Иерархия памяти

В 60-х годах стало ясно, что иерархию памяти можно расширить еще на один уровень, что позволит получить выигрыш в скоростных характеристиках обработки данных. Этот дополнительный уровень называется кэш-память, которая обладает гораздо большим быстродействием, чем основная память, однако стоит дороже.

Кэш

Основная память

Внешняя память

При переходе от нижнего уровня к верхнему происходит:

1. Время доступа к памяти уменьшается

2. Скорость доступа к памяти возрастает

3. Стоимость памяти в расчете на бит растет

4. Емкость памяти уменьшается

Кэш и основная: ЦП может непосредственно обращаться к хранящимся здесь программам и данным.

Чтобы ЦП мог обращаться к программам и данным, хранящимся во внешней памяти, их необходимо вначале переписать в основную память.

Стратегии управления памятью

Направлены на то, чтобы обеспечить наилучшее возможное использование ресурсов основной памяти и делятся на следующие категории:

1. Стратегии выборки. Ставят своей целью определять, когда следует втолкнуть очередной блок программы или данных в основную память. Долгое время полагали, что наиболее целесообразно осуществлять выборку по запросу. Позже, многие специалисты убедились, что упреждающая выборка вполне может обеспечить повышение быстродействия системы.

2. Стратегии размещения. Ставят своей целью определить, в какое место основной памяти следует помещать поступающую программу. 1 стратегия экономит время. 2 стратегия экономит место. 3 стратегия экономит место.

3. Стратегии замещения.

Связное и не связное распределение памяти

Самые первые вычислительные машины требовали связного распределения памяти, то есть каждая программа должна была занимать один сплошной блок ячеек памяти.

Связное распределения для одного пользователя:

ОС

Программа пользователя

Свободно

С появлением мультипрограммирования с разделами переменного размера, стало ясно, что гораздо более эффективным может быть несвязное разделение памяти, при котором программа разбивается на ряд блоков или сегментов, которые могут размещаться в основной памяти в участках, не обязательно соседствующих друг с другом. Когда программа одна и размещается целиком, есть ограничения при несвязном распределении.

Размер программ в обычном случае ограничивается емкостью, имеющейся основной памяти. Однако существует возможность выполнения программ, превышающих по размеру основную память благодаря использованию так называемых оверлейных сегментов или несвязному распределению памяти.

Защита памяти в однопрограммных системах

Мультипрограммирование с фиксированными разделами

Для программы пользователя, выполняющего интенсивные вычисления:

Для программы пользователя, регулярно выполняющей операции ввода-вывода:

Трансляция и загрузка модулей в абсолютных адресах

Рис. 7.6

Рис. 7.8

Фрагментация

Фрагментация памяти имеет место в любой вычислительной машине независимо от организации ее памяти.

Мультипрограммирование с переменными разделами

Любая схема организации памяти сопряжена с определенными потерями. В данном случае потери становятся очевидными только тогда, когда при завершении задания в основной памяти остаются свободные участки или дыры. Эти участки можно использовать для размещения других заданий, однако даже если это происходит, то все равно остаются дыры, только меньшего размера. Рис. 7.11-12.

Уплотнение памяти 7.13. Недостатки: Отнимает ресурсы системы. Во время уплотнения система должна прекратить любые работы в случае смеси быстро меняющихся заданий возникает необходимость часто уплотнять память.