وحدة إدارة الذاكرة: الفرق بين النسختين

إن '''وحدة إدارة [[ذاكرة (حاسوب)|الذاكرة]]''' Memory management unit أو (MMU) بالتعريف هي : دارة تدعم الذاكرة الظاهرية و نقل الصفحات الذاكرية و ذلك بترجمة العنوان الفعال إلى عنوان فيزيائي ، و تكون جزء من المعالج و في بعض التصاميم تأتي كشريحة مستقلة ، تحتوي على ذاكرة صغيرة تحتفظ بالعناوين الفعالة و الفيزيائية المقابلة لها و تكون على شكل جدول يدعى TLB وجميع الطلبات الذاكرية ترسل لل MMU و التي تحدد مكان وجود المعلومة المطلوبة هل هي في الكاش أم في ال [[MM]] أم في القرص الصلب .

من الممكن أن لا يوجد عنوان فيزيائي مقابل للعنوان الفعال لذا سوف تعيد MMU إشارة خلل في الصفحة الذاكرية إلى المعالج عندها سوف يحاول نظام التشغيل إيجاد صفحة فارغة في الذاكرة و إنشاء PTE جديد يتم ربطه مع العنوان الفعال المطلوب ، إذا لم توجد صفحة ذاكرية فارغة سوف يكون من الضروري اختيار صفحة موجودة مسبقا و ذلك باستخدام أحد خوارزميات الاستبدال و حفظها في القرص الصلب ( و هذا ما يعرف بنقل الصفحات الذاكرية Paging) .

== دور mmu في العنونة الافتراضية ==

نظام التشغيل هو المسئول عن عملية نقل الصفحات من القرص إلى MM ، نعلم أن المعالج يبعث عنوان يسمى العنوان المنطقي (الفعال) و هو غير متطابق مع العنوان الفيزيائي (في الMM) لذا تأتي هنا مهمة وحدة إدارة الذاكرة MMU في ترجمة العنوان الفعال (الوهمي) إلى مقابله الفيزيائي و تتم هذه العملية بواسطة أحد ثلاث تقنيات هي :

== العنونة الفيزيائية و العنونة الإفتراضية ==

إن الذاكرة الرئيسية للحاسب نظمت على شكل مصفوفة من M حجرة بحجم بايت واحد و كل بايت يمتلك عنوانا فيزيائيا فريدا عن الآخر ، أول بايت له العنوان صفر و الثاني له العنوان واحد و هكذا ، في المثال المعروض لدينا الطريقة الطبيعية لل [[cpu]] كي يصل إلى حجرات الذاكرة تتم باستخدام العنوان الفيزيائي و تدعى بالعنونة الفيزيائية .

عندما ينفذ ال cpu تعليمة التحميل load فإنه يولد عنوانا فعالا و يرسله للذاكرة الرئيسية عن طريق ممر الذاكرة فتقوم الذاكرة الرئيسية بجلب أربع بايتات تبدأ من العنوان الفيزيائي 4 و تعيدها للمعالج الذي بدوره يخزنها في مسجل .

الحواسب م}خرا استخدمت العنونة الفيزيائية [[PA]] والأنظمة – مثل معالجات الإشارة الرقمية و المتحكمات المدمجة و الحواسب العملاقة – استمرت بهذه الطريقة ، على كل حال فإن المعالجات الحديثة تم تصميمها للحسابات ذات الأغراض العامة مستخدمة صيغة عنونة تعرف بالعنونة الافتراضية VA .

في العنونة الافتراضية فإن وصولات المعالج للذاكرة الرئيسية تتم عن طريق توليد عنوان افتراضي VA و الذي يتحول للعنوان الفيزيائي المناسب مثل إرساله للذاكرة الرئيسية ، العملية التي تقوم بتحويل العنوان الوهمي إلى فيزيائي تعرف بعملية ترجمة العنوان .

إن ترجمة العنوان تتطلب تعاونا بين بنية المعالج و نظام التشغيل ، البنية الصلبة في المعالج و المسئولة عن ذلك هي Memory Management Unit(MMU) ، تقوم هذه الوحدة بترجمة العنوان الفعال بسرعة و ذلك باستنتاجه من جدول مخزن في الذاكرة الرئيسية و الذي يتم إدارة محتوياته من قبل نظام التشغيل .

== و من الوظائف الإضافية المهمة لل MMU ==

في التصميمات القديمة لوحدات إدارة الذاكرة كانت بواسطة دارات مدمجة مستقلة مثل MC 68851 في Macintosh II أو Z8015 التي استخدمت مع عائلة Zilog [[Z80]] للمعالجات .

== مثال عن وحدة إدارة الذاكرة : MMU ==

هذا يتضمن وحدة إدارة الذاكرة التي تظهر بشكل مفصل ضمن الشكل ، تتألف MMU من TLB بسيطة تكفي ل 64 مدخل ، كل مدخل يشير إلى صفحة ذاكرية وهمية و موقعها الموافق في الذاكرة الفيزيائية . انظر الشكل 5.15 .

تتم عملية إدارة ال TLB من قبل نظام التشغيل نفسه ، قبل أن تتمكن الصفحة من الحصول على عنونة يجب عليها أن تكون في ال MM و تمتلك مدخلا في ال TLB .

إن MMU تحتوي على أربعة مسجلات هي : entry-hi ، entry-lo ، index and random

نظام الذاكرة الوهمية يدعم حجم صفحات يصل إلى 4KB و بالتالي العنوان ذو 32bit سوف يقسم إلى 20bit من أجل رقم الصفحة و 12bit من أجل الإزاحة .

في كل مرة يتم فيها ترجمة العنوان الفعال (و ذلك لإحضار تعليمة أو عملية كتابة أو قراءة لمعامل ) فإن رقم العملية و رقم الصفحة يدخلان إلى المسجل entry-hi و سوف ييم مقارنتهما سويا مع جميع العناوين الفعالة الموافقة و الموجودة في ال TLB و عند وجود تطابق فإن مسجل الدليل index يشير إليهما و إلى المُدخل المطابق في ال TLB ، بعد ذلك سوف تتم قراءة مدخل ال TLB المطابق و العنوان الفيزيائي لقاعدة الصفحة تلك و ينتقل إلى المسجل entry-lo ، بعدها يأتي دور الإزاحة في تحديد العنوان الفيزيائي المطلوب عند إضافتها لعنوان القاعدة .