Организация памяти 3 уровня – внешняя память.

Твердотельный накопитель – ЗУ на основе микросхем памяти. Не содержат движущихся механических частей, доступ как у адресного ЗУ. Недостатки: ограниченное количество циклов перезаписи каждой ячейки – от 10000 до 100000, для борьбы с неравномерным износом применяются схемы балансирования нагрузки, контроллер диска хранит информацию о количестве циклов перезаписи каждого блока и периодически меняет их местами; проблема совместимости SSD-накопителей с ОС – старые ОС не учитывают специфику накопителей и тем самым дополнительно изнашивают их; цена существенно выше, чем у других накопителей. Преимущества: отсутствие движущихся частей, повышение надежности; высокая скорость чтения/записи; низкое энергопотребление; стабильность времени считывания файлов вне зависимости от их расположения и фрагментации; меньшая чувствительность к внешним электромагнитным помехам; отсутствие шума, высокая механическая стойкость, широкий диапазон рабочих температур, малые габариты.

RAID-массивы.

Это избыточный массив независимых дисков, на который возлагается обеспечение отказа устойчивости и повышение производительности. Часть емкости дискового пространства отводится для служебных целей, оставаясь недоступной для пользователя. Повышение дисковой производительности обеспечивается одновременной работой нескольких дисков. Совместную работу можно организовать с использованием либо параллельного, либо независимого доступа. При параллельном доступе дисковое пространство разбивается на блоки, сама записываемая информация тоже разбивается на блоки, при записи отдельные блоки записываются на различные диски. При записи на параллельные диски запись осуществляется независимо от чтения.

• RAID-0 (чередование) – дисковый массив из 2 и более дисков с отсутствием резервирования. Достоинства – существенно повышается производительность пропорционально количеству жестких дисков. Недостаток – надежность заведомо ниже надежности отдельного жесткого диска и падает с увеличением количества жестких дисков.
• RAID-1 (зеркалирование) – информация дублируется на каждом из дисков. Достоинства – повышенная надежность, увеличивается с повышением количеством дисков и выигрыш при скорости чтения при распараллеливании запросов на разные диски. Недостаток – повышение стоимости дискового пространства.
• RAID-2 – диски делятся на две группы: для данных, для кодов коррекции ошибок. Плюс – позволяет на лету исправлять однократные и обнаруживать двукратные ошибки. Недостаток – почти двойное количество дисков для 2 группы. Практически не применяется.
• RAID-3 состоит из n дисков, данные разбиваются на байты, один из дисков используется для хранения блоков четности. Плюс – высокая скорость чтения/записи, минимальное количество дисков для восстановления данных. Недостатки – скорость доступа к секторам уменьшается; большая нагрузка на контрольный диск, следовательно, повышенный его износ. Хорош для работы с файлами большого размера.
• RAID-4 похож на предыдущий, но информация разбивается на блоки, а не на байты, тем самым повысилась скорость передачи данных небольшого объема, но запись замедляется в связи с тем, что приходится обрабатывать четность каждого блока.
• RAID-5 похож на 2–4, но блоки контрольных сумм циклически записываются на все диски массива. Минимальное количество дисков = 3. Плюсы – экономичность использования дискового пространства, скорость записи выше, так как данные делятся на несколько дисков. Недостатки – запись данных ниже, чем у зеркала или чередования, особенно при записи в произвольном порядке; при выходе одного диска из строя массив переходит в критический режим, все операции чтения/записи сопровождаются дополнительными командами и очень сильно падает производительность, при этом уровень надежности падает до надежности RAID-0. Восстановление данных вызывает интенсивную нагрузку на остальные диски на протяжении многих часов, что может повлиять на надежность дополнительных дисков.
• RAID-10 (RAID 1+0) – зеркалированный массив из RAID-0. Плюсы – высокая отказоустойчивость и производительность, минус – избыточность. Кроме этого есть комбинация 5+0.

Каналы и интерфейсы ввода/вывода.

Все внешние устройства подключаются через каналы, интерфейсы. Интерфейс – стандарт на сопряжение блоков, определяющих число линий, тип передаваемой информации и направление передачи, кодировку, все электрические и временные параметры сигналов, а также конструктивы соединений.

Проблемы построения системы ввода/вывода.

1. должна быть обеспечена реализация ЭВМ с переменным составом оборудования.
2. должна быть обеспечена параллельная по времени работы процессора и периферии.
3. должно быть упрощено и стандартизировано программирование операций ввода/вывода, не зависимо от реализации периферии.
4. должно быть реализовано автоматическое распознавание и реакция ядра на ситуации в периферии.

Пути решения проблем:

1. модульность – отдельное устройство выполняется в виде конструктивно законченных модулей.
2. унифицированные форматы данных для обмена ядра и внешних периферийных устройств.
3. унифицированные интерфейсы.
4. унифицированные формат и набор команд.

Способы обмена информацией.

В первом и втором случае обмен осуществляется под управлением процессора. Операции ввода/вывода инициируются либо текущей командой программы, либо запросом на прерывание устройства. В режиме прямого доступа к памяти передача выполняется без участия процессора под управлением специализированного контроллера доступа к памяти.

Программно–управляемая передача.

Инициатором обмена всегда выступает процессор, реализующий требуемые операции ввода/вывода. Синхронная передача применяется при взаимодействии с быстродействующим периферийным устройством, для обмена с которым не требуется дополнительная синхронизация (устройство всегда готово). Асинхронный обмен является более универсальным и сложным, используется при обмене с периферией, быстродействие которой ниже, чем у процессора. Поэтому для выполнения данного обмена используется специальные средства, синхронизирующие процесса приема/передачи. Эти средства находятся в контроллере периферийного устройства, который является посредником между процессором и периферийным устройством. Контроллер содержит регистры данных, в режиме ввода данные поступают на вход и хранятся до момента пересылки по шине в вычислительное ядро. Регистры периферии называют портами. В режиме вывода процессор записывает информацию, которая хранится до тех пор, пока порт её не заберет. Также в контроллере есть специальные регистры управления и состояния. Регистр состояния отражает факт подключения и работоспособность периферийного устройства. Программно–управляемая передача является самым быстрым способом обмена, недостаток – вынужденный простой процессора по ожиданию готовности периферии.

Передача данных с прерыванием программы.

Это тип обмена данными, при котором для выполнения операции ввода/вывода производится прерывание текущей программы. В данном случае инициатором обмена является не процессор, а внешнее устройство. Это важное архитектурное свойство ВМ, позволяющее повысить производительность процессора при наличии нескольких, протекающих параллельно процессов. Реализация передачи данных с прерыванием требует дополнительной аппаратной и программной поддержки. Периферийное устройство, поддерживающее такой обмен, должно содержать специальную схему формирования сигнала прерывания, который по шине управления поступает на вход прерывания процессора. Процессор не тратит время на слежение за состоянием периферии, а работает по своей основной программе. Периферия формирует запрос прерывания, процессор, обнаружив сигнал запроса прерывания, завершает выполнение текущей операции и выполняет определенную последовательность действий по обработке прерывания. Сигналы аппаратных прерываний поступают в процессор через два контроллера прерываний.

Основная функция контроллера – передача сигналов прерываний на единственный вход процессора. При этом дополнительно передается номер вектора прерываний, который формируется путем сложения базового вектора и номером входа. Номера векторов прерываний однозначно связаны с номерами линий и соответственно, с конкретными внешними устройствами. Процессор, получив сигнал прерывания, выполняет стандартную последовательность действий, называемую процедурой прерывания.

Получив сигнал на выполнение процедуры прерываний с определенным номером, процессор сохраняет в стеке текущее содержимое основных регистров и флагов, где CS и IP образуют полный адрес возврата. Далее процессор загружает CS и IP из соответствующего вектора прерываний, тем самым осуществляя переход на обработчик вектора прерываний. Обработчик заканчивается командой iRet, которая инициирует обратное действие – извлечение из стека и возврат в основную программу в точку, где она была прервана. Запросы прерываний могут иметь различную природу, кроме аппаратных, есть еще внутренние и программные. Внутренние прерывания инициируются цепями самого процессора при возникновении специально оговоренных ситуаций (деление на ноль, например). Третий тип – программные, вызываются командой ассемблера int с соответствующими числовыми аргументами, которые рассматриваются как вектора. Действия процессора выполняются совершенно одинаково для всех видов прерываний. Для работы с программными прерываниями зарезервировано довольно много команд, которые находятся в BIOS и в ОС.

13h – программное прерывание управления дисками.

10h – программное прерывание управления видеосистемой.

25h – функция чтения диска.

26h – функция записи на диск.

Системные программы, адреса которых хранятся в векторах прерываний, в большинстве своем являются лишь диспетчерами, открывающими доступ к большим группам программ, реализующих системные функции. Для вызова требуемой функции обычно необходимо указать номер этой функции в одном из регистров, обычно Аh.

Прямой доступ к памяти.

Это обмен данными, который обеспечивает установление связи между ОП и периферийным устройством автономно от ЦП, тем самым разгружается процессор от операций ввода/вывода, что повышает его производительность. Для управления обменом используется специальный управляющий контроллер, который после получения запроса на организацию передачи принимает на себя функцию управления системной шиной. При этом процессор отключается от системной шины.

Принципы построения систем ввода/вывода.

1. ЭВМ с общим интерфейсом или общей шиной. Общая шина для небольших ЭВМ, когда количество периферии ограничено.
2. с множеством интерфейсов и каналами ввода/вывода.

28 апреля 2012 г.

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: