Классическая шинно-мостовая структура чипсета

Шинно-мостовая архитектура на примере AMD-760

Чипсет – комплект микросхем, реализующий управление компонентами компьютер.

Шина – совокупность проводников, предназначенная для передачи электрических сигналов (данных и управляющих сигналов).

В шинно-мостовой архитектуре имеется центральная магистральная шина, к которой остальные компоненты подключаются через мосты. В роли центральной магистрали сначала выступала шина (E)ISA, затем ее сменила шина PCI.

В шинно-мостовой архитектуре имеется центральная магистральная шина, к которой остальные компоненты подключаются через мосты (северный и южный). В роли центральной магистрали сначала выступала шина (E)ISA, затем ее сменила шина PCI. В северном мосту реализован контроллер памяти, ускоренного графического порта AGP и шины PCI. В южном - АТА (IDE) контроллер для жестких дисков, порты ввода-вывода и некоторые другие контроллеры. Шинно-мостовая архитектура чипсетов просуществовала долгое время и пережила много поколений процессоров (от 2-го до 7-го).

Перемещение вторичного кэша с системной платы на процессор (Р6 и Pentium 4 у Intel и К7 у AMD) несколько упростило северную часть чипсета — в ней не надо управлять статической кэш-памятью, а остается лишь обеспечивать когерентность процессорного кэша с основной памятью, доступ к которой возможен и со стороны шины PCI.

Шина PCI в роли главной магистрали удержалась недолго: ее пропускной способности, разделяемой между всеми устройствами, оказалось недостаточно. Тогда и появился порт AGP как выделенный мощный интерфейс между графическим акселератором и памятью (а также процессором). При этом задачи северного моста усложнились: контроллеру памяти приходится работать уже на три фронта — ему посылают запросы процессор(ы), мастера шины PCI (и ISA, но тоже через PCI) и порт AGP.

Шина, к которой подключается множество устройств, является узким местом по ряду причин. Во-первых, из-за большого числа устройств, подключенных к шине, не удается поднять тактовую частоту до уровня, достижимого в двухточечных соединениях. Во-вторых, шина, к которой подключается множество разнотипных устройств (особенно расположенных на картах расширения), обременена грузом обратной совместимости со старыми периферийными устройствами.

9. Способы оптимизации работы НЖМД. RAID-массивы, принципы работы, разновидности.

1. Способы оптимизации работы НЖМД.

Оптимизация чтения-записи - дорожка однозначно определяется номером головки и порядковым номером на дис­ке относительно внешнего края. Секторы идентифицируются своим порядковым номером относительно начала дорожки. Нумерация секторов на дорожке начинается с единицы, а головок и цилиндров — с нуля.

Количество секторов может быть различным (от 17 до 150) в зависимости от типа накопителя. Каждый сектор содержит некоторую служебную информацию и данные. В начале каждого сектора записывается заголовок (Prefix portion), по которому определяется начало сектора и его номер, а в конце сектора (Suffix portion — заключение сектора) содержится контрольная сумма, необходимая для проверки целостности данных. Между заголовком и заключением сектора находится область данных объемом 512 байт (для DOS). Запись информации на дорожках осуществляется не постоянным потоком, а блоками.

Чередование секторов (interleaving) - непоследовательная нумерация секторов на дорожке жесткого диска. При вращении диска головка полностью считывает 512-байтный сектор и посылает данные в контроллер, откуда они передаются процессору. Тем временем диск про­должает вращаться, предлагая головке следующий сектор, а контроллер все еще за­нят обменом данными с процессором. Поэтому для того, чтобы прочитать следую­щий сектор, головка должна ожидать полного оборота диска.

Чередование устанавливается при низкоуровневом форматировании жесткого диска специальной утилитой низкоуровневого форматирования (не содержащейся в DOS) путем записи в секторы служебной информации, в том числе их номера. Эти номера распознаются контроллером НЖМД.

Смещение по секторам - если программа считывает (или записывает) большой файл, занимающий на диске несколько цилиндров, а дорожки на всех цилиндрах находились бы параллельно, то при установке головки на другой цилиндр, диск успевает совершить оборот, и требуемый сектор пропускается (проскакивает). Именно поэтому используется сдвиг по секторам, т.е. цилиндры, расположенные ближе к центру, будут сдвинуты вперёд по направлению вращения относительно внешних цилиндров.

Подобные проблемы возникают и при переключении головок, т.е. при переходе с одной дорожки на другую в пределах одного цилиндра. Если переключение головок происходит медленно, а первый сектор дорожки расположен близко относительно маркера начала дорожки, головка может проскочить первый сектор дорожки. Потребуется ещё один дополнительный оборот диска, и это будет так при каждом переходе с одной дорожки на другую.

Для выбора правильного расположения первого сектора некоторые программы низкоуровневого форматирования позволяют задавать сдвиг головок (Head Skew) относительно маркера дорожки.

SMART - технология оценки состояния жёсткого диска встроенной аппаратурой самодиагностики, а также механизм предсказания времени выхода его из строя. S.M.A.R.T. производит наблюдение за основными характеристиками накопителя, каждая из которых получает оценку, позволяет следить за параметрами устройства, фиксировать критические события во внутренних журналах, расположенных в секторах служебных областей диска, производит тестирование и перенос данных из поврежденных секторов.

2. RAID-массивы, принципы работы, разновидности.

RAID (redundant array of independent disks — избыточный массив независимых дисков) — технология виртуализации данных, которая объединяет несколько дисков в логический элемент для избыточности и повышения производительности.

Принцип функционирования RAID-системы заключается в следующем: из набора дисковых накопителей создается массив, который управляется специальным контроллером и определяется компьютером как единый логический диск большой емкости. За счет параллельного выполнения операций ввода-вывода обеспечивается высокое быстродействие системы, а повышенная надежность хранения информации достигается дублированием данных или вычислением контрольных сумм. Следует отметить, что применение RAID-массивов защищает от потерь данных только в случае физического отказа жестких дисков.

В зависимости от алгоритма представления диска различают следующие типы (уровни) RAID.

RAID 0 — дисковый массив повышенной производительности с чередованием, без отказоустойчивости. Данные разбиваются на блоки, которые равномерно распределяются по всем дискам массива. При параллельных обращениях хоста к различным областям «виртуального» диска, попадающим на разные диски, обращения реально распараллеливаются, что повышает производительность, как по чтению, так и по записи. Отказ любого диска приводит к отказу всего массива.

RAID 1 — зеркальный дисковый массив. Массив из двух (или более) дисков, являющихся полными копиями друг друга. Запись информации выполняется одновременно на все диски, чтение — с любого свободного, в результате чего производительность чтения повышается. Отказ одного диска приводит только к снижению скорости чтения. Отказавший диск может быть заменен, и для ввода его в действие требуется просто копирование данных с оставшегося диска. Недостаток RAID 1 в том, что по цене двух жестких дисков пользователь фактически получает объем лишь одного.

RAID 2 — зарезервирован для массивов, которые применяют код Хемминга. Диски делятся на две группы: для данных и для кодов коррекции ошибок. Данные распределяются по дискам, предназначенным для хранения информации, так же, как и в RAID 0, то есть они разбиваются на небольшие блоки по числу дисков. Оставшиеся диски хранят коды коррекции ошибок, по которым в случае выхода какого-либо жёсткого диска из строя возможно восстановление информации. Отказоустойчивость ниже, чем у RAID 1, производительность невысокая. Избыточность меньше, чем в RAID 1.

RAID 3 — дисковый массив с чередованием и выделенным диском чётности. Данные разбиваются на куски размером меньше сектора (разбиваются на байты или блоки) и распределяются по дискам. Ещё один диск используется для хранения блоков чётности.

RAID 4 -дисковый массив с чередованием и выделенным диском чётности. Похож на RAID 3, но отличается от него тем, что данные разбиваются на блоки, а не на байты. Реализация сложнее, но эффективнее обслуживание коротких запросов.

RAID 5 — дисковый массив с чередованием и «невыделенным диском чётности». Блоки данных и контрольные суммы циклически записываются на все диски массива, нет асимметричности конфигурации дисков. Обеспечивает высокую скорость записи, но ско­рость чтения ниже, чем в RAID 4. Для организации массива требуется минимум 3 диска

RAID 6 — дисковый массив с чередованием, использующий две контрольные суммы, вычисляемые двумя независимыми способами. Похож на RAID 5, но имеет более высокую степень надёжности — под контрольные суммы выделяется ёмкость 2-х дисков, рассчитываются 2 суммы по разным алгоритмам. Для организации массива требуется минимум 4 диска.

RAID 10 — массив RAID 0, построенный из массивов RAID 1. Обеспечивает высокую скорость и надежность, но ценой большой избы­точности.

RAID 30 — массив RAID 0, собранный из блоков RAID 3.

RAID 50 — массив RAID 0, построенный из массивов RAID 5. Обеспечивает отказоустойчивость и высокую производительность.

RAID 60 — массив RAID 0, построенный из массивов RAID 6.