2 6. Организация виртуальной памяти в операционных системах.
В
П
- устройство, позволяющее программистам
рассм. ОЗУ как лог. объект, не интересуясь
его физ. объемом. Принципы работы с ВП
были разработаны, чтобы задания нескольких
пользователей, выполняясь параллельно,
могли одновр. присутств. в ОЗУ. ВП реш.
две задачи: защищает программы друг от
друга, а ядро ОС - от программ; управляет
перемещением программ в памяти.
Одно из простых решений - снабжение ЦП двумя спец. рег.: базовым и предельным (граничным). При начале работы программы в базовый регистр помещается адрес ее начала, а в предельный - размер программы вместе с данными. При выборке ком. из памяти аппаратура проверяет счетчик команд (PC), и если он меньше, чем пред. рег., то доб. к нему значение базового регистра и сумму передает в адр. шину.
Базовый регистр позволяет программе ссылаться на любую часть памяти, следующую за хранящейся в ней адресом. Предельный регистр запрещает программе обращение к памяти за границы программы. С пом. этой схемы реш. обе задачи защиты и перем. программ. В рез. проверки и преобр. адрес, сформированный программой и называемый виртуальным, переводится в адрес, используемый памятью и называемый физическим. Устройство, которое выполняет проверку и преобразование, называется диспетчером памяти - MMU (Memory Management Unit). Оно расположено в ЦП.
Более сложный диспетчер памяти содержит две пары базовых и предельных регистров. Одна пара - для текста программы, другая - для данных. Появляется возможность делить одну и ту же программу между несколькими пользователями и при этом хранить в памяти только одну копию программы.
Из-за различий в кол. памяти, требующейся для разных программ, их трудно компактно разместить в ОЗУ. Поэтому разработаны системы со страничной организацией памяти, когда программа разбивается на блоки фиксированного размера - страницы (1 страница = 4 Кб). В этом случае обращение программы к ячейке памяти происходит по ВП, адрес которой состоит из номера страницы и смещения отн. ее начала. Страницы одной и той же прог. м/б разбросаны по всему ОЗУ. Система разбивки на страницы обесп. дин. соотв. м/у вирт. адресом, исп. программой, и реальным (физ.) адресом ОЗУ. Если программа обращается к странице, отсутствующей в ОЗУ, то диспетчер памяти обнаруживает это и загружает недост. страницу.
27. Физические принципы I/o.
Линия – электрическое соединение.
Шина – набор линий объединенных общим смыслам.
Разрядность шины – количество входящих линий.
Выделяют шины:
Шина адреса. Используется для указания номера ячейки памяти или порта ввода вывода, с которым производится обмен данными процесса.
Шина данных. Используется для передачи данных от процессора в ячейку памяти или порт ввода вывода или наоборот.
Шина управления. Используется для указания режима работы (чтения или записи) и источника или получателя данных (память или порты ввода вывода.
Шина данных , шина адреса и шина управления формируют центральную магистраль компьютера.
Порт ввода вывода – это точка подключения центральной магистрали к устройству ввода вывода. Адресное пространство портов ввода вывода – это множество номеров подключенных к системе или центральной магистрали устройств ввода вывода.
При записи в память, процессор устанавливает на шине адреса адрес нужной ячейки, на шине данных значение, которое должно быть записано, на шине управления – режим работы запись в память. Микросхема памяти, увидев этот режим на шине управления, заносит значение с шины данных в ячейку, указанную в шине адреса.
Запись в порт ввода вывода происходит аналогично, но на шине управления указывается режим записи на устройство ввода вывода; Сам процесс вывода устройства будет длительным и начнется после передачи процессором нескольких значений в порт ввода вывода.
DMA – Прямой доступ к памяти. Несколько каналов DMA , т.е. электрических соединений между устройствами ввода вывода и памятью позволяют производить обмен данными между памятью и устройством ввода вывода напрямую без непосредственного участи процессора.
Контроллер – это аппаратное устройство, которое обеспечивает стандартизированный интерфейс подключения устройства ввода вывода к аппаратной части компьютера и непосредственно управляется работой данного устройства ввода вывода.
Контроллер включает в себя порты ввода, вывода, управления. Каждый из них может иметь свой номер, либо все могут адресоваться под одним номером и различаться в зависимости от режима работы на шине управления.
Драйвер—программа, которая обеспечивает стандартизированный интерфейс подключения устройства к ОС на программном уровне.
Контроллер и драйвер разрабатываются производителем ус-в в/в для конкретных ОС, обеспечивают реализацию принципа независимости программ от внешних ус-в.
BIOS—базовая подсистема в\в—программно-аппаратная часть, отвечающая за взаимодействие ОС с драйверами ус-в в\в. Биос обеспечивает такие ф-ции:
Буферизация и кэширование
Спулинг spooling—очередь в\в
Обработка ошибок и исключений
Классификация ус-в в\в
Монопольного владения и разделяемые ус-ва
Символьные и блочные—символьные передают за один цикл один байт, блочные—несколько
Ус-во ввода и ус-во вывода и ус-во в\в
Сетевые ус-ва