Сегментация программы

Следующий важный принцип организации памяти – сегментация. Сегментомназывается непрерывная область памяти, хранящая данные одного вида (назначения) и имеющая собственную систему относительной адресации и ограничения доступа. К программированию это имеет отношение потому, что при трансляции разные компоненты программы попадают в различные сегменты программного кода.

Одновременное нахождение в памяти «алгоритма» и данных соответствует принципу хранимой программы, который заключается в том, что программный код хранится в той же самой памяти, что и обрабатываемые данные, и в свою очередь сам представляет собой специфические данные, с которыми работает процессор во время выполнения программы. В настоящее время применяется немодифицируемый программный код.Это, в свою очередь, означает, что несколько программ могут его читать и исполнять, не мешая друг другу, в том числе и на физически параллельных процессорах.

Компоненты программы находятся в памяти,которая, в принципе, является общей для них, но логически разделяется на области, именуемые сегментами: прежде всего, это сегмент данных,содержащий данные программы; сегмент кода (команд), в котором находится алгоритмическая компонента (выражения, операторы); сегмент стека, в котором находятся локальные данные функций, «история» работы программы.

Процессор имеет в своем составе набор машинных слов – регистров.В зависимости от назначения они могут хранить как данные, так и адреса памяти. Сегментация поддерживается в процессоре при помощи регистров двух видов. Базовый регистр сегментасодержит его начальный адрес. Регистры, работающие с данными сегмента, содержат относительный адрес данных от начала сегмента, или смещение.Результирующий адрес получается путем сложения содержимого этих регистров. Таким образом, каждый сегмент имеет собственную «систему координат», связанную с его началом (Рис.1.7). Если программа использует только сегментную адресацию, то сегменты можно перемещать по памяти при сохранении работоспособности программы: достаточно перенастроить соответствующие им базовые регистры.

Выполняемая программа состоит из нескольких сегментов. Некоторые из них создаются при трансляции, другие – при загрузке и при работе программы. В принципе, программа может иметь несколько сегментов одного вида:

Рис. 1.7. Сегментация программы

Следующий элемент архитектуры тоже имеет отношение к внутреннему представлению программы – виртуальное адресное пространство (виртуальная память).Его идея состоит в том, что каждая программа имеет свое, независимое от других, виртуальное адресное пространство (виртуальную память), в котором размещаются сегменты программы, определяются адреса и т.п. В процессоре имеется скрытая от программ система отображения виртуальных адресов на физические адреса. Виртуальное адресное пространство находится под управлением операционной системы и реализует защиту памяти программ, ее разделение (сегменты динамически связываемых библиотек), загрузку программы в память «по частям» и иллюзию наличия неограниченной памяти. Для нас из всего этого важно то, что внутренне представление программы в виртуальной памяти занимает все адресное пространство, как будто других программ и операционной системы в памяти нет вовсе.