T ема 11. Компютърна система /вариант2/ с процесор pentium 4 Компютърна система с процесор Pentium 4 i845 Процесори Intel Pentium 4

Процесорът Pentium 4 е представен през ноември 2000 година и представлява ново поколение при процесорите – седмо подред¹. Обърнете внимание на особеността в означението – Intel изоставят римските цифри в името на процесора и ги заменят с арабското 4.

Вътрешно Pentium 4 представя нова архитектура, която от Intel наричат с търговското име NetBurst микроархитектура. Тя включва: хипер-конвейерна технология, машина за бързо изпълнение, високоскоростна системна шина (400 MHz, 533 MHz, 800 MHz или 1066 MHz) и кеш за следене на изпълнението.

• 
  Хипер-конвейерната (hyper-pipelined) технология удвоява дълбочината на конвейерите за изпълнение на инструкции спрямо тази на конвейерите в Pentium III (или Athlon/Athlon 64), което означава, че са необходими повече на брой, но по-малки стъпки за изпълнение на инструкциите.
  
• 
  Машината за бързо изпълнение (rapid execution engine) позволява на две целочислени аритметични логически устройства да работят на два пъти по-висока честота от тази на ядрото на процесора, т.е. инструкциите могат да се изпълняват за половин такт.
  
• 
  Високоскоростната системна шина работи на 100MHz/133MHz/200MHz/266MHz тактова честота, прехвърляйки данни четири пъти за един такт. Това означава, че ефективната й честота е 400 MHz, 533 MHz, 800 MHz или 1066 MHz. Тъй като тя е широка 64 бита (8 байта), пропускателната й способност е 3200МВ/s, 4266МВ/s, 6400 МВ/s или 8533 МВ/s.
  
• 
  Кешът за проследяване на изпълнението е високопроизводителен кеш от първо ниво (L1), който съхранява приблизително 12КВ декодирани микрооперации. Това премахва декодера на инструкции от главния конвейер за изпълнение, повишавайки производителността.
  
• 
  Хипернишковата технология (Hyper-Threading Technology - HTT) е друго важно архитектурно подобрение, което може да бъде открито при всички Pentium 4 процесори с над 2.4GHz с 800 MHz шина и при всички процесори с над 3.06 GHz и 533 MHz шина. Тя позволява един единичен процесор да работи с две нишки едновременно, действайки все едно че има два процесора.
  
• 
  Нови SSE² инструкции за обработка на графика и звук: при процесорите Willamette и Northwood – нови 144 инструкции, наречени SSE2, а при Prescott към SSE2 са добавени 13 нови инструкции, като новия набор се нарича SSE3.
  

Не след дълго на пазара излиза и наследника на този първи чипсет, който обаче носи име с по-малък номер - i845. Той се появява главно като отговор на конкуренцията AMD, които по онова време предлагат подобни на Intel-ските решения, но работещи с евтината SDRAM DDR 200/266 вместо скъпоструващата RDRAM. Разработвайки новия си чипсет Intel просто отговарят на конкуренцията, но без да атакуват, вграждайки поддръжката отначало за PC133 SDRAM, а впоследствие за DDR 200/266 памети.

От серията 845 са разработени следните модели: 845; 845GL; 845GV; 845G; 845GE; 845E; 845PE. Членовете на тази фамилия се различават по поддръжката на различни типове и размери на паметта, интегрираната графика, поддръжката на външни AGP карти и какъв ICH чип използват.

Базовият чипсет 845 поддържа процесори Celeron или Pentium 4 с Socket 478, скорост на системната шина FSB 400MHz. и три модула SDRAM PC133 или два модула DDR SDRAM 200MHz (PC2100) или 266MHz (PC2700). Поддържа също ECC (error correction code). Предлага AGP 4x слот за видеокарта, но няма вградено видео. Използва същия хъб на контролера за вход/изход ICH2 като чипсетите Intel 850/850E в Rambus-базираните системи и 815EP. ICH2 поддържа твърди дискове ATA/100, AC'97 звук и 4 USB 1.1 порта.

Всички модели, съдържащи буквата G в името си, се характеризират с интегриран видеоконтролер Intel Extreme Graphics, който има по-високи скорости от видеоконтролера на чипсетите 810 и 815 и добавя тримерна производителност. Поради вградената графика хъбът MCH се нарича GMCH. Чипсетите 845G и 845GE поддържат в допълнение AGP 4x видеокарти. Буквата Е в означението на 845GE означава, че чипсетът поддържа по-високоскоростната 533MHz системна шина и памети DDR 266 и 333MHz (фиг. 4).

Чипсетът i845Е е подобрена версия на 845 с корекция на грешките ECC и поддръжка на 533MHz системна шина. Моделът 845PE поддържа 533MHz системна шина и памети DDR 266 и 333MHz, но не поддържа ECC. Всички модели от серията, с изключение на 845 използват подобрения хъб на I/O контролера ICH4, който предлага 6 порта USB 2.0.

фиг. 4 Архитектура на чипсети i845 и i845GE. 845GE (отдясно) добавя към основния чипсет 845 поддръжка на по-високи скорости на процесорната шина и паметта, интегриран графичен контролер и USB 2.0

Чипсетът е комплект от чипове (може да бъде и само един), които включват важни функционални блокове на компютърната система: контролер на паметта, кеш контролер, контролери на входно-изходните устройства, DMA (Direct Memory Access) контролери, IRQ (Interrupt Request) контролери, часовник за реално време RTC (Real Time Clock), системния таймер с програмируеми интервали, които правят опресняване (Refresh)на DRAM паметта,

контролери за твърди дискове, CD, DVD устройства и т.н.Чипсетът определя цокъла и типа на CPU, типа и максималния обем на оперативната памет DRAM, поддържаните шини,

вградените контролери и т.н.

Чипсетовете се усъвършенстват паралелно с развитието на всички останали компютърни компоненти. Те са обект на непрекъснато подобряване и имат висока степен на интеграция.

Засега са известни два типа архитетури на схемния набор: със северен и южен мост и така наречената хъбова архитектура – Intel Hub Architecture (IHA). При първият тип архитектура чипсетовете са разделени на два физически чипа, монтирани на дънната платка, които носят имената Northbridge (северен мост) и Southbridge (южен мост). Northbridge отговаря за преноса на данни между централния процесор, основната памет и AGP (Accelerated

Graphics Port). Southbridge следи входно-изходните възможности на системата, в това число поддръжката на USB (Universal Serial Bus), на сериен и паралелен порт и на такъв за клавиатура, със и без IDE контролери за твърди дискове и контролери за флопидисковите устройства. Northbridge и Southbridge общуват помежду си чрез PCI шината, която работи с капацитет 133 MB/Sec. Схемните набори за процесори Pentium 4 от серията 8xx на Intel са

изградени от контролер за графиката и паметта – Graphics and Memory Controller Hub (GMCH) и входно-изходен контролер – I/O Controller Hub (ICH) на базата на хъбовата архитектура-IHA (Intel hub Architecture).GMCH подобно на северния мост комуникира с процесора през системната шина и действа като контролер на паметта и AGP, като понякога има вградена аудиоподдръжка за разлика от северния мост. GMCH не поддържа PCI контролер. ICH,

подобо на южен мост, се отнася за контролери за твърдия диск, за входно-изходните функции (серийни, паралелни портове, USB).ICH е също и PCI контролер. Чрез хъбовата архитектура се увеличава двойно скоростта на пренос на данни между GMCH и ICH и тя достига 266 MB/Sec. Тази архитектура позволява да се постигне значителни по-висока производителност.

(Новите чипове от серията 800 използват архитектура с хъбове,в която предишният северен мост се нарича MCH(Memory Controller Hub-хъб на контролера на паметта), а предишният южен мост се нарича ICH (I/O Controller Hub-хъб на контролера за вход/изход), Вместо да се свързват през PCI шината, както е при стандартната конструкция със северен/южен мост, те се свързват по специализиран интерфейс, който е два пъти по- бърз от PCI. Хъбовата конструкция предлага няколко предимства пред конвекционалния дизайн със северен/южен мост:Хъбовият интерфейс е 4x (с учетворена честота) 66Mhz 8-битов (4 x 66MHz x 1 байт=266MB/сек.)интерфейс,който има два пъти по-голяма пропускателна способност от PCI(33MHz x 32 бита=133MB/сек.)Намалено натоварване на PCI шината.Хъбовият интерфвйс е независим от PCI и не споделя, нито пък краде от капацитета на PCI шината за трафик между компонентите на чипсета или Super I/O чипа. Това подобрява производителността

на всички останали устройства,свързани към PCI шината, защото тя не се използва за

транзакции. Намалено опроводяване на платката.Въпреки че е два пъти по-бърз от PCI,

хъбовият интерфейс е широк само 8 бита и изисква 15 сигнала, за да бъде реализиран на дънната платка. За сравнение на PCI шината са и необходими не по-малко от 64 писти, което повишава генерирането на електромагнитни смущения, системата става податлива на шум и деградиране на сигналите, а производствените разходи се повишават.Този дизайн с интерфейс между хъбовете позволява доста по-голяма пропускателна способност за PCI устройствата,тъй като не съществува южен мост (поемащ и трафика от Super I/O чипа), който да завзема

капацитета на PCI шината. Поради това, че заобикаля PCI, хъбовата архитектура позволява и по-висока пропускателна способност за устройствата, свързани директно към хъба на контролера за вход/изход (предишния южен мост), каквито са новите и по-бързи интерфейси АТА-133 и USB 2.0. Дизайнът с хъбов интерфейс е и много икономичен, тъй като е широк

само 8 бита. Въпреки че изглежда твърде тесен, за да е полезен, именно това е причината за създаването му. Поради това, че ширината е само 8 бита,за реализацията на този интерфейс са необходими едва 15 сигнала,сравнени с 64-те сигнала,изискани от интерфейса на 32-битовата

PCI шина,който се използва при конструкцията с ъс северен/южен мост.Намаленият брой изводи означава по-малко писти по дънната платка,по-малко шум и грешки при синхронизацията,а самите чипове имат по-малко изводи,което ги прави по-малки и по-изгодни за производство.Въпреки, че прехвърля само по 8 бита наведнъж,хъбовият

интерфейс,извършва четири трансфера за един такт,като тактовата честота е 66MHz.При това положение ефективната пропусквателна способност е 4 x 66MHz x 1 байт =266MB в секунда.Това е два пъти повече от капацитета на PCI шината ,която е широка 32 бита,но работи само на 33MHz,т.е. 133 MB/s.И така въз основа на много тесния-но и много бърз-

дизайн,хъбовият интерфейс постига висока производителност на по-ниска цена и по-голям интегритет на сигналите спрямо предишният дизайн със

северен/южен мост.MCH чипът осъществява връзката между високоскоростната

процесорна шина (533/400/133/100/66 MHz), хъбовият интерфейс (66MHz) и AGP шината (533/266/133/66MHz), докато ICH чипът свързва хъбовият интерфейс (66MHz), ATA(IDE) портовете (66/100/133MHz) и PCI шината (33MHz).Чипсета на Intel 845, поддържа само SDRAM памет и поради тази причина не е с високи показатели на производителността. След появата на памети DDR чипсета Intel 845D заменя Intel 845, като Intel представия и новите си творения - чипсетите Intel 845E и 845G. /Има и още един - Intel 845GL:разликата между него и i845G е в поддържаната честота на FSB и липсващата поддръжка на AGP./Основната разлика между чипсета - i845Е и i845G е наличие на вградено графично ядро в i845G и, както се оказа, променен контролер на паметта, позоляващ работата и на 333 MHz.

интерфейс.Това означава по-малко писти на дънната платка, по-малко шум и грешки при синхонизацията, както и по- малък брой изводи на чиповете.

Предимства на хъбовата архитектура:Хъбовата архитектура има доста предимства пред стандартната мостова организация начиповете:

· Хъбовата организация осигурява по-бърз трансфер на данните. Той е

с учетворена честота - 4Х ( 4 х 66MHz x 1B = 266MB/s) т.е. извършва

четири трансфера за един такт като тактовата честота е 66 MHz

което означава два пъти по-голям капацитет от този на PCI шината,

която въпреки 32 битовата си ширина, работи само на 33 MHz, т.е.133 MB/s.

· Намалява се натоварването на PCI шината, тъй като хъбовият интерфейс е независим от PCI и не споделя ресурсите с него, което осигурява по-голяма производителност на всички устройства,свързани с PCI и облекчава работата на Super I/O чипа. Поради това,

че заобикаля PCI шината хъбовата архитектура позволява и по- висока пропускателна способност на устройствата , свързани директно към хъба на контролера за вход/изход, каквито са новите и по- бързи интерфейси ATA - 133 и USB 2.0.

· Намалява се опроводяването на дънната платка, като по този начин се повишава сигурността на трансфера на данните. Това става възможно благодарение на малката му широчина - само 8 бита, така за реализацията на този трансфер са нужни само 15 сигнала.

MCH чипът осигурява връзката междупроцесорната шина, хъбовия интерфейс и AGP шината,

докато ICH чипът свързва хъбовият интерфейс, ATA (IDE) портовете и PCI шината.

ICH чипът включва също и нова LPC (low-pin-coun) шина състояща се от орязана, 4

битова версия на PCI, предназначението на която е да осигурява връзката с ROM BIOS-

а и Super I/O чипа на дънната платка. Чрез използването на същите четири линии за

предаване на данни, адресиране и командни функции, за реализирането на цялата шина

са необходими още девет други сигнала, като общия им брой става 13. Това значително

намалява броя на пистите, съединяващи ROM BIOS-а и Super I/O чипа в една система,

като за сравнвние при мостовата архитектура бяха нужни 96 сигнала за връзка между

ISA шината и тези устройства. LPC шината има максимална пропускателна способност

6,66 MB/s, която е близка до тази на ISA шината и е повече от достатъчна да поддържа

устроиства като ROM BIOS-а и Super I/O чипа. USB шинаUSB (Universal Serial Bus) представлява стандарт, разработен от Microsoft, Intel и други производители на персонални компютри като COMPAQ, Digital Equipement, IBM, NEC за свързване на периферни устройства с ниска и средна скорост. Старите серийни и паралелни портове се заменят от един единствен порт, който е разширяем посредством концентратори и свързване на устройства във верига – маргаритка-оформяйки по този начин дървовидна топология. Кои са предпоставките за появата на тази нова серийна шина?

- максималната пропускателна способност на серийния порт е 115.2 Kbps, а на

паралелния достига до 150 Kbps. При USB пропускателната способност

достига до 12Mbps от и към PC. Това е достатъчно за работа с всички

съществуващи типове периферни устройства и с повечето от новите

високочестотни PC устройства, които излизат на масовия пазар. Например

цифровите камери изискват значително по-широка честотна лента.

- хардуерни ресурси – всеки сериен и паралелен порт изисква свой собствен

канал за прекъсвания ( IRQ). Един PC притежава 16 IRQ канала, повечето от

които са заети. Някои PC имат само 5 свободни IRQ канала преди

инсталирането на периферните устройства. COM портовете могат да

“поделят” IRQ, но някои операционни системи като WINDOWS NT 4.0 не

толерират подобни ситуации. USB изисква само едно IRQ прекъсване.

- Ограничен брой портове. Повечето PC имат 2 – COM порта и 1 – LPT порт.

Възможно е да се добавят още и от двата вида, но с цената на IRQ канала.

Двата нови входно-изходни порта – Universal Serial Bus (USB) и IEEE 1394

премахват всички ограничения на досегашните вх/изх. устройства. Освен това

те се допълват взаимно. USB се справя с по-бавните устройства като

клавиатури, мишки, джойстици, скенери. При тях скоростта на трансфер е 1.5

Mbps. IEEE 1394 поддържа високоскоростните периферни устройства. И двата

типа поддържат технологията Plug and Play. В близко бъдеще компютрите ще

бъдат стандартно конфигурирани едновременно и единствено с USB и IEEE

1394. USB и IEEE 1394 напълно отговарят на стандарта PC99 за добавяне на

устройства - твърд диск, DVD-ROM, MPEG декодер, скенер. Много съвременни

дънни платки имат конектори за USB панели с гнезда.

Гъвкавостта и скоростта са най-атрактивното в USB. Тази шина е многоплатформена с

“горещо включване” и “hot swapping” заменяне, улесняваща закачването и откачването на

периферните устройства към и от мрежата. USB е удобна за потребителите – премахва

необходимостта от инсталирането на разширителни карти в PC и последващото

преконфигуриране на системата. Вместо това периферните устройства ще се конфигурират

автоматично при закачването им към системата, без да се налага да се стартира инсталационна

програма или да се рестартира компютърът. Технически непосветените потребители няма да

се грижат за конфигуриране на IRQ, DMA канали и I/O адреси. И накрая “горещото включване и изключване “ позволява на потребителите да свързват и махат периферни USB устройства,без да е необходимо преди и след това да изключват системата. USB има 7 - битова схема на адресиране и позволява да се включат до 127 периферни устройства. USB не е като SCSI, не е нужно да се задават идентификатори (ID) на никое от устройствата. Освен това не е нужно да свързвате всички USB устройства в една единствена непрекъсната верига. USB устройствата могат да се отклонят от първоначалния източник – вашия компютър – с помощта на USB концентратори. USB концентратора означава специално USB устройство единствената цел на което е да даде възможност да се свържат още устройства към USB веригата. Те отговарят и за това да откриват в кой момент устройствата се включват или изключват от шината. USB концентраторите се различават в зависимост от това колко порта осигуряват. Съществуват USB концентратори в две версии – с 4 и с 7 порта. 7- портовата версия представлява малко квадратче, не повече от 4 инча, която се захранва през трансформатор от основната мрежа.Този концентратор има 7 червени LED индикатора за състоянието. Те стават зелени при включване на USB устройство. Ако 7-те порта са недостатъчни, се свързва втори концентратор чрез верига “маргаритка”. Няма софтуер за инсталиране, просто се ползва специален кабел за USB концентратор, за да се свърже концентратора към USB порта на PC.След като се включи концентратора, вече е възможно да се свържат няколко други устройства към него. Така могат да се свържат 3 устройства и един концентратор, а след това 2 устройства и 2 концентратора към втория концентратор и т. н. докато се включи 127 –то устройство.Всички включени към USB интерфейса периферни устройства се управляват от USB хост-контролер, монтиран на дънната платка на PC или на PCI карта. Хост-контролерът и помощните контролери в концентраторите управляват USB

периферията, спомагайки за намаляване натоварването на централния процесор ,и така подобряват общата производителност на системата. От своя страна системният USB софтуер, инсталиран в операционната система управлява хост-контролера. Данните в USB протичат по двупосочен канал, регулиран от управляващия хост-контролер и от помощните контролери в концентраторите.USB подобрена версия на управлението на шината позволява части от общата честотна лента да бъдат постоянно запазени за определени устройства. Тази

техника се нарича изохронен трансфер на данните (isochronous data transfer).USB интерфейсът съдържа два основни модула: Serial Interface Engine (SIE),отговарящ за протокола на шината и Root Hub, използван за увеличаване на броя на USB портовете. Host Controler обединява както логиката на обработка на входящите и изходящи данни, така и наследената клавиатурна подръжка за PS/2 клавиатури.USB позволява през кабела да се подава ток до 500 mA на устройства без собствено захранване и допуска дори концентратори без захранване да предават ток на такива устройства – в такъв случай консумацията не трябва да превишава

100 mA. 4-портовият концентратор работи с 2.1 A ( 500 mA. на порт и 100 mA. За центъра). 0.5 А ток е достатъчен за захранване на устройства като видеокамери, но засега само скенерите на Logitech могат да се включат в USB мрежа при това оскъдно количество ел. ток.

Куплунги и сигнали на USB

При USB принципно се използва куплунг с 4 –извода. Обменът на данни се

осъществява по две диференциални сигнални линии. ( D + и D - ). Освен това са

предвидени линии за подаване на маса и линии за захранващо напрежение ( +5

V). Диференциалният сигнал на USB е най-малко 1 V. Не се подава тактов сигнал –

такъв се генерира от потока данни.

Всяко USB устройство получава собствен адрес, като са възможни максимално

127 адреса. И те се подават от хост контролера автоматично след включване на

системата. USB поддържа предаването на аудио и на компресирани данни MPEG

2. Максималната скорост на предаване на данни е 12 Mbits/sec, но е предвидена и

високоскоростна версия (High Speed) – USB 2.0 – 480 - 500 Mbits/sec.

Кабелът за високоскоростните устройства е ширмован, а отделните линии са

усукани, като е допустима максимална дължина 5 м. Кабелът при

нискоскоростните устройства е с максимална дължина от 3 м. и не е предвидена

ширмовка и усукване.Всички дейности се иницират от хоста, който може да обслужва прекъсвания,като обикновено използва IRQ11. Осъществява се режим на последователно

запитване (Polling) и никое USB устройство не може само да иницира обмен на

данни. По тази причина и за предпазване от евентуални загуби на данни, докато

шината е заета с обръщение към дадено устройство, останалите устройства трябва да изчакват и трябва да имат вградени собствени буфери (FIFOs). USB комуникация

За идентификация на устройствата служат номера на производителя (Vendor

ID, 2 байта), номер на устройството ( Device ID, 2 байта), номер на версията (2

байта) и код за класа (Class Code – 3 байта). По време на инициализацията от Хост

контролера, който обикновено е в чипсета на дънната платка, се установява

какви видове данни се поддържат и какви ширини на честотната лента ще са

необходими на отделните USB устройства.За предаване на данни се използват различни пакети: Token, Data, Hand shacke.По ID на пакета (PID) те съответно се идентифицират и се различават един от друг.

Наличната широчина на честотната лента се разделя от Хоста на отделни

канали (Pipes) за данни. Установяване на приоритета на отделните устройства

може да стане само посредством реда за последователно запитване от страна на

Хост контролера.

За аудио и видео-данни е необходимо обменът им да бъде ограничен в равни

промеждутъци от време за предаване, чрез което се гарантира дадена ширина

на честотната лента. Такъв режим се нарича изохронен режим (Isohronous Mode).

Изохронният обмен има предимство пред асинхронния. Но за да не се блокира

USB шината от изохронният обмен и да не могат да се предават данни от

асинхронните мишка и клавиатура, Хост контролерът винаги резервира 20% от

наличната ширина на честотната лента за асинхронно предаване на данни.

Данните се предават като неструктурирана поредица от байтове ( Stream Pipe) с

максимален размер на пакета от 1500 байта. За разлика от данните,

съобщенията, които информират Хост контролера дали данните са на

разположение или не и дали могат да бъдат предадени на Token пакета, имат

точно дефинирана структура и се обработват като Message Pipes. Използва се

методът за откриване и корегиране на грешки Cyclic Redundancy Check.

USB използва кодиране на данните наречено NRZI (Non Return to Zero Invert )

или без връщане към нулата с инвертиране. NRZI е метод за кодиране на

серийни данни, при който единиците и нулите се представят чрез

противоположни и редуващи се високи и ниски напрежения, където няма

връщане към нулево или опорно напрежение между кодираните битове.

Единицата се представя без изменение в нивото на сигнала, а нулата се

представя с изменение в нивото. Поредица от нули кара NRZI данните да

променят състоянието на напрежението при всеки следващ бит. Поредица от

единици води до дълги периоди без промяна състоянието на напрежението.

USB конектори.Има два типа конектори за свързване към USB шината.

а) серия А – за устройства, при които кабелът остава включен перманентно-клавиатури, мишки, хъбове.

б) серия Б - за устройства изискващи кабелът да се разкачва-принтери,скенери, модеми и др.

в) описание на изводите на USB конекторите

Извод Име на сигнала Цвят на проводника

1 Vcc червен

2 - Data бял

3 + Data зелен

4 Ground черен

Shield (екран)

Захранващ блок Захранващият блок обикновено е монтиран и се доставя в корпуса на системния блок. Мощността на захранването трябва изцяло и даже с някакъв запас да обезпечава енергопотреблението на всички включени към него устройства.

Обикновено необходимата захранваща мощност е до 200-330 вата за mini-tower и big-tower. Някои блокове работят в режим на ниско потребление (70-75 вата).обикновено се използват два шестконтактни куплунга. За захранване на дисковете са предназначени четириконтактни куплунзи. Тези куплунзи се различават по размер: large style и small style. Когато куплунзите не съответстват, може да се използва специален Y-разклонител.

Захранващите блокове се делят на блокове за AT-корпус и блокове за ATX-корпус. AT-блоковете подсигуряват +5В, -5В, +12 и-12В постоянен ток, имат механически ключ и се включват към дънната платка с помощта на два еднакви шестконтактни куплунга (дори е възможно при невнимателното им включване да се разменят местата им с плачевни за дънната платка последствия).

ATX-блоковете, макар че са предназначени за по-големи номинали, произвеждат

Също напрежение 3,3В и се включват към дънната платка чрез 20-контактен куплунг, изключващ възможността за неправилен монтаж. Освен това, ATX-блоковете, като правило, нямат механически ключ. Когато са включени към електрическата мрежа, те се намират в състояние на понижено потребление (standby), от което могат да бъдат върнати към нормална работа при натискане на електронния ключ върху корпуса, или с програмна команда в отговор на някакво външно събитие. Например, това може да бъде команда по мрежата (тази функция се нарича wake on LAN) или телефонно позвъняване, приети и обработено от модема. Преминаването към състояние standby също може да бъде изпълнено програмно.Pentium 4 е първият процесор с напълно нов дизайн наречен Net Burst архитектура – това е името дадено на новата архитектура имала успех при P6 микроархитектура във фамилията x86 процесори изработени от Intel, ядрото Willamette е първото използвало тази архитектура пуснато в края на 2000 година, то било и първото в линията на процесорите Pentium 4 и от тогава обикновено Pentium 4 използва само Net Burst. В средата на 2001 година Intel пусна адрото Foster което също е базирано на Net Burst, по този начин прехвърли процесорите Xeon в новата архитектура.Pentium 4 базиран на процесорите Celeron също използват Net Burst архитектура.Микроархитектурата на Net Burst представлява много дълбок “instruction pipeline”(канал за инструкции, конвейрн) , който мойе да работи на големи честоти. “Instruction pipeline” е технология използвана при микропроцесорите за да увеличи тяхната работоспособност.Многократно увеличава производителността (throughput), средната стойност на броя инструкции изпълнени за една секунда. Оригиналният Pentium 4, с кодово име “Willamette”, работи на честота от 1.4 и 1.5 GHz и беше пуснат през ноември 2000 година на платформа Socket 423Забележително при представянето на Pentium 4 беше много бързата системнa шина(FSB) – 400 MHz.

Характеристики на първо поколение процесори на Intel Pentium 4.

· През 2000 г е представен нов процесор от 7 поколение с принципно нова

архитектура в сравнение с прдшествениците му-NetBurst.

· Особености на тази компютърна архитектура:насочена към повишаване честотата

на процесора.

· Хиперковейризация- Pentium 4 с ядра Willamette и Northwood е с конвейер от 20

стъпки. Това води до честоти над 2000 MHz. Като недостатък може да се отбележи,

че за 1 такт по този начин се изпълняват по-малко инструкции. Производителността

се намалява и от погрешно предсказани преходи. За целта тук се използва буфер с

по-вече разклонения на преходите и нов алгоритъм за предсказването им, което

води до повишаване точността на предсказванията с 94%.

· Кеш с последователни микрооперации. Тук не се използва традиционена кеш-

памет с инстукции от първо ниво /команди х86/.В кеша се пазят последователност

от микрооперации в предполагаемия ред на тяхното изпълнение. Таква

организация позволява да се намали времето за изпълнение на на условните

преходи и избора на инструкции.

· АЛУ и механизъм за ускорено изпълнение на целочислени операции. За да се

повиши бързодействието на целочислените операции АЛУ се разделя на „бавно

АЛУ”, способно да изпълнява голям брой цело1ислени операции и две „бързи АЛУ”,

изпълняващи само прости операции. По този начин ефективната честота на

тяхната работа превишава тази на ядрото. Тук няма блокове за целочислено

умножение и изваждане, а тези операции се извършват от блока с инструкции

ММХ.

· Система за повторно изпълнение на микрооперациите.

изпълнителния блок е необходимо да се определи времето за изпълнение на

предходните операции, резултата от които са данните за изпълнение на новите

микрооперации. Тогава, когато времето за изптлнение не е правилмно планирано

се използва наи-малкото за изпълнение време. Ако оценката за времето

необходимо за получаване на данните е вярна, микрооперацията се изпълнява

успешно. Ако данните не са получени на време, то те се поставят в отделна опашка

и отново подлежат на планиране. Независимо от това забавяне, то е много по-

малко от това , което би се получило при грешка и изцяло изчистване на конвейера.

При първите процесори на Intel с ядро Willamette се зползва системна шина,позволяваща да се предават данни с честота превишаваща 4 пъти базовата-така ефективната честота при тези процесори е 400 MHz. Кеш от първо ниво за данни 8 КВ,кеш за последователни микрооперации с обем 12000 микрооперации и кеш памет от второ ниво 256 КВ. Технологията на производство на процесора е 180 нм с алуминиеви съединения. В самото начало се използва стария сокет 423 с преходник,а по-късно и Сокет 478.

RAM (Random Access Memory) – памет с произволен достъп. Нарича се “с

произволен достъп” поради факта, че до всяко място от паметта може да се

осъществи достъп толкова бързо, колкото и до произволно друго място. Паметта

служи като буфер между централния процесор и останалите компютърни

компоненти. Централният процесор например, може да изпълнява само тези

инструкции и да ползва само тези данни, които са в RAM паметта. За да

разпечатаме един файл, който е записан на дискета върху принтер, той също

трябва да мине през RAM паметта. RAM паметта е енергозависима памет. Това

означава, че за да помни, на нея и трябва електрически ток. Когато компютърът е

изключен, RAM паметта е празна, а само когато е включен, паметта е способна да

приема и съхранява копие от софтуерни инструкции и данните, необходиме за

работата в момента.

Видове RAM памет

Статична RAM памет (SRAM-static RAM)Използва се в бързодействащи буферни подсистеми (например като кеш памет L2). Опаковката е в DIL чипове или е вградена в CPU. Запомнящята се клетка се състои от flip-flop тригери (електронни компоненти, които имат две състояния с възможност за бързо превключване от едното в другото място). Тя

може да запазва своето съдържание благодарение на малък заряд обикновено батерия.

Тази памет се използва и при премосими компютри и малки електронни устройства,

коити се включват и изключват непрекъснато. Паметта от типа Flash RAM, която

също се използва в преносими компютри, е специална форма на SRAM.Възможността на SRAM да използва съсържанието си позволява да добавате адреси или телефонни номерав своя електронен бележник, да го изключвате, но въпреки това съответният адрес или телефонен номер да остане запазе в паметта, когато отново включите преносимия компютър. Паметта от типа SRAM е много по-скъпа от DRAM и това е причината, поради която тя не се използва като оцновна памет в персоналните компютри.Тя е много по-бърза от DRAM и затова се използва като кеш памет.

Диманична RAM памет (DRAM)

Основна системна памет пакетирана в SIMM или DIMM модули. За запомняща клетка се използва кондензатор, който съхранява електрически заряд. За осигуряване стабилност на съхранената информация се прави презреждане на паметта, т.н. опресняване. Варианти на динамичната памет са:

· FPM (Fast Page Mode) RAM

· EDO (Extended Data Out) RAM

· BEDO (Burst Extended Data Out) RAM

· SDRAM (Synchronous) DRAM

· DDR (Double Data Rate) RAM

· RDRAM (Rumbus) SDDRAM

Double Data Rate Synchronous DRAM (DDR SDRAM) DDR SDRAM е следващото поколение на SDRAM технологолията. Тази памет се появи на пазара през 2000 г., но

масовото й навлизане стана възможно едва след разработването на дънни платки и чипсети, които да я поддържат (т.е. през 2001г.). Паметта DDR DRAM от типа SDARAM, която може да прехвърля по два байта данни за време, за което нормалната SDRAM може да прехвъли един байт. Тя позволява паметта да извършва транзакции в двата такта (на предния и на задния фронт на

импулса). Това е много важно за компютърни системи с много бързи системни шини, като такива над 100 MHz, защото данните към процесора може да се прехвърлят с много по-голяма скорост и процесорът не чака, за да бъде „захранен”. Например с DDR SDRAM на 100MHz или 133MHz шина ефективният трансфер на данните достига до 200MHz или 266MHz. Системи с този тип памет започнаха да се продават на пазара 2000г., а в края на 2001г. Се появиха паметите DDR SDRAM 333MHz , а в началото на 2002г.

паметите DDR SDRAM 400 MHz . DDR SDRAM използва нов вид DIMM модул с 184 извода, като обикновено работят на 2.5 V. За паметта DDR са приети две означения. Първото посочва честота, с която се предават данните. Второто – теоретичнта

пропускателна способност.на модула измервана в MB/s. Например:

· DDR200 (100 MHz) – PC1600 MB/s

· DDR266 (133 MHz) – PC 2100 MB/s

· DDR333 (166 MHz) - PC 2700 MB/s

· DDR400 (200 MHz) - PC3200 MB/s

DDR паметта безспорно е по-бърз стандарт от SDRAM.За Intel Pentium 4 използването на SDRAM води до 30% загуба на скорост. По този начин използването на SDRAM в съвременните компютърни системи води до забелижимо спадане на производителнмостта.

DIMMs – Dual Inline Memory Module.Намаляването на физическите размери на паметта

продължава с въвеждането на памет от нов тип DIMM. DIMM модулите биват два вида – 168pin&184pin. Те съдържат SDRAM чипове и се различават по различните физически

характеристики. Стандартните DIMM мидули имат 168 извода, по един прозорец и от двете страни и два прозореца по протежение на контактната област. Всички DIMM модули са 64-битови или 72-битови (8 бита за контрол по четност или окд за корекция за грешки).

Един стандартен DIMM модул обикновено е равен на две памети от тип SIMM и използва 168-щифтов конектор с висока плътност. Двойните входно-изходни модули памет ( DIMMs )наподобяват SIMMs. Както SIMMs, повечето DIMMs се инсталират

вертикално в разширителни гнезда. Принципно, двата вида DIMMs памет се различават по това, че при SIMMs връзките от противоположните страни на платката са „споени заедно”, за да формират едно контактно поле, а при DIMMs противоположните свръзки остават електрически изолирани, за да не се получават две контактни полета.168-pin и 184-pin DIMMs имат трансфер на данни 64 бита, и обикновено се използват в компютърни конфигурации, които поддържат 64-битова или по-голяма шина за данни. Някои от физическите разлики между 168-pin DIMMs и 72-pins SIMMs са : дължината на модула, броят на резките на модула и начинът, по койтосе инсталитар върху гнездото на дънната платка. Другата разлика е това, че много 72-pins SIMMs се слагат под малък ъгъл, докато 168-pin DIMMs се инсталира директно в гнездото на дъното и остават напълно вертикално спрямо дънната платка. Някои дънни платки за настолни компютри имат слотове и за 72-щифтовите модули SIMM и за 168-щифтовите DIMM.

AUTOEXEC.BAT – ПРЕДНАЗНАЧЕНИЕ

Файла AUTOEXEC.BAT е тясно свързан с файл CONFIG.SYS, т.е. имамного дублиращи команди по между им. В тях се намира и команда REM и зареждане във горната памет, само за последния, вместо окончание HIGH приема допълнителна команда LH (Load High).Файлове с окончание с .bat, представляват набор от команди на операционната система, и ги наричат командни файлове.В състава на AUTOEXEC.BAT, се намират няколко нестандартни програми,които при зареждането си изискват голямо място в паметта.Те трябва да са заредени в първият момент на зареждане на операционната система в противен случай може и да не могат да се установят и работят правилно (съответното съобщение ще е изведено на екрана, показващо невъзможността за

предисвикване на действия в такива програми).ОСОБЕНОСТИ на файла AUTOEXEC.BAТ.Той може да съдържа набор от команди по настройката на системата и

команди на зареждане на някой програми и подобно на други файлове с разширение .bat, представлява пакет команди на операционната система предназначени за автоматично изпълнение. Той се обработва от интерпретатора на COMMAND.COM, доставен с WINDOWS от операционната система MS-DOS, в следствие на което :

Във файла AUTOEXEC.BAT ( и други файлове с разширение .bat), се поставят команди, както и при въвеждане в командните редове.Особеността на файла е че, не се нуждае от превод на машинен език с помощта на програми компилатори и обработка на

интерпретатори, влизащи в състава на операционната система.

CONFIG.SYS- Съдържа информация за скритите допълнителни драйвери (основно намиращи се в BIOS), служещи за посредници между всички възможни устройства и обслужващите ги програми, а също може да съдържа параметри от настройката на съответната операционна система, без които тя работи в стандартен режим т.е. без разширения и екстри нарича се още по „подразбиране”. С помощта на файла IO.sys, явяващ се като допълнение към BIOS и обработващ влизащите в BIOS интерпретатори на BASIC, вследствие на което:

*Използваните от него команди се различават от командите използвани от операционната система.

*Тяхното изпълнение изисква стартирането на намиращата се в BIOS програма SETUP и по възможност първоначално пускане на системата, и затова измененията които внася файла CONFIG.SYS действат след стартиране на компютъра.

Външни запомнящи устройства

Обобщена структурна схема на харддиск (ЗУТМД) .Информацията, постъпваща в ЗУТМД се записва върху повърхността на постоянно въртящи се твърди дискове посредством управление на тока на запис през намотките на магнитната глава. Върху феромагнитното покритие на диска се формират магнитни отпечатъци които се съхраняват неограничено дълго време.

При четене намагнитените участъци на носителя преминават под процепа на магнитната глава и индуцират в нея ЕДН (електродвижещо напрежение),което е функция на

информацията записаната върху диска в кодиран вид.По време на работа на твърдия диск е задължително да се поддържат постоянни обороти на въртене на дисковия пакет. Високите обороти на въртене осигуряват и необходимите условия за “летене” на

магнитните глави над повърхността на диска. Позициониранто на главите над необходимата информация се управлява от системата за позициониране на магнитните глави.Носител, логическа организация.Всеки твърд диск съдържа една или повече плочи на които е записана информацията.Те са съставени от две главни части: базов материал който оформя размера на плочата и дава структура и твърдост, и магнитен слой който съдържа магнитните импулси които представят данните.Във всяко устройство всички плочи са физически свързани заедно на обща централна ос, и се въртят едновременно. Плочите се разделят една от друга чрез разделителни пръстени.Всяка плоча има две повърхности на които може да се съхраняват данни и всяка има глава за четене/писане.

Размерът на плочите е предварително определен от физическия размер на твърдия диск - фактор на формиране. Всяка плоча в един твърд диск има един и същ размер.

Пластът на който се записват данните е много тънък слой магнитен материал, обикновено е дебел само няколко милионни части от инча. След нанасянето на магнитния слой следва нанасяне на тънък защитен слой от въглерод. Отгоре на всичко това се нанася много тънък смазващ слой. Данните върху твърдия диск се съхраняват в блокове, размерът на които

от край време е стандартен за всички твърди дискове и е равен на 512 байта.Блоковете са най-малката частица данни върху твърдия диск, имаща уникаленадрес. За да бъдат записани някакви данни върху твърдия диск, адресът на данните се задава като параметър, предаван към контролера на твърдия диск.Често блоковете се наричат и сектори, а съвкупността от няколко блока (или сектора) се нарича клъстер.

Когато обемът на твърдите дискове е бил малък - до 10 MB твърди дискове,за да се доведе адреса на блока с данни, е било необходимо да бъдат указани 3 параметъра - номер на цилиндъра, номер на сектора върху пътечката и номер на главата. След като обемът на твърдите дискове надхвърли възможностите за адресация, допустими за тогавашните версии на BIOS, се стигна до нов начин за адресация, получил названието LBA (Logical Block Addressing – логическо адресиране на блокове), което е позволило на новите версии на BIOS да адресират до 8 GB дисково пространство. При този метод на адресиране

адресът на блока се описва с един единствен параметър - с линейния адрес на блока. Този

параметър се получава по следната формула:LBA=(cylinders*heads+head)*sectors+(sector-1).

Двигателят, задвижващ дисковия пакет, се нарича шпинделов двигател защото роторът му е директно свързан към шпиндела на дисковия пакет

Дисковия пакет се върти със скорости от 3600 rpm (rotations per minute -оборота в минута) до 15000 rpm (60-250 завъртания в секунда) или повече, с висока точност. Има

управляваща схема с обратна връзка, за да следи и контролира тази скорост с необходимата точност. Управлението на скоростта се поддържа автоматично от сервосистема.В болшинството устройства за обезпечаване на обратна връзка и

управление на шпинделния двигател се използва вместо датчик на Хол, вградена серво-информация, която се използва както за позициониране на магнитните глави, така и за стабилизиране на скоростта на въртене на шпинделния двигател.

Приложенията за различните скорости на въртене на дисковия пакет:

Скорост (об/мин.) 3600 Предишния стандарт, сега е остарял

4200, 4500,4900 Лаптопи

5200 Остарял

5400 Ниско ниво IDE/ATA, лаптопи

7200 Високоскоростен IDE/ATA, Ниско ниво SCSI

10000, 12000, 15000 Високоскоростен SCSI

Шпинделните двигатели се захранват с 12V . При стартиране на двигателя консумацията му е с два до три пъти по-голяма от нормалната докато пакета не достигне работна скорост.Повечето производители програмират устройствата си така че ако две са

на един IDE канал като главен и подчинен – подчиненото устройство забавя завъртането си с няколко секунди.Блок за позициониране на блока магнитни глави

Механизми за придвижване на главите

Този механизъм движи главите напречно на диска и ги позиционира прецизно над желания цилиндър. Има две основни категории:

- Механизми със стъпкови двигатели

Повечето устройства с капацитет до 100MB използваха стъпкови двигатели, но те отдавна са излезли от употреба. Все още се използват при флопидисковите устройства където напречната . плътност на една 1,44MB дискета е 135 пътечки на инч, докато харддисковете имат плътност от над 5000 пътечки на инч.

Електродинамичния механизъм за придвижване (voice coil actuators), наричан още дъгов или линеен двигател, се използва в практически всички произвеждани днес харддискови устройства . по често се използва дъговия двигател (ротационен електродинамичен механизъм за позициониране).Конструкцията на двигателят се състои от постоянен магнит с дъговидна форма закрепен неподвижно за корпуса и подвижен електромагнит (бобина)

разположен в канала на постоянния магнит (с форма на дъга). При пропускане на ток през бобината на електромагнита се създава магнитно поле, което взаимодейства с магнитното поле на постоянния магнит. В резултат на това взаимодействие бобината н електромагнита се премества и извършвадъговоидно движение. Преместват се и магнитните глави които са поставени на противоположния на бобината край на подвижния лост. Сменяйки посоката на тока в бобината се променя и посоката на движението на главите, а променяйки стойността на тока се променя скороста на преместването им.Управлението на дъговия двигател се извършва от управляваща система,наречен серво система (servo). Информация за текущото положение на магнитните глави се получава от адресна информация постъпваща от блока магнитни глави. Адресните маркери са записани върху самата пътечка в точно определени места и се четат от активната в момента магнитна глава.Тази система за позициониране често се нарича механизъм със затворена

обратна връзка (closed loop feedback mechanism).Един електродинамичен механизъм за придвижване със серво управление не се влияе от температурни промени. Когато промяна в температурата кара дисковите плочи да се разширяват или свиват, електродинамичната система компенсира това автоматично, защото тя никога не позиционира главите на

предварително определени позиции. Вместо това електродинамичната система търси специфичната пътечка, като се направлява от предварително записана серво информация, след което позиционира блока с главите прецизно над желаната пътечка независимо от нейното местоположение. Поради непрекъснатата обратна връзка, осигурявана от серво информацията, главите винаги се настройват към текущата позиция на пътечката.

Магнитни глави – конструкция и особености.Магнитните глави обикновенно са два пъти повече от броя на дисковете.Те са комбинирани- главата за четене и запис ползват общ магнитопровод,полунамотки и процеп, а изтриващата глава е от тунелен тип (с изключенир на магнитно-резистивните глави). Всяка глава е разположени на края на държач,притискащ я към работната повърхност. Всички глави са обединени в общ блок и

се придвижват едновременно от дъговия двигател, премествайки се от периферията към центъра на диска или обратно. В даден момент само една отглавите е избрана и има

електрическа връзка с усилвателя за запис и четене и с позициониращата система.

По конструкция те са “летящи” глави. Когато дисковият пакет е в покой, главите са принудени да осъществяват директен контакт с плочите чрез пружинен натиск, но когато пакета се върти, под главите се създава въздушно налягане което ги повдига от повърхността на диска. При съвременните устройства, разстоянието между главите и плочата може да е от 1,27 m m до 12,7m m. Нови носители и конструкции на глави ще направят възможно записването с пълен или частичен контакт.

Малката височина на летене е причината дисковия пакет да е несменяем.

Всяка частица прах, може да накара главите да не четат правилно или дори да

разрушат повърхността на диска.За да се осигури чистотата във вътрешността на устройството, дисковият пакет с главите се сглобява в чисти стаи с клас 100 или по-добър. Тази спецификация означава, че един кубически фут въздух не може да съдържа

повече от 100 частици, чийто размер е по-голям от 0,5 m m. Дисковият пакет с главите на едно устройство не би трябвало да се отваря, освен ако не се намира в такава стая.

През годините в харддисковете са използвани пет основни типа глави:

Ferrite - феритни глави

Thin-Film (TF) - тънкослойни глави

Metal-In-Gap (MIG) -глави с метал в процепа

Magneto-resistive (MR) -магнито-резистивни глави

Giant magneto-resistive (GMR) -гигантски магнито-резистивни глави

Усилвател запис-четене

Усилвателят за запис преобразува потока кодирани данни за запис в ток комутиран през полунамотките за запис на активната магнитна глава.Усилвателят за четена усилва и филтрира индуктираният в четящата намотка сигнал. Нивото на приетия сигнал е много ниско и понякога за избягване на шумовете се използва предусилвател, териториално разположен непостредствено до главите.Иинтерфейс за връзка между HDD и персонален компютър.Интерфейса се е появил в резултат на пренасянето на функциите на

дисковия контролер на РС АТ с шина ISA в състава на самия диск. Създаден е IDE

диск (Integrated Drive Electronics). Стандартният за РС АТ контролер за твърдия

диск е пренесен и включен в електрониката на диска, при което е запазена

регистровата организация на контролера. От всичките сигнали на системната

шина ISA са избрани минимален брой сигнали, като част от тях са буферирани и

заедно с останалите оформят интерфейса АТА.По-късно запазвайки протокола и сигналите на АТА IDE дисковете, към интерфейса АТА вече могат да бъдат подключени до два диска, като единият задължително е Master (устройство 0), а вторият е Slave (устройство 1). И двата диска приемат командите от хост адаптера едновременно, но командите ще се изпълняват от избраното устройство. Да извежда информация върху шината има право само избраното устройство. Тази организация предполага, че ако е

започната операция с едно от устройствата, шината не може да бъде използвана от второто устройство докато не приключи операцията с първото. Това може да се избегне чрез използване на разширен хост адаптер включващ втора шина.Максималният брой шини АТА за едно РС е 4 т.е. до 8 диска. В зависимост от използвания диск и BIOS са възможни различни режими на предаване на данни:

- PIO (Programmed Input/ Output) – реализиран е като последователно

запитване без потвърждаване на обмена между твърдия диск и дънната

платка (процесора). За обмена на данните е отговорен централният процесор.

- DMA (Direct Memory Access) – обмена на данните между диска и паметта се управлява от контролера за директен достъп до паметта.

Четене и запис върху магнитни повърхности

Данните се прочитат или записват върху диска, сектор по сектор. За изпълнение на четене или запис, на стъпковия мотор се указва адреса на пътеката и сектора, а той от своя страна придвижва главата за четене/запис (R/W) до съответната пътека. Когато желаният секторът попадне под главата,започва трансфер на данни. Информацията, която трябва да бъде прочетена или записана на диска, обикновено се намира в специално предназначена за това част от RAM паметта на компютъра. При това системата получава достъп до

данните от тази област със скорост, съвместима с тази на микропроцесора. Главата за четене/запис се състои от намотка - проводници, намотани върху мека желязна сърцевина. Между сърцевината и магнитното покритие на дисковата повърхност има малка междина. Данните се записват върху диска посредством подаване пулсиращ ток на намотката, който води до образуване на магнитен поток в сърцевината от меко желязо. Във въздушната междина,линиите на магнитния поток се отклоняват към покритието на диска, поради по-

ниското магнитно съпротивление на неговата повърхност (в сравнение с това на въздуха). Това от своя страна, води до преориентиране на магнитните домейни на повърхността на магнитното покритие в посока, определена от посоката на тока в намотката. Магнитните домейни на повърхността могат да се установяват в три възможни състояния, в зависимост от посоката на тока, протичащ през главата за четене/запис:

- Ненамагнитени (произволно ориентирани домейни)

- Намагнитени в положителна посока

- Намагнитени в отрицателна посока.

Типична глава за четене/запис.

Четенето на данни става с обратен на описания по-горе процес. Когато намагнитените участъци от повърхността на диска преминат под главата,промените в магнитната полярност индуцират магнитни линии в желязната сърцевина. Това, от своя страна, индуцира малко напрежение в намотката. То се улавя и усилва до необходимите за логическите нива стойности от схемите за четене на дисковото устройство. Съществува една значителна разлика между процесите на четене и запис върху магнитна повърхност. Записът върху повърхността записва области, намагнитвайки ги положително или отрицателно,а при четенето само се откриват промените в магнитния поток (или по-точно

границите между зоните с различна полярност).Едно дисково устройство, независимо от това, от какъв точно тип е, се различава от другите видове памети, например тези, изградени изцяло от полупроводникови елементи (RAM, кеш), с това че включва и повече или по-малко сложни механични компоненти. Оттук следва, че всяко дисково устройство е подложено на (естествено) износване, което с напредване на времето на употреба може да доведе до проява на грешки или до пълен отказ на устройството. Не е така при електронните компоненти, които не се повреждат след продължителна употреба, а само след работа в режими, които не са допустими според техните спецификации (например при работа с по-високи честоти или външни влияния, като твърде висока температура или твърде високо захранващо напрежение. Системи,работещи с въртящи се елементи, каквито са флопидисковите устройства и твърдите дискове, могат да се повредят и при падане и удари, което е особено критично по време на работа.Особеностите на този вид памети винаги трябва да се имат предвид, защо не е рядкост потребителите да разчитат единствено на данните, съхранени на твърдия диск, което е най-меко казано лекомислено.

Глава за четене/ запис с множество междини.

Минималното разстояние между две последователни промени на потока,наречено “плътност на потока” се измерва чрез промяната на магнитния поток на инч (сантиметър) (fcip frpi). То представлява измерване на броя битове данни, които могат да бъдат запомнени в дадена област от носителя. Главите за четене/запис, създадени чрез по-нови технологии са разработени за много високи плътности на записване (15000 fci).

Контактен или безконтактен запис.В зависимост от естеството на магнитния носител, който трябва да бъде прочетен или записан, главата за четене/запис може да се движи директно по неговата повърхност (контактен запис) или малко над него, на тънка въздушна възглавница, създавана от движението на носителя (безконтактен запис).

Твърдите дискове, независимо дали са фиксирани или подвижни, използват

глави на въздушна възглавница, докато гъвкавите носители (ленти и дискове)

най-често използват контактен запис.Твърдите дискове обезателно използват безконтактни глави, отстоящи на въздушна възглавница от носителя. Изключително високите скорости, с които се движи носителя, както и самата структура на покритието от магнитен окис,водят до повреди в главата и носителя почти при всеки контакт между тях. Такъв контакт е известен като взаимодействие между главата и диска (head-to-disk

interference) или просто сблъсък. Последните подобрения, като създаване на по-

малки и леки глави за четене/запис и по-твърди и устойчиви покрития на повърхността на дисковете, намаляват възможностите за повреди при сблъсък до известна степен. Тъй като покритието е параметрично стабилно и се върти с голяма скорост, плътността на данните при твърдите дискове е сравнително голяма. При този вид носители не се използват глави със сложна архитектура.Гъвкавите носители, като флопидискове и ленти, се разширяват и свиват при промени в температурата и влажността. Това води до изместване на

пътечките с данни върху носителя по отношение на точността на позициониране на главата за четене/ запис. За компенсация на това отместване, главите за четене/ запис се движат директно по повърхността на носителя и плътността на пътеките се поддържа ниска. Главите имат по-сложна архитектура, с цел създаване на специални зони в конструкцията на пътеките, които компенсират до известна степен това изместване, причинено от условията на средата.

Типичната конфигурация на оптичната система включва:

-Лазерен диод - генерира тесен лъч светлина, която сепреобразува от специален кристал в тесен кохерентен лъч съсзначително усилена мощност. Кохерентният лъч се фокусира с

леща върху четената в момента пътечка.

-Огледало, което отразява идващия от лазерния диод кохерентен лъч под ъгъл от 90 градуса към долната повърхност на компакт-диска. Аналогично се пречупва и отразената от повърхността на диска(lands) светлина. През специална призма се отделя(по-различната си поляризация) отразената от диска светлина, която се пречупва на 90 градуса, докато идващата от лазерния диод се пропуска направо.

- Фотодетектор

-Шейна, серводвигател

Същност на записа - излъчваната от лазера еднородна немодулирана светлина Б се модулира от информацията за запис А и се превръща в светлинен поток В, който се

фокусира за запис върху повърхността на пистата. Могат да бъдат модулирани най-различни параметри: - интензитет, периодичност, фаза, поляризация, обемни параметри. Най-съществено при оптичните запомнящи среди е свойството им надеждно да

регистрират и съхраняват резултата от въздействието на модулирания лъч при записа.

При този режим лазерът на записващото устройство включва еднократно при започването на процеса на запис и се изключва след като дискът бъде записан, след което не е

възможно към записаните вече данни да бъдат добавяни нови.

Този метод на запис се използва основно при създаване на аудио CD-R (позволява да се избегнат характерните припуквания, които възникват например при запис на музика по

включва между отделните музикални композиции) и при

копиране на цели дискове, когато се създават мастер-дискове.

Track-At-Once (TAO).При този режим записът се извършва "пътечка" (track) по"пътечка", при което след записването на всеки track лазерът загасва (това води до възникване на 2-секундна пауза между песните). При започването на "печенето" на CD-R на софтуера за запис се указва дали дискът да бъде "затворен" или да бъде"отворен". Във втория случай е възможно добавянето на още музикални композиции до запълването на носителя.

Минималната дължина на пътечката е 300 блока (около 600 kB),максималното количество на пътечки на един диск- 99 бр.

(за записване на служебна информация), с изключение на първата сесия, когато от диска Ви ще "отпътуват" около 23 MB.

файл от носителя наличното свободно пространство не се увеличава-просто името на файла се заличава от таблицата за съдържание (table of contents). От тук произтича

целесъобразността на използването на CD-RW носители за тази цел, макар че остават и още някои неудобства: записани по този начин носители могат да бъдат прочетени само в

устройства, поддържащи спецификацията multiread (макар че практически всички по-нови модели на CD със скорост на четене над x4 го поддържат), и това, че не всички

операционни системи поддържат този формат.

Кодиране на данните върху диска

След като всичките 98 кадъра за един сектор са подготвени(независимо дали те

съдържат аудио или данни), информацията минава през един последен кодиращ

процес, наречен EFM-модулация(eight to fourteen modulation - модулация от осем в

четиринадесет). Тази схема взема всеки байт и го конвертира в 14-битова стойност за

съхранение.14-битовите конвертирани кодове са проектирани така, че никога да няма по-малко от 2 или повече от 10 съседни битове за логическа 0. Това е форма на алгоритъма за

кодиране RLL(Run Length Limited - ограничена дължина на пробега), наречена RLL

2,10 (RLL x,y, където x = минимума, а y = максимума от съседни нули). Целта е да се

избегнат дълги поредици от нули, които е по-вероятно да бъдат прочетени грешно,

както и да се ограничи минималната и максималната честота на преходите, поставяни

на записвания носител. При най-малко 2 или най-много 10 нули, разделящи единиците

в записа, минималното разстояние между единици е три времеви интервала(обикновено наричано 3Т), а максималното разстояние между единици е 11 времеви интервала(11Т).

Тъй като някои от EFM кодовете започват и завършват с една или повече от пет нули, между всяка 14-битова EFM стойност, записвана на диска, се добавят допълнителни битове, наречени сливащи битове(merge bits). Сливащите битове обикновено са нули, но може да съдържат и единица, ако това е необходимо за разделяне на дълги поредици от съседни нули, формирани от съседни 14-битови EFM стойности. Освен вече 17-те бита, създадени за всеки байт(EFM плюс сливащите битове), към началото на всеки кадър се добавя и една 24-битова дума за синхронизация(плюс още 3 сливащи бита). Резултатът е общо 588 бита(73.5 байта),които се записват в действителност за всеки кадър. Така се получава, че в действителност върху диска се записват 7203 байта, които представляват всеки сектор.Ето защо един 74-минутен диск реално съхранява 2.4GB записани данни, които след пълното им декодиране и премахване на кодовете за корекция на грешки и друга информация, се свеждат до 650MB потребителски данни.Ето как познати данни(в случая буквите "N" и "O") биха изглеждали в действителност, когато се записват на CD.

Лазерният диод излъчва инфрачервен лъч със слаба мощност към отразяващата

огледална повърхност. Серво двигателят, по команда от процесора, позиционира лъча

върху правилната пътечка на CD-ROM диска, местейки отразяващото огледало. Когато

лъчът достигне до диска, отразената светлина се събира и се фокусира от първите лещи

под диска, отразява се от огледалото и се изпраща към сплитера на лъча. Сплитерът на

лъча насочва връщащата се лазерна светлина към други фокусиращи лещи. Последните

лещи насочват светлинния лъч към фотодетектор, който конвертира светлината в

електрически импулси. Постъпващите в микропроцесора импулси се декодират от него

и се изпращат към хост компютъра под формата на данни.

Пътечки и сектори.Почти всички съвременни записващи устройства са

предназначени за запис на еднократно записваеми носители (CDR),

както и на многократно презаписваеми носители (CD-RW) със скорости, достигащи x16 от нормалната скорост на прочитане на данни от CD, равна на 1500 kB/sec., с възможност за прочитане на същите устройства на голям списък от различни формати, катоVideo CD, CD Extra и т.н. Грубо казано, ако на първа скорост един 74 минутен носител се записва за

около 78 минути, на 10 скорост той ще се запише за около 8 минути.

.SCSI шината може да бъде с 8- или 16-битова ширина. За работа във 8-битов режим (SCSI-1, Fast SCSI, Ultra-SCSI, Ultra SCSI-2 със скорости на трансфер в асинхронен 5 MB/сек.) и синхронен (Fast SCSI и Ultra SCSI) между 10 и 40MB/сек. Всички останали SCSI режими (например Fast-Wide-SCSI, Ultra-2 Wide SCSI...) използват синхронен 16-битов режим на трансфер, като за свързване на устройство се използва 68-жилен лентов кабел.. SCSI шината не работи на конкретна честота, а си променя честотата постоянно. Трансферът на команди се осъществява асинхронно със 5MB/сек. скорост, като по този начин се осигурява комуникацията на всички закачени към шината устройства.

При начална инициализация на контролера се извършва SCSI Negotiatioan, при което всички свързани към шината устройства "декларират" поддържаните от тях скорости на

трансфер, което позволява при комуникацията с дадено устройство да се избере най-високата поддържана от него скорост. Освен SCSI контролера с default ID7, всички устройства, свързани към него, получават уникален (не се допуска дублиране на ID в рамките на един SCSI канал)SCSI ID номер, който се използва за последващото

индентифициране на физическото устрийство. Най-често ID номерът се настройва чрез група от джъмпери, монтирани на устройството. Донякъде е възможна настройка и чрез SCSI BIOS, когато контролерът го има.

От изключителна важност за функционирането на системата от SCSI устройства е правилното им терминиране. Според спецификациите устройствата, намиращи се в двата

края на шината (или в случая, на самия кабел) трябва да са терминирани. При SCSI-1 и SCSI-2 устройствата със скорости на трансфер на данните до 10 MB/сек се използва пасивно терминиране със съпротивление, което затваря веригата.Другият тип терминатори е активен и представлява много по-удобен и по-удачен начин на терминиране. При него се използва електрически захранвано съпротивление. При LVD терминаторите, използвани днес за терминиране на устройствата, свързани към LVD интерфейс, се използва

вариант на активното терминиране, при което LVD терминаторът в зависимист от сигнала на един от пиновете се самоконфигурира за работа в SE (Single Ended) или LVD (Low

Voltage Differential) режим

SCSI контролер (ADAPTEC 29160, SYMBIOS 896), като към единия канал се свързват един тип бързи устройства, а към другия -бавните от друг тип. При това към един такъв двуканален контролер може да бъдат свързани 2 групи от по 16 устройства,

или общо 32! (включително двата контролера).

Новите SCSI твърди дискове със скорост на въртене от 15000 об/мин имат време за достъп под 3 мс срещу типичните 8.5 при IDE. Това е много важен параметър при сървърите,

съхраняващи огромно масиви от данни. Терабайтовите масиви се изграждат от SCSI дискове с малко време за достъп. Често SCSI устройствата са предпочитани при работните станции,занимаващи се с обработка на големо видеофайлове и по принцип на файлове с големина десетки и стотици мегабайти.Най-голямата досега система за съхраняване на данни (април 2001 г.) е изградена от хард дискове Seagate Barracuda с капацитет 180 GB и има сумарен обем от 11.5 TB.

ФУНКЦИОНАЛНА БЛОК СХЕМА НА ВИДЕО СИСТЕМАТА

• 
  DDC 1 – едностранен, от монитора към компютъра за за предаване на данни за модела на монитора параметрите на поддържаните видео режими;
  
• 
  DDC 2 – двустранен обмен на данни.