Смагин М.С. Вычислительные машины, системы и сети (1088253), страница 11
Текст из файла (страница 11)
После этого задаёт номер строки, выполняя её активацию. Потом, после активации строки, задаётся номер столбца в даннойстроке, где находится интересующая ячейка. Поскольку, как мы уже говорили, основой ячейки оперативной памяти является конденсатор, активация72строки вызывает разряд конденсаторов во всех её ячейках, поэтому послечтения или записи данных выполняется так называемый цикл обновленияданных, в ходе которого, путём перезарядки конденсаторов, обновляется информация во всех ячейках, входящих в активированную строку.Для выполнения всех указанных операций используются управляющиесигналы выбора чипа CS (Chip Select), сигнал строба адреса строки RAS(Row Address Strobe), сигнал строба адреса столбца CAS (Column AddressStrobe) и сигнал разрешения записи WE (write enable).
Периоды времени,проходящие между подачей данных сигналов, и называются таймингами.Традиционно тайминги записывают не в виде единиц времени, а в виде числатактов сигнала тактовой частоты.Стробом называется управляющий сигнал, в котором определяющеезначение играет не фронт и срез, как у сигнала тактовой частоты, а уровень, низкий (нулевой) или высокий (единичный). Уровень стробирующего сигнала, при котором выполняются некие активные действия, называется активным. Чаще всего активным уровнем для управляющих сигналов являетсянизкий.Основными временными характеристиками, или, как принято говорить,таймингами SDRAM являются:1. Задержка между подачей номера строки и номера столбца, называемаявременем полного доступа (англ.
RAS to CAS delay, Trcd),2. Задержка между подачей номера столбца и получением содержимогоячейки, называемая временем рабочего цикла (англ. CAS Latency, Tcl),3. Минимальное время задержки между чтением последней ячейки и подачей номера новой строки. За это время производится обновлениеданных в строке. (англ. Row precharge, Trp).4. Минимальное время активности строки, т.е. минимальное время от подачи номера одной строки, до подачи номера другой строки. Как правило задаётся, как сумма первых трёх параметров (англ.
Row activetime, Tras).735. Скорость выполнения команд. Задаёт минимальное время между моментом активации чипа и началом приёма номера строки. Т.е. это время, затрачиваемое на активацию чипа и открытие нужного банка. (англ.Command rate)Последовательность подачи данных сигналов границы отсчёта таймингов показаны на временной диаграмме.Рис.31 Временная диаграмма работы SDRAM-памятиОписанные задержки – RAS-to-CAS Delay, CAS Latency, RowPrecharge, Row active time и Command Rate – определяют тайминги памяти,обычно записываемые в виде последовательности: 2-1-3-4 (5T).
Т.е. CAS Latency-RAS to CAS Delay-Row Precharge-Row active time-(Command Rate).К примеру, для модуля DDR400 (PC3200) тайминги могут быть следующими: 2-3-3-8-(2T). Это означает, что для данного модуля CAS Latency(Tcl) составляет 2 такта, RAS to CAS Delay (Trcd) – 3 такта, Row Precharge(Trp) – 3 такта, Row active time (Tras) – 8 тактов и Command Rate – 2 такта.Важной характеристикой памяти является объём. При наличии достаточно большого объёма памяти, в него можно целиком загрузить исполняемую программу и все данные для неё, и скорость её выполнения существенно74возрастёт. Однако объём памяти нельзя наращивать до бесконечности. Ограничивающими условиями для объёма памяти являются аппаратные возможности процессора по её адресации и возможности системного программногообеспечения по работе с памятью, которые тоже имеют ограничение.Аппаратные ограничения, наложенные на процессор, определяютсяразрядностью его шины адреса.
Количество адресуемых процессором словможно определить как 2N, где N – разрядность адресной шины памяти.Программные ограничения диктуются особенностями системного программного обеспечения (в случае с персональной ЭВМ, это, в первую очередь, операционная система). Такие программы имеют свои собственные, зачастую весьма сложные дисциплины работы с памятью, рассмотрение которых выходит за рамки нашего курса.Наиболее широко используемые в персональных ЭВМ операционныесистемы Windows XP и Vista не поддерживает работу с оперативной памятьюобъёмом более 4 Гб, в то время, как современные 32-разрядные процессорыимеют функцию расширения адресов, обеспечивающую 36-разрядную адресацию, позволяющую адресовать до 64 Гб ОЗУ. Работу с этой функцией поддерживает операционные системы Windows Server 2003 и Windows 7.64-разрядные версии данных операционных систем поддерживают работу сОЗУ ёмкостью до 2 петабайт (2 миллиона гигабайт).Все упомянутые операционные системы являются многозадачными.
Тоесть поддерживают одновременно работу нескольких процессов. Эффектмногозадачности достигается за счёт переключения процессора между выполнением различных процессов. То есть в каждый момент выполняетсятолько один процесс, но это происходит настолько часто и быстро, что упользователя создаётся впечатление, будто все процессы выполняются одновременно. Все эти процессы хранят свой код и данные в оперативной памятии очевидно, что, при достаточно большом числе процессов, самая большаяпамять может быть переполнена.75Для предотвращения этой ситуации при работе с ОЗУ в операционныхсистемах реализован такой механизм, как «виртуальная память».
Суть его втом, что редко используемые данные и фрагменты кода переписываются изОЗУ на жёсткий диск, − точно также, как переписываются данные из кэша вОЗУ. Таким образом, каждому пользователю доступно гораздо больше оперативной памяти, чем было бы возможно физически. Однако при обращениипользовательской программы к ней, операционная система определяет, какиеданные взять из ОЗУ, а какие – скачать с жёсткого диска. Т.е. механизм оченьпохож на тот, который используется в работе кэш-памяти. Реализация подобного механизма в системе Windows XP позволяет предоставлять каждомупользовательскому процессу виртуальную память объёмом 4 Гб,76Лекция №6Память на жёстких дискахНу а теперь, коль скоро мы упомянули жёсткие диски, поговорим немного о них.
Оставим в стороне вопрос их физического устройства и поговорим об их месте в иерархии памяти и построении сложных долговременныхзапоминающих систем на их основе.Итак, жёсткий диск или винчестер, это вид компьютерной памяти, обладающий максимальной, на сегодняшний день, ёмкостью, сравнительнонизкой скоростью доступа к данным и энергонезависимостью. Объём и энергонезависимость, это две главные характеристики, которые обеспечиваютвостребованность винчестеров при построении вычислительных машин.Важным аспектом, определяющим время доступа к данным и надёжность работы жёстких дисков, является файловая система.
Файл, − это расположенный на диске именованный набор данных, с которым можно выполнить следующие операции: открывать, закрывать, создавать, уничтожать, копировать, переименовывать, отображать.Файловая система организует файлы и управляет доступом к хранящимся в них данным. Основные функции файловой системы:• Управление файлами (File management) – реализация механизмов хранения файлов, обращения к ним и обеспечения их безопасности;• Поддержание целостности файлов (File Integrity) – реализация механизмов защиты информации от повреждения и записи неверных данных;• Реализация методов доступа к хранимым данным.Выполнение данных функций необходимо, в первую очередь, с точкизрения технического обеспечения хранения данных на жёстком диске.
Еслиже смотреть с точки зрения пользователя, то одной из основных функцийфайловой системы будет обеспечение аппаратной независимости. Суть ее состоит в том, что доступ пользователей к данным не должен зависеть от тех77нических особенностей их хранения. Например, обращение к файлам должновыполняться по их символьным именам, а не по физическим, данные должныбыть организованы в той форме, которая удобна пользователю, а не так, какони физически хранятся на диске и т.д.Помимо собственно файлов с данными, на жёстком диске находятсяслужебные файлы, в частности, так называемые «директории». Это файлы,содержащие списки имён других файлов и информацию об их размещении всистеме. Имена файлов, записанные в одной директории не должны повторяться.Если информация о всех файлах системы хранится в одной директории, то такая система называется одноуровневой или плоской.
В большинстве же случаев файловые системы являются многоуровневыми с иерархическим структурированием. В основе лежит корневая директория, а под ней, −директории нижних уровней. Пример организации файловой системы на жёстком диске приведён на рисунке.Рис.32 Пример организации файловой системы78В большинстве файловых систем на дисках хранятся не только пользовательские данные и директории, но и специальные данные. Например, освободных блоках на жёстком диске (чтобы гарантировать, что новые данныене будут записаны поверх записанных ранее).
Эта информация, называемаяметаданными, обеспечивает работу файловой системы и не может быть непосредственно изменена пользователем. Часто для хранения метаданныхсоздаётся единый файл, так называемый «суперблок», который может содержать:• Идентификатор файловой системы;• Информацию об объёме носителя;• Информацию о свободных блоках на носителе;• Информацию о физическом расположении корневой директории;• Дату и время последнего изменения файловой системы;• Информацию о том, нуждается ли файловая система в проверке.Если суперблок будет повреждён или уничтожен, файловая системаможет быть не в состоянии обратиться к данным в файлах.
Чтобы уменьшитьриск повреждения или потери данных, большинство систем хранят избыточные копии суперблока, распределённые по носителю.Часто пользователям требуется доступ к информации, не являющейсячастью «родной» файловой системы (т.е. системы, которая постоянно установлена на данном компьютере). Например, при обращении к компактдискам или флеш-носителям, которые имеют файловую систему, отличающуюся от файловой системы жёстких дисков. Поэтому в файловых системахпредусматривается возможность подключения к другим файловым системам.Такое подключение называется «монтированием». Монтирование объединяетмножество файловых систем в общее пространство имён.
Объединённое пространство имён предоставляет пользователям доступ к данным из разных источников, как если бы все файлы находились в единой файловой системе.79При монтировании одной файловой системы поверх другой, одна из еёдиректорий назначается точкой монтирования и будет отображаться на нижележащую файловую систему, как корневая директория. Современные файловые системы позволяют объявлять точкой монтирования произвольнуюдиректорию в файловой системе. Пример организации файловой системы смонтированным к ней компакт-диском приведён на рисунке.Рис.33 Пример организации файловой системыс монтированным компакт-дискомФайловые системы управляют смонтированными директориями с помощью таблиц монтирования. В этих таблицах содержится информация о путях к директориям, используемым как точки монтирования, и устройствах, накоторых хранятся монтированные файловые системы.
Если родная файловаясистема сталкивается с точкой монтирования, она по таблице монтированияопределяет устройство и тип файловой системы, смонтированной в этой директории. Большинство файловых систем поддерживает множество видов80файловых систем для сменных носителей, − например, UDF для DVD-дисковили ISO 9660 для CD-дисков.Что же касается самих жёстких дисков, то чаще всего для них используются файловые системы NTFS (для операционных систем семейства Windows) или ext4 (для операционных систем типа Linux).Ещё одной важной задачей, решаемой файловыми системами, являетсязадача организации размещения файлов на носителе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
