Вычислительные машины, сети и телекоммуникац. системы_ Пятибратов А.П. и др_УМК_ЕАОИ, 2009 -292с
.pdf
Функциональная и структурная организация эвм
Головки могут перемещаться вдоль поверхности дискеты с помощью шагового двигателя. Различают НГМД, у которых шаговые двигатели могут сделать 40 и 80 шагов. В связи с этим стандартные дискеты могут иметь 40 или 80 дорожек на одной стороне.
Для обозначения типа дискеты используются двухбуквенные метки:
•SS (single sided) – односторонние;
•DS (double sided) – двусторонние;
•SD (single density) – одинарная плотность;
•DD (double density) – двойная плотность;
•QD (quadro density) – учетверенная плотность;
•HD (high density) – высокая плотность
•ED (Extra-High density) – сверхвысокая плотность.
Объем хранимой на дискете информации зависит как от конструкции дискеты,
так и от способа размещения информации на ней. Количество дорожек, число секторов на одной дорожке, емкость одного сектора и количество рабочих поверхностей у дискеты определяют ее емкость.
B IBM PC стандартными являются следующие значения: две рабочие поверхности, 40 или 80 дорожек на одной поверхности; 8, 9, 15 или 18 секторов на одной дорожке, 128, 256, 512 или 1024 байт в одном секторе.
Одной из характеристик дискеты является допустимая плотность записи:
•продольная:
−(SD) – нормальная: 24 ТРI (tape per inch – метки на дюйм);
−(DD) – двойная: 48 TPI;
−(НD – high density) – учетверенная (Quadro density): 96 TPI;
•поперечная:
−одинарная (20 дорожек);
−двойная (40 дорожек);
−учетверенная (80 дорожек): (QD-9 объемом 720 Кб), (QD-15 объемом 1,2 Мб (размер сектора в QD-15 равен 1 Кб)).
Магнитный диск (гибкий или жесткий) перед первым использованием должен быть отформатирован. Во время форматирования диска на его поверхности с помощью магнитных головок делаются пометки: размечаются дорожки и сектора на них, создаются управляющие области дискеты, т.е. создается логическая структура диска.
Весь процесс форматирования делится на три части: физическая разметка, созда- ние логической структуры и загрузка на диск операционной системы (т.е. физическое, логическое и системное форматирование).
Физическое форматирование состоит в разметке дорожек (trek) и секторов с нанесе- нием обозначений секторов в выделенных на треках служебных областях. Секторы отде- ляются друг от друга интервалами. Началом отсчета для разметки диска является специ- альное отверстие (индекс).
Дорожки нумеруются от 0 до N-1 (где N – общее количество дорожек) от края дис- ка к центру. На физическом уровне сектора нумеруются от 1 до m.
Структура развертки дорожки дискеты после разметки содержит такие состав- ляющие, как идентификатор сектора, поле данных и рабочие интервалы между состав- ляющими. Причем длина интервалов и наполняющие их символы несут диагностиче- скую информацию о назначении данного интервала.
Логическое форматирование заключается в оформлении диска соответственно стан- дартам операционной системы. Цель логического форматирования – создание на диске управляющих таблиц для учета использования имеющихся ресурсов – так называемых «служебных секторов» (boot-сектор, fat-сектора, корневой каталог дискеты).
91
Вычислительные машины, сети и телекоммуникационные системы
Системное форматирование заключается в загрузке на диск резидентных файлов операционной системы (ibmbio.com и ibmdos.com – их названия различаются в разных версиях операционных систем). В результате форматирования образуется функциональ- ная структура диска, изображенная на рис. 16.
Рис. 16. Функциональная структура диска
Служебная |
|
Область |
область |
|
данных |
|
|
|
|
|
|
Служебные |
|
|
|
|
Файлы операци- |
|
||||
|
|
|
сектора |
|
|
|
|
онной системы |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
ВООТ |
|
File alloca- |
|
FAT 2 |
|
Корневой |
|
ibmbio. |
|
ibmdos. |
|||
сектор |
|
tion table 1 |
|
(таблица |
|
каталог |
|
com |
|
com |
|||
(блок на- |
|
(FAT1) |
|
размещения |
|
|
|
|
|
|
|
||
чаль- |
|
(таблица |
|
файлов) |
|
|
|
|
|
|
|
||
ной загруз- |
|
размещения |
|
2 копия |
|
|
|
|
|
|
|
||
ки) |
|
файлов ) 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
копия |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Служебные секторы создаются при форматировании дискеты всегда, файлы операционной системы записываются на дискету только при создании системной дискеты. Размер служебной области составляет ≈2% от общей емкости дискеты.
В IBM PC в разное время использовалось несколько типов дисководов (НГМД), которые позволяли работать только с определенными форматами. Виды стандартизованных форматов приведены в табл. 6.
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 6. |
|
|
Стандартные форматы НГМД MS DOS |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
Обозначение |
Коли- |
Количество |
Количество |
Объем |
Диаметр |
Размер |
Размер |
|
чество |
секторов |
дорожек |
(Кбайт) |
(дюйм) |
FAT |
катало- |
|
сторон |
|
|
|
|
(секто |
га |
|
|
|
|
|
|
ров |
(секто- |
|
|
|
|
|
|
|
ров) |
SS/DD-8 |
1 |
8 |
40 |
160 |
5 |
2 |
4 |
DS/DD-8 |
2 |
8 |
40 |
320 |
5 |
2 |
2 |
SS/DD-9 |
1 |
9 |
40 |
180 |
5 |
2 |
4 |
DS/DD-9 |
2 |
9 |
40 |
360 |
5 |
2 |
7 |
DS/HD-15 |
2 |
15 |
80 |
1200 |
5 |
14 |
14 |
DS/HD-9 |
2 |
9 |
80 |
720 |
3 |
10 |
7 |
DS/HD-18 |
2 |
18 |
80 |
1440 |
3 |
18 |
18 |
92
Функциональная и структурная организация эвм
Назначение и структура служебных секторов:
•Boot – содержит блок начальной загрузки и занимает 512d байт (200h). Про- грамма начальной загрузки, содержащаяся в BOOT-секторе, предназначена для считыва- ния с системной дискеты резидентных файлов операционной системы (в дальнейшем – OS) и командного процессора и размещения их в ОП.
•Таблица размещения файлов (File allocation table, FAT) отображает структуру об-
ласти данных диска – текущее распределение области данных дискеты между файлами. Операционная система делит всю область данных диска на элементарные логиче- ские единицы – кластеры. Если необходимо записать на диск какой-либо набор данных
(файл), то независимо от его длины, память для этого будет выделяться кластерами. Раз- мер кластера зависит от типа формата. Все кластеры диска имеют свои номера. FAT дис- кеты состоит из 12-битовых элементов (у жестких дисков большого объема – из 16- битовых).
Место на диске, отводимое каждому файлу, состоит из последовательности (це- почки) кластеров. Номер первого кластера, в котором начинается файл, указывается в корневом директории. В FAT элемент, соответствующий этому кластеру, содержит номер следующего кластера, в котором находится продолжение файла, и так далее «по цепоч- ке». Последний кластер файла обычно содержит FFF. Например, если файл разместился
в3, 17 и 25 кластерах диска, то в корневом каталоге для этого файла будет указано, что он размещается в кластере № 3. В элементе FAT, соответствующем третьему кластеру, будет записан номер следующего кластера (17), в элементе FAT, соответствующем кластеру №17 будет содержаться номер следующего кластера – 25, а в элементе FAT, соответствующем кластеру № 25, будет записан код последнего кластера – обычно FFF.
•Корневой каталог диска содержит информацию о файлах и подкаталогах, раз- мещенных на диске.
Каждый файл в каталоге описан с помощью 32 байтов, образующих элемент (стро- ку) каталога. Каждый сектор каталога содержит 512/32 = 16 строк. В одной из них (обыч- но в первой) может быть записано имя диска (метка тома).
2.5.2. Накопитель на жестком магнитном диске
Накопитель на жестком магнитном диске (НМД) имеет тот же принцип действия, что и НГМД, но магнитный носитель информации в нем является несъемным и может состоять более, чем из одной пластины. При наличии нескольких закрепленных на об- щей оси пластин, образуется пакет магнитных носителей.
Каждую рабочую поверхность такой конструкции обслуживает своя головка. Если в НГМД головка во время работы соприкасается с поверхностью дискеты, то в НМД головки во время работы находятся на небольшом расстоянии от поверхности (десятые доли микрона). При устранении контакта головки с поверхностью диска появилась возможность увеличить скорость вращения дисков, а следовательно, повысить быстродействие внешнего ЗУ.
Запись и чтение информации на жестком магнитном диске производится с помо- щью магнитных головок, которые во время чтения-записи неподвижны. Магнитное по- крытие каждой поверхности диска во время чтения-записи перемещается относительно головки. Магнитный «след» на поверхности диска, образовавшийся при работе головки на запись, образует кольцевую траекторию – дорожку. Дорожки, расположенные друг под другом на всех рабочих поверхностях магнитного носителя, называются цилиндром.
В жестких МД различных фирм используются разные материалы для магнитного покрытия: диски ранних конструкций имели оксидное покрытие (окись железа), более
93
Вычислительные машины, сети и телекоммуникационные системы
поздние диски – кобальтовое покрытие. Оксидное покрытие наносилось на поверхность диска в виде магнитного лака, который после высыхания образовывал довольно толстый магнитный слой. Обеспечить устойчивую запись в таком слое можно было за счет дли- тельного воздействия электромагнитным полем. Поэтому магнитные «следы» на поверх- ности диска получались большого размера, что приводило к невысокой плотности записи
инизкому быстродействию. Для увеличения емкости магнитного диска приходилось уве- личивать его размеры.
Кобальтовое покрытие наносится на поверхность диска методом напыления. При этом образуется тонкая магнитная пленка, на которую легче воздействовать для образо- вания магнитных следов. Размеры магнитных следов уменьшились, что позволило увели- чить продольную и поперечную плотности записи. Увеличение продольной плотности за- писи позволило увеличить емкость дорожки, а увеличение поперечной плотности записи – количестводорожек наповерхности диска. Диски той же емкости уменьшились в размерах.
Стандарт на физическое размещение информации на жестком магнитном диске мягче, чем для НГМД, так как гибкие диски должны читаться одинаково на дисководах разных фирм, в то время как жесткий магнитный диск имеет встроенную в него систему управления. При работе с жестким магнитным диском встроенная система управления решает вопросы физического размещения информации и зачастую недоступна для внешнего вмешательства. Например, наружные и внутренние дорожки магнитного диска имеют разную длину. Если их сделать одинаковой емкости и писать информацию с оди- наковой плотностью записи, то на наружных дорожках останется много свободного мес- та. Некоторые фирмы при изготовлении жестких дисков делают дорожки различной ем- кости. Но для того чтобы стандартные операционные системы могли работать с такими дисками, встроенный в них контроллер осуществляет пересчет адресов; при этом физи- чески на диске имеется меньшее количество дорожек, чем кажется операционной системе (так как операционная система настроена на работу с дорожками одинаковой емкости).
Количество дисков, каждый из которых имеет по две рабочих поверхности, в на- копителе может быть от 1 до 10 и более. В некоторых накопителях две крайние поверхно- сти пакета (верхняя и нижняя) не являются рабочими – при этом сокращается размер дисковода (и емкость тоже). Иногда эти поверхности используются для размещения слу- жебной информации.
Жесткие диски делают герметичными – малое расстояние (зазор) между рабочей поверхностью и магнитной головкой должно быть защищено от пылинок, чтобы уберечь тонкий напыленный слой кобальта от стирания. Магнитная головка во время работы не должна касаться поверхности диска и в то же время находиться от нее на расстоянии в доли микрона. Наиболее распространенный способ удовлетворения обоих условий – применение «воздушной подушки»: в магнитной головке делаются отверстия, через ко- торые в рабочий зазор в направлении магнитного диска нагнетается сжатый воздух – он
иявляется демпфером (воздушной подушкой), не позволяющим магнитной головке «прижаться» к поверхности диска. Воздух перед нагнетанием в зазоры проходит тща- тельную очистку от пыли с помощью специальных фильтров.
Магнитные головки при работе НМД могут перемещаться, настраиваясь на тре- буемую дорожку.
Перед началом эксплуатации пакет магнитных дисков форматируется: на нем размечаются дорожки (ставится маркер начала дорожки и записывается ее номер), нано- сятся служебные зоны секторов на дорожках. Для записи-чтения информации контрол- леру НМД передается адрес: номер цилиндра, номер рабочей поверхности цилиндра, номер сектора на выбранной дорожке. На основании этого магнитные головки переме- щаются к нужному цилиндру, ожидают появления маркера начала дорожки, ожидают
94
Функциональная и структурная организация эвм
появления требуемого сектора, после чего записывают или читают информацию из него. Несмотря на то, что все магнитные головки установлены на требуемый цилиндр, работа- ет в каждый данный момент только одна головка.
Из-за малого расстояния между секторами и высокой скорости вращения пакета дисков схемы управления не всегда успевают переключиться на чтение-запись следую- щего сектора (если считываемые/записываемые сектора следуют один за одним). В этом случае после обработки одного сектора приходится ожидать, пока диск сделает целый оборот и к головкам подойдет требуемый сектор. Чтобы избежать этого, при форматиро- вании используется чередование (interleaving) секторов: последовательность нумерации секторов на дорожке задается таким образом, что следующий по порядку номер сектора принадлежит не следующему по физическому размещению сектору, а через «k» секторов (где k – фактор чередования). Фактор чередования при форматировании задается таким образом, чтобы система управления НМД обеспечила обработку с последовательными номерами без длительного ожидания (слишком маленький k приводит к «проскакива- нию» требуемого сектора и ожиданию нового витка, слишком большое значение k так же приводит к ожиданию, так как схема управления уже отработала, а требуемый сектор все еще не подошел к головке).
Поскольку физически НМД различных фирм могут быть устроены по-разному, возникает проблема совместимости НМД с микропроцессорным комплектом ЭВМ. Про- блема эта решается с помощью стандартизации интерфейсов для накопителей на жест- ких магнитных дисках.
Основной характеристикой НМД является их емкость, которая главным образом зависит от плотности записи, в свою очередь в значительной степени зависящей от уров- ня технологии. Наиболее результативным для повышения плотности записи явилось применение магниторезистивных головок, которые известны и применяются уже давно, но по-настоящему массовой продукцией долгое время не были из-за большой капитало- емкости их производства. Кроме увеличения емкости диска повышение плотности записи приводит и к увеличению скорости считывания-записи данных при неизменных диамет- ре и скорости вращения носителя.
Для офисных и домашних компьютеров начального и среднего уровня фирма Samsung, например, разработала новые серии накопителей SpinPoint VL40 и SpinPoint PL40 со скоростью вращения шпинделя 5400 и 7200 об/мин, соответственно. Емкость пла- стины этих HDD составляла 40 Гб, они имеют 2-хгигабайтный буфер. Среднее время по- иска составляет 8,9 мс. Устройства SpinPoint VL40 выпускаются в модификациях 20, 30 и 40 ГБ, а SpinPoint PL40 – 20 и 40 Гб.
Современные модельные ряды SpinPoint V80 и SpinPoint P80 имеют такие же ско- рости вращения шпинделя, однако плотность записи на одну пластину у них в два раза выше, а именно 80 Гб. Это позволяет создавать конечные продукты емкостью 20, 40, 60, 80, 120 и 160 Гб. Емкость буферной кэш-памяти у устройств серии V80 составляет 2 ГБ, а у P80 – 8 Мб. Среднее время поиска равно 8,9 мс.
2.5.3. Стриммер
Стриммером называется внешнее устройство ПЭВМ для записи и воспроизведения цифровой информации на кассету с магнитной лентой. Основное их назначение – архи- вирование редко используемых больших массивов информации, резервное копирование. Это устройство называется «floppy tape».
95
Вычислительные машины, сети и телекоммуникационные системы
По конструктивному исполнению стриммеры выпускаются внутренними и внеш- ними. Программная поддержка этих стриммеров позволяет сжимать информацию до 6 раз (в среднем – в 2 раза).
Контроллеры стриммеров выполняются по технологии Plug&Play (95% необходи- мых параметров определяется программным путем автоматически).
Характеристики некоторых разновидностей стриммеров приведены в табл. 7.
|
|
Таблица 7. |
|
Характеристики стриммеров (стоимость от 20$ до 5500$) |
|||
|
|
|
|
Стриммер DAT Conner CTD4004R-S DDS-DC |
2/4 Гбайт |
внутренний |
|
Стриммер DAT Conner CTD4004R-S DDS-DC |
2/4 Гбайт |
внешний |
|
СтриммерSeagate Hornet Travan STT28000A-RFT |
4/8 Гбайт |
внутренний IDE |
|
Стриммер Sony SDT-9000 DDS-3 |
12/24 Гбайт |
внутренний |
|
Стриммер DAT Compaq |
1.3/ 2.6GB, 2/ 4GB, 4/ |
SCSI-2, внутр. |
|
|
8GB, 12/ 24GB |
|
|
SONY SDX-420C AIT-1 |
35-90 GB |
внутренний EIDE |
|
Стриммер Sony AIT SDX-420C |
35/90 Гбайт |
внутренний, IDE |
|
Стриммер TANDBERG SDLT |
110/220 Гбайт |
внутренний |
|
Стриммер Ultrum IBM -- 3580-H11 |
100/ 200GB |
внешний, Fast Wide HVD SCSI |
|
Стриммер Ultrum Compaq StorageWorks |
200/ 400GB |
внеш., UW160 LVD SCSI |
|
2.5.4. Оптические запоминающие устройства
Один из первых оптических накопителей информации – видеопластинка Laservision фирмы Philips представляла собой плексигласовый диск диаметром 20 или 30 см с тон- ким алюминиевым слоем, покрытым защитной пленкой из лака. При нанесении инфор- мации в алюминиевом слое делаются углубления, располагаемые вдоль дорожек, как в обычных граммпластинках. Отличие заключается в том, что во-первых, дорожки начи- наются в центре пластинки, и, во-вторых, они наносятся лазерным лучом – ширина до- рожки при этом составляет 0,4 микрона, расстояние между дорожками – 1,6 микрона. При таких размерах на одном миллиметре радиуса располагается 600 дорожек. При счи- тывании информации лазерный луч по-разному отражается от основной ровной поверх- ности (0) и от углублений (1).
Классификация оптических накопителей информации приведена на рис. 17. Для считывания информации применяются два различных способа:
−CAV (Constant Angular Velocity) – считывание при постоянной угловой скорости; и
−CLV (Constant Linear Velocity) – считывание при постоянной линейной скорости.
При CAV пластинка имеет постоянную угловую скорость 1500 об/мин. Дорожки расположены кольцеобразно, каждая дорожка отводится для отдельного видеоизображе- ния, независимо от длины дорожки. На одной стороне пластинки при этом умещается 54000 изображений для воспроизведения в течение 36 мин.
При CLV угловая скорость меняется: при чтении внутренних дорожек она рав- на 1500 об/мин, при чтении внешних – 500. На пластинке имеется всего одна спирале- образная дорожка (от центра наружу). Продолжительность времени воспроизведения увеличивается до 60 мин, но теряется возможность прямого доступа к отдельным изо- бражениям.
96
Функциональная и структурная организация эвм
Видеокомпакт-диски (CDV – Compact Disk Video) предназначены для воспроизведе- ния на специальном видеопроигрывателе. При диаметре диска 12 см на него наносится двадцатиминутная цифровая запись звука и шестиминутный аналоговый видеосигнал; при диаметре диска 20 см на нем содержится двадцатиминутная запись аналогового ви- деосигнала и цифрового звукового сопровождения; при диаметре диска 30 см емкость диска такая же, как у видеопластинки Laservision.
Рис. 17. Классификация оптических накопителей информации
Оптические
накопители
информации
Видеопластинка |
|
Видео |
|
ROM |
|
|
Laservision |
|
компакт |
|
(Read Only |
|
|
|
|
диск CDV |
|
Memory) |
|
|
|
|
|
|
CD-ROM и |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
CD-ROM/XA |
|
|
|
|
|
|
|
CD-I |
|
|
|
|
|
|
Photo-CD |
|
|
|
|
|
Bridge-Disk |
|
|
CD-WO
(CD-R, CD-MO Флоптики
CD-RW)
Компакт-диск CD-ROM (Compact Disk – Read Only Memory). Диск имеет прозрач-
ную поликарбонатную основу, толщиной 1,2 мм и диаметром 8 или 12 см. На одном дюйме по радиусу умещается 16000 дорожек (тогда как на одном дюйме флоппи-диска – всего 96). Емкость компакт-диска составляет 650-700 Мб.
Первые экземпляры содержали информацию только в цифровом виде. Конструк- ция была аналогична пластинке Laservision. Работал такой компакт-диск по принципу CLV, угловая скорость изменялась от 200 до 500 об/мин.
Впоследствии дисководы для CD-ROM стали выпускаться на двойную (×2), четы- рехкратную (×4), тридцатидвухкратную (×32) и т.д. скорость чтения. Кратность опреде- лялась относительно продолжительности воспроизведения звукозаписи с аналогичного аналогового диска.
Компакт-диск CD-ROM/XA (eXtended Architecture) отличается от CD-ROM тем, что информация перед нанесением на диск подвергается сжатию. Диск может содержать дво- ичные коды, графику, видео, текст, аудиоданные.
Интерактивные компакт-диски CD-I (Compact-Disk Interactive) предназначены для потребительского рынка, используются без ЭВМ. Их производство основано на техноло- гии CD-ROM, но имеет более простое управление.
Диски Photo-CD (совместная разработка Philips и Kodak) предназначены для хране- ния в цифровом формате кино- и фотокадров. На диске размещается до 100 кадров, за- пись полного диска производится за один час.
97
Вычислительные машины, сети и телекоммуникационные системы
Bridge-Disk выполнен по стандарту, который позволяет воспроизводить его на про- игрывателе для Photo-CD, дисководе для CD-ROM/XA или проигрывателе для CD-I.
Компакт-диски CD-WO (в современном представлении – CD-R и CD-RW) позволяют дозаписывать информацию за несколько сеансов. После каждой дозаписи создается ог- лавление диска. Устаревшие модели дисководов CD позволяют читать только первую зо- ну CD-WO. Компакт-диски CD-WO (CD-R, CD-RW) могут изготовляться по различным технологиям: диск может быть покрыт чувствительным фотолаком, в котором лазер про- жигает отверстия, испаряя лак; на подложку диска могут быть нанесены два слоя – один из искусственных полимеров (имеющих малую теплоту плавления), другой – металличе- ский (при нагревании металла лазерным лучом находящийся под ним слой полимера ис- паряется, что приводит к образованию пузырька в металлическом слое и как следствие – к нетиповому отражению считывающего луча в этом месте); поверхность диска может быть покрыта слоем галий-сурьмы или индий-сурьмы, которые при воздействии на них ла- зерного луча расплавляются и переходят из кристаллического в аморфное состояние, что сопровождается изменением условий отражения и может быть зафиксировано считы- вающим лазерным лучом.
Воснове магнитооптических компакт-дисков (CD-MO) лежит воздействие магнитно-
го поля на нагретый до критической температуры материал. В результате этого изменя- ются отражающие свойства покрытия диска или производится его намагничивание в оп- ределенном направлении. Магнитооптические диски позволяют записывать, читать и стирать информацию. На таких дисках могут быть выделены зоны, предназначенные только для чтения или для многократной записи. CD-MO выпускаются в виде миниди- сков диаметром 2,5 дюйма в пластмассовом корпусе трехдюймовой дискеты. Как для за- писи, так и для воспроизведения магнитооптических дисков необходимы специальные устройства. Емкость таких дисков составляет не менее 640 Мб. Из них могут создаваться магнитооптические библиотеки с автоматической сменой дисков (время на смену дисков составляет несколько секунд), емкость которых измеряется сотнями Гбайт.
Флоптики – это внешние запоминающие устройства, имеющие две головки: одну – обычную, для работы с дискетами DD и HD, другую – магнитооптическую. Разметка флоптической дискеты производится лучом лазера, благодаря чему дорожки плотнее располагаются друг к другу. У флоптических дискет используется тот же магнитный ма- териал, что и у обычных дискет емкостью 2,88 Мб – барий-феррит.
DVD – это универсальный диск с высокой плотностью записи информации. По сравнению с обычными компакт-дисками CD и видеодисками VideoCD, плотность записи DVD увеличена в 7 раз. На DVD-диске за счет более мелкого микрорельефа информаци- онной дорожки и использования многоуровневой записи удалось значительно увеличить количество записываемой информации.
Скорость считывания информации с DVD-диска значительно больше и, кроме то- го, изменяется в широких пределах в зависимости от сложности воспроизводимой на эк- ране информации.
DVD-диск обеспечивает воспроизведение в 2 раза большего количества элементов изображения как по горизонтали, так и по вертикали. Таким образом, на изображении с DVD-диска количество видеоинформации в 4 раза больше, чем с VideoCD. VideoCD хра- нит 74 минуты изображения, тогда как DVD-5 – 133 минуты, DVD-10 – 266 минут (двусто- ронний диск), а DVD-17 (двухсторонний двухслойный диск) – 481 минуту.
ВDVD используется более совершенный алгоритм сжатия цифровых данных – звука и изображения – MPEG-2 с переменной скоростью передачи данных.
При записи на DVD-диск используются новые цифровые системы многоканально- го звука Dolby Digital и DTS, которые позволяют записать 5-7 полностью независимых звуковых каналов с полной полосой звуковых частот 20 Гц-20 КГц.
98
Функциональная и структурная организация эвм
Для проигрывания DVD-дисков необходимо устройство воспроизведения (DVD- проигрыватель). Обычно DVD-проигрыватель обладает такими функциями, как «Multi Aspect Function», «Multi-Story Function», «Multi-Angle Function», «Parental Lock».
«Multi Aspect Function» – это возможность вывода изображения с DVD-диска в раз- личных форматах на стандартные (с изображением формата 4:3) и широкоэкранные (с изображением формата 16:9) телевизоры. На современных двусторонних DVD-дисках обычно записывают сразу две версии кинофильма: на одной стороне диска широкоэк- ранный вариант (widescreen), а на другой – стандартная версия (normal).
Режиме «Multi-Story Function» возможен интерактивный просмотр DVD-диска. При этом сам зритель через соответствующее меню диска с помощью пульта дистанци- онного управления DVD-проигрывателя может выбирать один из возможных вариантов развития событий, как это делается в большинстве компьютерных игр.
«Multi-Angle Function» – функция, позволяющая наблюдать за событиями, вос- производимыми на экране с DVD-диска, как бы с разных точек зрения. Форматом DVD предусмотрена возможность записи на диск до 9 различных вариантов изображения, сня- тых в разных ракурсах различными видеокамерами при записи изображения. При по- мощи пульта дистанционного управления любого DVD-проигрывателя зритель сам мо- жет выбрать наиболее интересный для него ракурс изображения.
С помощью функции «Parental Lock» возможно осуществление возрастной цензу- ры при просмотре DVD-диска. В зависимости от возраста ребенка его родители через со- ответствующее меню DVD-проигрывателя могут выбрать одну из условных возрастных категорий – PG, PG-13, R, NC-17. При этом будет осуществляться «мягкая» цензура про- смотра детьми видеопрограмм. В зависимости от выбранной родителями возрастной ка- тегории, DVD-проигрыватель сам найдет и пропустит все нежелательные для просмотра детьми данного возраста моменты и сцены.
В качестве примера можно указать DVD-Video проигрыватель DVD-RV32EE-S, по-
зволяющий воспроизводить DVD-Video, DVD-R, CD, CD- R/RW, MP3.
2.6. Система прерываний ЭВМ
Современная ЭВМ представляет собой комплекс автономных устройств, каждое из которых выполняет свои функции под управлением местного устройства управления не- зависимо от других устройств машины. Включает устройство в работу центральный про- цессор (ЦП). Он передает устройству команду и все необходимые для ее исполнения па- раметры. После начала работы устройства центральный процессор отключается от него и переходит к обслуживанию других устройств или к выполнению других функций.
Можно считать, что центральный процессор переключает свое внимание с устройст- ва на устройство и с функции на функцию. На что именно обращено внимание ЦП в ка- ждый данный момент, определяется выполняемой им программой.
Во время работы в ЦП поступает (и вырабатывается в нем самом) большое количе- ство различных сигналов. Сигналы, которые выполняемая в ЦП программа способна вос- принять, обработать и учесть, составляют поле зрения ЦП, или, другими словами, входят в зону его внимания.
Например, если процессором исполняется программа сложения двух двойных слов, которая анализирует регистр флагов ЦП, то в поле ее зрения находятся флаги мик- ропроцессора, определяющие знаки исходных данных и результата, наличие переноса из тетрады или байта, переполнения разрядной сетки и др. Такая программа готова реаги- ровать на любой из сигналов, находящихся в ее зоне внимания (а поскольку именно
99
Вычислительные машины, сети и телекоммуникационные системы
программа управляет работой ЦП, то она определяет и зону внимания центрального про- цессора). Но если во время выполнения такой программы нажать какую-либо клавишу, то эта программа не заметит сигналаот этой клавиши, так как он невходит в ее полезрения.
Для того чтобы ЦП, выполняя свою работу, имел возможность реагировать на со- бытия, происходящие вне его зоны внимания, наступления которых он не ожидает, существует система прерываний ЭВМ. При отсутствии системы прерываний все заслужи- вающие внимания события должны находиться в поле зрения процессора, что сильно ус- ложняет программы и требует их большой избыточности. Кроме того, поскольку момент наступления события заранее неизвестен, процессор в ожидании какого-либо события мо- жет находиться длительное время, и чтобы не пропустить его появления, ЦП не может «от- влекаться» на выполнение какой-либо другой работы. Такой режим работы (режим скани- рования ожидаемого события) связан с большими потерями времени ЦП на ожидание.
Кроме сокращения потерь на ожидание, режим прерываний позволяет организо- вать выполнение такой работы, которую без него реализовать просто невозможно. На- пример, при появлении неисправностей, нештатных ситуаций режим прерываний по- зволяет организовать работу по диагностике и автоматическому восстановлению в момент возникновения нештатной ситуации, прервав выполнение основной работы та- ким образом, чтобы сохранить полученные к этому времени правильные результаты. В то же время без режима прерываний обратить внимание на наличие неисправности система могла только после окончания выполняемой работы (или ее этапа) и получения непра- вильного результата.
Таким образом, система прерываний позволяет микропроцессору выполнять ос- новную работу, не отвлекаясь на проверку состояния сложных систем при отсутствии та- кой необходимости, или прервать выполняемую работу и переключиться на анализ воз- никшей ситуации сразу после ее появления.
Помимо требующих внимания нештатных ситуаций, которые могут возникнуть при работе микропроцессорной системы, процессору полезно уметь «переключать вни- мание» и на различные виды работ, одновременно выполняемые в системе. Поскольку управление работой системы осуществляется программой, этот вид прерываний должен формироваться программным путем.
В зависимости от места нахождения источника прерываний, они могут быть раз- делены на внутренние (программные и аппаратные) и внешние прерывания (поступающие в ЭВМ от внешних источников, например, от клавиатуры или модема).
Принцип действия системы прерываний заключается в следующем: при выполне- нии программы после каждого рабочего такта микропроцессора изменяется содержимое регистров, счетчиков, состояние отдельных управляющих триггеров, т.е. изменяется со- стояние процессора. Информация о состоянии процессора лежит в основе многих проце- дур управления вычислительным процессом. Не вся информация одинаково актуальна, есть существенные элементы, без которых невозможно продолжение работы. Эта инфор- мация должна сохраняться при каждом переключении внимания процессора.
Совокупность значений наиболее существенных информационных элементов на-
зывается вектором состояния или словом состояния процессора (в некоторых случаях оно на- зывается словом состояния программы).
Вектор состояния в каждый момент времени должен содержать информацию, дос- таточную для продолжения выполнения программы или повторного пуска ее с точки, соответствующей моменту формирования данного вектора.
Вектор состояния формируется в соответствующем регистре процессора или в группе регистров, которые могут использоваться и для других целей.
Наборы информационных элементов, образующих векторы состояния, отличают- ся у ЭВМ разных типов. В IBM PC вектор состояния включает содержимое счетчика
100