Adresiranje memorije

Adresiranje se vrši preko adresnog dekodera koji ima binarni ulaz povezan s adresnom sabirnicom. Broj adresnih izlaza dekodera u srazmjeri je s brojem različitih mogućih binarnih kombinacija na adresnoj sabirnici, a o organizaciji memorije zavisi i kao će se iskoristiti podaci adresne sabirnice i kao su međusobno povezane elementarne memorijske čelije.

Kako je radna memorija organizirana kao set segmenata veličine 64KB treba voditi računa o adresi (broju) segmenta i adresi unutar segmenta pri upisu ili čitanju podataka. Dakle, ukupna adresa je fizička memorijska adresa. Adresiranje memorije može se obaviti na dva načina:

       1.) u realnom modu kad se preko adresne sabirnice
           direktno adresira memorija.

       2.) u zaštitnom modu kada se memorijski prostor
           proširuje simuliranjem realne memorije na drugom
           mediju npr. tvrdom disku (virtualna memorija).

Virtualno adresiranje moguće je obaviti samo u zaštitnom modu rada procesora. U realnom modu procesori rade u jednozadaćnom operativnom sustavu (kao DOS) i svaka greška u izvršenju programa može 'srušiti' sustav. Pogodnosti zaštitnog (protected) moda do izražaja dolaze u višezadaćnim operativnim sustavima kada svaka aplikacija radi u svom okruženju koristeći svoj dio virtualne memorije i njezin 'pad' ne uzrokuje rušenje sustava. Otuda i naziv 'zaštitni' pošto se ruši samo aplikacija a ne i sustav. DOS ne podržava zaštitni mod rada mikroprocesora, jer se zasniva na dizajnu za procesore do tipa 80286 koji zaštitni mod rada nisu imali. Ako dođe do pada aplikacije u načelu se ruši i sustav.

Mikroprocesor tipa xx286 i moćniji imaju ugrađen sklop za potporu virtualnom adresiranju memorije (MMU - Memory Management Unit) tako da mogu adresirati prema tablici kako slijedi:

Tablica 3.5.14 Adresne mogućnosti xxx86 porodice mikroprocesora.

No njihov adresabilni prostor u velikoj mjeri ograničava DOS koji ne može direktno pristupiti memoriji iznad 1 MB, tako da još i danas mnoštvo procesora i programa rade u realnom modu koristeći tehnološke prednosti novih procesora samo u pogledu brzine rada (brži takt) i protoka podataka (šira sabirnica). Operativni sustavi tipa WINDOWS 9x, OS/2 ili Windows XP koriste zaštitni mod rada mikroprocesora, a kompatibilnost prema ranijim sustavima i programskim rješenjima se emulira (glumi). Uz dovoljno procesorske snage i radne memorije moguće je u Windows XP sustav, pomoću namjenske programske potpore 'Virtual PC' instalirati neki drugi operativni sustav, koji za rad koristiti resurse postojećeg operativnog sustava i sklopovlja, a za trajnu memoriju koristi veliku datoteku koja se ponaša kao disk. Novom operativno sustavu pristupa se preko Windows 'prozora'. Ovo je bolje rješenje od emulacije.

Adresabilni prostor u realnom modu za XT (8080) računala podijeljen je na 16 segmenata po 64KB prema tablici:

Tablica 3.5.15 Načelna organizacija DOS memorije PC računala.

Raspored rutina u ROM-u, njihov dohvat prema predviđenim adresama, te RAM i njegov adresni prostor nazivaju se MEMORIJSKA MAPA ili ukupni adresabilni memorijski prostor.

Glede kompatibilnosti novih modela sa starima navedena podijela adresa do 1 MB radne memorije vrijedi za sve tipove 80x86 porodice procesora kada rade u realnom modu.

Prema dogovoru RAM-u je dato na raspolaganje prvih 10 segmenata, ukupno 640KB (donja, osnovna memorija), što je tada bilo prilično, ali danas zbog memorijski zahtijevne sofisticirane programske potpore nedostatno. Od 640 KB - 1 MB (gornja memorija - UMA) predviđeni su ROM sadržaji i RAM sadržaji kontrole u upravljanja monitorom. Pojedine dijelove UMA računalo ne koristi (UMB - blokovi) te ih memorijski programski upravljači (driver-i) mogu pridodati osnovnom RAM-u, kao i pojedine UMB koji se u ovisnosti o konfiguraciji ne koriste npr. mono video memorija pri uporabi EGA grafičke kartice. Memorijski prostor preko 1MB pomoću posebnih programskih upravljača organizira se kao skup segmenata (stranica) po 16KB (EMS ili LIM) kojima se sadržaj preslikava pri uporabi u memorijski prozor proširene memorije (64KB od D0000-DFFFF), ili je linearno raspoređen (XMS).

Podosta programske potpore još uvijek zahtijeva što veću slobodnu realnu memoriju do 9FFFF, te se u tu svrhu posebnom programskom potporom razni driver-i za tipkovnicu (raspored tipki), osnov DOS-a i ostali učitavaju u slobodne UMB u sastavu gornje memorije. XMS memorijski upravljači ne koriste proširenu memoriju te se njihovom uporabom povećava veličina dostupne gornje memorije. Osim toga XMS upravljač blok veličine 64KB (HMA) od 1024-1088KB i stavlja na raspolaganje DOS-u. Ostatak XMS memorije, do 4GB mogu si priuštiti programi koji 'znaju' iskoristiti XMS memorijski upravljač (kao Windows), a takvih je sve više. U zaštitnom modu rada mikroprocesora nema ovakvih ograničenja, ali se pri izvođenju DOS programa simulira (emulira) navedena memorijska slika.

U RAM memoriji obavljaju se slijedeće zadaće:

   1.  čitanje sadržaja
   2.  upis sadržaja
   3.  osvježavanje sadržaja

Za vrijeme procesa osvježavanja svi memorijski sklopovi u bankama istovremeno su dostupni što ga bitno vremenski skraćuje.

ROM je dio memorije koji se samo čita (Read Only Memory) mada je to u suštini EPROM s mogućnošću upisa nekih osnovnih podataka pomoću posebnog programa koji se može aktivirati pri uključivanju računala.

U ROM su smještene četiri osnovne grupe programa i to:

• START-UP / sadrži test pouzdanosti, inicijalizira priključene sklopove, izvršava rutinu koja omogućava čitanje diska i aktivira se pri uključivanju računala.
• ROM BIOS / upravlja perifernim jedinicama (monitor, tipkovnica, disk i druge), prevodi jednostavne komande i upravlja jednostavnijim zadaćama kao unos datuma i vremena. Po koncepciji BIOS predstavlja vezu - sučelje (interface) između komandnog procesora (command.com) i hardware-a računala.
• ROM BASIC / jezgro BASIC programskog jezika, sve je rijeđe sastavni dio ROM-a i umjesto njega su razni uslužni programi kao antivirus zaštita i drugo.
• ROM EXTENGEN / skup programa koji služe za potporu rada dodatnih uređaja (diskovi, grafičke kartice i slično).

RAM memorija, brze cache memorije i video memorija najskuplji su elementi računalnog sustava. Današnje sofisticirane aplikacije traže enormnu memorijsku potporu za rad u odnosu na DOS aplikacije. DOS aplikacije traže do 1MB memorije; Windows 3.xx okruženje za umjeren rad treba 4MB memorije, a za profesionalnije potrebe 8MB i više; Windows 95 i OS/2 traži barem 16MB memorije za profesionalan rad, a uz sve to u grafički orijentiranoj programskoj potpori treba imati brze sabirnice i grafičke kartice i velike diskovne resurse; minimalni memorijski resursi za Widows XP su 64MB, mada za ugodan rad nije na odmet ugraditi 256MB ili više, ovisno o programskoj potpori koja se koristi; Windows 2003 poslužitelj će zahtijevati još veće memorijske resurse u odnosu na Windows XP. Dakle, memorijski resursi računala ovise o zahtjevima operativnog sustava proširenim sa zahtjevima 'najgladnije' programske potpore koja se korisiti (igre na primjer).