Размещено на http://allbest.ru

12

Управление реальной памятью

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Борисоглебский государственный педагогический институт»

Факультет физико-математического и естественно-научного образования

Кафедра прикладной математики, информатики,

физики и методики их преподавания

Курсовая работа по информатике

Организация работы нескольких программ в памяти компьютера

Специальность: 050202 Информатика

Студентка: 5 курс 3 группа

Чернышова Анастасия Алексеевна

Руководитель: доцент, кандидат

технических наук, доцент кафедры

прикладной математики, информатики,

физики и методики их преподавания

Штоколов Леонид Алексеевич

Борисоглебск 2014



Оглавление

Введение

Глава 1. Анализ школьных программ и школьной литературы по изучению организации работы программ в памяти компьютера

Глава 2. Разработка элективного курса «Организация работы нескольких программ в памяти компьютера»

Глава 3. Разработка конспектов уроков

Урок 1. Физическая организация памяти компьютера

Урок 2. Методы распределения памяти без использования дискового пространства

Урок 3. Методы распределения памяти с использованием дискового пространства. Понятие виртуальной памяти

Урок 4. Методы распределения с использованием дискового пространства. Свопинг

Заключение

Список литературы

Введение

Основными учебными целями предмета "Информатика и ИКТ" являются формирование общих знаний о современных устройствах компьютера, об областях их применения и принципах их функционирования, отработка навыков элементарного программирования.

Для более подробного изучения организованы факультативные и элективные курсы.

В школьном курсе информатики и ИКТ изучение организации работы нескольких программ в памяти компьютера в базовом курсе рассмотрено в недостаточном количестве.

Различным ученикам требуется различный уровень знания организации работы нескольких программ в памяти компьютера. Однако уже сменяется четвертое поколение компьютеров, а принципиальное строение подавляющего большинства из них остается неизменным.

В базовом курсе принята следующая схема раскрытия организации работы нескольких программ в памяти компьютера:

Ш организация внутренней и внешней памяти;

Ш оперативная память;

Ш долговременная память.

Для продвинутых пользователей и в профильных курсах рассматриваются программное управление работой компьютера, структура процессора, состав команд процессора, структура программы и алгоритм её выполнения процессором (цикл работы процессора).

Целью данной курсовой работы является разработка методики по изучению организации работы нескольких программ в памяти компьютера.

Задачи исследования:

1. Провести анализ школьных программ и школьной литературы по проблеме исследования.

2. Разработать элективный курс «Организация работы нескольких программ в памяти компьютера.

3. Разработать уроки по элективному курсу.

Методы исследования:

· анализ научной, методической литературы, школьных учебных программ, учебников и учебных пособий;

· моделирование системы уроков по теме.



Глава 1. Анализ школьных программ и школьной литературы по изучению организации работы нескольких программ в памяти компьютера

Грамотное использование компьютера невозможно без знаний его структуры и принципов функционирования. Оперативная память -- это важнейший ресурс любой вычислительной системы, поскольку без нее (как, впрочем, и без центрального процессора) невозможно выполнение ни одной программы. Память является разделяемым ресурсом. От выбранных механизмов распределения памяти между выполняющимися процессорами в значительной степени зависит эффективность использования ресурсов системы, ее производительность, а также возможности, которыми могут пользоваться программисты при создании своих программ. Желательно так распределять память, чтобы выполняющаяся задача имела возможность обратиться по любому адресу в пределах адресного пространства той программы, в которой идут вычисления.

В соответствии с обязательным минимумом содержания основных обязательных программ основного общего и среднего (полного) общего образования можно выделить следующие темы, связанные с определением памяти:

1. Компьютер как универсальное устройство обработки информации.

2. Процессор и системная плата;

3. Устройства ввода и вывода информации;

4. Оперативная и долговременная память.

Для изучения раздела «Компьютер как универсальное устройство обработки информации» в базовом курсе информатики уделяется 4 часа, включая 3 практические работы.

Изучению темы «Компьютер как средство автоматизации информационных процессов» в X классе на базовом уровне выделяют 2 часа, в том числе 2 практические работы.

Существуют различные учебники и учебные пособия, в которых рассматривается тема «Оперативная память». Как правило, в них разъясняются общие понятия.

В связи с этим возникает проблема увязки общетеоретических знаний с практикой, которую должен решать учитель.

Проанализируем школьные учебники по информатике с точки зрения объема и полноты содержания интересующей нас темы.

И.Г. Семакин в учебнике «Информатика. Базовый курс. 7-9 классы» для раскрытия понятия «Оперативная память» использует дидактический прием аналогии. В данном учебнике рассматривается минимальный комплект ПК, магистральный принцип взаимодействия устройств ПК, основные характеристики ПК.

Тема «Оперативная и долговременная память» раскрыта в учебнике Н.Д. Угриновича «Информатика» за 7 и 8 классы и в пособии «Информатика» под редакцией Н.В. Макаровой за 7-9 классы. Материал, изложенный в данных учебных пособиях, можно рекомендовать и использовать в качестве дополнительной литературы в базовом курсе информатики.

Н.Д. Угринович в своем учебном пособии «Информатика» за 8 класс для раскрытия темы «Устройство компьютера» использует следующие параграфы: «Процессор и системная плата»; «Устройства ввода информации»; «Устройства вывода информации»; «Оперативная память»; «Долговременная память» и по теме «Устройство компьютера» предлагает выполнить две практические работы: «Форматирование дискеты» и «Определение разрешающей способности мыши».

А.Г. Гейн, автор учебника «Информатика» для 10-11 классов, поверхностно рассматривает основные устройства компьютера. После изучения теоретического материала он предлагает выполнить лабораторную работу «Первый раз в компьютерном классе».

Для изучения темы «Внутренняя и внешняя память компьютера» в классах с углубленным изучением информатики также можно использовать учебное пособие Л.З. Шауцуковой «Информатика» для 10-11 классов. В данном учебнике рассматривается: как устроена память, устройства, образующие внутреннюю память, устройства, образующие внешнюю память.

Тема организация работы нескольких программ в памяти компьютера не рассматривается в полном объеме. В школьных учебниках нет представления методам распределения памяти. Все методы управления памятью могут быть разделены на два класса: методы, которые используют перемещение процессов между оперативной памятью и диском, и методы, которые не делают этого (рисунок 1).

Рисунок 1. Классификация методов распределения памяти

Сделав анализ школьных учебников и школьной программы по информатике, можно сделать вывод, что данная тема, с точки зрения полноты и объема материала, не раскрыта в полной мере. Для того чтобы изучить организацию работы нескольких программ в памяти компьютера, я предлагаю разработку элективного курса.



Глава 2. Разработка элективного курса «Организация работы нескольких программ в памяти компьютера»

Профильные общеобразовательные учебные предметы - это предметы федерального компонента повышенного уровня, определяющие специализацию каждого конкретного профиля обучения. При профильном обучении выбираются не менее двух учебных предметов на профильном уровне. Вся их совокупность определяет состав федерального компонента федерального базисного учебного плана.

Региональный (национально-региональный) компонент учебного плана для 10-11 классов представлен определённым количеством часов на его изучение, а перечень предметов определяется региональными органами управления образованием.

Элективные учебные предметы - это обязательные предметы по выбору из компонента образовательного учреждения. Они выполняют три основные функции:

Развитие содержания одного из базовых учебных предметов, что позволяет поддерживать изучение смежных предметов на профильном уровне или получать дополнительную подготовку для сдачи ЕГЭ.

«Надстройка» профильного учебного предмета для его дальнейшего углубления.

Удовлетворение познавательных интересов школьников в различных сферах человеческой деятельности.

Учебный план профильного обучения включает:

Обязательные учебные предметы на базовом уровне (инвариантная часть федерального компонента).

Не менее двух предметов на профильном уровне, определяющие направление специализации образования в данном профиле.

Другие учебные предметы на базовом или профильном уровне (из вариативной части федерального компонента). Если выбранный предмет на профильном уровне совпадает с одним из обязательных учебных предметов на базовом уровне, то последний исключается из состава инвариантной части. Совокупное время на учебные предметы федерального компонента - базовые обязательные + профильные + базовые по выбору - не должно превышать 2100 часов за два года обучения. Если после формирования федерального компонента остается резерв часов в пределах 2100, то эти часы переходят в компонент образовательного учреждения.

· Региональный (национально-региональный) компонент в объеме 140 часов за два года обучения.

· Компонент образовательного учреждения объёмом не менее 280 часов за два года обучения. Этот компонент используется для предметов, предлагаемых школой; для учебных практик; исследовательской деятельности; образовательных проектов и т.п.; а также для увеличения числа часов базовых и профильных предметов федерального компонента.

При проведении занятий по курсу «Информатика и ИКТ» осуществляется деление классов на подгруппы во время практических занятий: в городских школах при наполняемости 25 и более человек, в сельских - 20 и более человек. При наличии необходимых условий и средств для организации профильного обучения и элективных курсов возможно деление на подгруппы с меньшей наполняемостью классов.

Пояснительная записка: Целью данного курса является продолжение базового образования по информатике, обеспечение расширенного и углубленного изучения организации работы нескольких программ в памяти компьютера.

В ходе изучения данного курса планируется решение следующих задач:

-получение учащимися четкого представления о том, как происходит организация работы нескольких программ в памяти компьютера;

-развитие навыка работы со служебными программами;

-рассмотрение всего разнообразия устройств памяти компьютера.

В данном курсе осуществляется связь с такими школьными предметами, как математика, физика, химия. Программа курса рассчитана на 16 учебных часов.

Программа элективного курса:

Физическая организация памяти компьютера:

Классификация памяти

Иерархия памяти

Описание уровней иерархии

Логическая память

Понятие сегмента

Адресация сегмента в реальной памяти (режиме)

Режимы работы процессора

Режимы работы процессора

Преимущества защищенного режима

Задача организации защиты памяти

История организации памяти

Адресация памяти

Проблема передачи физического адреса

Двукомпонентный логический адрес

Недостатки схемы адресации памяти реального режима

Связывание адресов

Принцип трансляции адресов

ОС и схемы управления реальной памятью

Функции ОС по управлению памятью

Схемы управления памятью

Простейшие схемы управления реальной памятью

Основные понятия

Смежное размещение процессов

Однопрограммный и оверлейный режимы

Схема с фиксированными разделами

Один процесс в памяти и оверлейные структуры

Тематическое планирование

Урок 1. Физическая организация памяти компьютера

Классификация памяти; Классификация памяти; Иерархия памяти; Описание уровней иерархии.

Урок 2. Логическая память

Логическая память; Понятие сегмента; Адресация сегмента в реальной памяти (режиме).

Урок 3. Режимы работы процессора

Режимы работы процессора; Преимущества защищенного режима; Задача организации защиты памяти.

Урок 4. История организации памяти

Адресация памяти; Проблема передачи физического адреса; Двухкомпонентный логический адрес; Недостатки схемы адресации памяти реального режима; Связывание адресов; Принцип трансляции адресов.

Урок 5. ОС и схемы управления реальной памятью

Функции ОС по управлению памятью; Схемы управления памятью.

Урок 6. Простейшие схемы управления реальной памятью

Основные понятия; Смежное размещение процессов; Однопрограммный и оверлейный режимы; Схема с фиксированными разделами; Один процесс в памяти и оверлейные структуры.



Глава 3. Разработка конспектов уроков

Урок 1. Физическая организация памяти компьютера

На уроке учащиеся определяются с назначением и основными характеристиками памяти, выделяют типы памяти, а так же рассматривают особенности внутренней памяти, принцип ее организации.

Цели урока:

· познакомить учащихся с различными устройствами памяти компьютера, дать основные понятия, необходимые для начала работы на компьютере.

· воспитание информационной культуры учащихся, внимательности, аккуратности, дисциплинированности, усидчивости.

· развитие познавательных интересов, навыков работы с мышью и клавиатурой, самоконтроля, умения конспектировать.

Оборудование:

· мультимедийное оборудование;

· компьютерная презентация.

План урока:

1. Орг. момент

Приветствие учащихся, проверка отсутствующих.

2. Объяснение нового материала

В процессе работы компьютера программы, исходные данные, а также промежуточные и окончательные результаты необходимо где-то хранить и иметь возможность обращаться к ним. Для этого в составе компьютера имеются различные запоминающие устройства, которые называют памятью.

Информация при сохранении должна быть закодирована. Какой способ кодирования используется в компьютере? (Двоичный код. Этот способ характеризуется простотой технологической реализации -- есть сигнал, нет сигнала)

Информация, хранящаяся в запоминающем устройстве, представляет собой закодированные с помощью цифр 0 и 1 различные символы (цифры, буквы, знаки), звуки, изображения.

Память компьютера -- совокупность устройств для хранения информации.

В процессе развития вычислительной техники люди вольно или невольно пытались по образу и подобию собственной памяти проектировать и создавать различные технические устройства хранения информации. Чтобы лучше понять назначение и возможности различных запоминающих устройств компьютера, можно провести аналогию с тем, как хранится информация в памяти человека.

Может ли человек хранить всю информацию об окружающем мире в своей памяти и нужно ли это ему? Зачем, например, помнить названия всех поселков и деревень нашей области, когда при необходимости вы можете воспользоваться картой местности и найти все, что вас интересует? А сколько существует всевозможных математических таблиц, где рассчитаны значения некоторых сложных функций! В поисках ответа вы всегда можете обратиться к соответствующему справочнику.

Информация, которую человек постоянно хранит в своей внутренней памяти, характеризуется гораздо меньшим объемом по сравнению с информацией, сосредоточенной в книгах, кинолентах, на видеокассетах, дисках и других материальных носителях. Можно сказать, что материальные носители, используемые для хранения информации, составляют внешнюю память человека. Для того чтобы воспользоваться информацией, хранящейся в этой внешней памяти, человек должен затратить гораздо больше времени, чем если бы она хранилась в его собственной памяти. Этот недостаток компенсируется тем, что внешняя память позволяет сохранять информацию сколь угодно длительное время и использовать ее может множество людей.

Существует еще один способ хранения информации человеком. Только что появившийся на свет малыш уже несет в себе внешние черты и, частично, характер, унаследованный от родителей. Это так называемая генетическая память. Новорожденный многое умеет: дышит, спит, ест... Знаток биологии попомнит о безусловных рефлексах. эту разновидность внутренней памяти человека можно назвать постоянной, неизменной.

Подобный принцип разделения памяти использован и в компьютере. Вся компьютерная память поделена на внутреннюю и внешнюю. Аналогично памяти человека, внутренняя память компьютера является быстродействующей, но имеет ограниченный объем. Работа же с внешней памятью требует гораздо большего времени, но она позволяет хранить практически неограниченное количество информации.

Внутренняя память состоит из нескольких частей: оперативной, постоянной и кэш-памяти. Это связано с тем, что используемые процессором программы можно условно разделить на две группы: временного (текущего) и постоянного использования. Программы и данные временного пользования хранятся в оперативной памяти и кэш-памяти только до тех пор, пока включено электропитание компьютера. После его выключения выделенная для них часть внутренней памяти полностью очищается. Другая часть внутренней памяти, называемая постоянной, является энергонезависимой, то есть записанные в нее программы и данные хранятся всегда, независимо от включения или выключения компьютера.

Внешняя память компьютера по аналогии с тем, как человек обычно хранит информацию в книгах, газетах, журналах, на магнитных лентах и пр., тоже может быть организована на различных материальных носителях: на дискетах, на жестких дисках, на магнитных лентах, на лазерных дисках (компакт-дисках).

Рассмотрим общие для всех видов памяти характеристики и понятия.

Существует две распространенные операции с памятью -- считывание (чтение) информации из памяти и запись ее в память для хранения. Для обращения к областям памяти используются адреса.

При считывании части информации из памяти осуществляется передача ее копии в другое устройство, где с ней производятся определенные действия: числа участвуют в вычислениях, слова используются при создании текста, из звуков создается мелодия и т. д. После считывания информация не исчезает и хранится в той же области памяти до тех пор, пока на ее место не будет записана другая информация.

При записи (сохранении) части информации предыдущие данные, хранящиеся на этом месте, стираются. Вновь записанная информация хранится до тех пор, пока на ее место не будет записана другая.

Чтение (считывание) информации из памяти -- процесс получения информации из области памяти по заданному адресу. Запись (сохранение) информации в памяти -- процесс размещения информации в памяти по заданному адресу для хранения.

Попробуйте выделить характеристики памяти, имеющие существенное значение при работе с памятью. (Так как основной процедурой при работе с памятью является доступ к памяти, то важным будет время, необходимое для записи или считывания информации)

Способ обращения к устройству памяти для чтения или записи информации получил название доступа. С этим понятием связан такой параметр памяти, как время доступа, или быстродействие памяти -- время, необходимое для чтения из памяти либо записи в нее минимальной части информации. Очевидно, что для числового выражения этого параметра используются единицы измерения времени: миллисекунда, микросекунда, наносекунда.

Время доступа, или быстродействие, памяти -- время, необходимое для чтения из памяти либо записи в нее минимальной части информации. (Записать определение)

Какая еще характеристика памяти может быть существенной, с учетом того, что назначение памяти -- хранение информации?(Характеристика, которая определяет возможный максимальный объем хранимой информации)

Важной характеристикой памяти любого вида является ее объем, называемый также емкостью. Этот параметр показывает, какой максимальный объем информации можно хранить в памяти. Для измерения объема памяти используются следующие единицы: байты, килобайты (Кбайт), мегабайты (Мбайт), гигабайты (Гбайт).

Объем (емкость) памяти -- максимальное количество хранимой в ней информации. (Записать определение)

Если объем памяти определяется количеством информации, то какие единицы измерения можно использовать для определения этого объема? (Единицами измерения памяти могут быть единицы измерения информации, то есть бит, байт, Кбайт, Мбайт, Гбайт)

Каковы должны быть значения характеристик памяти? Выразите требования к характеристикам памяти не в количественном выражении, а качественно. (Желательно, чтобы объем памяти был как можно больше, а время доступа меньше)

Характерными особенностями внутренней памяти по сравнению с внешней являются высокое быстродействие и ограниченный объем. Физически внутренняя память компьютера представляет собой интегральные микросхемы (чипы), которые размещаются в специальных подставках (гнездах) на плате. Чем больше размер внутренней памяти, тем более сложную задачу и с большей скоростью может решить компьютер.

Как вы думаете, какого рода информация необходима компьютеру всегда, не требует изменений и, следовательно, должна быть размещена в постоянной памяти? (Каждый раз при включении компьютера происходит автоматическая проверка устройств компьютера, значит, в постоянной памяти должна храниться программа, которая выполняет все эти действия при его включении)

Это работает программа автотестирования POST. А какие еще программы желательно хранить в постоянной памяти? (Программы для управления таких устройств как клавиатура, монитор, такие программы, которых нет необходимости менять)

Эту программу, записанную в память, называют BIOS. Какие еще программы желательно хранить в постоянной памяти (Программа, осуществляющая запуск операционной системы)

Постоянная память хранит очень важную для нормальной работы компьютера информацию. В частности, в ней содержатся программы, необходимые для проверки основных устройств компьютера, а также для загрузки операционной системы. Очевидно, что изменять эти программы нельзя, так как при любом вмешательстве сразу станет невозможным последующее использование компьютера. Поэтому разрешено только чтение хранимой там постоянно информации. Это свойство постоянной памяти объясняет часто используемое ее английское название Read Only Memory (ROM) -- память только для чтения.

Вся записанная в постоянную память информация сохраняется и после выключения компьютера, так как микросхемы являются энергонезависимыми. Запись информации в постоянную память происходит обычно только один раз -- при производстве соответствующих чипов фирмой-изготовителем.

Постоянная память -- устройство для долговременного хранения программ и данных.

Существует две основные разновидности микросхем постоянной памяти: однократно программируемые (после записи содержимое памяти не может быть изменено) и многократно программируемые. Изменение содержимого многократно программируемой памяти производится путем электронного воздействия.

Оперативная память хранит информацию, необходимую для выполнения программ в текущем сеансе работы: исходные данные, команды, промежуточные и конечные результаты. Эта память работает только при включенном электропитании компьютера. После его выключения содержимое оперативной памяти стирается, так как микросхемы являются энергозависимыми устройствами.

Оперативная память -- устройство для хранения программ и данных, которые обрабатываются процессором в текущем сеансе работы.

Устройство оперативной памяти обеспечивает режимы записи, считывания и хранения информации, причем в любой момент времени возможен доступ к любой ячейке памяти. Часто оперативную память называют RAM (англ. Random Access Memory)

Если необходимо хранить результаты обработки длительное время, то следует воспользоваться каким-нибудь внешним запоминающим устройством.

При выключении компьютера вся находящаяся в оперативной памяти информация стирается.

Оперативная память характеризуется высоким быстродействием и относительно малой емкостью.

Микросхемы оперативной памяти монтируются на печатной плате. Каждая такая плата снабжена контактами, расположенными вдоль нижнего края, число которых может быть 30, 72 или 168. Для подключения к другим устройствам компьютера такая плата вставляется своими контактами в специальный разъем (слот) на системной плате, расположенной внутри системного блока. Системная плата имеет несколько разъемов для модулей памяти, суммарный объем которых может принимать ряд фиксированных значений, например 64, 128, 256 Мбайт и более.

Давайте представим ситуацию знакомую всем. Вы выполняете рисунок в графическом редакторе. В какой памяти хранятся все текущие изменения, которые вы вносите в рисунок? (В оперативной памяти)

Если неожиданно выключить напряжение в сети, то, что произойдет с рисунком? (Он будет потерян)

Кэш-память заслуживает отдельного рассмотрения. Этот вид памяти появился относительно недавно. Кэш-память (англ. cache -- тайник, склад) служит для увеличения производительности компьютера. «Секретность» КЭШа заключается в том, что он невидим для пользователя, и данные, хранящиеся там, недоступны для прикладного программного обеспечения.

Кэш-память используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью. Алгоритм ее работы позволяет сократить частоту обращений микропроцессора к оперативной памяти и, следовательно, повысить производительность компьютера.

Существует два типа кэш-памяти: внутренняя (8-512 Кбайт), которая размещается в процессоре, и внешняя (от 256 Кбайт до 1 Мбайт), устанавливаемая на системной плате.

3. Проверка усвоения материала

1. Микропроцессор обрабатывает данные, хранящиеся в памяти компьютера, по программе, считываемой из памяти компьютера. К микропроцессору предъявляется требование высокой производительности. Какие требования следует предъявить к устройствам памяти, работающим с процессором? (Память хранящая данные и программы для работы процессора, должна обладать высоким быстродействием)

2. Во время выполнения программы на компьютере необходимо запоминать исходные данные, промежуточные результаты, конечные результаты. Какой вид памяти позволяет записать эти данные? (Оперативная память)

Домашнее задание

Ответить письменно на вопросы:

1. Какую информацию следует заносить в ПЗУ?

2. Как кэш-память ускорят работу процессора?



Урок 2. Методы распределения памяти без использования дискового пространства

школьный информатика компьютер память

На уроке учащиеся знакомятся с методами распределения памяти без использования дискового пространства, как хранятся программы и данные.

Цели урока:

· познакомить учащихся с методами распределения памяти без использования внешней памяти;

· воспитание информационной культуры учащихся, внимательности, аккуратности, дисциплинированности, усидчивости.

· развитие познавательных интересов, навыков работы с мышью и клавиатурой, самоконтроля, умения конспектировать.

Оборудование:

· мультимедийное оборудование;

· компьютерная презентация.

План урока:

1. Орг. момент

Приветствие учащихся, проверка отсутствующих.

Рис.1 Классификация методов распределения памяти

2. Объяснение нового материала

Все методы управления памятью могут быть разделены на два класса: методы, которые используют перемещение процессов между оперативной памятью и диском, и методы, которые не делают этого (рисунок 1). Начнем с последнего, более простого класса методов.

3. Распределение памяти фиксированными разделами

Самым простым способом управления оперативной памятью является разделение ее на несколько разделов фиксированной величины. Это может быть выполнено вручную оператором во время старта системы или во время ее генерации. Очередная задача, поступившая на выполнение, помещается либо в общую очередь (рисунок 3а), либо в очередь к некоторому разделу (рисунок 3б).

Рисунок 3. Распределение памяти фиксированными разделами а) - с общей очередью; б) - с отдельными очередями.

Подсистема управления памятью в этом случае выполняет следующие задачи:

· сравнивая размер программы, поступившей на выполнение, и свободных разделов, выбирает подходящий раздел,

· осуществляет загрузку программы и настройку адресов.

При очевидном преимуществе - простоте реализации - данный метод имеет существенный недостаток - жесткость. Так как в каждом разделе может выполняться только одна программа, то уровень мультипрограммирования заранее ограничен числом разделов, не зависимо от того, какой размер имеют программы. Даже если программа имеет небольшой объем, она будет занимать весь раздел, что приводит к неэффективному использованию памяти. С другой стороны, даже если объем оперативной памяти машины позволяет выполнить некоторую программу, разбиение памяти на разделы не позволяет сделать этого.

4. Распределение памяти разделами переменной величины

В этом случае память машины не делится заранее на разделы. Сначала вся память свободна. Каждой вновь поступающей задаче выделяется необходимая ей память. Если достаточный объем памяти отсутствует, то задача не принимается на выполнение и стоит в очереди. После завершения задачи память освобождается, и на это место может быть загружена другая задача.

Таким образом, в произвольный момент времени оперативная память представляет собой случайную последовательность занятых и свободных участков (разделов) произвольного размера. На рисунке 4 показано состояние памяти в различные моменты времени при использовании динамического распределения.

Так в момент t₀ в памяти находится только ОС, а к моменту t₁ память разделена между 5 задачами, причем задача П4, завершаясь, покидает память. На освободившееся после задачи П4 место загружается задача П6, поступившая в момент t₃.

Рис. 4. Распределение памяти динамическими разделами



Задачами операционной системы при реализации данного метода управления памятью является:

· ведение таблиц свободных и занятых областей, в которых указываются начальные адреса и размеры участков памяти,

· при поступлении новой задачи - анализ запроса, просмотр таблицы свободных областей и выбор раздела, размер которого достаточен для размещения поступившей задачи,

· загрузка задачи в выделенный ей раздел и корректировка таблиц свободных и занятых областей,

· после завершения задачи корректировка таблиц свободных и занятых областей.

Программный код не перемещается во время выполнения, то есть может быть проведена единовременная настройка адресов посредством использования, перемещающего загрузчика.

Выбор раздела для вновь поступившей задачи может осуществляться по разным правилам, таким, например, как "первый попавшийся раздел достаточного размера", или "раздел, имеющий наименьший достаточный размер", или "раздел, имеющий наибольший достаточный размер". Все эти правила имеют свои преимущества и недостатки.

По сравнению с методом распределения памяти фиксированными разделами данный метод обладает гораздо большей гибкостью, но ему присущ очень серьезный недостаток - фрагментация памяти. Фрагментация - это наличие большого числа несмежных участков свободной памяти очень маленького размера (фрагментов). Настолько маленького, что ни одна из вновь поступающих программ не может поместиться ни в одном из участков, хотя суммарный объем фрагментов может составить значительную величину, намного превышающую требуемый объем памяти.

5. Перемещаемые разделы

Одним из методов борьбы с фрагментацией является перемещение всех занятых участков в сторону старших либо в сторону младших адресов, так, чтобы вся свободная память образовывала единую свободную область (рисунок 5). В дополнение к функциям, которые выполняет ОС при распределении памяти переменными разделами, в данном случае она должна еще время от времени копировать содержимое разделов из одного места памяти в другое, корректируя таблицы свободных и занятых областей. Эта процедура называется "сжатием".

Сжатие может выполняться либо при каждом завершении задачи, либо только тогда, когда для вновь поступившей задачи нет свободного раздела достаточного размера.

В первом случае требуется меньше вычислительной работы при корректировке таблиц, а во втором - реже выполняется процедура сжатия. Так как программы перемещаются по оперативной памяти в ходе своего выполнения, то преобразование адресов из виртуальной формы в физическую должно выполняться динамическим способом.

Рис. 5. Распределение памяти перемещаемыми разделами

Хотя процедура сжатия и приводит к более эффективному использованию памяти, она может потребовать значительного времени, что часто перевешивает преимущества данного метода.

3. Проверка усвоения материала

1. Назовите методы распределения памяти? (Без использования дискового пространства, с использованием дискового пространства)

2. Какие распределения памяти мы сегодня на уроке рассмотрели? (Распределение фиксированными разделами, разделами переменной величины, перемещаемыми разделами).

Домашнее задание

Ответить письменно на вопросы:

1. Напишите недостатки распределения памяти в каждых разделах.

2. Что такое фрагментация?

Урок 3. Методы распределения памяти с использованием дискового пространства. Понятие виртуальной памяти

На уроке учащиеся знакомятся с некоторыми методами распределения памяти с использования дискового пространства, с понятием виртуальная память.

Цели урока:

· познакомить учащихся со схемами реальной управлением памятью, однопрограммными и оверлейными режимами.

· воспитание информационной культуры учащихся, внимательности, аккуратности, дисциплинированности, усидчивости.

· развитие познавательных интересов, навыков работы с мышью и клавиатурой, самоконтроля, умения конспектировать.

Оборудование:

· мультимедийное оборудование

· компьютерная презентация.

План урока:

1. Орг. момент

Приветствие учащихся, проверка отсутствующих.

2. Объяснение новой темы.

1. Понятие виртуальной памяти.

Уже достаточно давно пользователи столкнулись с проблемой размещения в памяти программ, размер которых превышал имеющуюся в наличии свободную память. Решением было разбиение программы на части, называемые оверлеями. 0-ой оверлей начинал выполняться первым. Когда он заканчивал свое выполнение, он вызывал другой оверлей. Все оверлеи хранились на диске и перемещались между памятью и диском средствами операционной системы. Однако разбиение программы на части и планирование их загрузки в оперативную память должен был осуществлять программист.

Развитие методов организации вычислительного процесса в этом направлении привело к появлению метода, известного под названием виртуальная память.

Виртуальным называется ресурс, который пользователю или пользовательской программе представляется обладающим свойствами, которыми он в действительности не обладает. Так, например, пользователю может быть предоставлена виртуальная оперативная память, размер которой превосходит всю имеющуюся в системе реальную оперативную память.

Пользователь пишет программы так, как будто в его распоряжении имеется однородная оперативная память большого объема, но в действительности все данные, используемые программой, хранятся на одном или нескольких разнородных запоминающих устройствах, обычно на дисках, и при необходимости частями отображаются в реальную память.

Виртуальная память - это совокупность программно-аппаратных средств, позволяющих пользователям писать программы, размер которых превосходит имеющуюся оперативную память; для этого виртуальная память решает следующие задачи:

· размещает данные в запоминающих устройствах разного типа, например, часть программы в оперативной памяти, а часть на диске;

· перемещает по мере необходимости данные между запоминающими устройствами разного типа, например, подгружает нужную часть программы с диска в оперативную память;

· преобразует виртуальные адреса в физические.

Все эти действия выполняются автоматически, без участия программиста, то есть механизм виртуальной памяти является прозрачным по отношению к пользователю.

Наиболее распространенными реализациями виртуальной памяти является страничное, сегментное и странично-сегментное распределение памяти, а также свопинг.

3. Проверка усвоения материала

1. Дайте понятие виртуальной памяти.(Виртуальная память- это совокупность программно-аппаратных средств, позволяющих пользователям писать программы, размер которых превосходит имеющуюся оперативную память).

2. Какие распределения памяти с использованием дискового пространства существуют? (Страничное распределение, сегментное распределение, странично-сегментное распределение, свопинг).

Домашнее задание

Ответить письменно на вопросы:

1. Какие задачи выполняет виртуальная память?

Урок 4. Методы распределения с использованием дискового пространства. Свопинг

На уроке учащиеся знакомятся с определением свопинг, с назначением и основными характеристиками свопинга, выделяют типы памяти, а так же рассматривают особенности внутренней памяти, принцип ее организации.

Цели урока:

· познакомить учащихся с различными устройствами памяти компьютера, дать основные понятия, необходимые для начала работы на компьютере.

· воспитание информационной культуры учащихся, внимательности, аккуратности, дисциплинированности, усидчивости.

· развитие познавательных интересов, навыков работы с мышью и клавиатурой, самоконтроля, умения конспектировать.

Оборудование:

· мультимедийное оборудование;

· компьютерная презентация.

План урока:

1. Орг. момент

Приветствие учащихся, проверка отсутствующих.

2. Объяснение нового материала.

Разновидностью виртуальной памяти является свопинг.

На рисунке 11 показан график зависимости коэффициента загрузки процессора в зависимости от числа одновременно выполняемых процессов и доли времени, проводимого этими процессами в состоянии ожидания ввода-вывода.

Рис. 11. Зависимость загрузки процессора от числа задач и интенсивности ввода-вывода



Из рисунка видно, что для загрузки процессора на 90% достаточно всего трех счетных задач. Однако для того, чтобы обеспечить такую же загрузку интерактивными задачами, выполняющими интенсивный ввод-вывод, потребуются десятки таких задач. Необходимым условием для выполнения задачи является загрузка ее в оперативную память, объем которой ограничен. В этих условиях был предложен метод организации вычислительного процесса, называемый свопингом. В соответствии с этим методом некоторые процессы (обычно находящиеся в состоянии ожидания) временно выгружаются на диск. Планировщик операционной системы не исключает их из своего рассмотрения, и при наступлении условий активизации некоторого процесса, находящегося в области свопинга на диске, этот процесс перемещается в оперативную память. Если свободного места в оперативной памяти не хватает, то выгружается другой процесс.

Свопинг полезен, и для работы системы гораздо лучше, если предусмотрен, хотя бы он, даже при отсутствии виртуальной памяти, но он имеет свои ограничения. Прежде всего, для него требуется размещение в памяти одновременно всего процесса, поэтому свопинг не применим, если нужно выполнить процесс, требующий больше оперативной памяти, чем установлено в системе, даже если есть много свободного пространства на диске, которое могло бы компенсировать эту нехватку.

Кроме того, свопинг часто бывает неэффективным. При его применении нужно перекачивать на диск весь процесс одновременно, даже если это требует выгрузки на диск всего объема памяти процесса, составляющего 8 Мб, лишь с той целью, чтобы освободить 2 Кб. Аналогичным образом, свопинг предусматривает загрузку в оперативную память одновременно всего процесса, даже если нужно выполнить только небольшую часть кода приложения, загружаемого в память.

При свопинге процесс перемещается между памятью и диском целиком, то есть в течение некоторого времени процесс может полностью отсутствовать в оперативной памяти. Существуют различные алгоритмы выбора процессов на загрузку и выгрузку, а также различные способы выделения оперативной и дисковой памяти загружаемому процессу.

3. Проверка усвоения материала

1. Опишите недостатки свопинга.

Домашнее задание:

Подготовить материал про сегментное распределение памяти.

Заключение

В данной курсовой работе поставленная цель и задачи были достигнуты.

Изначально были раскрыты базовые вещи, включающие описание оперативной памяти компьютера. Мною был проведен анализ школьных программ и школьной литературы по данной теме.

Существуют различные учебники и учебные пособия, в которых рассматривается тема «Оперативная память». Как правило, в них разъясняются общие понятия.

Я провела анализ школьных учебников таких авторов:

1. Н.Д. Угринович «Информатика» за 7 и 8 классы.

2. И.Г. Семакин «Информатика. Базовый курс. 7-9 классы».

3. «Информатика» 8 класс поурочные планы по учебнику Н.Д. Угриновича

4. «Информатика»А.Г. Гейн «Информатика» для 10-11 классов.

5. Учебное пособие Л.З. Шауцуковой «Информатика» для 10-11 классов.

Тема организация работы нескольких программ в памяти компьютера не рассматривается в полном объеме. В школьных учебниках нет представления методам распределения памяти.

Поэтому я предлагаю разработку элективного курса.

Мною разработанный элективный курс проводится в виде уроков изучения новой темы и практических занятий. На уроках выдается минимально необходимый объем информации из рассматриваемой предметной области, а также информация о программных средствах, используемых при решении задач, объясняются технологии и методы решения.

На практических занятиях разбираются решения задач с производственным содержанием и рассматриваются способы реализации решений прикладными программными средствами компьютера. Задачи сгруппированы по блокам в зависимости от тематики и того, каким программным средством реализуется решение. Наполнение материала осуществляется и регулируется учителем с учетом способностей школьников, профиля класса и программных средств, находящихся в распоряжении педагога.

Первое занятие каждого блока начинается с изложения теоретических сведений. В ходе изложения учитель оперирует материалом из рассматриваемой области научного знания, показывая межпредметные связи.

Если ученики не владеют навыками работы с каким-либо из предложенных учителем прикладных программных средств, то он объясняет принципы работы с данным средством, на конкретных примерах демонстрируя возможности его применения, после чего ученики приступают к освоению данного программного продукта.

Отмеченное относится и к методам решения. Каждый урок заканчивается выдачей домашнего задания, содержащего задачи по рассматриваемой теме и указания к их решению. Ученики также должны осуществлять поиск материала к новым урокам. Для активизации деятельности учащихся возможно применение деловых игр, в процессе которых ребята получают информацию, овладевают соответствующим теоретическим материалом, учатся взаимодействовать друг с другом для получения максимального результата и т. д.

Список литературы

1. Гейн А.Г. Информатика: Учебное пособие для 10-11 кл. общеобразоват. учреждений / А.Г. Гейн, А.И. Сенокосов, Н.А. Юнерман. - 2-изд. - М.: Просвещение, 2001. - 255 с.

2. Информатика. 7-9 классы. Базовый курс. Теория / Под ред. Н.В. Макаровой. - СПб.: Питер, 2004. - 368 с.

3. Лапчик М.П. Методика преподавания информатики: Учебное пособие для студ. пед. вузов / М.П. Лапчик, И.Г. Семакин, Е.К. Ханнер. - М.: Академия, 2003. - 624 с.

4. Матюшкина-Герке О.А. Анализ программных моделей в курсе «Архитектура компьютера» в педагогическом вузе // VIII Царскосельские чтения: Материалы международной научно-практической конференции, СПб: ЛГУ имени А.С.Пушкина, 2004. Т.VIII. С.29-32.

5. Сборник нормативных документов. Информатика и ИКТ / Сост. Э.Д. Днепров, А.Г. Аркадьев. - М.; Дрофа, 2007. - 103 с.

6. Семакин И.Г. Информатика. Базовый курс. 7-9 классы / И.Г.Семакин и др.- 2-е изд., испр. и доп. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. - 390 с.

7. Соломенчук В.Г. Учимся работать на компьютере / Соломенчук. В.Г. - СПб.: Питер, 2006. - 299 с.

8. Угринович Н.Д. Информатика. Базовый курс: Учебник для 7 класса / Н.Д. Угринович. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. - 205 с.

9. Угринович Н.Д. Информатика. Базовый курс: Учебник для 8 класса / Н.Д. Угринович. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. - 205 с.

10. Угринович Н.Д. Информатика. Базовый курс: Учебник для 10-11 классов / Н.Д. Угринович. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. - 205 с.

11. Шауцукова Л.З. Информатика: Учебное пособие для 10-11 кл. общеобразоват. учреждений / Л.З. Шауцукова. - 3-е изд. - М.: Просвещение, 2003. - 416 с.

12. http://sisupr.mrsu.ru/2012-1/PDF/14_inf/Osipova_Tuzova.pdf - Современные операционные системы Соколова М. Ю., канд. эконом. наук.

13. http://life-prog.ru/ - распределение памяти

14. http://citforum.ru/operating_systems/sos/glava_7.shtml - управление памятью

15. http://paralichka85.px6.ru/4memory/glava04_16.htm - Организация памяти ЭВМ

16. http://ru.wikipedia.org/wiki/ - электронный справочник.

Размещено на Allbest.ru

...