Xotira ierarxiyasi, asosiy xotira, sinxron va asinxron xotira qurilmalari

Ma’ruza №11
Xotira ierarxiyasi, asosiy xotira, sinxron va asinxron xotira qurilmalari
Reja:

• Xotiraning iyerarxik tuzilmasi.
• Magnit disklar

Ierarxik xotira tuzilishi - katta hajmdagi ma'lumotlarni saqlash muammosining an'anaviy echimi. Ierarxiyaning eng yuqori qismida protsessor registrlari joylashgan. Reyestrlarga eng tez kirish mumkin.
Keyin esa, 32 kВ dan bir necha megabaytgacha bo’lgan kesh xotirasi keladi. Undan so’ng, hajmi 16 MB dan o’nlab gigabaytgacha sig’adigan asosiy xotira keladi.
Keyin magnit disklar va nihoyat arxivlarni saqlash uchun ishlatiladigan magnit lenta va optik disklar o’rin oladi.
Быстродействие
Регистры
СОЗУ (КЭШ L1)
СОЗУ (КЭШ L2,L3)
ОЗУ
Дисковая КЭШ - память
Магнитные диски, RAID
Оптические диски
Магнитная лента
Внешняя память
Внутренняя память системы
?
Произвольный доступ
Прямой доступ
Последовательный доступ
Ёмкость
Иерархия памяти ЭВМ
Ierarxiyani yuqoriga va pastga siljitish paytida uchta parametr o'zgaradi.
Birinchidan, kirish vaqti ko’payadi. Registrlarga kirish bir necha nanosekundni, kesh xotirasiga kirish biroz ko’proq vaqtni oladi, asosiy xotiraga kirish bir necha o’nlab nanosekundlarga teng.
Keyin esa katta farq mavjud: disklarga kirish kamida 10 mikrosekundni oladi va magnit lentalar va optik disklarga kirish vaqtini odatda sekundlarda o’lchash mumkin (chunki bu xotira moslamalari tegishli qurilmaga joylashtirilishi kerak).
Ikkinchidan, xotira hajmi o’sib boradi. Registrlar, ko’pi bilan, 128 baytni, kesh xotirasi - bir necha megabaytni, asosiy xotira - bir necha gigabaytgacha, magnit disklar - bir necha gigabayt birlikdan bir necha o’n terabaytgacha hajmga ega.
Uchinchidan, siz 1$ uchun oladigan bitlar soni ko'payadi. Asosiy xotira har bir megabayt uchun bir necha dollar, magnit disklar uchun har bir megabaytga bir necha tsent va magnit lentaning har bir gigabayt bir necha dollar yoki undan ham kam turadi.
Магнит дисклар
Magnit disk magnit qatlam bilan qoplangan bir yoki bir nechta alyuminiy sirtlardan iborat. Dastlab ularning diametri 50 sm edi, hozirda - 3 dan 12 sm gacha, portativ kompyuterlarda - 3 sm dan kam va bu qiymat kamayishda davom etmoqda.
Induktsion katushkani o’z ichiga olgan disk kallagi disk yuzasi bo’ylab harakatlanib, havo yostig’iga suyanadi. Disketalarda kallak yuzaga tegadi. Kallak orqali musbat yoki manfiy tok o’tganda, u kallak ostidagi sirtni magnitlaydi.
Bunday holda, magnit zarralar oqimning qutblanishiga qarab o’ngga yoki chapga magnitlanadi.
Kallak magnitlangan sohadandan o’tayotganda, unda (kallakda) musbat yoki manfiy tok hosil bo’ladi, bu avval yozilgan bitlarni o’qish imkonini beradi. Disk kallak ostida aylanayotganligi uchun bit oqimini aval yozish va keyin esa o’qish mumkin.
Yo’lakcha - bu diskning to’liq aylanishi paytida diskka yozilgan bitlarning dumaloq ketma-ketligi. Har bir yo’lakcha belgilangan uzunlikdagi sektorlarga bo’linadi. Har bir sektor odatda 512 bayt ma’lumotni o’z ichiga oladi. Ma’lumotlardan oldin preambula (preamble) bo’lib, o’qish yoki yozishdan oldin kallakni sinxronlashtirishga imkon beradi. Ma’lumotlardan keyin xatolarni tuzatish kodi Xemming kodi sifatida ishlatiladigan (Error-Correcting Code, ECC) yoki ko’pincha bitta-bitta emas, balki bir nechta xatolarni tuzatishga imkon beruvchi Rid-Solomon kodi keladi. Qo’shni sektorlar o’rtasida sektorlararo interval mavjud.
Ko’pgina ishlab chiqaruvchilar formatlanmagan diskning boshlang’ich hajmini, ECC kodlarini va sektorlararo intervalni o’z ichiga olgan hajmini belgilaydilar.
Formatlangan diskning sig’imi odatda formatlanmagan diskdan 15 foizga kam.
Barcha disklarda kronshteynlar bor, ular disk aylanadigan shpindeldan radiusli bo’yicha har xil masofaga oldinga va orqaga harakatlanishi mumkin. O’qdan har xil masofada turli xil yo’laklar yoziladi. SHunday qilib, yo’laklar shpindel atrofidagi qator konsentrik doiralardir.
Yo’lning kengligi kallakning kattaligiga va uning harakatining aniqligiga bog’liq. Ayni paytda disklar har bir sm ga 5000 dan 10000 gacha yo’lakchaga ega, ya’ni har bir yo’lning kengligi 1 dan 2 mikrongacha (1 mikron = = 1/1000 mm).
SHuni ta’kidlash kerakki, yo’lakcha disk sirtidagi kontsentirik o’yiqcha emas, balki magnitlangan materialning halqasi bo’lib, u boshqa yo’lchalardan kichik chegara sohalari bilan ajralib turadi.
Kontsentrik yo’lchalardagi bit zichligi disk markazigacha bo’lgan masofaga bog’liq holda farqlanadi va asosan disk sirtining sifatiga va havoning tozaligiga bog’liq.
Zamonaviy disklarning yozuv zichligi 50,000 dan 100,000 bit / sm gacha. SHunday qilib, radial yo’nalishda yozishni amalga oshirilganda, har bir birlik yuza uchun aylana yo’nalishiga qaraganda taxminan 50 barobar ko’proq ma’lumotlar joylashadi.
Zichlikni oshirish uchun ishlab chiqaruvchilar yangi texnologiyalarni ishlab chiqmoqdalar, unda bitlarni "uzunlik" bo’yicha o’lchash disk aylanasi bo’ylab emas, balki vertikal ravishda - material chuqurligiga kirib borganday bo’ladi.
Yuqori sirt sifati va yetarli havo tozaligiga yerishish uchun disklar germetik tarzda yopiladi. Bunday disklarga qattiq disklar (vinchesterlar) deyiladi.
Ular birinchi bo’lib IBM tomonidan chiqarilgan. Ular 30 MB doimiy va 30 MB almashadigan xotiraga yega yedilar. Ko’pgina magnit disklar bir-birining ostiga joylashgan bir nechta plastinalardan iborat. Har bir sirt kronshteyn va kallak bilan jihozlangan.
Кронштейны скреплены таким образом, что одновременно могут перемещаться на разные расстояния от оси. Совокупность дорожек, расположенных на одном расстоянии от центра, называется цилиндром.
В современных моделях дисков для ПК устанавливается от 6 до 12 пластин, содержащих от 12 до 24 рабочих поверхностей.
Винчестер с четырьмя дисками
Diskning ishlash unimdorligi ko’plab omillarga bog’liq. Sektordan o’qish yoki yozish uchun kallakni o’qdan kerakli masofaga siljitish kerak. Ushbu jarayon qidirish deb nomlanadi. Tasodifiy olingan yo’llakchalar orasidagi o’rtacha qidirish vaqti 5 dan 10 ms gacha, qo’shni yo’lakchalar orasidagi qidiruv esa 1 ms dan kam. Kalak markazdan kerakli masofaga siljiganda, kerakli sektor kallak ostida bo’lguncha, u biroz vaqt kutadi (bu sektorni kutish vaqti deb ataladi). Ko’pgina disklar 5400, 7200 yoki 10,800 ayl/min tezlikda aylanadi. SHunday qilib, sektor uchun o’rtacha kutish vaqti (yarim aylanish) 3 dan 6 ms gacha.
Axborot uzatish vaqti yozish zichligi va diskni aylanish tezligiga bog’liq. Axborot uzatish tezligi sekundiga 20 dan 40 MB gacha bo’lganida, bitta sektorning uzatish vaqti (512 bayt) 13 dan 26 mk gacha. SHuning uchun, qidirish vaqti va sektorning qidirish vaqti ma’lumot uzatish vaqtini belgilaydi. Diskning turli qismlaridan sektorlarni o’qish samarasizligi aniq.
Беш зонали диск.
Shuni ta’kidlash kerakki, preambulalar, ЕCC kodlari, sektorlar orasidagi bo’shliqlar, shuningdek, ma’lum bir vaqt yo’lakchani izlash va sektorni kutish uchun sarflanganligi sababli, kerakli ma’lumotlar diskning turli qismlarida tarqalib ketgan holat va ular bir joyda bo’lganda va ketma-ket o’qilgan xolat uchun ma’lumotlar uzatish tezligi o’rtasida juda katta farq mavjud.
Birinchi holda ma’lumotlarni uzatishning maksimal tezligiga kallak birinchi ma’lumotlar biti ustida joylashgan vaqtda erishiladi.
Biroq, bu tezlikda ishlashni faqat bitta sektorda saqlash mumkin.
Ba’zi ilovalar uchun (masalan, multimedia), kerakli qidirish vaqti va sektorning kechikishini hisobga olgan holda, ma’lum bir davrdagi o’rtacha uzatish tezligi muhim ahamiyatga yega.
aylana uzunligini hisoblash formulasi tashqi yo’lakchalarning umumiy uzunligi ichki yo’lchalarning uzunligidan kattaroq ekanligini ko’rsatadi.
Barcha magnit disklar kallaklari qaerda bo’lishidan qat’iy nazar doimiy burchak tezligida aylanayotganligi sababli, aniq muammo yuzaga keladi. Ilgari, disklarni tayyorlashda ishlab chiqaruvchilar ichki yo’llakchaga yozilishning eng yuqori zichligidan foydalanar edilar va biz diskning markazidan siljiganimizda, yozuv zichligi asta-sekin kamayib borardi.