Э. Таненбаум - Архитектура компьютера (1127755), страница 29
Текст из файла (страница 29)
КА1Р-массив уровня 3 представляет собой упрощенную версию КА10-массива уровня 2. Он изображен на рис. 2.19, а Здесь для каждого слова данных вычисляется 1 бит четности и записывается на диск четности. Как и в КА1Р-массиве уровня 2, диски должны быть точно синхронизированы, поскольку каждое слово данных распределено по нескольким дискам. На первый взгляд может показаться, что один бит четности позволяет только обнаруживать, но не исправлять ошибки. Если речь идет о произвольных ошибках, это наблюдение верно. Однако если речь идет о сбое диска, бит четности обеспечивает исправление ошибки в одном бите, поскольку позиция неправильного бита известна. Если происходит сбой, контроллер выдает информацию, что все биты равны О.
Если в слове возникаег ошибка четности, бит с диска, на котором произошел сбой, должен быть равен 1, и, следовательно, он исправляется. Хотя ВА1Р-массивы уровней 2 и 3 обеспечивают очень высокую скорость передачи данных, число запросов от устройств ввода-вывода в секунду не больше, чем при наличии одного диска. Вспомогательная память 1 13 КА1Р-массивы уровней 4 и 5, как и КА1Р-массивы начальных уровней, работают с полосами, а не со словами, имеющими биты четности, и не требуют синхронизации дисков.
КА1Р-массив уровня 4 (см. рис. 2.19, д) устроен так же, как КА1О-массив уровня О, с тем различием, что у КА1Р-массива уровня 4 есть дополнительный диск, на который записываются полосы четности. Например, пусть каждая полоса состоит из Й байт. Все полосы должны находиться в отношении ИСКЛЮЧАЮЩЕГО ИЛИ, и полоса четности для проверки этого отношения также должна состоять из я байт. Если происходит сбой на диске, утраченные байты могут быть вычислены заново при помощи информации с диска четности.
Такое решение предохраняет от потерь на диске, но значительно снижает производительность в случае небольших исправлений. Если изменяется один секгор, необходимо считать информацию со всех дисков, чтобы опять вычислить биты четности и записать их заново. Вместо этого можно считать с диска прежние данные и прежние биты четности и из них вычислить новые биты четности. Но даже с такой оптимизацией процесса при наличии небольших исправлений требуется произвести два считывания и две записи. Такие трудности при загрузке данных на диск четности могут быть препятствием для достижения высокой производительности. Эта проблема устраняется в КА1Р-массиве уровня 5, в котором биты четности распределяются равномерно по всем дискам и записываются по кругу, как показано на рис.
2.19, е. Однако в случае сбоя диска восстановить содержание утраченного диска достаточно сложно, хотя и можно. Диски СО-йОМ Оптические диски, которые изначально использовались для записи телевизионных программ, позже стали одними из основных средств хранения информации в компьютерной индустрии. Благодаря большой емкости и низкой цене оптические диски повсеместно применяются для распространения ПО, книг, фильмов и данных других типов, а также для создания архивных копий жестких дисков. Первые оптические диски были изобретены голландской корпорацией РЫ1(рз для хранения кинофильмов.
Они имели 30 см в диаметре, выпускались под маркой ГазегУ(з(оп, но нигде, кроме Японии, популярностью не пользовались. В 1980 году корпорация РЬ|1(рз вместе с Бону разработала компакт-диски (Сошрасг РЬс, СР), которые быстро вытеснили виниловые диски, использовавшиеся для записи музыки.
Описание технических деталей компакт-диска было опубликовано в официальном Международном Стандарте (18 10149), который часто называют Красной книгой (по цвету обложки). Международные стандарты издаются Международной организацией по стандартизации (1псегпаг(опа1 Огйашхайоп 1ог Бсапг(агйхас(оп, 180), которая представляет собой аналог таких национальных организаций стандартизации, как АХ81, П1Х и т. п. У каждой такой организации есть свой номер 13 (1псегпас1опа1 Бсапбагс1 — международный стандарт).
Международный стандарт технических характеристик диска был опубликован для того, чтобы компакт-диски от разных музыкальных издателей и проигрыватели от разных производителей стали совместимыми. Все компактдиски должны быть 120 мм в диаметре и 1,2 мм в толщину, а диаметр отверстия 114 Глава 2.
Организация компьютерных систем в середине должен составлять 15 мм. Аудио компакт-диски были первым средством хранения цифровой информации, вышедшим на массовый рынок. Предполагается, что они будут использоваться на протяжении ста лет. Компакт-диск изготавливается с использованием очень мощного инфракрасного лазера, который выжигает отверстия диаметром 0,8 микрон в специальном стеклянном мастер-диске. По этому мастер-диску делается шаблон с выступами в тех местах, где лазер прожег отверстия. В шаблон вводится жидкая смола (поликарбонат), и, таким образом, получается компакт-диск с тем же набором отверстий, что и в стеклянном диске.
На смолу наносится очень тонкий слой алюминия, который, в свою очередь, покрывается защитным лаком. После этого наклеивается этикетка. Углубления в нижнем слое смолы называются лунками (р!1з), а ровные пространства между лунками — площадками (!ап<Ь). Во время воспроизведения лазерный диод небольшой мощности светит инфракрасным светом с длиной волны 0,78 микрон на сменяющие друг друга лунки и площадки. Лазер находится на той стороне диска, на которую нанесен слой смолы, поэтому лунки для лазера превращаются в выступы на ровной поверхности. Так как лунки имеют высоту в четверть длины световой волны лазера, длина световой волны, отраженной от выступа, составляет половину длины световой волны, отраженной от окружающей выступ ровной поверхности. В результате, если свет отражается от выступа, фотодетектор проигрывателя получает меньше света, чем при отражении от площадки.
Именно таким образом проигрыватель отличает лунку от площадки. Хотя, казалось бы, проще всего использовать лунку для записи нуля, а плошадку для записи единицы, для единицы надежнее оказалось использовать переход лунка-площадка или площадка-лунка, а отсутствие перехода — для нуля. Лунки и площадки записываются по спирали. Запись начинается на некотором расстоянии от отверстия в центре диска и продвигается к краю, занимая 32 мм диска. Спираль проходит 22 188 оборотов вокруг диска (примерно 600 на 1 мм). Если спираль распрямить, ее длина составит 5,6 км. Спираль изображена на рис. 2.20. Чтобы музыка звучала нормально, лунки и площадки должны сменяться с постоянной линейной скоростью. Следовательно, скорость вращения компакт-диска должна постепенно снижаться по мере продвижения считывающей головки от центра диска к внешнему краю.
Когда головка находится на внутренней стороне диска, то, чтобы достичь желаемой скорости 120 см/с, частота вращения должна составлять 530 оборотов в минуту. Когда головка находится на внешней стороне диска, частота вращения падает до 200 оборотов в минуту, что позволяет обеспечить такую же линейную скорость. Этим компакт-диск, вращающийся с постоянной линейной скоростью, отличается от магнитного диска, вращающегося с постоянной угловой скоростью независимо от того, где в этот момент находится головка. Кроме того, частота вращения компакт-диска (530 оборотов в минуту) совершенно не соответствует частоте вращения магнитных дисков, которая составляет от 3600 до 7200 оборотов в минуту. В 1984 году РЫ!1Рз и Яопу начали использовать компакт-диски для хранения компьютерных данных. Они опубликовали Желтую книгу, в которой определили точный стандарт того, что они назвали СП-КОМ (Сошрасг О!зс-Кеаб Оп!у Вспомогательная память 1 1 5 Мепюгу — постоянная память на компакт-диске).
Чтобы выйти на развитый к тому времени рынок аудио компакт-дисков, компьютерные компакт-диски должны были быть такого же размера, как аудиодиски, механически и оптически совместимыми с ними и производиться по той же технологии. Вследствие такого решения потребовались двигатели, работающие с низкой скоростью и способные менять скорость. Стоимость производства одного компакт-диска составляла в среднем около 1 доллара. адка пьских 2 Кбайт Рис. 2.20. Схема записи компакт-диска В Желтой книге определены форматы компьютерных данных. В ней также описаны усовершенствованные приемы исправления ошибок, что является существенным шагом, поскольку компьютерщики, в отличие от любителей музыки, придают очень большое значение битовзям ошибкам.
Разметка компакт-диска состоит в кодировании каждого байта 14-разрядным символом. Как уже отмечалось, 14 бит достаточно для того, чтобы закодировать кодом Хэмминга 8-разрядный байт, при этом останется два лишних бита. На самом деле используется более мощная система кодировки. Перевод из 16- в 8-разрядную систему для считывания информации производится аппаратно с помощью поисковых таблиц.
На следующем уровне 42 последовательных символа формируют фрейм из 588 бит. Каждый фрейм содержит 192 бита данных (24 байта). Оставшиеся 396 бит используются для исправления ошибок и контроля. У аудио и компьютерных компакт-дисков эта система одинакова. У компьютерных компакт-дисков каждые 98 фреймов группируются в сектор, как показано на рис. 2.21. Каждый сектор начинается с преамбулы из 16 байт, первые 12 из которых образуют значение ООРРРРРРРРРРРРРРРРРРРРОО (в шестнадцатеричной системе счисления), что дает возможность проигрывателю определять начало сектора. Следующие 3 байта содержат номер сектора. Номер необходим, поскольку поиск на компакт-диске, на котором данные записаны по спирали, гораздо сложнее, чем на магнитном диске, где данные записаны на концентрических дорожках.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
