• Siini standardid
  • C.1.3.3 Mälu hierarhia
  • Puhvermälud
  • Puhvri jõudlus
  • Sekundaarmälu
  • Virtuaalmälu
  • Arvuti komponendid ja arhitektuurid




    Download 145.06 Kb.
    bet5/6
    Sana21.03.2017
    Hajmi145.06 Kb.
    1   2   3   4   5   6

    C.1.3.2 Arvutisüsteemi siinide tüübid


    Siin on füüsiline tarind, tavaliselt konnektorite kogum, mis ühendab kaht või enamat seadet. Siin on jagatud tarind selles mõttes, et väärtused, mille seade on kirjutanud siinile, on kättesaadavad kõigile selle siiniga ühendatud seadmetele.

    Põhimõtteliselt kasutatakse siine enamasti kolme tüüpi informatsiooni vahetamiseks: andmed, aadress ja olekut/juhtimist puudutav info. Seetõttu kirjelduse lihtsustamiseks kõneldakse kolme tüüpi siinidest: andmesiin, aadressisiin ja juhtsignaalide siin. Praktikas pindalale seatud piirangute tõttu kasutatakse eri ajahetkedel ühte füüsilist struktuuri sageli eri tüüpi informatsiooni vahendamiseks (andmed, aadressid, olekut/juhtimist puudutav info).

    Viimase põlvkonna arvutisüsteemides on jõudluse optimeerimiseks sageli kasutatud sellist arhitektuurilist lahendust, mis sarnaneb . peatükis toodud joonisel esitatule, kus on kasutatud mitmel tasemel siine.

    Mitmesiinilise lahenduse põhjuseks on seik, et me vajame kiiremaid rakendusi mälusiini jaoks, mis on kriitiline üldise jõudluse seisukohast, sest see haldab andmevahetust protsessori ja mälu vahel, samas kui sisend/väljundsiinid on tavaliselt vähem kriitilised, kuna neid rakendatakse aeglasemate välisseadmetega ühendamiseks.


    Siini standardid


    Selles peatükis antakse peamiste siini tüüpide lühikesed kirjeldused.
    ISA (Industry Standard Architecture) on siinide süsteem IBM PC-de ja sarnastele seadmetele. Algne 1981. aastast pärit standard sisaldas 8 bitist siini, mis töötas sagedusel 4,77 MHz. 1984. aastal pärast IBM AT-arvuti tootmise alustamist (mis kasutas Inteli protsessorit 80286 aastast 1982), laiendati ISA siini 16 bitiseks ja sagedus kasvaas 8,3 MHz-ni.
    MCA (Micro Channel Architecture) IBM-i poolt 1987. aastal kasutuselevõetud 32-bitine siin, mis lisati nende arvutile PS/2 ja kasutati koos Inteli 80386 protsessoriga. IBM püüdis litsentseerida MCA siini ka teistele tootjatele, kuid need lükkasid selle tagasi, sest see ei ühildunud paljude olemasolevate ISA-seadmetega. IBM jätkab MCA kaasaegse versiooni kasutamist mõnedes oma serveri lahendustest.
    EISA (Extended Industry Standard Architecture) ehk laiendatud tööstusstandardi arhitektuur on 8,3 MHz taktsagedusel töötav 32-bitine siin, mis loodi tööstuse poolt vastuseks MCA siinile. EISA on tagasiulatuvalt kokkusobiv, nii et ISA siiniga seadmeid saab sellega ühendada. EISA suudab ka automaatselt seadistada adapteri kaartide konfiguratsiooni, vabastades sellega kasutajad käsitsi lülitite seadmisest.
    NuBus on 32-bitine siin, mille lõi firma Texas Instruments ja seda on kasutatud Macintosh II ja teistes 680x0 alusega Macintosh arvutites. NuBus toetab automaatset konfigureerimist (“plug and play” ehk isehäälestuv).
    VL-siin (VESA lokaalsiin) lõi 1992. aastal Video Electronics Standards Association protsessorile Intel 80486. VL-siin on 32-bitine ja selle taktsageduseks on 33 MHz. VL-siini kasutamisel on vaja käsitsi lülitid seada.
    PCI (Peripheral Component Interconnect) on välisseadmeühendus, mille lõi Intel 1993. aastal. PCI-siinid võivad olla nii 32-bitised sagedusega 33 MHz kui ka 64-bitised sagedusega 66 MHz. PCI toetab automaahäälestust. PCI kontrollib automaatselt andmevahetuses esinevaid vigu. PCI kasutab kiirendusrežiimi, suurendades siini jõudlust mitme paketi saatmisega ühele aadressile.
    DIB (Dual Independent Bus) kaherealine iseseisev siin loodi Inteli poolt esisiini L2 puhvermälu jõudluse suurendamiseks.
    SECC (Single Edge Contact Cartridge) ühe kontaktservaga kassett, mille lõi Intel suure kiirusega tagasiini L2 puhvermälu jaoks.
    AGP (Accelerated Graphics Port) kiirendatud graafikaport loodi Inteli poolt jõudlused suurendamiseks, lahutades videoandmed ülejäänud andmetest PCI sisend/väljundsiinidel. AGP on 32-bitine ja taktsageduseks 66 MHz. AGP 2X kahekordistab andmevahetust sama siinilaiuse ja kiiruse juures. AGP 4X puhul läbib neli andmepaketti ühe takti jooksul, neljakordistades sellega läbilaskevõimet.
    DRDRAM oli mälusiin, mille lõi Rambus eesmärgiga suurendada protsessori ja mälu vahelise ühenduse kiirust. DRDRAM on 33-bitine siin ja selle taktsageduseks on 800 MHz. 16 bitti on mõeldud andmetele ja ülejäänud 17 bitti on reserveeritud aadressifunktsioonidele.

    C.1.3.3 Mälu hierarhia


    Eespool toodud kaalutluste põhjal peaks olema selge, et arvutisüsteemis on tavaliselt mitut tüüpi mälusid, mis moodustavad omamoodi mälude hierarhia.

    Seda võiks ette kujutada püramiidina. Kõrgema taseme mälud on enamasti kiiremad, väiksemad ja üldiselt ka hävimälud. Alamate tasemete mälud on sagedamini aeglasemad, suuremad ja üldiselt säilmälud.

    Alama taseme mäludeks on suure mahuga mälud, mida kasutatakse andmekogumite püsivaks salvestamiseks.


    Mälu hierarhia

    Puhvermälud


    Tüüpiline kaasaegne arvuti on varustatud kahe (või enama) taseme puhvritega, millel on erinevad kiirused ja mahud: esimese taseme mälu on paigutatud samale kiibile protsessoriga, teise taseme mälu, suurem ja aeglasem, on tavaliselt väljaspool protsessorit, tavaliselt emaplaadil.

    Puhvermälud on koondatud ridadesse (või plokkidesse). Mälu poole pöördumiseks on vaja kogu andmeplokk laadida vahemälusse. Lokaalsuse põhimõte tagab selle, et järgnevad pöördumised tõenäoliselt vajavad neid andmeid, mis on juba puhvermälusse laetud ja seega teostatakse see tõhusamalt.

    Kasutatakse väljendust puhvermälu tabamus, kui me viitame puhvermälus juba leiduvale informatsioonile. Vastupidisel juhul nimetatakse seda puhvermälu möödalask. Puhvermälu möödalasu puhul on vaja laadida puhvrisse uus plokk, mis sisaldaks nõutud andmeid. Kui puhvermälu rida uue ploki jaoks on juba kasutusel, siis on sellel real olev plokk vaja asendada.

    Kuna andmeid võidakse protsessori poolt muuta, siis sellest tuleneb probleem, kuidas tagada andmete säilimine koherentsena põhimälus säilitatavate andmete suhtes. Selle koherentsuse tagamiseks on kasutusel mitmesuguseid arhitektuurilisi lahendusi. Enamkasutatavateks lahendusteks on kirjuta tagasi ja kirjuta üle. Esimese puhul on vaja andmete muutmist vaid puhvris ja kui plokk vabaneb, siis see kopeeritakse põhimällu ainult juhul, kui seda on muudetud. Ülekirjutamise puhul aga kirjutamise operatsioonid teostatakse protsessori poolt nii puhver- kui põhimälus.


    Puhvri jõudlus


    Puhvri möödalasu puhul nõuab katse pääseda ligi puhvermälule vajaliku andmepaketi otsingut põhimälust. Need kaks operatsiooni võib teostada koos, nii et pöördumise aeg on parimal juhul (puhvri tabamus) võrdne puhvermälu pöördumise ajaga (lühem kui põhimälusse pöördumise aeg), samas kui halvemal juhul (puhvri möödalask) võrdub see põhimälusse pöördumise ajaga.

    Täpsemalt öeldes, nõuab puhvri möödalask ka ploki asendamist, mis toob kaasa ajalise viivituse, mis vastab põhimälu poole pöördumiseks kuluva ajaga. Puhvri jõudlus seega langeb, kui puhvri tabamuse tõenäosus jääb alla teatud väärtuse. Sellisel juhul on eriti oluline määrata kindlaks sobiv puhvri ridade arv. Tegelikult on nii, et kui ridade arv on liiga väike, siis ei kasuta me ära lokaalsusprintsiipi, kui aga ridade arv on liiga suur, siis laetakse sageli puhvrisse andmeid, mis ei ole vajalikud.


    Sekundaarmälu


    Sekundaarne mälu (ehk massmälu) on arvutis olev seade, mida kasutatakse suure hulga andmete püsivaks säilitamiseks. Selle seadme poole saab protsessor pöörduda vastavate sisend/väljundseadmete abil. Ajalooliselt olid esimesed massmäluseadmed magnetlindid. Praeguseks on tänu tehnilisele arengule olemas mitut tüüpi massmälus, mis kasutavad magnetilisi, optilisi ja välkmäluseadmeid (liikumatus olekus olevad seadmed). Turul olevad magnetkandjaid võivad salvestada sadu gigabaite (GB). Optiliste kandjate maht võib küündida mõnekümne gigabaidini. Välkmälude mahud on suurusjärgus mõned gigabaidid.

    Magnetkandjate aluseks on teatud magnetiliste omadustega ained. Lugemise ja kirjutamise operatsioonid teostatakse spetsiaalse seadme (pea) abil, mis asetseb magnetiseeruva pinna kohal. Kirjutamise ajal juhitakse läbi pea elektrivool, mis võimaldab salvestada väärtusi 0 või 1 (bitt), polariseerudes ühte või kahte eri suunda selle all oleva magnetkihi. Lugemise operatsiooni ajal aga toimib pea sensorina, tehes kindlaks pinna magnetilise polarisatsiooni. Nii magnetlint kui magnetkettad töötavad samal põhimõttel. Massmäluseadmel, mis põhineb magnetlindil, jagatakse pind eri piirkondadeks (rajad), mis asetsevad järjest. Magnetkettal põhineva massmäluseadme puhul koosneb pind ühest või mitmest magnetplaadist, mis on jagatud kontsentrilisteks ringideks (radadeks), millest igaüks on jagatud sektoriteks.


    Kõvakettastes kasutatakse üht või mitut magnetplaati, igaühel neist on kaks magnetiseeruvat pinda. Iga pinna jaoks on üks lugemis/kirjutamispea. Pead asetsevad käpa küljes, mida saab liigutada radiaalsuunal. Radade kogum, mis asuvad samal kaugusel ketta keskpunktist, nimetatakse silindriks. Kõvakettal olevate andmete saamiseks on vaja teada peade radiaalset asendit, st. valitakse silinder (milleks kulub nn. otsingu aeg), ketaste pöörlemine võimaldab peal hankida andmed (pöörlemise latentsusaeg) ja otseselt andmete edastamisele kuluv aeg. Otsingule kulub mõned millisekundid aega. Kaasaegsetel ketastel on suured pöörlemiskiirused, tavaliselt 5200 või 7200 p/min (pööret minutis) ja keskmine pöörlemise latentsusaeg mõned millisekundid. Ühes sektoris olevate andmete edastamiseks kulub ligikaudu mõned kümned millisekundid. Kaasaegsetes kõvaketastes on jõudlust parandatud ketastele elektroonilise mälu lisamisega, mis sisaldab kiirpöördumisega puhvrit kettale salvestatud informatsiooni jaoks.

    Müügil olevaid kõvakettaid võib jagada kahte kategooriasse: IDE (Integrated Drive Electronics) ehk integreeritud ajamielektroonika ja SCSI (Small Computer System Interface) väikearvutisüsteemi liides. Esimest tüüpi kõvakettad on laiemalt levinud Inteli arvutites. Teist kasutatakse laiemalt UNIX -tööjaamades nagu Macintoshi arvutid ja keerulisemad Intel PC-d. Sisuliselt erinevad SCSI kettad IDE ketastest liidese poolest, samas kui nende ülesehitus silindrite, radade ja sektorite kaupa on praktiliselt sama. SCSI ketaste jõudlus on üldiselt parem (tavalised pöörlemiskiirused on 10 000/15 000 p/min). Lisaks sellele on SCSI siinidega varustatud süsteemid osutunud hõlpsamini skaleeritavateks kui IDE siinidega arvutid.


    Virtuaalmälu


    Arvutisüsteemi sujuvaks tööks on vaja, et hetkel täidetav programm ja osa töödeldavatest andmetest oleks salvestatud põhimällu.

    Vaja on sobivaid mehhanisme (kas tark- või riistvaralisi), mis lahendaksid olukorra, kus programmid vajavad suuremat mälumahtu kui arvutis on olemas. Selliseid tehnikaid, mida tuntakse nime all virtuaalmälu, põhimõtteliselt jagavad nii programmid kui põhimälu saalitakse lehekülgedeks. Ainult mõned programmi leheküljed on laetud põhimällu, samas kui ülejäänud leheküljed salvestatakse sekundaarmällu.

    Kui protsessoril on vaja seda lehekülge, mis ei ole salvestatud põhimällu, siis hoolitseb operatsioonisüsteem selle laadimise eest sekundaarmälust, kusjuures võib see asendada mittevajaliku põhimälus oleva lehekülje uuega.

    1   2   3   4   5   6


    Download 145.06 Kb.

    Bosh sahifa
    Aloqalar

        Bosh sahifa


    Arvuti komponendid ja arhitektuurid

    Download 145.06 Kb.