Билет №19.
Принцип организации кэш памяти. Кэш ассоциативный по множеству формирование виртуального адреса.Как и в памяти с прямым отображением имеется ЗУ с линейной организацией памяти, которое называется статическое ЗУ тегов. Индекс определяет группу тегов, то есть произошло как бы расслоение кэш-памяти. Эти теги подвергаются ассоциативному сравнению с тегом находящимся в адресе. Теги поступают на цифровые компараторы сравнения тегов. После сравнения теги поступают в шифратор, который говорит о том, в каком месте группы находится требуемый блок или что этого блока нет. Если блок имеется, выдается номер места в этой группе. С шифратора снимаются 2 сигнала, т. е. решаются две задачи:
1. Выбор свободного места в кэш-памяти, если оно есть.
2. Если все места заняты, выбирается замещаемое место путем анализа тегов, содержащее бит обращения (модификации) и формирует номер места, которое можно использовать для размещения нового блока, предварительно сохранив хранящийся, если установлен бит модификации в теге.
Допустим контроллер обнаружил кэш-промах, т. е. сработала эта схема и обнаружила, что нет требуемого блока в кэш-памяти, но вся кэш-память свободна или занята, и имеются некие свободные места в той группе, которая предназначена для хранения этого блока. Для выбора свободных мест шифратор должен выдавать не только сигнал о том, что блока нет, но и сигнал, определяющий свободно место или занято. Если свободных мест нет, то в этом случае можно использовать в памяти тегов дополнительные теги, т. е. хранить там не только теги мест, но еще и специальные флаги: W – в это место произведена запись, F – частота обращения к блоку (контроллер должен с некой периодичностью сбрасывать этот флаг в 0), B.
Шифратор дополнительно решает выбор свободного места в кэш-памяти. Для этого может использоваться специальный бит в теговой памяти В – место занято. Если все места заняты и установлен бит записи W, шифратор реализует стратегию замещения. Для этого используются такие биты, как W — место модифицировано и F – к месту было обращение процессора. Биты F контроллером периодически сбрасываются в 0.
Недостатки:
1. Эта организация самая сложная, но она реально используется.
2. Требуется большой объем памяти тегов.
3. Усложнена реализация стратегий обновления, замещения и выбора, т. е. необходимы специальные схемы для определения свободных мест в кэш-памяти, для выбора места подлежащего замещению (обновлению), а также схем, сохраняющих изменённый блок кэш-памяти в основной памяти.
Диски DVD. Структура первого и второго информационного блока. CRC и ECC.
/* Учти, что CIRC — это как раз реализация ECC, это не CRC
CRC — Cyclic redundancy check — это тупо хэш. (алгоритм нахождения контрольной суммы, предназначенный для проверки целостности данных. CRC является практическим приложением помехоустойчивого кодирования, основанном на определенных математических свойствах циклического кода.) */
DVD (ди-ви-ди, англ. Digital Versatile Disc — цифровой многоцелевой диск; также англ. Digital Video Disc — цифровой видеодиск) — носитель информации, выполненный в форме диска, имеющего такой же размер, как и компакт-диск, но более плотную структуру рабочей поверхности, что позволяет хранить и считывать больший объём информации за счёт использования лазера с меньшей длиной волны и линзы с большей числовой апертурой.
Первые диски и проигрыватели DVD появились в ноябре 1996 года в Японии. В марте 1997 года они появились в США и СНГ.
Для считывания и записи DVD используется красный лазер с длиной волны 650 нм. Шаг дорожки — 0,74 мкм, это более чем в два раза меньше, чем у компакт-диска. Записанный DVD, как и компакт-диск — пример дифракционной решётки с периодом, равным шагу дорожки.
Формат DVD по структуре данных бывают четырёх типов:
— DVD-видео — содержат фильмы (видео и звук);
— DVD-Audio — содержат аудиоданные высокого качества (гораздо выше, чем на аудио-компакт-дисках);
— DVD-Data — содержат любые данные;
— смешанное содержимое.
В отличие от компакт-дисков, в которых структура аудиодиска принципиально отличается от диска с данными, в DVD используется файловая система UDF (для данных может быть использована ISO 9660). DVD-видео, для которых существует требование «быть проигранным на бытовых проигрывателях», используют ту же файловую систему UDF, но с рядом ограничений (документ ECMA-167) — например, не допускается фрагментация файлов. Таким образом, любой из типов носителей DVD может нести любую из четырёх структур данных (см. выше).
Физически DVD может иметь одну или две рабочие стороны и один или два рабочих слоя на каждой стороне. От их количества зависит ёмкость диска (из-за чего 8-см диски получили названия DVD-1, ?2, ?3, ?4, а 12-см диски — DVD-5, ?9, ?10, ?14, ?18, по принципу округления ёмкости диска в Гб до ближайшего сверху целого числа):
В случае с CD диском от центра диска начинается заголовочная область (Lead-in), содержащая оглавление диска (TOC - Table Of Content), —кольцо шириной 4 мм (диаметр 46-50 мм) ближе к центру диска (до 4500 секторов, 1 минута, 9 MB). Состоит из 1 дорожки (Lead-in Track). Содержит TOC (абсолютные временные адреса дорожек и начала выводной области, точность - 1 секунда). Далее расположена область шириной 33 мм, предназначенная для хранения данных и физически представляющая собой единый трек. Завершающей является терминальная область (Lead-out) шириной 1 мм. Кроме того, имеется также внешний (защитный) обод диска шириной 3 мм.
Инициирующая дорожка данных на компакт-диске начинается со служебной области, необходимой для синхронизации между приводом и диском. Далее расположена системная область, которая содержит сведения о структурировании диска. В системной области находятся также директории данного тома с указателями или адресами других областей диска. Существенное различие между структурой компакт-диска и, например, дискетой заключается в том, что на CD системная область содержит прямой адрес файлов в поддиректориях, что должно облегчить их поиск. Международный стандарт ISO 9660 описывает файловую систему на CD-ROM. ISO 9660 первого уровня напоминает файловую систему MS-DOS: имена файлов могут содержать до восьми символов, расширение имени файла (состоящее из трех символов) отделяется от имени файла точкой. Имена файлов не могут содержать специальных символов ("-", "~", "=", "+"). При именовании файлов используются символы только верхнего регистра, цифры и символ "_". Имена каталогов не могут иметь расширений. Каждый файл имеет версию - номер версии отделяется от расширения символом ";". Каталоги могут иметь глубину вложенности 8. Стандарт ISO 9660 второго уровня позволяет использовать в именах файлов до 32 символов, накладывая описанные выше ограничения. Диски, созданные с использованием такого стандарта, не могут использоваться в ряде операционных систем, включая и MS-DOS.
Для большинства компакт-дисков вся хранимая впоследствии на них информация заносится за один технологический цикл, или сеанс (single session). Как уже говорилось оглавление диска, то есть указатель того, где и как на нем хранится информация, содержится в VTOC. Однако после того как появилась технология позволяющая дописывать информацию на специальные (дописываемые) CD-ROM, речь пошла уже о многосеансовых компакт-дисках и соответствующих приводах (multi session).
Основными элементами файловой структуры CD-ROM являются:
— первичный дескриптор тома (PVD - Primary Volume Descriptor); он всегда находится в шестнадцатом секторе сеанса и содержит ссылки на таблицу путей (PT - Path Table) и корневой каталог (RD - Root Directory);
— таблица путей (PT) содержит адреса каталогов (DF - Directory Files).
Если файловая структура охватывает более одного сеанса, то ссылки из корневого каталога последующих сеансов включают в себя ссылки на каталоги предыдущих сеансов и таким образом каталоги предшествующих сеансов становятся доступными в последующих сеансах. На этом базируется возможность обновления файлов. Несмотря на невозможность стирания, эффект "перезаписи" сохраняется для пользователя: это достигается путем перезаписи в последующем сеансе каталогов, содержащих ссылки на замещаемый файл. Файл, разумеется, также записывается в последующем сеансе, и в новую редакцию каталога включается ссылка на него. При стандартном доступе к файлам будут использоваться ссылки из корневого каталога последнего сеанса, и файл будет выглядеть обновленным, хотя возможность доступа к предшествующей версии при помощи специальной ссылки сохранится.
Технология компакт-дисков (вне зависимости от метода их производства – инжекционное литье или запись лазером) использует базовую систему коррекции ошибок, которая называется «Перемежающийся код Рида-Соломона» (CIRC – Cross Interleaved Reed Solomon Code). Алгоритм CIRC реализован на программно-аппаратном уровне во всех устройствах, позволяющих читать компакт-диски: аудио плееры, видео плееры, компьютерные приводы CD-ROM, прочие встраиваемые приводы. При этом исполняет алгоритм коррекции специальный чип, а микропрограмма по которой он работает называется «firmware» и обычно записывается в ПЗУ или ППЗУ привода.
CIRC состоит из двух уровней коррекции ошибок: C1 и C2. На этих двух уровнях могут появляться ошибки, обозначаемые как E11, E21, E31, E12, E22, E32. CIRC использует два принципа обнаружения и коррекции этих ошибок: избыточность (redundancy) и перемежение (interleaving).
Избыточность составляет около 25% от полезной информации. Это значит, что для хранения, скажем, 4 Мб полезной информации используется около 5 Мб дискового пространства. Перемежение заключается в том, что логически единая информация делится на блоки и располагаются не подряд, а на относительно большой площади компакт-диска. Так, например, один информационный блок (frame) из 24 байт физически хранится в 109 блоках.
Вышеуказанные меры по коррекции ошибок предпринимаются из-за того, что, как уже упоминалось, изготовить на 100% читаемый компакт-диск невозможно. Т. е. появление ошибок во время считывания данных с диска является нормальным явлением и учитывается технологией.
ECC — Error Correction Code.
