Kompiuterių diagnostika - masalskis.netmasalskis.net/files/kd/pask05.pdf · Kompiuterių diagnostika Paskaitoje bus apžvelgta: Atminčių tipai AK architektūra ir atminties vieta

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