Вопрос 16(Типы файловых систем внешних магнитных дисков )

Историческим шагом явился переход к использованию централизованных систем управления файлами. С точки зрения прикладной программы файл - это именованная область внешней памяти, в которую можно записывать и из которой можно считывать данные. Правила именования файлов, способ доступа к данным, хранящимся в файле, и структура этих данных зависят от конкретной системы управления файлами и, возможно, от типа файла. Система управления файлами берет на себя распределение внешней памяти, отображение имен файлов в соответствующие адреса во внешней памяти и обеспечение доступа к данным.

Первая развитая файловая система была разработана фирмой IBM для ее серии 360. К настоящему времени она очень устарела, и мы не будем рассматривать ее подробно. Заметим лишь, что в этой системе поддерживались как чисто последовательные, так и индексно-последовательные файлы, а реализация во многом опиралась на возможности только появившихся к этому времени контроллеров управления дисковыми устройствами. Если учесть к тому же, что понятие файла в OS/360 было выбрано как основное абстрактное понятие, которому соответствовал любой внешний объект, включая внешние устройства, то работать с файлами на уровне пользователя было очень неудобно. Требовался целый ряд громоздких и перегруженных деталями конструкций. Все это хорошо знакомо программистам среднего и старшего поколения, которые прошли через использование отечественных аналогов компьютеров IBM.

Вопрос 17(Взаимодействие процессора и памяти)

Ввиду несоответствия интерфейсов памяти и процессора, для совместного взаимодействия им необходим посредник - контроллер памяти. Контроллер памяти в значительной мере определяет скорость обмена с памятью а, значит, и быстродействие всей системы в целом.

В настоящее время такие контролеры не выпускаются в виде отдельных микросхем, они входят в состав чипсета или встраиваются непосредственно в процессор, поэтому, очень важно правильно выбрать память. Чем отличаются друг от друга чипсеты и на какие характеристики следует обращать внимание в первую очередь?

Прежде всего важно знать синхронный или асинхронный режим работы они обеспечивают. Синхронные чипсеты требуют, чтобы частота памяти совпадала с частой шины. Имея такой чипсет, невозможно использовать преимущества процессора с частотой шины 133 МГц, если установлена память SDRAM PC 100 (частота синхронной памяти 100 МГц). Асинхронные чипсеты отличаются тем, что позволяют тактировать память с частотой, обеспечивающей устойчивую работу памяти, не обязательно совпадающей с тактовой частотой системной шины. Благодаря этому, они поддерживают практически любые комбинации частоты работы процессоров и памяти. Однако, если тактовые частоты системной шины и памяти не могут быть соотнесены как целые числа, возникают штрафные задержки, негативно сказывающиеся на производительности.

Другой немаловажный момент - политика открытия страниц и максимально возможное количество одновременно открываемых страниц. Как уже было показано выше, удерживание сигнала RAS позволяет читать ячейки в пределах открытой страницы передачей одного лишь адреса столбца, что значительно увеличивает производительность системы. Чем больше страниц удерживается в открытом состоянии, тем выше вероятность того, что очередной запрос попадет в уже открытую страницу и потому обработается значительно быстрее.

Пусть у нас имеется память, работающая на частоте 100 Мгц и каждый интервал времени в первой формуле равен двум тактам системной шины. Сколько тактов потребуется для чтения данных из ячейки памяти? Последовательность работы системы процессор - память будет следующей:

процессор (вернее кэш-контроллер второго уровня) запрашивает 32 (возможно 64 или 128) байта памяти и передает запрос контроллеру памяти. На это уходит один такт системной шины, если контроллер не встроен в процессор;

в течение следующего такта контроллер памяти вычисляет номер столбца и строки первой ячейки цепочки и смотрит открыта соответствующая строка или нет?

если строка действительно открыта, то контроллер памяти выставляет сигнал CAS и спустя 2-3 такта (в зависимости от величины задержки CAS, обусловленной качеством микросхемы памяти) на шине появляются данные;

контроллер памяти считывает их за один такт;

еще 1 такт расходуется на передачу данных процессору;

три последующих ячейки считываются процессором за три такта - по такту на каждую;

если же требуемая строка закрыта, но максимально допустимое количество одновременно открытых строк еще не достигнуто, контроллер посылает микросхеме памяти сигнал RAS вместе с адресом строки и дает ей 2-3 такта на прием и дешифрацию адреса строки, затем посылается CAS и все происходит по сценарию описанному выше;

в том случае, когда требуемая строка закрыта и открыто максимально допустимое количество других строк, требуется один дополнительный такт на закрытие строки.

В лучшем случае потребуется шесть тактов системной шины на чтение одной ячейки, а в худшем случае - все четырнадцать. Предположим, что частота ядра процессора в 5 раз превышает частоту системной шины, тогда чтение ячейки занимает от тридцати (6 x 5 = 30) до семидесяти (12 x 5 = 70) тактов ядра процессора!

Попробуйте подсчитать сколько тактов занимает одно обращение к памяти в вашем компьютере.

Таким образом приходим к выводу, что производительность подсистемы процессор - память все еще оставляет желать лучшего. Причем, современная ситуация даже хуже, чем она была в конце восьмидесятых, когда использовались процессоры с тактовой частотой порядка 10 МГц (длительность такта 100нс.), а время доступа к оперативной памяти составляло 200 нс., т.е. всего 2 такта системной шины, хотя большинство арифметических команд выполнялось за десятки тактов. Современные процессоры тратят на чтение произвольной ячейки иногда около сотни тактов, выполняя в это же самое время более трех вычислительных инструкций за такт, вот почему процессору просто необходима для согласования скоростей работы системы процессор - оперативная память быстрая буферная (Кэш) память.