Быстродействие и производительность

Шина Hyper-Transport

Высокоскоростной последовательный интерфейс, предназначенный для использования в качестве внутренней шины вычислительных систем.

Уровни организации интерфейса Hyper-Transport.

1. На физическом уровне шина представлена линиями данных, управления, тактовыми линиями, а также контроллерами и стандартными электрическими интерфейсами.

2. На уровне передачи данных определяется порядок инициализации и конфигурирования устройств, установления и прекращения сеанса связи, ЦРЦ коды, выделение пакетов для передачи данных.

3. На уровне протокола определены команды для выделения виртуальных каналов, правило управления потоками данных.

4. На уровне транзакций команда протокола конкретизированы управляющие сигналы.

5. На уровне сессии определены правила управления электропитанием и прочие команды общего правила.

Физические устройства в рамках интерфейса подразделяются на несколько типов.

Типы устройств и топология шины Hyper-Transport

Устройство типа

CAVE Tunnel Bridge Bridge- Tunnel

Хост контроллер

Абонент 2

Абонент 1

Абонент 2

Абонент 1

Точка-точка цепочка

Дерево с выходом цепочка

На другие интерфейсы

1. Хост контроллер шины- это основное устройство полностью реализующие все функции интерфейса.

2. CAVE- это оконечное устройство на двунаправленном канале связи.

3. Tunnel- это устройство на двунаправленном канале связи установленное на «проходе», но не являющиеся мостом.

4. Bridge- это устройство на двунаправленном канале связи один из абонентов которого считается главным и связывает устройство с контроллером шины, а другие соединяют с прочими устройствами.

Шина является масштабируемой и в минимальной комплектации ширина канала от 2 бита максимальная 32 бита. Физически сигнальные линии Hyper-Transport построены по технологии низковольтных дефиренциальных сигналов.

Табличка Hyper-Transport(1.0,2.0,3.0)

Дома

Шина ATA (IDE)

Разработан в 1986 году для подключения накопителей на жестких дисках, интерфейс появился в результате установки контроллера жесткого диска, то есть создается устройство со встроенным контроллером IDE устройство.

Контроллер интерфейса позволяет организовать 2 канала каждый канал поддерживает 2 устройства, ведущее и ведомое. Интерфейс АТА имеет универсальный набор сигналов то есть можно подключить любое устройство с любым контроллером в котором пространстве портов ввода-вывода достаточно того же набора регистров и способна поддерживать принятый режим выбора устройств. Система команд спецификации АТА ориентирована на блочный обмен данными с устройствами прямого доступа. Для иных устройств имеется другая спецификация АТАРI.

В системе адресации данных АТА изначально указывается адрес цилиндра, головки и секции. CHS- адресация.

Различают физическую и логическую CHS адресацию. В настоящее время используется линейная адресация логического блока где адрес блока определяется 28 или 48 битным числом.

Архитектура интерфейса АТА предусматривает следующие: пост адаптер для сопряжения интерфейса системной шины, шлейф с 40 или 80 проводниками с 2 или 3 разьемами, ведущее устройство мастер и ведомое SLAVE.

На сегодняшний день актуальным считается стандарт АТА 133 который позволяет организовать передачу до 133 Мб/сек использует 48 битную LVA адресацию,LBA адресацию сектора до 144 петабайта.

Шина SATA(Serial ATA)- это последовательный интерфейс обеспечивающий передачу данных системы(накопитель). SATA имеет 2 деферинциальные пары одна работает на передачу, а вторая на прием. Всего 7 проводников. 3 из которых заземление. Максимальная длина кабеля 1 метр. Для надежности передачи данных используется двух этапное кодирование 8-10 бит.

Стандарт	Год	Макс пропускная способность	примечание	Частота
Sata 1		150 мб/сек		1,5 Ггц
Sata 2			NCQ	3 Ггц
Sata 3				3Ггц
Sata 4

Шина SCSI

Спецификация SCSI определяет физическую шину ввода-вывода и поддерживаемый ею логический интерфейс для подключения периферийных устройств.

Картинка

Все SCSI устройства подразделяются на несколько групп для каждой из которых определен свой базовый набор команд.

1. Устройство прямого доступа. Например жесткий диск.

2. Устройство последовательного доступа. Ленточные накопители.

3. Принтеры.

4. Устройства обработки данных.

5. оптические накопители

6. оптические накопители

7. сканеры

8. прочие устройства

Для адресации каждого устройства, оно должно иметь свой идентификатор SCSI ID представляющий собой позиционный код выдаваемый на шину данных каждой линии шины данных соответствует свой идентификатор. Каждое устройство SCSI шины может быть сконфигурировано на логические единицы. LUN число которых в одном устройство адресуемым одним SCSI ID также достигает 8 штук. Устройства на SCSI шины не равноправны. Каждая имеет свой приоритет в соответствии с идентификатором. Максимальный приоритет имеет устройство с максимальным ID.

Стандартные распределения ID

ID	Устройство
	винчестеры
	винчестеры
	Сканеры, принтеры
	Оптические накопители
	Ленточные или магнитооптические накопители
	Прочие дисководы
	Зарезервировано
	Пост адаптер шины SCSI

Таблица SCSI

Стандарт	Год	Макс пропускная способность	Частота

SAS(Serial Attached SCSI)

Картинка 2

SAS()- это последовательная шина основывается на интерфейсах SCSI и SATA. Отличительной особенностью является полнодуплексный режим работы возможность подключения до 128 корневых устройств(всего 16000 устройств) и обратной совместимости на физическом уровне шины сата.

Архитектура интерфейса предусматривает несколько уровней,

1 физической линией или физического порта.

2 Логического канала

3 логического порта

4 транспортного протокола

5 приложение

SAS обеспечивает пиковую пропускную способность до 5 гигабит/ сек и применяется в основном на серверах.

Шина USB. Универсальная последовательная шина является промышленным стандартом расширения архитектуры PC. Архитектура USB. Шина USB представляет собой хост центрическую аппаратно программную систему подключения множества периферийных устройств. Хост-центричность понимается как:

1. хост отвечает за конфигурирование всех устройств.

2. Хост управляет всеми транзакциями на шине.

3. Обмен информацией возможен только между хостом и устройством. Однорангового взаимодействия устройств шина USB не позволяет.

Компоненты аппаратной части USB:

1. Периферийные устройства USB.

2. Хост контроллер обеспечивающий связь шины с системой. А также объединяемый с корневых хабом организующий точки подключения устройств USB.

3. Хабы USB. Обеспечивающие дополнительные точки подключения.

4. Кабели USB.

Компоненты USB

1. Клиентское ПО. Это драйверы устройств USB обеспечивающие доступ устройства со стороны прикладного программного обеспечения

2. Драйверы USB. USBD они заведуют всеми устройствами USB системы их нумерации, конфигурировании, предоставлением служб и т.д.

3. Драйвер хост контроллера. Преобразует запросы ввода-вывода в структуру данных размещенные в коммуникационной области ОЗУ, и обращается к регистрам хост контроллера.

1. Физическая топология шина и логическая

физическое соединение устройств между собой осуществляется по топологии многоярусной звезды;

• центром каждой звезды является хаб;

• каждый кабельный сегмент соединяет между собой две точки: хост с хабом или функцией, хаб с функцией или другим хабом.

логическая топология шины USB (рис. 8.2) гораздо проще физической: хост обменивается информацией с логическими устройствами таким образом, что точка подключения устройства не имеет значения, как если бы все устройства были подключены к корневому хабу. Верхний уровень взаимодействия вопросы топологии шины вообще не затрагивает.

2. Максимальное количество подключаемых устройств(хабов)

максимальное количество подключённых устройств (включая размножители) — 127

3. Стандарты 1.1,1.0,2,0.

USB 1.0

Спецификация выпущена 15 января 1996 года.

Технические характеристики:

два режима данных:

режим с высокой пропускной способностью (Full-Speed) — 12 Мбит/с

режим с низкой пропускной способностью (Low-Speed) — 1,5 Мбит/с

максимальная длина кабеля для режима с высокой пропускной способностью — 5 м[2]

максимальная длина кабеля для режима с низкой пропускной способностью — 3 м[2]

максимальное количество подключённых устройств (включая размножители) — 127

возможно подключение устройств, работающих в режимах с различной пропускной способностью к одному контроллеру USB

напряжение питания для периферийных устройств — 5 В

максимальный ток, потребляемый периферийным устройством — 500 мА

[править]

USB 1.1

Спецификация выпущена в сентябре 1998 года. Исправлены проблемы и ошибки, обнаруженные в версии 1.0. Первая версия, получившая массовое распространение.

[править]

USB 2.0

Логотип USB 2.0 High Speed

Спецификация выпущена в апреле 2000 года.

USB 2.0 отличается от USB 1.1 введением режима Hi-speed.

Для устройств USB 2.0 регламентировано три режима работы:

Low-speed 10—1500 Кбит/c (клавиатуры, мыши, джойстики)

Full-speed 0,5—12 Мбит/с (аудио-, видеоустройства)

Hi-speed 25—480 Мбит/с (видеоустройства, устройства хранения информации)

Жесткие диски

В качестве привода шпинделя как правило используют трехфазные синхронные двигатели. Которые являются основным потребителем 12 вольтового напряжения. Скорость вращения является стандартной и измеряется в оборотах в минуту. Пластины HDD обычно изготавливаются из алюминиевых сплавов иногда из керамики и стекла. Рабочий магнитный слой основан на оксиде железа и оксиде хрома, количество пластин в современных дисков от1 до 5 штук. Емкость одной пластины порядка 640 гигабайт. Для записи и считывания информации используются магнитные головки представляющие собой миниатюрные катушки индуктивности намотанные на сердечники с зазором. В настоящее время применяют гигантские магнитные резистивные головки основанные на эффекте анизотропии полупроводников в магнитном поле. Для позиционирования головок на требуемый цилиндр применяют привод с подвижной катушкой работающий по принципу звуковой катушки динамика. В таком приводе блок головок связан с катушкой индуктивности помещенный в магнитное поле постоянного магнита. При протекании тока через катушку на нее начинает действовать сила пропорциональная силе тока которая вызывает перемещение катушки а следовательно и блока головок.

Параметрический фильтр служит для согласования давления внутри и снаружи диска, а также фильтрации воздуха попадающий в накопитель.

Параметры MJMD

1. Форматированная емкость представляет объем хранимой полезной информации то есть сумму полей данных всех доступных секторов.

2. Не форматированная емкость представляет собой максимальное количество бит записываемое на всех треках диска. Включая служебную информацию. Такую как заголовки секторов, контрольные коды полей данных.

3. Скорость вращения шпинделя измеряется в оборотах в минуту и позволяет косвенно судить о производительности дисковой подсистемы. Стандартными скоростями является 3600,4500,5400,7200,10000,15000 оборотов.

Интерфейс определяет способ подключения накопителя.

Объем буферной памяти, то есть возможность кэширования.

Параметры внутренней организации:

1. Количество физических дисков или рабочих поверхностей.

2. Количество физических головок чтении-записи должно совпадать с количеством рабочих поверхностей.

3. Физическое количество цилиндров. Цилиндр- это совокупность всех дорожек на поверхности дисков равно удаленных от центра диска.

4. Количество зон и секторов на дорожке.

5. Размер сектора. 572 байт.

6. Расположение серво меток необходимы для позиционирования головок чтения-записи.

Метод кодирования и декодирования данных может быть FM, MFM, RLL, ARLL.

Быстродействие и производительность

1. Время перехода на соседний трак. Измеряется в миллисекундах. Их характеризует быстродействие системы позиционирования.

2. Среднее время поиска. Определяется по серии обращения к случайным цилиндрам.

3. Максимальное или полное время поиска. Показывает время перехода.

4. Среднее время ожидание сектора при одиночном обращении.

5. Внутренняя передача данных между поверхностью носителя и буферной памяти.

6. Внешняя скорость передачи данных измеряется в мегабайтах полезной информации в секунду