Архитектурные принципы построения ЗВМ. Классификация ЭВМ, процессоров (стр. 5 )

Винчестер(HDD) - накопитель на несъемном магнитном диске, созданный на основе специальной технологии (винчестерская технология - отсюда название). Магнитный диск Винчестера (на металлической основе) “имеет” большую плотность записи и большое число дорожек. Винчестер может иметь несколько Магнитных Дисков. НЖМД типа Винчестер созданы в 1973 г.
Все магнитные диски Винчестера (объединенные в пакет Дисков) - герметически “упакованы” в общий кожух. Магнитные диски НЕ могут изыматься из HDD и заменяться на аналогичные!!! Магнитные головки объединены в единый блок (блок магнитных головок). Этот блок по отношению к дискам перемещается радиально. Во время работы PC Пакет Дисков все время вращается с постоянной скоростью (3600 об/мин и более).При считывании/записи информации блок магнитных головок перемещается (позиционируется) в заданную область, где производиться посекторное считывание/запись информации.
В силу инерционности процесса обработки информации и большой скорости вращения пакета дисков возможна ситуация, когда блок магнитных головок не успеет считать очередной сектор. Для решения этой проблемы используется метод чередования секторов (секторы нумеруются не по порядку, а с пропусками). Например, вместо того, чтобы нумеровать секторы по порядку :
9... , их нумеруют так : 9 ...
В последнее время появились более скоростные SCSI-контроллеры, которые обеспечивают достаточную скорость обработки информации, и необходимость в чередовании секторов отпадает.

Флоппи(FDD) (разработка фирмы IBM) - накопитель на съемном гибком магнитном диске(флоппи). Флоппи-диск имеет пластиковую основу и находится в спец. пластиковом кожухе. Флоппи-диск вставляется в FDD вместе с кожухом. Флоппи-диск (в FDD) вращается внутри кожуха со скоростью 300 об/мин. На данный момент в IBM PC используются 2 типа FDD: 5.25" и 3.5"
Дискета 5.25" заключена в гибкий пластиковый кожух. Дискета 3.5" заключена в жесткий пластиковый кожух.

Флоппи-диски (дискеты). В качестве носителя информации используется магнитная поверхность диска. Магнитная поверхность "разбита" на дорожки(концентрические окружности, см. рис.1).Дорожки нумеруются начиная с 0-ой(максимальный радиус).
Магнитная поверхность "разбита" также на секторы (см. Рис.1). Секторы нумеруются начиная с 1-го. Принято, что каждая дорожка "разбита" на секторы. Размер каждого сектора = 512 байт (для MS DOS). Таким образом, объем дискеты : V = P * D * S * 512 (байт), где V - объем дискеты(байт), P - кол-во поверхностей дискеты(одна или две), D - кол-во дорожек на одной поверхности, S - кол-во секторов на одной дорожке. Если Дискета является системной, то ядро MS DOS размещается начиная с 0-й дорожки, как более надежной (меньшая плотность записи). Физический Адрес Сектора = Nповерхности + Nдорожки + Nсектора. Кол-во поверхностей "задается" при изготовлении Дискеты (может быть одна или две). Кол-во дорожек и кол-во секторов на дорожке "задается" при форматировании дискеты. Форматирование дискет производится Пользователем с помощью спец. программ. В табл.1 приведен перечень стандартных форматов флоппи-дисков, применяемых в IBM PC.

Кол-во поверх-ностей	Кол-во дорожек на поверхности	Кол-во секторов на дорожке	Емкость диска,	Дискета
Кб
1	40	8	160	5.25"
2	40	8	320	5.25"
1	40	9	180	5.25"
2	40	9	360	5.25"
2	80	9	720	3.5"
2	80	15	1200	5.25"
2	80	18	1440	3.5"
2	80	36	2880	3.5"

На рис.2 представлено схематическое изображение дискеты 5.25". В зависимости от технологии изготовления дискеты 5.25" могут иметь различные характеристики магнитной поверхности и, следовательно, различные допустимые форматы.
Маркировка Дискет : DS - Double Side (две стороны, поверхности), DD - Double Density (удвоенная плотность), HD - High Density (высокая плотность), ED - Extra High Density (особо высокая плотность).
Если Дискета имеет маркировку DS/DD, то это значит - 360 Кб,
Если Дискета имеет маркировку DS/HD, то это значит - 1200 Кб,

Односторонние дискеты практически не встречаются.
В случае, если по каким-либо причинам маркировки нет на дискете, то емкость дискеты можно определить косвенно по следующим признакам :

1. магнитная поверхность дискет на 1200 Кб более темная, чем у дискет на 360 Кб,
2. ободок на внутреннем центральном отверстии дискет на 360 Кб более заметен, чем у дискет на 1200 Кб.

Важнейшими характеристиками дискеты являются :
- тип (5.25" или 3.5")
- формат (и, соответственно, емкость)

Винчестеры

Организация хранения информации на Винчестере, с точки зрения Пользователя, не сильно отличается от Флоппи-дисков.
Разница лишь в том, что количество поверхностей, дорожек и секторов значительно больше (соответственно больше и емкость).
Физический Адрес Сектора = Nцилиндра + Nдорожки + Nсектора
Важнейшими характеристиками Винчестера являются :
- емкость(от 10 Мб),
- быстродействие(время произвольного доступа к информации; чем меньше этот показатель, тем "быстрее" Винчестер) (8-24 миллисек)

Когда говорят (о Винчестере) 1 физический диск - имеется в виду весь пакет дисков данного Винчестера.
С помощью спец. программ один физический диск Винчестера можно "разбить" на несколько разделов (логических дисков).

38. Принципы хранения и размещения информации на оптических дисках.

В отличие от магнитных носителей (FDD и HDD), где 1 и 0 отличаются наличием или отсутствием намагниченности магнитного слоя накопителя, на лазерных дисках каждый бит записан в виде наличия или отсутствия отражения лазерного луча от поверхностного оптического диска. Различают два основных технологических процесса изготовления компакт-дисков: для индивидуальной записи и для выпуска серии одинаковых дисков.

Индивидуальная запись делается на пишущем CD ROM непосредственно на компьютере. В этом случае она ведется на специальные матрицы с тонким (несколько микрометров) слоем напылённого в вакууме металла с высоким коэффициентом отражения в инфракрасной области спектра. Для этого чаще всего используется Au (золото). Металлический отражательный слой наносится на непрозрачное пластиковое термопластичное основание и сверху покрывается слоем прозрачной пластмассы, призванной защищать его от внешних воздействий. Перед началом записи в записывающем устройстве матрица немного подогревается. В процессе записи в месте фокусировки луча инфракрасного лазера в нагретом термопласте подстилающего слоя происходит фотохимическая реакция, в результате которой происходит структурная перестройка поверхностного слоя — ранее гладкая поверхность становится матовой. Поскольку на подстилающий слой предварительно нанесен отражающий металлический слой, то в данном месте он также становится матовым. Из-за потери зеркальности луч лазера, попадающий на этот участок поверхности при считывании, рассеивается, а в приемный фотодатчик света попадает значительно меньше, чем от неповреждённого зеркального участка.

Рис.1. Примерно так выглядит поверхность компакт-диска при большом увеличении (черным цветом показаны участки с нарушенным отражающим слоем)

Сигнал, пришедший от зеркального участка отражающего слоя, интерпретируется как 1, а от матового — как 0. Эти участки диска (матовый и зеркальный) получили название пксели. На каждом из таких пикселей записывается 1 бит информации. Иногда их еще называют пками. И при записи и при считывании диск вращается с постоянной угловой скоростью. Поэтому пиксели должны были бы представлять собой очень маленькие отрезки дуг, длина которых зависит от радиуса. Однако с помощью регулировки длительности лазерного импульса в зависимости от расстояния до оси вращения, длина всех пикселей делается одинаковой.

При выпуске серии компакт-дисков на отражающей поверхности (она здесь открыта) сначала записывается так называемый мастер-диск. При этом лазерный луч уже прожигает (испаряет) отражательный слой. В результате получается зеркальный металлический слой с рядом мельчайших отверстий (пикселей). Далее на отражательный слой, содержащий информацию в виде пикселей, химическим или другим путём осаждается слой другого металла (чаще, никеля) в несколько миллиметров толщиной. После отделения (например, растворения) первого отражательного слоя получается штамп с микроскопическими выступами в тех местах, где лазер при записи уничтожил отражательный слой. С помощью полученного штампа на термопластичной пластмассе изготавливается нужное количество копий мастер-диска. При этом каждому отверстию в отражающем слое мастер-диска на штампованной копии соответствует углубление в термопласте. После штамповки на каждый диск в вакууме напыляется Al (алюминий), а поверх него наносится защитный слой прозрачной пластмассы (лака). В результате вид записанной информации на штампованном серийном диске, становится несколько иным, чем на индивидуальном.

Понять происходящие при этом процессы может помочь схема, показанная на Рис.2.

Рис.2. Схематичный разрез компакт-диска, изготовленного штамповкой

Из-за реальных размеров пиков (пикселей) в несколько мкм определяющую роль здесь играют уже волновые свойства света. Но и такая (грубая и, в общем, не очень корректная с этой точки зрения) геометрическая интерпретация поведения световых лучей показывает, что при попадании на углубление (0) свет рассеивается и в апертуру приемной линзы его попадет уже во много раз меньше, чем при отражении от ровной поверхности (1).

По сравнению с магнитными носителями способ хранения информации на оптических дисках отличается повышенной помехоустойчивостью и надежностью. Защищающий отражательную поверхность слой прозрачной пластмассы может быть и поцарапан и запылен и облит чем-либо. Однако это приведет лишь к тому, что от лазера до отражающего слоя (и обратно до фотоприёмника) дойдет только несколько меньше света, поскольку луч лазера фокусируется строго на отражающую поверхность, проходя слой защитной пластмассы в расфокусированном виде. В результате на дефектах защитного слоя происходит только рассеяние части лазерного пучка. А поскольку интенсивность излучения лазерного диода и чувствительность фотоприёмника взяты с большим запасом, то на возможности считывания информации это практически никак не скажется.

Разумеется, если поцарапать защитный слой CD специально (вплоть до отражающего слоя), то диск уже можно будет выкинуть. Однако во многих  случаях оптический диск даже с основательно поврежденным прозрачным защитным слоем можно спасти простой полировкой его поверхности (например, пастой ГОИ). Естественно, при некачественной полировке надежность считывания информации понизится, но чаще всего после такой обработки диск можно использовать еще очень долго. Необходимо также отметить, что наиболее опасными (с точки зрения последствий и возможности восстановления) являются царапины, ориентированные по дуге окружности диска или по хорде (особенно во внешней от центра области). Поскольку запись идет по окружности, такие царапины перекрывают большую часть записанной подряд информации. Радиальные царапины гораздо менее опасны. Audio– и video–диски реагируют на присутствие повреждений гораздо слабее компьютерных. Это происходит потому, что потеря одного-двух (и даже нескольких подряд) битов практически никак не сказывается на воспроизведении звука и изображения. Компьютерные диски с этой точки зрения более чувствительны к погрешностям записи. Но и здесь специальными алгоритмами кодирования можно добиться снижения чувствительности к потери нескольких битов.

1. Архитектурные принципы построения ЗВМ. Классификация ЭВМ, процессоров. [1, 2]

2. Основные характеристики ЭВМ. [2]

3. Классификация, функции устройств управления. [3]

4. Структуры команд ЭВМ. Адресность ЭВМ. Место адресного сопроцессора в структуре ЭВМ. [4]

5. Этапы исполнения команд; рабочий цикл процессора. Конвейер команд. [5, 6]

6. Схемно-логические устройства управления, принципы построения. [6]

7. Структура, функционирование микропрограммных устройств управления. Виды микропрограммного управления (МПУ) и их сравнительная оценка. [7]

8. Структуры микрокоманд. Проектирование операционного поля микрокоманд. [8]

9.  Классификация способов адресации микрокоманд и их сравнительная оценка. Реализация переходов. [9, 10]

10. Понятие прерывания программ. Типы прерываний. Характеристики, структуры систем прерываний и их сравнительная оценка. [10, 11]

11. Способы обнаружения запросов, распознавания причин прерывания и способы формирования начального адреса прерывающей программы. [12]

12. Методы определения допустимого момента прерывания и организация вхождения в прерывающую программу. [13]

13. Способы возврата из прерываний. [14, 15]

14. Приоритетное обслуживание прерываний. [16, 17, 18]

15. Понятие слова состояния программы (ССП), структура ССП. Методы запоминания и восстановления ССП. (см. п. 13)

16. Назначение, функции структуры контроллеров прерываний. Примеры. [19]

17. Классификация, характеристики запоминающих устройств. Структура памяти ЭВМ. [20, 21, 22]

18. Способы организации оперативной памяти ЭВМ. [22, 23]

19. Назначение, структурная организация КЭШ-памяти. Место КЭШа в структуре процессора. [24]

20. Алгоритмы свопинга и замещения информации в КЭШе. [25, 26, 27]

21. Организация, хранение, использование страничных таблиц. Стратегия замещения страниц. [46, 47]

22. Странично-сегментная организация памяти. Формирование физических адресов. Особенности сегментно-страничной организация памяти в МП фирмы Intel или AMD. [48, 49]

23. Защита информации в ЭВМ. Защита оперативной памяти. [27, 28, 29]

24. Архитектура и организация ввода-вывода в ЭВМ; виды ввода-вывода. [29]

25. Ввод-вывод с прямым доступом к памяти. [30]

26. Структура и функции контроллера ПДП. [31]

27. Назначение, классификация сопроцессоров ввода-вывода. Управление сопроцессорами. Понятие программы управления сопроцессором ввода-вывода. [32]

28. Структура и работа сопроцессора ввода-вывода в селекторном режиме. [33]

29. Структура и работа сопроцессора ввода-вывода в мультиплексном режиме. [34]

30. Принципы организации контроля функционирования ЭВМ. Классификация методов контроля. Программный контроль. [34, 35]

31. Аппаратные методы контроля арифметических и логических операций. [36]

32. Интерфейсы ЭВМ и систем. Классификация, основные понятия. [37]

33. Принципы организации интерфейсов, структура связей, функциональная организация. [38,39]

34. Решающие усилители. Принципы построения, схемы цифро-аналоговых преобразователей код-напряжение. [40, 41, 42]

35. Алгоритмы работы, схема аналого-цифровых преобразователей напряжение–код. [43, 44]

36. Параметры аналого-цифровых преобразователей. [45]

37. Принципы хранения и размещения информации на магнитных дисках. [50, 51, 52]

38. Принципы хранения и размещения информации на оптических дисках. [52, 53]

УС – управляющий сигнал

КОП – количество адресов оперативной памяти

СПВВ – сопроцессор ввода/вывода

ПДП – прямой доступ к памяти

КПДП – контроллер прямого доступа к памяти

АЛУ – арифметико-логическое устройство

ФБ – функциональный блок

ВА – виртуальный адрес

ФА – физический адрес

ВП – виртуальная память

ФП – физическая память

УУ – устройство управления

МПУ –микропрограммное управление

МК – микрокоманда

ЗУ – запоминающее устройство