НОУ ІНТУІТ, Лекція, Організація пам’яті комп’ютера
Головне завдання комп'ютерної системи – виконувати програми. Програми разом із даними, яких вони мають доступ , у процесі виконання повинні (принаймні частково) перебувати у оперативної пам'яті . Операційної системи доводиться вирішувати завдання розподілу пам'яті між процесами користувача і компонентами ОС. Ця діяльність називається управлінням пам'яттю. Таким чином, пам'ять (storage, memory) є найважливішим ресурсом, що вимагає ретельного управління. Нещодавно пам'ять була найдорожчим ресурсом.
Частина ОС, яка відповідає за керування пам'яттю, називається менеджером пам'яті.
Фізична організація пам'яті комп'ютера
Комп'ютери, що запам'ятовують, поділяють, як мінімум, на два рівні: основну (головну, оперативну, фізичну) і вторинну (зовнішню) пам'ять.
Цю схему можна доповнити декількома проміжними рівнями, як показано на рис. 8.1. Різновиди пам'яті можуть бути об'єднані в ієрархію зі спадання часу доступу, зростання ціни та збільшення ємності.
Багаторівневу схему використовують у такий спосіб. Інформація, яка знаходиться у пам'яті верхнього рівня, зазвичай зберігається також на рівнях із великими номерами. Якщо процесор не виявляє потрібної інформації на i-му рівні, він починає шукати її на наступних рівнях. Коли потрібна інформація знайдена, вона переноситься на більш швидкі рівні.
Локальність
Виявляється, при такому способі організації зі зниженням швидкості доступу до рівня пам'яті знижується також і частота звернень до нього.
Властивість локальності (сусідні у просторі та часі об'єкти характеризуються схожими властивостями) властиво не тількифункціонуванню ОС, а й природі взагалі. У разі ОС властивість локальності зрозуміла, якщо врахувати, як пишуться програми і як зберігаються дані, тобто зазвичай протягом якогось відрізку часу обмежений фрагмент коду працює з обмеженим набором даних. Цю частину коду та даних вдається розмістити у пам'яті зі швидким доступом. В результаті реальний час доступу до пам'яті визначається часом доступу до верхніх рівнів, що обумовлює ефективність використання ієрархічної схеми. Треба сказати, що описувана організація обчислювальної системи багато в чому імітує діяльність людського мозку під час переробки інформації. Дійсно, вирішуючи конкретну проблему, людина працює з невеликим обсягом інформації, зберігаючи відомості, що не належать до справи, у своїй пам'яті або в зовнішній пам'яті (наприклад, у книгах).
Кеш процесора зазвичай є частиною апаратури, тому менеджер пам'яті ОС займається розподілом інформації головним чином основної та зовнішньої пам'яті комп'ютера. У деяких схемах потоки між оперативною та зовнішньою пам'яттю регулюються програмістом (див. наприклад, далі оверлейні структури), проте це пов'язано з витратами часу програміста, так що подібну діяльність намагаються покласти на ОС.
Логічна пам'ять
Більшість сучасних ОС підтримують сегментну організацію пам'яті. У деяких архітектурах (наприклад, Intel) сегментація підтримується обладнанням.