Аппаратные средства

Кроме того, i80386 снабжен 16 байтами кэш-памяти. Это специально

встроенное поле памяти используется для хранения нескольких команд

микропроцессора. Независимо от производимых микропроцессором расчетов,

специальная схема загружает в эту память код программного обеспечения,

прежде чем в нем появится необходимость. Эта небольшая кэш-память помогает

процессору работать более проворно без задержек, связанных с ожиданием

загрузки очередной команды из оперативной памяти.

Для того чтобы обеспечить совместимость с предыдущими микропроцессорами и

с огромной библиотекой DOS-программ i80386 был разработан таким образом,

чтобы быть, как можно больше похожим на i8086 и i80286. Как и его

предшественники, i80386 позволял работать в защищенном режиме с

ограничением адресуемой памяти в 1М. В этом режиме он загружал и выполнял

все программы, разработанные на процессорах предшествующих поколений.

С реального режима i80386 мог быть переведён в защищенный режим, где

он функционировал подобно 80286, за исключением объёма памяти. В этом

режиме в распоряжении программиста было больше памяти, и он мог более гибко

манипулировать ею, потому что мог изменять размеры сегмента.

В противоположность i80286 - i80386 мог переходить из одного режима

в другой без перезагрузки машины, а посредством команд программного

обеспечения.

Новый режим, названный виртуальным режимом 8086 (Virtual mode), давал

i80386 особенно большие свободы по использованию многозадачных ОС. В этом

режиме этот процессор работал не как один 8086, а как неограниченное их

количество в одно и тоже время. Этот режим позволял процессору разбивать

память на множество виртуальных машин, каждая из которых работала так, как

будто она была отдельным компьютером на 8086 чипе.

Сопроцессор i80287

Математический сопроцессор i80287 позволяет ему выполнять скоростные

арифметические и логарифмические операции, а также тригонометрические

функции с высокой точностью. Сопроцессор работает параллельно с

микропроцессором, это сокращает время вычислений, позволяя сопроцессору

выполнять математические операции, в то время как микропроцессор

занимается выполнением других функций. Сопроцессор работает с семью типами

числовых данных, которые делятся на следующие три класса:

- двоичные целые числа (3 типа);

- десятичные целые числа (1 тип);

- действительные числа (3 типа).

Основные характеристики i80386

Микропроцессор 80386 дает разработчику систем большое

число новых и эффективных возможностей, включая производительность от 3 до

4 миллионов операций в секунду, полную 32-битную архитектуру, 4 гигабитное

(2 байт) физическое адресное пространство и внутреннее обеспечение работы

со страничной виртуальной памятью.

Несмотря на введение в него последних достижений микропроцессорной

техники, 80386 сохраняет совместимость по объектному коду с программным

обеспечением, в большом количестве

написанным для его предшественников, 8086 и 80286. Особый интерес

представляет такое свойство 80386, как виртуальная машина, которое

позволяет 80386 переключаться в выполнении программ, управляемых

различными операционными системами, например, UNIX и MS-DOS. Это свойство

позволяет производителям оригинальных систем непосредственно вводить

прикладное программное обеспечение для 16-битных машин в системе на базе 32-

битных микропроцессоров.

Объединяя в себе производительность супермини ЭВМ и низкую

стоимость, и функциональную гибкость микропроцессора, 80386 может

открыть новые рынки для микропроцессорных систем.

Применения, недопустимые прежде из-за невысокого быстродействия

микропроцессоров или не экономности использования супермини ЭВМ, стали

теперь практически осуществимы благодаря 80386. Такие новейшие

применения, как машинное зрение, распознавание речи, интеллектуальные

работы и экспертные системы, бывшие до недавнего времени в основном на

стадии эксперимента, теперь могут быть предложены на рынке.

Для того чтобы удовлетворить требованиям будущих применений, мало

иметь 32-битные регистры, команды и шины. Эти основные свойства являются

лишь отправной точкой для 80386.

Совместимость с микропроцессорами 8086/80286

Два поколения процессоров семейства 86 предшествуют процессору 80386 -

80286 и 8086, с каждым из них 80386 совместим на уровне двоичных кодов.

Благодаря такой совместимости экономятся программные затраты,

обеспечивается быстрый выход на рынок и доступ к обширной библиотеке

программного обеспечения, написанного для машин на базе микропроцессоров

семейства х86.

Микропроцессор 80386, конечно, может выполнять программы для 8086, он

также может одновременно выполнять программы для 80286 и 80386. Однако

наиболее важным свойством совместимости 80386 представляется свойство,

называемое VIRTUAL 86 (виртуальный 86), устанавливающее защищенную

структуру для 8086 внутри системы задач 80386. Дополняя свойство

виртуального 8086 страничной организацией памяти, 80386 может закрепить за

каждой задачей виртуального 8086 1 Мбайтное адресное пространство в любой

области физического адресного пространства 80386. Более того, если

операционная система 80386 обеспечивает работу с виртуальной памятью, то

задачи виртуального 8086 могут переноситься с диска и обратно как любые

другие задачи. Таким образом, свойство виртуального 8086 позволяет

80386 одновременно выполнять программы, написанные для трех поколений

семейства 86.

Типы данных математического сопроцессора

Математический сопроцессор 80287 или 80387 добавляют к типам данных и

командам процессора 80386 свои, приведенные в табл.3.7.1.1. В большинстве

прикладных задач входные величины и получаемые результаты хранятся в виде

типов целых, действительных или упакованных десятичных, а для

промежуточных величин имеется тип данных промежуточное действительное,

расширенный диапазон и точность которого в сложных вычислениях сводят к

минимуму ошибки округления, переполнения и исчезновения порядка. В

соответствии с такой моделью математический сопроцессор производит

большую часть вычислений над промежуточными величинами, хранящимися в его

регистрах. При загрузке

любого типа данных в регистровый стек, этот тип автоматически меняется на

промежуточный действительный. Промежуточная действительная величина в

регистре, в свою очередь, может быть

переведена в любой другой тип с помощью команды запоминания.

Главные типы данных и команды математического сопроцессора

|Команды | Тип | Разрядность |

|Загрузка, запоминание, |Целое | 16,32,64 бит |

|сравнение, сложение, вычитание, | | |

|умножение, деление | | |

|Загрузка, запоминание |Упакованное | 18 цифр |

| | | |

| |десятичное | |

|Загрузка, запоминание, сравнение |Действительное| 32,64 бит |

|сложение, вычитание, умножение, | | |

|деление | | |

|Сложение, вычитание, умножение, |Промежуточное | 80 бит |

|деление, извлечение квадратного | | |

|корня, масштабирование остатка, |действительное| |

|вычисление части целого, смена | | |

|знака, вычисление абсолютной | | |

|величины, выделение порядка и | | |

|мантиссы, сравнение, осмотр, | | |

|проверка, обмен, арктангенс, 2-1,| | |

|Y*LOG(X+1), Y*LOG(X), загрузка | | |

|константы (0.0, П, и т.д.) (80387| | |

|добавляет синус, косинус, синус и| | |

|косинус, неупорядоченное | | |

|сравнение). | | |

| | | |

| | | |

ЖЕСТКИЕ ДИСКИ

Большая часть жестких дисков, представленных на мировом рынке,

выпускается специализированными фирмами — Quantum, Seagate, Conner, Western

Digital, Maxtor и некоторыми другими.

Жесткие диски с интерфейсом IDE

Жесткая конкуренция и особая важность в этих условиях ценового фактора

требуют от производителей массовой продукции использования самых

современных технологических достижений. За счет применения записи с высокой

плотностью (400 Mbit на квадратный дюйм) стандартное значение емкости,

приходящейся на один диск (носитель), достигло 540 MB. Это позволяет

уменьшить не только количество дисков, но и магнитных головок и других

элементов, а значит снизить цену и повысить надежность. При применении

таких дисков линейка выпускаемых моделей по емкости выглядит следующим

образом: 540 MB, 1.0, 1.6, 2.2 GB и т. д. Практически все ведущие

производители переходят на выпуск моделей с такой плотностью записи,

которая уже находится на пределе возможностей стандартной технологии,

основанной на применении тон-копленочных магнитных головок. Радикальное

средство — переход на магниторезистивные головки — является для большинства

фирм довольно дорогостоящим, так как технологией их массового производства

обладают только IBM и Fujitsu. Поэтому начинают применяться некоторые

другие решения. Так, фирма Maxtor в новых моделях cepиях Durarigo (540 MB,

1 GB и 1.6 GB) начала применять особую технологию Proximity recording с

псевдо-контактирующей магнитной головкой Tripad (тонкопленочной) и

алмазоподобным углеродным покрытием носителя. Головка находится на очень

близком расстоянии от диска , а в отдельных случаях может даже касаться его

поверхности, что не приводят, однако, к. повреждению магнитного слоя,

защищенного прочным покрытием. Maxtor, а также некоторые другие фирмы

рассматривают эту технологию как более дешевую альтернативу

магниторезистивным головкам и PRML для плотностей записи до 1000 Mbit на

квадратный дюйм.

Интерфейс Enhanced IDE, ставший основным для массовой продукции, несмотря

на очень хорошие скорости передачи, все же уступает интерфейсу SCSI по

возможностям, особенно в многозадачных средах. Ситуация, возможно,

улучшится с принятием спецификации АТА-3, в которой, по предварительным

данным, будут дополнения (command overlapping and queuing, predictive

failure analysis bit и некоторые другие), позволяющие в некоторой степени

приблизиться к SCSI как по эффективности отработки запросов, так и по

контролю за целостностью данных.

Жесткие диски с интерфейсом SCSI

Если 90% жестких дисков, устанавливаемых в персональные компьютеры, имеют

интерфейс Enhanced IDE, и только 10% — SCSI, то для компьютеров,

используемых в качестве серверов, доля SCSI увеличивается до 90%. Интерфейс

SCSI обеспечивает большие преимущества при работе в многозадачном режиме,

поэтому, несмотря на более высокую цену по сравнению с IDE, доля SCSI

жестких дисков будет увеличиваться и для персональных компьютеров. На

нижнем краю диапазона выпускаемых дисков находятся модели, использующие ту

же механику, что и соответствующие диски Enhanced IDE. Соответственно, они

обладают такими же параметрами. Благодаря невысокой цене и хорошей

производительности, область их применения очень широка, начиная от

персональных компьютеров. Большая же часть продукции имеет повышенную

емкость и ориентирована на достижение самого высокого уровня

производительности. Поэтому использование передовых технологий —

магниторезистивных головок и PRML (применяются во всех моделях IBM и

Fujitsu и некоторых моделях других фирм) и усовершенствованных интерфейсов

— приобретает первостепенное значение. Такие диски обладают самыми высокими

параметрами — при емкости 4-8 GB (IBM довела емкость 3.5" моделей до 20 GB)

они имеют кэш-память 512-1024 KB, скорость вращения 7200 об/мин и среднее

время поиска меньше 10 ms. В некоторых случаях лимитирующим фактором

становится быстродействие интерфейса, поэтому кроме стандартного Fast SCSI-

2 со скоростью передачи 10 MB/s применяются также Fast Wide SCSI-2 (SCSI-3)

на 20 MB/s, Ultra SCSI (40 MB/s).

Жесткие диски для аудио и видео

Развитие multimedia вызвало значительный интерес к так называемым

аудио/видео жестким дискам как со стороны потребителей, так и

производителей. Обычные диски оптимизированы для быстрого доступа и быстрой

передачи относительно небольших блоков информации, т. е, для максимального

количества операций ввода/вывода в единицу времени. Для работы со звуком и

видео должна обеспечиваться, наоборот, непрерывная передача информации в

течение достаточно длительного времени с практически постоянной скоростью,

как в случае с магнитной лентой. Обычные диски из-за периодической

процедуры термической калибровки и повторного чтения в случае возникновения

ошибок допускают перерывы в передаче информации на время, достигающее сотен

миллисекунд, что приводит к неприятным последствиям при воспроизведении

изображения и звука. Реально встречающиеся перерывы можно неитрализовать с

помощью кэш-памяти очень большого объема, но это дорогостоящее решение.

Первые специализированные диски для аудио и видео выпустила фирма

Micropоlis. В настоящее время соответствующими возможностями начинают

оснащать свои изделия большинство ведущих производителей — IBM, Fujitsu,

Seagate, Quantum.

В дисках новой конструкции проблемы, связанные с термической калибровкой

решаются относительно легко, так как сервоинформация хранится не на

отдельной выделенной поверхности. а распределена по рабочим поверхностям.

Требуется только модификация встроенного контроллера для оптимизации

процедуры термической калибровки. На уровне контроллера оптимизируется и

процедура коррекции ошибок. Поэтому на основе одной и той же механики можно

создавать и обычные и аудио/видео жесткие диски. Такой подход позволяет

выпускать комбинированные (т. е. переключаемые) диски без особых

дополнительных затрат.

Разные фирмы применяют отличающиеся подходы к производству аудио/видео

дисков. Так, пионер в этой области фирма Micropolis выделила их в отдельное

производство. Seagate ориентируется на комбинированные диски, которые можно

применять как для аудио/видео, так и в обычном режиме. Это некоторые модели

серии Decathlon с ин-герфеисом как SCSI, -так и Fast ATA (Enhanced ide).

Для аудио/видео жестких дисков важным параметром является

гарантированная скорость передачи информации. Для первых дисков фирмы

Micropоlis она составляла 2.9 MB/s, у современных моделей Gold Line

увеличена до 4 MB/s. IBM для своих дисков Ultrastar AV гарантирует 5 MB/s.

Жесткие диски 2.5" и 1.8"

Ориентированные изначально на мобильные применения, миниатюрные жесткие

диски значительно усовкршенствовались и не уступают моделям для настольных

конструкций. Жесткие диски в стандарте PCMCIA с форм-фактором 1.8" не

смогли занять место штатных устройств массовой памяти для компьютеров типа

notebook и laptop, на которое они вполне обоснованно претендовали. Поэтому

объемы их выпуска ограничены, и они в основном применятся для обмена

информацией и для индивидуальной работы с какими-либо данными. При

постоянно растущих требованиях к емкости дисков оказалось невозможным

обеспечить приемлемый уровень цен при применении столь сложной -технологии,

поэтому функции миниатюрных устройств массовой памяти в основном

возлагаются на модели с форм-фактором 2.5", максимальная емкость которых

превышает уже 1 GB. Фирме Maxtor, лидеру в производстве сверхминиатюрных

изделий, удалось перенести know how, разработанное для 1.8" жестких дисков

MobileMax, на 2.5" модели, что позволило выйти сразу на уровень максимально

достигнутой емкости при меньших, чем у других фирм размерах. Жесткие диски

серии Laramie с интерфейсом Enhanced IDE при толщине всего 12.5 мм имеют

емкость 837 MB, 1GB и 1.34 GB. В них применена технология proximity

recording и контроллер на базе сигнального процессора.

Fujitsu производит 2.5" диски серий Hornet 5 и 6, в которых применяются

магниторезистивные головки и PRML. Емкость дисков составляет 508 MB, 768 MB

и 1 GB, интерфейсы — Enhanced IDE и Fast SCSI-2. Диски обладают высокой

производительностью и малым потреблением энергии. Модели с интерфейсом SCSI

предназначены не только для применения в notebook фирмы Apple, но могут

использоваться и в настольных компьютерах, а также для создания компактных

и надежных RAID-массивов.

Надежность

Как для самых емких и производительных жестких дисков с интерфейсом SCSI,

так и для массовых моделей Enhanced IDE, важнейшим параметром остается

надежность. Современные диски обладают очень высокой надежностью, время

наработки на отказ у некоторых моделей достигает 1 000 000 часов. Однако не

следует забывать, что надежность, оцененная по MTBF (Mean Time Between

Failure), — это понятие общее и статистическое, а перед пользователем стоит

задача, как перевести его в конкретное и индивидуальное. Традиционные

подходы к повышению надежности хранения данных широко известны — это

резервное копирование и применение массивов из нескольких дисков (RAID —

Redundant Array of Inexpensive Disks). Несколько слов о RAID. Это решение,

повышающее не тольо надежность, но и производительность, никогда не

относилось к разряду дешевых и доступных. Однако сейчас, с уменьшением

стоимости SCSI жестких дисков, массивы начинают предлагаться довольно

широко, чему способствует также появление относительно дешевых RAID

контроллеров (разрабатываются даже и в ближайшее время появятся

контроллеры, встроенные в системную плату). Наконец, появился принципиально

новый подход, применимый и к индивидуальному диску, — SMART (Self-

Monitoring, Analysis аnd Reporting Technology). Он может использоваться

практически для любой компьютерной периферии и предлагает наличие-

всроенных в устройство средсгв caмодиагностики. SMART предусматривает

использование некоторых реализованных на уровне встроенного в жесткий диск

контроллера процедур, которые проверяют состояние важнейших частей —

двигателя, магнитных головок, рабочих поверхностей, самого контроллера. Эта

информация передается в компьютер, который ее анализирует. Возможно также

определить "пробег" жесткого диска, число включений/выключений. Совсем

недавно Seagate и Quantum также начали применять SMART в своих жестких

дисках. Использование SMART, хотя и позволяет довольно подробно

контролировать состояние диска, не является панацеей, так как появление

некоторых дефектов практически не-возможно предсказать.

Страницы: 1, 2, 3