Bài giảng Kiến trúc máy tính và hợp ngữ: Chương 5 - Huỳnh Tổ Hạp

Bài giảng "Kiến trúc máy tính và hợp ngữ - Chương 5: Tổ chức bộ nhớ" cung cấp cho người học các kiến thức về "Bộ nhớ ảo" bao gồm: Khái quát, bảo vệ các tiến trình bằng cách dùng bộ nhớ ảo. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Kiến trúc máy tính và hợp ngữ: Chương 5 - Huỳnh Tổ Hạp 26/11/2017 Bài 5 Tổ chức bộ nhớ PHẦN BỘ NHỚ ẢO (Virtual Memory) Nguyên lý vận hành của bộ nhớ ảo Khái quát Khi độ dài chương trình > dung lượng bộ nhớ, dùng kỹ thuật overlay (với bộ nhớ phụ). Phải QL quá trình overlay. Xác định một cơ chế vận chuyển tự động số liệu giữa bộ nhớ trong và bộ nhớ ngoài (đĩa từ). Nhiệm vụ: Phân chia không gian bộ nhớ: Khi độ dài của chương trình vượt quá giới hạn dung lượng bộ nhớ Cho phép thực hiện cùng lúc nhiều tiến trình (process) (đa nhiệm), mỗi tiến trình có không gian định vị riêng. Bảo vệ và quản lý tự động các cấp bộ nhớ: cơ chế tái định vị địa chỉ (address relocation). 1 26/11/2017 Cơ chế phân trang bộ nhớ ảo: Phải có một bộ nhớ phụ (đĩa) để chứa toàn bộ chương trình Không gian địa chỉ ảo được chia làm các trang (page) có kích thước bằng nhau. Không gian địa chỉ vật lý cũng chia làm các khung trang (page frame), cùng kích thước với trang. Quản lý bằng bảng trang (page table) Số đề mục bằng số trang ảo Present bit: = 1: nếu trang ảo tương ứng có trong bộ nhớ chính Địa chỉ chứa trang ảo trong bộ nhớ phụ Số khung trang nếu trang có trong bộ nhớ chính Bộ điều khiển cache Bộ CPU Cache nhớ trong Hệ điều hành Bộ Bộ Bộ CPU nhớ nhớ nhớ ảo trong ngoài 2 26/11/2017 Kỹ thuật thiết kế: 2 kiểu Khối có dung lượng cố định gọi là trang Định vị trang xác định một địa chỉ trong trang, giống như định vị trong cache. Khối có chiều dài thay đổi gọi là đoạn định vị đoạn cần 2 từ: một từ chứa số thứ tự đoạn và một từ chứa độ dời trong đoạn. Chương trình dịch gặp khó khăn nhiều hơn trong định vị đoạn. Ít máy tính dùng định vị đoạn thuần tuý. Một vài máy dùng cách hỗn hợp gọi là đoạn trang. Trong đó mỗi đoạn chứa một số nguyên các trang. Câu hỏi 1: Sắp xếp khối (trang) Một khối được đặt tại đâu trong bộ nhớ trong? Việc trừng phạt bộ nhớ ảo khi có thất bại, tương ứng với việc phải thâm nhập vào ổ đĩa, rất chậm nên người ta chọn phương án hoàn toàn phối hợp Các khối (trang) có thể nằm ở bất kỳ vị trí nào trong bộ nhớ trong. Cách này cho tỉ lệ thất bại thấp. 3 26/11/2017 Câu hỏi 2: Nhận diện trang Làm thế nào để tìm một khối khi nó đang nằm trong bộ nhớ trong? Định vị trang, dựa vào bảng trang, địa chỉ trong bộ nhớ vật lý được xác lập cuối cùng là việc đặt kề nhau số thứ của trang vật lý với địa chỉ trong trang (hình IV.9). Cấu tạo bảng trang Số đề mục bằng số trang ảo, mỗi đề mục gồm các vùng: Present bit: = 1: nếu trang ảo tương ứng có trong bộ nhớ chính Địa chỉ chứa trang ảo trong bộ nhớ phụ Số khung trang nếu trang có trong bộ nhớ chính Chuyển địa chỉ: Để tăng tốc việc chuyển địa chỉ, bảng trang chứa trong thanh ghi 4 26/11/2017 Định vị đoạn, dựa vào thông tin trên bảng đoạn, việc kiểm tra tính hợp lệ của địa chỉ được tiến hành. Địa chỉ vật cuối cùng được xác lập bằng cách cộng địa chỉ đoạn và địa chỉ trong đoạn (độ dời trong đoạn) (hình IV.10). Câu hỏi 3: Thay thế trang (Khối nào phải được thay thế khi có thất bại trang?) Thay thế khối ít dùng gần đây nhất (LRU: Least Recent Utilized) Câu hỏi 4: Chiến lược ghi (Việc gì xảy ra khi cần ghi số liệu?) Ghi lại Thông tin chỉ được viết vào trong khối của bộ nhớ trong. Với khối có thay đổi thông tin, sẽ được chép vào đĩa từ nếu khối này bị thay thế. 5 26/11/2017 Khác biệt khác giữa bộ nhớ cache và bộ nhớ ảo Định lượng Ý tưởng chính của cơ chế bộ nhớ ảo: Tách biệt không gian địa chỉ và bộ nhớ VD: trường địa chỉ 16 bit: 64KB với bộ nhớ 4KB (Không gian địa chỉ ảo và không gian địa chỉ vật lý) Định nghĩa 1 ánh xạ từ kh/gian địa chỉ vào các địa chỉ bộ nhớ thực Trong suốt với người lập trình VD: trường địa chỉ 13bit: 8KB với bộ nhớ 4KB 6 26/11/2017 Khác biệt khác giữa bộ nhớ cache và bộ nhớ ảo Cơ chế Khi thất bại cache, sự thay thế một khối trong cache được điều khiển bằng phần cứng, trong khi sự thay thế trong bộ nhớ ảo là chủ yếu do hệ điều hành. Không gian định vị mà bộ xử lý quản lý là không gian định vị của bộ nhớ ảo, trong lúc đó thì dung lượng bộ nhớ cache không tuỳ thuộc vào không gian định vị bộ xử lý. Bộ nhớ ngoài còn được dùng để lưu trữ tập tin ngoài nhiệm vụ là hậu phương của bộ nhớ trong (trong các ...