Курынин Р.В., Машечкин И.В., Терехин А.Н. - Конспект лекций по ОС (1114685), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Условные линии пересечения цилиндров споверхностями образуют дорожки. Дорожки, относящиеся к одному цилиндру пронумерованы(0,1,....Nдорожки). Дорожки, принадлежащие одной поверхности, формируют концентрические круги.Все дорожки разделены на фиксированное для данного устройства число равных частей —секторов. Секторы каждой дорожки пронумерованы (0,1,....Nсектор). Начала всех одноименныхсекторов лежат в одной плоскости, проходящей через вал. При работе магнитного дискапредусмотрена возможность индикации факта прохода блока головок через каждую точку началасектора (это решается с использованием механических или оптических датчиков секторов), такимобразом, блок головок всегда может «знать», над каким сектором он находится.
В каждый моментвремени в блоке головок может проходить обмен с одним из секторов. Рассмотрим примервыполнения операции обмена данными, размещенными в одном из секторов. Для заданиякоординат конкретного сектора в устройство управления магнитным диском должны бытьпереданы:− номер цилиндра, в котором расположен данный сектор, — Nc;− номер дорожки, на которой размещается сектор, — Nt;− номер сектора — Ns.После получения координат сектора (Nc, Nt, Ns) выполняется следующая последовательностьдействий:− шаговый двигатель перемещает блок головок в цилиндр Nc;− включается головка чтения/записи, соответствующая номеру дорожки Nt;− как только головка чтения/записи позиционируется над началом искомого сектора Ns,запускается выполнение операции чтения (или записи).Таким образом, мы видим, что для выполнения операций обмена с магнитным диском непроизводится чтение какой-либо дополнительной информации с диска, т.е.
обеспечивается«прямой доступ» к информации.Производительность внешнего запоминающего устройства — время доступа к хранящейсяинформации — во многом определяется наличием и продолжительностью механическихопераций, которые необходимо провести при обмене.
Так, время обмена с магнитным дискомбудет определяться в основном временем выдвижения блока головок в соответствующий цилиндр(это время перемещения блока головок из начального положения к цилиндру с максимальнымномером), а также временем позиционирования головки в начало сектора, с которым будетосуществляться обмен (это время не больше времени полного оборота вала). При работе смагнитной лентой механическая составляющая обмена существенно больше, поэтому магнитныедиски являются более высокопроизводительными устройствами и применяются для оперативногохранения обрабатываемых данных.
Магнитные ленты используются для организацииархивирования и долговременного хранения данных.Следующее устройство, которое мы рассмотрим, — это магнитный барабан (1.2.4.1). Вданном приборе также имеется электродвигатель, к оси которого прикреплен массивный барабан,поверхность которого покрыта электромагнитным слоем. Двигатель раскручивает барабан додостаточно высокой постоянной скорости. Помимо этого имеется фиксированная штанга, накоторой расположены головки чтения-записи. Под каждой головкой логически можно выделитьдорожку, которая называется треком.
Так же, как и в диске, все дорожки разделены на сектора.Для адресации блока данных в этом случае используется только номер дорожки (Nтрека) и номерсектора (Nсектора). Для того, чтобы произвести операцию чтения или записи, устройство управлениядолжно включить головку, соответствующей указанному номеру дорожки, а после этогопроисходит ожидание механического поворота цилиндра до выхода головки на начало искомогосектора. Таким образом, по сравнению с жесткими дисками, в этом устройстве отсутствуетмеханическая составляющая выхода головки на нужный трек, поэтому данный тип устройствсчитается более высокоскоростным.48штанга с головкамиωэлектромотортрекРис.
36.Принцип устройства магнитного барабана.Напоследок отметим, что магнитные барабаны на сегодняшний день являются в некоторомроде экзотическими устройствами: они используются в основном лишь в большихспециализированных высокопроизводительных компьютерах обычно для временного храненияданных из оперативной памяти.И, наконец, отметим т.н. память на магнитных носителях (доменах). Под доменомпонимается некоторая элементарная единица, способная сохранять свою намагниченность втечение длительного промежутка времени. Домен может быть намагничен одним из двух способов(отмеченные на 1.2.4.1 либо как «плюс-минус», либо как «минус-плюс»).штанга с головками+ + –– – +доментрекРис.
37.Принцип устройства памяти на магнитных доменах.Принцип работы устройства памяти на магнитных доменах основан на том, что подвоздействием магнитно-электронных эффектов магнитные домены разгоняются вдоль своеготрека до некоторой постоянной скорости. В остальном же принцип работы данного классаустройств ничем не отличается от работы магнитных барабанов. Соответственно, из-за того, что вданном устройстве нет механической составляющей, оно является еще более высокоскоростнымпо сравнению с предыдущими устройствами.Для считывания или записи информации на данный носитель устройство управлениявключает необходимую головку, которая по таймеру синхронизируется с «приходом» началаискомого сектора, после чего происходит обмен с найденным сектором.1.2.4.2Модели синхронизации при обмене с внешними устройствамиВажной характеристикой, во многом определяющей эффективность функционированиявычислительной системы, является модель синхронизации, поддерживаемая аппаратуройкомпьютера при взаимодействии центрального процессора с внешними устройствами.Для иллюстрации рассмотрим пример.
Пусть выполняемой в компьютере программенеобходимо записать блок данных на магнитный диск. Что будет происходить в системе приобработке заказа на данный обмен? Возможны две модели реализации обмена, рассмотрим их.49Синхронная работа с ВУ. При синхронной организации обмена в момент обращения квнешнему устройству программа будет приостановлена до завершения обмена (1.2.4.2). Темсамым в системе возникали задержки, которые снижали эффективность функционирования ВС.Синхронная организация обменаприостановка выполненияпрограммы, ожиданиезавершения обменаобращение квнешнемуустройствувыполнениепроцесса*обработкапрерыванияобращение к внешнемуустройствузавершениеобработкипрерыванияАсинхронная организация обмена* процесс выполняется до возникновения следующегопрерыванияРис.
38.Синхронная и асинхронная работа с ВУ.Асинхронная работа с ВУ. При асинхронной организации работы внешних устройствпоследовательность событий, происходящих в системе, следующая:1. Для простоты изложения будем считать, что в системе прерываний компьютера имеетсяспециальное внутреннее прерывание «обращение к системе», которое инициируетсявыполнением программой специальной команды. Программа инициирует прерывание«обращение к системе» и передает заказ на выполнение обмена, параметры заказа могут бытьпереданы через специальные регистры, стек и т.п.
В операционной системе происходитобработка прерывания, при этом конкретному драйверу устройства передается заказ навыполнение обмена.2. После завершения обработки «обращения к системе» программа может продолжить своевыполнение, или может быть запущено выполнение другой программы.3. По завершении выполнения обмена происходит прерывание, после обработки которогопрограмма, выполнявшая обмен, может продолжить свое выполнение.Асинхронная схема обработки обращений к ВУ позволяет сглаживать дисбаланс в скоростивыполнения машинных команд и скоростью доступа к ВУ.В заключении отметим следующее. Представленная выше схема организации обменаявляется достаточно упрощенной. Она не затрагивает случаев синхронизации доступа к областямпамяти, участвующим в обмене.
Проблема состоит в том, что, например, записывая областьданных на ВЗУ, после обработки заказа на обмен, но до завершения обмена программа можетпопытаться обновить содержимое области, что является некорректным. Поэтому в реальныхсистемах для синхронизации работы с областями памяти, находящимися в обмене, используетсявозможность ее аппаратного закрытия на чтение и/или запись. То есть при попытке обмена сзакрытой областью памяти произойдет прерывание. Это позволяет остановить выполнениепрограммы до завершения обмена, если программа попытается выполнить некорректные операциис областью памяти, находящейся в обмене (попытка чтения при незавершенной операции чтения сВУ или записи при незавершенной операции записи данной области на ВУ).501.2.4.3Потоки данных.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
