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{{#index:MMU|Memory Management Unit}}Die Memory Management Unit, kurz MMU, ist eine Hardware-Komponente, welche üblicherweise direkt auf der CPU beheimatet ist. Sie unterstützt das Betriebssystem bei der Verwaltung des Hauptspeichers, und trägt so zu einer größeren Flexibilität und besseren Ausnutzung des vorhandenen {{#index:physikalischer Speicher|Speicher, physikalischer}}physikalischen Speichers ({{#index:RAM}}RAM) bei.
Bevor die konkrete Arbeitsweise der MMU erläutert wird, sei kurz an den bisherigen Stand der Hauptspeicherverwaltung erinnert.
Die bisher betrachtete Hauptspeicherverwaltung hat mit Hilfe des Basisregisters jeweils zusammenhängende Speicherbereiche für jeden im RAM eingelagerten Prozess zugreifbar gemacht. Der Speicherschutz wurde mit Hilfe des Limitregisters realisiert.
Nachteilig, weil wenig flexibel, ist hierbei der Zwang zum zusammenhängenden Speicherbereich. Es muss bereits ganz zu Beginn festgelegt werden, wie groß dieser Speicherbereich ist. Nachträgliche Änderungen dieser Größe (d.h. zur Laufzeit des betreffenden Prozesses) sind zwar nicht unmöglich, aber i.d.R. sehr zeitintensiv und damit in der Durchführung nicht zu empfehlen.
Um eine Flexibilisierung der Speicherverwaltung zu erreichen, wurden in Betriebssysteme Konzepte einer virtuellen Speicherverwaltung integriert. Die bereits von vorangegengenen Seiten bekannte Forderung wird hier wiederholt:
Wir brauchen ein Betriebssystem!
Und eine der Aufgaben des Betriebssystems wird die Verwaltung des Hauptspeichers und die Versorgung aller Prozesse mit benötigten Teilen des Hauptspeichers sein.
Die virtuelle Speicherverwaltung kann sehr kompilziert erscheinen, wenn man sie allein durch Worte und ein paar Abbildungen beschreiben, bzw. verstehen soll. Glücklicherweise gibt es das folgende Video, welches die Grundlagen anschaulich zeigt.
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Aus dem Video folgen zunächst einige Definitionen:
Definition: Physikalischer Speicher
Unter dem physikalischen Speicher eines Computers versteht man den tatsächlich in dieses Gerät verbauten Speicher, soweit er direkt von der CPU oder der MMU angesprochen werden kann.
Definition: Virtueller Speicher
{{#index:Virtueller Speicher|Speicher, virtuell}}
Unter dem virtuellen Speicher eines Prozesses versteht man den Speicherbereich, der einem Prozess durch das Betriebssystem zur Verfügung gestellt wird.
Man bemerke hier eine entscheidende Kleinigkeit in den Definitionen:
Der physikalische Speicher bezieht sich auf den Computer, während der virtuelle Speicher auf einen Prozess bezogen wird!
Da bei den vorangegangenen Definitionen der Speicher an sich unterschieden wurde, gibt es auch bzgl. der Speicheradressen eine Unterscheidung:
Definition: Physikalische Speicheradresse
{{#index:Physikalische Speicheradresse|Physikalische Adresse|Speicheradresse, physikalisch|Adresse, physikalisch}}
Unter einer physikalischen Speicheradresse versteht man eine Adresse innerhalb des physikalischen Speichers eines Rechners.
Definition: Virtuelle Speicheradresse
{{#index:Virtuelle Speicheradresse|Virtuelle Adresse|Speicheradresse, virtuell|Adresse, virtuell}}
Unter einer virtuellen Speicheradresse versteht man eine Adresse innerhalb des virtuellen Speichers eines Prozesses.
Eine physikalische Adresse ist eindeutig, d.h. es gibt sie nur einmal pro Rechner. Wie ist das bei einer virtuellen Adresse? Ist diese auch eindeutig, oder ist sie mehrdeutig? Erläutere!
Wie im Video zu sehen ist, wird durch die Einführung einer Memory Management Unit das Betriebssystem bei der Umrechnung von virtuellen in physikalische Speicheradressen unterstützt. Da die MMU als Hardware auf genau diese Tätigkeit optimiert wurde, kann sie diese Umrechnung sehr viel schneller durchführen, und so bei jedem einzelnen Hauptspeicherzugriff einen Geschwindigkeitsvorteil erzielen.
Basis- und Limitregister fallen durch den Einsatz der MMU weg. Sie werden nicht mehr benötigt.
Eine etwas detailliertere Betrachtung der virtuellen Speicherverwaltung geschieht später im Kapitel Betriebssysteme.
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