В продължение на 17 години (от 1986 до 2003 г.) наборът от инструкции на x86-съвместимите



Дата09.01.2017
Размер338.06 Kb.
Изпитна тема 17

В продължение на 17 години (от 1986 до 2003 г.) наборът от инструкции на x86-съвместимите

процесори е 32-битов. С течение на времето това започва да се превръща в тясно място, защото 32-

битовият процесор не може да адресира повече от 4 GB (2 32 байта) памет. Гледната точка на Intel по

това време е, че x86 архитектурата вече е изживяла времето си и трябва да бъде замена с

перспективния процесор Itanium, разработван от години съвместно с компанията HP. Itanium

използва съвсем различна от CISC и RISC процесорна архитектура, наречена VLIW. VLIW (набор от

команди със свръхголяма разрядност), което усложнява структурата на процесора и забавя скоростта

на работата му.

Въпреки теоретичните предимства на тази архитектура, нейната производителност при работа

със съществуващите 32-битови приложения е разочароваща, а цената - главозамайваща. AMD вижда

в тази ситуация своя шанс най-после да открадне от Intel правото да прави промени в x86

архитектурата. Разработените 64-битови разширения от AMD бяха кръстени AMD64, които

получават наименованието Athlon 64.

Освен, че е 64 битов процесора притежава още някои особености: *Ядрото на процесора

включва за първи път при РС логика, до сега разполагана в северният мост на чипсета. Това е

контролера управляващ потоците данни, команди и управ. сигнали между основните компоненти на

РС-то –процесор, ОП и ПУ, за да се повиши бързодействието на подсистемта на паметта. Именно тя е

тясното място при изпълнение на динамични изчисления. Контролера на паметта е на един кристал с

процесора. Той е съединен директно с превлключвателя вътре в чипа, а той на свой ред е включен

към вътрешната шина на процесора.

*Използване на високо скоростен HyperTransport 16 разряден канал, верига от данни управлявана

от контролер. Тук тази шина свързва процесора с периферния мост /южен мост/, но гъвкавостта на

това решение се състои във възможност та между тях да се включат голям брой „тунели”, подържащи

различни шини и устройства.

*64-битова архитектура -да, Athlon 64 е 64-разряден процесор, Неговите регистри с общо

предназначение са 64 битови. Но в архитектурата на AMD64, която е заложена Athlon 64, не само са

разширени съществуващите регистри, но са добавени още – 8 регистри с общо предназначение и 8



регистри за SSE. Набора от инструкции не е изменен, а е допълнен максимално коректно – за достъп

до допълнителните команди се използвеат командни префикси. Athlon 64 е способен да изпълнява

всякакъв 16- и 32-разряден код без изменение, работейки в реален и защищен режим съответственно.

В останалата част ядрото на Athlon 64 прилича на ядрото на Athlon XP.

Пеработен е конвейера – увеличен на два пъти дължината му (сега тя е 17 степенна, 17

степени за числа с плаваща запетая и 12 степени за целочислена аритметика. Сравнете: при Athlon

XP конвейерът се състоит от 10 степени, при Pentium 4 Northwood – от 20 степени, при Pentium 4

Prescott – от 31 степени.

За съжаление, AMD не са поправили блока за изчисления с плаваща запятая – той както и

преди е предвиден за 80-разрядни, а не 128-разрядни данни, затова скоростта на изпълнение на

инструкции SSE, а също и SSE2, поддръжката на които е включена в Athlon 64, е не достатъчно

добра.


Кеша от първо ниво при Athlon 64 съвпада с кеша при Athlon XP – 64+64 Кб, двупортов, с

два асоциативни набора. Кeшa от второ ниво е еднопортов , с 16 набора, включен към вътрешната

шина с помоща на на 128-битова, а не с 64-битова шина, както при Athlon XP. Както и преди

-сумарния обем кешираните данни при Athlon 64 педставялява сумата от кеша от второ ниво и кеша

данни от първо ниво.

В Athlon 64 е добавена термозащита, позволяваща екстренно да се спре процесора при

прегряване. Още едно подобрение –системата за динамично управление честотата и напрежението на

ядрото Cool’n’Quiet, позволява да се понижи общото потребление на енергията без ущрб на

производителността.

Сравнителна характеристика между три от 64 битовите процесори на AMD:

Athlon 64 FX-51

Корпус


Честота

Технология

напряжение

Встреен


контролер

на паметта

Подържана

Регистрова

DDR400/ DDR333/

памет DDR266 SDRAM

+

128 Кбайт (по 64



Кбайта за код и

данни)


1024 Кбайт

DDR400/ DDR333/

DDR266 SDRAM

Двуканален, 128-

битов

едноканелен, 64-



битов.

няма


Socket 940

2.2 ГГц


0.13 мкм, SOI

1.5В


Athlon 64 3200+

Socket 754

2.0 ГГц

0.13 мкм, SOI



1.5В

Athlon XP 3200+

Socket 462

2.2 ГГц


0.13 мкм

1.65В


-

Поддержка

ECC

+

128 Кбайт (по 64



Кбайта за код и

данни)


1024 Кбайт

-

128 Кбайт (по 64



Кбайта за код и

данни)


512 Кбайт)

L1 кеш


L2 кеш

Подръжка

SIMD SSE2/SSE/3DNow! SSE2/SSE/3DNow!

инструкции

Подръжка


на

технология

AMD64

+

+



SSE/3DNow!

-

Схема на компютърна система с Socket 939 (Athlon 64 FX-53) и шина PCI-Express.



Чипсет VIA K8T800

K8T800 поддържа и процесори на AMD – Athlon 64 FX и Opteron

Както и останалите чипсети на VIA, той се състои от северен и южен мост. Южнят мост –

това е добре известния чип VT8237, съдържащ контролери за шини PCI, USB (8 портов) и LPC,

контролери за интерфейсите на Parallel ATA/133, Serial ATA/RAID (два порта, поддерживаются

уровни 0, 1, 0+1 и JBOD), AC’97/MC’97, мрежови контролер, контролер н за мишката и клавиатурата.

Със северният мост се свързва чрез шина V-Link (533 Мб/с), а не HyperTransport. В северният мост е

вграден контролера за AGP. Подержката на паметта се осъществяа от процесора. Севернят мост

K8T800 поддържа максимална честота на шината HyperTransport – 800 МHz.

IEEE 1394 шина

На фона на изключителното разнообразие на всевъзможни интерфейси и шини,

използващи се в персоналните компютри (PC и MAC), челното място, освен IDE, SCSI и

USB, заема и интерфейсът IEEE 1394, превърнал се в индустриален стандарт.

IEEE1384 или FireWire e последователна високоскоросна шина, предназначена за обмяна

на цифрова информация между различни устройства - компютри, видеомагнетофони,

DVD рекордери, видеокамери и др. Благодарение на сравнително ниската цена и

голямата скорост на предаване на данните тази шина намира все по-голямо приложение.

Нейната изменяема архитектура и еднорангова топология правят IEEE1394 (FireWire)

идеален вариант за работа с мултимедиини приложения в реално време.

И все пак кое е това, което прави IEEE 1394 добър интерфейс?

Универсален цифров интерфейс - позволяващ предаване на данни между различни

устройства, без да има загуба на информация;

"Горещо" включване - интерфейсът позволява устройствата да се включват и изключват

при работещ компютър;

Последователната вместо паралелната шина, позволява използването на кабел с малък

диаметър и куплунг с малък размер;

Подръжка на широк спектър устройства, с които IEEE1394 работи;

Захранване на външни устройства по кабела на IEEE1394;

Висока скорост на обмен на данните - от 100, 200 и 400 Mb/sec;

Възможност да се изгради мрежа от различни устройства в най-различна конфигурация;

Простота при използването;

Поддръжка на синхронно и асинхронно предаване на данни;

Открита архитектура - не е необходими специални програмно осигуряване, за да може да

работи интерфейса;

Поради причините, посочени по-горе, IEEE1394 може да се използва със следните

устройства:

Компютри;

Аудио и Видео мултимедиини устройства;

Принтери и скенери;

Хард дискове (HDD);

Цифрови видео камери и видео магнетофони и други.

RAM памет

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.

Основните предназначения на RAM паметта са следните:



Да съхранява копие от системните софтуеърни програми, които контролират базовите



функции на компютъра. Това копие се зарежда в RAM – паметта, когато компютърът се

включи и остава там през цялото време докато той е включен;

Временно съхранение на копие от приложни програми, чиито инструкции се извикват и

изпълняват от централния процесор;









Временно съхранение на данни, които се въвеждат от клавиатурата или други входни

устройства, докато те бъдат съхранени за по-дълго време на устройствата за съхранение

на данни или бъдат прехвърлени към централния процесор за обработка;

Временно съхранение на данни, които са резултат от обработка, докато бъдат извикани

от друг процес за обработка или бъдат прехвърлени към изходните устройства като

екран, принтер или диск.

Обемът на RAM паметта, която имате инсталирана на вашия компютър, се отразява

пряко върху възможностите му да работи с големи и сложни програми. Паметта

обикновено се измерва в мегабайти (МВ). По принцип, колкото повече памет има

компютърът, толкова по-добре, защото ще може да:

Изпълнява по-големи програми;

Съхранява копие на две или повече програми, които да се изпълняват едновременно;

Работи по-бързо и по-ефективно;

Съхранява изображения за създаване на графики и анимация;

Може да обработва повече данни едновременно.

Първите компютри нямаха много памет спрямо днешните стандарти. Те можеха да

оправляват до 64KB RAM. В днешните компютри паметта може да се разширява до

512MB RAM и повече. Днес не се произвеждат компютри с памет по-малка от 1МВ. Тази

памет е достатъчна, за да работят повечето програми под управление на MS-DOS. За по-

мощните продукти, които работят под управление на WINDOWS (MS-Office, Page Maker,

Corel Draw и др.) е необходима памет от 8МВ нагоре. Но паметта на всеки компютър не

може да се разширява безкрайно. Това зависи от архитектурата на системната платка и

от типа на процесора. Добре е когато купуваме нов компютър, да се интересуваме не

само от това какви са възможностите му в момента, но какви възможности има за

разширение (upgrade).

Най-важните характеристики, които трябва да се знаят при паметта, са следните:

Физически пакет, в който се произвежда;

Тип използвана технология за памет;

Бързина, с която работи;

Дали поддържа някакъв тип корекция за грешки.

Бързодействие на RAM паметта

Когато процесорът се нуждае от информация от паметта , той изпраща заявка, която която се

приема от контролера на паметта.Контролерът изпраща заявка към паметта и съобщава на

процесора кога информацията е готова за четене. Бързината на този цикъл зависи от скоростта на

паметта, както и от бързодействието на магистралата. Бързодействието се измерва в ns и в MHz .

Това бързодействие се отнася за времето, необходимо, за да се изпрати искания блок от данни от

паметта към системната шина и след това до процесора. Колкото по-малко е това време, токова

по-бързо могат да се движат данните в компютъра.Паметта от типа FPM RAM има бързодействие

от 60 до 70 ns. Памет от тип EDO RAM работи в границите между 50 и 70 ns, SDRAM работи с

бързина от 10 до 15 ns, a DDR SDRAM има скорост между 4 до 8 ns.

Време за достъп

Времето за достъп се измерва от момента, в който модулът памет получи заявки за данни до

момента, в който данните са готови за предаване. Измерва се в наносекунди. Времето за достъп

зависи от модула памет. При старите модули то достига до 50-80 ns, а при съвременните достига

до 7-8 ns . По-малките стойности означават по-голямо бързодействие.

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 поюбърза 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

FPM, EDO и BEDO са вече извън употреба. Причината за това е, че те не работят с честотата на

системната шина, а поне 2 пъти по-бавно от нея. А това води до загуба на много време при работата

на CPU. През 1996г. на пазара се появява SDRAM, която напълно заменя FPM, EDO и BEDO.

SDRAM е много по-бърза и по-надеждна от тях. Причината за това е, че тази памет работи със

скоростта на системната шина, а това ускорява многократно процеса на доставяне и получаване на

данни от и към CPU. Това се дължи на новодобавената интегрална схема, която функционира като

тактов (синхронизиращ) механизъм. Контролера знае точното време, когато изискваните данни ще са

готови, така че процесорът не трябва да чака дълго за достъп до паметта. Поради своята връзка със

скоростта на системната шина SDRAM обикновеносе комбинира с такъв тпи систена шина, какъвто

тя може да поддъража. Така например PC100 SDRAM е за системни шини за 100 MHz системни

шини, PC133 SDRAM за системи със 133 MHz системни шини и т.н. Така системната шина се

захранва толкова бързо, толкова тя изисква и това се трансформира в по-добра производителност.

SDRAM чиповете имат предимството да изполват технологиите припокриване (interleaving) и

монополизъм (bursting), която допълнително ускорява паметта.

Стандарт на

Форамат на модула

модула


PC66

PC100


PC133

Тип на



чиповете

10ns


8ns

7.5ns


ТактоваСкорост на Ширина на

честота MHz шинаташината

66

100


33

66

100



33

8

8



8

Трансфер


MB/s

533


800

1066


SDR DIMM

SDR DIMM


SDR DIMM



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 2001 г.). 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.

Новият стандарт DDR-II

Бъдещето на технологиите за RAM памети принадлежи на DDR-II. От много време се говори за този

стандарт и той вече е факт на пазара. Има разлики мажду сегашната DDR памет и DDR-II.

Конструкцията е главната разлика - контактните крачета на модула са увеличени от 182 на 240. Друга

важна разлика е използването на FBGA опаковка, за ралика от DDR-I, при който се използва TSOP.

Схемите в FBGA опаковка работят много по-стабилно поради възможността за калибриране на

импулсните сигнали. Друга много важна и съществена разлика е намаленото захранващо напрежение

- то намалено от 2.5 V на 1.8 V, което води до значително по - малка консумация на мощност.

DDR паметта без знчение дали е синхронна или не се състои от три основни части:





Захранваща схема

Входни-изходни (I/O) буфери

Масив от DRAM клетки, който заема 90% от площта на интегралната схема.

За да се предаде информацията от паметта, тя трябва да се отвлече от клетката DRAM в I/0 буфер

и оттам да се предаде по шината. Това става веднъж на тактов цикъл – по време на нарастващия

фронт на вълната. DDR SDRAM удвоява пропускателната способност на SDRAM като извършва две

извличания на тактов цикъл и съответно две предавания (при нарастващия и при намаляващия фронт

на вълната).

При DDR-II увеличената пропускателна способност се получава за сметка на удвоената тактова

честота на I/O буферите, които при такова положение вече извършват четири извличания от DRAM

масива за един тактов цикъл. Предаването се извършва по принципа на DDR, но при удвоена тактова

честота на DRAM масива. Тактовата честота и в трите случая е една и съща, но броят на предаваните

данни е различен. Така за SDRAM при 64-битова шина, използвана в съвременните персонални

компютри и при 100MHz тактова честота се получава (64 x 100)/8 = 800MB/s скорост на трансфер. За

DDR-I скоростта на трансфер е (64 x 2 x 100)/8 = 1600MB/s, за DDR-II (64 x 4 x 100) = 3200MB/s.

Direct Rambus – RD DRAM

Direct Rambus е нов вид DRAM, наречена на името на фирмата, която я разработи и която се

противопоставя на традиционните памети. Тази технология е изключително бърза в сравнение с по-

старите памети и започва да се прилага в PC системите от висок клас в края на 1999 г. Intel подписват

договор с Rambus през 1996 г. , че ще поддържат RDRAM паметта до 2001 г. Първоначално RDRAM

паметта прехвърля данните със скорост от 800 MHz през тясна 16-битова магистрала, наречена Direct

Rambus Channel. Тази излключително бърза тактова честота вероятно се дължи на особеността,

наречена „двутактова” (“Double Clocked”) двуканална памет, което позволява на данните да се

пренасят в двата края на тактовия импулс. Така че всяко устройство, в което е приложено RDRAM

модул осигурява 1,6 гигабайта в секунда производителност по шината за данни - два пъти повече,

отколкото при 100MHz SDRAM и същата скорост както при PC1600 DDR SDRAM. Всички

преимущества на тази памет са свързани с контролера на Direct Rambus DRAM. Този контролер е по-

сложен и по-интелигентен отколкото при обикновените SDRAM и DDR SDRAM. Това позволява да

се постигне много висока ефективност при предаване на данните. Друга жавна характеристика на

RDRAM паметта е, че тя има ниско ниво на консумирана енергия.

Някои от скоростните модификации на паметта са:



PC600 (300 MHz FSB – 1200 MB/s);

PC 800 (400 MHz FSB- 1600 MB/s);

PC1066 (533 MHz FSB – 2.1 GB/s);

Тази памет се среща във вид на 184 pin RIMM модул. Те са подони п размер и п форма на DIMM

модулите, но на са взаимнозаменяеми. RIMM модулите са налични в капацитети до 1GB.

Кеш – памет – принцип на действие и характеристики

Кешът работи на скорости, около или съответстващи на тези на процесора, т.е. това е паметта, от

която процесорът директно чете и пише. По време на операциите за четене данните във

високоскоростната кеш-памет предварително се прехвърлят от по-бавната DRAM. До скоро

скоростта на DRAM беше ограничена до 16МНz (време за достъп 60ns), но сега вече има времена

около 9 ns.

За да се конвертира времето за достъп в наносекунди до скорост на работа в MHz, се използва

формулата:

1 / наносекунди Х 1000 = MHz;

От MHz в наносекунди обратната формула:

1 / MHz Х 1000 = наносекунди;

Когато PC системите работеха на 16 MHz и по-малко, DRAM паметта можеше напълно да

поддържа темпото на дънната платка и CPU – нямаше нужда от кеш-памет. Само че това отдавна не е

така и DRAM не издържа на темпото, което се случи още при CPU 80386, които вече работеха на 20

MHz. Там за първи път беше използвана кеш-паметта, като високоскоростен буфер, изграден от

SRAM чипове, който директно захранва CPU с данни. Тъй като кеш работи на скоростта на CPU,

системата е проектирана така, че кеш контролерът да предвижда към коя част от паметта да се обърне

CPU и предварително зарежда съответните данни във високоскоростната кеш. И ако след това CPU

извърши обръщение към адрес от паметта, данните се извличат от високоскоростана кеш, вместо от

много по-бавната основна памет.

Характеристики на кеш-паметта



коефициент на успеваемост – това е съотношението между попаденията в кеша и всички

обръщения към паметта.

попадение – когато необходимите на CPU данни са предварително заредени в кеша от

основната памет.

cache miss (кешов пропуск) – положението, при което кеш контролерът не е предвидил

нуждата от специфичния адрес, желаните данни не са предварително заредени и CPU трябва

да ги извлече от много по-бавната основна памет.

wait states ( състояние на изчакване) – ако CPU и интегрирания му кеш работят на 2,4 GHz,

техните тактове са през 0,5 ns, докато при основната памет тактовете ще са около 6 пъти по-

бавни – през 3 ns, което ще рече тактова честота само 333 MHz. Което означава, че всеки път

щом CPU чете от DRAM паметта, той се забавя фактически до 333 MHz. Това са така

наречените състояния на изчакване, когато CPU нищо не прави. Очевидно е защо все повече

функцията и конструкцията на кеша стават все по-важни с увеличаване на скоростта на

системата.

Методът кеширане – „80/20”



Този метод опредлея, че от всички програми, информации и данни, около 20% от тях се

използват в приблизително 80% от времето и обратното – останалите 80% от данните в системат се

използват в 20% от времето.

Кешови нива

Двата най-разпространени типа кеш-памет се означават като L1 (Level 1 - ниво 1) и L2 (Level 2 -

ниво 2). Има и кеш-памет L3 (Level 3). Този вид не е много популярен при по-старите модели

ком¬пютърни системи, нo намира приложение при новите процесори на Intel c 64-битова архитектура

Itanium u Itanium 2. Всяко ниво на кеш-памет представлява отделна част памет и се третира от

процесора независимо. Въпреки че в тех¬ническо отношение кеш-паметта е вид памет, в повечето

случаи L1 и L2 са вградени в процесорния чип или в самата процесорна карта. Така че тя е по-скоро

елемент на процесора, отколкото на паметта.

L1 (Level 1 - ниво 1) – по традиция кеш-паметта L1 e по-малката от двете и се разполага в



самия процесор. Тъй като кеш-паметта L1 e интегрирана във вътрешността на

микропроцесора, тя обикновено работи със същата бързина, с каквато и централният

процесор; така например при процесор с тактова честота 1000 MHz, скоростта на връзката

към кеш-паметта L1 e също 1000 MHz.

Размерът на L1 кеш-паметта варира от 16 KB до 64 KB, a скоростта от 5 ns npu

процесорите Pentium нa 200 MHz до 0.36 ns пpu процесорите Pentium 4 на 2.8 MHz.

L2 (Level2 - ниво 2)- L2 се разполага извън CPU, нo в непосредствена близост. Когато



процесорът работи с няколко вида кеш, първо проверява кеш-паметта L1, след това кеш L2 и

накрая - основната памет. Напоследък в някои процесори кеш- паметта L2 се интегрира в

процесорната платка или в самия чип, подобно на кеш-паметта L1. Това ускорява достъпа до

по-големия кеш L2, което от своя страна ускорява бързодействието на компютъра.

Характеристики на твърдият диск:



Скорост на въртене – измерва се в rpm. Тя се определя от бързината на мотора, който върти



диска. Колктото по-бързо се движи той, толкова по-бързо секторите минават под главите

следователно ще има по-голям трансфер на данни.

Размер на плочите – в момента стандарт за настолните компютри е 3,5”, а при преносимите –

2,5”


Време за достъп (Access Time) – показва колко трябва да се чака от заявката за данни до

получаването им. При съвременните модели времето е за достъп е около 8 милисекунди. По-

малко време за достъп – по-добре

Производителност – тя зависи от времето за позициониране (Seek Time и Latency) и скоростта

на трансфера.

Seek Time е времето, необходимо на главите да се преместят от една на друга позиция върху

плочата и се измерва в милисекунди (ms). Той зависи от отдалечеността на двете позиции

следователно при различни разстояния ще има различни времена. За това се излислява Average Seek

Time (средно време), което е доста важна характеристик

В реални условия данните са разположена хаотично на твърдият диск, затова и Seek Time е голям. За

да се подобри трябва дискът да се дефрагментира, така данните се подреждат и главите изминават

минимални разстояни при четенето на даден файл следователно и скоростта на диска се повишава.

Latency е времето което главата чака, след като се е преместила на дадена пътечка, плочата да

докара под нея точката, която трябва да бъде прочетена или записана. То зависи от скоростта на

въртене на плочите – колкото по-бързо се въртят, толкова е по-малко времето. Тук също се изчислява

Average Latency, за да може да бъде събрано с Average Seek. Колкото е по-нисък резултата от сумата

на двата показателя – толкова по-добре.

Скоростта на трансфера е третият важен фактор. Той зависи от размера на кеша и видът на

интерфейса. Кешът на твърдият диск служи за по-бързо достигане до данните. Интерфейсът на

твърдият диск е начинът, по който се предават данните, след като се прочетат от плочата.

Употребата на кеш паметта при твърдият диск е по-различна от тази между процесора и паметта

– тук кешът е посредник между устройства с голяма разлика в скоростите, докато кешът за паметта

може да намали зявките към по-бавното устройство до нива, с които то може да се справи.

Освобождаването на процесора за полезна работа, докато диковият кеш буферира предаването на

данни, е много важно. Поради тези взаимоотношения увеличаването на скоростта на предаване до

диска може значително процесора.

Четене и запис

Всяка плоча е покрита с магнитен слой, на който информацията се съхранява. Тя се записва на

диска чрез предаване на електомагнитно течение през антена или четящо/записваща страна, която е

много близо до магнитния материал. Със завъртане, той сменя поларизацията си обикновенно към

течението. Информацията може да бъде прочетена от четящо/записваща страна, което прави

електрическа промяна в магнетизираните полета.

Съществуват два основни режима за четене на данни от твърдия диск. При първия, след като постъпи

заявка за прочитане на няколко блока с данни (заедно с адресите им), контролерът на твърдия диск

осигурява прочитането на първия от блоковете (сектори) и запазването му в кеша на твърдия диск,

откъдето вече операционната система ги презаписва в собствената памет на компютъра. Следва

прочитане и запис в кеша на диска на следващия блок и т.н. При другия режим (Block Mode)

контролерът на твърдия диск получава заявка за бройката сектори, които ще бъдат прочетени за един

такт, след което контролерът осигурява прочитането и записа на данните в кеш, откъдето процесът,

управляван от операционната система ги „взима” наведнъж, като най-идеален е случаят, когато

размерът на фрагментите с данни, заявени за един такт е не по-малък от Blocking Factor (това

представлява параметър, характеризиращ количеството блокове, обявявани за обслужване на един

условен такт). И в двата случая от особено значение е качеството на драйвера, управляващ

операциитествърдиядиск.

Преди години, когато обемът на твърдите дискове е бил малък, 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. Този метод е бил реализиран програмно в BIOS-а на

тогавашните дънни платки, но тъй като тогавашните твърди дискове конструктивно не са имали

възможност да съдържат повече от 8 въртящи се плочи (респективно 16 глави), BIOS-а не е могъл да

адресира повече от 504 MB обем. (Осигурена от BIOS поддръжка за 63 сектора, 1024 цилиндъра и 255

глави). Това е било и първата адресация на диска – CHS (Cylinder, Head, Sector).

1024 (цилиндъра)*16 (глави)*(63 сектора * 512)=504 MB

По-нататък, 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

Logical Block Adressing (LBA), 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)

BIOS-ът извършва тази транслация, а контролерът от своя страна трябва да има поддръжка на

този режим на адресация. Ако логически бъде увеличен параметърът HEADS, това ще доведе до

намаляване на параметъра CYLINDERS при адресиране на същото количество сектори (блокове). Тъй

като конструктивно е физически неудобно използването на много глави (по-удобно е да се увеличава

плътността на записа върху плочите, отколкото броят им, респективно бройката глави). BIOS с

поддръжка на LBA транслира „излишните” цилиндри в логически „глави” (heads), намалявайки

единия параметър и увеличавайки другия. Затова не бива да се учудваме, когато в BIOS-a или с

някаква програма установим, че твърдия ни диск съдържа 255 глави (защото все пак те няма как да се

събератвътре);ставадумазалогическиглави.

AWARD BIOS, освен LBA адресацията, поддържа и адресация, наречена Large, предназначена за

твърди дискове с капацитет до 1 GB, които не поддържат LBA. При този метод на адресация

количеството логически цилиндри е намалено наполовина. Твърдите дискове с Large адресации са

несъвместимисLBAиобратно.

Впоследствие, след като твърдите дискове преминаха границата от 8 GB, бе разработен нов метод

за адресация, който за съжаление е несъвместим с предишните (затова в съвременните BIOS-и с цел

съвместимост в секцията за метод на адресация присъстват и по-старите методи, като LBA

например). Този метод на адресация използва за формиране на адреса не BIOS-а на дънната платка, а

специалните драйвери за осигуряване на работа на твърдите дискове. Разбира се, BIOS все още

участва при процедурата за начално зареждане, осигурявайки инициализацията на устройството и

първоначалнотопрочитене(зареждане)надрайвера.

За по-ефикасна работа с големи (от порядъка на десетки гигабайти) дискове, почти всеки ги

разделя на дялове (partitions). Понякога, например в случай на използване на няколко файлови

системи в рамките на един физически диск, той следва задължително да бъде разделен на дялове.

Това се извършва по програмен път, при което потребителят определя (с няколко изключения)

размера и количеството на дяловете върху твърдия диск. Информацията за количеството и обема на

намиращите се на твърдия диск дялове се съхранява в най-първия блок на твърдия диск с адрес

0000h:7c00h. Най-новият тип сменяеми носители не се базира на принципа на

магнитнотозапаметяване,аизползвафлаш-памет–специалентип

полупроводникови чипове,които не изискват никакво захранване за да

потдържат записаното в тях съдаржание. Картите с флаш-памет могат много

лесно да се местят от цифрови фотоапарати към преносими или настолни

компютри възможно е дори да се свързват директно и с фото принтери или

устроиства с вграден дисплей. Флаш-паметите могат да се използват за

съхранение на каквито и да е компютърни данни Как работи Флаш-паметта

Флаш-паметта е разделена на блокове, а не на баитове, както е при

нормалните модули RAM памет. Флаш паметта, която се използва в BIOS в чипо-

вете на по-новите компътри, е заменена от процес, познат като тунелен ефект

на Фаулър-Нордхейм. Този процес премахва заряда от непостоянния гейт,

асоцииран с всяка клетка от паметта. След това Флаш паметта трябва да се

изтрие,предидасезаредисновиданни.

Скоростта, изискванията за слаб ток при програмиране, както и ком-

пактният размери на последните флаш-памет устройсва направиха флаш

паметта перфектен “другар” на преносимите устройства, като ноут буци и

цифрови фотоапарати, които често наричат флаш памет усторйствата “цифрови

филми”. За разлика от истинския филм( фотолента ), цифровия може да се

изтрие и върху него да се снима отново. Типове флаш-памет устройсва

В момента масово се използват няколко вида флаш-памет устройства, и е важно да се знае кои от

тях се използват от вашия цифров апарат или цифровата ви камера. Основните типове включват:





CompactFlash



SmartMedia

MultiMediaCards

Memory Stick

ATA PC Cards (PCMCIA)

CompactFlash

CompactFlash устройството беше разработено от SanDisck Corporation през 1994 година и

използва АТА архитектура, за да емулира дисково устройство; Едно CompactFlash устройство,

свързано към компютъра има буква за име на дисково устройство точно както останалите ви дискови

устройсвтва.

Оригиналният размер на Compact Flash беше Type I (дебелина 3.3мм.); по-новия Type II размер

(дебелина 5мм.) побира устройства с по-висок ка-пацитет. И два вида Compact Flash карти със

широки 1.433 инча(3,64см.) и са дълги 1,685 инча (4,28см.), адаптери им позволява да се включват

към РС Card слотовете на ноутбуците. Compact Flash Association(http:// www.CompactFlash.org) е

организация наблюдаваща развитието на стандарта.

SmartMedia

Иронично, но SmartMedia картата ( позната първоначално като SSFDC, което е съкращението от

solid state floppy disck card – полупроводникова фло-пидискова карта ) е най-простата от висчки флаш

памет устройсва: Smart-Media картите съдържат само флаш памет без каквито и да е управляващи

логически схеми. Тази простота означава, че за да се постигне съвмесност м/у различните поколения

SmartMedia карти, е възможно да се наложи ъпгрейд на устройствата, използващи SmartMedia.

MultiMediaCard

Картите MultiMediaCard (ММС) са най-новите и най-малки запаметяващи

устройства с флаш-памет, проектирани за използване в цифрови фотооапарати

и голямо разнообразие в други устройства, включващи Smart Phone устойства,

МР3 плеъри и цифрови камери (наричани също камкордери).

ММС беше разработена съвместно от SanDisck и Infineon Tehnologies AG

( прeди това Siemens AG ) през Ноември 1997 год. ММС използва прост 7-

изводен сериен интерфйс към устройствата и съдържа нисковолтова флаш-

памет. Има предложение за разработка на Secure MultiMediaCard, за да се

осигури запаметяване на защитена с авторски права цифрова музика.

Организацията MultiMediaCard Association(www.mmsa.org) беше основана през

1998 година да поущри разработката на ММС стандарта и да помогне при

разработването на нови продукти.

Sony Memory Stick

Компанията Sony, която е силно обвързана с производството на ноутбуци и

голямо разнообразие на цифрови фотоапарати и камери има своя собствена

версия флаш-памет, познато като Sony Memory Stick. Тези устройства използват

уникалния превключвател за защита от изтриване които пречи на случайното

изтриване на вашите фотографии. Sony лицензираха Memory Stick технологията

и на други компании, като например Lexar Media.

ATA - съвместима РС Card памет

Въпреки че форм - факторът PC Card (РСМСIA) в момента се използват за

всичко – от игрови адаптери до модеми от свързани към SCSI интерфейс до

мрежови карти – оригиналното му предназначние беше за компютърна памет,

както се вижда и от стария акроним PCMCIA( Personal Computer Memory Card

International Accosiation- международна асоциация за карти с памет за

персонални компютри).

Първоначално оптическите дискове можеха да се записват само във фабрични

условия със скъпа и сложна техника,а след това да бъдат четени от по

достъпни устроиства.Процесът на записване на CD-ROM диска става,като

огледален образ на диска с всички дупки и гладки повърхности,се използва за

щамповане не пластмасовото дъно на диска с точно копие на цялата спирала,а

не се прогаря с лазер, както много хора си мислят.След това върху пластмасата

се нанася алуминий,които се покрива с лак,в резултат на което се получава

готовия диск.Точността е много голяма.Съседните цикли на спиралата са само

на 1.6 микрона един от друга,което означава че на всеки инч се съдържат почти

16 000 такива цикли.Въпреки че се използва лазер за гравирането на данните

върху стъклен мастер,(оригинален диск) покрит с фоточувствителен

материал,използването на лазер за директно прогаряне на копия би било

нерентабилно за производството на стотици хиляди бройки.

Обратното прочитане на информацията става чрез отразяване на лазерен

лъч с ниска мощност от отразяващия слой на диска.Лазерът излъчва

фокусирана лъч под повърхността на диска,а фоточувствителния рецептор

открива кога светлината се отразява обратно.Когато светлината попадне върху

равен участък (плоско място) върху пътечката, тя се отразява обратно,а когато

попадне върху трапчинка (изпъкнало място),тя не се отразява. Докато дискът се

върти над лазера рецептора,лазерът непрекъснато осветява повърхността,а

рецепторът вижда последователност от премигвания,защото лазерният лъч

постоянно попада ту в трапчинка ту в равни участъци.Всеки път когато лазера

минава покрай ръб на трапчинка,светлината не се отразява.Или всяка промяна в

състоянието на отразяване,причинено от пресичането на ръба на трапчинка, се

транслира като бит за логическа единица.Микропроцесори в устройството

транслират преходите светло – тъмно и тъмно – светло при ръбовете не

трапчинките в логическа единица, а областите където няма преходи, се

транслират като логически нули.След това тези поредици от битове се

транслират в действителни данни или звук.

Основни харектеристики на CD-ROM

Основна спесификация на CD-ROM е скороста на въртене, задавана като 24X

(24 скоростно), 40X , 56X.Това е коефициент,който показва колко пъти по-бързо

се върти CD-ROM дискът в сравнение с обикновен

аудиокомпактдиск.Стандартната скорост 1x при аудиокомпактдисковете се

преобразува в скорост на трансфер от 150KBps, което не е много по-бързо от

трансфера със скорост на охлюв от 62KBps при 3.5”-инчовото флопидисково

устройство.Едно 32-скоростно CD-ROM устройство работи с трансфер на данни

от 4.7MBps.Колкото по бързо се върти CD-ROM устройството, толкова по бързо се

прехвърлят данните към процесора.

Друга важна характеристика е времето за достъп,което се измерва в

милисекунди (ms).То е мярка за времето необходимо, за да се достигне до

конкретното място на носителя.Реалната производителност на едно CD-ROM

устройство се определя от комбинацията на скоростта на въртене и времето за

достъп.

В момента се произвейдат основно 3.5” и 5.25” оптически дискове с няколко

стандарта на капацитета им. 3.5” оптически дискове предлагат капацитети 128

и 256МБ, а 5.25” дискове – 650МБ, 700МБ, 750МБ.

RAID Redundant Array of Independent Disks

Масив с излишък от независими дискове

Принцип на функциониране

От набора дискови устройства се създава масив, който се управлява от

специален контролер и се счита от компютъра като един логически диск с голям

капацитет.

Благодарение на технологията се постига:

Високо бързодействие – за сметка на паралелно изпълнение на

операциите по вход/изход на данни;

Повишена надеждност на съхранение на данни – чрез дублиране на

данни или изчисляване на контролни суми. Защита от загуба на данни си

извършва само при физически отказ на твърд диск.

Тенденции



До неотдавна RAID-технологията беше актуална в сървърния пазарен сегмент.

Днес ситуацията е коренно променена, благодарение на чипсетите i915 и i925

на Intel. В южния мост ICH6R е вградена уникална технология Intel Matrix Storage

Technology, която позволява на база два твърди диска да се построят два

различни RAID-масива ("нулево" и "първо" ниво).

Основни нива RAID-масиви

Съществуват няколко основни нива RAID-масиви: RAID 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7.

Съществуват и комбинирани нива, такива като RAID 10, 0+1, 30, 50, 53 и т.н. В

настоящия материал ще бъда разгледани само нивата 0 и 1, които на този етап

се обслужват от вградения в ICH6R контролер.

RAID 0

Дисков масив без устойчивост на откази



(Striped Disk Array without Fault Tolerance)

Информацията се разбива на блокове, които едновременно се записват на

отделни дискове, което осигурява повишаване на производителността. Такъв

начин на съхранение е ненадежден тъй като повредата на един диск води до

загуба на цялата информация.

RAID 0, като правило се използва в области където е необходимо бързо

предаване на голям обем данни. За реализация на масива се необходими

минимум два диска.

RAID 1

Дисков маси с дублиране



(Mirroring & Duplexing)

Дисков масив с дублиране на информацията (огледални данни). В най простия

случай два диска съдържат еднаква информация и се явяват един логически

диск. При дефектиране на единия диск, функциите му се изпълняват от другия.

За реализация на масива са необходими минимум два диска

ФЛАШ БАЗИРАНИ ТВЪРДИ ДИСКОВЕ - Solid State Disk (SSD)

За разлика от традиционния HDD (Hard Disk Drive), новите SSD (Solid State Disk)

не разполагат с механично движещи се части и консумират много по-малко

енергия, което е фактор от ключово значение в света на мобилните компютри.

SSD дисковете са флаш базирани, като записваната върху тях информация се

съхранява не върху магнитен диск, а в чипове флаш памет. Solid state дисковете

доскоро намираха приложение основно в самолетната, космическата и

телекомуникационната индустрията. Благодарение на значителното намаляване

на разходите по производството на NAND flash памети напоследък става

възможно използван. Новите флаш дискове се очаква да намерят приложение в

бъдещите модели преносими компютри. Те обаче имат един основен недостатък

– високата цена. Ето защо производителите се ориентират към хибридни

устройства, които да съчетават в себе си поне част от предимствата на флаш

дисковете, но на цената на традиционните твърди дискове с въртящи се плочи.

Хибридните твърди дискове (hybrid hard drives или HHD) по същество



представляват класически твърд диск с интегриран буфер от флаш памет за

съхранение и бързо извличане на някои от най-често използваните в тях данни.


База данных защищена авторским правом ©obuch.info 2016
отнасят до администрацията

    Начална страница