Конвейерное исполнение

Современные процессоры обрабатывают данные конвейерным способом, то есть одновременно в процессоре на различных стадиях происходит выполнение нескольких команд, например одна команда практически близка к выполнению, другая к середине процессора, а 3 только входит на конвейер. Таким образом, удается значительно повысить производительность так как все части процессора одновременно задействуются и каждая часть процессора выполняет свой маленький объём работ, при этом вводят понятие количество стадий конвейера - число элементарных задач на которые разбивается выполнение команды, при этом если стадий мало то не достаточно полно используется все части процессора одновременно и невозможно использовать большие тактовые частоты, а если стадий много то появляется возможность использовать более высокие частоты процессора, но при этом увеличиваются задержки в процессе выполнения команд. Таким образом, производители процессоров выбирают некоторые оптимальные количество стадий процессора, при котором процессор показывает наивысшую производительность. Кол-во стадий процессора приблизительно от 15-30. Чем длиннее конвейер, тем дольше он простаивает, решением этой проблемы является динамическое исполнение команд

Динамическое исполнение- это совокупность 3 методов обработки информации в процессоре таких как предсказание ветвлений, анализ потока команд и упреждающее выполнение команд

1. С помощью этого метода, можно выяснить каким будет поток управлением программы, через несколько команд ветвления. При использовании специального механизма, процессор может предсказывать переходы или ветвления в потоке команд. Существует 2 метода предсказания: статическое и динамическое. Статический метод работает по схеме заложенный в процессор считая что переходы по одним условиям вероятней всего произойдут, а по другим нет. Динамический способ опирается на пред историю вычислительного процесса для каждого конкретного случая перехода, накапливается статистика поведения и переход предсказывается основываясь именно на ней. Этот метод позволяет существенно ускорить выполнение команды, но при этом возникает проблема

2. С помощью этого метода, можно выяснить каким будет поток управлением программы, через несколько команд ветвления. При использовании специального механизма, процессор может предсказывать переходы или ветвления в потоке команд. Существует 2 метода предсказания: статическое и динамическое. Статический метод работает по схеме заложенный в процессор считая что переходы по одним условиям вероятней всего произойдут, а по другим нет. Динамический способ опирается на пред историю вычислительного процесса для каждого конкретного случая перехода, накапливается статистика поведения и переход предсказывается основываясь именно на ней. Этот метод позволяет существенно ускорить выполнение команды, но при этом возникает проблем. Анализ потока команд. Это средство анализирует команд в оптимальной последовательности независимо от их первоначального порядка в программе. Процессор рассматривает команды из которых стоит выполняемая программа и определяет доступными они для обработки или же состоит от других команд которые следует повторить предварительно затем процессор определяет оптимальную последовательность обработки и выполняет команды наиболее эффективным способом Под розумивает начало исполнения инструкции до готовности всех операндов при этом выполняются все возможности инструкций и декодированная инструкция с одним операндом помещается в выполнительное устройство где ожидаются готовности 2 операнда выходящего с другого конвейера. С помощью этого метода процессор просматривает стоящий на очереди команды и выполняет те из них к которым вероятно потребуется обратиться позже . таким образом ряд команд процессор может выполнить заранее а затем пользоваться результатами произведенных вычислений позже

Кэш третьего уровня наименее быстродействующий, но он может быть очень большим — более 24 Мбайт. L3 медленнее предыдущих кэшей, но всё равно значительно быстрее, чем оперативная память. В многопроцессорных системах находится в общем пользовании и, предназначен для синхронизации данных различных L2.

Устройство хранения информации

Жесткий диск

Основным компонентом жесткого диска является одна или несколько пластин выполненных из алюминия или стекла покрытых магнитным слоем, на этих пластинах хранится вся информации. Диски закреплены на общий оси и вращаются с большой скоростью, также в корпусе жесткого диска имеется блок магнитных головок которые осуществляют чтение и запись с поверхностей дисков. Все головки соединены вместе и не могут двигаться раздельно, поэтому записи чтения производятся со всей поверхностей дисков одновременно. Диски и головки на металлическом шасси, обеспечивая жесткость всей конструкции и закрытые крышкой предохраняющей поверхности диска и головки от попадания пыли. блок головок диска не содержит не какой электроники она подключается к специальной плате на которой находится необходимая диску управляющая электроника и такая совокупность блока головок диска называется жесткий диск.

Жесткий диск характеризует 2 основных параметров

1 параметр-время доступа- это время в течении которого можно получить доступ к необходимому участку диска. Это время необходимо на поворот диска таким образом чтобы нужный участок диска оказался под магнитными головками, плюс время необходимо на подвод головок. Для современных жестких дисков среднее время доступа 8 мс. Кроме среднего доступа существует минимальное и максимальное время поиска.

3. Параметр- скорость последовательного чтения записи. Для современных жестких дисков различается несколько вариантов такой скорости во первых это скорость интерфейса например до 300Мб/с в SATO2 во вторых это скорость чтения с пластин - некоторых жестких дисков достигает 100Мб/с, и третья реальная скорость чтения которая учитывает особенности конкретных контроллеров расположенных на самих жестких дисков(80Мб/с). Существует также 2 важнейших фактора влияющих на производительность жесткого диска.

1.скорость вращения диска. Чем быстрее вращаются диски тем быстрее можно получать доступ к диску

2. плотность записи на диске. Этот параметр определяется как произведение линейной плотности записи вдоль дорожки.

BPI- биты на дюйм

TPI-количество дорожек на дюйм

Мб/кв.дюйм; Гб\кв.дюйм.

В современных жестких дисках плотность записи достигает 100Гбит/кВ.дюйм.

Эти 2 физических параметра определяет производительность устройства, увеличение скорости вращение дисков влияет на уменьшение времени доступа к диску и на увеличение скорости чтение записи. А увеличение плотности записи практически не уменьшает время доступа , а лишь ускоряет операции чтения записи.в нынешнее врямя жесткие диски со скоростями 10-15 тис. оборотов в минуты(RPM).

Логическое строение диска: диски разбиваются на крупные логические части нежели куски по одному виду. Каждый диск разбивается на дорожки, концентрические кольца. Кроме того диск разбивают на секторы, области пересечения секторов и дорожек наз. Блоками. В блоке хранится 512байт полезной информации.

Кол-во блоков на диске равно количество дорожек, умноженное на кол-во секторов и умноженное на кол-во головок. Емкость диска равна цилиндры, умноженные на сектора и умноженные на головки и умноженные на 512. Вместо понятия дорожка следует вести понятие описуищие все равноудаленные от центра дорожки на всех сторонам всех пластин, совокупность таких дорожек наз. цилиндром.

На диске вводится цилиндрическая система координат и каждый блок на диске имеет в этой системе координат имеет свой собственный уникальный адрес по которому контроллер жесткого диска находит необходимый блок такая адресация наз. CHS или Normal. Обращение к диску в рамках описанной системы координат выполняет bios контроллер жесткого диска. Для того чтобы пользоваться введенной системы координат нужен механизм трансляции который преобразовует реальную геометрию жесткого диска в идеальную в которой он имеет фиксированной кол-во секторов. Разработан метод трансляции называемой LBA который пришла на смену SHC. При такой адресации реальная геометрия диска с большим кол-во цилиндров и секторов заменяется виртуальной при которой полагается что у диска меньше цилиндров чем головок . для того чтобы трансляция LBA работала и диск и bios контроллера должны её поддерживать .

Существует 5 факторов при выборе жесткого диска скорость, надежность, шумность, цена, емкость (объем).