Управление реальной памятью

Основные составные части типичного персонального компьютера:
1 — Монитор,
2 — Материнская плата,
3 — Центральный процессор,
4 — Оперативная память,
5 — Карты расширений,
6 — Блок питания,
7 — Оптический привод,
8 — Жесткий диск,
9 — Компьютерная мышь,
10 — Клавиатура
⯑ Перечислите
и укажите на схеме
известные вам
разновидности памяти
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Повторение

Выберите правильные ответы:
Компьютерная память бывает:
Внутренняя постоянная память с произвольным доступом
Внешняя постоянная память с произвольным доступом
Внутренняя оперативная память с произвольным доступом
Внешняя оперативная память с произвольным доступом
ПЗУ
НЖМД
ОЗУ
Повторение

К внутренней памяти компьютера относятся:
ПЗУ (ROM)
Flash BIOS
Flash-накопитель
CMOS-память
ОЗУ (RAM)
НЖМД
Выберите правильные ответы:
Повторение

К внутренней памяти компьютера относятся:
ПЗУ (ROM)
Flash BIOS
Flash-накопитель
CMOS-память
ОЗУ (RAM)
НЖМД
правильные ответы:
Повторение

ЭнергоНЕзависимой компьютерной памятью является:
ОЗУ
ПЗУ
Flash BIOS
НЖМД
CMOS-память
Выберите правильные ответы:
Повторение

ЭнергоНЕзависимой компьютерной памятью является:
ОЗУ
ПЗУ
Flash BIOS
НЖМД
CMOS-память
правильные ответы:
Повторение

Иерархия памяти
Обычное время доступа
Регистры
Кэш
ОЗУ
Магнитный диск
1нс
2нс
10нс
10мс
Обычный объем
Магнитная лента
100 с
< 1 Кбайт
4 Мбайт
512-2048 Мбайт
200-1000 Гбайт
400-800 Гбайт
Поставьте соответствие: тип памяти и его расположение
Повторение

Внутренняя память компьютера
Повторение
В состав внутренней памяти обычно входят:
Оперативная память
Кэш-память
Специальная память

Внутренняя память компьютера
Повторение

Внутренняя память компьютера
Повторение

Внутренняя память компьютера
Повторение

Внешняя память компьютера
Основной функцией внешней памяти является
долговременное хранение большого объема
информации.
Устройство, осуществляющее запись информации,
называется накопителем информации;
Устройство хранения информации – носителем.
Повторение

Функции ОС по управлению памятью
В ранних ОС управление памятью сводилось просто к загрузке программы и ее данных из некоторого внешнего накопителя (перфоленты, магнитной ленты или магнитного диска) в ОЗУ. При этом память разделялась между программой и ОС.
Память – это ресурс, требующий четкого управления.
в однопрограммном режиме

Программа пользователя
Программа пользователя
Программа пользователя
Операционная система в ОЗУ
Операционная система в ПЗУ
Драйверы устройств в ПЗУ
Операционная система в ОЗУ
0
Первая модель раньше применялась на мэйнфреймах и мини-компьютерах.
Вторая схема сейчас используется на некоторых карманных компьютерах и встроенных системах.
Третья модель была характерна для ранних ПК с MS-DOS.
в однопрограммном режиме
FFF…

Свопинг
Свопингом (перекачкой) называется метод управления памятью, основанный на том, что все процессы, участвующие в мультипрограммной обработке, хранятся во внешней памяти.
Процесс, которому выделен ЦП, временно перемещается в основную память(swap in/roll in).
В случае прерывания работы процесса он перемещается обратно во внешнюю память (swap out/roll out). Причем целиком, а не отдельной частью. Так как одновременно в памяти присутствует только одна программа конфликтов не возникает.
Таким образом можно реализовать одновременный запуск нескольких программ.
⯑ Нарисуйте картинку, отображающую этот процесс.

Основное применение свопинг находит в системах разделения времени, где он используется одновременно со стратегией RR.
В начале каждого временного кванта блок управления памяти выгружает из основной памяти процесс, работа которого была только что прервана, и загружает очередной выполняемый процесс.
Метод свопинга влияет на величину временного кванта стратегии RR. Для эффективной загруженности ЦП время свопинга должно быть существенно меньше времени счета. Недостаток «чистого» свопинга заключается в больших потерях времени на загрузку и выгрузку процессов.
Поэтому в современных ОС используются модифицированные варианты свопинга, например, свопинг включается только в том случае, когда количество процессов памяти становится слишком большим.

Защита памяти
В однопрограммном режиме
В процессе выполнения программы
все ее адреса должны быть >= a,
иначе произойдет повреждение
операционной системы.
Во время работы прикладной
программы все адреса, генерируемые
ЦП, сравниваются с содержимым
регистра границы(а). Если генерируется адрес
Операционная
система
Программа
пользователя
Свободный участок
а
b

Мультипрограммирование
Функциями ОС по управлению памятью в мультипрограммных системах являются:
отслеживание (учет) свободной и занятой памяти;
первоначальное и динамическое выделение памяти процессам приложений и самой операционной системе и освобождение памяти по завершении процессов;
настройка адресов программы на конкретную область физической памяти;
полное или частичное вытеснение кодов и данных процессов из ОП на диск, когда размеры ОП недостаточны для размещения всех процессов, и возвращение их в ОП;
защита памяти, выделенной процессу, от возможных вмешательств со стороны других процессов;
дефрагментация памяти.

Для идентификации переменных и команд на разных этапах жизненного цикла программы используются символьные имена, виртуальные (математические, условные, логические – все это синонимы) и физические адреса

Символьные имена присваивает пользователь при написании программ на алгоритмическом языке или ассемблере. Виртуальные адреса вырабатывает транслятор, переводящий программу на машинный язык. Поскольку во время трансляции неизвестно, в какое место оперативной памяти будет загружена программа, транслятор присваивает переменным и командам виртуальные (условные) адреса, считая по умолчанию, что начальным адресом программы будет нулевой адрес.
Физические адреса соответствуют номерам ячеек оперативной памяти, где в действительности будут расположены переменные и команды.
Существует два принципиально отличающихся подхода к преобразованию виртуальных адресов в физические. В первом случае такое преобразование выполняется один раз для каждого процесса во время начальной загрузки программы в память. Преобразование осуществляет перемещающий загрузчик на основании имеющихся у него данных о начальном адресе физической памяти, в которую предстоит загружать программу, а также информации, предоставляемой транслятором об адресно-зависимых элементах программы.
Второй способ заключается в том, что программа загружается в память в виртуальных адресах. Во время выполнения программы при каждом обращении к памяти операционная система преобразует виртуальные адреса в физические.

Методы распределения памяти

Методы размещения процессов
Методы размещения процессов в основной памяти по отношению к расположению участков памяти, выделенной для одной и той же программы, делят на 2 класса:
Метод смежного размещения
Метод несмежного размещения
Смежное размещение является простейшим и предполагает, что в памяти начиная с некоторого начального адреса, выделяется один непрерывный участок адресного пространства.
При несмежном размещении программа разбивается на множество частей, которые располагаются в различных,
необязательно смежных(расположенных рядом) участках адресного пространства.

Мультипрограммирование с фиксированными разделами
(MFT-multiprogramming with a fixed number of tasks)
Входные очереди к разделам
П31
П21
П11
П31
П21
П31
П21
П11
П11
Предполагает разделение адресного пространства на ряд разделов фиксированного размера, в каждом разделе помещается один процесс.
Если соответствующий адресам процесса раздел занят, процесс остается в очереди во внешней памяти даже в том случае, когда другие разделы свободны.

Мультипрограммирование с фиксированными разделами
Для защиты памяти при MFT необходимы 2 регистра :
регистр верхней границы(наименьший адрес)
регистр нижней границы (наибольший адрес).
Прежде чем программа в разделе N начнет выполняться, ее граничные адреса загружаются в соответствующие регистры.
В процессе работы программы все формируемые ею адреса контролируются а< Адр< b.
При выходе программы за отведенные ей границы работа программы прерывается.

Мультипрограммирование с фиксированными разделами
Уменьшить фрагментацию памяти при MFT можно, если загрузочные модули создаются в перемещаемых адресах. Такой модуль может быть загружен в любой свободный раздел после соответствующей настройки.
При мультипрограммировании с трансляцией в перемещаемых адресах имеются 2 причины фрагментации:
Размер загруженного процесса меньше размера, занимаемого разделом(внутренняя фрагментация)
Размер процесса в очереди больше размера свободного раздела, и этот раздел остается свободным (внешняя)

Мультипрограммирование с переменными разделами
(MVT-multiprogramming with a variable number of tasks)
предполагает разделение памяти на разделы и использование загрузочных модулей в перемещаемых адресах, однако границы разделов не фиксируются.
В начальной фазе отсутствует фрагментация, связанная с тем, что размер очередного процесса меньше размера, занимаемого этим процессом раздела. На этой фазе причиной фрагментации является несоответствие размера очередного процесса и оставшегося участка памяти. По мере завершения работы программы освобождаются отдельные разделы. В том случае, когда освобождаются смежные разделы, границы между ними удаляются и разделы объединяются.
За счет объединения и слияния смежных разделов образуются большие фрагменты, в которых можно разместить большие программы из очереди. Таким образом, на фазе повторного размещения действуют те же причины фрагментации, что и для метода MFT.

Мультипрограммирование с переменными разделами и уплотнением памяти
может создаться ситуация, когда в памяти образуется множество малых фрагментов, каждый из которых мал для процесса, а в сумме – превышает размер процесса.
Уплотнением памяти называется перемещение всех занятых разделов по адресному пространству памяти таким образом, чтобы свободный фрагмент занимал одну связную область.

Мультипрограммирование с переменными разделами и уплотнением памяти
На практике реализация уплотнения памяти сопряжена с усложнением ОС и обладает следующими недостатками:
В тех случаях, когда мультипрограммная смесь неоднородна по отношению к размерам программ, возникает необходимость в частом уплотнении, что расходует ресурс процессорного времени и компенсирует экономию ресурса памяти
Во время уплотнения все прикладные программы переводятся в состояние ожидания, что приводит к невозможности выполнения программ в реальном времени.