informatika i. · informatika i. bmeviiiab08 számítógép architektúrák i/o kezelés...

45
INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O I/O kezelés kezelés-Perifériák Perifériák I/O I/O kezelés kezelés-Perifériák Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált áramkörök Tranzisztorok Gépi utasítások (ISA)

Upload: others

Post on 28-May-2020

9 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

INFORMATIKA I.BMEVIIIAB08

Számítógép architektúrákI/O I/O kezeléskezelés--PerifériákPerifériákI/O I/O kezeléskezelés--PerifériákPerifériák

Alkalmazások

Operációs rendszer

Fordító Kernel (FW)

CPU I/O

Memória

Integrált áramkörök

Tranzisztorok

Gépi utasítások (ISA)

Page 2: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

� CPU� MEM � I/O

I/O – Kapcsolat a „külvilág” és a CPU, ill. a memória között

A számítógép funkcionális egységei

Periféria HT SCSI/ATA/

illesztı

MEM Számító gép illesztı

VIIIAB08 /Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza 2I/O kezelés-Perifériák

CPU

I/O

illesztı

USART

Periféria

ADAT vezérlés

gép illesztı

illesztı illesztı

Periféria

vezérlés EIA232 BSI

Page 3: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

� KI/Be eszközök - CPU kapcsolat• Adathordozók /háttértár, Flash drive, CD, DVD/• Ember - gép kapcsolat

– � Monitor, nyomtató– � Billentyőzet, egér, digitalizáló tábla– Szkenner, kamera, hangkártya

� Adatátvitel gép-gép kapcsolat

Az I/O feladata

� Speciális• Számítógép belsı mőködését befolyásoló egység

Pl.: memória tömbkapcsoló, watchdog, stb.• Külsı eszközök Pl.: Technológiai folyamatok jelei

� A feladatok megvalósításához egyedi eszközök� Perifériák� Szerteágazó heterogén tulajdonságú eszközcsoport� Az illesztés függ a periféria tulajdonságától

3I/O kezelés-PerifériákVIIIAB08 /Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza

Page 4: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

� Sebesség• Nagyon lassúOperátori beavatkozás, sec. nagyságú szünetek �Pl.: klaviatúra , max. 5-10 kar/sec

• Közepes Mechanikus perifériákmsec. nagyságrendő szünetekPl.: sornyomtató , max. 1-2 KB/sec

• Gyors �Folyamatos „elektronikus” sebességő adatáramlás Pl.: mágneslemez: 10-300 MB/sec

Perifériák tulajdonságai

mágneslemez: 10-300 MB/sec� Vezérlési lehetıségek

• Aszinkron mőködtethetı,Megállítható pl.:nyomtató• Szinkron Saját ütemében mőködı�Nem megállítható

Pl.: HDD, kamera• Karakteres átvitel Pl.: nyomtató• Blokkos átvitel Pl.: HDD, kamera

4I/O kezelés-PerifériákVIIIAB08 /Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza

Page 5: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

Perifériák tulajdonságai

� Vezérlési felületek (interfészek) egységesedése■ ST506, ST412 Seagate Technology■ IDE (Integrated Drive Electronic) �PATA■ ATA (Advanced Technology Attacment) SATA (Serial ATA)

■ SCSI (Small Computer System Interface) SAS (Serial SCSI )

■ USB (Universal Serial Bus) stb.;■ Soros � (EIA 232, EIA 485, CAN, stb.)■ Párhuzamos �(BSI, Centronics, stb.)■ Folyamat � (0-20mA, - 4-20 mA, 0-10V,stb.)

� Az illesztés függ a számítógép I/O kezelési módjától• Utasításkészlet IN, OUT, INS, OUTS, stb.; �

– �I/O címtartomány �

• Memóriareferens utasítások �– �Memóriába ágyazott címtartomány�

I/O kezelés-Perifériák 5VIIIAB08 /Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza

Page 6: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

A CPU közvetlen irányításával program� Programozott I/O

• Direkt írás, olvasás Feltétel vizsgálata nélkül végzett mőveletPl.: kapcsolóállás beolvasásaKijelzı – LED meghajtó latch írása

• Feltételes írás, olvasás

Eszközszintő I/O kezelés

• Feltételes írás, olvasás – Jelzıbit/-ek/ használata

Pl.:periféria kész, átvitel nyugtázásKézfogásos (kapcsolt jelő,handshake) adatátvitel

6I/O kezelés-PerifériákVIIIAB08 /Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza

Page 7: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

Eszközszintő I/O kezelés

• Programozott feltételes I/O kezelés fázisai• Üzemmód felprogramozás /open/ • Adatblokk elıkészítés /méret, memóriacím /• Programrutin indítás

– Folyamatos státuszlekérdezés– Mőveletvégzés (Írás/olvasás)– Adatblokk kezelés /címek, számlálók /– Ciklusellenırzés– Folyamat lezárása, hibakezelés

� Probléma: CPU lefoglalása a folyamat idejére�-Csak egyszerő lassú perifériák kezelésére�-A folyamat közben csak elıre ismert más eseményt lehet kezelni�-Idızítés függı, bonyolult�

� Egyfelhasználós /taszkos/ egyszerő rendszereknél

I/O kezelés-Perifériák 7VIIIAB08 /Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza

Page 8: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

Eszközszintő I/O kezelés

� Megszakításos I/O kezelés-A folyamat elıkészítése és indítása után a CPU más programot /taszkot/ futtathat-A következı mővelet igényét megszakításkérés jelzi-Kérı/nyugtázó jel

• Megszakításos I/O kezelés fázisai• Üzemmód felprogramozás /open/ • Adatblokk elıkészítés /méret, memóriacím /• Mővelet (írás/olvasás) indítás• Az eredeti program /taszk/ folytatása

-A megszakítás kezelı program végzi az ellenırzést és kezelést-A mőveletet kapcsolt fázisú hardver jelekkel ütemezik

I/O kezelés-Perifériák 8VIIIAB08/Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza

Page 9: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

Megszakításos I/O kezelés

Elınye:- Csak a szükséges ideig foglalja a CPU-t- Kezelhetık a váratlan események is- Fontossági /prioritási/ sorrend adható meg- Megoldható a többfelhasználós /taszkos/ mőködés

Hátránya:Hátránya:Bonyolultabb többszintő programok kellenek�

I/O kezelés-Perifériák 9VIIIAB08 /Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza

Page 10: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

� DMA alkalmazásaHardvertámogatás nagytömegő és/vagy nagysebességő adatátvitel kezelésére

Pl.: háttértárolók/

CPU I/O kezelés-tehermentesítése

CPU

Periféria HT/SATA/

DMA

illesztı

DRQ HRQ

DACK

HLDA

� Kezdeti felprogramozás� Adatblokk elıkészítés� Indítás� Folyamat vége, lezárás� Hibakezelés

megszakításkéréssel

10I/O kezelés-Perifériák

I/O

illesztı

Usart

Periféria

ADAT vezérlés

illesztı

illesztı

Periféria

vezérlés EIA232 BSI

illesztı

MEM Átlapolt mőveletek

megszakításkérésselPárhuzamos átlapolt

mőködés����I/O-MEMHardver címszámítás

� Nagyintegráltságú, programozható funkcionális elem használata összetett feladatok megoldására

VIIIAB08 /Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza

Page 11: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

� Programozói • I/O báziscímek, programozásuk • Regiszterek és címeik � vezérlı, státusz, adat• Regiszterek bitkiosztása � a bitek szerepe,

mőködésük• DMA csatornák paraméterei, memóriacímek,

Eszközkezeléshez szükséges ismeretek

• DMA csatornák paraméterei, memóriacímek, programozás

• Megszakításkérés kiszolgálása, állítása• Adatátviteli protokollok /a mőködés pontos ismerete

szükséges/- Felhasználótól nem elvárható speciális ismeretek�- Csak egyszerő célrendszerekben megoldható�- Jó lenne, ha az OR végezné az eszközkezelést �

11I/O kezelés-PerifériákVIIIAB08 /Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza

Page 12: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

• Általánosított eszköz-független be/kiviteli eljárások bevezetése�Operációs rendszer (OR) szolgáltatásaként hívható, általános,

paraméterezhetı eljárások, I/O függvények�Az alkalmazásokhoz az I/O logikailag rendelhetı �elfedve a

konkrét periféria eszköz sajátosságait �Pl.: print (képernyıre, vagy nyomtatóra)

�Az egység-specifikus eszközmeghajtó program /device driver/ az

Logikai perifériakezelés

�Az egység-specifikus eszközmeghajtó program /device driver/ az operációs rendszer része

�Az operációs rendszer Kernel I/O kezelı alrendszere az eszközkezelıvel végzi az eszközhöz kötıdı valamennyi feladatot� Vezérlést, státuszlekérdezést

�Adatátvitelt�Megszakításkezelést, hibakezelést

12I/O kezelés-PerifériákVIIIAB08 /Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza

Page 13: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

• Erre a multitaszkos környezet és az I/O védelem miatt is szükség van pl.:ix86 privilegizált I/O utasítás

ALKALMAZÓI FELÜLET

Alkalmazás3 Alkalmazás2 Alkalmazás1

I/O függvény I/O függvény

OR

I/O kezelés-Perifériák 13

Eszközmeghajtó1

I/O függvény

Eszközmeghajtó2

I/O függvény

OR Kernel I/O Alrendszer

Perifériavezérlı HW

Perifériavezérlı HW

VIIIAB08 /Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza

Page 14: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

• Csatorna processzor � front end mőködésIBM vezette be régi „nagyszámítógépein” a CPU tehermentesítésére

� I/O mőveletek, perifériák autonóm kezelése• Parancs, státusz, adatkezelı utasítások- Adatok összeállítását, szétbontását /pl.:8<>16<>32/ is végzi

- Programját az operációs rendszer állítja össze- A CPU indítja STARTi,dev parancs kiadásával

Intelligens I/O kezelés

- A CPU indítja STARTi,dev parancs kiadásával- i: csatorna száma, dev: I/O száma, a kezelı program a kezdı címét

a memória egy megadott helyérıl (72) olvassa be– Szelektor csatorna

Egy nagysebességő eszköz kiszolgálásáraPl.: mágneses háttértárolók

– Multiplexer csatornaTöbb kisebb sebességő eszköz kiszolgálására

14I/O kezelés-PerifériákVIIIAB08 /Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza

Page 15: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

• I/O mőveletekre optimalizált célprocesszor Pl.: i8089

- Több DMA csatornával- Memóriában parancsblokk, paraméterblokk- Mőködtetı program, a címet paraméterként kapja a CPU-tól

Intelligens I/O kezelés I/O processzorral

MEM

I/O

általános CPU sín

Átlapolt mőveletek

15I/O kezelés-Perifériák

CPU

I/O Processzor

DUALPORT Memória

I/O Periféria

I/O Periféria

I/O Periféria

I/O procsszor cím, adat, vezérlı sín

VIIIAB08 /Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza

Page 16: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

Intelligens I/O kezelés

Intelligens I/O kezelés általános processzorral

CPU

CPU I/O

DUALPORT Memória

MEM

I/O

általános CPU sín

Átlapolt mőveletek

Általános utasítások is használhatók

I/O kezelés-Perifériák 16

I/O

I/O Periféria

I/O Periféria

I/O Periféria

I/O procsszor cím, adat, vezérlı sín

használhatók

Párhuzamos átlapolt mőködés a memória és az I/OPárhuzamos átlapolt mőködés a sínek között

VIIIAB08 /Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza

Page 17: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

Integrált Intelligens I/O kezelés

I/O kezelés-Perifériák 17VIIIAB08 /Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza

Page 18: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

• SASI (Shugart Associates System Interface)1980-Elsısorban mágneses háttértárolókhoz fejlesztették ki

-Szabványosítás, általános alkalmazás� SCSI1-SCSI3 Szabvány

• Fizikai (mechanikus, elektromos) és logikai protokoll• A fizikai jeleken (sín) logikai kapcsolat épül fel

SCSI (Small Computer System Interface)

• A fizikai jeleken (sín) logikai kapcsolat épül fel• A kommunikáció az eszközök között

– Parancs– Adat/adat blokk– Státusz/üzenet típusú

-Egységesített általános parancsok-Egységspecifikus parancsok

18I/O kezelés-PerifériákVIIIAB08 /Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza

Page 19: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

SCSI /Small Computer System Interface/

• Adatvonal számával megegyezı számú egység /8-16/

- A vezérlık egybeépülhetnek a perifériával /pl.: H. diszk/

- Két egység kommunikál /kezdeményezı/cél /

HOST SZG A

SCSI sín HOST ADAPTER

HOST ADAPTER

DISZK VEZÉRLİ H.DISZK

FLOPPY

SZG. sín Periféria ID15

LUN1

LUN2 ID3

I/O kezelés-Perifériák 19

HOST ADAPTER

HOST SZG B

PR/SZKN VEZÉRLİ

MSZ VEZÉRLİ

Mszalag

DVD/CD

PRINTER

SZKENER

SZG. sín

Periféria

Periféria kábel

ID15

ID14

ID2

ID1

LUN2

VIIIAB08 /Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza

Page 20: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

SCSI

• Arbitrációs fázis A kezdeményezık versenye a vezérlési jogért

Pl.: ID1-a DB1adatvonallal / ID0 a legalacsonyabb prioritású /

• Szelekciós fázis �Logikai kapcsolat felépítésére- A kezdeményezı céleszközönként 8-32 logikai

egységet /periféria/ címezhet meg /LUN/- A kiválasztott egység a parancs végrehajtás idejére

leválasztási fázist kezdeményezhet- A mőveletek átlapolódhatnak- A mőveletek átlapolódhatnak- A kész állapot után kezdeményezi az újra kiválasztást

• Egy egységre kapcsolódó perifériák közötti adatcsere önmagán belül bonyolítható

• A parancsok pufferelhetık és a gyorsabb mőködés érdekében átrendezhetık

• 8-16 vonalas adatsín

I/O kezelés-Perifériák 20VIIIAB08 /Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza

Page 21: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

SCSI

• Aszinkron adatátvitel – Kapcsolt jelő protokol

• Szinkron adatátvitel – �Egyszeres ütemezéső– �Dupla ütemezéső

� Aszimmetrikus vonali áramkörök � Szimmetrikus vonali áramkörök (HVD)� Szimmetrikus vonali áramkörök (HVD)� Alacsonyfeszültségő szimmetrikus vonali áramkörök(LVD)� SCSI-1 5MHz 8bit� SCSI-2 10MHz 8/16bit� SCSI-3 80MHz16bit• …

I/O kezelés-Perifériák 21VIIIAB08 /Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza

Page 22: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

Az SCSI változatok (parallell) fontosabb jellemzıi Dr. GÁL Tibor Interfésztechnikák 7.1. táblázat 218.old

Kábelhossz [m] Név Busz bitszám

Busz sebesség

[MHz]

ST/DT üzemmód

Sáv- szélesség

[MB/s] Aszim-

metrikus HVD LVD

SCSI-1 aszinkron

8 5 - 4 6 25 -

SCSI-1 szinkron

8 5 ST 5 6 25 -

SCSI-2 wide

16 5 ST 10 6 25 -

SCSI-2 fast

8 10 ST 10 3 25 -

I/O kezelés-Perifériák 22

SCSI-2 fast/wide

16 10 ST 20 3 25 -

Ultra

SCSI

8 20 ST 20 3/1,5* 25 -

Ultra2 SCSI

8 40 ST 40 - - 12

Wide Ultra2

16 40 ST 80 - - 12

Ultra 160 16 40 DT 160 - - 12

Ultra 320 16 80 DT 320 - - 12 Ultra 640 16 160 DT 640 - - 10

VIIIAB08 /Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza

Page 23: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

• Ferromágneses anyagokban mágneses tér nélkül isfennmarad a mágnesezettség

Perifériák, Mágneses háttértárolók

/M/

-Az atomok mágnesesmomentumai rendezettek

-H /mágneses térerı/-B /mágneses indukció/

23I/O kezelés-Perifériák

-B /mágneses indukció/ Arányos a mágnesezettséggel/M/

-Elemi mérető mágnesek külsı térhatására beállnak annak irányába

-Kemény mágneses anyagnál ez abeállás megmarad

VIIIAB08 /Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza

Page 24: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

ÍRÁS /információrögzítés/

Lemez

Tekercs

Íróáram

mozgás

mágneses réteg

Ferro-mágneses győrő

Légrés Szórt erı vonalak

Lemez

Tekercs

Íróáram

mozgás

mágneses réteg

� Hordozó - Merev lemez � Hard disc

- Hajlékony� Pl.: floppy,mágnesszalag

24I/O kezelés-Perifériák

mozgás

mágneses réteg mágnesezettsége

Hordozó lemez

VIIIAB08 /Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza

Page 25: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

Olvasás /a rögzített információ visszanyerése/

Lemez

Tekercs

Ur Olvasó

mozgás

mágneses réteg

Író

Lemez

Tekercs

Ur Olvasó

mozgás

mágneses réteg

Író

+ Írás

25I/O kezelés-Perifériák

Mágnesezettség íránya

t Ur

Iw +

-

Írás

Olvasás

Fluxus változás

VIIIAB08 /Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza

Page 26: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

Mágneses háttértárolók

� Adattárolási kapacitás■Bitsőrőség

- Fluxus változás [fci] -Frekvencia �írási � olvasási-Sebesség � fordultszám/átmérı

� „Bitcella”

�A tekercsben Mágnesezettség

I/O kezelés-Perifériák 26

�A tekercsben indukált feszültségamplitúdója függ a mozgás sebességétıl is ����

■ Maximális frekvencia�Csúcseltolódás����

�Írás-prekompenzáció

t

Ur

M +

-

Mágnesezettség

Olvasás

csúcseltolódás

VIIIAB08 /Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza

Page 27: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

� Ellenállás változás mágneses tér hatására A mágneses tér irányával megegyezı áramirány esetén nı, 90 fokkal eltérı irány

esetén csökken az ellenállás/∆R<5%/

Magneto rezisztív olvasó fej

� Gigant MR /GMR/hatás /1987/

-Két ferromágneses rétegközött egy vékony /nm/nem mágneses réteg

27I/O kezelés-Perifériák

nem mágneses réteg- Fe/Cr/Fe, NiFe/Cu/NiFe

-2007 Fizikai Nobel díj -CIP /Current in plane/ fej

� Kis méret /tömeg/� Sebességtıl független

jel amplitúdó

VIIIAB08 /Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza

Page 28: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

Magnetorezisztív olvasó fej

� Spintronika -Az elektronok saját mágneses momentummal (s) is

rendelkeznek-Ezek külsı térben a térrel egyirányúak, vagy

ellentétesek � Spin szelep �CIP /Current in plane/ fej alapja

-CPP /current prependicular to plane/ fejet is használnak kisebb- Kobalt/réz/NiFe rétegek-Állandó mágnes /kobalt/-Nem mágneses anyag /réz/

-Lágy mágneses anyag /NiFe /permalloy/ - Ez /permalloy/ könnyen mágnesezhetı

a lemez mágneses terével- Ha egy irányba áll a két mágneses réteg kis R-Ha ellentétesbe nagy R

I/O kezelés-Perifériák 28VIIIAB08 /Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza

Page 29: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

Függıleges /prependicular/ mágnesezés

29I/O kezelés-Perifériák

SALSoft adjacent layer

VIIIAB08 /Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza

Page 30: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

- A bitsoros digitális információt olyan jelsorozattá alakítja, amelybıl a fizikai jellé, - jelváltozássá /mágnesezettség/ - konvertálás után a rögzített információ egyértelmően visszaállítható

• A bináris értéket fluxus változássá kell alakítani-Fejek, mechanikai tulajdonságok, méretek

-Mágnesszalag, 7-9 fej /sáv/ párhuzamosan-Mágnesdob fix fejek �Sávonként

Adatkódolás

-Fixfejes diszk /kizárólag speciális alkalmazásra/• -Mozgófejes diszk bitsoros rögzítés • Ön-órajelezés megoldása �adott max. idın belül legyen fluxus változás

A „fluxus változás okozta impulzusokból az adatotegyértelmően, hibamentesen kell visszaállítani, azesetleges pontatlanságok�fordulat, frekvencia mellett is

30I/O kezelés-PerifériákVIIIAB08 /Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza

Page 31: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

Adatkódolás

Adat

1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0

NRZ

NRZI

PE

FM

NRZ Non Return ZeroNRZI Non return Zero Inverz /létezik ettıl eltérı is, mi ezt használjuk!!/

PE Phase EncodingFM Frequency ModulationMFM Modified FM

I/O kezelés-Perifériák 31

MFM

VIIIAB08 /Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza

Page 32: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

Adatkódolás

GCR Group Coded Recording RLL Run Lenght Limited pl. RLL 0,2, �RLL2,7

RLL0,2 RLL2,7

ADAT KÓD ADAT KÓD ADAT KÓD

0000 11001 1000 11010 11 1000

0001 11011 1001 01001 10 0100

0010 10010 1010 01010 000 000100

0011 10011 1011 01011 010 100100

RLL0,2: az egymás után következı 0-ák minimális, illetve maximális száma (két 1-es között)

kódolás után /0, 2/

Adat: 1111 0000 1010 RLL0,2: 01111 11001 01010

I/O kezelés-Perifériák 32

0100 11101 1100 11110 011 001000

0101 10101 1101 01101 0011 00001000

0110 10110 1110 01110 0010 00100100

0111 10111 1111 01111

RLL0,2: 01111 11001 01010

RLL2,7:11 11 000 010 10 1000 1000 000100 100100 0100

RLL2,7 ����50% kisebb a fluxusváltozás maximális frekvenciája azMFM kódoláshoz képest

50%-al nagyobb frekvencián, azonos fluxusváltozási frekvenciamellett, 50%-al több adat

VIIIAB08 /Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza

Page 33: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

Adatkódolás Adat

1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0

NRZ

NRZI

PE

FM

MFM

Adat 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0

I/O kezelés-Perifériák 33

Adat

1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0

GCR NRZI

0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0

Adat

1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0

RLL2.7

NRZI

1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0

VIIIAB08 /Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza

Page 34: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

• Információszervezés Floppy lemezen

Információ tárolás szervezése

Indexlyuk

Hordozó/borító

Forgásirány

1.szektor

Író olvasó fej

Szektor Írás védelem

34I/O kezelés-Perifériák

Pozícionáló mechanizmus O. track érzékelı

n. track

0. track

Hajlékony hordozó lemez a borítóban

Forgató tárcsa helye

VIIIAB08 /Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza

Page 35: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

Információ tárolás szervezése

� Track /koncentrikus körökön egy-egy infomációs sáv/� Cilinder /a két oldal azonos számú track-je/� Szektor �A sáv egy körcikke

- Legkisebb írható/olvasható adatmennyiség- Minden tracken ugyanannyi

-HDD-nél újabban ez változhat �-Szektor mérete kicsi�nagy?-Mőködéshez kapcsolódó járulékos jelrögzítés hatása

méretre� Hard szektorszervezés

Minden szektor kezdetét mechanikai módon /lyuk/ jelzi� Szoft szektorszervezés

Az elsı szektort mechanikusan is jelzi, a többit alemezre mágnesesen rögzített kiegészítı információoldja meg

I/O kezelés-Perifériák 35VIIIAB08 /Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza

Page 36: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

Információ tárolás szervezése

Merevlemezes tároló

cilinder

track

Légpárnán repülı /úszó/ fejek

Fej egység Hard disc

lemezek

I/O kezelés-Perifériák 36

-Nagy fordulatszám 3000-15000-Hermetikusan zárt-Légpárnán „úszó” fejek

-200x –ben nm –es távolság-Hermetikusan zárt egység-Mechanikus és elektronikus trükkök százai

VIIIAB08 /Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza

Page 37: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

Merevlemezes tároló

Parkoló Fejek

Merev hordozó lemezek

Forgató motor

I/O kezelés-Perifériák 37

Fejmozgató szervo

Fejmozgás pályája

VIIIAB08 /Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza

Page 38: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

Író/olvasó Fejek fejlıdése Hitachi HDD technology 2003

I/O kezelés-Perifériák 38VIIIAB08 /Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza

Page 39: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

Író/olvasó Fejek fejlıdése Hitachi HDD technology 2003

I/O kezelés-Perifériák 39VIIIAB08 /Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza

Page 40: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

Információ tárolás szervezése

Floppy 31/2 Hard 51/4 Hard 31/2 Hard 31/2 Fordulatszám [f/p] 300/600 3600 3600 7200

Átlagos elfordulási idı 1/2 fordulat [ms]

100/50 8,3 8,3 4,2

Átl. lépésidı /seek, [ms]/ 100 20-40 4-5 2-3 Átvitel MFM [Mbit/s] 250/500k 5M-10M 1000 1500 Fluxusváltozás [fci] 9600 9-15000 1-5x106 15x106

Track [tpi] 135 250-1200 105 106 Tip. form. kapac. 0,72/1,44M 10-400M 400GB 2000GB

• Megoldandó feladatok• Az önórajelezı tulajdonságú kódolás szerinti írással

rögzített fluxusváltozás okozta impulzusokból az adat-bitminta hibamentes visszaállítása�adat szeparátor

• A fentieket támogató kiegészítı információt kellrögzíteni a lemezen

I/O kezelés-Perifériák 40

Tip. form. kapac. 0,72/1,44M 10-400M 400GB 2000GB Track szám 80 600-10000

VIIIAB08 /Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza

Page 41: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

Megoldandó feladatok:

• Szinkronozódás Pl.: ford. szám ingadozás, frekvencia változás kiküszöbölésére

• Az órajel /C/ és adatbit /D/ „folyamból” az adatbitekkiválasztása

MFM

0 0 0 1 1 D D C C

I/O kezelés-Perifériák 41

HD51/4 2µµµµs Floppy31/2”

200ns

1985-90-es adatok

�Byte elejének a megtalálása�Szektor információk rögzítése

- Szünetek /gap/ az információs mezık közé- Szinkronizációs mezık- Speciális jelzések /mark/- Hibaellenırzés

VIIIAB08 /Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza

Page 42: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

Szoft szektor formátum /IBM SYSTEM 34, MFM/

GAP1 GAP2 ID1 GAP3 Data1 GAP4 ID2 GAP3 Data2

Index adress mark

3 C2*/+FCh/

ID AM

TR N

SD N

IDM FEh

3 A1+h

3 A1+h

Track szám

Oldal szám

Szektor szám

Szektor hossz Hibaellenörzı

kód

S N

CRC1 S L

CRC2

*Órajel hiány 4-5 bit özött +Órajel hiány 3-4 bit között

Kódolási anomália

Index jel

42I/O kezelés-Perifériák

N byte adat

AM N N

GAP 3

3 byte A1+h

ID

N L

GAP 4

DATA

CRC1

Data Adress (FBh) Mark Delete Data Adress Mark

1 byte

42 byte 4Eh

3 byte A1h+

22 byte 4Eh 12 byte 00h

Írás tiltás Írás engedélyezés

CRC2

12 byte 00

SL byte DATA FB

Szinkronozó mezı

VIIIAB08 /Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza

Page 43: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

- A feldolgozáshoz szükséges idı miatt a szektorazonosítók felírásakor /fizikai formázás/ nem a fizikai sorrendben írják fel azokat.

Szektor interleave

1

6

8

3

� 3:1 interleave /minden harmadik/

írják fel azokat. - A fenti esetbenpl.: az 1. és 2. szektor írása/olvasása között két szektornyi elforduláshoz szükséges idı marad a feldolgozásra

43I/O kezelés-Perifériák

1

4

7 2

5

8

VIIIAB08 /Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza

Page 44: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

Szoft szektor szervezés

� Merev lemeznél• CHS /Cilinder Head Sector/• ZCHS �Újabban zónánként eltérı szektorszám

�jobb lemezkihasználás�• LBN logikai blokkcímzés �• Processzor a meghajtókba

Az interfész és a mágneses írás/olvasás,belsı szervezés szétválása�

• Meghajtó szintő interfész-Alapvetıen a fizikai szintre épül -Meghajtó kiválasztás -Fejkiválasztás-Track elérés -Szektor írás/olvasás

I/O kezelés-Perifériák 44VIIIAB08 /Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza

Page 45: INFORMATIKA I. · INFORMATIKA I. BMEVIIIAB08 Számítógép architektúrák I/O kezelés -Perifériák Alkalmazások Operációs rendszer Fordító Kernel (FW) CPU I/O Memória Integrált

Meghajtó szintő interfész

• Merev lemezes meghajtópl.:ST506, ST412

-Fejkiválasztás-Vezérlı jelek

�Nyitott kollektoros felfőzött interfész-Adat jelek

�Egyedi szimmetrikus adat adó/vevı áramkörtök

• Nagyintegráltságú vezérlı parancsok• Nagyintegráltságú vezérlı parancsokPl.: seek n.trackStep in, step outRead/write n.track m.szektorFormat track

• Intelligens vezérlıkVezérlı beépítése a meghajtóba ,

pl.: PC sín interfész �ATA 133MB/s, SATA 1,5-6Gb/S, �SCSI 320MB/s interfész

I/O kezelés-Perifériák 45VIIIAB08 /Számítógép Architektúrák © Dr. Móczár Géza