kompiuterių diagnostika - masalskis.netmasalskis.net/files/kd/pask05.pdf · kompiuterių...
TRANSCRIPT
Kompiuterių diagnostika
Paskaitoje bus apžvelgta:
Atminčių tipai
AK architektūra ir atminties vieta joje
Flash atminties veikimo principas
Flash atminties privalumai, trūkumai, naudojimas
Magnetinės atminties veikimo principas
Magnetinės atminties privalumai, trūkumai, naudojimas
2
Puslaidininkinės atmintys: Volatile (trinioji atmintis):
▪ DRAM
▪ SRAM
Non-volatile (pastovioji atmintis):▪ ROM
▪ PROM
▪ EPROM
▪ EEPROM
▪ Flash
Egzotika: FeRAM (FRAM)
3
Optinės atmintys: CD DVD Blu-ray
Magnetinės atmintys: kietieji diskai magnetinės juostos
Įvairios “senovinės” technologijos: lempinės atmintys popierinės atmintys (perfokortos)
Ateities technologijos: holografinė atmintis PRAM, MRAM, RRAM
4
5
AK naudojamos šios atmintys: SRAM - sparčiausia ir brangiausia trinioji atmintis. DRAM - talpesnė ir pigesnė, tačiau lėtesnė nei SRAM trinioji
atmintis. Flash - lėtesnė už DRAM, tačiau pastovi. Magnetinė atmintis - kietieji diskai. Žymiai lėtesnė
atmintis už flash. Šiuolaikiniuose AK naudojama tik kietuosiuose diskuose.
Optinė atmintis – pati lėčiausia atmintis, visais parametrais atsiliekanti nuo kitų atminties tipų. Šiuolaikiniuose AK naudojama kaip optiniai diskai: DVD-ROM/RAM/RW, Blu-Ray.
6
Pradėta gaminti 1988 metais. Duomenys grupuojami į blokus Prieš vykdant rašymą, bloko duomenys ištrinami (visi
bitai nustatomi į “1”) Rašymo metu duomenų bitai nustatomi į “0” Du tipai:
NOR NAND
Ribotas trynimų/rašymų kiekis: nuo 1 000 iki 1000 000 problemos sprendimas: tolygus rašymų
paskirstymas (wear leveling). Lusto talpa: 1Kib – 128GiB
7
RAŠYMAS TRYNIMAS
8
9
NOR Flash struktūra
NAND Flash struktūra
10
NAND
Privalumai: Spartus įrašymas Spartus ištrynimas
Trūkumai Lėta kreiptis atsitiktinius
duomenis Sudėtingas baitų lygio įrašymas
Taikymo sritys: Failų talpyklos (diskai) Garso, duomenų, vaizdo
įrašymas Bet kokių didelių duomenų
kiekių saugojimas
NOR
Privalumai: Sparti kreiptis į atsitiktinius
duomenis
Galimas baitų lygio įrašymas Trūkumai:
Lėtas įrašymas
Lėtas ištrynimas Taikymo sritys:
ROM/EPROM/EEPROM pakaitalas
Programų vykdymas tiesiai iš flash atminties
11
12
0.12 us
Tai pigiausias, talpiausias ir todėl populiariausias flash atmintis tipas.
Panašumas su standžiaisiais diskais: Netinka skaityti atskirus duomenų baitus (skaitoma
blokais).
Reikalinga blogų blokų (sektorių) priežiūra.
Naudojamas klaidų taisymo kodas (ECC). Skirtumas nuo standžiųjų diskų:
Skirtingai nei standžiųjų diskų paviršius, flash ląstelės gali susidėvėti, todėl su laiku blogų blokų vis daugėja.
13
14
SLC (SingleLevel Cell) –vieno lygio ląstelė. Saugo 1 bitą informacijos.
MLC (Multi LevelCell) – daugelio lygių ląstelė. Saugo 2 bitus informacijos.
TLC – TrippleLevel Cell (3 bitai)
15
SLC NAND flash pasižymi geriausia sparta ir patikimumu.
Taikymo sritys: Aukštos spartos atminties
kortelės Hibridiniai diskai (Hybrid Disk
Drives) Kietos būsenos diskai (Solid
State Drives) Flash integruotas įrenginiuose
operacinei sistemai saugoti (telefonuose, įterptinėse sistemose ir pan.)
MLC ir TLC NAND flashpirmauja žemos kainos ir didelės talpos gaminiuose, kuri sparta ir patikimumas nėra pirmoje vietoje
Taikymo sritys: Audio/video grotuvai Telefonai, įterptinės sistemos
(didelių apimčių duomenų saugojimui)
Paprastiems vartotojams skirtos atminties kortelės (USB, SD, CF ir pan.)
TLC flash naudojamas pigesniuose didelės talpos SSD, nes reikalingas nemažas atsarginių celių skaičius.
16
Samsung išrado ir pirmieji 2014 metais pradėjo gaminti ir pardavinėti 3D V-NAND flash atminties lustus.
Tai 24-32 sluoksnių NAND flash lustai, kurie gali būti SLC, MLC ir TCL tipų. Teoriškai galimas žymiai didesnis duomenų tankis nei įprastuose flash lustuose. Dar vienas privalumas iki 10 kartų didesnis patikimumas (perrašymų ciklų skaičius)
17
Praktikoje kompiuteriuose naudojami magnetinės atminties įrenginiai:
Juostiniai kaupikliai Nuo 1951 metų Talpa: iki 1TB
Minkštieji diskai (floppy disk) Nuo 1971 Talpa: 80KiB – 240MiB
Kietieji diskai (hard disk) Nuo 1956 metų Talpa: iki 8TB
18
19
Plokštelė
Ašis Galvutė
Aktuatoriaus“ranka”
Aktuatoriaus ašis
Maitinimo jungtis
Trumpikliai
PATA (IDE) jungtis
Aktuatorius
Duomenų blokai diskiniame kaupiklyje adresuojami pagal galvutės numerį, cilindro numerį ir sektoriaus numerį.
Disko talpa = cilindrų kiekis * sektorių kiekis takelių takelyje * galvučių kiekis * 512 baitų
20
Takelis / cilindras
Sektorius
Galvutės8 galvutės4 plokštelės
Rašymas vyksta įmagnetinant feromagnetiniopaviršiaus zonas priešingomis kryptimis priklausomai nuo norimos įrašyti reikšmės.
Skaitymo metu galvutėje indukuojasi srovė priklausomai nuo įrašytos bito reikšmės.
Galvutės atstumas nuo disko paviršiaus: iki 3 nanometrų (!)
21
Išilginis įrašymas (longitudinalrecording) naudojamas senesniuose kietuose diskuose ir sąlyginai nedidelės talpos šiuolaikiniuose diskuose.
Feromagnetinis disko paviršius galvute įmagnetinamas išilgai plokštumos.
Dėl to kiekvienas bitas užima palyginti daug vietos paviršiuje.
Mažinant bitui skirtą įrašymo plotą galų gale susiduriama superparamagnetizmo efektu, kuomet dėl temperatūros svyravimo bitų reikšmės gali pasikeisti savaime.
Duomenų tankio riba: 100 to 200 Gbit / colyje 2
22
Statmenas įrašymas (perpendicular recording) –duomenų saugojimo technologija, naudojama šiuolaikiniuose kietuosiuose diskuose.
Feromagnetinis disko paviršius galvute įmagnetinamas statmenai plokštumai.
Dėl to kiekvienas bitas užima žymiai mažiau vietos paviršiuje.
Reikalinga sudėtingesnė skaitymo rašymo galvutė bei specialus disko paviršius.
Duomenų tankio riba: ~1 Tbit / colyje2
23
24
Dabartiniai HDD nėra sandarūs, jų viduje cirkuliuoja filtruotas oras.
Oras yra sąlyginai tankus, turbulentiškas, o deguonis sukelia koroziją
Helis: inertiškas, mažo tankio. Užpildžius disko mechanizmą heliu: rašymo galvutės skrieja arčiau disko paviršiaus galima naudoti plonesnius diskus gaunamas mažesnis dujų molekulių pasipriešinimas,
didesnis disko komponentų veikimo tikslumas bei ilgaamžiškumas
Ateityje bus naudojamas daugelyje diskų kartu su kitomis duomenų tankio didinimo technologijomis
25
Shingled Magnetic Recording(SMR) – persiklojančių magnetinių takelių įrašymas
Kitas magnetinių diskų tobulinimo etapas po statmeno įrašymo: takeliai suspaudžiami taip, kad rašymo zonos tarpusavyje persikloja.
Teorinis duomenų įrašymo tankis: 3 Tbit / colyje2
SMR technologijos diskai parduodami nuo 2014 gruodžio (pvz.: Seagate 8TB Archive HDD)
26
Minusas: neįmanoma perrašyti atskirų sektorių.
Takeliai yra sugrupuoti į ruožus (bands).
Keičiant duomenis viename sektoriuje ar takelyje, perrašomas visas ruožas.
Iš dalies tai primena SSD veikimą, kur atitinkamai yra perrašomas visas flashblokas.
Dėl šios priežasties mažėja rašymo sparta, kuriai daug įtakos turi disko valdiklio programinėje įrangoje naudojami algoritmai.
27
HAMR (heat-assistedmagnetic recording) įrašymas
Naudojamas didesnio tankio magnetinis sluoksnis, tačiau tikslus įrašymas galimas tik pašildžius medžiagą.
Tam įrašymo metu papildomai naudojamas lazeris
Kol kas laboratorinė technologija.
Teorinis duomenų įrašymo tankis: 10 Tbit / colyje2
28
Fiziniai parametrai: Plokštelės skersmuo:
3.5 colio, 2.5 colio Plokštelės sukimosi sparta
4200RPM, 5400RPM, 7200RPM, 10000RPM, 15000 RPM Plokštelių kiekis (2, 3, 4) Duomenų įrašymo tankis (Gbitai kvadratiniame colyje)
Fizinių parametrų įtakoti išvestiniai parametrai: Duomenų perdavimo sparta (transfer rate) Ieškos laikas (seek time)
Taip pat: Sąsaja:
PATA, SATA, SCSI, SAS Spartinančiosios atminties dydis
29
SSD pranašumai: Greičiau pradeda darbą
(nereikia įsukti disko) Mažas atsitiktinių duomenų
pasiekiamumo laikas (randomaccess time)
Tolygus skaitymo (ir rašymo) greitis
Failų fragmentacija neturi įtakos
Tylus veikimas Mažesnis energijos
suvartojimas Mechaninis atsparumas Didesnis duomenų tankis
30
SSD trūkumai: Aukšta kaina: 0,45$/GB
palyginimui su 0,05$-0,10$/GB (2014m. duomenys)
Mažesnė talpa Rašymo sparta šiek tiek
mažesnė nei skaitymo sparta Liekant mažiau laisvų blokų,
rašymo sparta krenta Ribotas rašymų skaičius Saugumo trūkumas (kai
kuriais atvejais)
31
Praktikoje kompiuteriuose naudojami optinės atminties įrenginiai:
Kompaktiniai diskai (CD-ROM, CD-R, CD-RW) Nuo 1985 metų Talpa: iki 900MiM
DVD diskai (DVD-ROM, DVD-RAM, DVD+-RW) Nuo 1995 metų Talpa: iki 8,5GB
Blu-Ray diskai: Nuo 2003 metų Talpa: iki 100GB
32
33
Šias skaidres ir kitą paskaitos medžiagą galima rasti adresu: http://masalskis.net/
34
35