S є.

входом в сегментну таблицю (зображений У першій колонці сегментной таблиці).

Далі, таким чином адресою, відшукується відповідний адресу страничной.

таблиці (А0 з индек.

сом 2), який у часи чергу підсумовується з номером шуканої сторінки p в.

сумматоре. Результуючий вектор сума є вхід в страничную таблицю. Структура.

страничной таблиці нам вже знайома: завдяки получившемуся адресою, перебуває.

відповідний адресу фізичної сторінки, процесор визначає місцезнаходження.

цієї сторінки (включений біт сторінка перебуває у ВП, виключений у зовнішній.

пам’яті).

Рис. 7 Сегментно-страничная організація ВП.

Отже, стисле опис функціонування ВП з ССО: з допомогою початкового адреси.

сегментной таблиці і номери сегменти з регістру математичного адреси (P.S).

утворюється адресу вхід в сегментну таблицю у якій перебуває початковий адресу.

страничной таблиці. До цього адресою своєю чергою додається номер сторінки з.

РМА. Ця ж сума служить входом в страничную таблицю, у якій потім відшукується.

адресу шуканої фізичної сторінки і згідно з рівнем доступності,.

процесор або починає працювати з цим сторінкою, або виробляє.

аппаратурное переривання і підключає супервізора, і потім організує її.

перепис в ВП. Якщо вся ВП буде зайнята, то супервизор, відповідно до.

прийнятим методом (див. § 8), своппирует якусь страницу.

7. Віртуальне пам’ять у сприйнятті сучасних компьютерах.

(ВП у сприйнятті сучасних машинах, відмінності, преимущества…).

Як було вказано вище, з недостатнім розвитком комп’ютерних технологій почали з’являтися.

нові перспективи використання персональних комп’ютерів. У § 3 згадується.

комп’ютері Intel™ 486DX4 з тактовою частотою 75Mhz, виробленим фірмою Texas.

Instruments. Безсумнівно, можливості цього комп’ютера величезні. Він комплектується.

величезним жорстким диском (1.2GB) і має 32MB оперативної пам’яті. Припустимо,.

що ця машина використовуватиметься розробки космічного корабля, робота.

хірурга чи галузі кібернетики. Для цього необхідно використовувати.

" серйозне «програмне забезпечення (скажімо, продуковане фірмою Silicon.

Graphics®), яка потребує величезної кількості оперативної пам’яті. За такого стану.

навіть 32MB може хапати. У цих ситуаціях як і проявляється тенденція.

для використання ВП. Віртуальне пам’ять застосовують у багатьох програмах,.

операційних оболонках, комунікаційному програмне забезпечення. У наступних.

пунктах наведено приклади використання віртуальної пам’яті у сприйнятті сучасних.

комп’ютерах з різними программами.

Використання ВП в Microsoft® Windows™ 3.1*.

Microsoft Windows 3.1 є найпопулярнішої операційній оболонкою як.

серед любителів, і серед професійних користувачів. Windows.

забезпечує незалежний запуск і виконання відразу кількох програм.

Більшість інших оболонок і операційними системами розраховані виконання в.

цей час лише однієї програми. У межах Windows можна запустити відразу.

кілька програм. Для цього використовується ВП. 1. RAM диск (віртуальний,.

псевдо, електронний диск) Різновид віртуальної пам’яті. Супервизор

резервує йому область EMS чи XMS пам’яті отже встановлює.

диск у пам’яті. Він працює швидше, ніж реальний фізичний диск, але за.

вимиканні харчування його вміст втрачається. Він дуже зручний зберігання.

проміжної інформацією протягом одного сеансу роботи. Але RAM диск перестав бути.

прямим аналогом ВП.

2. Використання SWAPфайла віртуальної памяти.

Віртуальне пам’ять в оболонці Windows 3.1 використовується лише у розширеному.

(extended) режимі. Які характеристики комп’ютера, котрий з Windows в.

розширеному режимі? Вона мусить мати 386ой процесор і мінімум 2 мегабайта.

пам’яті. Отже віртуальна пам’ять в Windows є механізм,.

який би розширення адресного простору з допомогою дискового прост.

—————.

* Розглянуто комп’ютери фірм IBM (PS/2, Pentium™, OverDrive™).

AcerPower™, NEC, American Megatrends, Zeos™, Tandy™, HP Vectra™, Toshiba, Dell,.

Packard Bell та інші машини укомплектовані процесорами Intel™ і Cyrix™.

Машини ЄС, через брак ОЗУ ж не працюють в Windows й у даному прикладі не.

розглянуті. ранства. Реальні обмеження на обсяг такий виртуализированной.

оперативної пам’яті відсутні. У фізичної оперативної пам’яті у кожний момент.

представлена певна частина повного віртуального простору, інша ж.

частину доходів якого розташована на диску Принаймні необхідності, наприклад якщо.

користувачеві знадобився наступний фрагмент його програми, які у цей.

момент перебуває в диску, а реальна оперативна пам’ять «завантажена до.

підстави ", процесор може своппировать сторінку оперативної пам’яті зі.

сторінкою на диску. (від анг. swap змінювати місцями). Отже, просто.

здійснюватиметься перестановка сторінок, й сторінка із лише що.

працювали «вирушає «на диск. У Windows 3.1 можливо кілька варіантів.

реалізації ВП. На малюнку 8 показано використання два види ВП в Windows:

разносекторного (temporary) і перманентного (permanent) swapфайлов.

Див. Мал.8 Разносекторное і перманентне застосування ВП.

Разносекторный (тимчасової) swapфайл.

Разносекторный swapфайл складається з безлічі незалежних секторів, які.

розкидані на всьому диску. Щоразу коли операційній середовищі Windows.

необхідно додати на згадку про якусь сторінку, вона повинна переважно повернеться.

разносекторному swapфайлу. Але незручність застосування такий різновиду ВП.

у тому, що наприкінці кожній частині цього цілого свопфайла стоїть.

пересилання в інший сектор диска. І користувач стикається з реальної втратою.

часу під час роботи з такою виглядом свопфайлов, оскільки процесору необхідно.

" уявити «у пам’яті цілісну картину даного файла щоб отримати від нього.

важливу інформацію. І тому машина збирає послідовністю цих шматочків.

і далі аналізує поданий у пам’яті файл.

Якщо користувач вибирає такий її різновид реалізації ВП, то Windows автоматично.

створює разносекторный swapфайл в директорії Windows. Зазвичай цей файл носить.

назва WIN386.SWP. Незручність такого методу ще у тому, що.

разносекторный файл (з іншого званий тимчасовим) зберігає інформацію лише у.

продовженні сеансу роботи оболонки, а, по завершенні його автоматично видаляється.

Ось мабуть представлена програма, написана на Паскале як.

разносекторных файлов:

~pas0c4e.tmp перша сторінка починається за адресою 0C4A;

~pas1158.tmp друга перебуває у секторі з номером 1158;

~pas1b5a.tmp й третя лежить у секторі 1B5A.

Наприкінці кожного. tmpфайла указанна посилання інший же.

Перманентний (постійний) swapфайл.

Друга різновид свопфайлов називається перманентних Такий файл займає.

значну частину диска, спеціально зарезервовану цих цілей. Розмір

перманентного файла визначається наявністю системних ресурсів, відведених для.

роботи з Windows (розміром ВП, вільним місцем на жорсткому диску і над часом.

доступу до вінчестеру). Перманентний файл працює набагато швидше ніж.

разносекторный, оскільки Windows знає справжнє місцезнаходження цього файла і.

не потрібно збирати його з двох частин. Зазвичай цей файл називається.

386SPART.PAR чи SPART. PAR Безумовно, якщо користувач має великий жорсткий.

диск мало ВП, то використання перманентного свопфайла ефективніше.

Перманентний файл эмулирует реальну оперативну пам’ять і, тому стирається.

на виході з Windows.

Аналіз і - оцінка застосування різних типів ВП в Windows.

Кожна з різновидів ВП в Windows має переваги та недоліки.

Тимчасова ВП займає місце на вінчестері лише за необхідності, але у тому.

щоб виділити чи звільнити місці потрібно щоразу витрачати час.

Сумарна швидкодія такий пам’яті нижче, ніж в постійної ВП. Що ж до.

постійної ВП, вона швидше тимчасової, але вона також займає досить.

великий простір на вінчестері, навіть якщо користувач не звертається до своїх.

програмам і додатків і взагалі працює у Windows. Та загалом, віртуальна.

пам’ять відіграє серйозну роль застосуванні Windows. Як було зазначено раніше,.

адресне простір розширюється з допомогою об'єднання осередків реальної ВП з.

осередками на магнітному диску і навіть розмір фізичної пам’яті стає.

значно більшою. Це дуже важливо, оскільки Windows дуже популярна.

операційна середовище, доступна як професіоналу, і простому користувачеві.

Розмір машинного часу «приділяєте «Windows досить великий. У результаті.

різними фірмами (Microsoft®, Borland International, Lotus Development тощо.

буд.) було написане багато програмного забезпечення спеціально для середовища Windows.

Також було розроблено безліч професійних пакетів, орієнтованих.

математику, статистику, програмування, бухгалтерію тощо. буд. Ось тут і.

знайшлося місце до застосування віртуальної пам’яті. Завдяки можливості роботи у.

мультипрограммном режимі, величезні масиви інформації постійно перебувають у.

русі. Користувач може запустити виконання відразу кількох програм,.

(кожна з яких вимагає пам’яті). Застосування ВП значно збільшує обсяг.

фізичної пам’яті і дозволяє працювати эффективнее.

8. Способи заміни (свопирования) страниц.

(Механізми обміну страниц).

Як згадувалося вище, використання ВП передбачає застосування магнітного.

диска у якому зберігаються ті сторінки чи сегменти, котрі з цей час не.

потрібні оперативної пам’яті. Метод застосування ВП досить простий: ті сторінки з.

якими користувач працює у цей час перебувають у пам’яті машини та до них.

здійснюється безпосередній доступ. Через певний час процесору,.

отработавшему з цією сторінкою, потрібно інша сторінка, яка.

подгружается на згадку про з диска. Сторінка, із лише що відпрацювали.

" витісняється «на диск, утім ані у жодному разі не уничтожается.

Досить часто може бути отже вся реальна пам’ять, розбита шпальти.

повністю зайнята. І за необхідності додати нову сторінку, супервизор

повинен встановити яку сторінку перенести так диск, щоб звільнити місце для.

потрібну. Це досить складне завдання, оскільки удалённая сторінка може.

знадобитися ось на чому етапі, але це можуть призвести до втрати часу. Для.

своппирования сторінок на різних програмах використовуються різні стратегії,.

приклади яких наведено нижче:

1.Случайное видалення страниц…

Випадкове видалення перестав бути найефективнішим способом, бо вона неспроможна.

дати стовідсоткової гарантії, що тільки-но удалённая сторінка не знадобиться на.

наступний етап роботи. Випадкове видалення здійснюється з допомогою функції.

випадкових чисел. Супервизор просто бере початковий адресу випадкової сторінки в.

оперативної пам’яті і переписує їх у swapфайл (на диск). У цьому.

коригується страничная (сегментна) таблиця.

2. Видалення за часом перебування у ОП…

Механізм цієї стратегії можна подати як «першим ввійшов, першим вийшов ». Це.

отже, що сторінка, найдовше яка перебуває у оперативної пам’яті цьому.

етапі видалена першої. Цей метод теж універсальний оскільки кожної.

сторінці відведено певний час на функціонування, й основне незручність.

у тому, що необхідно вести механізм обліку за тривалістю.

перебування сторінок на ВП, що також пов’язане із ускладненнями структури та втратою.

часу.

3. Видалення у зв’язку з давністю использования…

На погляд, його є найвдалішим. Механізм його такий: якщо.

сторінка найдовше перебуває у ВП, отже користувач протягом довго часу.

не потребував ній, отже з’являється можливість, що цю сторінку не.

знадобиться і наступному этапе.

4. Видалення по ймовірності использования…

Можливість використання сторінки N дуже невелика, а ймовірність.

використання сторінки M висока. І тут, сторінка N буде видалена з.

пам’яті. Такий спосіб теж я вважаю досить ефективним, оскільки.

тут все грунтується на ймовірності. Але, щоразу ми підкидаємо монету,.

невідомо яким боком вона упаде. Також і немає ніякої гарантії, що.

цю сторінку не знадобиться ось на чому етапі.

5. Видалення по приоритетам…

Такий спосіб мабуть є дуже ефективним, оскільки сторінки видаляються.

з пріоритетів. Кожна сторінка має власний пріоритет, який встановлюється.

супервизором відповідно до «важливістю «програми, що у певній.

станиці. Припустимо що у сторінці N перебувають коди важливою користувальницької.

підпрограми, а сторінці M текстовий файл, роботу з якою є настільки.

важливою. Тоді N одержує пріоритет 1, а M, припустимо, 9. Зауважимо, що.

необхідні, часто потрібні сторінки мають пріоритети 13, менш необхідні.

46, та практично непотрібні 59. Це означає, що коли наступного разу супервизору.

знадобиться видалити з ВП сторінку, він почне зі шпальт, мають найнижчий.

рівень пріоритету (9).

9. Аналіз і - оцінка віртуальної пам’яті. Показники эффективности.

(При ЗІ і ССО).

Ефективне вирішення завдань на ЕОМ визначається як ємністю і.

швидкодією запам’ятовувальних пристроїв, а також потужного процесора з великою.

тактовою частотою, а й організацією і розподілом пам’яті. Сучасні.

комп’ютери мають коштами підприємців і технічними характеристиками в організацію.

віртуальної пам’яті. Застосування віртуальної пам’яті одержало широке застосування.

як серед користувачів любителів, і серед професіоналів. Основна функція.

ВП розширення адресного простору. ВП створюється збільшення функціональних.

можливостей комп’ютера, підвищення рівнів мультипрограммной роботи. Об'єднавши,.

осередки реальної оперативної пам’яті з осередками на швидкодіючих магнітних.

носіях, (найчастіше цих цілей використовуються вінчестери. Застосування НГМД.

було б настільки ефективно, а застосування НМД чи НМБ понесло б непоправні.

втрати), користувач має можливість значно розширити пам’ять і навіть.

не думати в «який «пам'яті зберігається його програма. ВП було створено для.

полегшення роботи користувачів під час розміщення программ.

Завдяки ВП з’явилася змога ефективнішого застосування.

программмультитаскеров (multitasker) спеціальних пакетів, дозволяють підвищити.

рівень мультипрограммной роботи. (Програми, що розподіляють час.

процесора і пам’ять отже наприклад зв’язуватися по модему, друкувати на.

принтері і дозволяють опрацьовувати текст можна одночасно). Нині, завдяки.

застосуванню ВП, посилилася тенденція для використання DeskView.

менеджерамультитаскера (виробництва фірми QuatterDeck).

Порівнюючи реальну оперативну пам’ять з віртуальної, можна назвати, що міра.

РП обмежений, тобто у кожної мікросхемі фіксований число осередків. Що.

стосується ВП, вона може матимемо вдосталь великий обсяг, обмежений лише.

місцем на диску (можливістю адресації). Обсяг ВП може становити кількох.

десятків і сотень мегабайтів. РП має лінійну структуру (адресація гаразд.

зростання). ВП використовує наскрізну адресацию.

У цілому нині, застосування віртуальної пам’яті становить суттєвий внесок в.

прогресуванні сучасних комп’ютерних технологій та очі великою кроком у розвитку.

програмування, який відкриває професійному програмісту шлях до створення.

потужних мультизадачных систем і комплексів. Застосування віртуальної пам’яті широко.

фахівці оцінюють у комп’ютерної медицині, наукової кібернетиці,.

професійному програмуванні.