Организация памяти. Адресное пространство.

Все распространенные операционные системы, если для их работы не хватает компьютерной памяти, не прекращают работу, а сбрасывают содержимое памяти в дисковый файл. Он носит название СВОП (swap). Затем по мере необходимости перегоняют данные между ОП и СВОПом. Это существенно замедляет работу ОС. Таким образом, от количества оперативной памяти напрямую зависит скорость системы.

Команды, исполняемые ЭВМ при выполнении программы, равно как и числовые и символьные операнды, хранятся в памяти компьютера. Память состоит из миллионов ячеек, в каждой из которых содержится один бит информации значения 0 или 1. Биты редко обрабатываются поодиночке. Обычно с ними работают группами фиксированного размера. Для этого память организуется таким образом, что группы по "n" бит могли записываться и считывается за одну операцию. Группа из "n" бит называется машинным словом, а значение "n" - длиной слова. Тогда память компьютера можно представить в виде массива слов.

Длина машинного слова компьютеров может составлять от 16 до 64 бит. Если длина слова равна 32 битам, то в одном слове может храниться 32-разрядное число в дополнительном коде или четыре символа ASCII, занимающих 8 бит каждый. Восемь идущих подряд битов являются байтом. Для представления машинной команды требуется одно или несколько слов.

Для доступа к памяти необходимы имена или адреса, определяющие расположение данных в памяти. В качестве адресов традиционно используются числа из диапазона от 0 до 2^k-1. Величина к определяется разрядностью ОС Все 2^k адресов составляют адресное пространство компьютера. Таким образом, адресное пространство - это набор адресов, которые умеет формировать процессор. Совсем не обязательно, что все эти адреса отвечают реально существующим ячейкам памяти. Это только возможность процесса адресоваться. Реально процессор может работать с той памятью, которая установлена в компьютере (с оперативной памятью). Но объем оперативной памяти превышает адресное пространство, процессор просто ее "не видит".

Например, для 32-разрядной ОС адресное пространство составляет 2³²=4 гигабайта. Следовательно нет смысла устанавливать память больше 4-х гигабайт. Для 64-разрадной системы - 2⁶⁴=?

В зависимости от модификации персонального компьютера и состава его периферийного оборудования, распределение адресного пространства может несколько различаться. Тем не менее, размещение основных компонентов системы довольно строго унифицировано (рис.4.1).

Рис. 4.1 распределение адресного пространства для 32-битной ОС

Первые 640 Кбайт адресного пространства отводятся под основную оперативную память. Начальный килобайт оперативной памяти занят векторами прерываний, которые обеспечивают работу системы прерываний компьютера. Они включают 256 векторов по 4 байта каждый.

Далее располагается так называемая область данных BIOS, которая занимает всего 256 байт. Сама BIOS является частью операционной системы, хранящейся в постоянном запоминающем устройстве. Это запоминающее устройство располагается на системной плате компьютера. Она представляет собой так называемое "зашитое" программное обеспечение. В функции BIOS входит тестирование компьютера при его включении, загрузку в оперативную память операционной системы и еще ряд специальных микропрограмм.

Далее располагается собственно операционная система MS-DOS, которая обычно занимает несколько десятков Кбайт. Программы MS-DOS, как и другие системные составляющие (векторы прерываний, область данных BIOS) записываются в память автоматически в процессе начальной загрузки компьютера.

Вся оставшаяся память до границы 640 Кбайт свободна для загрузки любых системных или прикладных программ. Как правило, в начале сеанса в память загружают резидентные программы (русификатор, антивирусные программы и т.д.). При наличии резидентных программ объем свободной памяти уменьшается.

Оставшиеся 384 Кбайт адресного пространства между границами 640 Кбайт и 1 Мбайт, называемые старшей, или верхней памятью.

Остальная часть памяти называется расширенной памятью. Ее максимальный объем может доходить до 4 Гбайт