Arquitetura e Organização de Computadores

Transcrição

1 Arquitetura e Organização de Computadores Memória Externa Material adaptado e traduzido de: STALLINGS, William. Arquitetura e Organização de Computadores. 5ª edição

2 Tipos de Memória Externa Disco Magnético RAID Ótica CD-ROM CD-R CD-RW DVD-R DVD-RW Blu-Ray DVD Fita Magnética

3 Disco Magnético Disco construído de material não magnético (alumínio, mais recentemente o vidro) coberto com material magnetizável. Vantagens do vidro: Redução de defeitos Maior resistência a choques Melhor uniformidade = maior confiabilidade Dados são lidos e gravados por meio de uma bobina condutora chamada cabeça. Uma cabeça p/ leitura/escrita (antigamente) Cabeça de leitura e escrita separado (atualmente)

4 Organização e Formatação de Dados Conjunto concêntrico de Anéis (trilhas) Trilhas são separadas por lacunas (reduz erros provocados por mau alinhamento das cabeças, mas reduz a capacidade) Mesmo número de bits por trilha (menor densidade no centro) Velocidade Angular Constante - CAV Trilhas possuem setores (tamanho fixo ou variável)

5 Layout de Dados no Disco

6 Organização e Formatação de Dados Discos com CAV tem capacidade limitada por tilha interna Gravação em Múltiplas Zonas Melhor aproveitamento do disco Circuito de controle mais complexo

7 Layout de Dados no Disco Velocidade Angular Constante Gravação em Múltiplas Zonas

8 Características Físicas Cabeça fixa ou móvel Removível ou Fixo Lado Simples ou Duplo Discos Simples ou Múltiplos Mecanismo da Cabeça Contato (disquete) Lacuna Fixa Lacuna Aerodinâmica (Winchester)

9 Características Físicas Cabeça Fixa Uma cabeça de leitura-gravação por trilha As cabeças são montadas em um braço rígido que cobre todas as trilhas Raros atualmente Cabeça Móvel Uma cabeça por disco Montada sobre um braço móvel

10 Características Físicas Cabeça Fixa Cabeça Móvel

11 Características Físicas Disco Removível Pode ser removido e substituído por outro disco Provê capacidades ilimitadas de armazenamento Fácil transferência de dados entre sistemas Ex: disquetes Discos Não Removíveis Montados Permanentemente no drive Ex: HD s

12 Características Físicas Múltiplos Discos Uma cabeça por disco Cabeças são alinhadas e se movem juntas Trilhas alinhadas em cada disco são conhecidas como cilindros Os dados são distribuídos por cilindro Reduz o movimento da cabeça Aumenta a velocidade (taxa de transferência)

13 Características Físicas Disco Único Discos Múltiplos

14 Parâmetros de Desempenho de Disco Seek time (Tempo de Busca) Tempo para posicionar a cabeça na trilha correta Latência Rotacional Tempo gasto esperando pelo setor correto Tempo Acesso = Seek + Latência Rotacional Tempo de transferência

15 RAID Array Redundante de Discos Independentes Array Redundante de Discos Baratos 7 níveis de uso comum Não possuem relacionamento hierárquico Conjunto de discos físicos vistos como única unidade lógica pelo SO Dados distribuídos pelo array de discos físicos (striping) Capacidade de disco redundante para armazenar informações de paridade.

16 RAID 0 Não possui redundância Dados intercalados sobre todos os discos do array Intercalação Round Robin Aumento de velocidade Múltiplas requisições de dados provavelmente não estão sobre mesmos discos Busca em paralelo nos discos Um conjunto de dados logicamente consecutivo que mapeia um strip (faixa) em cada membro do array é conhecido como stripe

17 RAID 1 Discos Espelhos Dados são intercalados sobre os discos do array 2 cópias de cada stripe sobre discos separados Leitura de qualquer um deles Escrita em ambos Recuperação é simples Troca do disco que falhou e Re-espelhamento Sem paralisações Caro

18 Comparação RAID 0 e 1

19 RAID 2 Discos são sincronizados Stripes muito pequenos Normalmente único byte ou palavra Correção de erros calculada sobre bits correspondentes nos discos Vários discos de paridade armazenam códigos de correção de erros (Hamming) em posições correspondentes Muito Caro Pouco Usado

20 RAID 3 Similar ao RAID 2 Apenas um disco redundante Bits de paridade simples para cada grupo de bits corresspondentes Dados sobre discos defeituosos podem ser reconstruídos a partir dos dispositivos restantes Altas taxas de transferência Única solicitação por vez

21 Comparação RAID 2 e 3

22 RAID 4 Cada disco opera independentemente Bom para altas taxas de requisições de E/S Stripes relativamente grandes Um strip de paridade bit a bit é calculado pelos strips correspondentes nos discos e os bits de paridade são armazenados no strip correspondente no disco de paridade Cada alteração envolve o disco de paridade (gargalo)

23 RAID 5 Semelhante ao RAID 4 Paridade distribuído sobre todos os discos Alocação Round robin para stripes de paridade A distribuição dos strips de paridade evita o gargalo encontrado no RAID 4 Comumente utilizado em servidores em rede

24 RAID 6 Introduzido em um artigo subsequente pelos pesquisadores em Berkeley (KATZ, GIBSON e PATTERSON) Dois cálculos de paridade diferentes são executados e armazenados em blocos separados em discos diferentes Disponibilidade de dados extremamente alta(suporta falha de 2 discos) Mais de 30% de queda no desempenho da gravação (gravação em dois blocos de paridade)

25 Comparação RAID 4, 5 e 6

26 Memória Ótica Surgiu em 1983 com o sistema de áudio digital de disco compacto (CD) Passou por várias evoluções ao longo destes anos Principais produtos desta evolução CD-ROM CD-R CD-RW DVD-R DVD-RW HD-DVD (pouco usado) Blu-Ray DVD

27 CD-ROM Criado originalmente para armazenar áudio Capacidade de 680MB ou 70 min. de áudio São formados por uma resina, como o policarbonato Dados são armazenados em sulcos microscópicos (laser de alta potência e precisão) e a superfície e coberta com substâncias altamente refletoras (ouro ou alumínio)

28 CD-ROM Informações são recuperadas com um laser de baixa potência (a intensidade da luz refletida muda quando encontra o sulco) Trilha espiral permite leitura sob velocidade linear constante (CLV)

29 CD-ROM Acesso Aleatório Difícil Move cabeça para área geral Ajustar velocidade de rotação Ler endereço Fazer pequenos ajustes para encontrar o endereço

30 CD-ROM x Disco Rígido Vantagens Replicação em massa pouco dispendiosa Removível Desvantagens Apenas leitura Tempo de acesso maior (Até ½ seg.)

31 Variações do CD CD Gravável WORM Compatível com drives de CD-ROM Ideal para arquivamento de documentos (registro permanente) CD-RW Apagável Fabricado com substâncias que alternam entre estado cristalino e amorfo (baixa reflexão) mediante feixe de luz Vida útil entre 500 mil e 1 milhão de ciclos de apagamento

32 DVD Disco Versátil Digital Levou o vídeo para a era digital (maior qualidade e acesso aleatório) Capacidade 7 vezes maior do que o CD Possibilitou que jogos para PC se tornassem mais realistas Assim como os CD s, os DVD s também possuem versões graváveis, regraváveis e somente leitura

33 DVD - Tecnologia Alta Capacidade (4.7GB por camada) Multi-camada (8.5GB por lado do DVD) Dupla face (8.5 x 2 = 17GB)

34 Discos Óticos de Alta Definição Obtidos com maior densidades dos bits, graças a um laser de onda mais curta na faixa azul violeta Dois formatos competiram pela aceitação no mercado: HD DVD (15GB por camada/face) e Blu-Ray DVD(25GB por camada/face) Blu-ray Maior capacidade Discos e aparelhos de leitura mais caros Apoiado por empresas como Philips, Apple e Sony

35 Discos Óticos de Alta Definição HD DVD Menor capacidade Menor custo de produção Apoiado por empresas como Microsoft, Intel e Toshiba Em 19/02/2008, a Toshiba decidiu não continuar com o desenvolvimento, fabricação e comercialização do HD DVD, contribuindo para o Blu-ray vencer a disputa. O Blu-Ray pode ser encontrada em 3 versões: BD-ROM Somente leitura BD-R Gravável uma vez BD-RE - Regravável

36 Fita Magnética Fita de poliéster flexível coberta com material magnetizável Acesso Serial Gravação em Serpentina Componente mais lento e de mais baixo custo na hierarquia de memória

37 Fita Magnética Utilizada para backup de arquivos Alta capacidade de armazenamento A tecnologia predominante é a LTO (Fita Linear Aberta), desenvolvida em 1990