andreony
[admin]
 Din: bucharest
Inregistrat: acum 20 ani
Postari: 1062
|
|
Memoria Virtuala.
Memoria virtuala reprezinta un ansamblu de tehnici si
mecanisme folosit pentru a mari capacitatea aparenta a memoriei
principale RAM. Astfel, numarul de biti din instructiune, care
specifica adresa, depaseste capacitatea memoriei principale
fizic instalata , ca posibilitati de adresare. In aceste conditii, din
programul stocat in memoria externa vor fi aduse in memoria
principala numai zonele active la un moment dat. Procesul este
transparent pentru utilizator si se desfasoara automat. Spatiul de
adresare explorat de bitii de adresa din instructiunile furnizate de
procesor corespunde capacitatii memoriei virtuale. Din punct de
vedere fizic memoria virtuala va fi organizata in memoria
secundara.
Memoria virtuala este structurata,din punct de vedere logic, sub
forma de pagini, astfel ca, o adresa furnizata de o instructiune a
procesorului consta in doua campuri: numarul paginii si adresa
in pagina:
Dimensiunile unei pagini sunt mult mai mici decat
dimensiunea memoriei principale Mp. In acest mod, in memoria
principala pot fi aduse, din memoria secundara, mai multe
pagini active ale unui program sau ale mai multor programe, in
cazul exploatarii sistemului in regim de multiprogramare.
Se va considera, ca exemplu educational, organizarea unei
memorii virtuale cu capacitatea de 64 Mo, structurata pe cuvinte
de 32 de biti: 16 Mcuvinte x 32 de biti/cuvant.
Intr-un cuvant/instructiune, de 32 de biti, 24 de biti sunt alocati
pentru adresarea memoriei virtuale. Primii 12 biti, mai semnificativi,
vor specifica numarul paginii, iar ultimii 12 biti,
Nr. Pagina Virtuala Adresa in Pagina
mai putin semnificativi, vor constitui adresa in pagina. In figura
10 se prezinta organizarea logica a memoriei virtuale cu 212
pagini, fiecare pagina avand capacitatea de 212 cuvinte, de cate
32 de biti. Organizarea fizica a memoriei virtuale in cadrul
memoriei secundare este prezentata in figura 11de mai jos:
SP
SP
Organizarea .Structura segmentelor.
Organizare
logica fizica (SP = Structura Paginii in
Memoria Secundara)
Programul utilizatorului este constituit dintr-un numar oarecare
de pagini, organizate intr-un segment. Prima pagina, din cadrul
fiecarui segment, contine, pe linga un identificator de pagina,
un identificator de segment si numarul de pagini din segmentul
dat. Celelalte pagini vor fi constituite dintr-un antet de
identificare/identificator de pagina si pagina propriu-zisa.
In cazul de fata se considera ca sistemul de operare se ocupa cu
gestiunea segmentelor/fisierelor, in memoria secundara.
Memoria principala va avea o capacitate limitata astfel incat nu
toate paginile unui segment pot fi simultan in RAM
Considerand o memorie principala cu capacitatea de 256
k.cuvinte x 32 de biti, se pot organiza in cadrui ei 26 = 64
pagini avind fiecare o capacitate de 212 = 4096 cuvinte.
Nucleul sistemului de operare va fi rezident in memoria
principala si va ocupa primele 8 pagini ( 32 kcuvinte ). Sistemul
000000
Pag. # 0
000FFF
001000
Pag. # 1
001FFF
FFF000
Pag. 212-1
FFFFFF
Id. pagina
Id. segment
Nr.pag din seg.
Id. pagina
Pagina MV
Id. pagina
Pagina MV
Id. pagina
Id. segment
Nr.pag.din seg
Id. pagina
Pagina MV
de operare va gestiona o serie de tabele privind locatiile
paginilor in memoria secundara. Primele doua cuvinte din RAM
vor fi utilizate de hardware-ul de control al memoriei virtuale
pentru a informa sistemul de operare asupra numerelor paginilor
virtuale, care trebuie interschimbate intre memoria secundara si
memoria principala. Locatia cu adresa 0 va contine numarul
paginii care trebuie adusa din memoria secundara. Locatia 1 va
contine numarul paginii care va fi transferata din memoria
principala in memoria secundara. Numarul acesteia din urma se
stabileste ca si in cazul memoriei tampon, folosind un tablou de
contori de utilizare CU si o unitate logica combinationala
PRILIB(CU). Modalitatea de translatare a adreselor virtuale in
adrese fizice este prezentata in cadrul structurii memoriei
principale, care suporta mecanismul de memorie virtuala
Sunt utilizate urmatoarele resurse hardware:
- TA[64;12] - Tablou Asociativ in celulele caruia sunt stocate
numerele paginilor virtuale aduse in memoria principala;
- CU[64,6] - Contori de Utilizare ai paginilor prezente in
memoria principala;
- ROMA[64;6] - Memorie cu continut permanent, adresata
asociativ, care transforma numarul paginii virtuale in numar
de pagina fizica din memoria principala RAM;
RAM
00
01
07
MAGDSCRPT 08
0 56 17
AM
3F
0 7 8 19 20 31
RI[32]
0 11 12 23
CP[24]
- RI[8:19]/CP[0:11] - numarul paginii virtuale;
- RI[20:31]/CP1[2:23] - adresa in pagina;
- AM[0:5] - numarul paginii fizice.
Organizarea memoriei principale, cu mecanismul asociativ
care asigura suportul pentru translatarea
adreselor virtuale in adrese fizice.
Resurse hardware:
- AM[18] - Registrul de Adrese al Memoriei RAM;
- DM[32] - Registrul de Date al Memoriei principale RAM;
- RI[32] - Registrul Instructiunii;
- CP[24] - Contorul Programului;
- M[218;32] - Memoria principala RAM;
- MAGDSCRPT[12] - MAGistrala DeSCRiPTorilor;
- ASOC(TA;MAGDSCRPT) - Unitate logica combinationala
ASOCiativa cu 2 6 iesiri binare;
- DCZ(CU) - Unitate logica combinationala care asigura
DeCrementarea pana la Zero a Contorilor de Utilizare;
- PRILIB(CU) - Unitate logica combinationala care sorteaza
PRImul Contor de Utilizare LIBer cu continutul cel mai mic,
corespunzind paginii cel mai putin recent utilizate.
CU
[64:6]
TA
[64:12]
ROMA
[64:6]
0 DM[31] 31
Pag. # 0
Pag. # 1
……
Pag. # 7
……………..
Pag.# 63
Ad.fizica
Nr. pag Adr.in pag
Nr.pag Adr.in pag
Daca o pagina oarecare din memoria virtuala a fost adusa in memoria
fizica/principala, ea poate fi localizata, ca numar de pagina
fizica, prin referirea la o memorie cu continut permanent si
cu adresare asociativa ROMA. In cazul coincidentei intre
numarul paginii virtuale, furnizate prin MAGDSCRPT, si
continutul unei celule din Tabloul Asociativ, celula
corespunzatoare, situata pe aceeasi linie, in ROMA, va furniza
primii 6 biti mai semnificativi ai adresei fizice. Acestia vor fi
concatenati in registrul AM, cu ultimii 12 biti din RI sau CP,
pentru a forma adresa fizica, de acces la memoria principala.
Contorul asociat, din CU, va fi fortat la valoarea 6|55, celalti
contori, cu exceptia primilor opt, vor fi decrementati cu ajutorul
functiei logice combinationale DCZ(UC).
Primele opt celule din ROMA au continuturi fixe, corespunzand
numerelor primelor opt pagini din memoria principala in care
se afla nucleul sistemului de operare. Primele opt celule din TA
vor contine numerele paginilor virtuale corespunzatoare
nucleului sistemului de operare. Continutul acestora va fi fix.
De asemenea, continuturile primilor opt contori de utilizare nu
vor suferi decrementari.
Gestiunea memoriei virtuale (Fig.13) incepe prin transferul unui
segment sau al unui numar de pagini, dintr-un segment,
corespunzator unui program ( Blocul 1, Fig.13.), din memoria
secundara in memoria principala, sub controlul sistemului de
operare, si lansarea in executie (Blocul 2.). Daca se constata
lipsa unei pagini, se trece la blocul 3, care este implementat in
hardware si care va,plasa in prima celula din memoria
principala, numarul paginii virtuale, care trebuie adusa din
memoria secundara, iar in celula a doua-numarul paginii, care
trebuie transferata, din memoria principala in memoria
secundara. Dupa terminarea acestor operatii se va genera o
intrerupere catre sistemul de operare. Acesta, in cadrul blocului
4. va face interschimbul de pagini.
Pagina lipseste
Program terminat
Intrerupere tratata de SO
|
Gestiunea memoriei virtuale.
Operatiile din blocurile 1 si 4 se executa prin software in
timp ce operatiile din blocurile 2 si 3 se executa prin hardware.
Operatiile din cadrul blocului 2 sunt operatii obisnuite de citire/
interpretare si executie a instructiunilor programului, cu
mentiunea ca activitatile de citire/scriere din/in memorie presupun
noi secvente de comanda, dupa cum se va vedea mai jos.
Operatiile din cadrul blocului 3 necesita introducerea unei noi
secvente de operatii la nivelul unitatii de comanda a procesorului.
Secventa va fi activata ca urmare a constatarii lipsei paginii
adresate din memoria principala. Secventa va fi activata cu
linia 100, in microprogramul de comanda al procesorului.
1. Sistemul de operare
citeste un segment sau
o parte din el
3. Identifica: 2. Executa programul
- numarul
paginii care
lipseste
- numarul
paginii care va
fi inlocuita
- genereaza
intrerupere
catre SO
4. Efectueaza interschimbul
de pagini
Pentru fiecare citire din memoria virtuala procesorul trebuie sa
execute urmatoarea secventa de comenzi:
C1. MAGDSCRPT = "nr. pagina"; /* RI[8:19] sau CP[0:11] */
AM <- BUSFN(ROMA;ASOC(TA;MAGDSCRPT)),"adresa
in pagina";
/*in AM se plaseaza adresa pentru accesul la memoria fizica
RAM*/
DM*(∪/ASOC(TA;MAGDSCRPT)) <- 20|0,"nr. pagina";
/*in cazul cand pagina cautata lipseste se stocheaza in regis-*/
/*trul DM numarul paginii care lipseste*/
->(∪/ASOC(TA;MAGDSCRPT))/(100)
/*daca pagina solicitata lipseste se trece la pasul 100 in sec-*/
/*venta de comanda*/
C2. CU*(ASOC(TA;MAGDSCRPT)) <- 6|55;
/*contorul asociat celulei selectate este fortata la valorea 6|55
deoarece in memoria principala pot fi aduse numai 55 de pagini
ale programelor din memoria secundara; 8 pagini sunt ocupate
de sistemul de operare*/
CU*(ASOC(TA;MAGDSCRPT)) <- DCZ(UC);
/*ceilalti contori sint decrementati*/
DM <- BUSFN(M;DCD(AM))
/*se citeste data din memoria principala M*/
C3. pasul urmator.
Pentru scrierea in memoria procesorul va executa urmatoarea
secventa de comenzi care, cu exceptia ultimei linii, este
asemanatoare cu secventa de citire:
S1. MAGDSCRPR = "nr. pagina";
AM <- BUSFN(ROMA;ASOC(TA;MAGDSCRPT)),"adresa
in pagina";
DM*(∪ /(ASOC(TA;MAGDSCRPT)) <- 20|0,"nr. pagina";
->(∪/(ASOC(TA;MAGDSCRPT))/(100)
S2. CU*(ASOC(TA;MAGDSCRPT)) <- 6|55;
CU*(ASOC(TA;MAGDSCRPT)) <- DCZ(UC);
M*DCD(AM) <- DM
S3. pasul urmator.
Registrul DM este afectat la C2 si S2 numai in cazul lipsei unei
pagini. Executia instructiunii va fi intrerupta/suspendata pina
la aducerea paginii solicitate in memoria principala. Astfel, nu
apare nici un conflict in utilizarea registrului DM.
In vederea pregatirii interventiei sistemului de operare pentru
efectuarea transferului necesar de pagini, intre memoria principala
si memoria secundara, trebuie sa se plaseze in locatiile cu
adresele 00000H si 00001H informatiile referitoare la:
- numarul paginii care lipseste ( DM[20:31] );
- numarul paginii care trebuie inlocuita in memoria principala:
(BUSFN(TA;PRILIB(CU)).
Secventa care se lanseaza de la linia 100 va asigura aceste date,
va incrementa/decrementa contorii de utilizare si va genera in
final o intrerupere.
100. AM <- 18|0
101. M*DCD(AM) <- DM
102. AM <- INC(AM);
DM[20:31] <- BUSFN(TA;PRILIB(CU));
TA*PRILIB(CU) <- DM[20:31]
103. M*DCD(AM) <- DM
104. CU*PRILIB(CU) <- 6|55;
CU*PRILIB(CU) <- DCZ(CU);
cerere de intrerupere = 1
Dupa generarea intreruperii intreaga responsabilitate pentru
transferul paginilor revine sistemului de operare.
_______________________________________
------ eVoLuTiOn ------
|
|
