IFT1227 Architecture des ordinateurs I

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1 Plan Livre de référence : Architecture de l ordinateur, Andrew Tanenbaum, 4ème édition IFT1227 Architecture des ordinateurs I o Introduction o paginée o segmentée o Exemples virtuelle Jean Pierre DAVID david@iro.umontreal.ca Université de Montréal page 2 Introduction L espace d adressage peut être plus grand que la mémoire physique disponible La mémoire secondaire est lourde à gérer directement par le développeur Offrir au développeur une mémoire virtuelle qui a la taille de l espace d adressage en utilisant la mémoire secondaire comme lieu de mémorisation temporaire pour les données qui ne sont pas utilisées à l instant considéré Principe de transparence Principe de fonctionnement C est un peu comme si la mémoire principale était un cache de la mémoire secondaire! page 3 page 4

2 Approche matérielle C est un peu comme si la mémoire principale était un cache de la mémoire secondaire! Approche logicielle C est le système d exploitation qui est chargé de faire toute la gestion des transferts Processeur principale secondaire (disque dur) Processeur principale secondaire (disque dur) Table de pages Table de pages page 5 page 6 La pagination Une table de correspondance Exemple : Un espace d adressage de 16 bits (64Ko) peut représenter 16 pages de 4Ko Un espace d adressage de 32 bits (4Go) peut représenter 1M pages de 4Ko Une mémoire de 32Ko peut seulement contenir 8 pages de 4Ko. Seul un petit nombre de pages peut résider en mémoire physique. Il faut un moyen de savoir si une page est en mémoire physique et le cas échéant, à quelle adresse La table de pages joue ce rôle page 7 page 8

3 Numéro de page et position dans la page (1/2) Un exemple en décimal : Numéro de page Position dans la page Un espace d adressage de 10^7 Des pages de 10^3 o Les numéros de pages font 4 chiffres o Il y a donc pages de 1000 octets chacune Une mémoire physique de 10^2 pages o Chaque entrée de la table de page contiendra deux chiffres (+ un bit de validité) Numéro de page et position dans la page (2/2) Un exemple en binaire : Adressage de 2^32 octets Des pages de 2^12 octets o Numéros de page de 12 bits o 2^20 pages de 4096 octets Une mémoire physique de 2^3 pages o Chaque entrée de la table de page fait trois bits (+ 1 bit de validité) page 9 page 10 Politique de remplacement des pages (1/2) Politique de remplacement des pages (2/2) Lorsque toute la mémoire physique est remplie par des pages et qu il survient un défaut de page, il faudra bien remplacer un page existante par la nouvelle. Laquelle enlever (et recopier en mémoire secondaire le cas échéant)? L algorithme du LRU : o C est la page qui a été utilisée le moins récemment qui est enlevée. L algorithme FIFO : o C est la page qui a été chargée le moins récemment qui est enlevée. page 11 Remarque : l idéal serait un algorithme prédictif qui connaîtrait à l avance les pages dont il va avoir besoin. o Exemple : une boucle for utilise 9 pages consécutives alors que la mémoire ne peut en garder que 8 Virtual page 7 Virtual page 6 Virtual page 5 Virtual page 4 Virtual page 3 Virtual page 2 Virtual page 1 Virtual page 0 (a) Virtual page 7 Virtual page 6 Virtual page 5 Virtual page 4 Virtual page 3 Virtual page 2 Virtual page 1 Virtual page 8 (b) Virtual page 7 Virtual page 6 Virtual page 5 Virtual page 4 Virtual page 3 Virtual page 2 Virtual page 0 Virtual page 8 (c) page 12

4 Taille des pages et fragmentation Peu de grande pages o Les pages seront peu remplies et beaucoup de mémoire sera gaspillée o Risque d écroulement du système plus importante Beaucoup de petites pages o Une table de pages plus grande o Plus de transferts avec la mémoire secondaire (dont la latence est importante) La segmentation Le but est de permettre au programmeur d accéder à des zones mémoires de tailles variables sans devoir gérer leur emplacement en mémoire physique. à «2 dimensions» o Le numéro du segment o La position dans le segment page 13 page 14 Exemple de segmentation (1/2) Exemple de segmentation (2/2) Segment 4 (7K) Segment 3 Segment 1 Segment 4 (7K) Segment 3 Segment 5 Segment 3 ; ; ; ; Segment 5 Segment 6 10K Segment 5 Segment 6 ;; ;; ; (a) (b) (c) (d) (e) page 15 page 16

5 Exemple le Pentium Un système de segmentation o Une table LDT par programme o Une table globale GDT Un système de pagination o Un répertoire de 2^10 entrées o N tables de pages de 2^10 entrées chacune o Chaque page fait 2^12 (4096) octets Lors d un accès mémoire : o Le descripteur de segment est lu o L adresse virtuelle en est déduite (avec le déplacement) o L adresse physique en est déduite Le Pentium : Un registre de segment Chaque programme a accès à 2^14 segments: o 2^13 qui lui sont propres o 2^13 qui sont communs à tous les programmes o Chaque segment dispose de certains privilèges d accès page 17 page 18 Le Pentium : un descripteur de segment Le Pentium : calcul de l adresse dans un segment Chaque descripteur de segment fait 64 bits (8 octets) Une table des descripteurs fait donc 8*2^13=65536 octets L adresse d un descripteur = INDEX*8 Lors d un accès mémoire, le système vérifie si le déplacement est inférieur à LIMIT Si oui, l adresse (virtuelle) est calculée par addition du déplacement avec la base. page 19 page 20

6 Le Pentium : la mémoire virtuelle Un système à trois champs permet de diminuer la taille de la table des pages Un cache pour la conversion des adresses virtuelles en adresse physiques permet d accélérer les accès. Matière pour le final Optimisations o o o Architectures mic2, mic3 et mic4 Bien comprendre le concept du pipeline Les mémoires caches La prédiction de branchements Le PIC o Maîtrise du jeu d instructions et de son utilisation o Utilisation du robot picoboard Les jeux d instruction (ISA) La mémoire virtuelle o La pagination o La segmentation La matière de l intra interviendra dans les questions!!! page 21 page 22