Внутренняя и внешняя память

Внутренняя и внешняя память используются существенно различными спосо­бами. Внутренняя (оперативная и постоянная) память является хранилищем программного кода, который непосредственно может быть исполнен процессо­ром. В ней же хранятся и данные, также непосредственно доступные процессору (а следовательно, и исполняемой программе). Внешняя память обычно исполь­зуется для хранения файлов, содержимое которых может быть произвольным. Процессор (программа) имеет доступ к содержимому файлов только опосредо­ванно, через отображение их (полное или частичное) на некоторую область оперативной памяти. Исполнить программный код или обратиться к данным непосредственно на диске процессор не может в принципе. То же относится, ес­тественно, и к ленточной памяти.

Однако реальная жизнь многообразнее этой упрощенной схемы, и на практике дисковая и оперативная память переплетаются сложным образом. Главные не­достатки дисковой памяти — большое время доступа и низкая скорость обме­на — устраняются с помощью виртуального диска, представляющего собой свое­образно используемую область оперативной памяти. В этой области хранятся файлы, и с точки зрения операционной системы (и, тем более, прикладной про­граммы) она выглядит как обычный, но очень быстрый диск. Конечно же, его объем ограничен, и этот объем вычитается из объема физически установленной памяти, доступной процессору в качестве обычной оперативной. Кроме того, виртуальный диск в отличие от реального не является энергонезависимым. Бо­лее того, информация на нем не переживет даже перезагрузки операционной системы. Однако несмотря на эти ограничения виртуальный диск во многих случаях может повысить эффективность работы компьютера при интенсивном дисковом обмене. В операционной системе виртуальный диск реализуется за­грузкой программного драйвера, как правило, с именем RAMDRIVE.SYS(в некото­рых версиях — VDISK.SYS). Другим способом решения проблем быстродействия дисковой памяти за счет оперативной является кэширование дисков — хранение образов последних из использованных блоков дисковой памяти в оперативной в надежде на то, что вскоре будет следующий запрос к ним, который удастся удовлетворить из памяти. В Windows 9x/NT кэширование возложено на опера­ционную систему, в MS-DOSкэшированием дисков занимается загружаемый драйвер SMARTDRV.EXE,но даже и без этого драйвера «неглубокое» кэширование выполняет операционная система (ОС), и этим процессом можно управлять с помощью строки BUFFERS^xxx файла CONFIG.SYS.Если затребованный с диска блок уже находится в одном из буферов, ОС не будет «беспокоить» диск, а удовлетворит запрос из буфера. Чем больше значение ххх, тем больше блоков может держать ОС в оперативной памяти, но область памяти для буферов, есте­ственно, уменьшает объем памяти, доступной программам.

Основной недостаток оперативной памяти заключается в том, что конструктив­но достижимый объем ее во много раз меньше, чем дисковой (пока что это было справедливо на всех ступенях технического прогресса). Решить проблему уве­личения объема оперативной памяти за счет дисковой позволяет виртуальная память, которую можно считать кэшированием оперативной памяти на диске. Суть ее заключается в том, что программам предоставляется виртуальное про­странство оперативной памяти, по размерам превышающее объем физически установленной оперативной памяти. Это виртуальное пространство разбито на страницы фиксированного размера, а в физической оперативной памяти в каж­дый момент времени присутствует только часть из них. Остальные страницы хранятся на диске, откуда операционная система может их «подкачать» в физи­ческую память на место предварительно выгруженных на диск страниц. Про­цесс замещения страниц называется свопингом (swapping), а области дисковой памяти, выделяемые для этих целей, — файлами подкачки, или своп-файлами (swap file). Для прикладной программы этот процесс прозрачен (если только она не критична ко времени обращения к памяти). Для пользователя этот про­цесс заметен по работе диска в те моменты, когда не требуется обращение к файлам. Расплатой за почти безмерное увеличение объема доступной опера­тивной памяти является снижение средней производительности обращений к памяти и некоторый расход дисковой памяти на файл подкачки. Естественно, размер виртуальной памяти не может превышать суммы размеров ОЗУ и дис­ковой памяти. Виртуальная память с подкачкой страниц реализуется операци­онными системами защищенного режима (например, OS/2, MS Windows) на основе аппаратных средств 32-разрядных процессоров (386 и выше), а теперь и 64-разрядных.

Таково в общих чертах устройство подсистемы памяти. Здесь для упрощения изложения опущена система кэширования оперативной памяти, которая для современных процессоров чаще всего является двухуровневой. Об этом под­робнее можно прочесть в главе 7. Кроме того, не упоминалось автономное кэ­ширование дисковых устройств, реализуемое в самих накопителях и их высоко­производительных контроллерах. Эта тема раскрывается в главе 9.

В общем случае в подсистему памяти обязательно входят оперативная память и энергонезависимая память, хранящая, по крайней мере, программу первона­чальной загрузки компьютера. Дисковая память как таковая может и отсутство­вать. Однако внешняя память с прямым доступом в том или ином виде — будь то действительно дисковые накопители, флэш-диск (не имеющий круглых, а тем более вращающихся деталей) или сетевой диск, отображающий часть дис­ка физически значительно удаленного компьютера-сервера, — является обяза­тельным атрибутом персонального компьютера. Благодаря применению диско­вой памяти компьютер становится универсальным устройством, способным выполнять великое множество прикладных программ, интересующих пользова­теля. Эти программы загружаются в память именно с дисков. Без внешней памя­ти компьютер вырождается в узкоспециализированное устройство с ограничен­ным набором функций (например, функций эмуляции терминала или функций интерпретатора языка Basic), «зашитых» в его постоянную память, объем кото­рой не может быть большим по технико-экономическим причинам.

Поиск по сайту: