Аналіз та оцінка апаратних засобів сучасних ПЕОМ

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Курсова робота виконана студентом гр. А19301 Рибалко С.О.

Державний комітет зі зв'язку й інформатики

МОСКОВСЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ЗВ'ЯЗКУ ТА ІНФОРМАТИКИ

Кафедра ЗТ і УС

Москва

1997

Введення

У наш час важко уявити собі, що комп'ютерів можна обійтися. Але ж не так давно, до початку 70-х років обчислювальні машини були доступні досить обмеженому колу фахівців, а їх застосування, як правило, залишалося огорнутим завісою секретності і не дуже відомий широкій публіці. Однак в1971 р. відбулася подія, що докорінно змінило ситуацію і з фантастичною швидкістю перетворило комп'ютер в повсякденний робочий інструмент десятків мільйонів людей. У тому поза всяким сумнівом знаменному року ще майже нікому не відома фірма Intel з невеликого американського містечка з гарною назвою Санта-Клара (шт. Каліфорнія), випустила перший мікропроцесор. Саме йому ми зобов'язані появою нового класу обчислювальних систем - персональних комп'ютерів, якими тепер користуються, по суті, всі, від учнів початкових класів та бухгалтерів до провідних учених і інженерів. Цим машинам, не займає й половини поверхні звичайного письмового столу, підкоряються все нові і нові класи задач, які раніше були доступні (а з економічних міркувань часто й недоступні - занадто дороге тоді коштувало машинний час мейнфреймів і міні-ЕОМ) лише системам, що займає не одну сотню квадратних метрів. Напевно, ніколи раніше людина не мала в своїх руках інструменту, який володіє настільки колосальною потужністю при настільки мікроскопічних розмірах.

Процесори

Перший крок

15 листопада 1971 можна вважати початком нової ери в електроніці. У цей день компанія приступила до постачань першого в світі мікропроцесора Intel 4004 - саме таке позначення отримав перший прилад, що послужив відправною точкою абсолютно нового класу напівпровідникових пристроїв.

Створивши новий ринок і захопивши на ньому панівні висоти, Intel тим не менш прагнула розширити його межі, і за 25 років процесори виконали воістину гігантський шлях.

Розглянемо типи процесорів, які застосовуються в даний час:

80286

Процесор i80286 був анонсований 1 лютого 1982 Архітектура і характеристики чіпа виявилися досить вражаючими. Залишившись 16-розрядним приладом, по продуктивності новий ЦП в 3-6 разів перевершив свого попередника (i8086) при тактовій частоті першої модифікації 8 МГц. Завдяки використанню многовиводного корпусу розробники змогли застосувати схему з роздільними шинами адрес і даних. 24 розряду адреси дозволили звертатися до фізичної пам'яті об'ємом до 16 Мбайт - таку ж ємність мали тоді і старші моделі більшості мейнфреймів. Вбудована система управління пам'яттю і засоби її захисту відкривали широкі можливості використання МП в багатозадачних середовищах. Крім того, апаратура i80286 забезпечувала роботу з віртуальною пам'яттю обсягом до 1 Гбайт.

Новий ЦП мав два режими роботи - реальний і захищений. У першому випадку він сприймався як швидкий ЦП i8086 з дещо розширеною системою команд і чудово підходив тим споживачам, для яких, крім швидкісних характеристик, життєво важливим було збереження існуючого доробку ПЗ. Робота в захищеному режимі дозволяла використовувати переваги приладу в повному обсязі, і перш за все - великий обсяг основної пам'яті.

Первісток 32-розрядних систем

Первісток 32-розрядних систем i80386 був представлений 17 жовтня 1985 і мав всі права на звання процесора для ЕОМ загального призначення. Використання КМОП-технології з проектними нормами 1 мкм і двома рівнями металізації дозволило розмістити на кристалі 275 тис. транзисторів і реалізувати повністю 32-розрядну архітектуру ЦП. 32 розряди адреси забезпечили адресацію фізичної пам'яті об'ємом до 4 Гбайт і віртуальної пам'яті ємністю до 64 Тбайт. Крім роботи з віртуальною пам'яттю допускалися операції з пам'яттю, що мала сторінкову організацію. Попередня вибірка команд, буфер на 16 інструкцій, конвеєр команд і апаратна реалізація функцій перетворення адреси значно зменшили середній час виконання команди. Завдяки цим архітектурним особливостям, процесор міг виконувати 3 - 4 млн. команд в секунду, що приблизно в 6 - 8 разів перевищувало аналогічний показник для МП i8086. Безумовно, новий прилад залишився сумісним зі своїми попередниками на рівні об'єктних кодів.

Особливий інтерес представляли три режими роботи кристала ¾ реальний, захищений і режим віртуального МП i8086. У першому забезпечувалася сумісність на рівні об'єктних кодів з пристроями i8086 і i80286, що працюють в реальному режимі. При цьому архітектура i80386 була майже ідентична архітектурі 86-го процесора, для програміста ж він взагалі видавався як ЦП i8086, що виконує відповідні програми з більшою швидкістю і володіє розширеною системою команд і регістрами. Завдяки цим якостям 32-розрядного продукту компанія зберегла колишніх клієнтів, які хотіли модернізувати свої системи, не відмовляючись від наявного заділу в області програмного забезпечення, і привернула тих, кому спочатку була потрібна висока швидкість обробки інформації.

Одне з основних обмеження реального режиму було пов'язано з граничним обсягом пам'яті, що адресується, рівним 1 Мбайт. Від нього вільний захищений режим, що дозволяє скористатися усіма перевагами архітектури нового ЦП. Розмір адресного простору в цьому випадку збільшувався до 4 Гбайт, а об'єм підтримуваних програм до 64 Тбайт. Системи захищеного режиму мали більш високою швидкодією і можливостями організації істинної багатозадачності.

Нарешті, режим віртуального МП відкривав можливість одночасного виконання ОС і прикладних програм. написаних для МП i8086, i80286 і80386. Оскільки обсяг пам'яті, що адресується 386-м процесором, не обмежений значенням 1 Мбайт, він дозволяв формувати кілька віртуальних середовищ i8086.

10 квітня 1989 корпорація Intel оголосила про початок випуску 32 розрядного приладу другого покоління - i80486, що став після пристроїв i8080 і! 8086 ще одним довгожителем.

Pentium

Стрімке ускладнення програмного забезпечення і постійне розширення сфери застосування комп'ютерів настійно вимагали істотного зростання обчислювальної потужності центральних процесорів ПК. До всього іншого на п'яти почали наступати і RISC-процесори. Хоча наприкінці 80-х років деякі експерти пророкували близький кінець кристалів СISC, корпорація Intel цілком справедливо вважала, що до цього ще далеко і в мікропроцесорах використані не всі можливості СISC-архітектури. Крім того, фірмі навряд чи пробачили б відмову від програмної сумісності з попередніми моделями - вартість накопиченого системного і прикладного ПЗ вже вимірювалася в мільярдах доларів.

Як це траплялося не раз, опрацювання нового процесора почалися, коли проект створення 486-го МП вступив у завершальну стадію. В основу продукту була покладена суперскалярна архітектура (ще один атрибут зі світу мейнфреймів), яка і дала можливість одержати п'ятикратне підвищення продуктивності в порівнянні з моделлю 486DХ. Висока швидкість виконання команд досягалася завдяки двом 5-ступінчастим конвеєрів, що дозволяв одночасно виконувати декілька інструкцій. Для постійного завантаження обох конвеєрів з кеш'а потрібно широка смуга пропускання. Суміщений буфер команд і даних забезпечити її не міг, і розробники скористалися рішенням з арсеналу RISC-процесорів, оснастивши Pentium роздільними буферами команд і даних. При цьому обмін інформацією з пам'яттю через кеш даних здійснювався абсолютно незалежно від процесорного ядра, а буфер інструкцій був пов'язаний з ним через високошвидкісну 256-розрядну внутрішню шину. Незважаючи на те що новий кристал був спроектований як 32-розрядний, для зв'язку з іншими компонентами системи використовувалася зовнішня 64-розрядна шина даних з максимальною пропускною здатністю 528 Мбайт / с. Ще однією «родзинкою» архітектури, запозиченої у представників універсальних ЕОМ стала схема передбачення переходів.

За швидкістю виконання команд з плаваючою точкою Pentium в п'ять - сім разів перевершив процесор 486DX2/50 і майже на порядок - мікросхему 486DX/33.

Pentium Pro

27 березня 1995 Intel представила мікропроцесор шостого покоління, який отримав назву Pentium Pro. Прагнення вичавити з CISC-архітектури практично все, на що вона здатна, змусило розробників цього продукту користуватися майже всіма технічними рішеннями, які раніше застосовувалися в супер ЕОМ і мейнфреймах (благо, досягнутий рівень інтеграції це вже дозволяла). Перш за все мова йде про використання механізму динамічного поділу порядку виконання команд декількох багатоступеневих конвеєрів замість двох 5-східчастих конвеєрів, характерних для Pentium. Новий ЦП має їх три, в кожному з яких 14 ступенів. Подібний багатофазних конвеєр дозволив забезпечити високу тактову частоту процесора (133 МГц в першій моделі). Для здійснення постійного завантаження конвеєра необхідні високоефективний кеш команд і високоякісна схема передбачення переходів. Тому на відміну від свого попередника, що мав двухвходових асоціативний кеш інструкцій, Pentium Pro має більш ефективним четирехвходовим кеш'ем, а також схемою передбачення розгалужень на 512 входів. Крім того, для підвищення продуктивності була застосована буферна пам'ять другого рівня ємністю 256 Кбайт, розташована в окремому чіпі і змонтована в тому ж корпусі, що і процесор. Кристал кеш'а пов'язаний із процесором власної синхронної 64-розрядною шиною, що працює на тактовій частоті процесора.

Технічні характеристики нового ЦП забезпечили йому стійкий збут у секторі високопродуктивних серверів і робочих станцій, на частку якого припадає поки що найбільший обсяг продажів кристала. Що стосується персональних комп'ютерів, то тут поширення Pentium Pro поки стримується щодо високою вартістю і недостатнім обсягом прикладного ПЗ, повною мірою використовує всі переваги процесора.

Материнські плати

Майже всі сучасні плати використовують шину PCI і підтримують специфікацію PCI-2.0. Архітектура системних плат з шиною PCI за досить короткий проміжок часу зазнала суттєвих змін, спрямовані в остаточному підсумку, на підвищення продуктивності, - від РСI Bridge до РСI Host Concurrent Bus, що допускає конкурентні цикли процесор-пам'ять і PCI-пам'ять.

CHIPSE T

Поява chipset Triton фірми Intel, зі значно розширеними порівняно з ранніми версіями можливостями з управління шиною і застосування нових типів пам'яті, встановило новий стандарт на продуктивні системи на основі процесорів типу Pentium (90, 100, 120 MHz і т. д.).

Triton (82430FX PCIset) підтримує:

специфікацію РС1 РС12.0 (Triton VX-РС1 2.1); зовнішні тактові частоти 50 / 60 / 66 MHz;

обмін по шині РС1 на частотах 25/30/33 MHz;

256 або 512 KB кеш-пам'яті другого рівня - pipeline burst SRAM, асинхронну SRAM;

від 4 до 128 MB EDO DRAM або FPM DRAM;

містить вбудований Bus Master IDE контролер на 4 пристрої (режими PIO mode 4 і MultiWord DMA mode 2).

Природно, що всі нові моделі chipset за своїми можливостями знаходяться приблизно на рівні Triton і, крім того, підтримують і Pentium, і процесори К5 та М1 фірм AMD і Cyrix.

Chipset фірми Acer Laboratory Inc. під назвою Aladdin M1511/12/13 призначений як для двопроцесорних, так і однопроцесорних конфігурацій. Розрахований на процесори Pentium (від 60/66 MHz на 5V до 150 MHz, 2.5 V). У однопроцесорній конфігурації можна застосовувати також Cyrix М1 і AMD К5. Передбачена підтримка pipeline burst SRAM і EDO DRAM. Є вбудований контроллер Enhanced IDE.

Нові chipset для процесорів сімейства 486, наприклад ALI М 1489 фірми, використовують деякі рішення, розроблені для Pentium, зокрема, можливість застосування пам'яті типу EDO DRAM, а також підтримують процесори MISC фірми Cyrix і Enhanced 486 фірми AMD.

КОНСТРУКТИВНІ ОСОБЛИВОСТІ І ВБУДОВАНІ ПРИСТРОЇ

У всіх нових моделях системних плат для Pentium передбачена підтримка процесорів не тільки на 90/100 MHz, але і 120, 133, 150 MHz, а в деяких -155, 167, 180 і 200 MHz. Різні значення напруги живлення, що вимагаються для різних моделей процесорів, забезпечуються регуляторами напруги, як вбудованими, так і у вигляді зовнішніх модулів Voltage Regulator Module - VRM (для них передбачені спеціальні роз'єми). Практично обов'язковими стали вбудовані контролери Enhanced IDE на 4 пристрої з підтримкою режимів PIO mode 3, 4 і DMA Mode 2 (Bus Master IDE). На майже в усі системні плати, як для Pentium, так і для сімейства 486, вбудовують також контролери флоппі-дисків і Enhanced Ports. Послідовні порти, завдяки застосуванню універсального асинхронного прийомопередатчика UART 16550 з FIFO регістром, дозволяють здійснювати безпомилковий високошвидкісний обмін даними. У деяких випадках передбачена також підтримка послідовного інфрачервоного порту Infrared (IrDA). Відповідний модуль підключається через 5-штирьковий роз'єм. IrDA забезпечує обмін даними на відстані до одного метра зі швидкістю 115 kbps. Інфрачервоними портами забезпечуються в даний час багато переносні пристрої (notebook, laptop), а також принтери.

Системні плати типу AII-In-One, в яких крім вбудованих контролерів і портів є також і графічний адаптер і, найчастіше, звукова плата, випускаються у великих кількостях, особливо фірмою Intel. Застосування плат All-In-One обмежувалося завжди необхідністю використання спеціального корпусу типу slim, ultra slim, super slim і, крім того, невеликим числом слотів розширення і недостатніми можливостями для подальшої модернізації. Тим не менш, тенденція інтегрувати, як можна більше пристроїв в системну плату простежується цілком чітко (і не обов'язково тільки в платах типу AII-In-One). Так, наприклад, вбудовані SCSI-адаптери застосовуються вже досить давно.

СИСТЕМНІ ПЛАТИ PENTIUM

Фірма ASUSTeK випускає широкий набір системних плат під Pentium, як у однопроцесорній, так і у двопроцесорній конфігурації. Використовуються chipset фірми Intel (Triton, Neptune), а також фірми SiS. У всіх платах застосовані версії BIOS фірми AWARD і SCSI BIOS фірми NCR, реалізовані на основі Flash EPROM ємністю 1 M bit.

Приклад: Модель РС1/1-Р55ТР4ХЕ розрахована на процесори Р54С з тактовими частотами 75, 90, 100, 120, 133, 150 MHz. У ній використовується chipset Intel Triton. Вбудований Bus Master Enhanced IDE контролер забезпечує обмін даними в режимах Р10 mode 3 і 4 і DMA mode 2. Є контролери флоппі-дисків і Enhanced Ports. BIOS фірми Award підтримує режим Plug & Play. Плата забезпечена додатковим слотом MediaBus, який може використовуватися спільно зі слотом РС1 для підключення комбінованих адаптерів, наприклад графічного, поєднаного зі звуковою платою (шина MediaBus є певним аналогом шини ISA, тільки виведена на інший роз'єм).

СИСТЕМНІ ПЛАТИ 486

Фірма ASUSTeK поставляє класичні, дуже ретельно сконструйовані моделі плат для процесорів сімейства. 486. Використовується chipset фірм I ntel і SiS. Всі плати підтримують широку номенклатуру процесорів виробництва Intel (включаючи Pentium OverDrive Р24Т), AMD, Cyrix, UMC. Хоча локальна шина VLB, розроблена у свій час спеціально під процесори сімейства 486, зараз активно витісняється шиною РС1, на ринку все ще є велика кількість якісних графічних та інших адаптерів, виконаних у цьому конструктиві. Тому роз'єм під шину VLB збережений навіть в системних платах, що використовують РС1. Модель PVI-486SP3 (з шинами PCI / VLB / ISA) зібрано на chipset SiS 85С496 & 85С497, використовує BIOS фірми Award і підтримує до 512 KB кеш-пам'яті. Плата має повний набір вбудованих контролерів. Модель PVI-486AP4 використовує chipset Intel Green PC 824.20EX PCIset (Intel Aries) і містить тільки Enhanced IDE контролер. Нарешті модель VL/1-486SV2GX4 на популярній мікросхемі SiS 471 орієнтована на шину VLB (2 слота). Серед особливостей можна відзначити підтримку кеш-пам'яті великого об'єму - до 1МВ. Нові версії плат PVI передбачають Plug & Play, для більш старих можливий upgrade для BIOS.

ПРОДУКТИВНІСТЬ

Системна плата повинна забезпечувати досягнення максимально високої продуктивності як процесора і оперативної пам'яті, так і інших частин комп'ютера - графічних адаптерів, жорстких дисків і інших. Тому тестування системної плати на продуктивність, що припускає оцінку швидкодії практично всіх компонентів, дає корисну інформацію не тільки про неї самої, а й про тих компонентах. Зіставлення результатів може допомогти у виборі того чи іншого технічного рішення та конкретних типів комплектуючих. Слід відразу обмовитися, що не варто абсолютизувати результати будь-якого тестування. Ідеальних тестів не буває, вони в тій чи іншій мірі розраховані на оцінку або виділених підсистем комп'ютера, або на деякі інтегральні характеристики. У даному випадку це не більше ніж орієнтир, особливо корисний при налаштуванні системи. Кращий тест - це конкретна робоче середовище конкретного користувача.

Аналіз результатів тестування показує, що хоча застосування нових типів пам'яті і дає певний виграш у продуктивності, він невеликий. Це легко зрозуміти з урахуванням того, що навіть стандартна кеш-пам'ять другого рівня забезпечує для типових завдань доступ до оперативної пам'яті зі швидкістю, досить близькою до максимально можливої ​​для даного типу процесора, так що подальше прискорення дається з великими труднощами і не може бути значним. Тим не менш, застосування нових типів пам'яті є цілком виправданим, оскільки дозволяє підняти реальну продуктивність при роботі з багатьма додатками і в мультизадачності середовищі. З деяких джерел і публікацій можна зробити і ще один важливий висновок. Він полягає в тому, що головний засіб підвищення продуктивності всіх підсистем комп'ютера, включаючи графічну і, з деякими застереженнями, жорсткі диски, - це використання більш потужного процесора.

Оперативна пам'ять

Практично всі комп'ютери використовують три види пам'яті: оперативну, по яка стоїть і зовнішню.

Оперативна пам'ять предней а значить а для зберігання змінної інформації, як вона допускає з менение свого вмісту в ході виконання мікропроц ессором обчислювальних операцій. Таким чином, цей вид пам'яті забезпечує режими запису, зчитування й зберігання інформації. Оскільки в будь-який момент часу доступ може здійснюватися до довільно вибраної комірки, то цей вид пам'яті називають також пам'яттю з довільною вибіркою й - RAM (Random Access M em oiy). Для побудови Запом на чих пристро тв типу RAM використовують мікросхеми статичної і динамічної пам'яті.

Постійна пам'ять звичайно містить таку інформацію, кіт орая не повинна змінюватися в ході виконання мікропроцесорів програми. Постійна пам'ять має власну приз-вання - ROM (Read Only Memory), яке вказує на те, чт 'про вона забезпечує тільки режими зчитування та зберігання. П остоялась пам'ять володіє тим перевагою, що може сохранягь інформацію і при відключеному живленні. Це властивість отримало назву енергонезалежність. Всі мікрос хеми постійної пам'яті за способом занесення до них інформації (програмуванням) поділяються на масочний (ROM), програмовані виробником, одноразово програмувальні користувачем (Programmable ROM) і багаторазово програмовані користувачем (Erasable PROM). Останні в свою чергу подр азделяются на прані електрично і за допомогою ультрафіолетового опромінення. До елементів ЕР ROM з електричним стиранням інформації відносяться і мікросхем еми флеш-пам'яті. Від звичайних EPROM вони відрізняються високою швидкістю доступу і стирання запісанной.інформаціі. Веш няя пам'ять реалізована зазвичай на магнітних носі ях.

Оперативна пам'ять

Оперативна пам'ять становить не більшу, але, безумовно, найважливішу частину персонального комп'ютера. Якщо від типу процесора залежить кількість адресою емой пам'яті, то швидкодія використовуваної оперативної пам'яті багато в чому визначає швидкість роботи процесора, і в кінцевому результаті впливає на продуктивність всієї системи.

Практично будь-який персональний IBM-сумісний комп'ютер оснащений оперативною пам'яттю, реалізованої мікросхемами динамічного типу з довільною вибіркою. (DRAM, Dynamic Random Access Memory). Кожен біт такої пам'яті фізично представлений у вигляді наявності (або відсутності) заряду на конденсаторі, утвореному в структурі напівпровідникового кристала. Оскільки час зберігання заряду конденсатором обмежена (через «паразитних»; витоків), то, щоб не втратити наявні дані, необхід] імо періодичне відновлення записаної інформації, яке і виконується в циклах регенерації (refresh cycle). Це є, пожежо луй, одним з основних недоліків динамічної пам'яті, в той час, як за критерієм, що збільшує інформ аціонную ємність, вартість й енергоспоживання, цей ти п пам'яті в багатьох випадках Пріоритетний Єльне ст ати чеський пам'яті (SRAM, Static RAM). Остання в качес тве елемента рной комірки пам'яті використовує так званий статичний тригер. Цей тип пам'яті має високий бистзодействіем і, як правило, використовується в самих «вузькі х». місцях системи, наприклад, для організації памягі.

Корпуси та марк і ровка

Еле менти дин аміческой пам'яті для персональних комп'ютерів бувають конструктивно виконані або у вигляді окрем х мікрос Хем в корпусах типу DIP (Dual In line Packag e), або у вигляді модулів пам'яті типу SIP / SIPP (Single In line Pin Pack age) або типу SIMM (Single In line Mernory Module). Модул і пам'яті представляють собою невеликі текстол ітовие плати з друкованим монтажем з встановленими на них мікросхемами пам'яті в DIP-корпусах. При цьому для підключення до систем ної плати на SIMM використовується друкований («ножовий») роз'єм, а на модулях SIP - штирьовий.

Логічна організація пам'яті

Використовуваний в IBM PC / XT процесор i808 6 через свої 20 адресних ліній може мати доступ до простору ству пам'яті всього в 1 Мбайт. Але в той час, коли з'явилися ці комп'ютери, можливість уве личение доступної оперативної пам'яті в 10 разів (у порівнянні зі звичайними 64 Кбайт) була просто фантастичною. Звідси мабуть і з'явилася «волюн тарістская» цифра - 640 Кбайт. Ці пе рвие 640 Кбайт адре суем простору в IBM-сумісних комп'ютерах називають зазвичай стандартною пам'яттю (conventional mem ory). Решта 384 Кбайт були зарезервовані для систем використання і носять назву пам'яті у верхніх або вищих адресах (U MB, Upper Memory Blocks). Ця область пам'яті резервується під розміщення сис темного ROM BIOS (Read Only Меш Basic Input Output System), відеопам'яті і ROM-пам'яті, додаткових адаптерів.

Додаткова, мул і ехрanded-памягь

Майже на всіх персон альних комп'ютерах область UMB рідко виявляється заповнений ної повністю. Пустує, як пра вило, область розширено ия системного ROM BIOS частина відеопам'яті і області під додаткові модулі ROM. На цьому й базується специфікація додаткової пам'яті EMS (Ex panded Memory Specification), розробка фірмами Lotus Development, Intel і Microsoft (тому звана іноді LIM-специфікацією) ще в 1985 р. і дозволяє використовувати оперативну пам'ять понад стандартних 640 Кбайт для прикладних програм. При нціп використання додаткової памят і заснований на пері клю чении блоків (сторінок) пам'яті. У вид еляется незайняте «вікно» (page frame) в 6 4 - Кбайт, кото рої р азбіто на 16-кілобайтні ст раніци. Програмні та апаратні засо тва дозволяють відображати будь-який 16-кілобайтний з егмент пов ої допо лні тель ної expanded-іамйті в будь-якій з виділених 16-ки лобайтних ст раніц вікна. Хоча мікропроцесор завжди про бращается до даних, хран імим у вікні (пекло рес 1 Мбайт), адреси цих даних можуть бути зміщені в до повн мон пам'яті щодо вікна на декілька мегабайт. Специфікація LIM / EMS 4.0 дозволяє використовувати до 2048 логічних сторінок і розширити обсяг пам'яті, що адресується до 32 Мбайт. Крім цього, як і в EMS, фізичні сторінки можуть бути розташовані в будь-якому місці пам'яті, відмінний від 16 Кбайт. Таким чином можуть задей хiдно керуватись області відеопам'яті і UMB. Можливості специфікації дозволяють, зокрема, організувати багатозадачний режим роботи.

Paсшіренная, або ехрanded-памягь

Комп'ютери, які використовують процесор i80286 з 24-розрядними адресними шинами, фізично можуть адресувати 16 Мбайт, а в разі процесорів i80386/486 - 4 Гб пам'яті. Така можливість з'являється тільки при захищеному режимі роботи процесора (protected mode), якого операційна система MS DOS не підтримує. Розширена пам'ять розташовується вище області адрес 1 Мбайт. Для роботи з extended-пам'яттю мікропроцесор повинен переходити і з реального в примiщеннi щенний режі м і назад. Мікропроцесори i80386/486 виконують цю операцію досить легко, чого не скажеш про i80286. При наявності відповідного програмного драйвера розширену пам'ять можна емулювати як додаткову. Апп аратную підтримку в цьому випадку повинен забезпечувати процесор не нижче i80386 або допоміжний набір спеціальних мікросхем.

Кеш-пам'ять

Кеш-пам'ять призначена для узгодження швидкості роботи порівняно повільних пристроїв, таких, наприклад як динамічна пам'ять з відносно швидким мікропроцесором. Використання кеш-пам'яті дозволяє уникати циклів очікування в його роботі, які знижують п рої зводітельность всієї системи.

У мікропроцесора, синхронизируемое, нап риклад, тактовою частотою 33 МГц, такто вий період складає приблизно 30 нс. Звичайні сучасні мікросхеми динамічної пам'яті мають час вибірки від 60 до 80 нс. Звідси, зокрема, випливає, що центральний процесор змушений простоювати 2-3 періоду тактовою частоти (тобто має 2-3 цикли очікування), поки інформація з відповідних мікросхем пам'яті встановиться на системній шині даних комп'ютера. Зрозуміло, що в цей час процесор не може виконувати ніяку іншу роботу. Така ситуація веде зазвичай до того, що загальна продуктивність системи знижується, що, зрозуміло, вкрай небажано.

За допомогою технології обробки, що використовує кеш-пам'ять, зазвичай робиться спроба узгодити роботу повільних зовнішніх пристроїв з швидким процесором. У перекладі з англійської слово «сасhе» означає не що інше, як політичний притулок або схованку. Ці значення, очевидно, можна тлумачити по-різному: і як те, що кеш, по суті, є проміжним буферним запам'ятовуючим пристроєм, і як те, що робота кеш-пам'яті практично прозора (тобто невидима) для користувача. До речі, у вітчизняній літературі синонімом кеш-пам'яті є термін «сверхоперативная пам'ять».

Відповідний контролер кеш-пам'яті повинен піклуватися про те, щоб команди і дані, які будуть необхідні мікропроцесору в певний момент часу, опинялися в кеш-пам'яті саме до цього моменту. При деяких зверненнях до оперативної пам'яті відповідні значення заносяться в кеш. У ході подальших операцій читання з тим ке адресами пам'яті звернення відбуваються тільки до кеш-пам'ять, без витрати процесорного часу на очікування, що неминуче при роботі з основною динамічною пам'яттю. У персональних комп'ютерах технологія використання кеш-пам'яті знаходить застосування насамперед при обміні даними між мікропроцесором і оперативною пам'яттю, а також між основною пам'яттю і зовнішньої (накопичувачами на магнітних носіях).

На кристалі мікросхеми оперативної пам'яті SRАМ знаходиться величезна кількість транзисторів. Як вже говорилося, прінщп роботи осередку динамічної пам'яті полягає в збереженні; заряду на крихітному конденсаторі, виконаному в напівпровідниковій структурі кристалу. Зрозуміло, що для того щоб зарядити конденсатор до певного значення, потрібен певний час. Щоб конденсатор розрядився, також необхідно певний час. Таким чином, в результаті процесів заряду і розряду конденсатора комірка пам'яті встановлює або в стан 1, або в стан 0. Оскільки для заряду і розряду конденсатора необхідно цілком певне (і чималий) час, то в цьому і криється причина обмеженого швидкодії динамічної пам'яті.

Статична ж пам'ять полягає в тригерах, в яких застосовуються інтегральні транзистори-перемикачі. Такі транзистори використовують ключовий принцип роботи: вони або закриті, або відкриті. Звичайно, на перехід транзистора з одного стану в інший також необхідно якийсь час, проте воно істотно менше часу заряду-розряду конденсатора, що виконує роль елемента пам'яті. Поряд з такою гідністю, як швидкодія по відношенню до динамічної пам'яті, статична пам'ять має і недоліки. Вона споживає більший струм і має більш складну архітектуру - на одну клітинку пам'яті потрібно більше транзисторів. Як наслідок цього, статична пам'ять істотно дорожче динамічною. Крім того, при однаковому коефіцієнті інтеграції статична пам'ять володіє значно меншою інформаційною ємністю.

При обміні даними виникає схожа проблема. Адреси даних, які незабаром знадобляться процесору для обробки, знаходяться в більшості випадків поруч з адресами даних, що обробляються безпосередньо в даний час. Тому кеш-контролер повинен також дбати про розміщення всього блоку даних в статичній пам'яті.

Метод Write Through, званий також методом наскрізний запису, передбачає наявність двох копій даних - однієї в основній пам'яті, а інший - у кеш-пам'яті. Кожен цикл записи процесора в пам'ять йде через кеш. Це обумовлює, звичайно, високе завантаження системної шини, так як на кожну операцію модифікації даних припадає дві операції запису. Тому кожне оновлення вмісту кеш-пам'яті відчутно позначається на роботі шини. З іншого боку, мікропроцесор як і раніше вимушений чекати закінчення запису в основну пам'ять.

Метод Buffered Write Through є різновидом методу Write Through і називається також методом буферизованная наскрізний запису. Для того щоб якось зменшити завантаження шини, процес запису виконується в один або кілька буферів, які працюють за принципом FIFO (First Input-First Output). Таким чином, цикл записи для мікропроцесора закінчується практично миттєво (тобто коли дані записані в буфер), хоча інформація в основній пам'яті ще не збережена. Сам же мікропроцесор може виконувати подальшу обробку команд. Звичайно, відповідна логіка управління повинна піклуватися про те, щоб своєчасно спустошувати заповнені буфери. При використанні даного методу процесор повністю звільнений від роботи з основною пам'яттю.

При використанні методу Write Back, званого також методом зворотного запису, цикл записи мікропроцесора відбувається спочатку в кеш-пам'ять, якщо там є адреса приймача. Якщо адреси приймача в кеш-пам'яті не виявляється, то інформація записується безпосередньо в пам'ять. Вміст основної пам'яті оновлюється лише тоді, коли з кеш-пам'яті в неї записується повний блок даних, званий довжиною рядка-кешу (cache-line).

При роботі з кеш-пам'яттю застосовується асоціативний принцип, коли старші розряди адреси використовуються як ознака, а молодші - для вибору слова. Архітектура кеш-пам'яті визначається тим, яким чином пам'ять відображається на кеш. Існують три різновиди відображення: кеш-пам'ять з прямим відображенням, частково асоціативна і повністю асоціативна. При прямому відображенні кожна клітинка основної пам'яті може відображатися тільки на одну клітинку кешу, в частково асоціативної-на дві і більше (тобто, якщо одна комірка кешу зайнята, можна використовувати іншу). У разі наявності чотирьох входів кеш-пам'ять називають 4-канальної частково асоціативної, як, наприклад, у i486. При повністю асоціативному підході як розрядів ознак використовуються всі адресні розряди.

BIOS і CMOS RAM

Базова система введення-виведення BIOS (Basic Input Output System) називається так тому, що включає в себе широкий набір програм введення-виведення, завдяки яким операційна система і прикладні програми можуть взаємодіяти з різними пристроями як Самого комп'ютера, так і з пристроями, підключеними до нього. Взагалі кажучи, в архітектурі IBM-сумісного комп'ютера система BIOS займає особливе місце. З одного боку, її можна розглядати, як складову частину апаратних засобів, з іншого боку, вона є як би одним з програмних модулів операційної системи.

Зауважимо, що система BIOS, крім програм взаємодії з апаратними засобами на фізичному рівні, містить програму тестування при включенні живлення комп'ютера POST (Power-On-Self-Test) і програму початкового завантажувача. Остання програма необхідна для завантаження операційної системи з відповідного накопичувача.

Система BIOS в IBM-сумісних комп'ютерах реалізована у вигляді однієї або двох мікросхем, встановлених на системній платі комп'ютера. Найбільш перспективним для зберігання системи BIOS є зараз флеш-пам'ять. BIOS на її основі мають, наприклад, системні плати фірм Intel, Mylex, Compaq і т.д. Це дозволяє легко модифікувати старі або додавати додаткові функції для підтримки нових пристроїв, що підключаються до комп'ютера.

Оскільки вміст ROM BIOS фірми IBM було захищено авторським правом (тобто його не можна піддавати копіювання), то більшість інших виробників комп'ютерів змушені були використовувати мікросхеми BIOS незалежних фірм, системи BIOS яких, зрозуміло, були практично повністю сумісні з оригіналом. Найбільш відомі з цих фірм три: American Megatrends Inc. (AMI), Award Software і Phoenix Technologies.

CMOS RAM

Система BIOS у комп'ютерах, заснованих на мікропроцесорах i80286 і вище, нерозривно пов'язана з незмінною пам'яттю (CMOS RAM), в якій зберігається інформація про поточні показання годин, значення часу для будильника, конфігурації комп'ютера: кількості пам'яті, типах накопичувачів і т.д. Саме в цій інформації потребують програмні модулі системи BIOS. Назва CMOS RAM зобов'язане з того, що ця пам'ять виконана на основі структур КМОП (CMOS - Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) які, як відомо, відрізняються малим енергоспоживанням.

У системі BIOS є програма, яка називається Setup, яка може змінювати вміст CMOS-пам'яті. Викликається ця програма певною комбінацією клавіш, яка зазвичай виводиться в якості підказки на екран монітора після включення живлення комп'ютера. Під час завантаження комп'ютера можна запустити програму Setup для системи BIOS.

Нагадаємо, що під звичайними установками (Standard CMOS Setup) ми розуміємо інформація датою (місяць, день, рік), поточних показаннях годин (години, хвилини, секунди), кількості стандартної і розширеної мяти (у кілобайтах), технічних параметрах і тип накопичувачів, дисплея, а також про підключення клавіатури. Замі наприклад, що якщо в цій програмі в рядку Keyboard сказати «Not Installed», то навіть при відсутності клавіатури комп'ютер не видасть повідомлення про помилку.

Розширені установки (Advanced CMOS Setup і Advanced ChipSet Setup) включають в себе додаткові можливості конфігурації системної плати. Найбільш загальними є, наприклад, такі можливості, як допустима швидкість введення символів з клавіатурв (за замовчуванням 15 символів в секунду), тестування, тестування пам'яті вище кордону 1 Мбайт, дозвіл використання арифметичного співпроцесора Weitek, пріоритет або послідовність завантаження (тобто спроба завантаження комп'ютера спочатку з накопичувача зі змінним, а потім незмінним носієм або навпаки), установка певної тактової частоти мікропроцесора при включенні, дозвіл парольного захисту і т.д. Як правило, розширені установки допускають визначення областей «тіньової» (shadow) пам'яті для системної ROM BIOS, а також ROM BIOS відеоадаптерів, контролерів накопичувачів і додаткових адаптерів. Крім цього, можлива установка тактової частоти системної шини, а також числа тактів очікування (або тимчасової затримки) для мікропроцесора при зверненні до пристроїв введення-виведення, оперативної та / або кеш-пам'яті.

Зауважимо, що в разі пошкодження мікросхеми CMOS RAM (а також при розряді батареї чи акумулятора) програма Setup має можливість скористатися якоюсь інформацією за замовчуванням (BIOS Setup Default Values), яка зберігається в таблиці відповідної мікросхеми ROM BIOS.

НОВІ ВИДИ ПАМ'ЯТІ

Різке підвищення швидкодії процесорів і перехід на 32-розрядні багатозадачні операційні системи істотно порушують вимоги і до інших компонентів комп'ютера. Найважливішим із них є оперативна пам'ять. Зростання зовнішніх тактових частот процесорів з 33-40 МГц, характерних для сімейства 486 (486DX2-66/80 і 486DX4-100/120), до 50-66 МГц для Pentium (Pentium 75/90/100/120/133), вимагає перш за все адекватного збільшення швидкодії підсистеми пам'яті. Оскільки в якості оперативної використовується відносно повільна динамічна пам'ять DRAM (Dynamic Random Access Memory), головний спосіб збільшення пропускної здатності заснований на застосуванні кеш-пам'яті. Крім вбудованої в процесор кеш-пам'яті першого рівня застосовується і кеш-пам'ять другого рівня (зовнішня), побудована на більш швидкодіючих, ніж DRAM, мікросхемах статичної пам'яті SRAM (Static RAM). Для високих тактових частот потрібно збільшувати швидкодію SRAM. Крім того, в багатозадачному режимі ефективність роботи кеш-пам'яті також може знижуватися. Тому актуальною стає завдання не тільки збільшення швидкодії кеш-пам'яті, але й прискорення безпосереднього доступу до динамічної пам'яті. Для вирішення цих проблем починають використовуватися нові типи статичної і динамічної пам'яті.

Вимоги до обсягів пам'яті диктуються програмним забезпеченням. При використанні Windows оцінити необхідну кількість пам'яті можна на основі тестів Winstone, що використовують найбільш популярні додатки Windows. Відповідні дані представлені на малюнку 1.

Статична пам'ять

Як кеш-пам'яті другого рівня практично завжди застосовувалася (і до цих пір продовжує широко застосовуватися) стандартна асинхронна пам'ять SRAM. При зовнішніх тактових частотах порядку 33 Мгц хороші результати давала статична пам'ять з часом відгуку 15-20 ns. Для ефективної роботи на частотах вище 50 МГц такого швидкодії вже недостатньо. Пряме зменшення часу вибірки до потрібних величин (12-8 ns) обходиться дорого, тому що вимагає найчастіше застосування дорогої технології Bi-CMOS замість CMOS, що неприйнятно для масового ринку. Тому пропоноване рішення полягає в застосуванні нових типів пам'яті з удосконаленою архітектурою, які спочатку були розроблені для потужних робочих станцій. Найбільш перспективна синхронна SRAM. На відміну від звичайної асинхронної, вона може використовувати ті ж тактові сигнали, що й інша система, тому і називається синхронної. Вона забезпечена додатковими регістрами для зберігання інформації, що звільняє інші елементи для підготовки до наступного циклу ще до того, як завершився попередній. Швидкодія пам'яті при цьому збільшується приблизно на 20%. Ефективну роботу на самих високих частотах може забезпечити особливий різновид синхронної SRAM - з конвеєрною організацією (pipelined burst). При її застосуванні зменшується число циклів, потрібних для звернення до пам'яті в груповому режимі. Приклад для тактовою частоти 66 МГц (Pentium 100 і Pentium 133) наведено в таблиці 1. У разі групового режиму читання-запису для першого звернення потрібно 3 циклу, для кожної наступної - тільки 1.

Тип циклу Асинхронна SRAM Конвеєрна SRAM
Single Read 3 3
Single Write 4 3
Burst Read 3-2-2-2 3-1-1-1
Burst Write 4-3-3-3 3-1-1-1

Таблиця 1. Порівняння асинхронної і конвеєрної пам'яті SRAM.

Динамічна пам'ять

Так само, як і для статичної пам'яті, пряме скорочення часу вибірки для динамічної пам'яті досить важко технічно здійснено і призводить до різкого зростання вартості. Тому орієнтація в нових системах йде на мікросхеми з часом відгуку 60-70 ns. Стандартні мікросхеми DRAM мають сторінкову організацію пам'яті - Fast Page Mode (FPM), яка дозволяє значно прискорити доступ до послідовно розташованим (в межах сторінки) даними в порівнянні з випадком довільної вибірки. Оскільки звернення до послідовно розташованим даними в реальних задачах зустрічаються дуже часто, застосування FPM DRAM помітно підвищує продуктивність. FPM DRAM з часом відгуку 60-70 ns забезпечує необхідні характеристики для тактових частот 33-40 МГц. При підвищенні тактової частоти забезпечити надійне та швидке зчитування даних в сторінковому режимі вже не вдається. Цю проблему в значній мірі вирішує застосування пам'яті нового типу - EDO DRAM (Extended Data Output DRAM). Від звичайної пам'яті з сторінкової організацією вона відрізняється наявністю додаткових регістрів для зберігання вихідних даних. Збільшується час, протягом якого дані зберігаються на виході мікросхеми, що робить вихідну інформацію доступною для надійного зчитування процесором навіть при високих тактових частотах (фактично час між зверненнями в сторінковому режимі можна зменшити до 30 ns у порівнянні з 45 ns для FPM).

Радикальний, але не загальновизнаний підхід до підвищення швидкодії динамічної пам'яті полягає у вбудовуванні в мікросхеми DRAM власної кеш-пам'яті. Це Cached DRAM (CDRAM) і Enhanced DRAM (EDRAM). Пам'ять CDRAM випускається фірмою Mitsubishi і має 16 KB кеш-пам'яті як на 4, так і на 16 Mbit кристалі, обмін між динамічної і вбудованою кеш-пам'яттю здійснюється словами шириною 128 розрядів.

Взагалі кажучи, застосування нових типів динамічної пам'яті дозволяє отримувати високу продуктивність навіть і без застосування кеш-пам'яті другого рівня (якщо кеш-пам'ять першого рівня - типу write back), особливо у випадку CDRAM і Enhanced DRAM, які саме так і використовуються. Однак переважна більшість систем для досягнення максимальної продуктивності будується все-таки з використанням кеш-пам'яті другого рівня. Для них найбільше підходить пам'ять типу EDO DRAM. До того ж вона стала вже промисловим стандартом, і її частка буде переважати в мікросхемах пам'яті ємністю 16 Mbit і більше. Фактично ця пам'ять приходить на зміну стандартної FPM DRAM і її можна застосовувати в будь-яких системах замість стандартної.

Конструктив

Незважаючи на те, що найбільш популярним конструктивом для динамічної пам'яті, як і раніше залишається SIMM (Single In-line Memory Module), починають застосовуватися й інші стандарти. Виникнення нових стандартів викликано необхідністю вирішення двох основних проблем. Перша пов'язана зі збільшенням щільності упаковки елементів пам'яті, особливо актуальною для робочих станцій, що використовують пам'ять дуже великого обсягу, і мобільних систем. Друга - із забезпеченням сталої роботи при високих частотах, яка залежить від розмірів, ємності й індуктивності з'єднувача. Велику порівняно з SIMM щільність упаковки і, відповідно, обсяг пам'яті можуть забезпечити модулі типу DIMM (Dual In-line Memory Module), у яких, на відміну від SIMM, контакти на обох сторонах модуля не об'єднані, а можуть використовуватися незалежно.

Мікросхеми стандартної статичної пам'яті в основному випускаються в корпусах типу DIP і SOJ. Пам'ять типу pipelined burst або запаюється на системну плату одразу в процесі її виготовлення, або постачається у вигляді модулів.

ЖОРСТКІ ДИСКИ

Велика частина жорстких дисків, представлених на світовому ринку, випускається спеціалізованими фірмами - Quantum, Seagate, Conner, Western Digital, Maxtor і деякими іншими.

Жорсткі диски з інтерфейсом IDE

Жорстка конкуренція і особлива важливість в цих умовах цінового чинника вимагають від виробників масової продукції використання найсучасніших технологічних досягнень. За рахунок застосування запису з високою щільністю (400 Mbit на квадратний дюйм) стандартне значення ємності, що припадає на один диск (носій), досягло 540 MB. Це дозволяє зменшити не лише кількість дисків, але і магнітних голівок і інших елементів, а значить знизити ціну і підвищити надійність. При застосуванні таких дисків лінійка моделей, що випускаються по ємності виглядає наступним чином: 540 MB, 1.0, 1.6, 2.2 GB і т. д. Практично всі провідні виробники переходять на випуск моделей з такою щільністю запису, яка вже знаходиться на межі можливостей стандартної технології, заснованої на застосуванні тон-копленочних магнітних головок. Радикальний засіб - перехід на магніторезистивні головки - є для більшості фірм досить дорогим, так як технологією їх масового виробництва мають тільки IBM і F ujitsu. Тому починають застосовуватися деякі інші рішення. Так, фірма Maxtor в нових моделях cepіях Durarigo (540 MB, 1 GB і 1.6 GB) почала застосовувати особливу технологію Proximity recording з псевдо-контактує магнітною головкою Tripad (тонкоплівкової) і алмазоподібних вуглецевим покриттям носія. Голівка перебуває на дуже близькій відстані від диска, а в окремих випадках може навіть торкатися його поверхні, що не за водять, однак, к. пошкодження магнітного шару, захищеного міцним покриттям. Maxtor, а також деякі інші фірми розглядають цю технологію як дешевшу альтернативу магніторезистивним голівках і PRML для густин запису до 1000 Mbit на квадратний дюйм.

Інтерфейс Enhanced IDE, що став основним для масової продукції, незважаючи на дуже хороші швидкості передачі, все ж таки поступається інтерфейсу SCSI за можливостями, особливо в багатозадачних середовищах. Ситуація, можливо, покращиться з прийняттям специфікації АТА-3, в якій, за попередніми даними, будуть доповнення (command overlapping and queuing, divdictive failure analysis bit і деякі інші), що дозволяють в деякій мірі наблизитися до SCSI як по ефективності відпрацювання запитів, так і з контролю за цілісністю даних.

Жорсткі диски з інтерфейсом SCSI

Якщо 90% жорстких дисків, що встановлюються в персональні комп'ютери, мають інтерфейс Enhanced IDE, і лише 10% - SCSI, то для комп'ютерів, що використовуються в якості серверів, частка SCSI збільшується до 90%. Інтерфейс SCSI забезпечує великі переваги при роботі в багатозадачному режимі, тому, незважаючи на більш високу ціну в порівнянні з IDE, частка SCSI жорстких дисків буде збільшуватися і для персональних комп'ютерів. На нижньому краю діапазону випускаються дисків знаходяться моделі, що використовують ту ж механіку, що й відповідні диски Enhanced IDE. Відповідно, вони мають такі ж параметрами. Завдяки невисокій ціні і хорошій продуктивності, область їх застосування дуже широка, починаючи від персональних комп'ютерів. Більша ж частина продукції має підвищену ємність і орієнтована на досягнення найвищого рівня продуктивності. Тому використання передових технологій - магніторезистивні головок і PRML (застосовуються у всіх моделях IBM і Fujitsu і деяких моделях інших фірм) і вдосконалених інтерфейсів - набуває першочергового значення. Такі диски мають найвищими параметрами - при ємності 4-8 GB (IBM довела ємність 3.5 "моделей до 20 GB) вони мають кеш-пам'ять 512-1024 KB, швидкість обертання 7200 об / хв і середній час пошуку менше 10 ms. У деяких випадках лімітуючим фактором стає швидкодія інтерфейсу, тому крім стандартного Fast SCSI-2 зі швидкістю передачі 10 MB / s застосовуються також Fast Wide SCSI-2 (SCSI-3) на 20 MB / s, Ultra SCSI (40 MB / s).

Жорсткі диски для аудіо і відео

Розвиток multimedia викликало значний інтерес до так званих аудіо / відео жорстким дискам як з боку споживачів, так і виробників. Звичайні диски оптимізовані для швидкого доступу та швидкої передачі відносно невеликих блоків інформації, тобто, для максимальної кількості операцій введення / виводу в одиницю часу. Для роботи зі звуком і відео повинна забезпечуватися, навпаки, безперервна передача інформації протягом досить тривалого часу з практично постійною швидкістю, як у випадку з магнітною стрічкою. Звичайні диски з-за періодичної процедури термічної калібрування та повторного читання в разі виникнення помилок допускають перерви в передачі інформації на час, що досягає сотень мілісекунд, що призводить до неприємних наслідків при відтворенні зображення і звуку. Реально зустрічаються перерви можна неітралізовать за допомогою кеш-пам'яті дуже великого обсягу, але це дороге рішення. Перші спеціалізовані диски для аудіо і вид ео випустила фірма Microp оlis. В даний час відповідними можливостями починають оснащувати свої вироби більшість провідних виробників - IBM, Fujitsu, Seagate, Quantum.

У дисках нової конструкції проблеми, пов'язані з термічною калібруванням вирішуються щодо ліг до, так ка до сірий ВОІ Інформація зберігається не на окремих ної виділеної поверхні. а розподілена по робочих поверхонь. Потрібно лише модифікованого ікація вбудованого контролера для оптимізації процедури термічної калібрування. На рівні контролера оптимізується і процедура корекції помилок. Тому на основі однієї і тієї ж механіки можна створювати і звичайні та ауді о / відео жорсткі диски. Такий підхід дозволяє випускати комбіновані (тобто перемикані) диски без особливих додаткових витрат.

Різні фірми застосовують відмінні підходи до виробництва аудіо / відео дисків. Так, піонер у цій області фірма Micropolis виділила їх в окреме виробництво. Seagate орієнтується на комбіновані диски, які можна застосовувати як для аудіо / відео, так і в звичайному режимі. Це деякі моделі серії Decathlon з ін-герфеісом як SCSI,-так і Fast ATA (Enhanced ide).

Для аудіо / відео жорстких дисків важливим параметром є гарантована швидкість передачі інформації. Для перших дисків фірми Micropоlis вона становила 2.9 MB / s, у сучасних моделей Gold Line збільшена до 4 MB / s. IBM для своїх дисків Ultrastar AV гарантує 5 MB / s.

Жорсткі диски 2.5 "і 1.8"

Орієнтовані і значально на мобільні застосування, мініатюрні жорсткі диски значно усовкршенствовалісь і не поступаються моделям для настільних конструкцій. Жорсткі диски в стандарті PCMCIA з форм-фактором 1.8 "не змогли зайняти місце штатних пристроїв масової пам'яті для комп'ютерів типу notebook і laptop, на яке вони цілком обгрунтовано прет ендовалі. Тому обсяги їх випуску обмежені, і вони в основному застосовується для обміну інформацією та для індивідуальної роботи з будь-якими даними. При постійно зростаючих вимогах до ємності дисків виявилося неможливим забезпечити прийнятний рівень цін при застосуванні такої складної-технології, поет ому функції мініатюрних пристроїв масової пам'яті в основному покладаються на моделі з форм-фактором 2.5 ", максимальна ємність яких перевищує вже 1 GB. Фірмі Maxtor, лідеру у виробництві надмініатюрних виробів, вдалося перенести know how, розроблене для 1.8 "жорстких дисків MobileMax, на 2.5" моделі, що дозволило вийти відразу на рівень максимально досягнутої ємності при менших, ніж в інших фірм розмірах. Жорсткі диски серії Laramie з інтерфейсом Enhanced IDE при товщині всього 12.5 мм мають ємність 837 MB, 1GB і 1.34 GB. У них застосована технологія proximity recording і контролер на базі сигнального процесора.

Fujitsu виробляє 2.5 "диски серій Horn et 5 і 6, в яких застосовуються магніторезистивні голівки і PRML. Ємність дисків складає 508 MB, 768 MB і 1 GB, інтерфейси - Enhanced IDE і Fast SCSI-2. Диски мають високу продуктивність і малим споживанням енергії . Моделі з інтерфейсом SCSI призначені не тільки для застосування в notebook фірми Apple, але можуть використовуватися і в настільних комп'ютерах, а також для створення компактних і надійних RAID-масивів.

Надійність

Як для найбільш ємних і продуктивних жорстких дисків з інтерфейсом SCSI, так і для масових моделей Enhanced IDE, найважливішим параметром залишається надійність. Сучасні диски володіють дуже високою надійністю, час напрацювання на відмову у деяких моделей сягає 1 000 000 годин. Однак не слід забувати, що надійність, оцінена за MTBF (Mean Time Between Failure), - це поняття загальне і статистичне, а перед користувачем стоїть завдання, як перевести його в конкретне і індивідуальне. Традиційні підходи до підвищення надійності зберігання даних широко відомі - це резервне копіювання і застосування масивів з декількох дисків (RAID - Redundant Array of Inexpensive Disks). Кілька слів про RAID. Це рішення, що підвищує не тольо надійність, але й продуктивність, ніколи не ставилося до розряду дешевих і доступних. Однак зараз, зі зменшенням вартості SCSI жорстких дисків, масиви починають пропонуватися досить широко, чому сприяє також поява відносно дешевих RAID контролерів (розробляються навіть і найближчим часом з'являться контролери, вбудовані в системну плату). Нарешті, з'явився принципово новий підхід, застосовний і до індивідуального диску, - SMART (Self-Monitoring, Analysis аnd Reporting Technology). Він може використовуватися практично для будь-якої комп'ютерної периферії і пропонує наявність-всроенних в пристрій средсгв caмодіагностікі. SMART передбачає використання деяких реалізованих на рівні вбудованого в жорсткий диск контролера процедур, які перевіряють стан найважливіших частин - двигуна, магнітних головок, робочих поверхонь, самого контролера. Ця інформація передається в комп'ютер, який її аналізує. Можливо також визначити "пробіг" жорсткого диска, число включень / виключень. Зовсім недавно Seagate і Quantum також почали застосовувати SMART в своїх жорстких дисках. Використання SMART, хоча і дозволяє досить детально контролювати стан диска, не є панацеєю, оскільки поява деяких дефектів практично не-можливо передбачити.

Видеоконтроллер, акселератори, відеоприскорювачі

Традиційно основні зусилля розробників графічних адаптерів були спрямовані на підвищення дозволів, що досягаються при великій глибині кольору (True Color, тобто 24 bit або 16.7 млн. кольорів), і на прискорення виконання якомога більшої кількості графічних операцій. Все це потрібно в першу чергу для професійної роботи в галузі графіки, анімації, САПР. Деякі принципові моменти, і перш за все вартісні, не дозволяють продукції, розрахованої на масового споживача, розвиватися таким самим шляхом. Та це на даному етапі і не потрібно, так як режими з найвищими дозволами не доступні для більшості знаходяться в експлуатації моніторів. Набагато важливіше забезпечити можливість якісного відтворення "живого" відео, яке залишається практично єдиною областю, поки ще не освоєної основною масою сучасних комп'ютерів. До останнього часу зробити це можна було тільки за допомогою додаткового multimedia обладнання - відео плати або MPEG-програвача. Зараз з'явився й інший підхід, який став можливим завдяки збільшеній продуктивності процесорів. Він заснований на застосуванні для декодування зображень не апаратних, а програмних засобів у поєднанні з деякими елементами апаратної підтримки, що вбудовують в графічні адаптери. Тобто самі адаптери набувають функції відео прискорювача (на додаток до Windows прискорювачу).

Більшість нових моделей графічних адаптерів використовує специфікацію DCI-1.0 і відноситься до розряду Windows і відео-прискорювачів. Вони на апаратному рівні реалізують такі операції, як перетворення колірних просторів, масштабування, декодування стиснутих зображень. Можливо відтворення зображення з дисків Video CD з допомогою суто програмних MPEG-1 декодерів (хороші результати виходять для процесорів Pentium 90 і вище).

Новим моментом є також інтеграція графічного адаптера з іншими пристроями, наприклад, із платою для захоплення зображень, апаратним MPEG-програвачем або звуковою платою.

Chipset

Провідні виробники chipset для графічних адаптерів - фірми S3, ATI, Cirrus Logic, Trident та інші - передбачили в новому поколінні своїх виробів крім стандартної Windows акселерації також і прискорення відео операцій, причому для останніх хороші результати виходять навіть при використанні стандартної динамічної пам'яті і EDO DRAM . Проте як і раніше досягти одночасно високих значень для швидкості регенерації, дозволу і глибини кольору вдається тільки при застосуванні двох портової пам'яті типу VRAM і WRAM.

Особливої ​​уваги заслуговують chipset фірми S3 - Vision 868 (для DRAM і EDO DRAM) і Vision 968 (для VRAM). Вони мають 64-розрядну архітектуру і прискорюють багато графічних і відео операції (DCI-1.0): bitbit, малювання ліній, заповнення прямокутників, растрові операції, конвертацію колірного простору (YUV 4:1:1 і 4:2:2, 16-bit , 16.7 млн. квітів - в RGB), білінійної масштабування, растрування dithering), стиснення зображення й деякі інші. Підтримуються популярні відео кодеки - CinePak, MPEG, Indeo, Motion JPEG. Є програмне забезпечення для Windows U, Windows 95, Windows NT, OS / 2 Warp, Video for Windows, Quicktime for Windows, для декодування MPEG.

64-розрядні chipset ATI Mach264CT фірми ATI TGU19680 фірми Trident також прискорюють виконання відео операцій і розраховані на різні типи пам'яті - вони підтримують DRAM і EDO RАМ, VRAM (ATI) і WRAM (Trident).

Нові графічні адаптери

У більшості нових моделей застосовується chipset з функціями прискорення відео відповідно до DCI-1.0 і швидкісний цифроаналоговий перетворювач RAMDAC (іноді вбудований в Chipset), що забезпечує смугу пропускання, достатню для високих швидкостей регенерації. Передбачається підтримка режиму Plug & Play для монітора з допомогою VESA Display Data Channel (DDC 1 / 2), а також управління енергозбереженням VESA Display Power Management Signaling (DPMS). Встановлюються роз'єми VESA Advanced Feature Connector (VAFC). Властиві системам з DRAM обмеження по швидкості регенерації при великих дозволах і глибині кольору можна подолати за допомогою оригінальної 192-розрядної архітектури самого графічного адаптера.

Магнітооптика

Магнітооптичні накопичувачі, що використовують змінні носії для запису і зберігання інформації, незважаючи на досить короткий термін свого існування, набули широкої популярності. Цьому значною мірою сприяють ті унікальні властивості, якими володіє магнітооптика, і ті універсальні можливості, які вона пропонує.

Оскільки магнітооптика орієнтована на роботу з даними великого обсягу, то особливу важливість набувають час їх обробки і вартість зберігання.

Обсяг виробництва магнітооптичних накопичувачів в 1995 році оцінюється в 1.1 млн. шт. для 3.5 "і 0.5 млн. для 5.25" пристроїв, в наступному році прогнозується значне зростання ринку. Магнітооптика є порівняно новою і бурхливо розвивається технологією, тому на ринку, поряд з найбільшими виробниками пристроїв масової пам'яті, гідно представлені й деякі спеціалізовані фірми, здатні втілювати новаторські рішення в продукцію найвищої якості.

Накопичувачі 5,2''

Для цих пристроїв використовується однакові. У той же час реальне швидкодію в більшості випадків визначається ще і обсягом та ефективністю вбудованої кеш-пам'яті, а також часом пошуку. Більшість накопичувачів на 1.3 GB має кеш-пам'ять 1 MB, і дуже небагато моделей - 4 MB. Судити можна по величині максимального часу пошуку. Поява наступного покоління накопичувачів, які використовують диски ємністю 2.6 GB, очікується найближчим часом, як тільки будуть прийняті відповідні стандарти, які необхідні, щоб продукція різних фірм була сумісна.

Схоже, що до вільно скоро з'являться накопичувачі з ще більшою ємністю та швидкодією. Основний недолік існуючої магнитооптической технології полягає в тому, що для запису необхідні два проходи, тобто вона в 2 рази повільніше читання. Однопрохідне запис була спочатку реалізована у відносно повільних магнітооптичних накопичувачах системи Mini Disk фірми Sony (2.5 ", 140 MB). Зараз вже створено перші швидкісні пристрої, що використовують подібну технологію.

Накопичувачі 3.5 "

Магнітооптичні накопичувачі на 3.5 "дисках ємністю 230 MB, лідером у виробництві яких є Fujitsu, отримують все більше поширення. Крім традиційних варіантів використання їх для зберігання великих обсягів інформації та обміну даними у видавничій справі, графічних додатках і т. д., вони знаходять широке застосування і в медицині - для зберігання історії хвороби (для кожного пацієнта - свій диск, ємності якого вистачить на багато років, навіть якщо записувати на нього графічні дані, одержувані при томографічних та інших сучасних методах дослідження). Сфера застосування магнітооптики розширилася і до комп'ютерів типу notebook.

Магнітооптичні бібліотеки

Хоча ємність магнітооптичних бібліотек, що використовують 5.25 "диски, швидко зростає і перевищує вже 1000 GB, головне - це не збільшення ємності (воно досягається досить легко), а нові рішення, які сприяють більш широкому застосуванню їхніх перспективних пристроїв. В першу чергу це стосується їх використання для резервного копіювання і забезпечення доступу в режимі on-line в мережевих середовищах. Відповідні рішення на базі магнітооптичних бібліотек MaxLyb, що використовують швидкодіючі накопичувачів T3-1300 та роботизовані приводи для автоматичної зміни дисків, пропонує фірма Maxoptix. Швидкість резервного копіювання складає від 3 GB на годину і більше, швидкість відновлення в два рази вище. Крім того, магнітооптичні пристрої володіють набагато більш високою надійністю, ніж стрічкові (у 5 разів), самі диски мають великий гарантований термін зберігання (50 років) і невисоку ціну - 10 центів у розрахунку на 1 MB.

ПРИВОДИ CD-ROM

Питання про перехід на приводи CD-ROM з високою швидкістю (шестишвидкісним і вище), судячи з усього, найближчим часом буде остаточно вирішене просто припиненням виробництва чотиришвидкісні. Таким же чином уже вирішено і питання про застосування proprietary IDE інтерфейсів (Panasonic, Sony, Mitsumi) - використовуються тільки IDE / ATAPI і SCSI. Для якісного (з роздільною здатністю 320х240, яке вже є сучасним графічним адаптерам - відео прискорювачам) програвання AVI файлів з дисків CD-ROM, потрібен привід з четверний або навіть вищою швидкістю. Та й звичайна робота з файлами, особливо з урахуванням дуже великих об'ємів програмного забезпечення, що поставляється на CD-ROM, значно прискорюється при використанні чотирьох і шестишвидкісним моделей.

Приводи з четверний швидкістю, що стали вже стандартом комплектації сучасних комп'ютерів (ними оснащують свої комп'ютери більшість фірм Brand-Name), продовжують удосконалюватися. Реалізується підтримка режиму Plug & Play, поліпшуються швидкісні характеристики. Це ASPI-сумісний CD-ROM драйвер, який покращує передачу безперервних потоків даних і зменшує завантаження процесора на 12-35% (в разі SCSI контролера, який використовує обмін через DMA). Це дуже важливо для відтворення відео з використанням чисто програмних декодерів (QuickTime, Video for Windows, MPEG), тому що дозволяє зменшити число випадань кадрів.

Швидкісні характеристики

Випуск фірмою Plextor на початку 1996 року першого у світовій практиці приводу з шестерний швидкістю (серія 6PLEX) привернув особливу увагу до швидкісних моделями. На відміну від продукції Plextor, що має інтерфейс SCSI, часто використовується дешевший IDE / ATAPI. Наприклад, це продукція фірм ТЕАС, Wearnes. Поряд з підвищенням швидкості передачі даних шляхом збільшення швидкості обертання, поліпшуються і інші швидкісні характеристики - час пошуку та час доступу. У жорстких дисках, використовують обертання з постійною швидкістю, середній час доступу збільшено порівняно з часом пошуку на величину прихованого часу, яке однозначно визначається швидкістю обертання і дорівнює половині часу одного обороту диска. У приводах CD-ROM, що використовують постійну лінійну швидкість зчитування, швидкість обертання диска змінюється в залежності від відстані від центру, тому на час доступу впливає затримка, пов'язана з тим, що після переміщення голівки потрібно ще додатковий час, щоб швидкість обертання досягла необхідного рівня . Величина цієї затримки визначається якістю двигуна і в загальному випадку може сильно змінюватися в залежності від виробника і від моделі. Дуже, часто в технічних характеристиках наводиться тільки час пошуку, яке не дає повного уявлення про швидкісні характеристики. При порівнянні тільки за цим параметром моделі високого класу і більш прості і дешеві часто виглядають майже однаково. Однак це не так. Наприклад четиpexскоростние приводи CD-ROM фірми Plextor, що використовують унікальні запатентовані двигуни, мають помітну перевагу. Для шестишвидкісною моделі PX-63CS середній час пошуку складає 115 ms, а середній час доступу (random access) ненабагато більше -145 ms.

Формати

Хороший привід CD-ROM повинен підтримувати як можна більше з існуючих форматів дисків (в ідеалі - всі). Різноманіття форматів викликано, з одного боку, тим, що CD-ROM може зберігати різнорідні типи даних - коди програм, звук, відео, графіку, і, з іншого, тим, що різні диски орієнтовані на різні сегменти ринку - комп'ютерний і споживчої електроніки. Стандарти, що визначають формати даних, найчастіше називають за кольором обкладинки видання, в якому вони опубліковані. Так, Red Book - це стандарт на звукові диски CD-DA. Yellow Book спільно з ISO 9660 ("High Sierra") в основному визначила стандарт для зберігання текстової інформації і даних, тобто власне CD-ROM. Green Book визначила інтерактивну Plug & Play CD систему (CD-i), що передбачає підтримку відео, включаючи MPEG-1, і звуку, і розраховану на сектор побутової електроніки та відеоігри. З'явився пізніше стандарт ХА (Extended Architecture), що є розширенням Yellow Book, також передбачив можливості для звуку і відео, так що з'явилася певна сумісність між CD-ROM і CD-i. ХА включає в себе також і Kodak Photo CD. Нарешті, White Book визначила Video CD, що містять стислі за стандартом MPEG-1 відеофільми.

Більшість приводів CD-ROM з подвійною і більш високою швидкістю сумісні з ХА, так що на них можна, в принципі, відтворювати Video CD. Однак для нормального відтворення необхідна підтримка спеціального режиму ХА Mode 2 Form 2, який реалізовано далеко не на всіх пристроях. Ще краще мати безпосередню підтримку CD-i і Video CD (White Book), яка тільки починає впроваджуватися в останні моделі.

ПРИСТРОЇ З багаторазового запису

Пристрої CD-R для однократного запису дисків CD-ROM (у різних форматах) будуть в недалекому майбутньому доповнені перезаписуваними, тобто з можливістю багаторазового запису на один і той самий носій. Найбільш придатною для такого роду пристроїв є технологія phase change. Перезаписувані диски, що отримали назву CD-E (Erasable), запропонувала фірма Philips. Відразу ж була отримана підтримка від IBM, Ricoh, Hewlett-Packard, Mitsubishi Chemical, Mitsumi Electric, Matsushita Kotobuki Electric Industries, Sony, 3M, Olympus. Новий диск є логічним продовженням CD-R (Orange Book) і CD-ROM. Передбачається сумісність з читання-запису з CD-R і з читання з CD-ROM. Правда, для того, щоб читати диски CD-R на звичайних приводах CD-ROM, потрібна деяка їх модифікація, пов'язана з необхідністю регулювання лазера, що зчитує з-за різної здатності, що відображає нових і традиційних дисків, так що говорити про повну сумісність поки не доводиться. Поява прототипів нових пристроїв очікується не раніше кінця року.

Список літератури:

1. Hard & Soft журнал Підшивка за 1996 р

2 PC WEEK (RE) журнал Підшивка за 1995-1997рр

3. П. Нортон, Р. Уілтон IBM PC AT. Керівництво по програмуванню

4. Керівництво по архітектурі IBM PC AT під ред. М. Л. Мархасіна.

5. Технічна документація, отримана по мережі Internet і через BBS

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.ed.vseved.ru/


Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Програмування, комп'ютери, інформатика і кібернетика | Курсова
127.1кб. | скачати


Схожі роботи:
Порівняльні характеристики сучасних апаратних платформ
VHDL - мова опису апаратних засобів компютера
Оцінка робочого місця оператора ПЕОМ
Аналіз та оцінка стану основних засобів ВАТ АСТЗ
Аналіз та оцінка стану основних засобів ВАТ АСТЗ 2
Бухгалтерський облік основних засобів їх склад і класифікація Оцінка основних засобів ПБО 601
Характеристика сучасних засобів дистанційної передачі інформації
Особливості використання сучасних засобів навчання іноземної мови
Використання сучасних технологічних засобів при викладанні біології в школі
© Усі права захищені
написати до нас