Introdução aos Sistemas Computacionais

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Cíntia Lemos Wagner
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1 Introdução aos Sistemas Computacionais Memória de Massa Prof. Fabrício /2009 rapidez Memória Hierarquia da Memória Intel : 8, 16, 32, 64 bits 32 KiB a alguns MiB 512 MiB vários GiB 40 GiB 100 s GiB capacidade 2

2 Discos Magnéticos 3 Discos Magnéticos Um ou mais discos de alumínio cobertos com substância magnetizável. Discos: actualmente, 3 a 12 cm diâmetro. Cabeça magnética para: Leitura/escrita do disco; flutuante em relação à superfície física. 4

3 Discos Magnéticos Pista: zona de cada disco acessível por cada cabeça de leitura/gravação sem necessitar de movimento das cabeças. Sector: arcos de dimensão fixa em que cada pista se encontra dividida. Dimensão sector (típico): 512 octetos (bytes). Cilindro: conjunto de pistas dispostos numa mesma vertical num dado conjunto de discos. 5 Discos Magnéticos preâmbulo efectua sincronização com leitura/escrita dos dados no sector. ECC (error correcting code) garantia da integridade dos dados no sector. 6

4 Discos Magnéticos 7 Discos Magnéticos todas as cabeças do disco são solidárias. Discos Winchester: fechados hermeticamente a vácuo. Pista/Cilindros: acessíveis com as cabeças numa dada posição radial. números típicos: 800 a 2000 pistas/cm. Rotações: números típicos: 3600, 5400, 7200 e rpm. 8

5 Discos Magnéticos Selecção de dados no disco feita com base em: número da cabeça número do cilindro número do sector (1-63) marca de início do sector. discos modernos: densidade da informação nas diferentes pistas mantém-se constante por conjunto de pistas. 9 Discos Magnéticos Tempos de Acesso Seek Time: tempo de colocação das cabeças no cilindro necessário. Rotational Latency: tempo de espera necessário para que a marca de início do sector passe debaixo da cabeça de leitura/gravação. 10

6 Discos Magnéticos Controlador Controlador: interface entre o disco e o sistema computacional. dependente da tecnologia de interface utilizada. adaptador dedicado (pelo menos nos primeiros PC s) ou integrado na carta principal. Controlador na unidade de disco: Comando do motor e das cabeças. Compensa a variação de diversos parâmetros físicos (recalibração): e.g. temperatura do disco. 11 Memória de Massa - Interfaces Integrated Drive Electronics (IDE) interface de baixo custo, patrocinada pela Compact e pela Western Digital, normalizada em controlador integrado nos próprios dispositivos (excepto nos PC s mais antigos - Adaptador). interface simplificada, numa arquitectura mestre/escravo de dois dispositivos. também denominada: ATA AT Attachment. Limites máximos: 16 cabeças, 63 sectores, 1024 cilindros 504 MiB (528 MB). 12

7 Memória de Massa - Interfaces Extended IDE Logical Block Addressing (LBA): numeração directa dos sectores. controlador responsável por converter referências LBA em referências para: cabeça, cilindro, sector. suporte de 4 dispositivos. evolução na capacidade de armazenamento e nas taxas de transferência. Limites máximos: 8,4 GB e 136,9 GB (até ATA- 5). 13 Sumário Interfaces IDE/ PATA Designação Transfer Rate (MiB/s) PIO DMA Cabo (contactos) ATA 3,3-8,3 4,2 40 ATA-2 11,1 13,3-16,6 40 ATA/ATAPI-4 33,3 40 ATA/ATAPI-5 16,6 66,6 40/80 PATA-100 (ATA-6), PATA-133 (ATA-7) 40/80 14

8 Cabos Parallel ATA (PATA) 15 Serial ATA SATA - Serial Advanced Technology Attachment Velocidades: 1,5 GiB/s 3 GiB/s 6 GiB/s (2008) 16

9 Interface SCSI SCSI: Small Computer System Interface pronuncia-se scuzzy inicialmente denominado por: SASI, Shugart Associates System Interface. Suporta diferentes dispositivos. Arquitectura de barramento: Dispositivos identificadores próprios: 0-7. Versões recentes (Wide SCSI): Interface SCSI 18

10 Interface SCSI 19 Memória de Massa Interfaces SCSI Evolução da interface SCSI: Taxas de transferência (5-320 MiB/s Ultra320); Dimensão do barramento (8, 16, 32 bits). 20

11 Interface SCSI 21 Sumário Interfaces SCSI Designação Barramento (bits) Transfer Rate (MiB/s) Cabo (contactos) SCSI Fast SCSI Wide Ultra Ultra Ultra

12 Solid-State Disks (SSD) Memória Flash/ DRAM (bateria interna) 23 RAID RAID: Redundant Array of Independent (Inexpensive) Disks. aumento da capacidade de armazenamento e/ou fiabilidade. Controlador Disco Controlador RAID conjunto de discos Organização transparente dos discos segundo seis estruturas diferentes: Níveis RAID 0 a 5. 24

13 RAID - Nível 0 Disco da infra-estrutura RAID virtualmente dividido em agregados de k sectores. Em inglês: strips. Escrita dos agregados de sectores nos diferentes discos físicos efectuada de forma circular: 25 RAID - Nível 1 todos os discos da infra-estrutura RAID estão replicados. fiabilidade elevada. 26

14 RAID - Níveis 2 e 3 discos da infra-estrutura RAID estão sincronizados: escritas orientadas ao dígito binário dígitos binários dedicados a detecção/correcção de erros. Versão simplificada do Nível N 2: apenas 1 dígito d binário de paridade 27 RAID - Nível 4 e 5 disco da infra-estrutura RAID virtualmente dividido em agregados de k sectores (strips). um dos agregados contêm um código de verificação (calculado pelo OU-exclusivo dos vários strips). 28

15 RAID - Nível 5 29 Discos Ópticos CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory) Aproveitamento da tecnologia áudio. Normalização Internacional: e.g. constituição, dimensões, frequência do laser de leitura óptica, dimensões dos sulcos de gravação ( pits ). 30

16 Discos Ópticos 15mm Resina de Poli-carbonatos Alumínio reflector Laque de Protecção 31 Discos Ópticos: CD-ROM dados gravados ao longo de uma espiral: valor lógico 1: transição sulco-superfície original ou superfície original-sulco. valor lógico 0: ausência de transições. velocidade 120cm/s: 200rpm - 530rpm motores de velocidade variável. 32

17 Discos Ópticos: CD-ROM feixe de laser, focado na superfície original do CD. Interferência destrutiva na separação superfície normal e sulco (ou viceversa). 33 Discos Ópticos: CD-ROM 34

18 Discos Ópticos: CD-ROM Sector - 98 tramas, 2 modos: modo 1: preâmbulo (16) + dados (2048) + ECC (288) modo 2: preâmbulo (16) + dados (2336) dimensões em octetos (i.e. bytes). Trama (Frame) - sequência símbolos consecutivos: 588 dígitos binários (bits) por trama. 24 octetos de dados octetos de codificação ao nível da trama. 1 octeto adicional de codificação (tracking). 35 Discos Ópticos: CD-ROM Trama: sequência de símbolos consecutivos 24 bits (preâmbulo) 33 octetos de dados 3 bits de separação por octeto. Símbolo: tradução 14-8, normalmente efectuada por circuitos dedicados. 36

19 Discos Ópticos: CD-ROM Capacidades: aprox. 650 MiB 700 MiB 37 Discos Ópticos: CD-Recordable Escrita: laser alta-potência (8-16mW) queima camada adicional criando um ponto negro. Leitura: diferença áreas transparentes e negras equivalentes a sulcos e superfície original no CD. Versões escrita apenas uma vez e escrita incremental. 38

20 Discos Ópticos: CD-Recordable 39 Discos Ópticos: CD-RW (CD-ReWritable) Camada de Gravação: Constituída por uma liga de prata, indium, antimónio e tellurium Estados estáveis: cristalino (alta-reflectividade); amorfo (baixa-reflectividade) Estado cristalino equivalente a superfície original; estado amorfo equivalente a sulco. Escrita: laser de alta-potência muda o estado cristalino para amorfo, simulando um sulco. Apagamento: laser de média potência funde a camada de gravação e repõe o estado amorfo original. Leitura: laser de pequena potência. 40

21 Discos Ópticos: DVD DVD: Digital Video Disk Digital Versatile Disk Diferenças entre DVD e CDs: Sulcos mais compactos. Espiral mais compacta (redução do intervalo entre pistas). Laser vermelho (0.65 microns vs microns CDs). Necessidade de segundo laser para leitura de CDs. 41 Discos Ópticos: DVD intervalo entre pistas dimensão do sulco intervalo entre sulcos intervalo entre pistas dimensão do sulco intervalo entre sulcos 42

22 Discos Ópticos: DVD Formato dos DVDs: Singled-side, single-layer (4.7 GB) Single-sided, dual-layer (8.5 GB) Double-sided, single-layer (9.4 GB) Double-sided, dual-layer (17 GB) No formato camada-dupla: uma das camadas é translúcida o laser é focado em cada camada. a camada inferior impõe uma maior dimensão aos sulcos, logo menor capacidade de armazenamento. 43 Discos Ópticos: Blu-Ray Laser azul de microns Tipo Tamanho Capacidade (single layer) Capacidade (double layer) Padrão 12 cm, single sided 25 GB (23.28 GiB) 50 GB (46.56 GiB) Mini 8 cm, single sided 7.8 GB (7.26 GiB) 15.6 GB (14.53 GiB) 44

23 Introdução aos Sistemas Computacionais Elementos de Estudo Structured Computer Organization. 5ª. Edição. Andrew Tanenbaum, Prentice Hall, Capítulo 2 Secção Obrigado pela vossa atenção e participação. Questões finais? 46

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