Адресное пространство — это совокупность всевозможных адресов используемых модулей вычислительной системы, а именно, ячеек памяти, дисковых секторов, сетевых узлов и т. д., которые могут быть использованы для обращения к данным модулям в заданных режимах работы.
Введение
Центральный процессор способен исполнять обмен информацией с другими модулями, расположенными за его границами, только в том случае, когда данные модули имеют собственные адреса. Эти модули (объекты) являются адресуемыми или доступными программными средствами.
Адресом называется код, определяющий номер ячейки памяти, регистра, триггера, входа логических элементов и так далее. В сегодняшнем компьютерном оборудовании устройства могут взаимодействовать между собой через специальную магистраль, которая называется общая шина. Общая шина включает в свой состав следующие компоненты:
- адресную шину, предназначенную для определения адреса устройства, выбранного для обмена данными,
- шину данных, которая предназначена непосредственно для передачи информации,
- шину управления, предназначенную для пересылки специальных управляющих воздействий.
Адресное пространство
Адресное пространство определяет число возможных разнообразных кодированных наборов, названных адресами, которые могут быть отправлены через адресную шину активному модулю. Однако это не означает, что каждому адресу поставлен в соответствие доступный программными методами элемент. Адресное пространство способно задать лишь набор системных возможностей, а именно, максимальное число доступных при помощи программных методов элементов, которые могут быть включены в ее состав.
Старший двоичный разряд кодового отображения адреса делит все адресное пространство на две равные части, пара старших разряда способна поделить его на четыре равные по объему части. А шестнадцать адресных разрядов могут разделить адресное пространство, которое имеет объем в 64 К ровно на 64 К компонентов, иначе говоря ячеек памяти.
Понятие «адресное пространство» позволяет в наглядном формате отобразить размещение в нем доступных программным средствам модулей. Когда процессорный модуль выполняет обращение к какой-либо свободной ячейке адресного пространства, то он в ответ может и не получить подтверждения, что способно привести к «зависанию». Для исключения возможности длительных зависаний, в модуле центрального процессора предусматривается операция формирования искусственного ответа, при которой в случае возникновения большой паузы, реализуется процесс принудительного завершения обмена информацией по магистрали и процессор приступает к исполнению программы реакции на зависания. При исполнении этой программы пользователи получают соответствующее сообщение.
На определенном периоде прогресса вычислительной техники появилась проблема, которая была связана с недостаточностью адресного пространства, а именно, 64 К превратились в слишком «тесную» величину. Наиболее важной причиной этого явления было проектирование микросхем памяти, имеющих увеличенную емкость.
Наиболее перспективными методами, которые позволяют увеличить объем адресного пространства, считаются следующие методы:
- методика окна,
- методика базовых регистров,
- методика банков.
Метод окна предоставляет достаточно несложное решение указанной проблемы. Сущность метода показана на рисунке ниже.
Рисунок 1. Метод окна. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Слева изображено геометрическое отображение сущности метода, а справа показана его возможная схемная реализация. На этом рисунке употребляются следующие обозначения:
- G — это адресуемые компоненты электронной вычислительной машины (ЭВМ), которые располагаются в зоне LG адресного пространства P ЭВМ,
- Н — это адресное пространство основной памяти,
- Lo — это свободная зона адресного пространства, в которой выделяется окно W.
Смысл методики состоит в отображении на «большом» отрезке лишь участка «малого» отрезка. Этот участок обязан находиться в соответствии со свободными адресами компьютера и получил название окна. Главная память обладает емкостью, равной $V = 2^{d+g}$ ячеек. Если, например, $d = 8$, $g = 12$, то $V = 2^{20} =1$ M ячеек. Главную память можно рассматривать как совокупность $2^d$ страниц, причем все страницы имеют размер $2^g$ ячеек, который соответствует размеру окна. То есть, необходимо понимать, что $2^d$ выступает как число проекций окна, примыкающих плотно друг к другу, занимая собой весь размер оси главной памяти.
Поскольку окно должно выбираться в области неиспользуемых адресов внутреннего адресного пространства персонального компьютера, то возможность возникновения конфликтов, которые связаны с параллельным выбором двух адресуемых элементов (внутри и вне компьютерного оборудования), полностью исключается.
Обобщением методики окна может считаться метод базовых регистров. Сущность этой методики заключается в выделении в адресном пространстве не одного, а целой совокупности окон. При каждом исполнении обращения к главной памяти может использоваться лишь одно окно. Проекции окон на «ось» главной памяти могут быть расположены в разных точках этой оси, а также могут обладать совпадениями. Размещение окон в адресном пространстве осуществляется в строго заданном порядке с помощью дешифраторов. Углы наклона лучей должны определяться базовыми регистрами. Принцип определения адресов главной памяти такой же, как и в методике окон.
Метод базовых регистров предоставляет возможность перенести в адресное пространство компьютерного оборудования параллельно несколько различных страниц главной памяти, например, две страницы из области информационных данных и одну страницу из программной области. Схемная реализация методики базовых регистров близка к методике окна.
Метод банков, как и две предыдущие методики, также является достаточно широко распространенным. Слово «банк», в этом случае, следует понимать, как отдельные блоки памяти, способные содержать как оперативные, так и постоянные компоненты. Помимо типовых магистральных входов и выходов, такие блоки памяти имеют дополнительный вход, управляющий разрешением работы.
