11. Стек

Общепринятым в проектировании архитектуры процессоров является использование стека, который может быть доступен или недоступен для программиста. Стеки применяются для управления процессом вызова процедур и возврата из процедур. Иногда стек используется как альтернативная форма адресации операндов в памяти. Базовыми операциями со стеком являются PUSH (запись в стек), POP (извлечение из стека) и обработка элемента, размещенного в одной или двух верхних ячейках стека. Как правило, стек реализуется таким образом, . что заполняется (растет) от больших адресов оперативной памяти к меньшим.

12.Зовнішня память

На сегодняшний день магнитные диски остаются самым распространенным компонентом подсистемы внешней памяти компьютеров. Практически в любом компьютере — от самых простых персональных до больших вычис­лительных систем и суперкомпьютеров — используются либо сменные, либо фиксированные (жесткие) магнитные диски.

Высокая производительность и надежность серверов и больших вычисли­тельных систем обеспечивается применением массивов дисков — техноло­гии RAID. Под аббревиатурой RAID понимается методика использования множества магнитных дисков в виде параллельно функционирующего мас­сива устройств хранения информации, в котором за счет структурной избы­точности обеспечивается надежная работа при сбоях или даже выходе из строя отдельных устройств.

Оптические технологии хранения информации играют все большую роль в компьютерных системах всех типов. В дополнение к компакт-дискам, кото­рые широко используются уже много лет, в последнее время популярность приобретают новые типы устройств этой группы — магнитооптические дис­ки, компакт-диски с возможностью записи.

13.Збереження інформації на магнітних дисках

Магнитный диск как носитель информации представляет собой пластину круглой формы из немагнитного металла (чаще всего алюминия) или .пластика, покрытую слоем магнитного материала с достаточной коэрцитивной силой и не­большим значением индукции насыщения. Данные записываются на носитель и считываются с него с помощью магнитной головки, представляющей собой ми­ниатюрный электромагнит. Запись и считывание информации происходит в ре­зультате взаимодействия движущегося носителя с неподвижной головкой.

Процесс записи основан на явлении возбуждения магнитного поля при про­текании электрического тока через обмотку головки. Импульсы тока подаются в обмотку и перемагничивают материал поверхности носителя в том месте, кото­рое в текущий момент находится в непосредственной близости от головки. На­правление магнитного поля, зависящего от полярности электрического импульса в обмотке, определяет знак локального перемагничивания материала. Считыва­ние информации производится при прохождении под головкой перемагниченного носителя. Магнитный поток, образуемый проходящим под головкой намагни­ченным участком, частично замыкается через сердечник головки, пронизывая ее обмотку. При прохождении под головкой участков с разной полярностью намаг­ничивания потокосцепление обмотки меняется, и в ней возникают электриче­ские импульсы той или иной полярности, которые в соответствии с принятым методом записи воспринимаются .как сигналы "лог. 1" или "лог. О".

Организация данных на магнитном диске

Головка записи/считывания имеет очень маленькие размеры и формируемое ею магнитное поле влияет только на маленький участок поверхности носителя. Поскольку носитель под головкой вращается, это дает возможность организовать на нем данные в виде концентрических окружностей — дорожек (или треков).

Ширина дорожки зависит от конструкции головки, как правило на по­верхности магнитного диска формируется от 500 до 2000 дорожек.

На рис. 5.1 показана схема распределения отдельных зон на поверхности диска. Соседние дорожки разделены зазором (gap), который препятствует воз­никновению ошибок (или, по крайней мере, снижает вероятность их возникно­вения) вследствие неточного позиционирования головки относительно дорожки или взаимовлияния магнитных полей соседних дорожек. Для упрощения элек­тронных схем одинаковое количество битов информации записывается на всех дорожках, хотя они и отличаются по диаметру, а следовательно, имеют разную длину. Таким образом, плотность записи (density) информации — количество битов на единицу длины дорожки — уменьшается по мере перехода от внутрен­них дорожек диска к расположенным на его периферии дорожкам.

Данные записываются на диск и считываются с него блоками. Обычно раз­мер блока таков, что на одной дорожке записывается множество блоков. Следо­вательно, дорожка разбивается на участки, соразмерные длине блока, которые называются секторами (рис. 5 Л), Как правило, вдоль одной дорожки размеща­ется от 10 до 100 секторов, имеющих либо фиксированную, либо переменную длину. Между секторами на дорожке существует межсекторный промежуток.

14.RAID

Как уже отмечалось ранее, рост производительности устройств внешней памяти вследствие развития технологии производства компонентов происходит значительно медленнее, чем рост производительности оперативной памяти и, особенно, процессо­ров. Это отставание делает подсистему внешней памяти наиболее узким местом в современной вычислительной системе и заставляет разработчиков сосредоточить вни­мание на поиске структурных методов преодоления этого противоречия.

Основная идея применения подобных методов к устройствам внешней памя­ти оригинальностью не отличается — если быстро выполнить операцию одному исполнителю (устройству) не под силу, нужно добавить в "команду" еще не­сколько исполнителей и распределить между ними работу так, чтобы ни один не простаивал. Что касается УВПМД, то эта идея выливается в организацию мно­годисковой подсистемы, в которой имеется массив относительно независимых и, в то же время, координированно работающих устройств, способных общими уси­лиями вовремя выполнить поставленную задачу. В вычислительном комплексе, располагающем такой многодисковой подсистемой, можно организовать парал­лельное выполнение нескольких запросов ввода-вывода разными устройствами подсистемы в том случае, если запрашиваемые данные размещены на разных но­сителях. Более того, можно и к обработке единственного запроса привлечь не­сколько параллельно работающих устройств, если изначально распределить ме­жду ними запрашиваемый блок данных.

Существует множество вариантов такой параллельной организации, кото­рая, к тому же, сулит возможность повысить надежность хранения информации за счет структурной избыточности. Именно вариативность решения задачи на первых порах препятствовала выработке единого подхода, который должен был бы воплотиться и в разработке соответствующей организации баз данных, при­емлемой для реализации на множестве платформ и операционных систем. В конце концов промышленностью была одобрена в качестве стандарта специфи­кация семейства многодисковых подсистем, получившая наименование RAID (redundant array of independent disks — избыточный массив независимых дис­ков). Согласно спецификации в семействе определено семь уровней — от нулево­го до шестого³. Эти уровни не являются иерархическими, т.е. система верхнего уровня не включает в качестве компонента систему нижнего уровня, а характе­ризуют степень полноты реализации набора функций в конкретной системе. Со­гласно спецификации для систем RAID всех уровней характерно следующее.

1. Система любого уровня представляет собой набор приводов магнитных дис­ ков, рассматриваемый операционной системой как единое логическое уст­ ройство внешней памяти.

2. Данные распределяются между отдельными физическими дисками RAID.

3. Избыточная емкость системы используется для хранения контрольной ин­ формации, которая гарантирует восстановление данных в случае сбоя или выхода из строя одного из физических дисков.

Системы RAID разного уровня отличаются методами реализации второго и третьего из перечисленных свойств.