Цилькер Б.Я., Орлов С.А. Организация ЭВМ и систем

290 Глава 5. Память

Магнитные ленты

ЗУ на базе магнитных лент используются в основном для архивирования инфор­ мации. Носителем служит тонкая полистироловая лента шириной от 0,38-2,54 см и толщиной около 0,025 мм, покрытая магнитным слоем. Лента наматывается на бобины различного диаметра. Данные записываются последовательно, байт за бай­ том, от начала ленты до ее конца. Время доступа к информации на магнитной лен­ те значительно больше, чем у ранее рассмотренных видов внешней памяти.

Обычно вдоль ленты располагается 9 дорожек, что позволяет записывать попе­ рек ленты байт данных и бит паритета. Информация на ленте группируется в бло­ ки — записи. Каждая запись отделяется от соседней межблочным промежутком, дающим возможность позиционирования головки считывания/записи на начало любого блока. Идентификация записи производится по полю заголовка, содержа­ щемуся в каждой записи. Для указания начала и конца ленты используются физи­ ческие маркеры в виде металлизированных полосок, наклеиваемых на магнитную ленту, или прозрачных участков на самой ленте. Известны также варианты маркиро­ вания начала и конца ленты путем записи на нее специальных кодов-индикаторов.

Вуниверсальных ВМ обычно применяются бобинные устройства с вакуумными системами стабилизации скорости перемещения ленты. В них скорость перемеще­ ния ленты составляет около 300 см/с, плотность записи — 4 Кбайт/см, а скорость передачи информации - 320 Кбайт/с. Типовая бобина содержит 730 м магнитной ленты.

ВЗУ на базе картриджей используются кассеты с двумя катушками, аналогич­ ные стандартным аудиокассетам. Типовая ширина ленты — 8 мм. Наиболее рас­ пространенной формой таких ЗУ является DAT (Digital Audio Тape). Данные на ленту заносятся по диагонали, как это принято в видеокассетах. По размеру такой картридж примерно вдвое меньше, чем обычная компакт-кассета, и имеет толщи­ ну 3,81 мм. Каждый картридж позволяет хранить несколько гигабайтов данных. Время доступа к данным невелико (среднее между временами доступа к дискетам

ик жестким дискам). Скорость передачи информации выше, чему дискет, но ниже, чем у жестких дисков.

Вторым видом ЗУ на базе картриджей является устройство стандарта DDS (Digital Data Storage). Этот стандарт был разработан в 1989 году для удовлетворе­ ния требований к резервному копированию информации с жестких дисков в мощ­ ных серверах и многопользовательских системах. В сущности, это вариант DAT, обеспечивающий хранение 2 Гбайт данных при длине ленты 90 м. В более позднем варианте стандарта DDS-DC (Digital Data Storage - Data Compression) за счет применения методов сжатия информации емкость ленты увеличена до 8 Гбайт. Наконец, третий вид ЗУ на базе картриджей также предназначен для резервного копирования содержимого жестких дисков, но при меньших объемах такой ин­ формации. Этот тип ЗУ отвечает стандарту QIC (Quarter Inch Cartridge tape) и бо­ лее известен под названием стример. Известны стримеры, обеспечивающие хра­ нение от 15 до 525 Мбайт информации. В зависимости от информационной емкости

ифирмы-изготовителя изменяются и характеристики таких картриджей. Так, число дорожек может варьироваться в диапазоне от 4 до 28, длина ленты — от 36 до 300 м

ит. д.

29 2 Глава 5. Память

25.Каким образом в многопортовых ОЗУ разрешаются конфликты при одновре­ менном доступе к памяти?

26.Какую функцию выполняет система семафоров в многопортовой памяти?

27.Для каких целей предназначена память типа FIFO?

28.Какая идея лежит в основе систем обнаружения и коррекции ошибок?

29.Какие ошибки может обнаруживать схема контроля по паритету?

30.От чего зависят возможности выявления и коррекции ошибок с использова­ нием кода Хэмминга?

31.Поясните назначение и принцип формирования кода синдрома в системе кор­ рекции ошибок.

32.Чем объясняется тенденция размещения стека в области старших адресов ос­ новной памяти?

33.Какая информация хранится в указателе стека?

34.Поясните назначение маски в ассоциативном запоминающем ЗУ.

35.Как реализуется запись новой информации в ассоциативное ЗУ?

36.Какие виды поиска можно осуществлять в ассоциативном ЗУ?

37.Поясните назначение и логику работы кэш-памяти.

38.Какие проблемы порождает включение в иерархию ЗУ кэш-памяти?

39.Чем обусловлено разнообразие методов отображения основной памяти на кэш­ память?

40.Какому требованию должен отвечать «идеальный» алгоритм замещения содер­ жимого кэш-памяти?

41.Какими методами обеспечивается согласованность содержимого основной и кэш-памяти?

42.Чем обусловлено введение дополнительных уровней кэш-памяти?

43.Какие факторы влияют на выбор емкости кэш-памяти и размера блока?

44.Как соотносятся характеристики обычной и дисковой кэш-памяти?

45.Какими средствами обеспечивается виртуализация памяти?

46.Существует ли ограничение на размер виртуального пространства?

47.Что определяет объем страничной таблицы?

48.Какими приемами достигают сокращения объема страничных таблиц?

49.Какие алгоритмы замещения используются при загрузке в основную память новой виртуальной страницы?

50.Поясните назначение буфера быстрого преобразования адреса (TLB).

51.Чем мотивируется разбиение виртуальных секторов на страницы?

52.Какая часть виртуального адреса остается неизменной при его преобразова­ нии в физический адрес?

53.Чем обусловлена необходимость защиты памяти?

Глава 6

Устройства управления

Данная глава освещает различные аспекты структурной организации и функцио­ нирования устройства управления вычислительной машины.

Функции центрального устройства управления

Устройство управления (УУ) вычислительной машины реализует функции уп­ равления ходом вычислительного процесса, обеспечивая автоматическое выпол­ нение команд программы. Процесс выполнения программы в ВМ представляет собой последовательность машинных циклов. Детализируем основные целевые функции, реализуемые устройством управления в ходе типового машинного цик­ ла [25]. Для простоты примем, что ВМ обеспечивает одноадресную систему ко­ манд. При этом, в частности, полагается, что до начала выполнения двухоперанд-

. ной арифметической команды второй операнд уже находится в процессоре.

Первым этапом в машинном цикле является выборка команды из памяти (этап ВК). Целевую функцию этого этапа будем обозначать как ЦФ-ВК.

За выборкой команды следует этап декодирования ее операционной части (кода операции). Для простоты пока будем рассматривать этот этап в качестве состав­ ной части этапа ВК.

Вторая целевая функция - формирование адреса следующей команды. На это выделяется специальный такт работы — этап ФАСК, которому соответствует це­ левая функция ЦФ-ФАСК.

Далее следует этап формирования исполнительного адреса операнда или адреса перехода (этап ФИА), на котором УУ реализует функцию ЦФ-ФИА. Функция имеет столько модификаций, сколько способов адресации (СА) предусмотрено в системе команд ВМ.

На четвертом этапе реализуется целевая функция выборки операнда (ЦФ-ВО) по исполнительному адресу, сформированному на предыдущем этапе.

Наконец, на последнем этапе машинного цикла действия задаются целевой функцией исполнения операции - ЦФ-ИО. Очевидно, что количество модифика­ ций ЦФ-ИО равно количеству операций, имеющихся в системе команд ВМ.