Adreses kopne — definīcija, darbība un atmiņas ierobežojumi
Uzzini, kas ir adreses kopne: definīcija, darbības princips, kā adresēšanas bitu platums (32/64 bitu) ietekmē pieejamo atmiņu un praktiskos ierobežojumus.
Adreses kopne ir datora kopnes arhitektūra, kas paredzēta ierīču un atmiņas vietu identificēšanai un datu pārsūtīšanai starp tiem. Ierīces un atmiņas vietas tiek identificētas pēc fiziskās atmiņas aparatūras adreses (fiziskās adreses), kas tiek pārraidīta pa adrešu līnijām binārā veidā, lai datu kopne varētu piekļūt konkrētai atmiņas lokācijai.
Darbības princips
Adrešu kopni veido vadu kopums, kas savieno centrālo procesoru ar galveno atmiņu un citām ierīcēm. Procesors pa adrešu līnijām nosūta adresi, kuru pēc tam izmanto atmiņas kontrolieris vai cita ierīce, lai noteiktu, kura atmiņas šūna vai ierīce jāaktivizē. Adrešu kopne satur tikai adreses signālus — faktiskie dati tiek pārsūtīti pa datu kopni, bet sinhronizācija un komandas pa vadības kopni.
Parasti sistēmas kopne tiek iedalīta trīs galvenajos slāņos:
- adrešu kopne — nes pārliecinošos adreses signālus (kuru vietu lasīt/rakstīt);
- datu kopne — pārvadā pašus datus starp komponentēm;
- vadības kopne — pārvada sinhronizācijas un vadības signālus (piem., lasīšanas/rakstīšanas signālus, pulsu).
Adrešu kopnes platums un adresējams atmiņas apjoms
Adrešu kopnes platums (t. i., vadu skaits — adrešu līniju skaits) nosaka, cik daudz unikālu atmiņas vietu var adresēt. Jo vairāk adrešu līniju, jo vairāk unikālu adresju var izteikt. Matemātiski tas nozīmē, ka ar n adrešu līnijām var adresēt 2^n atsevišķas adreses.
Piemēri:
- Sistēma ar 32 bitu adrešu kopni var teorētiski adresēt 2^32 = 4 gigabaitus (GB) atmiņas.
- Adrešu kopne ar 36 līnijām nodrošina 2^36 = 64 gigabaitus (GB) adresējama atmiņas apjoma.
- 64 bitu adrešu kopne teorētiski ļauj adresēt 2^64 = 16 ekslibitu atmiņas vietas, kas praksē ir milzīgs apjoms.
Faktiskie ierobežojumi un praktiskie aspekti
Lai gan teorētiskie ierobežojumi izriet tieši no adrešu līniju skaita, praktiskie ierobežojumi parasti ir daudz stingrāki. Faktori, kas ietekmē pieejamo atmiņu, ir:
- procesora un mikroshēmas arhitektūra — daudzi procesori un čipi atbalsta mazāku fizisko adreses platumu nekā to teorētiskais vārstījums (piem., x86-64 ievieš ierobežojumus uz adreses bitu skaitu, bieži 48 vai 52 biti, lai vienkāršotu aparatūras izmaksas);
- pamatplates un čipu komplekta ierobežojumi — pamatplate (un tās BIOS/UEFI) var ierobežot, cik daudz fiziskas atmiņas var instalēt un izmantot;
- darbojošās sistēmas atbalsts — OS var neizmantot visu aparatūras adresējamo apjomu (piem., 32 bitu OS bez paplašinājumiem izmanto 4 GB robežu);
- Memory Mapped I/O un ierīču rezervācijas — daļa adresu telpas var tikt rezervēta ierīču adresēšanai, tādējādi samazinot pieejamo RAM.
Piemēram, 32 bitu x86 sistēmās bieži izmanto PAE (Physical Address Extension), kas paplašina fizisko adresējumu līdz 36 bitiem, ļaujot sistēmai izmantot līdz 64 GB fiziskās atmiņas, kaut gan atsevišķas 32 bitu programmas var joprojām redzēt tikai 4 GB bez īpašām OS mehānismiem. Savukārt moderno 64 bitu arhitektūru praktiskie adresējuma ierobežojumi bieži ir mazāki par 64 biti (piem., 48 bitu virtuālā adrese), bet tas joprojām nodrošina ļoti lielu adresējamu apjomu, kas pārsniedz mūsdienu nepieciešamības.
Fiziskās vs. virtuālās adreses
Ir svarīgi atšķirt fiziskās un virtuālās adreses. Adrešu kopne parasti pārraida fiziskās adreses, kuras izmanto atmiņas kontrolieris un ierīces. Mūsdienu operētājsistēmas un procesori izmanto virtuālo atmiņu (adreses, ko redz lietojumprogrammas), un aparatūras komponenta — MMU (Memory Management Unit) — pārveido virtuālās adreses uz fiziskajām, izmantojot segmentēšanu un lapu tabulas (segmentation/paging). Tas ļauj OS izolēt procesus, piešķirt atmiņu efektīvāk un izmantot sekundāro atmiņu kā pagaidu paplašinājumu (swap).
Praktiski padomi un secinājums
Ja jums jānosaka, cik daudz atmiņas var izmantot jūsu dators, jāņem vērā ne tikai procesora adrešu kopnes platums, bet arī pamatplates specifikācija, operētājsistēmas versija un BIOS/UEFI ierobežojumi. Lai iegūtu vairāk atmiņas uz 32 bitu sistēmas, bieži tiek izmantoti speciāli paplašinājumi (piem., PAE) vai pāreja uz 64 bitu arhitektūru un atbalstošu OS.
Adreses kopne ir būtiska datora arhitektūras daļa — tā nosaka, kā un cik plaši var piekļūt fiziskajai atmiņai un ierīcēm. Lai gan teorētiskie limiti (balstoties uz adrešu līniju skaitu) var būt ļoti lieli, praktiskie ierobežojumi bieži nosaka faktisko pieejamo atmiņu.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir adreses autobuss?
A: Adreses kopne ir datora kopnes arhitektūra, ko izmanto datu pārsūtīšanai starp ierīcēm. Tā savieno centrālo procesoru ar galveno atmiņu un glabā fiziskās atmiņas aparatūras adresi bināros skaitļos, ļaujot datu kopnei piekļūt atmiņas atmiņai.
J: Cik vadu ir adrešu kopnei?
A: Adrešu kopnes vadu skaits nosaka, cik daudz unikālu atmiņas vietu var adresēt. Mūsdienu personālajiem datoriem un Macintosh datoriem parasti ir līdz 36 adreses vadiem.
J: Kādi vēl elementi ietilpst sistēmas kopnes arhitektūrā?
A.: Papildus adreses kopnei sistēmas kopnes arhitektūrā ietilpst arī datu kopne un vadības kopne.
J: Cik lielai atmiņai var piekļūt 32 bitu adrešu kopne?
A: Sistēma ar 32 bitu adreses kopni var piekļūt 4 gigabaitiem atmiņas.
J: Cik lielai atmiņai var piekļūt ar 64 bitu adresi?
A: Sistēma ar 64 bitu adreses kopni var piekļūt 16 ekslibītiem praktiski neierobežotu atmiņas vietu, ja to izmanto kopā ar atbalsta operētājsistēmu.
J: Kāds ir atsevišķa datora sistēmas kopņu mērķis?
A: Atsevišķa datora sistēmas kopņu mērķis ir savienot galvenos datora komponentus un samazināt izmaksas, vienlaikus uzlabojot modulāro integrāciju.
Meklēt