Режа: Tizimli va mahalliy shinalar

3.I/O qurilmalari. Kirish /chiqarish qurilmalarining asosiy turlari

Qoidaga ko`ra , kompyuterning tashqi qurilmalari kirish qurilmalariga, chiqish qurilmalariga va tashqi xotira qurilmalariga bo`linadi (ham mashinaga ma’lumotlarni kiritish, ham kompyuterdan ma’lumotlarni chiqarish). Kirish-chiqarish qurilmalarining asosiy umumlashtiruvchi xarakteristikasi ma’lumotlar uzatish tezligi bo`lishi mumkin ( I /U qurilmasi va asosiy xotira yoki protsessor o`rtasida ma’lumotlarni uzatishning maksimal tezligi). 3.27-rasm. zamonaviy kompyuterlarda qo`llaniladigan asosiy kirish / chiqish qurilmalari, shuningdek, ushbu qurilmalar tomonidan taqdim etilgan taxminiy ma’lumotlar almashinuvi tezligi keltirilgan.

Qurilma turi Ma’lumotlarni uzatish yo`nalishi Ma’lumotlarni uzatish tezligi (KB/s) Klaviatura Sichqoncha Ovozli kiritish skaneri Ovozli chiqish Chiziqli printer Lazerli printer Grafik displey (CPU(r) freymbufer) Optik disk Magnit disk Magnit disk Kirish Kirish Kirish Kirish Kirish Chiqish Chiqish Chiqish Xotira chiqishi xotira xotirasi 0,01 0,02 0,02 200,0 0,06 1,00 100,00 30000,00 200,0 500,00 2000,00 2000,00

Guruch. 3.27. Kirish / chiqarish qurilmalariga misollar

Ushbu sharhda biz ushbu qurilmalarning eng tezkorlarini ko`rib chiqamiz: magnit va magnit-optik disklar, shuningdek, magnit lentalar.

Magnit va magnit-optik disklar

Ushbu bo`limda biz magnit disklar va kontrollerlarni tavsiflash uchun ishlatiladigan asosiy atamalarni qisqacha ko`rib chiqamiz va keyin bir nechta zamonaviy disk quyi tizimlarining tipik xususiyatlarini taqdim etamiz.

Disk qurilmasi odatda plastinalar to`plamidan iborat bo`lib, ular magnit material bilan qoplangan va markaziy shpindel yordamida bir-biriga bog`langan metall disklardir. Plitaning ikkala yuzasi ma’lumotlarni yozish uchun ishlatiladi. Zamonaviy disk drayvlar 4 dan 9 ta platadan foydalanadi. Shpindel yuqori doimiy tezlikda aylanadi (odatda 3600, 5400 yoki 7200 rpm). Har bir plastinada konsentrik yozib olinadigan treklar to`plami mavjud. Odatda treklar 512 baytlik ma’lumotlar bloklariga bo`linadi, ba’zan sektorlar deb ataladi. Har bir trekka qayd etilgan bloklar soni plastinaning jismoniy o`lchamlari va yozish zichligiga bog`liq.

Ma’lumotlar o`qish/yozish boshlari yordamida plastinalarga yoziladi yoki o`qiladi, har bir sirt uchun bittadan. Chiziqli vosita elektromexanik qurilma bo`lib, boshni ma’lum bir yo`l ustidagi joylashtiradi. Odatda kallaklar vagonlar tomonidan boshqariladigan qavslarga o`rnatiladi. Tsilindr - bitta vagon holatiga mos keladigan yo`llar to`plami. Magnit disk drayveri (MDD) plastinkalar, magnit kallaklar, aravalar, chiziqli motorlar va havo o`tkazmaydigan korpusdan iborat. Disk qurilmasi unga tegishli elektron sxemalar bilan NMD deb ataladi.

Diskning ishlashi xizmat ko`rsatish vaqtining funktsiyasi bo`lib, u uchta asosiy komponentni o`z ichiga oladi: kirish vaqti, kechikish va ma’lumotlarni uzatish vaqti. Kirish vaqti - bu boshlarni qidirilayotgan ma’lumotlarni o`z ichiga olgan tegishli trekka joylashtirish uchun zarur bo`lgan vaqt. Bu disk boshini (taxminan 6 ms) tezlashtirish uchun dastlabki harakatlar narxining funktsiyasi, shuningdek, kerakli yo`lga boradigan yo`lda kesib o`tilishi kerak bo`lgan treklar sonining funktsiyasidir. Odatda o`rtacha qidirish vaqtlari - boshni tasodifiy tanlangan ikkita yo`l o`rtasida harakatlantirish uchun zarur bo`lgan vaqt - 10-20 ms oralig`ida. Trekdan trekka o`tish vaqti 10 ms dan kam va odatda 2 ms.

Xizmat vaqtining ikkinchi komponenti - kutish vaqti. Kerakli sektorning boshning holatiga to`g`ri kelishi uchun aylanishi uchun bir oz vaqt kerak bo`ladi. Keyin ma’lumotlar yozilishi yoki o`qilishi mumkin. Zamonaviy disklar uchun to`liq aylanish vaqti 8-16 ms oralig`ida, o`rtacha kutish vaqti esa 4-8 ms.

Oxirgi komponent - ma’lumotlarni uzatish vaqti, ya’ni. baytlarni jismoniy uzatish uchun zarur bo`lgan vaqt. Ma’lumot uzatish vaqti uzatilgan baytlar soni (blok hajmi), aylanish tezligi, trek zichligi va elektronika tezligining funktsiyasidir. Odatda uzatish tezligi 1-4 MB/ s ni tashkil qiladi.

Kompyuterlar ko`pincha disk kontrollerlari deb ataladigan maxsus qurilmalarni o`z ichiga oladi. Har bir disk boshqaruvchisi unga bir nechta disk drayverlarga ulangan bo`lishi mumkin. Disk boshqaruvchisi va asosiy xotira o`rtasida kontrollerlar va ma’lumotlar magistrallarining butun ierarxiyasi bo`lishi mumkin, ularning murakkabligi asosan kompyuterning narxi bilan belgilanadi. O`tkazish vaqti ko`pincha diskka kirishning umumiy vaqtining juda kichik qismini tashkil qilganligi sababli, yuqori unumdorlikdagi tizimdagi kontroller joylashishni aniqlash vaqtida ma’lumotlar yo`llarini diskdan uzib qo`yadi, shunda kontrollerga ulangan boshqa disklar o`z ma’lumotlarini asosiy xotiraga o`tkazishi mumkin. Shu sababli, diskka kirish vaqti kiritish-chiqarish operatsiyasini tashkil qilish uchun kontrollerning qo`shimcha xarajatlari bilan bog`liq vaqtga ko`payishi mumkin.

Endi odatdagi SCSI quyi tizimida diskdan foydalanish vaqtining asosiy komponentlarini ko`rib chiqamiz. Bunday quyi tizim to`rtta asosiy komponentni o`z ichiga oladi: asosiy kompyuter, asosiy SCSI adapteri, disk qurilmasiga o`rnatilgan boshqaruvchi va magnit diskning o`zi. Operatsion tizim foydalanuvchidan kiritish-chiqarish operatsiyasini bajarish uchun so`rovni qabul qilganda , u bu so`rovni SCSI buyruqlar to`plamiga aylantiradi. Keyin so`rov jarayoni bloklanadi va kiritish-chiqarish operatsiyasi tugaguniga qadar kechiktiriladi (agar bu asenkron ma’lumotlarni uzatish so`rovi bo`lmasa). Keyin buyruqlar shina tizimi orqali kerakli disk drayveri ulangan asosiy SCSI adapteriga yuboriladi. Shundan so`ng, maqsadli kontrollerlar va ularning qurilmalari bilan o`zaro aloqani amalga oshirish uchun javobgarlik asosiy adapterga tushadi.

Keyin xost adapteri SCSI shinasini boshqarish liniyasida signalni tasdiqlash orqali maqsadli qurilmani tanlaydi (bu operatsiya tanlov bosqichi deb ataladi). Tabiiyki, ushbu operatsiyani bajarish uchun SCSI shinasi mavjud bo`lishi kerak. Agar maqsadli qurilma javob qaytarsa, asosiy adapter unga buyruqni yo`naltiradi (bu buyruq bosqichi deb ataladi). Agar maqsadli boshqaruvchi buyruqni darhol bajara olsa, u so`ralgan ma’lumot yoki holatni asosiy adapterga yuboradi. Buyruq faqat holat so`rovi bo`lsa yoki buyruq maqsadli kontroller keshida bo`lgan ma’lumotlarni so`rasa, darhol xizmat ko`rsatishi mumkin. Odatda hech qanday ma’lumot mavjud emas va maqsadli kontroller boshqa operatsiyalar uchun SCSI shinaini bo`shatib, uzilishni amalga oshiradi. Agar yozish operatsiyasi bajarilsa, shinadagi buyruqlar bosqichi darhol ma’lumotlar bosqichiga o`tadi va ma’lumotlar maqsadli kontroller keshiga joylashtiriladi. Yozishni tasdiqlash odatda ma’lumotlar disk yuzasiga yozilgunga qadar sodir bo`lmaydi.

O`chirilgandan so`ng, maqsadli boshqaruvchi o`z ishini davom ettiradi. Agar u buyruqlar buferlash qobiliyatiga ega bo`lmasa (buyruqlar navbati), u faqat bitta buyruqni bajarishi kerak. Biroq , agar buyruq navbati yoqilgan bo`lsa, u holda buyruq maqsadli boshqaruvchining ish navbatiga rejalashtiriladi va navbatdagi ustuvorlikka ega bo`lgan buyruq qayta ishlanadi. Agar so`rov eng yuqori ustuvorlikka ega bo`lsa, maqsadli boshqaruvchi kiritish-chiqarish operatsiyasiga xizmat ko`rsatish uchun zarur bo`lgan jismoniy manzil(lar)ni hisoblashi kerak. Shundan so`ng, disk mexanizmi mavjud bo`ladi: vagon o`rnatiladi, tegishli yozish / o`qish boshi tayyorlanadi va ma’lumotlar bosh ostida paydo bo`lgan vaqt hisoblanadi. Nihoyat, ma’lumotlar trekdan jismoniy o`qiladi yoki unga yoziladi. O`qilgan ma’lumotlar maqsadli kontroller kesh xotirasida saqlanadi . Ba’zida maqsadli boshqaruvchi oldinga qarashni o`qishi mumkin.

I/U operatsiyasi tugallangandan so`ng, agar shina bo`sh bo`lsa, maqsadli kontroller xost adapteriga ulanadi, undan keyin ma’lumotlar bosqichi (maqsadli kontrollerdan xost adapteriga ma’lumotlarni uzatish) va natijani ko`rsatish uchun holat bosqichi keladi. operatsiya. Asosiy adapter holat fazasini qabul qilganda, u maqsadli kontrollerdagi jismoniy operatsiya to`g`ri bajarilganligini tekshiradi va tegishli ravishda operatsion tizimni xabardor qiladi.

SCSI kiritish-chiqarish jarayonining xususiyatlaridan biri odatda foydalanuvchiga ko`rinmaydigan ko`p sonli qadamlardir. Odatda, SCSI shinasi etti fazali o`tishni boshdan kechiradi (tanlash, buyruq berish, o`chirish, qayta ulash, ma’lumotlar, holat, o`chirish). Tabiiyki, har bir bosqich ma’lum vaqt ichida tugaydi, shinadan foydalanishga sarflanadi. Ko`pgina maqsadli kontrollerlar (ayniqsa, lenta va kompakt disklar kabi sekin qurilmalar) fazalarni tanlash, o`chirish va qayta ulash uchun ko`p vaqt talab etadi.

Yuqori unumdorlikdagi kiritish-chiqarish quyi tizimlari uchun ilovalar ularga qo`yiladigan talablarga qarab keng farqlanadi. Ular minimal kechikish bilan amalga oshirilishi kerak bo`lgan kichik miqdordagi katta ma’lumotlar to`plamlarini qayta ishlashdan (superkompyuter kiritish-chiqarish), kichik hajmdagi ma’lumotlar bilan ishlaydigan ko`p miqdordagi oddiy vazifalarni (tranzaksiyani qayta ishlash) o`z ichiga oladi.

Berilgan ish yuki uchun kiritish-chiqarish so`rovlari uchta ko`rsatkich bo`yicha tavsiflanishi mumkin: o`tkazish, kechikish va o`tkazish. O`tkazuvchanlik vaqt birligi uchun qabul qilingan xizmat so`rovlari soni bilan o`lchanadi. Kutish vaqti individual so`rovga xizmat ko`rsatish uchun zarur bo`lgan vaqtni belgilaydi. Tarmoqli kengligi xizmat talab qiladigan qurilmalar va xizmat ko`rsatuvchi qurilmalar o`rtasida uzatiladigan ma’lumotlar hajmini belgilaydi.

Superkompyuterning kirish/chiqishi deyarli butunlay ketma-ket mexanizm bilan belgilanadi. Odatda, ma’lumotlar diskdan xotiraga katta bloklarda uzatiladi va natijalar diskka qayta yoziladi. Ushbu ilovalar yuqori o`tkazuvchanlik va past kechikishni talab qiladi, ammo yomon ishlashi bilan ajralib turadi. Bundan farqli o`laroq, tranzaktsiyalarni qayta ishlash juda ko`p tasodifiy kirishlar, nisbatan kichik ish qismlari va juda yuqori o`tkazuvchanlikdagi o`rtacha kechikish bilan tavsiflanadi.

Tranzaktsiyalarni qayta ishlash tizimlari xizmat ko`rsatish vaqtining ko`p qismini qidirish va kutishga sarflaganligi sababli, o`tkazish vaqtlarini tezroq olib keladigan texnologik yutuqlar bunday tizimlarning ishlashiga katta ta’sir ko`rsatmaydi. Boshqa tomondan, ilmiy dasturlarda ma’lumotlarni qidirish va uzatish bir xil vaqtni oladi va shuning uchun bunday tizimlarning ishlashi disk texnologiyasidagi har qanday yaxshilanishlarga juda sezgir. Quyida ko`rsatilgandek, siz disk massivingizni keng ish yuklamalari uchun yuqori I/U unumdorligini ta’minlash uchun tashkil qilishingiz mumkin.

So`nggi yillarda qattiq magnit disklardagi yozish zichligi yiliga 60% ga oshdi, har chorakda bir megabaytni saqlash narxi 12% ga qisqardi. Dataquest ma’lumotlariga ko`ra, bu tendentsiya keyingi ikki yilda ham davom etadi. Endi bozorda 9,1 Gb gacha sig`imga ega qattiq disklarning keng assortimenti mavjud. Shu bilan birga, eng tez modellar uchun o`rtacha kirish vaqti 8 ms ga etadi. Misol uchun, Seagate Technology qattiq diski 4,1 GB sig`imga ega va 7200 rpm aylanish tezligida o`rtacha 8 ms kirish vaqtiga ega. Yangi Fast SCSI-2 va Enhanced IDE standartlariga asoslangan disk kontrollerlarining ishlashi ham yaxshilanmoqda. Bu ma’lumotlarni uzatish tezligini 13 MB/s gacha oshirishi kutilmoqda. Qattiq disklarning ishonchliligi ham doimiy ravishda yaxshilanadi. Misol uchun, Conner Peripherals Inc., Micropolis Corp kompaniyasining ba’zi haydovchi modellari. va Hewlett-Packard 500 000 dan 1 million soatgacha bo`lgan MTBFlarga ega. Ushbu disklar 5 yillik kafolat bilan birga keladi.

Disk quyi tizimlarining ishonchliligi va mavjudligi faktorini yanada oshirish 3.3.2.3-kichik bo`limda muhokama qilinadigan ortiqcha RAID disk massivlarini yaratish orqali erishiladi.

Magneto-optik disklar axborotni saqlash tizimlarini rivojlantirishning yana bir yo`nalishidir. Magnit-optik disklarda (MO-disklar) yozish lazer va magnit boshning o`zaro ta’siri bilan amalga oshiriladi. Lazer nuri Kyuri nuqtasiga (materialning magnit xususiyatlarini yo`qotish harorati) qayd etuvchi qatlamning mikroskopik maydoniga qadar qiziydi, u lazer ta’sir zonasidan chiqib ketganda soviydi, magnit bosh tomonidan qo`zg`atilgan magnit maydonni mahkamlaydi. Natijada, diskka yozilgan ma’lumotlar kuchli magnit maydonlar va harorat o`zgarishidan qo`rqmaydi. Disklarning barcha funktsional xususiyatlari -20 dan +50 daraja Selsiygacha bo`lgan harorat oralig`ida saqlanadi.

MO disklari faqat ma’lumotlarga kirish vaqti bo`yicha an’anaviy qattiq disklardan kam. MO disklari tomonidan erishilgan maksimal kirish vaqti 19 ms. Yozib olishning magnit-optik printsipi yozishdan oldin ma’lumotlarni oldindan o`chirishni va shunga mos ravishda MO-diskning qo`shimcha burilishini talab qiladi. Biroq, SONY va IBM kompaniyalarida yaqinda yakunlangan tadqiqotlar shuni ko`rsatdiki, bu cheklovni yo`q qilish va MO disklarida yozish zichligini bir necha marta oshirish mumkin. Boshqa barcha jihatlari bo`yicha MO disklari qattiq disklardan ustundir.

Magneto-optik haydovchi deyarli cheksiz saqlash hajmini ta’minlash uchun olinadigan disklardan foydalanadi. MO disklarida ma’lumotlar birligini saqlash narxi bir xil miqdordagi ma’lumotlarni qattiq magnit disklarda saqlash narxidan bir necha baravar kam.

Bugungi kunda MO disk bozorida turli kompaniyalarning 150 dan ortiq modellari taklif etiladi. Pinnacle Micro Inc bu bozorda yetakchilardan biri hisoblanadi. Masalan, uning 1,3 GB Sierra drayveri o`rtacha 19 ms kirish vaqtini va 80 000 soatlik MTBFni ta’minlaydi. LAN serverlari va ish stantsiyalari uchun Pinnacle Micro 20, 40, 120, 186 GB va hatto 4 TB sig`imli ko`p diskli tizimlarni taklif qiladi. Mavjudligi yuqori bo`lgan tizimlar uchun Pinnacle Micro 10 MB/ s gacha bo`lgan ma’lumotlarni uzatish tezligida 11 ms dan kam samarali ma’lumotlarga kirish vaqtini ta’minlaydigan Array Optical Disk System-ni chiqaradi .

https://docstore.mik.ua/skbd/glava_9.htm