Презентация по информатике на тему "Организация и функционирование виртуальной памяти ЭВМ" (10-11 кл)

МБОУ “Гимназия №7 имени героя России С. В. Василёва”

2

1. Виды виртуальной памяти(ВП)………………..4
2. Организация ВП……………………………………..13
2.1 Страничная организация виртуальной памяти …………………………………………………16
2.2 Сегментная организация виртуальной памяти …………………………………………………24
2.3 Сегментно-страничная  организация виртуальной памяти………………………………28
3. Список использованной литературы………..33

3

Виртуальная память - это сочетание памяти ОЗУ и временного хранилища на жестком диске. Существует два вида памяти: внутренняя и внешняя.
Внутренняя память – это запоминающее устройство, напрямую связанное с процессором и предназначенное для хранения выполняемых программ и данных, непосредственно участвующих в вычислениях. Внутренняя память, в свою очередь, делится на постоянную (ПЗУ), оперативную (ОЗУ) и кэш-память.
Внешняя память - это память, предназначенная для длительного хранения программ и данных.

4

5

Постоянная память - энергонезависимая память, используется для хранения данных, которые никогда не потребуют изменения. Содержание памяти специальным образом «зашивается» в устройстве при его изготовлении для постоянного хранения. Из ПЗУ можно только читать.

Оперативная память (ОЗУ, RAM) используется только для временного хранения данных и программ.

6

Кэш-паямять - используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью .

7

8

Внешняя память (ВЗУ) предназначена для длительного хранения программ и данных. Целостность содержимого ВЗУ не зависит от того, включен или выключен компьютер. Информация от ВЗУ к процессору и наоборот циркулирует примерно по следующей цепочке:

9

Самыми распространёнными внешними устройствами являются DVD, CD, жёсткий диск.

10

DVD -  носитель информации, выполненный в форме диска, позволяющий хранить и считывать больший объём информации за счёт использования лазера с маленькой длиной волны и линзы с большей числовой апертурой Может быть односторонним или двухсторонним, а на каждой стороне может быть 1 или 2 рабочих слоя.

11

Оптический носитель информации в виде пластикового диска с отверстием в центре, процесс записи и считывания информации которого осуществляется при помощи лазера.

12

Накопи́тель на жёстких магни́тных ди́сках или НЖМД (англ. hard (magnetic) disk drive, HDD, HMDD), жёсткий диск, вкомпьютерном сленге «винче́стер» — запоминающее устройство (устройство хранения информации) произвольного доступа, основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров.

13

14

Для более эффективного функционирования ЭВМ  используется динамический метод  распределения памяти.  При динамическом распределении оперативной памяти выделяется необходимый объем памяти по запросу с учетом потребности задачи. Параллельность процессов обмена и обработки данных приводит к тому, что к оперативной памяти может обращаться несколько устройств (или программ) одновременно, потому требуется организовать очередь обслуживания и использовать концепцию виртуальной памяти. 

15

В настоящее время  процесс динамического распределения памяти осуществляется  методом относительной адресации  (с использованием  виртуальных адресов),  в виде:
1. Страничной организации ВП

2. Сегментной организации ВП  

3. Сегментно-страничная  организация ВП

16

При данном методе организации памяти все ресурсы памяти, как оперативной, так и внешней представляются для пользователя единым целым и называются виртуальной памятью.

17

Выполняемая программа загружается в оперативную память не целиком, а отдельными страницами . Страница с которой работает процессор называется активной.

18

 Схема страничной организации
виртуальной памяти

16

Сначала компьютер обращается к страничной таблице. Входом в эту таблицу является номер математической  страницы,  в которой  находится  нужная  ячейка  памяти. Если адресная  страница  находится в ОП,  то двухбитовый номер страницы заносится в два левых разряда адресного регистра оперативной памяти, а адрес внутри виртуальной  страницы переписывается в 11 правых  разрядов адресного регистра.

20

Для начала познакомимся со страничной таблицей: к ней обращается ОС для установления соответствие между виртуальной и физической страницами. Она содержит три поля. Первое, по сути, является флагом (0 – сообщает процессору,  что необходимую  страницу нужно искать во внешней  памяти; 1 - искомая страница уже находится в оперативной памяти).

21

Второе поле содержит адрес внешней памяти.  Этот адрес станет необходим если
искомой страницы нет в оперативной памяти (находится в ВЗУ) и её надо переписать  в ОЗУ (второе поле игнорируется, если флаг в первом поле находится в состоянии 1).
Третье поле, функциональная нагрузка которого – указывать номер страницы оперативной памяти, в которой находится необходимая информация. Если нужной страницы нет в ОП, а она находится на диске  (флаг первого поля находится в состоянии 0),  то третье поле игнорируется. Итак, при распределении памяти в машине формируется страничную таблицу.  

22

Рассмотрим обозначения на схеме 1: Pµ - регистр  математического адреса, Pф - регистр физического  адреса, p - номер математической страницы, l -  смещение.
Схему 1 можно представить в более простом виде:

23

Смещение переписывается  из регистра математического адреса в регистр  физического без изменений.
Таким образом вместо сложения базового адреса со смещением в данном случае можно просто собрать вместе номер физической страницы и смещение.
В конце рассмотрим плюсы и минусы ВП со страничной организацией. Преимущество – достаточно большой объём прямоадресуемой  памяти.  Недостаток количество времени, которое  машина тратит на обращение к внешней  памяти (в случае, если информация находится в ВЗУ) . 
 

24

Сегменты – части, на которые разбивается виртуальная память , используемая программой. Это разбиение выполняется либо самим программистом (если он программирует на языке ассемблера), либо компилятором используемого языка программирования. Размеры сегментов могут быть различными, но в пределах максимального размера (в отличии от страничной организации). Разбиение обычно производится  на логически осмысленные части (сегмент данных, сегмент кода ). 

25

Упрощенная схема преобразования виртуального адреса в физический при сегментной организации ВП.

26

В данном методе организации ВП вместо страничной таблицы присутствует таблица сегментов . Селектор сегмента представляет некоторое число, которое обычно является индексом данного процесса в таблице сегментов.
Если данный сегмент присутствует в памяти, то его базовый адрес складывается со смещением из виртуального адреса. Результат сложения представляет собой физический адрес. Осталось добавить, что при переключении текущего процесса система заменяет таблицы сегментов.

27

Сегментная таблица отличается от страничной и содержит для каждого сегмента размер, режим доступа, флаг присутствия сегмента в памяти. Если сегмент находится в памяти, то в таблице хранится его базовый адрес, а если нет - данные временно вытеснены на диск и хранятся в  (swap file). Если сегмент отсутствует в памяти, то происходит прерывание. Обрабатывая его, система должна загрузить на свободное место в памяти, записать его базовый адрес в таблицу сегментов и затем повторить команду. В каждой записи таблицы хранится флаг, отмечающий, является ли сегмент в памяти «чистым» или «грязным», т.е. совпадает ли его содержимое с дисковой копией или же оно было изменено в памяти после последней загрузки с диска.

28

Для сегменто-страничного (ССО) метода организации памяти требуется более сложная  аппаратно-программная  организация. При таком методе  используется как  сегментная,  так  и страничная таблицы. Программы  разбиваются  на отдельные массивы. Эти  массивы -   сегменты. Отличие сегмента от страницы состоит в том, что длинна сегмента может изменяться в процессе работы.

29

Для начала рассмотрим обозначения:  N - номер
программы,  Pµ - математический адрес, а Pф – физический, l – смещение.

30

Рассмотрим функционирования ВП с ССО:  с помощью начального адреса  сегментной таблицы (А0 с индексом 1) и номера сегмента (S) из регистра  математического адреса образуется адрес - вход  в сегментную таблицу в которой находится начальный адрес страничной  таблицы(А0 с индексом 2). Последний суммируется с  номером искомой страницы  (p ). Результирующая  сумма  -  есть вход в страничную таблицу, в которой
затем отыскивается адрес искомой физической  страницы, и процессор начинает работать с ней.

31

Таким образом адрес ячейки в данном случае складывается из: начального адреса  сегментной таблицы , номера самого сегмента , номера искомой страницы и смещения. Стоит заметить, что смещение l переписывается в ячейку физического адреса без изменений.

32

http://student-servis.ru
https://ru.wikipedia.org
http://paralichka85.px6.ru
http://www.referat.ru
http://gdpk.narod.ru
http://www.konspektov.net
http://avinout.coml
http://avinout.com/t5r5part1.html