Уровни raid (Избыточный массив недорогих дисков).

Для достижения повышенного уровня отказоустойчивости, приходится жертвовать пропускной способностью ввода/вывода или емкостью памяти. В этой ситуации используются дополнительные диски, которые содержат избыточную информацию, позволяющую остановить исходные данные при отказе диска (например, вместо 25 дорожек используется 20, но наличие дополнительных дорожек позволяет восстановить сигнал на других дорожках).

Существует несколько способов объединения дисков RAID:

RAID 1 – Зеркальные диски. В этом случае все диски дублируются. Один из самых дорогостоящих.

RAID 2 – Матрица с поразрядным расслоением. Вводятся избыточные контрольные разряды для исправления одиночных и обнаружения двойных ошибок.

RAID 3 – Аппаратное обнаружение ошибок и четность. Большинство контроллеров в состоянии определить, когда диск отказал. Уменьшение числа контрольных дисков до одного на группу снижает избыточность емкости до вполне разумных размеров.

RAID 4 – Внутригрупповой параллелизм. RAID уровня 4 повышает производительность передачи небольших объемов данных за счет параллелизма, давая возможность выполнять более одного обращения по вводу/выводу к группе в единицу времени. В системах уровня 4 для записи небольших массивов данных используются два диска, которые выполняют четыре выборки (чтение данных плюс четности, запись данных плюс четности).

RAID 5 – Четность вращения для распараллеливания записей. Система уровня 5 улучшает возможности системы уровня 4 посредством распределения контрольной информации между всеми дисками группы.

RAID 6 – Двумерная четность для обеспечения большой надежности.

Вопрос 19. Классификация процессоров. Cisc, risc, misc, vliw, Суперскалярные процессоры

CISC (Complete Instruction Set Computer) – Полный набор команд микропроцессора.

Характеристики:

1. Сравнительно небольшое число регистров общего назначения.

2. Большое количество машинных команд, усложняющих декодирование и требующих огромных ресурсов. Возрастает число тактов, необходимое для выполнения команд.

3. Большое количество методов адресации.

4. Большое количество форматов команд различной разрядности.

5. Преобладание двухадресного формата команд.

6. Наличие команд обработки типа «регистр-память».

Недостатки: высокая стоимость аппаратной части, сложности с распараллеливанием вычислений.

Примеры: к процессорам типа CISC относится семейство х86 и Pentium.

RISC (Restricted Instruction Set Computer) – Упрощенный набор команд микропроцессора.

Выяснено, что 40% команд используются крайне редко. RISC предполагает реализацию сокращенного набора часто употребляемых команд, что позволяет упростить аппаратные средства процессора и повысить его быстро­действие. RISC значительно сократил площадь, требуемую для него на кристалле интегральной микросхемы, что позволило увеличить число регистров. В результате процессор стал на 20-30% реже обращаться к ОП.

Характеристики:

1. Упрощенный набор команд, имеющих одинаковую длину. Выполнение типичной команды можно разделить на 5 этапов (тактов): выборка команды, декодирование команды, выполнение операции, обращение к памяти, запоминание результата.

2. Большинство команд выполняется за 4-5 тактов процессора. Тип «регистр-регистр». Не более 50-100 команд. Выполняются без обращения к ОП.

3. Отсутствуют макрокоманды, усложняющие структуру процессора и уменьшающие скорость его работы.

4. Взаимодействие с ОП ограничивается операциями пересылки данных.

5. Уменьшено число способов адресации, не используется косвенная адресация.

6. Используется конвейер команд.

7. Применяется высокоскоростная память.

Особенностью RISC архитектуры является механизм перекрывающихся окон, предназначенный для уменьшения числа обращений к оперативной памяти и межрегистровых передач, что способствует увеличению производительности ЭВМ. Процедурам динамически выделяются небольшие группы регистров фиксированной длины (регистровые окна). Окна последовательно выполняемых процедур перекрываются, благодаря чему возможна передача параметров из одной процедуры в другую. При этом не возникает необходимость передачи содержимого регистра в память.

Окно состоит из трех подгрупп регистров:

1. Первая подгруппа содержит параметры, при передаче данных из процедур.

2. Вторая подгруппа содержит локальные переменные процедуры.

3. Третья является буфером для двухстороннего обмена процедур.

В настоящее время многие архитектуры процессоров являются RISC-подобными, то есть CISC-процессорами с RISC-ядром.

MISC (Minimal Instruction Set Computer) – Минимальный набор команд микропроцессора.

Увеличение разрядности процессоров привело к идее укладки нескольких команд в одно большое слово. Это позволило использовать возросшую производительность компьютера для обработки одновременно нескольких потоков данных. Кроме этого, MISC использует стековую модель вычислений.

Процессоры MISC, как и процессоры RISC, характеризуются небольшим числом чаще всего встречающихся команд. Вместе с этим, принцип «очень длинных командных слов» (VLIW) обеспечивает выполнение группы непротиворечивых команд за один цикл работы процессора. Порядок выполнения команд распределяется таким образом, чтобы в максимальной степени загрузить маршруты, по которым проходят потоки данных. Таким образом, архитектура MISC объединила вместе суперскалярную и VLIW-концепции. Компоненты процессора просты и работают на высоких частотах.