Физические основы программирования

С этой статьи я хочу начать цикл статей об оперативной памяти и начну с внутреннего устройства. Хотя некоторые считают, что знать физическое устройство процессора, памяти, шины и т. п. программисту совершенно не нужно, я считаю, тем не менее, такие знания полезными, так как они позволят программисту оптимизировать код своих программ и ускорить их выполнение, иногда намного.

Когда-то давно, на заре рождения компьютерной техники, оперативная память была очень маленькой и для ее адресации использовались 2 байта (так называемое "слово"). Такой подход позволял адресовать 64 Кб памяти, и адресация была линейной - для указания адреса использовалось одно-единственное число. Позже, с усовершенствованием техники, производители поняли, что имеется возможность поддерживать бОльшие объемы памяти, но для этого нужно сделать размер адреса больше.

По управлению памятью современные языки программирования и средства разработки можно условно разделить на те, где программист ответственен за управление памятью и обязан вовремя освобождать неиспользуемые блоки, и на языки с так называемой сборкой мусора. Рассмотрим основополагающие принципы и тех и других. Кроме того, в этой статье я предложу способы автоматизации управления памятью в тех системах, где управлением памятью занимается программист, а также плюсы и минусы сборки мусора.

Кучей (heap) называют большую область памяти, используемую для хранения информации о свободных и занятых блоках памяти. Первоначально, при запуске приложения, ему выделяется куча некоторого размера, как правило, фиксированного для системы. Собственно функции выделения и освобождения памяти обращаются к куче, чтобы найти свободный блок достаточного размера, помечают этот блок как занятый и возвращают его адрес приложению...