El mecanismo básico de lectura de una palabra de la memoria supone la traducción por medio de la tabla de páginas de una dirección virtual o lógica, formada por un número de página y un desplazamiento, a una dirección física que está formada por un número de marco y un desplazamiento.
Con la memoria virtual, la CPU produce direcciones virtuales que son traducidas por una combinación de hardware y software a direcciones físicas, pues pueden ser utilizadas para acceder a memoria principal. Este proceso se denomina correspondencia de memoria o traducción de direcciones. Actualmente los dos niveles de la jerarquía de memoria controlados por la memoria virtual son las DRAM y los Discos magnéticos.
Puesto que la tabla de páginas es de longitud variable, en función del tamaño del proceso, no es posible suponer que quepa en los registros.
La figura anterior sugiere una implementación en hardware de este esquema. Cuando se está ejecutando un proceso en particular, la dirección de comienzo de la tabla de páginas para este proceso se mantiene en un registro. El número de página de la dirección virtual se emplea como índice en esta tabla para buscar el número de marco correspondiente. Este se combina con la parte de desplazamiento de la dirección virtual para generar la dirección real deseada.
La mayoría de los esquemas de memoria virtual almacenan las tablas de páginas en la memoria virtual en vez de en la memoria real. Esto significa que estas tablas de páginas están también sujetas a paginación, de la misma forma que las otras páginas.
Cuando un proceso se está ejecutando, al menos una parte de su tabla de páginas debe estar en la memoria principal, incluyendo la entrada de la tabla de páginas para la página actualmente en ejecución. Algunos procesadores usan un esquema de dos niveles para organizar grandes tablas de páginas, donde hay un directorio de páginas en el que cada entrada señala a una tabla de páginas. Así pues, si la longitud del directorio de páginas es X, y la longitud máxima de una tabla de páginas es Y, un proceso puede estar formado por hasta X x Y páginas. Normalmente, la longitud máxima de una tabla de páginas está limitada a una página. Por ejemplo, el procesador Pentium utiliza este método.
Un enfoque alternativo al uso de tablas de páginas de uno o dos niveles es el uso de una estructura de tabla de páginas invertida. Con este método, la parte del número de página de una dirección virtual se traduce a una tabla de dispersión por medio de una función de dispersión simple. La tabla de dispersión contiene un puntero a la tabla de páginas invertida, que contiene a su vez las entradas de la tabla de páginas.
Con esta estructura, hay una entrada en la tabla de dispersión y en la tabla de páginas invertida por cada página de memoria real en lugar de una por cada página virtual. Así pues, se necesita una parte fija de la memoria real para las tablas, sin reparar en el número de procesos o de páginas virtuales soportados. La técnica de dispersión genera normalmente cadenas cortas, de dos a tres entradas cada una.
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