6.10Организация памяти третьего уровня (внешней памяти)

Внешняя память ЭВМ – это сложная дисковая (обычно) система, работающая под управлением операционной системы.

Внешняя память строится на основе ВЗУ различных типов: НМД, НМЛ, НОД и др. Особенности ВЗУ: это ЗУ очень большой емкости, невысокого быстродействия и низкой удельной стоимости хранения информации. Пример: октябрь 99г. 1$ - 25 руб. ОЗУ типа SDRAM 32МВ – 2000руб. Удельная стоимость – 2000/3230 руб/МВ.

Жесткие диски: емкость 20 ГВ, стоимость 7120 руб., удельная стоимость 7120/20=356 руб/ГВ или 0,000356 руб/МВ.

Простейшая структура внешней памяти (на основе единого интерфейса) представлена на рисунке 6.17.

В состав ВЗУ входят:

1. носитель информации (съемный или стационарный);

2. привод – дисковод (для дисков), лентопротяжный механизм (ЛПМ) – для магнитных лент;

3. контроллер – блок управления накопителем.

Следует отметить, что НМД. НМЛ и др. обладают одним общим недостатком – движущимся носителем информации. Отсюда – низкое быстродействие (большое время доступа к информации) и низкая надежность. Поэтому на смену ЗУ с подвижными носителями информации должны прийти ЗУ с неподвижными носителями. Пример: ЗУ на цилиндрических магнитных доменах (ЦМД) – природа хранения информации в них магнитная, однако носитель информации неподвижный, нет электромеханики.

6.10.1Классификация и основные характеристики внешних запоминающих устройств

По типу носителя информации ВЗУ делятся на следующие классы (рисунок 6.18). Здесь: МЛ – магнитная лента, МД – магнитный диск, ОД – оптический диск, МОД – магнитооптический диск, ЦМД – носитель типа ЦМД, ПЗС – прибор с зарядовой связью.

По физической природе хранения ЗУ разделяются на: 1) накопители на магнитной основе, 2) накопители на оптической основе, 3) накопители на магнитооптической основе.

Рисунок 6.18

Основные характеристики: емкость, время доступа к информации, пропускная способность (скорость чтения/записи), надежность, стоимость.

Емкость зависит от размеров носителя и плотности записи – количества информации на единицу площади носителя. Различают поперечную и продольную плотность записи информации на носителе.

Время доступа зависит от скорости движения носителя и от других факторов, которые зависят от специфики устройства.

Пропускная способность зависит от скорости перемещения носителя и плотности записи. Оценивается количеством информации в единицу времени.

Надежность зависит от многих факторов. Оценивается обычно временем наработки на отказ. Стоимость – интегральная характеристика: зависит и от емкости, и от надежности, и др.

6.10.2Организация накопителей на магнитных дисках

ВЗУ на основе МД с технической точки зрения относятся к ЗУ с последовательным доступом к информации, а с логической точки зрения – к ЗУ с производительным (прямым) доступом информации.

ВЗУ на основе МД состоит из двух частей: собственно накопитель на МД (НМД) и блок управления накопителем – контроллер НМД (КНМД). Носитель состоит из привода МД (дисковода) и магнитного носителя информации в виде одного или нескольких (пакета) МД. Диск (пакет дисков) приводится в движение от

специального привода, который обеспечивает их вращение с постоянной скоростью (рисунок 6.19). Здесь П – привод, МП - механизм позиционирования, МГ - магнитная головка.

Рисунок 6.19 – Организация НМД

Каждой рабочей поверхности диска соответствует одна МГ чтения/записи информации. Запись информации на носитель осуществляется при помощи МГ записи, чтение информации — при помощи МГ чтения.

При записи информации на носитель при помощи МГ создаются магнитные отпечатки, следы. Магнитные отпечатки, оставляемые на поверхности диска при фиксированном положении МГ, образуют дорожку - трек (рисунок 6.20).

Перемещение блока МГ с одной позиции (дорожки) на другую вдоль радиуса диска обеспечивается механизмом позиционирования. В результате на одну поверхность диска помещается несколько дорожек - от нескольких десятков до нескольких сотен и даже тысяч в зависимости от радиуса диска и поперечной плотности записи.

Дорожки на поверхности нумеруются: 1, 2, … , С. Совокупность дорожек с одинаковыми номерами, расположенными на различных поверхностях пакета дисков, образует цилиндр. Количество дорожек в цилиндре определяется количеством рабочих поверхностей в пакете дисков.

Обмен информацией (чтение/запись) с дисками осуществляется блоками фиксированной длины - секторами. Количество секторов на дорожке зависит от емкости сектора и плотности записи. Размер сектора обычно 512 В.

В результате НМД можно представить в виде геометрической модели - совокупности вложенных цилиндров (рисунок 6.21). Здесь C - номер цилиндра, H - номер поверхности, R - номер блока (сектора) на дорожке.

Рисунок 6.21 – Организация носителя на МД

Поскольку обмен информацией с НМД осуществляется с помощью одной МГ (чтения или записи), т.е. в последовательном коде, то в цилиндре с номером С работает только одна поверхность с номером Н, обращение к которой обеспечивается МГ с номером Н.

Доступ к цилиндру с номером С обеспечивается механизмом позиционирования. Время доступа к цилиндру зависит от быстродействия механизма позиционирования и разности С = С - С^’, где С - номер цилиндра, к которому производится обращение, С’ – номер цилиндра, к которому производилось последнее обращение: τ _поз = ΔСτ_поз , где τ_поз – время позиционирования на соседнюю дорожку. Знак ΔС задаёт направление движения МП.

Доступ к дорожке Н в цилиндре С осуществляется путём подключения (коммутации) МГ к единственному усилителю чтения-записи. Время коммутации незначительно, поскольку осуществляется электронным коммутатором.

Таким образом, дорожка, к которой производится обращение, задаётся парой значений: С, Н.

Доступ к сектору R на дорожке С, Н обеспечивается (неподвижной) МГ и сводится к ожиданию момента, когда адресуемый сектор R окажется под МГ. Время ожидания τ_ож – случайная величина, лежит в пределах от 0 до Т = 1/ω, ω– угловая скорость вращения диска.

Общее время доступа: τ_д = τ_поз + τ_ком + τ_ож. (6.7)

Доступ к дорожке С – последовательный апериодический, к поверхности Н – произвольный (прямой), к сектору R – последовательный периодический (циклический) (рисунок 6.22).

С логической точки зрения НМД относятся к ЗУ с произвольным доступом к файлам. Прямой доступ к файлам на дисках обеспечивается каталогом файлов, хранимых на дисках. Каталог файлов устанавливает соответствие имён файлов и их физических адресов: C, H, R, т.е. каталог – это таблица, в которой и указывается это соответствие.

Рисунок 6.22 – Организация адресации секторов в НМД