А.Н. Томилин - Вычислительные системы (2006), страница 21

И вот, объединив достоинства и ликвидировав недостатки, они дали сим метод построения, естественно, несколько более сложный, чем каждый из этих. Но не на много, ибольшинство машин обладают этим методом организации.Итак, что такое сегментная организация? У вас имеется некое количество модулей:задачамодулиАпрограмма 1Впрограмма 2Сданные 1Dданные 2Сданные 1А программа 1И в память помещаются по мере необходимости эти данные, т.е.

это ваши сегменты.Понадобилось — вы куда-то поместили модуль A (программа 1). Понадобилось — куда-топоместили С (данные 1). Т.е. куда угодно помещаются, причём они разной длины. Важно,что сегменты разной длины, такие, какие требуются: сделали программу на 10 ячеек — значит, 10, сделали на 3000 — значит, 3000. Если модуль данных 143 ячейки, значит 143. Я говорю «ячейки», в IBM’овских были байты.Сегменты разной длины. И отсюда, вы понимаете, они помещаются в память на любоеместо. Если там что-то есть, надо убрать (если это вам надо) — это дело операционной системы, это не ваше дело. А D я ещё не написал, может ещё их нет. По мере необходимостиони проявляются.

Если нет места, чего-то убрали, кого-то поставили, а потом кого-то, коговы убрали, понадобилось снова, пришлось убрать ещё кого-то — начинается замещение сегментов, в простонародье — подкачка — подкачка информации сегментного характера.Что же такое сегмент? Сразу появилась внешняя фрагментация (они разной длины).Так зачем же мы так сделали? А вот для чего. Чтобы иметь возможность уникально защитить каждый из этих модулей. Что это значит «уникально» защитить? Пожалуйста. У васпрограмма, значит, писать в неё нельзя. А это данные, в них писать можно. А вот в эти данные, а вот в них нельзя. Вот в эти данные вы можете писать, а вам не разрешают. Эту программу вы можете использовать (и вы и вы), а вам не разрешается и т.д.

Т.е. у вас возможность есть уникальной защиты объектов программы. Уникальная защита объектов программы реализуется очень хорошо. Таким образом, существует некая таблица, находящаяся в ОП,где каждая строчка этой таблицы соответствует номеру сегмента. Все сегменты виртуальные,они нумеруются от нуля и т.д., и когда возникает ваш адрес, он структурирован: некотораячасть разрядов указывает номер виртуального сегмента, а другая часть — смещение в сегменте.1№ виртуальногосегментасмещение в сегментеПо номеру виртуального сегмента (например, 1) со смещением 1 берётся строчка таблицы, находится адрес физический первого виртуального сегмента, где расположен первыйвиртуальный сегмент.

И здесь находится код защиты. Таким образом, в этой строчке кромеадреса физического (и вы, таким образом, легко преобразуете виртуальный в физический, аименно берётся адрес физический и прибавляется смещение, и можно залезать в память, если код защиты это разрешает), есть признак нахождения в памяти, код защиты показывает63можно работать. Происходит преобразование виртуальный адрес → адрес физический с помощью вот такой таблицы:признак нахождения в ОПОПСданные 1сегмент 1код защиты0123адрес физический началавиртуального сегментадлинаА программа 1 сегмент 2признак изменения...Естественно, таблица сегментов находилась в памяти. Вы в виртуальном адресе выделяете номер сегмента, находите информацию об этом сегменте и, проверяя наличие в памяти,разрешённость данного типа обращения, всё.

Вот так организована сегментная память.Вроде бы здесь всё очень просто, операционная система заботится и об этом и об этом,в место может быть любое помещено, но при этом есть проблема внешней фрагментации. Атакже есть уникальная защита, всё идеально, кроме внешней фрагментации. И ещё: преждечем обратиться в память по существу, вам пришлось обратиться в память служебным образом, т.е. у вас получились накладные расходы 100%. Как выйти из этого положения? А выйти из этого положения очень просто. Есть табличка на регистрах (регистров было 4), у которой 2 части: номер виртуального сегмента (например, 1), и всё остальное — признак нахождения в памяти, код защиты, признак изменения, длина и адрес физический начала виртуального сегмента.Афиз1№ виртуальногосегментана регистрахРис.

13 Таблица адресной трансляцииЧто происходит? У вас какой сегмент — первый. Вы что делаете? Ассоциативно ищитеи находите. А дальше всё то же самое. Всё точно так же. Получилась на регистрах ассоциативная память, т.е. кэш — самый настоящий кэш. Почему здесь достаточно бывает небольшого количества регистров? Из-за свойства локальности программы. Например, перемножение матриц: один объект, второй объект, результат и сама программа — всего 4 сегмента.Вам больше и не надо. А вот если не совпало, то можно лезть в основную таблицу.

Большетого, всё это можно поручить операционной системе.Дальше мы увидим организацию страничной памяти, где будут абсолютно похожиевещи, т.е. именно будет таблица страниц. Вместо таблицы страниц, для того, чтобы не залезать в память, появится такая же таблица аппаратной трансляции. Ну и будет один недостаток — это пропадание уникальной защиты, зато от внешней фрагментации мы избавимсяполностью. Попытка избавиться от двух неприятностей (внешней фрагментации и оставитьуникальную защиту) привела к сегментно-страничной организации, которую мы тоже рассмотрим.Мы с вами рассмотрев организацию кэшей и, перейдя к организации виртуальной памяти, рассмотрели односегментную организацию виртуальной памяти. Затем, правда, рассмотрели вариант одноуровневой памяти (без структуризации) — это то, что было сделанодля IBM — деление на разделы (участки) памяти длиной 2 Кб, где каждому такому участкубыл приписан ключ защиты (специальная память ключей защиты).

И на регистре процессора,где находился PSW — слово, характеризующее проходящий на процессоре процесс, тамфиксировался номер данной задачи, которая сейчас решается. А у всех выделенных ей час64тей в памяти ключей защиты было то же самое. Поэтому, если вы обращались по всем своимучасткам, получали их физические данные (тут был отход от виртуальной памяти, но в пределах общего односегментного отображения), всё было в порядке. Если только вы пыталисьпо ошибке попасть в какой-либо участок памяти, то там был другой номер (ключ защиты,соответствующий этому участку содержал номер другой), он не совпадал (а проверка всегдапроисходила) с номером задачи в PSW, и конечно, было прерывание и не разрешалось.

Мырассмотрели сегментную, потом частично-сегментную память, когда у нас с вами адрес делился на 2 части: виртуальный номер сегмента и смещение в сегменте.2№ виртуальногосегментасмещение в сегментеТакой подход был, при этом сегменты были разной длины, в них помещались законченные объекты программы (будь то программный модуль или модуль данных) и тем самымпоявлялась возможность для уникальной защиты отдельных сегментов (можно было указать,кому чего можно делать). Тем самым вы используете структурно организованную память иполучаете такие важные возможности защиты отдельных объектов программы. Но при этом,поскольку модули разной длины, возникала фрагментация.

Эта фрагментация возникала ипри односегментной организации памяти между сегментами, принадлежащими разным задачам. В IBM пытались уйти от этого, так и ушли, но там появились другие неприятности.Существует таблица всех сегментов в ОП, аппаратура знает начало этой таблицы. А впринципе, можно иметь регистр-префикса, т.е. какой-то регистр, который указывает, где находится эта таблица, а операционная система, делая таблицу, помещает на этот регистр начало таблицы, либо она закрепляется для аппаратуры на всю жизнь (тогда не нужен регистр).Так или иначе, номер (допустим, второй) ищется, находится строчка этой таблицы, соответствующая номеру сегмента.

В этой строчке находится всё, что нужно. Во-первых, адрес физический начала сегмента, длина этого сегмента, чтобы вы могли к адресу физическому прибавлять смещение, никогда не выйти за пределы. Что ещё? Признак нахождения сегмента вОП (сегмент может находиться во внешней памяти), код защиты. Всё просто, но служебноеобращение является накладным расходом. Чтобы избавиться от этого (мы это рассматривали), была введена таблица адресной трансляции (см. Рис. 13).

Из-за свойства локальностипрограммы достаточно небольшого количества регистров. Фактически, это служебный кэш— ассоциативная память. Тогда у вас исчезает обращение к таблице сегментов, только оченьредко. Это можно делать аппаратно, а можно поручить операционной системе взять и сюда(в таблицу адресной трансляции) поместить. А вот что здесь будет выталкиваться — это вопрос интересный — это тоже кандидатские и докторские диссертации.Страничная организация памятиКак и в случае, когда мы делили на участки одинаковой длины (2 Кб), здесь тоже появляется деление на одинаковые участки. Но в этом случае, адрес структурирован так же, внём находится номер виртуальной страницы и смещение в странице.2№ виртуальнойстраницы65смещение в страницеЗдесь всё то же самое, т.е.

есть таблица страниц данной задачи (для другой — своятаблица страниц), и здесь всё точно так же, только для страниц:0123признакнахожденияв ОП№ физической страницы (адрес начала)...признак измененияЧто здесь? Номер физической страницы или адрес начала, что то же самое, посколькувся память разделена на страницы одинаковой длины (в широком пределе от 0,5 Кб до 4Кслов, в разных машинах по-разному). В БЭСМ-6, которую мы рассматривали, там страничная была организация и там длина таблицы была 1 Кслово (= 6 Кб). Признак нахождениястраницы в памяти. Длина известна, поэтому переползая на другую страницу — пожалуйста,нет проблем.