Arquitetura de Computadores

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Thomaz Silva Affonso
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1 Arquitetura de Computadores -Sistemas de Memória Externa por Helcio Wagner da Silva

2 Discos Magnéticos Os discos são feitos de material plástico ou metálico, coberto por material magnetizante Os cabeçotes são, na verdade, bobinas Escrita Correntes em sentidos opostos criam padrões magnéticos distintos Esses padrões são usados para se representar 1 s e 0 s B Bit 1 gravado B Bit 0 gravado i i i i 2

3 Discos Magnéticos B i Leitura i Baseia-seno fatodeque um campo magnético que se move em relação a uma bobina induz uma corrente nessa bobina Bit 1 lido B i i Bit 0 lido 3

4 Layout do Disco Magnético Um disco é dividido em trilhas concêntricas Essas trilhas são divididas em setores tal comoumapizzaédivididaemfatias Um setor é a menor unidade de endereçamento do disco Otamanhodeumsetoréde512Bytes Seumarquivotiver30Bytes,ocupará1setor Um conjunto de trilhas na mesma posição em discos diferentes constitui um cilindro 4

5 Layout do Disco Magnético 5

6 Layout do Disco Magnético Há entre 500 a trilhas por superfície Simplificação dos circuitos eletrônicos faz com que cada trilha armazene a mesma quantidade de bits A densidade (n o de bits/cm) aumenta da trilha mais externa para a trilha mais interna Espaços entre trilhas minimizam a ocorrência de erros devido mau alinhamento do cabeçote interferência entre campos magnéticos adjacentes 6

7 Clusters O disco agrupa os setores numa entidade chamada cluster O cluster é a menor unidade de espaço alocável em disco Quanto maior a capacidade do disco, maior será o tamanho do cluster i.e., mais setores serão chamados a formá-lo Não importa quão pequeno seja um arquivo, ele sempre usará um cluster inteiro para ser armazenado 7

8 Clusters Capacidade do Disco (MB) ESPAÇO MÍNIMO OCUPADO POR UM ARQUIVO NO DISCO Bytes por setor N o de setores por cluster Espaço mínimo ocupado por um arquivo (KB) 1,44 (disquete) Até De 256 a De 512 a Acima de Exemplo: arquivo de 290 B armazenado num disco que possui clusters formados por 16 setores Tamanhodocluster(emB):16x512B =8.182B B não serão utilizados nem estarão disponíveis para armazenar outro arquivo 8

9 Layout do Disco Magnético Setor 0 Setor 1 Espaço 1 ID 0 Espaço 2 Dados 0 Espaço 3 Espaço 1 ID 1 Espaço 2 Dados 1 Espaço 3 Bytes Byte SYNCH N o da Trilha N o do Cabeçote N o do Setor CRC Byte SYNCH Dados CRC Bytes (Seagate ST 506) 9

10 Características Físicas Movimento do cabeçote Cabeçote fixo 1 por trilha Cabeçote móvel 1 por superfície Transportabilidade do disco Disco não-removível Disco removível Lados utilizados Discodeladoúnico Discodeladoduplo Número de pratos Prato único Múltiplos pratos Mecanismo de cabeçote Contato(disquete) Espaço fixo Espaço aerodinâmico 10

11 Parâmetros de Desempenho Tempo de Busca Seek Time(Ts) Tempo gasto para se posicionar o cabeçote na trilha Associado ao movimento do braço mecânico Não é verdadeiramente uma função linear do número de trilhas a percorrer Ainda assim, pode ser aproximada por uma função linear T s = m n + onde: Ts: tempo de busca s m: constante que depende da unidade de disco s: tempo de partida Exemplos: Disco #01 m= 0,3 ms s= 20 ms Disco #02 m= 0,1 ms s= 3 ms 11

12 Parâmetros de Desempenho Atraso Rotacional Tempo gasto até que o início do setor esteja sobre o cabeçote Associado ao movimento do disco Exemplo#01 Disco girando a 3600 rpm 1 revolução a cada 16,7 ms Atraso rotacional médio = 8,3ms Exemplo #02 Disco flexível girando a 300 rpm Atraso rotacional médio é de100ms Exemplo#03 Disco flexível girando a 600 rpm Atraso rotacional médio é de200ms 12

13 Parâmetros de Desempenho Tempo de Transferência dos Dados(T) T = onde: b rn T: tempo de transferência dos dados b:n o debytestransferidos r: velocidade de rotação(em rpm) N:n o debytesnatrilha TempoTotaldeAcessoMédio(T a ) 1 Ta = Ts + + 2r b rn 13

14 Comparação de Desempenho Considerando-se uma unidade de disco com os seguintes parâmetros: Ts=20ms T=1MB/s Setorde512B 32 setores por trilha Velocidade de rotação de rpm Deseja-se calcular o tempo de acesso total médio a um arquivo de 128 KB que ocupa 256 setores do disco 14

15 Comparação de Desempenho 1ª Hipótese: organização seqüencial O arquivo ocupa todos os setores de 8 trilhas adjacentes (8 trilhas x 32 setores/trilha = 256 setores) Taparaa1ªtrilha: Ta 1 =20,0ms +8,3ms+16,7ms=45,0ms Ta para as demais trilhas: Ta 2 =8,3ms+16,7ms=25,0ms Para ler o arquivo inteiro, tem-se: Ta =Ta 1 +7xTa 2 =45+7x25 Ta=220ms=0,22s 15

16 Comparação de Desempenho 2ª Hipótese: organização aleatória Todos os setores ocupados pelo arquivo se encontram espalhados aleatoriamente no disco Ta para cada setor: Ta 1 = 20,0 ms+ 8,3 ms+ 0,5 ms= 28,8 ms Para ler o arquivo inteiro, tem-se: Ta = 256 x Ta 1 = 256 x 28,8 ms Ta = ms= 7,37 s 16

17 Discos Ópticos 1983 sistema de áudio digital de disco compacto CD-ROM MesmoprocessodefabricaçãodoCDdeáudio Disco fabricado em policarbonato, revestido com uma superfície de alto índice de reflexão(alumínio, tipicamente) Informações (dados ou músicas) gravadas na superfície como uma série de sulcos microscópicos Superfície sulcada é protegida contra pó e arranhões por uma cobertura de laca ou verniz clara Dispositivo de leitura mais resistente e possui mecanismos de correção de erro 17

18 Layout do Disco Óptico Premissa básica ossetoressãolidosaumataxaconstante CAV(Velocidade Angular Constante) Quantidade de dados armazenados nas trilhas mais externas é igual a quantidade armazenada nas trilhas mais internas Disco gira numa velocidade fixa Desperdício de espaço de armazenamento CLV(Velocidade Linear Constante) Dados distribuídos no disco em setores de mesmo tamanho Capacidade e atraso rotacional são maiores para as trilhas mais externas Armazenamento mais eficiente Necessário ajuste na velocidade Layout utilizado em CD-ROMs 18

19 Densidades Exemplo Largura de uma trilha aparente: 1.6 μm Largura útil de gravação, na direção radial: 32,55 mm =32.550μm N o de trilhas aparentes = /1,6 = trilhas aparentes Na verdade, há uma trilha única, com extensão aproximada de 5,27 Km A uma velocidade linear de 1,2 m/s, tem-se s (ou 73,2 min) de gravação/reprodução Dados são armazenados/lidos a uma taxa de 176,4 KB/s, o que leva a uma capacidade de armazenamento de 774,57 MB(superior a 550 disquetes de 3,25 ) 19

20 Formato do Bloco Bytes FF x MIN SEC Setor Modo Dados ECC 12 Bytes (SYNC) 4 Bytes (ID) 2048 Bytes 288 Bytes 2352 Bytes Modo 0: campo de dados em branco Modo 1: ECC Bytes de dados Modo 2: Bytes de dados 20

21 Outros Tipos de Discos Ópticos WORM(Escrita Uma Vez, Leitura Múltiplas Vezes) Pré-formatação Laser de alta intensidade produz uma série de bolhas no disco Escrita Laser de baixa intensidade pode produzir calor suficiente para romper as bolhas previamente gravadas Leitura Laserdebaixaintensidadeiluminaasuperfíciedo disco, eas bolhas rompidas fornecem um contraste maior do que a área circundante 21

22 Outros Tipos de Discos Ópticos CD-RW (Disco Óptico Apagável) Usa um material que tem dois índices de reflexão diferentes, em dois estados distintos de fase Estado amorfo: moléculas exibem uma orientação aleatória equerefletepoucaluz Estado cristalino: possui uma superfície suave com boa reflexão de luz Um feixe de luz laser pode alterar o material de um estado para outro Material eventualmente perde de maneira permanente essa propriedade 22

23 Outros Tipos de Discos Ópticos DVD (Disco de Vídeo Digital) Um DVD padrão pode conter 4,7 GB por camada Um DVD de camada dupla pode armazenar 8,5 GB Um DVD padrão pode conter um filme de 2,5 h Um DVD de camada dupla pode armazenar um filme de mais de 4 h de duração MO (Disco Magnético-Óptico) Operação de gravação puramente magnética Operação de leitura puramente óptica Apresenta maior longevidade que um disco óptico 23

24 Fitas Magnéticas Fita coberta com óxido magnético Trilha 01 Trilha 02 Trilha 03 Trilha 04 Trilha 05 Trilha 06 Trilha 07 Trilha 08 Trilha 09 (bit de paridade) Registro físico Espaço entre registros Foi o primeiro tipo de memória secundária Ainda é utilizada como o elemento de menor custo e menor velocidade da hierarquia de memória 24

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