Триггер (стр. 7 )

Магнитные устройства памяти

       Как следует из названия, магнитный диск состоит из одного или нескольких дис­ков, нанизанных на один шпиндель. Диск имеет тонкое магнитное покрытие, как правило, наносимое на обе его стороны. Вся эта конструкция с постоянной скоро­стью вращается с помощью мотора, так что намагниченные поверхности движут­ся над головками, выполняющими операции считывания и записи (рис. 5,29, а). Головка представляет собой электромагнит, состоящий из сердечника с обмот­кой, по которой пропускается ток (рис. 5.29, б).

Информация записывается на магнитный слой с помощью электромагнитных импульсов нужной полярности, генерируемых током в обмотке. Головка намагни­чивает находящуюся непосредственно под ней поверхность диска, изменяя век­тор намагниченности ее частиц. Она же используется и для чтения информации. В этом случае изменение магнитного поля вблизи головки, вызываемое движени­ем диска, индуцирует напряжение в обмотке, которая в данном режиме играет роль сенсора. Управляющие схемы фиксируют полярность этого напряжения и опреде­ляют состояние магнитного покрытия диска. При чтении данных фиксируются только изменения магнитного поля под головкой. Если двоичные значения 0 и 1 представлены двумя противоположными состояниями намагниченности, то напряжение в головке индуцируется только при переходе от 0 к 1 или от 1 к 0. Одна­ко если на диске хранится строка нулей или единиц, напряжение индуцируется только в начале и конце этой строки. Для определения количества последова­тельно расположенных нулей или единиц необходима синхронизирующая ин­формация, позволяющая отсчитать количество позиций, которые имеют одина­ковую намагниченность. На рис. 5.29 в, показано фазовое или манчестерское кодирование, которая заключается в комбинировании синхронизирующей ин­формации с данными.

Согласно этой схеме, намагниченность изменяется для каждого бита данных. Это изменение происходит в середине той об­ласти дорожки, которая предназначена для записи одного бита.

Оптические устройства памяти

Используемая в СD-системах оптическая технология основана на применении ла­зерного луча. Лазерный луч направляется на поверхность вращающегося диска, вдоль дорожек которого располагаются впадины, отражающие сфокусированный луч в направлении фотодетектора, фиксирующего записанные на диске двоичные данные. Лазер излучает когерентный свет, состоящий из синхронизированных волн одинаковой длины. Если объединить два одинаковых луча в одной фазе, по­лучится более яркий луч, а если сдвинуть лучи на полфазы, они погасят друг дру­га. Но если два таких луча будут направлены на фотодетектор, то в первом случае он зафиксирует яркое пятно, а во втором — темное.

Нижний слой СD выполняется из поли­карбонатного пластика, играющего роль прозрачной основы. Данные наносятся на поверхность диска в виде впадин (pit), чередующихся с плоскими участками — площадками (land). Поверх диска с записанной на него информацией наносится тонкий слой отражающего алюминия, а на него — защитное акриловое покрытие. Сверху клеится этикетка. Источник лазерного излучения и фотодетектор располагаются под поликар­бонатным пластиком. Лазерный луч скользит по пластику, отражается от алюми­ниевого слоя и попадает на фотодетектор. Со стороны лазера впадины выглядят как выпуклости по отношению к плоской поверхности.

При вращении диска возможны три раз­ных позиции источника луча и детектора относительно впадин и площадок на его поверхности. Когда свет отражается только от впадины или только от площадки, детектор фиксирует яркое пятно. Однако на границе впадины, глубина которой равна четверти длины волны лазера, ситуация меняется. Волна, отраженная от впа­дины, смещается на 180° по фазе относительно волны, отраженной от площадки, и они гасят друг друга. Таким образом, на границах впадина—площадка и площад­ка—впадина детектор не видит отраженного луча и фиксирует темное пятно.

CD-RОМ - Содержимое такого компакт-диска можно только считывать, как из полупроводниковой RОМ.

Записываемые CD (СD-Recordable, CD-R) - Спиральная дорожка наносится на такой диск в процессе произ­водства, а лазер используется для выжигания отверстий в покрываемом диск слое органического вещества. Когда такое вещество нагревается до критической темпе­ратуры, оно темнеет. При чтении диска темные пятная отражают меньше света. Произвести запись поверх однажды помещенных на СD-R данных невозможно. Но неиспользованные части диска позднее могут пригодиться для записи допол­нительных данных.

Перезаписываемыми СD (СD-ReWritable, CD-RW) - Базовая структура СD-RW подобна структуре СD-R. Однако вместо органи­ческого записываемого слоя здесь используется сплав серебра, индия, сурьмы и теллура. При нагревании и охлаждении этот сплав ведет себя очень интересным образом. Если нагреть его до температуры плавления (500 °С), а затем охладить, он перейдет в аморфное состояние и приобретет способность поглощать свет. Но если указанный сплав будет нагрет до 200 °С и некоторое время выдержан в та­ком состоянии, то произойдет отжиг, в результате чего сплав перейдет в кристал­лическое состояние и начнет пропускать свет. Сплав в кристаллическом состоя­нии представляет площадки диска, а сплав в аморфном состоянии — впадины.

Записанные на диск данные можно стереть путем отжига, возвращающего сплав в кристаллическое состояние. Поверх записываемого слоя наносится материал, от­ражающий свет при чтении диска.

В дисководах СD-RW используется лазерный луч, который имеет три уровня мощности. Самая высокая мощность необходима для нанесения впадин. Мощ­ность средней величины используется для перевода сплава в кристаллическое со­стояние; она называется «мощностью стирания». А для чтения записанной на диск информации применяется лазер с наименьшей мощностью.

RISC и CISC

       Микропроцессоры  с  архитектурой  CISC  (Complex  Instruction  Set Computers) - архитектура вычислений  с полной системой  команд.  Реализующие на уровне машинного языка комплексные наборы команд  различной  сложности.

Микропроцессоры  с  архитектурой  RISC  (Reduced  Instruction  Set Computers) используют сравнительно небольшой  (сокращённый)  набор  наиболее употребимых  команд,  определённый  в  результате  статистического  анализа большого числа программ для основных областей применения CISC -  процессоров исходной архитектуры. Все команды работают с операндами и  имеют  одинаковый формат.  Обращение  к  памяти  выполняется  с  помощью  специальных  команд загрузки регистра и записи. Простота  структуры  и  небольшой  набор  команд позволяет реализовать  полностью  их  аппаратное  выполнение  и  эффективный конвейер при небольшом объёме оборудования. Арифметику  RISC  -  процессоров отличает  высокая  степень  дробления  конвейера.  Этот  прием  позволяет увеличить тактовую частоту ( значит, и производительность ) компьютера;  чем более элементарные действия выполняются в каждой фазе работы конвейера,  тем выше частота его работы. RISC - процессоры с  самого  начала  ориентированны на реализацию всех возможностей ускорения арифметических  операций,  поэтому их конвейеры обладают значительно более высоким быстродействием, чем в  CISC - процессорах.

Принципиально новое, что отличает RISC - от CISC-процессоров -- это:

отсутствие аппаратного стека -- все операнды хранятся в регистрах общего назначения (РОН); отсутствие регистра -- счетчика команд; наличие конвейера, позволяющего за один такт процессора осуществлять несколько вычислений; четкое разделение потоков команд (инструкций) и данных; полное равноправие РОН;

Кроме этого, в RISC-процессорах имеется:

шина операндов и шина результатов (вместо одной внутренней шины микропроцессора в CISC-процессорах 2-го поколения); наличие специального исполнительного устройства, загружающего данные из памяти в РОН (LSU); разделение АЛУ на однотактные (длительность операции в котором занимает один такт процессора) и многотактные (длительность операций в котором превышает один такт); наличие нескольких исполняющих устройств в микропроцессоре. К ним относятся: Однотактные целочисленные АЛУ (S-АЛУ). Многотактные целочисленные АЛУ (M-АЛУ). Устройства (АЛУ) с плавающей точкой (F-АЛУ). наличие отдельной кэш памяти для инструкций и данных, а также инструментов сегментного/страничного разбиения памяти; общение микропроцессора с шиной только через кэш-память; усложнение УУ, которое, кроме классической предвыборки и дешифрации команд, выполняет и распараллеливание вычислений и направление инструкций на несколько исполняющих модулей; появление основного элемента конвейера -- блока предсказания ветвлений (BPU), позволяющего осуществлять распараллеливание вычислений; наличие блока завершения, который подготавливает результаты к записи в оперативную память.

CISC & RISC

Для CISC-процессоров характерно: сравнительно небольшое число регистров общего назначения; большое количество машинных команд, некоторые из которых нагружены семантически аналогично операторам высокоуровневых языков программирования и выполняются за много тактов; большое количество методов адресации; большое количество форматов команд различной разрядности; преобладание двухадресного формата команд; наличие команд обработки типа регистр-память.

RISC: Все они придерживались архитектуры, отделяющей команды обработки от команд работы с памятью, и делали упор на эффективную конвейерную обработку. Система команд разрабатывалась таким образом, чтобы выполнение любой команды занимало небольшое количество машинных тактов (предпочтительно один машинный такт). Сама логика выполнения команд с целью повышения производительности ориентировалась на аппаратную, а не на микропрограммную реализацию. Чтобы упростить логику декодирования команд использовались команды фиксированной длины и фиксированного формата.