Реферат: Аппаратные средства

      С увеличением  шины  данных до 32 бит, число адресных линий также было увеличено до 32. Само по себе это расширение позволило  микропроцессору прямо обращаться к 4Гб физической памяти.  Кроме того, он мог работать с 16 триллионами байт виртуальной памяти.  Микропроцессор имел все необходимое для реализации последнего. Огромное преимущество давал способ организации памяти i80386. К ней можно было обращаться, как к одному большому полю, доступному для программ. То есть структуры данных и программы могли быть объемом в целую память. Разделение памяти  на  сегменты возможно, но не обязательно. Сегменты могут быть произвольны, а не ограничены по64К.

      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

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.

Страницы: 1, 2, 3