Sistema digital paginacion y segmentacion

4) Paginación y Segmentación:

La paginación es uno de los esquemas de manejo de memoria en donde un computador puede almacenar y recuperar datos de un dispositivo de almacenamiento secundario como un disco duro, para su uso en la memoria principal. Las páginas se asignan a las partes de memoria disponible, llamados marcos de página, es decir que el espacio de memoria desperdiciado por un proceso es una fracción de la última página. Por otro lado, algunos de los marcos de memoria se encuentran ocupados y libres al mismo tiempo, los libres son gestionados por el sistema operativo, cuando comienza el proceso, el sistema operativo carga las cuatro páginas del proceso A, almacenadas en el disco en cuatro marcos. El sistema operativo posee una tabla de páginas para cada proceso, esta tabla indica el marco que contiene a cada página del proceso. En el programa, la dirección lógica está formada por un número de página y una dirección relativa las cuáles se encuentran dentro de la página. Por medio de la paginación la traducción de dirección lógica a dirección física la realiza el hardware del procesador, el cual debe acceder a la tabla de páginas del proceso en curso.

Para generar la dirección física, es decir el número de marco y la dirección relativa, el procesador utiliza la tabla de páginas a partir de la dirección lógica, para que las tablas de páginas se actualicen, el proceso debe enviarse a la memoria, donde las páginas se cargarán en los marcos disponibles, asimismo los procesos más pequeños requieren menos páginas y los procesos mayores necesitan una cantidad mayor de páginas. En la memoria virtual surge una mejora en el esquema de paginación, también llamada paginación por demanda, es decir que cada página que se encuentra en proceso se introduce en la memoria solo cuando se solicita. Si el programa salta una instrucción de una página que no se encuentra en la memoria principal, surge un fallo de página, indicando al sistema operativo que tiene que cargar la página deseada. Cuando se saca una página justo en el momento en que se empezará a utilizar, inmediatamente tendrá que volver a introducirla en la memoria, a esto se le denomina reemplazo de página. El procesador utiliza la mayoría de su tiempo intercambiando páginas en vez de ejecutar instrucciones, esto se conoce como hiperpaginación.

En la paginación por demanda se debe tener en cuenta que no es necesario cargar el proceso completo en la memoria principal, trayendo como consecuencia que el proceso sea mayor que la memoria principal. La paginación por demanda es de suma importancia, ya que sin ella el programador debe tener en cuenta la memoria disponible, por otro lado, si el programa escrito es demasiado largo, debe buscar métodos para estructurar el programa en partes más pequeñas capaces de cargarse uno a uno, esto ya no es necesario ya que, gracias a la paginación por demanda, este proceso lo realiza el sistema operativo y el hardware. Se denomina memoria real al proceso que se ejecuta siempre y cuando se encuentre en memoria principal, por otro lado, la memoria virtual posibilita una multiprogramación efectiva y elimina las restricciones de memoria principal. El Buffer de traducción anticipada (Translation Lookaside Buffer), es una memoria caché administrada por la MMU, que contiene partes de la tabla de paginación, es decir, relaciones entre direcciones virtuales y reales. Posee un número fijo de entradas y se utiliza para obtener la traducción rápida de direcciones.

El TLB hace referencia a direcciones físicas en su tabla. Puede residir entre la CPU y la caché de la misma o entre esta caché y la unidad de memoria primaria, esto depende de si la caché utiliza direccionamiento físico o virtual. Si la caché se direcciona de manera virtual, las peticiones se envían directamente de la CPU a la caché, la cual accede al TLB cuando es necesario. Si la caché se direcciona de manera física, la CPU realiza una búsqueda en el TLB con cada operación de memoria, y la dirección física resultante es enviada a la caché. Otro modo de subdividir el programa es la segmentación. En este caso, el programa y sus datos asociados se dividen en un conjunto de segmentos. Como en la paginación, una dirección lógica segmentada consta de dos partes, en este caso un número de segmento y desplazamiento. La segmentación elimina la fragmentación interna, pero la partición dinámica, sufre de fragmentación externa. Finalmente, mientras que la paginación es transparente al programador, la segmentación generalmente es visible y se ofrece como la ventaja para la organización de los programas y datos, la paginación proporciona una forma eficiente de gestionar la memoria.

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