Практикум по дисциплине Архитектура и организация компьютерных систем Форма обучения очная
 Скачать 1.85 Mb.
|
|
Тема: Архитектура, ориентированная на программное обеспечение пользователей ПК. Цель: Ознакомиться с архитектурой интерфейса ориентированного на программное обеспечение пользователей ПК. Задание: Интерфейс накопителей. Интерфейс ATA(IDE). Интерфейс Enhanced IDE Оформить отчет. Теоретические сведения Интерфейс накопителей SCSI интерфейс системного, а не приборного уровня. Определяющий логический и физический уровни. Используется параллельная пересылка данных. Устройства, подключаемые к шине SCSI, могут быть ведущими Initiator и ведомыми Target, причем одно и тоже устройство может быть и ведущим и ведомым. Есть 4 схемы подключения устройств: один ведущий и один ведомый; один ведущий и несколько ведомых; несколько ведущих и один ведомый; несколько ведущих и несколько ведомых. К шине одновременно может быть подключено до 8 устройств, в том числе основной Ehost адаптер SCSI. Для подключения более сильных устройств используют второй host адаптер. Большинство систем позволяют использовать до четырех host адаптеров и тем самым до 28 периферийных устройств. Host адаптер SCSI имеет собственную BIOS занимающую 16Кбайт в UMB. Для обмена с процессором адаптер использует порты вводов вывода, прерывания IRQ и каналы DMA. Физически SCSI шина это плоский кабель с 50 контактными разъемами для подключения периферийных устройств. Host адаптер имеет разъемы для подключения не только встраевымых, но и внешних SCSI устройств. Стандарт определяет 2 способа передачи сигналов: синфазный и дифференциальный. При синфазном сигналы имеют ТТЛ уровни и отрицательную логику. Длина кабеля ограничена 6 метрами. Во втором способе (токовая петля) длина шины до 25 метров. Все не дисковые SCSI устройства используют интерфейс с синфазными сигналами (с общей землей). Для гарантий качества сигналов линии согласуют с обеих сторон терминаторами. Терминаторы устанавливаются на host адаптере и последнем устройстве в магистрали. SCSI шина имеет 8 линий данных сопровождаемых линией четности и 9 управляющих линий. На шине для синфазной передачи все нечетные контакты подключают к нулевому потенциалу. Каждое устройство на магистрали имеет свой адрес (SCSI ID) в диапазоне от 0 до 7. Host адаптер имеет номер 7, адрес загрузочного диска 0, второго диска 1. Обмен между устройствами на магистрали осуществляется по протоколу высокого уровня. В стандарт SCSI входит нормированный список команд CCS обеспечивающий доступ к данным с адресацией логических, а не физических блоков. Программное обеспечение интерфейса не оперирует числом цилиндров, головок. На магистрали SCSI возможна синхронная и несинхронная передача. Например, для передачи данных ведущему в асинхронном режиме ведомое выдает их на шину данных вместе с сигналом запроса. Данные удерживаются до тех пор, пока от ведущего не примется сигнал подтверждения. Если передача данных происходит в противоположном направлении, ведомый должен выдать сигнал запроса, т.е. готовности к приему данных. Ведущее устройство выдает данные, на шину сопровождая их сигналом. Если оба устройства могут выполнять синхронную передачу данных, ведущее не ждет поступление сигнала подтверждения перед выдачей сигнала запроса для приема следующих данных. После выдачи серии импульсов запроса ведущее устройство сравнивает количество запросов с количеством подтверждений, чтобы удостовериться в успешном приеме группы данных. В стандарт SCSI 2 включаются спецификации CSS командной поддержки приводов CD ROM, сканеров, коммуникационных устройств оптических накопителей. Введен широкий вариант Wide шины данных предусматривающей дополнительно 24 информационных линии. В этом случае 8 разрядное устройство работает по50 проводному кабелю, устройство большей разрядности связывается дополнительным 68 разрядным проводным кабелем рассчитанным на дифференциальную схему включения. Для повышения пропускной способности магистрали тактовая частота увеличена в 2 раза, что обеспечивает производительность до 10Мбайт в секунду. Это Fast SCSI 2. Совместно Fast и Wide обеспечивают теоретическое быстродействие до 40Мбайт в секунду. SCSI винчестеры совместимы с другими типами интерфейсов, т.к. используют другие системные ресурсы. В спецификации SCSI 3 возможно подключение более 7 устройств и более длинного кабеля. Выделяется последовательный вариант SCSI, в одном из вариантов которого предполагается использование оптических линий со скоростями передачи от 51Мбайта в секунду до 1Гбайта в секунду. Существует спецификация ASPI определяющая стандартный программный интерфейс для host адаптера SCSI позволяющая ему общаться с соответствующий операционной системой. Программные модули ASPI (вторичные драйверы) устанавливаются для каждого отдельного устройства, они обеспечивают взаимодействие периферийных устройств с главным адаптером. Основным программным модулем ASPI, с которым связываются вторичные драйверы, является host menager. Интерфейс ATA (IDE) Интерфейс ATA был предложен для AT и XT совместимых компьютеров в 1988 году. Существуют версии IDE для 16 и 8 разрядных шин ISA (для 16 ATA, для 8 XT IDE). Стандартизован ATA интерфейс был в 1990 году. Стандарт определяет временные соотношения сигналов интерфейса, специализацию кабеля, сигналы на разъеме и т.д. В данном интерфейсе функции контроллера реализуются в самом накопителе. Плата с электронными компонентами включается между системной шиной компьютера и самим накопителем, выполняет функции дешифратора базовых адресов контроллера и формирователя интерфейсных сигналов. Накопитель ATA имеет пакет магнитных дисков, блок магнитных головок, системы позиционирования и канал считывания и записи. Кроме этого входит сепаратор данных и однокристальный микроконтроллер. Сепаратор выделяет из входного считываемого сигнала сигналы синхронизации и данных. Однокристальный микроконтроллер по специальным адресным меткам распознает поля идентификации считываемого сектора с заданным, и если они совпадают, то выполняют операцию считывания и записи. Управляющий микропроцессор распознает код команд поступающих от компьютера и в соответствии с ним управляет работой накопителя. Вся служебная информация записывается на диске изготовителем. Эта информация может быть нескольких типов: сервисная информация, рабочие программы, паспорт диска и таблица сбойных секторов. Сервисную информацию использует сервосистема привода головок. Рабочие программы представляющие собой набор кодов для работы аппаратуры накопителя используется управляющим микропроцессором. Паспорт диска накопителя ATA содержит справочную информацию о конфигурации и характеристиках накопителя, название модели и ее серийный номер. Паспорт диска предназначен для автоматической конфигурации системы и настройки программного обеспечения для работы с накопителем. В накопителях ATA избыточности емкости скрыты от пользователя. Часть ее отводится для рабочих программ паспорта и таблиц сбойных секторов. Оставшаяся часть резервируется для замены сбойных секторов. Заполнение таблицы сбойных секторов производится изготовителем при форматировании. ATA винчестеры поддерживают только программный ввод вывод по 8 или 16 битной шине данных. Однако могут оперировать и с обменом по DMA. Подсоединение ATA винчестера осуществляется с помощью 40 контактного плоского кабеля, либо к разъему непосредственно на системной плате, либо через многофункциональную плату ввода вывода установленную в один из разъемов расширения. Длина кабеля не должна превышать 50 сантиметров. Предусматривается для повышения производительности использование аппаратной кэш памяти для получения коэффициента чередования 1:1, режима трансляции физических параметров диска в логические. Универсальный режим трансляции в качестве основного критерия для выбора логических параметров винчестера используют общее количество секторов на носителе. Первые контроллеры из-за низкого быстродействия не могли выполнять последовательное чтение секторов, т.к. после чтения требуется время на обработку и запоминание информации. И только после этого можно читать информацию из следующего сектора. Для повышения эффективности работы стал применяться метод чередования секторов, когда физические номера секторов заменяются логическими. Так при коэффициенте чередования 1:1 физические сектора следуют друг за другом в обычном порядке. При коэффициенте чередования 2:1 порядок следования: 1, 10, 2, 11, Е, 8, 17. При коэффициенте 3:1 1, 7, 13, 2,Е, 11, 17. Числители в коэффициенте чередования показывают, за сколько полных оборотов диска могут быть прочитаны все сектора одной дорожки. Теоретически скорость обмена данными составляет от 5 до 10Мбайт в секунду. К одному разъему ATA по спецификации можно подключить 2 винчестера, используя соединения, называемые дейзи цепочкой. Ограничением ATA винчестеров является верхний предел их емкости, т.к. все операции ввода вывода данных устройств выполняется через прерывания 13 системной BIOS. Общая емкость ATA не может превышать примерно 1Гбайта, около 504Мбайтный накопитель. Для обхода ограничения разработчики использовали метод представления одного физического диска как двух, использовались и особенности самого интерфейса. В одном из регистров интерфейса ATA бит номер устройства следует непосредственно за тремя битами номера головки. На основании чего можно считать, что подключается не два накопителя, а один, но с 32 головками. Интерфейс Enhanced IDE Интерфейс разработан компанией Western Digital (WD). Он имеет 4 основные особенности использования накопителя свыше 504Мбайт, более производительный режим обмена данными, подключение к одному адаптеру до 4 устройств, поддержка периферийных устройств отличных от жестких дисков. Емкость IDE накопителя определяется количеством цилиндров C, магнитных головок H и секторов на дорожку S. MS DOS работает с секторами в 512 байт, отсюда емкость равна C?H?S?512 (байт). Прерывание 13 BIOS используемое для работы с дисками имеет следующие ограничения: количество цилиндров до 1024, количество головок до 255, количество секторов до 63. Таким образом, на уровне BIOS могут поддерживаться накопители с суммарной емкостью до 8,4 Гбайт. IDE в свою очередь распознает устройства имеющие до 65536 цилиндров, 16 поверхностей и 255 секторов на дорожку. Таким образом, суммарная емкость составляет 136,9 Гбайта. Однако из-за сопоставления BIOS и IDE максимальная емкость составляет 1024?16?63?512=504 Мбайта. Фирма WD предложила свой способ решения этой проблемы. EIDE включает в себя реализацию режима LBA. В этом режиме информация из формата CHS транслируется в 28 разрядный логический адрес LBA, при котором работа с логическими блоками позволяет преодолеть ограничения в 504 Мбайта. Кроме этого возможна трансляция формата CHS BIOS в формат CHS IDE. Более производительный обмен данными обеспечивается реализацией режима PIO mode3, при помощи так называемого текущего управления линией IORDY шины IDE. Скорость обмена может достигать 11 Мбайт в секунду. Кроме этого обмен данными обеспечивает режим прямого доступа к памяти multiword DMA mode1. Он позволяет занимать системную шину для передачи нескольких слов при одном захвате. Теоретическая скорость обмена 13,3 Мбайта в секунду. Расширенное количество подключаемых устройств достигается за счет вторичного контроллера дисков. Первичный контроллер с адресами 1F0-1F7 поддерживает системную BIOS и MS DOS при помощи аппаратного прерывания 14h. Для доступа к вторичному контроллеру используются адреса 170-177 и аппаратное прерывание 15h. Специальная IDE для поддержки других устройств например CD-ROM использует протокол ATAPI, требующий незначительных изменений в системной BIOS. Задания для самостоятельного выполнения Проанализируйте сведения из вкладки Компоненты-IDE файла SysInfo. |