Identifikace a význam komponent virtuální a fyzické adresy

Podrobněji Virtuální vs Fyzická paměť.

V tomto příkladu si podrobně vysvětlíme, jak se skládá virtuální adresa a jak je přeložena na fyzickou adresu pomocí čísla stránky, čísla rámce a offsetu.

Příklad:

Předpokládejme, že máme následující systém:

• Velikost stránky: 4KB (4096 bajtů).
• Virtuální adresní prostor: 32bitový (4 GB).
• Fyzická paměť: 64KB, což odpovídá 16 rámcům (každý rámec má velikost 4KB).

Virtuální Adresa

Virtuální adresa je rozdělena do dvou hlavních částí:

1. Číslo stránky: Identifikuje specifickou stránku ve virtuální paměti.
2. Offset: Udává konkrétní pozici (offset) v rámci této stránky.
   

Příklad Virtuální Adresy:

Virtuální adresa: 0x00032005 (v šestnáctkové soustavě)

• Číslo stránky: Virtuální adresa má 32 bitů. Protože velikost stránky je 4KB, což odpovídá 12 bitům (2^12 = 4096), číslo stránky je reprezentováno zbývajícími 20 bity. V našem příkladu je tedy číslo stránky 0x00032 (v binární podobě 0000 0000 0011 0010).

• Offset: Offset je spodních 12 bitů adresy, což v našem příkladu odpovídá 0x005 (v binární podobě 0000 0000 0000 0101).

Stránkovací Tabulka a Fyzická Adresa

Stránkovací tabulka mapuje číslo stránky na číslo rámce ve fyzické paměti. Fyzická adresa se skládá z:

1. Čísla rámce: Určuje, který rámec ve fyzické paměti obsahuje danou stránku.
2. Offsetu: Stejný jako u virtuální adresy, určuje konkrétní pozici v rámci rámce.

Příklad Stránkovací Tabulky:

Překlad na Fyzickou Adresu:

• Číslo Rámce: Stránka 0x00032 je mapována na rámec 3.
• Výpočet Fyzické Adresy: Fyzická adresa se vypočítá jako základní adresa rámce 3 plus offset z virtuální adresy.

Předpokládejme, že rámec 3 je umístěn na adrese 0x3000 ve fyzické paměti.

• Fyzická Adresa: 0x3000 + 0x005 = 0x3005.

Význam Komponent:

1. Číslo Stránky (Virtuální Adresa):

   • Úloha: Identifikuje konkrétní stránku ve virtuálním adresním prostoru procesu. Je klíčové pro přístup k správné části dat procesu.
   • Příklad: Číslo stránky 0x00032 identifikuje 50. stránku ve virtuální paměti.

2. Číslo Rámce (Fyzická Adresa):

   • Úloha: Určuje, do kterého rámce ve fyzické paměti je stránka mapována. Toto číslo umožňuje operačnímu systému efektivně využívat fyzickou paměť.
   • Příklad: Rámec 3 ve fyzické paměti obsahuje stránku s číslem 0x00032 z virtuální paměti.

3. Offset:

   • Úloha: Offset udává přesnou pozici uvnitř stránky (nebo rámce), kde se nacházejí požadovaná data. Je použit jak u virtuální, tak u fyzické adresy, což umožňuje rychlý a přesný přístup k datům.
   • Příklad: Offset 0x005 určuje konkrétní byte uvnitř rámce 3, což odpovídá fyzické adrese 0x3005.

Tímto způsobem virtuální adresa využívá číslo stránky a offset k identifikaci dat v paměti, zatímco stránkovací tabulka překládá virtuální číslo stránky na fyzické číslo rámce, kde jsou data skutečně uložena v RAM.