Операционные системы 2011 (1114689), страница 15

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 15)

На магнитной ленте каждая47запись имеет специальные маркеры начала и конца. Также, на каждой ленте размещаютсямаркеры начала и конца ленты (Рис. 35).Магнитная лентаi-ая записьМаркерначалалентыМаркер началаi-ой записиМаркер концаi-ой записиМаркерконцалентыРис. 35. Магнитная лента.Каждая запись на ленте имеет свой логический номер. При возникновении запросана чтение записи с номером i выполняется следующая последовательность действий:устройство перематывает ленту до маркера начала ленты;осуществляется последовательный поиск маркеров начала записей, посленахождения i-го маркера считается, что устройство «вышло» на начало искомой записи;происходит чтение i-ой записи.Устройство прямого доступа обеспечивает выполнение операций чтения/записибез считывания дополнительной (предыдущей) информации.

Примером устройствпрямого доступа могут служить магнитные диски, или дисковые устройства.цилиндрМагнитные головкисекторРис. 36. Принцип устройства магнитного диска.Магнитные диски являются самыми распространенными устройствами внешнейпамяти современных компьютеров. Рассмотрим принципиальную схему организациимагнитного диска (Рис.

36). Устройство представляет собою вал, вращающийся сдостаточно высокой постоянной скоростью. На валу закреплены диски, поверхностикоторых покрыты материалом, способным на основе магнитоэлектрических эффектовсохранять информацию. Количество дисков варьируется в зависимости от типа дисковогоустройства. Также в дисковом устройстве присутствует система головок чтения/записи.Количество головок соответствует количеству поверхностей дисков, и каждая головкаможет работать со своей фиксированной поверхностью. Все головки устройствасоставляют блок головок магнитного диска.

Блок головок может перемещаться от краяповерхностей к центру. Перемещение блока головок осуществляется дискретно, каждая48позиция остановки блока головок над поверхностями (с учетом вращения дисков)образует цилиндр. Таким образом, каждое дисковое устройство характеризуетсяфиксированным количеством цилиндров, которые соответствуют позициям, на которыхможет размещаться блок головок.Все цилиндры пронумерованы (0,1,....Nцилинд). Условные линии пересеченияцилиндров с поверхностями образуют дорожки. Дорожки, относящиеся к одномуцилиндру пронумерованы (0,1,....Nдорожки). Дорожки, принадлежащие одной поверхности,формируют концентрические круги. Все дорожки разделены на фиксированное (дляданного устройства) число равных частей — секторов.

Секторы каждой дорожкипронумерованы (0,1,....Nсектор). Начала всех одноименных секторов лежат в однойплоскости, проходящей через вал. При работе магнитного диска предусмотренавозможность индикации факта прохода блока головок через каждую точку начала сектора(это решается с использованием механических или оптических датчиков секторов), такимобразом, блок головок всегда может «знать», над каким сектором он находится. В каждыймомент времени в блоке головок может проходить обмен с одним из секторов.Рассмотрим пример выполнения операции обмена данными, размещенными в одном изсекторов.

Для задания координат конкретного сектора в устройство управлениямагнитным диском должны быть переданы: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 следующаяпоследовательность действий:шаговый двигатель перемещает блок головок в цилиндр Nc;включается головка чтения/записи, соответствующая номеру дорожки Nt;как только головка чтения/записи позиционируется над началом искомогосектора Ns, запускается выполнение операции чтения (или записи).Таким образом, мы видим, что для выполнения операций обмена с магнитнымдиском не производится чтение какой-либо дополнительной информации с диска, т.е.обеспечивается «прямой доступ» к информации.Производительность внешнего запоминающего устройства — время доступа кхранящейся информации — во многом определяется наличием и продолжительностьюмеханических операций, которые необходимо провести при обмене.

Так, время обмена смагнитным диском будет определяться, в основном, временем выдвижения блока головокв соответствующий цилиндр (это время перемещения блока головок из начальногоположения к цилиндру с максимальным номером), а также временем позиционированияголовки в начало сектора, с которым будет осуществляться обмен (это время не большевремени полного оборота вала). При работе с магнитной лентой механическаясоставляющая обмена существенно больше, поэтому магнитные диски являются болеевысокопроизводительными устройствами и применяются для оперативного храненияобрабатываемых данных.

Магнитные ленты используются для организацииархивирования и долговременного хранения данных.Следующее устройство, которое мы рассмотрим, — это магнитный барабан(Рис. 37). В данном приборе также имеется электродвигатель, к оси которого прикрепленмассивный барабан, поверхность которого покрыта электромагнитным слоем. Двигательраскручивает барабан до достаточно высокой постоянной скорости. Помимо этогоимеется фиксированная штанга, на которой расположены головки чтения-записи.

Подкаждой головкой логически можно выделить дорожку, которая называется треком. Также, как и в диске, все дорожки разделены на сектора. Для адресации блока данных в этомслучае используется только номер дорожки (Nтрека) и номер сектора (Nсектора). Для тогочтобы произвести операцию чтения или записи, устройство управления должно включитьголовку, соответствующую указанному номеру дорожки; а после этого происходит49ожидание механического поворота цилиндра до выхода головки на начало искомогосектора. Таким образом, по сравнению с жесткими дисками, в этом устройствеотсутствует механическая составляющая выхода головки на нужный трек, поэтомуданный тип устройств считается более высокоскоростным.Рис.

37. Принцип устройства магнитного барабана.Напоследок отметим, что магнитные барабаны на сегодняшний день являются внекотором роде экзотическими устройствами: они используются в основном лишь вбольших специализированных высокопроизводительных компьютерах обычно длявременного хранения данных из оперативной памяти.И, наконец, отметим т.н. память на магнитных носителях (доменах) – магнитноэлектронное ВЗУ прямого доступа. Под доменом понимается некоторая элементарнаяединица, способная сохранять свою намагниченность в течение длительного промежуткавремени. Домен может быть намагничен одним из двух способов (отмеченные на Рис.

38либо как «плюс-минус», либо как «минус-плюс»).штанга с головками+ + –– – +доментрекРис. 38. Принцип устройства памяти на магнитных доменах.Принцип работы устройства памяти на магнитных доменах основан на том, что подвоздействием магнитно-электронных эффектов магнитные домены разгоняются вдольсвоего трека до некоторой постоянной скорости. В остальном же принцип работы данногокласса устройств ничем не отличается от работы магнитных барабанов. Соответственно,из-за того, что в данном устройстве нет механической составляющей, оно является ещеболее высокоскоростным по сравнению с предыдущими устройствами.Для считывания или записи информации на данный носитель устройствоуправления включает необходимую головку, которая по таймеру синхронизируется с«приходом» начала искомого сектора, после чего происходит обмен с найденнымсектором.1.2.4.2 Модели синхронизации при обмене с внешними устройствамиВажнойхарактеристикой,вомногомопределяющейфункционирования вычислительной системы, является модель50эффективностьсинхронизации,поддерживаемая аппаратурой компьютера при взаимодействии центрального процессора свнешними устройствами.Для иллюстрации рассмотрим пример.

Пусть выполняемой в компьютерепрограмме необходимо записать блок данных на магнитный диск. Что будет происходитьв системе при обработке заказа на данный обмен? Возможны две модели реализацииобмена, рассмотрим их.Синхронная работа с ВУ. При синхронной организации обмена в моментобращения к внешнему устройству программа будет приостановлена до моментазавершения обмена (Рис.

39). Тем самым при использовании такой модели в системевозникали задержки, которые снижали эффективность функционирования ВС.Рис. 39. Синхронная и асинхронная работа с ВУ.Асинхронная работа с ВУ. При асинхронной организации работы внешнихустройств последовательность событий, происходящих в системе, следующая:1.Для простоты изложения будем считать, что в системе прерыванийкомпьютера имеется специальное внутреннее прерывание «обращение к системе»,которое инициируется выполнением программой специальной команды.

Программаинициирует прерывание «обращение к системе» и передает заказ на выполнение обмена,параметры заказа могут быть переданы через специальные регистры, стек и т.п. Воперационной системе происходит обработка прерывания, при этом конкретномудрайверу устройства передается заказ на выполнение обмена.2.После завершения обработки «обращения к системе» программа можетпродолжить свое выполнение, или может быть запущено выполнение другой программы.3.По завершении выполнения обмена происходит прерывание, послеобработки которого программа, выполнявшая обмен, может продолжить свое выполнение.Асинхронная схема обработки обращений к ВУ позволяет сглаживать дисбаланс вскорости выполнения машинных команд и скоростью доступа к ВУ.В заключении отметим следующее.

Характеристики

Список файлов лекций