Архитектура компьютеров Лекция 6. Вторичная память. Подсистема ввода-вывода А. М. Пеленицын apel@sfedu.ru Южный федеральный университет Институт математики, механики и компьютерных наук им. И. И. Воровича Кафедра информатики и вычислительного эксперимента Весна 2016 А. М. Пеленицын (Мехмат ЮФУ) Вторичная память. Подсистема I/O (1) Весна 2016 1 / 21 Иерархия памяти Рост I стоимости за 1 бит ↑, I объёма ↓, I скорости доступа ↑. Энергозависимость. А. М. Пеленицын (Мехмат ЮФУ) Вторичная память. Подсистема I/O (1) Весна 2016 2 / 21 Устройство магнитных дисков Винчестер: модель 1894 года с патронами .30-30 А. М. Пеленицын (Мехмат ЮФУ) Вторичная память. Подсистема I/O (1) Весна 2016 4 / 21 Устройство магнитных дисков Винчестер IBM 3340 @ System/370, 1973 г. Проектировался для хранения двух блоков по 30 Мб. Первые HDD изобретены IBM в 1956 г. А. М. Пеленицын (Мехмат ЮФУ) Вторичная память. Подсистема I/O (1) Весна 2016 5 / 21 Устройство магнитных дисков Схема современного жёсткого диска Жёсткий магнитный диск Шпиндель Головка Кронштейн Ось вращения кронштейна Разъём питания Устройство позиционирования А. М. Пеленицын (Мехмат ЮФУ) Блок перемычек IDE разъём Вторичная память. Подсистема I/O (1) Весна 2016 6 / 21 Устройство магнитных дисков Технология магнитной записи Read current MR sensor a Tr w ck h idt Write current Shield Inductive write element Magnetization Recording medium А. М. Пеленицын (Мехмат ЮФУ) Вторичная память. Подсистема I/O (1) Весна 2016 7 / 21 Устройство магнитных дисков Сектора и дорожки Сектора Межсекторное пространство Дорожки Междорожечное пространство • • • S6 • • • S6 SN S5 S5 SN S1 S4 S4 S1 S2 S2 S3 S3 А. М. Пеленицын (Мехмат ЮФУ) Вторичная память. Подсистема I/O (1) Весна 2016 8 / 21 Устройство магнитных дисков Фрагмент дорожки жёсткого диска А. М. Пеленицын (Мехмат ЮФУ) Вторичная память. Подсистема I/O (1) Весна 2016 9 / 21 Устройство магнитных дисков Параметры жёсткого диска I скорость позиционирования головки (seek): 5-10 мс; I 5’000–10’000 дорожек; I скорость вращения шпинделя: 5’400, 7’200, 10’800 об./мин.; I 1–12 магнитных пластин; I геометрия диска: цилиндр — головка — сектор (CHS). А. М. Пеленицын (Мехмат ЮФУ) Вторичная память. Подсистема I/O (1) Весна 2016 10 / 21 Устройство магнитных дисков Контроллер жёсткого диска: функции I Обеспечение простого интерфейса: I I поддержка команд READ, WRITE, FORMAT и т. д. LBA (Logical Block Addressing, линейный адрес) → CHS; I преобразование последовательности битов в байты и наоборот; I кэширование; I учёт повреждённых секторов. А. М. Пеленицын (Мехмат ЮФУ) Вторичная память. Подсистема I/O (1) Весна 2016 11 / 21 Устройство магнитных дисков SSD — «убийца» HDD? А. М. Пеленицын (Мехмат ЮФУ) Вторичная память. Подсистема I/O (1) Весна 2016 12 / 21 Интерфейсы вторичной памяти и некоторых I/O-устройств Жёсткие диски IDE (Integrated Drive Electronic) aka ATA (AT Attachment, AT = Advanced Technology от IBM PC AT) I середина 1980-х, IBM PC XT, BIOS-интерфейс; I CHS: 10-4-6 бит 7→ 504 Мб; EIDE (Extended IDE / ATA-2): I I I 28 бит для LBA, заменившего CHS 7→ 128 Гб; до 4-х дисков; CD-ROM / DVD; I ATAPI (Packet Interface, более «умная» шина); I 2003 г. Serial ATA (SATA). А. М. Пеленицын (Мехмат ЮФУ) Вторичная память. Подсистема I/O (1) Весна 2016 14 / 21 Интерфейсы вторичной памяти и некоторых I/O-устройств SCSI (Small Computer System Interface), 1979/86 г. I I I I “SCSI is an intelligent, peripheral, buffered, peer to peer interface”; интерфейс «премиум-класса» (компьютеры Sun SPARC, Apple в 90-е); топология ёлочной гирлянды; параллельный интерфейс. А. М. Пеленицын (Мехмат ЮФУ) Вторичная память. Подсистема I/O (1) Весна 2016 15 / 21 Загружаем Windows 95 по SCSI Интерфейсы вторичной памяти и некоторых I/O-устройств RAID (redundant array of independent/inexpensive disks) I 1988 г., статья Д. Паттерсона и др.; I RAID vs. SLED (Single Large Expensive Disk); I параллелизм; I шесть оригинальных «уровней»: RAID 0, RAID 1, . . . I серверные решения, SCSI. А. М. Пеленицын (Мехмат ЮФУ) Вторичная память. Подсистема I/O (1) Весна 2016 17 / 21 Интерфейсы вторичной памяти и некоторых I/O-устройств RAID 0, 1, 10 А. М. Пеленицын (Мехмат ЮФУ) Вторичная память. Подсистема I/O (1) Весна 2016 18 / 21 Контроль ошибок памяти ECC — Error-Correcting/Controlling Codes (помехоустойчивые коды) (1) I Сообщения длины k и кодовые слова длины n, n > k; I метрика Хэмминга; простейший код, контролирующий ошибки: I I I код проверки чётности; простейший код, исправляющий ошибки: I код троекратного повторения. А. М. Пеленицын (Мехмат ЮФУ) Вторичная память. Подсистема I/O (1) Весна 2016 20 / 21 Контроль ошибок памяти ECC — Error-Correcting/Controlling Codes (2) Кодовое пространство F32 (F2 = {0, 1}): 110 Код проверки чётности: 110 111 010 011 111 010 011 101 101 100 000 100 001 000 Вычисление расстояния Хэмминга: 001 Код троекратного повторения: 110 110 111 111 010 010 011 101 101 100 100 000 А. М. Пеленицын (Мехмат ЮФУ) 000 001 Вторичная память. Подсистема I/O (1) 011 001 Весна 2016 21 / 21