18. Организация памяти 2 уровня основной оперативной памяти.
Основная ОП строится на основе микросхем памяти динамического типа. Отличие – в основе лежит конденсатор. Особенности: разрушение информации при чтении, поэтому требуется ее регенерация, кроме того память не может долго хранить информацию, поэтому требуется периодическая регенерация. Все это влияет на быстродействие ОП, поэтому ОП медленнее, чем статическая, построенная на транзисторах. ОП обладает многоблочной организацией.
Причины построения многоблочной памяти:
техническая – емкость можно наращивать практически неограниченно без дополнительного проектирования микросхем памяти и без уменьшения быстродействия.
экономическая – из однотипных блоков, выпускаемых серийно, можно строить память необходимой емкости, быстродействия, стоимости.
Многоблочная память рассматривается как единое целое, быстродействие определяется временем работы + время дешифратора. Время постоянно, не зависит от количества блоков. Для организации асинхронной работы процессора и ОП есть сигнал занятости Z. В каждый момент времени схема обеспечивает обслуживание только одного обращения, так как происходит выбор конкретного блока. Так как внутри каждого блока есть своя схема селекции, то потенциально такая память может обрабатывать N запросов одновременно. В связи с этим используют расслоение обращений. Память должна организовываться таким образом, чтобы очередное по времени обращение обслуживалось другим свободным блоком. Необходимым условием является наличие буферных регистров + должен быть переделан интерфейс обращений. Фактически память с расслоением выглядит как многопортовая память, при этом разделение адреса происходит по младшей и старшей части. Младшая часть отвечает за выбор конкретного блока.
19.
Организация памяти 3 уровня – внешняя память.
Твердотельный накопитель – ЗУ на основе микросхем памяти. Не содержат движущихся механических частей, доступ как у адресного ЗУ. Недостатки: ограниченное количество циклов перезаписи каждой ячейки – от 10000 до 100000, для борьбы с неравномерным износом применяются схемы балансирования нагрузки, контроллер диска хранит информацию о количестве циклов перезаписи каждого блока и периодически меняет их местами; проблема совместимости SSD-накопителей с ОС – старые ОС не учитывают специфику накопителей и тем самым дополнительно изнашивают их; цена существенно выше, чем у других накопителей. Преимущества: отсутствие движущихся частей, повышение надежности; высокая скорость чтения/записи; низкое энергопотребление; стабильность времени считывания файлов вне зависимости от их расположения и фрагментации; меньшая чувствительность к внешним электромагнитным помехам; отсутствие шума, высокая механическая стойкость, широкий диапазон рабочих температур, малые габариты.
RAID-массивы.
Это избыточный массив независимых дисков, на который возлагается обеспечение отказа устойчивости и повышение производительности. Часть емкости дискового пространства отводится для служебных целей, оставаясь недоступной для пользователя. Повышение дисковой производительности обеспечивается одновременной работой нескольких дисков. Совместную работу можно организовать с использованием либо параллельного, либо независимого доступа. При параллельном доступе дисковое пространство разбивается на блоки, сама записываемая информация тоже разбивается на блоки, при записи отдельные блоки записываются на различные диски. При записи на параллельные диски запись осуществляется независимо от чтения.
RAID-0 (чередование) – дисковый массив из 2 и более дисков с отсутствием резервирования. Достоинства – существенно повышается производительность пропорционально количеству жестких дисков. Недостаток – надежность заведомо ниже надежности отдельного жесткого диска и падает с увеличением количества жестких дисков.
RAID-1 (зеркалирование) – информация дублируется на каждом из дисков. Достоинства – повышенная надежность, увеличивается с повышением количеством дисков и выигрыш при скорости чтения при распараллеливании запросов на разные диски. Недостаток – повышение стоимости дискового пространства.
RAID-2 – диски делятся на две группы: для данных, для кодов коррекции ошибок. Плюс – позволяет на лету исправлять однократные и обнаруживать двукратные ошибки. Недостаток – почти двойное количество дисков для 2 группы. Практически не применяется.
RAID-3 состоит из n дисков, данные разбиваются на байты, один из дисков используется для хранения блоков четности. Плюс – высокая скорость чтения/записи, минимальное количество дисков для восстановления данных. Недостатки – скорость доступа к секторам уменьшается; большая нагрузка на контрольный диск, следовательно, повышенный его износ. Хорош для работы с файлами большого размера.
RAID-4 похож на предыдущий, но информация разбивается на блоки, а не на байты, тем самым повысилась скорость передачи данных небольшого объема, но запись замедляется в связи с тем, что приходится обрабатывать четность каждого блока.
RAID-5 похож на 2–4, но блоки контрольных сумм циклически записываются на все диски массива. Минимальное количество дисков = 3. Плюсы – экономичность использования дискового пространства, скорость записи выше, так как данные делятся на несколько дисков. Недостатки – запись данных ниже, чем у зеркала или чередования, особенно при записи в произвольном порядке; при выходе одного диска из строя массив переходит в критический режим, все операции чтения/записи сопровождаются дополнительными командами и очень сильно падает производительность, при этом уровень надежности падает до надежности RAID-0. Восстановление данных вызывает интенсивную нагрузку на остальные диски на протяжении многих часов, что может повлиять на надежность дополнительных дисков.
RAID-10 (RAID 1+0) – зеркалированный массив из RAID-0. Плюсы – высокая отказоустойчивость и производительность, минус – избыточность. Кроме этого есть комбинация 5+0.