К. Хамахер, З. Вранешич, С. Заки - Организация ЭВМ - 5-е издание (2003) (1114649), страница 91
Текст из файла (страница 91)
Дисковые массивы йА10 За последнее десятилетие скорость процессоров невероятно возросла и продолжает удваиваться каждые 18 месяцев. Скорость полупроводниковой памяти увеличивается не так быстро. И очень сильно отстают от них по данному показателю жесткие диски, время доступа которых по-прежнему измеряется в миллисекундах. Они, конечно же, тоже постоянно усовершенствуются, но зто усовершенствование выражается главным образом в увеличении емкости, Высокопроизводительные устройства, как правило, очень дороги. К счастью, достичь высокой производительности за приемлемую цену иногда можно и путем использования нескольких недорогих устройств, работающих в параллельном режиме.
В главе 12 будет рассказано, как организуется параллельная работа нескольких процессоров в мультипроцессорных системах. Аналогичным образом лля создания высокопроизводительного запоминаюшего устройства можно задействовать набор магнитных дисков. В 1988 году специалистами из Калифорнийского университета Беркли была предложена система хранения на основе нескольких дисков. Ее назвали КА??) (Кедвлдапг Аггау о??пехрепэ?яе ?)?з?гэ — избыточный массив недорогих дисков). Одновременное использование нескольких дисков позволяет не только увеличить объем и быстродействие запоминающей системы, но и повысить ее надежность.
Для КАПЭ-массивов было разработано шесть разных конфигураций, отвечающих различным задачам. Они названы уровнями КА1?), хотя никакой иерархии не представляют. КАП) 0 — зто базовая конфигурация дискового массива, предназначенная для повышения производительности системы. Один большой файл разбивается на несколько частей, которые записываются на разные диски. Это называется расснмнием данных При обращении к такому файлу для чтения диски могут передавать данные параллельно, так что общее время его пересылки по сравнению со 388 Глава 5. Система памяти временем хранения на одном диске уменьшается во столько раз, сколько дисков в ВА1Р-массиве.
Однако время доступа к конкретному диску, то есть задержки на поиск и позиционирование, не уменьшается. А поскольку все диски работают независимо друг от друга, они имеют разное время доступа. Следовательно, необходимо произвести буферизацию получаемых от дисков фрагментов файлов, в ходе которой файл собирается из частей и отправляется процессору как единое целое. Это простейший способ функционирования дискового массива, при котором уменьшается только время пересылки данных.
Архитектура ВА1Р 1 позволяет повысить надежность хранения данных путем записи их идентичных копий не на одном, а на двух дисках. Такие диски называются зеркальяьгми. Если один из них выходит из строя, операции чтения и записи продолжаются с зеркальным диском. Это довольно дорогой способ повышения надежности хранения, поскольку он требует дублирования всех дисков системы. Уровни ВА1Р 2, ВА?Р 3 и ВА1Р 4 предназначены для повышения надежности системы с помощью различных схем контроля четности, не требующих полного дублирования дисков.
Вся информация, предназначенная для контроля четности, хранится на диске. В ВА?Р 5 также используется схема выявления ошибок, основанная на контроле четности. Однако информация, предназначенная для контроля четности, распределяется между всеми дисками. Разработано и несколько гибридных схем.
Так, ВА?Р 10 представляет собой дисковый массив, одновременно выполняющий функции ВА?Р 0 и ВА1Р 1. Концепция ВА1Р получила коммерческое признание. В частности, компания Ре11 Сошрцтег Согрогас?оп предлагает свои продукты на основе ВА1Р О, ВАЮ 1, ВА1 Р 5 и ВА?Р 10. Цены на магнитные носители за последние несколько лет значительно снизились, так что теперь уже неуместно говорить как о «недорогих» лишь о дисках, составляющих ВА1Р-массив.
Поэтому термин ВАЮ переопределен как массив ~независимых Пш?ерепбепг) дисковь. Типы дисковых устройств Болыпая часть дисковых устройств была разработана для стандартных шин. Производительность дискового устройства зависит от его внутренней структуры и интерфейса, связывающего его с остальной частью системы. Его стоимость определяется прежде всего емкостью, а также объемом продаж конкретного продукта. Диски АТА/ЕЮЕ. Наиболее широкое распространение в мире компьютеров получили всем известные персональные компьютеры 1ВМ РС, впервые выпущенные компанией 1ВМ в 1980 году. Для их шины 1ВМ РС ?шз был разработан дисковый интерфейс. Современная расширенная версия этого интерфейса, ставшая всеобщим стандартом, называется ЕЮЕ (ЕпЬапсеб ?псейгасеб Рпче Е?ессгошсз— усовершенствованные электронные схемы управления встроенным дисководом) или АТА (Ас?тапсег? Тес1шо?ойу Аггас1ыпепг — технологически усовершенствованное подключение).
Многие производители выпускают большой диапазон дисков с интерфейсом Е1РЕ/АТА. Такие диски могут подключаться прямо к шине РС1 (описана в разделе 4.7.1), используемой во многих ПК. Наборы микросхем материнской платы для процессора 1пге1 Репг|цш включают контролер, позволяющий 5.9. Внешние запоминающие устройства 389 подключать диски Е??) Е/АТА прямо к материнской плате. Важным преимуществом дисков Е?Г)Е/АТА является их низкая стоимость, а основным недостатком— то, что при параллельном использовании двух дисков для повышения производительности каждому из них нужен отдельный контроллер. Диски ЯСЯ1. Как вы уже знаете, многие диски имеют интерфейс для подключения к стандартной шине ЯСБ?.
Обычно такие диски дороже, но их производительность выше, поскольку шина БС81 эффективнее, чем РС1. В частности, шина ВСЯ? поддерживает параллельный доступ к нескольким дисковым устройствам, поскольку интерфейс диска активно подключается к шине БСБ? лишь тогда, когда диск готов к пересылке данных. Это особенно полезно в системах, выполняющих огромное количество обращений к файлам небольших размеров, как, например, в компьютерах, используемых в качестве файл-серверов. Диски КА1В.
Диски КАПЭ имеют высокую производительность и обеспечивают надежное хранение больших объемов данных. Они применяются в первую очередь в высокопроизводительных системах, а также в системах с повышенной степенью надежности. Однако по мере снижения цен диски КА??1 все чаще используются в компьютерных системах среднего размера. 5.9.2. Оптические диски Большие запоминающие устройства можно создавать и на основе оптической технологии. Хорошо знакомые вам компакт-диски (С?)), используемые в аудиосистемах, стали первым практическим результатом применения этой технологии. Вскоре после их появления указанная технология была принята в компьютерной среде, для которой разработаны высокоемкие, доступные только для чтения носители, получившие название С?)-КОМ. СП первого поколения были разработаны в середине 1980-х годов компаниями Зову и РЫ!11рз, опубликовавшими полную спецификацию этих устройств.
Технолопи производства СП основана на возможности использовать цифровое представление аналоговых звуковых сигналов. Для обеспечения высококачественной ззлнси и воспроизведения звука на диск записываются частотные характеристики отсчетов звукового сигнала с частотой дискретизации 44,1 кГц. Такая частота дискретизации вдвое выше частоты исходного звукового сигнала, что позволяет воспроизводить его с большой точностью.
Сейчас продолжительность проигрывания записанной на СП музыки должна составлять не менее часа, Время проигрывания СВ первых версий не превышало 75 мин, что соответствует количеству информации, равному 3 х 10з бит, то есть 3 Гбит. С тех пор были разрабютаны устройства и большей емкости. ? ?а видео-С?) может храниться целый фильм, а для этого, как вы понимаете, требуется на порядок больп|ая емкость, чем у аудио-СО.
Мультимедийные С?1 подходят и для хранения больших объемов компьютерных данных. Технология Сгз Используемая в СР-системах оптическая технология основана на применении лазерного луча. Лазерный луч направляется на поверхность вращающегося диска, вдоль дорожек которого располагаются впадины, отражающие сфокусированный 390 Глава 5. Система памяти луч в направлении фотодетектора, фиксирующего записанные на диске двоичные данные. Лазер излучает когерентный свет, состоящий из синхронизированных волн одинаковой длины. Если объединить два одинаковых луча в одной фазе, получится более яркий луч, а если сдвинуть лучи на полфазы, они погасят друг друга. Но если два таких луча будут направлены на фотодетектор, то в первом случае он зафиксирует яркое пятно, а во втором — темное.
Рассмотрим сечение С?) (рис. 5.32, а). Его нижний слой выполняется из поликарбонатного пластика, играющего роль прозрачной основы. Данные наносятся на поверхность диска в виде впадин (р11), чередующихся с плоскими участками— насадками (1апд). Поверх диска с записанной на него информацией наносится тонкий слой отражающего алюминия, а на него — защитное акриловое покрытие. Сверху клеится этикетка. Общая толщина диска составляет 1,2 мм, причем большая ее часть приходится на полнкарбонатный пластик, так как остальные слои очень тонкие. Источник лазерного излучения и фотодетектор располагаются под поликарбонатным пластиком.
Лазерный луч скользит по пластику, отражается от алюминиевого слоя н попадает на фотодетектор. Со стороны лазера впадины выглядят как выпуклости по отношению к плоской поверхности. Что происходит, когда скользящий вдоль диска лазерный луч перемещается от впадины к площадке, видно из рис. 5.32. При вращении диска возможны три разных позиции источника луча и детектора относительно впадин и площадок на его поверхности.
Когда свет отражается только от впадины или только от площадки, детектор фиксирует яркое пятно. Однако на границе впадины, глубина которой равна четверти длины волны лазера, ситуация меняется. Волна, отраженная от впадины, смещается на 180' по фазе относительно волны, отраженной от площадки, и они гасят друг друга. Таким образом, на границах впадина — площадка и площадка — впадина детектор не видит отраженного луча и фиксирует темное пятно. На рис. 5.32, показано несколько переходов между площадками и впадинами.
Если каждый переход, фиксируемый как темное пятно, обозначается двоичным значением 1, а поверхность впадины или площадки — двоичным значением 0, результирующая двоичная последовательность будет такой, как на этом рисунке. Она не является непосредственным представлением хранящихся на диске данных, Для Сг) применяется сложная система кодирования информации. Каждый байт представлен 14-разрядным кодом, позволяющим выявлять и исправлять ошибки, но мы не будем обсуждать его подробно. Впадины располагаются вдоль дорожек диска. Строго говоря, на диске имеется только одна физическая дорожка, раскручивающаяся по спирали от центра диска к его внешнему краю, Каждый из ее 360-градусных фрагментов рассматривается как отдельная дорожка — по аналогии с магнитными дисками.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
