Горнец Н.Н., Рощин А.Г. Организация ЭВМ и систем (2006) (1186251), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Защита памяти Этот механизм принято называть защитой памяти, на самом деле осуществляется защита хранящейся в ней информации. Обыч- 165 но в процессорах предусматривают специальные средства для за щиты памяти от несанкционированного доступа со стороны дру гих программ. В памяти компьютера всегда находится несколько программ, даже если он выполняет только одну. Из-за ошибок или по каким-либо иным причинам программа может вторгаться в «чужую» область памяти, искажая находящуюся там информа цию.
Чтобы этого не происходило, в компьютере предусматривают систему привилегий, которая регулирует доступ к той или иной области памяти в зависимости от уровня ее защищенности и привилегированности запроса к ней. Защиту отдельных ячеек памяти можно осуществить, выделяя в каждой ячейке специальный разряд зашиты. Наличие единицы в этом разряде приводит к блокированию записи в эту ячейку и сообщении об ошибке, тем самым обеспечивается защита ячейки от попыток записи. Но этот механизм неудобен и в современных компьютерах практически не используется.
Вторым механизмом защиты служат так называемые кольца защиты. Так, в микропроцессоре РепГпип (как и в ранее выпускавшихся микропроцессорах 286, 386 и 486, а также в ЕС ЭВМ и ряде других машин) предусмотрены четыре кольца, или уровня привилегий, имеющие номера от 0 до 3.
Чем меньше номер, тем выше уровень защищенности. Наивысшим уровнем защиты обладает ядро ОС; ему присвоен уровень О. В это ядро входят команды, обеспечивающие инициализацию системы, управление доступом в память и ряд других важнейших функций. Уровень 1 имеют утилиты ОС, а к уровню 2 обычно относят всевозможные служебные программы, драйверы, систему управления базами данных и т.п.
Наименее защищены прикладные программы пользователя; им присваивается уровень с номером 3. Для доступа к программам и данным, хранящимся в ОП, используются следующие правила: данные из сегмента ОП с некоторым уровнем защиты могут быть выбраны программой с таким же или более высоким уровнем привилегий; программная процедура может быть вызвана программой с таким же или более низким уровнем привилегий.
Уровни защиты определяются двумя битами (указывающими уровень защищенности). При обращении в ОП должно быть произведено сравнение разрешенного уровня запроса (указывается в двух битах специального описателя) с фактическим (приведенным в специальном регистре-селекторе). Если уровень запроса, указанный в селекторе, ниже разрешенного уровня, то данные ячейки ОП оказываются закрытыми для доступа к ним. Доступ к менее привилегированной процедуре может осуществляться только через специальный шлюз вызова. 166 Рис.
6.10. Защита памяти методом граничных регистров Самый распространенный метод защиты памяти — мешод граничных регистров. В процессоре предусматривают два специальных регистра, содержащих верхнюю и нижнюю границы области памяти, к которой может обращаться текущая программа (рис. 6.10). Занесение границ в эти регистры производится ОС в привилегированном режиме при загрузке программы. При запросе информации из ОП, осуществляемом в пользовательском режиме, адрес сравнивается с установленными границами и, если он находится между верхней и нижней границами, передается в память.
Если же происходит нарушение защиты, т.е. адрес выходит за установленные рамки, то доступ в память блокируется и формируется сигнал нарушения защиты. Для организации защиты несмежных областей памяти в машинах ЕС ЭВМ использовали ключи защиты — каждому блоку памяти присваивался некоторый код, или ключ защиты. Каждая программа получала свой код — код защиты программы.
Доступ к любому блоку памяти возможен только при совпадении значений ключа и кода защиты или при равенстве ключа «О». Нулевое значение ключа определяет возможность доступа ко всему адресному пространству памяти со стороны ОС. Код (или ключ) защиты программы находится в специальном регистре, хранящем слово состояния программы. При обращении к ОП производится сравнение ключей защиты памяти и программы: при совпадении ключей доступ к памяти разрешается, а при несовпадении — формируется сигнал нарушения защиты. Контрольные вопросы 1. Как принято определять объем оперативной памяти? Почему при Указании объема памяти компьютера не учитывают кэш-память? 167 2.
Почему в современных персональных компьютерах используют раз личные виды памяти: кэш-память, оперативную, внешнюю? 3. Что такое адресное пространство? Как адресуется различная память в современных персональных компьютерах? 4. С какой целью в адресном пространстве предусматривают адреса постоянной памяти? Что хранится в ПЗУ? 5. Как можно повысить скорость обращения к ОП? Что такое расслоение памяти? 6. Какие существуют принципиальные ограничения на расслоение памяти и к чему они приводят' ? 7. Каким образом осуществляется контроль правильности информации, находящейся в ОП, и в какой момент он осуществляется? 8.
Как организована ОП и какой объем информации можно получить за одно обращение к ней? 9. На каких элементах строится ОП в персональных компьютерах и чем это обусловлено? С какой целью выполняется регенерация памяти? 10. Какие существуют виды кэш-памяти? Почему в настоящее время чаше всего используют множественно-ассоциативную кэш-память? 11. Как и в какой момент нужно производить запись информации в ОП из кэш-памяти? Что такое сквозная запись и запись с обратным копированием? 12. Какой выигрыш можно получить при использовании записи с обратным копированием? Для чего она неудобна? 13.
Приведите примеры характеристик внешней памяти на жестких дисках. Каким образом на них представлена информация? 14. Что такое виртуальная организация памяти? Каким образом осуществляется использование информации из виртуального пространства процессором? 15. Какими средствами и как можно ускорить преобразование виртуального адреса в физический? 16. Почему в персональных компьютерах используют кэш-память нескольких уровней? Какими объемами характеризуется такая кэш-память П и Е2? 17. Какие функции реализуют кэш-память 2,1 и кэш-память 22? Какой обьем кэш-памяти у современного персонального компьютера? 18.
Что такое страничная организация памяти? Как она осуществляется? Чем она неудобна? 19. В чем заключаются преимущества сегментно-страничной организации памяти? 20. Что такое флэш-память? Где она используется и для каких целей". 21. Что такое зашита памяти? Как она выполняется в машинах с процессором Реп11шп? 22. Какие методы защиты памяти используют в современных персональных компьютерах и в чем их сущность? 23. Каким образом обеспечивается защита информации в памяти от несанкционированного доступа? 24.
Что такое «свопинг» и как он осуществляется? ГЛАВА 7 ИНТЕРФЕЙСЫ 7.1. Понятие интерфейса и его характеристики В первых компьютерах АЛУ соединялось с памятью и различного рода устройствами ввода-вывода так, как хотели этого разработчики машины. Однако начиная с середины 1960-х гг. ситуация меняется коренным образом: подключение периферийных устройств осуществляется по общим и единым правилам. Это открыло пути к массовому производству периферийных устройств, а саму машину превратило в систему с переменным составом оборудования. Совокупность таких правил, а также аппаратные, программные и конструктивные средства для их реализации принято называть аппаратным интерфейсом, или интерфейсом ввода-вывода. Затем в мини- и микроЭВМ идеи стандартизации обменов информацией получили дальнейшее развитие. Все обмены между процессором, памятью и периферийными устройствами происходили по единой системе соединений, получившей название шины.
Впервые это название было предложено фирмой 1)ЕС при создании компьютера РРР-11. Принято различать физический и логический интерфейсы. Физический интерфейс представляет собой совокупность механических и электрических аппаратных средств, а также физических сред передачи сигналов, а логический — совокупность правил передачи кодированной информации между устройствами, узлами или элементами системы, т.е.
протоколы взаимодействия, или алгоритмы формирования сигналов обмена. Интерфейсы принято характеризовать: видом связи, т.е. способностью вести дуплексную (сообщения могут одновременно передаваться в двух направлениях), полудуплексную (линии связи используются для двухсторонней передачи, но сообщения передаются в разные моменты времени) или симплексную (передача возможна только в одном направлении) передачу; пропускной способностью, т.е. количеством информации, которое можно передать по линиям интерфейса в единицу времени; максимальной частотой передачи сигналов данных; 169 динамическими параметрами — временем передачи отдельно го слова, блока, пакета; максимально допустимым расстоянием или суммарной длинон линий, соединяющих все устройства интерфейса; общим числом линий в интерфейсе; допустимым числом подключаемых устройств; задержками при организации передачи, вызванными необхо димостью выполнять подготовительные и завершаюшие действия при установлении связи между устройствами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
