Аппаратные средства

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.

Оперативная память

Оперативная память составляет не большую, но, безусловно, важнейшую часть

персонального компьютера. Если от типа процессора зависит количество

адресуемой памяти, то быстродействие используемой оперативной памяти во

многом определяет скорость работы процессора, и в конечном итоге влияет на

производительность всей системы.

Практически любой персональный IBM-совместимый компьютер оснащен

оперативной памятью, реализованной микросхемами динамического типа с

произвольной выборкой. (DRAM, Dynamic Random Access Memory). Каждый бит

такой памяти физически представлен в виде наличия (или отсутствия) заряда

на конденсаторе, образованном в структуре полупроводникового кристалла.

Поскольку время хранения заряда конденсатором ограничено (из-за

«паразитных» ; утечек), то, чтобы не потерять имеющиеся данные, необход]имо

периодическое восстановление записанной информации, которое и выполняется в

циклах регенерации (refresh cycle). Это является, пожалуй, одним из

основных недостатков динамической памяти, в то время, как по критерию,

увеличивающему информационную емкость, стоимость и энергопотребление, этот

тип памяти во многих случаях предпочтительнее статической памяти (SRAM,

Static RAM). Последняя в качестве элементарной ячейки памяти использует так

называемый статический триггер. Этот тип памяти обладает высоким

быстзодействием и, как правило, используется в самых «узких». местах

системы, например, для организации памяги.

Корпуса и маркировка

Элементы динамической памяти для персональных компьютеров бывают

конструктивно выполнены либо в виде отдельных микросхем в корпусах типа DIP

(Dual In line Package), либо в виде модулей памяти типа SIP/SIPP (Single In

line Pin Package) или типа SIMM (Single In line Mernory Module). Модули

памяти представляют собой небольшие текстолитовые платы с печатным монтажом

с установленными на них микросхемами памяти в DIP-корпусах. При этом для

подключения к системной плате на SIMM используется печатный («ножевой»)

разъем, а на модулях SIP — штыревой.

Логическая организация памяти

Используемый в IBM PC/XT процессор i8086 через свои 20 адресных линий может

иметь доступ к пространству памяти всего в 1 Мбайт. Но в то время, когда

появились эти компьютеры, возможность увеличения доступной оперативной

памяти в 10 раз (по сравнению с обычными 64 Кбайт) была просто

фантастической. Отсюда наверно и появилась «волюнтаристская» цифра — 640

Кбайт. Эти первые 640 Кбайт адресуемого пространства в IBM-совместимых

компьютерах называют обычно стандартной памятью (conventional memory).

Оставшиеся 384 Кбайт были зарезервированы для систем использования и носят

название памяти в верхних или высших адресах (UMB, Upper Memory Blocks).

Эта область памяти резервируется под размещение системного ROM BIOS (Read

Only Меш Basic Input Output System), видеопамяти и ROM-памяти, полнительных

адаптеров.

Дополнительная, или ехрanded-памягь

Почти на всех персональных компьютерах область UMB редко оказывается

заполненной полностью. Пустует, как правило, область расширения системного

ROM BIOS часть видеопамяти и области под дополнительные модули ROM. На этом

и базируется спецификация дополнительной памяти EMS (Expanded Memory

Specification), разработка фирмами Lotus Development, Intel и Microsoft

(поэтому называемая иногда LIM-спецификацией) еще в 1985 г. и позволяющая

использовать оперативную память свыше стандартных 640 Кбайт для прикладных

программ. Принцип использования дополнительной памяти основан на

переключении блоков (страниц) памяти. В выделяется незанятое «окно» (page

frame) в 64-Кбайт, которое разбито на 16-килобайтные страницы. Программные

и аппаратные средства позволяют отображать любой 16-килобайтный сегмент

этой дополнительной expanded-иамйти в любой из выделенных 16-килобайтных

страниц окна. Хотя микропроцессор всегда обращается к данным, хранимым в

окне (адрес 1 Мбайт), адреса этих данных могут быть смещены в

дополнительной памяти относительно окна на несколько мегабайт. Спецификация

LIM/EMS 4.0 позволяет использовать до 2048 логических страниц и расширить

объем адресуемой памяти до 32 Мбайт. Кроме этого, как и в EMS, физические

страницы могут быть расположены в любом месте памяти , отличный от 16

Кбайт. Таким образом могут задействоваться области видеопамяти и UMB.

Возможности спецификации позволяют, в частности, организовать многозадачный

режим работы.

Paсширенная, или ехрanded-памягь

Компьютеры, использующие процессор i80286 с 24-разрядными адресными шинами,

физически могут адресовать 16 Мбайт, а в случае процессоров i80386/486 — 4

Гбайта памяти. Такая возможность появляется только при защищённом режиме

работы процессора (protected mode), которого операционная система MS DOS

не поддерживает. Расширенная память располагается выше области адресов 1

Мбайт. Для работы с extended-памятью микропроцессор должен переходить из

реального в защищенный режим и обратно. Микропроцессоры i80386/486

выполняют эту операцию достаточно легко, чего не скажешь о i80286. При

наличии соответствующего программного драйвера расширенную память можно

эмулировать как дополнительную. Аппаратную поддержку в этом случае должен

Страницы: 1, 2, 3