Адресное пространство. Подсистемы ввода-вывода (стр. 5 из 8)

Надо, не теряя синхронизацию, более полно использовать возможности носителя, чем исходный поток данных.

Соответствующий метод – RLL. Исходные данные – просто поток битов, а выходные – такая последовательность битов, что между двумя единицами идет последовательность нулей, количество которых лежит в заданных пределах. Эти пределы прописаны в названии (например, RLL 2.7 – количество нулей от двух до семи включительно).

RLL 2.7

10 ® 1000

11 ® 0100

000 ® 100100

010 ® 001000

011 ® 000100

0010 ® 00001000

0011 ®00100100

Реально нули на диск не пишутся, только единицы. Т.о. получается логическое сжатие информации. Реальный объем битов, который пишется на диск, уменьшается примерно на 40%.

Формат диска

Весь диск разбивается на одинаковые дорожки. Проблема – как найти начало дорожки?

Это делается чисто механически – на гибких дисках это дырочка, которая ловится оптопарой, а на жестких дисках делается вырез, при прохождении которого рядом с катушкой будет возникать импульс из-за изменения магнитного поля.

Формат дорожки.

Зазор индекса содержит определенное количество синхроимпульсов, по которым определяется величина временного окна.

Сначала определяем величину временных окон, только потом читаем данные. Если не известен размер временных окон, то вообще ничего прочитать не получится.

Формат сектора

Идентификатор создается при форматировании и больше никогда не изменяется.

Последний байт маркера данных показывает тип сектора:

FB – сектор обычных данных

F8 – сектор стертых данных (не видны команде стандартного чтения)

Перед записью данных всегда производится запись межзонных промежутков.

Малые интерфейсы

Контроллеры Внешних Устройств разные для разных Системных Шин. Нужно, чтобы можно было подключать большое количество устройств к одному контроллеру.

Малые интерфейсы – интерфейсы между контроллером и внешним устройством.

ST412 (SeagateTechnology)

Контроллер позволяет подключать до четырех дисков. Есть две шины – шина

управления (одна на всех) и шина данных (по одной на устройство).

Шины данных – аналоговые!

Недостаток – контроллер должен знать характеристики всех дисков, чтобы ими управлять.

Должна быть некая информация, устанавливаемая извне. Для этого использовался CMOS.

IDE

Производитель выполняет диск вместе с контроллером к нему. Контроллер IDE просто коммутирует на шину нужный диск. Одновременная работа с двумя дисками невозможна.

Не нужно знать о характеристиках диска.

Можно ввести понятие физического и логического адресов. Сейчас диску передается уже номер логического сектора (LBN), а контроллер сам знает, где этот сектор физически находится. Еще и можно применять переменное количество секторов на дорожке.

Эта схема хороша для подключения большого числа дисков, но не позволяет работать со всеми дисками одновременно.

Интерфейсы, решающие эту проблему:

SCSI (Small Computer System Interface)

Был разработан как системный интерфейс, но потом стал использоваться как малый.

Внешнее устройство имеет на выходе SCSI-клиент интерфейс.

Каждое ВУ имеет свой собственный адрес (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7).

SCSI-сервер имеет адрес 0.

В принципе, SCSI – полноценная шина. Она имеет циклы шина, адреса, набор управляющих команд.

Команды делятся на группы:

1. Обязательные (не зависят от типа устройства)

2. Рекомендуемые (для выполнения операций обмена, зависят от типа устройства)

3. User-defined

Ограничен не сам ресурс, а скорость шины (канала доступа к этим ресурсам). Управление ВУ осуществляется с помощью подачи последовательностей команд по SCSI шине (логическое управление).

Недостаток – высокая стоимость.

Применяется там, где без него вообще нельзя.

RAID (организация дисковых массивов)

RAID0 – ничего, обычный диск.

RAID1 – оптимизация доступа.

RAID2 – резервирование (зеркало), один сектор пишется сразу на два диска, но зато чтение происходит с обоих сразу – при чтении удваивается скорость.

RAID5 – резервирование и “склеивание” дисков, нужно не менее трех. В одном из них хранится XOR всех секторов с таким же номером с других дисков. Повышается скорость из-за “склеивания” и возможность восстановить информацию, если любой из дисков (но только один) грохнется.

HotPlug интерфейсы – PCMCIA и USB

Основная идея – обеспечить на носимых мобильных компьютерах, где мало слотов для ВУ, возможность динамически (без выключения компьютера) подключать и отключать устройства.

У них специальные физический и электрический интерфейсы.

PCMCIABox – контроллер, управляющий слотами, в которые вставляются ВУ. Он работает совместно с сервисами типа Plug’n’Play.

Особенности конструкций ВЗУ

Ключевая проблема – надо довести магнитное поле до магнитного покрытия.

Чем дальше головка от носителя, тем больше пятно. Чтобы более полно использовать носитель, надо уменьшить магнитное пятно. Лучше всего, когда расстояние до покрытия – нулевое. Но тогда возникает контакт (так называемые контактные магнитные носители).

Носителю не нужна вертикальная жесткость – ленту можно прижать к головке. По этой технологии разработаны магнитные ленты и гибкие диски.

Недостаток – стирается магнитное покрытие при увеличении скорости и в результате разогрева.

Надо отодвинуть головку от носителя, для увеличения скорости, но не сильно (на микроны).

Пример – магнитный цилиндр.

Из-за тепловой деформации и при резком торможении нельзя сделать достаточно малый зазор.

Еще путь: динамически заставлять головку адаптироваться под изменение формы носителя.

Тут нужен диск.

Скорость воздуха вблизи диска выше из-за вязкости и трения воздуха о диск.

Головка из-за своей формы приобретает некоторые аэродинамические

свойства: при вращении диска на головку действует подъемная сила, и она отрывается от диска.

С другой стороны пружина прижимает головку к диску.

Итак, головка находится в устойчивом равновесии. Она будет поддерживать некоторый зазор. Технически можно обеспечить зазор в несколько микрон.

Проблема: когда зазор станет соизмерим с размером пылинок, пыль, которая засасывается под головку, приводит к разогреву и износу.

Выход: технология “винчестера” – диск помещается в герметичный корпус (герметичный от пыли, но пропускающий воздух с помощью мембран, чтобы выравнивать давление).

Привод головок

Подошли к пределу плотности записи для материала. Как еще повысить плотность?

Надо позиционировать головку как можно точнее, чтобы приблизиться к пределу продольной плотности записи.

Сначала для привода головок использовался шаговый двигатель.

Подается ток противоположной направленности – система в равновесии. Если поменять направление тока – планка сдвинется ровно на один зуб. Еще переключим – еще

на зуб. Поэтому этот шаговый двигатель – линейный.

Есть еще круговой.

Применяется для гибких дисков. Зуб нельзя сделать меньше определенного размера.

Тогда: асинхронный двигатель с обратной связью.

Несколько дисков, последний слой покрытия называется “серво”. На эту серво-поверхность записывается аналоговый сигнал. Серво-головка только читает.

Головке дают сигнал “вперед” на время, равное времени, чтобы пройти половину периода (см. серво-поверхность).

Серво-головка служит обратной связью: ловит минимум на серво-поверхности, и останавливает головки. Головки все время подрагивают, т.к. двигатель постоянно работает.

Связные ПУ (Устройства связи)

Служат для передачи информации между компьютерами.

ВЗУ – аналоговые.

В случае Связных ПУ можно передавать прямо цифровую информацию, т.к. и источник и приемник – компьютеры.

Классификация связных ПУ.

По способу кодирования:

- Амплитудные

- Частотные

По способу формирования сигнала:

- Модулированные

- Немодулированные

По механизму синхронизации:

- Синхронные

- Асинхронные

По средам передачи информации (все носят электромагнитную природу):

- Проводные линии связи

- Оптические

- Радио