Samenvatting...

76
Computerperiferie Computerperiferie.................................................................................................... 1 1 Computerarchitectuur...................................................................................... 7 1.1 Inleiding____________________________________________________7 1.2 RISC versus CISC_____________________________________________7 1.2.1 Eigenschappen van RISC___________________________________________7 1.2.2 Soorten instructies______________________________________________7 1.2.3 De klassieke 5-traps RISC-pipeline_______________________________7 1.3 Een overzicht van de Intel 80x86 processorfamilie____________8 1.3.1 Voorbeeld: de 8086 en 8088 microprocessor (nog doen)_____________8 1.4 Betrouwbaarheid en beschikbaarheid___________________________8 1.4.1 Definities_______________________________________________________8 1.4.2 Voorbeeld: nog doen______________________________________________8 1.5 Benchmarks (nog doen)________________________________________8 1.5.1 8 1.5.2 8 1.5.3 Betrouwbaarheid van een USB stick________________________________8 1.6 Vermogenverbruik van een processor (nog doen)________________8 1.6.1 Dynamisch vermogen_______________________________________________8 1.6.2 Statisch vermogen________________________________________________9 1.6.3 Koeling van de processor_________________________________________9 2 Computervoedingen........................................................................................ 11 2.1 Inleiding___________________________________________________11 2.2 Lineaire voeding met seriestabilisatie______________________11 2.2.1 Inleiding_______________________________________________________11 2.2.2 Principe________________________________________________________11 2.2.3 Voorbeeld: Lineaire voeding met seriestabilisatie_______________11 2.3 Geschakelde voedingen_______________________________________12 2.3.1 Inleiding_______________________________________________________12 2.3.2 Principe________________________________________________________12

Transcript of Samenvatting...

Page 1: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

ComputerperiferieComputerperiferie......................................................................................................................1

1 Computerarchitectuur........................................................................................................7

1.1 Inleiding_________________________________________________________________7

1.2 RISC versus CISC_________________________________________________________7

1.2.1 Eigenschappen van RISC__________________________________________________________71.2.2 Soorten instructies_______________________________________________________________71.2.3 De klassieke 5-traps RISC-pipeline__________________________________________________7

1.3 Een overzicht van de Intel 80x86 processorfamilie_______________________________8

1.3.1 Voorbeeld: de 8086 en 8088 microprocessor (nog doen)_________________________________8

1.4 Betrouwbaarheid en beschikbaarheid_________________________________________8

1.4.1 Definities______________________________________________________________________81.4.2 Voorbeeld: nog doen_____________________________________________________________8

1.5 Benchmarks (nog doen)_____________________________________________________8

1.5.1 81.5.2 81.5.3 Betrouwbaarheid van een USB stick_________________________________________________8

1.6 Vermogenverbruik van een processor (nog doen)_______________________________8

1.6.1 Dynamisch vermogen_____________________________________________________________81.6.2 Statisch vermogen_______________________________________________________________91.6.3 Koeling van de processor__________________________________________________________9

2 Computervoedingen.........................................................................................................11

2.1 Inleiding________________________________________________________________11

2.2 Lineaire voeding met seriestabilisatie________________________________________11

2.2.1 Inleiding______________________________________________________________________112.2.2 Principe______________________________________________________________________112.2.3 Voorbeeld: Lineaire voeding met seriestabilisatie______________________________________11

2.3 Geschakelde voedingen____________________________________________________12

2.3.1 Inleiding______________________________________________________________________122.3.2 Principe______________________________________________________________________122.3.3 De Buck converter______________________________________________________________12

3 Moederborden en IO-bussen...........................................................................................13

3.1 Componenten____________________________________________________________13

Page 2: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

3.1.1 BIOS_________________________________________________________________________133.1.2 CPU slot/socket________________________________________________________________133.1.3 Chipset_______________________________________________________________________133.1.4 Batterij_______________________________________________________________________143.1.5 Geheugenbanken_______________________________________________________________14

3.2 IO Bussen_______________________________________________________________14

3.2.1 Industry Standard Architecture: ISA________________________________________________143.2.2 Micro channel architecture: MCA__________________________________________________153.2.3 Extended industry standard architecture: EISA________________________________________153.2.4 Lokale Bussen_________________________________________________________________153.2.5 Video Electronics Standard Association: VESA local bus_______________________________153.2.6 Peripheral component interconnect: PCI_____________________________________________153.2.7 Accelerated graphics port: AGP____________________________________________________153.2.8 PCI-Express___________________________________________________________________163.2.9 Klassieke PCI: praktisch_________________________________________________________16

4 Geheugen..........................................................................................................................19

4.1 Inleiding________________________________________________________________19

4.2 Niet-volatiele geheugens____________________________________________________19

4.2.1 Erasable Progammable ROM: EPROM______________________________________________194.2.2 Electric Erasable PROM_________________________________________________________194.2.3 Non-volatile RAM: NVRAM_____________________________________________________19

4.3 Volatiele geheugens_______________________________________________________19

4.3.1 DRAM_______________________________________________________________________194.3.2 SRAM_______________________________________________________________________204.3.3 Fast Page Mode DRAM__________________________________________________________204.3.4 Extended Data Out RAM: EDO RAM_______________________________________________204.3.5 SDRAM______________________________________________________________________204.3.6 DDR SDRAM_________________________________________________________________204.3.7 DDR2 SDRAM________________________________________________________________214.3.8 RDRAM______________________________________________________________________21

4.4 De memristor____________________________________________________________21

4.4.1 Inleiding______________________________________________________________________214.4.2 Principe______________________________________________________________________214.4.3 De HP titaniumoxide memristor___________________________________________________224.4.4 Stapreactie van een theoretische memristor___________________________________________23

5 Grafische adapters...........................................................................................................24

5.1 Inleiding________________________________________________________________24

5.2 Het tijdperk van de VGA controller__________________________________________24

5.2.1 Super VGA____________________________________________________________________24

5.3 Het tijdperk van de GPU___________________________________________________24

5.3.1 Componenten van de grafische adapter______________________________________________24

Page 3: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

5.3.2 GPU computing________________________________________________________________25

6 Logische opbouw van schijven........................................................................................26

6.1 Basisbegrippen___________________________________________________________26

6.2 Logische sectoren_________________________________________________________26

6.3 Partities_________________________________________________________________26

6.4 Opstarten van een PC voorzien van een windows besturingssysteem (nog doen)_____27

6.5 Layout van de MBR (nog doen)_____________________________________________27

6.6 De windows Vista MBR (nog doen)__________________________________________27

6.7 Layout van een partitie____________________________________________________27

6.7.1 Layout van een FAT12/FAT16 partitie______________________________________________276.7.2 Layout van een FAT32 partitie____________________________________________________276.7.3 Layout van een NTFS partitie_____________________________________________________28

6.8 Het FAT-bestandssysteem__________________________________________________28

6.8.1 De FAT-tabel__________________________________________________________________286.8.2 Directories onder FAT___________________________________________________________296.8.3 VFAT________________________________________________________________________30

6.9 Het NTFS bestandssysteem_________________________________________________30

6.9.1 NTFS clusteradressering_________________________________________________________306.9.2 NTFS-Structuur________________________________________________________________306.9.3 Metadata records_______________________________________________________________316.9.4 NTFS attributen________________________________________________________________326.9.5 File records____________________________________________________________________326.9.6 Directory records_______________________________________________________________33

6.10 RAID___________________________________________________________________33

6.10.1 Algemeen_____________________________________________________________________336.10.2 Striping_______________________________________________________________________336.10.3 RAID 0_______________________________________________________________________346.10.4 RAID 1_______________________________________________________________________346.10.5 RAID 2_______________________________________________________________________346.10.6 RAID 3_______________________________________________________________________356.10.7 RAID 4_______________________________________________________________________356.10.8 RAID 5_______________________________________________________________________356.10.9 RAID 6_______________________________________________________________________366.10.10 RAID 10______________________________________________________________________366.10.11 RAID 0+1_____________________________________________________________________366.10.12 RAID 53______________________________________________________________________376.10.13 RAID 51 en RAID 15___________________________________________________________37

6.11 JBOD___________________________________________________________________37

6.12 LVM___________________________________________________________________37

Page 4: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

6.12.1 Inleiding______________________________________________________________________376.12.2 LVM2 voor Linux______________________________________________________________386.12.3 LVM2 mogelijkheden___________________________________________________________386.12.4 Linux Commando’s_____________________________________________________________38

7 Fysische opbouw van schijven.........................................................................................39

7.1 Principes van magnetische gegevensopslag____________________________________39

7.1.1 Ferromagnetische materialen______________________________________________________397.1.2 Schrijven van de gegevens op een magnetiseerbare drager_______________________________397.1.3 Lezen van gegevens op een magnetiseerbare drager____________________________________39

7.2 Encoderingsschema’s______________________________________________________39

7.2.1 Waarom coderen_______________________________________________________________397.2.2 Frequency Modulation (FM)______________________________________________________397.2.3 Modified Frequency Modulation (MFM)____________________________________________407.2.4 Run length limited: RLL x,y______________________________________________________40

7.3 Partial response, maximum likelihood________________________________________40

7.4 Low level formattering____________________________________________________40

7.4.1 Spoorlayout van een diskette______________________________________________________407.4.2 Spoorlayout van een vaste schijf___________________________________________________417.4.3 Zoned-bit recording_____________________________________________________________41

7.5 Interleaving______________________________________________________________41

7.6 Cylinder skewing_________________________________________________________41

7.7 Head skewing____________________________________________________________41

8 Optische opslagmedia......................................................................................................42

8.1 Inleiding________________________________________________________________42

8.2 Werking van de CD speler_________________________________________________42

8.3 Productie van CD’s_______________________________________________________42

8.4 Sporen, sectoren en frames_________________________________________________42

8.5 Encodering______________________________________________________________42

8.6 CD standaarden__________________________________________________________43

8.6.1 CD-DA (red book)______________________________________________________________438.6.2 CD-ROM (yellow book)_________________________________________________________438.6.3 CD-ROM extended architecture: CD-ROM XA_______________________________________438.6.4 CD Recordable: CD-R___________________________________________________________438.6.5 CD rewritable: CD-RW__________________________________________________________43

8.7 CD bestandssystemen______________________________________________________43

Page 5: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

8.7.1 High Sierra____________________________________________________________________438.7.2 ISO 9660_____________________________________________________________________438.7.3 Joliet_________________________________________________________________________448.7.4 Universal data format: UDF_______________________________________________________448.7.5 Mount Rainier_________________________________________________________________44

8.8 Schrijven van een CD-R/RW_______________________________________________45

8.8.1 Single session__________________________________________________________________458.8.2 Multisession___________________________________________________________________45

8.9 Buffer underrun__________________________________________________________45

8.9.1 Buffer underrun protectie_________________________________________________________45

8.10 DVD____________________________________________________________________46

8.11 DVD Kopieerbeveiligingen_________________________________________________46

8.11.1 Region playback control_________________________________________________________468.11.2 Content scramble system_________________________________________________________468.11.3 Analog protection system_________________________________________________________46

8.12 DVD recordable standaarden_______________________________________________46

8.12.1 DVD-R (Pioneer)_______________________________________________________________478.12.2 DVD-RW (Pioneer)_____________________________________________________________478.12.3 DVD+RW____________________________________________________________________47

8.13 De derde generatie opslagmedia_____________________________________________47

8.13.1 De blu-ray disc_________________________________________________________________478.13.2 Blu-ray kopieerbeveiligingen______________________________________________________47

9 ATA-SCSI.........................................................................................................................49

9.1 Inleiding________________________________________________________________49

9.2 ATA____________________________________________________________________49

9.2.1 Historiek______________________________________________________________________499.2.2 Waarom upgraden______________________________________________________________499.2.3 Overzicht (nog doen)____________________________________________________________509.2.4 ATA-commando’s______________________________________________________________509.2.5 Serial ATA: SATA______________________________________________________________50

9.3 Small Computer Systems Interface: SCSI_____________________________________51

9.3.1 Inleiding______________________________________________________________________519.3.2 SCSI bus terminators____________________________________________________________519.3.3 SCSI signalen__________________________________________________________________519.3.4 SCSI opstarten_________________________________________________________________529.3.5 SCSI commando’s______________________________________________________________529.3.6 Overzicht (nog doen)____________________________________________________________529.3.7 Plug and play SCSI: PNP SCSCI___________________________________________________529.3.8 Serial Attached SCSI: SAS_______________________________________________________52

Page 6: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

10 USB – IEEE 1394............................................................................................................54

10.1 USB____________________________________________________________________54

10.1.1 Inleiding______________________________________________________________________5410.1.2 Tekortkomingen aan de vroegere interfaces__________________________________________5410.1.3 Het USB concept_______________________________________________________________5410.1.4 USB-basiscomponenten__________________________________________________________5510.1.5 USB-signalen__________________________________________________________________5610.1.6 Automatische detectie van apparaten (nog doen)______________________________________5610.1.7 Bekabeling____________________________________________________________________5610.1.8 USB on the go_________________________________________________________________56

10.2 IEEE-1394_______________________________________________________________56

10.2.1 Inleiding______________________________________________________________________5610.2.2 Technische informatie___________________________________________________________56

10.3 Vergelijking USB-Firewire_________________________________________________57

Page 7: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

1 COMPUTERARCHITECTUUR

1.1 Inleiding

1.2 RISC versus CISC

Complex instruction set computers zijn ontstaan doordat er steeds meer instructies aan de instructieset werden toegevoegd om tegemoed te komen aan de wensen van programmeurs

Veel vernieuwende aspecten werden uitgedacht voor computers met een gereduceerde instructieset.

Intel moest zijn 80x86 architectuur afstemmen op RISC-architecturen, om prestatieverbeteringen te kunnen implementeren.

1.2.1 Eigenschappen van RISC

Alle RISC instructies hebben een vaste grootte. Traditioneel is deze 4 byte. RISC is een typische load/store architectuur. Dit wil zeggen dat alle instructies

betrekking zullen hebben op de registers van de processor. Er zijn dus meer instructies nodig om een bewerking uit te voeren die op een CISC architectuur met slechts een enkele instructie kan worden uitgevoerd.

RISC computers hebben een 32 tal registers zonder specifiek doel. (GPR: general purpose register)

RISC processoren volgen de harvard architectuur. Er is dus scheiding van datageheugen en programmageheugen.

Door de eenvoud kan men vele instructies implementeren in hardware. (hardwiring)

1.2.2 Soorten instructies

Alle RISC instructies kunnen worden onderverdeeld in een van 3 categorieën: ALU-instructies, load/store-instructies of voorwaardelijke- en onvoorwaardelijke instructies.

1.2.3 De klassieke 5-traps RISC-pipeline

Instruction fetch, instruction decode, execute, memory access (ophalen uit of schrijven naar geheheugen), write back (registers vullen indien nodig).

Problemen treden op wanneer er voorwaardelijke spronginstructies worden gebruikt. De volgende op te halen instructie is pas bekend na het volledig doorlopen van de pipeline. Om dit probleem aan te pakken zijn er twee mogelijke benaderingen:

Wachten tot de volgende instructie gekend is.

Page 8: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

Een voorspelling proberen maken. Als de voorspelling fout bleek te zijn, moet de volledige pipeline worden geleegd. Intel voerde hypertreading in, zodat er van de verloren tijd nog gebruik kan worden gemaakt om een andere thread uit te voeren.

1.3 Een overzicht van de Intel 80x86 processorfamilie

1.3.1 Voorbeeld: de 8086 en 8088 microprocessor (nog doen)

1.4 Betrouwbaarheid en beschikbaarheid

1.4.1 Definities

De betrouwbaarheid van een computersysteem is afhankelijk van de volgende parameters:

MTTF: Mean time to failure. De gemiddelde tijd tussen ingebruikname en fallen MTTR: Mean time to repair: De gemiddelde tijd nodig om de fout te herstellen MTBF: Mean time between failures: som van MTTF en MTBF. Tijd tussen twee

opeenvolgende fouten.

De beschikbaarheid van een systeem wordt gedefineerd als:

1.4.2 Voorbeeld: nog doen

1.5 Benchmarks (nog doen)

1.5.1

1.5.2

1.5.3 Betrouwbaarheid van een USB stick

Het herschrijven van een USB stick kan niet oneindig veel keer. Door een bestand steeds te kopiëren en te verwijderen, kan de USB stick onherstelbaar beschadigd worden.

1.6 Vermogenverbruik van een processor (nog doen)

1.6.1 Dynamisch vermogen

Het dynamisch vermogenverbruik van de processor wordt bepaald door de short circuit current en de switched capacitance.

Page 9: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

Short circuit current

M.b.v. van een CMOS-invertor kan men aantonen dat tijdens het schakelen van de twee transistoren deze samen gedurende een korte tijd in saturatie staan. Hierdoor zijn de voedingsspanning en de massa tijdelijk verbonden waardoor een kortsluit stroom ontstaat.

Het vermogen verlies bedraagt ongeveer 15% van het totale dynamische vermogen.

Switched capacitance

Omdat binnen een CPU er voortdurend moet worden geschakeld, is er een zeker vermogen nodig. Dit vermogen wordt benaderd door:

Met a het aantal transities, C de totale capaciteit van de processor, V de spanning van de processor en f de klokfrequentie. Door een van deze grootheden te laten afnemen, kan het dynamisch vermogenverbuik van de processor worden verminderd. Dit kan op de volgende manieren:

Het aantal transacties beperken kan door ongebruikte delen van de CPU tijdens een klokcyclus af te sluiten. Deze techniek heet clock gating

De capaciteit beperken kan door de grootte van de transistoren te reduceren. Dit zal echter wel zijn weerslag hebben op de performantie van de CPU.

De reductie van de spanning is de meest aangewezen techniek, omdat het vermogen er kwadratisch van afhankelijk is. Omdat de vertragingstijden bij het schakelen toeneemt bij een lagere spanning, moet ook de klokfrequentie worden aangepast. Deze techniek heet dynamic voltage scaling.

1.6.2 Statisch vermogen

Statisch vermogen is het gevolg van alle lekstromen van de transistoren. Door het toenemend aantal transistoren, zal het statisch vermogen toenemen.

1.6.3 Koeling van de processor

Om de door de CPU geproduceerde warmte af te voeren, monteert men een koeltoren bovenop de behuizing van de CPU. De dimensionering van deze koeltoren is afhankelijk van twee parameters. Enerzijds de maximum draagvermogen van de behuizing van de CPU. Anderzijds de minimalisatie van de thermische weerstand tussen koeltoren en omgeving.

De af te voeren warmte is onderhevig aan drie thermische weerstanden. Het gaat telkens om de scheiding tussen de volgende oppervlakken:

De kern van de CPU De behuizing van de CPU De koeltoren

Page 10: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

De omgeving

Het temperatuursverschil is gelijk aan het product van vermogen en kwadraat van de thermische serieweerstand.

Page 11: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

2 COMPUTERVOEDINGEN

2.1 Inleiding

Wanneer een belasting aan een spanningsbron wordt gekoppeld, zal de spanning afgegeven door deze bron dalen naarmate de belasting stijgt. Omdat deze daling ongewenste effecten in digitale schakelingen veroorzaakt, zal men de voeding stabiliseren, zodat deze een constante spanning afgeeft.

2.2 Lineaire voeding met seriestabilisatie

2.2.1 Inleiding

Voor toestellen die gevoelig zijn aan ruis.

2.2.2 Principe

Het basisprincipe is eenvoudig: in serie met de belasting wordt een weerstand aangebracht die in staat is om zichzelf aan te passen, zodat de uitgangsspanning constant blijft.

2.2.3 Voorbeeld: Lineaire voeding met seriestabilisatie

De lineaire voeding doet achtereenvolgens volgende taken: aftransformeren, gelijkrichten, afvlakken, stabilisatie.

Tekening pg. 24

De stabilisatie gebeurt als volgt:

Als de belasting afneemt, stijgt de belastingsweerstand, en neemt de belastingsstroom af.???

Als de belastingsstroom afneemt, stijgt de ingangsspanning.???? Wanneer de ingangsspanning toeneemt, neemt de collector stroom toe. Door de stijging van de collectorstroom, neemt de belastingsstroom toe. De spanning tussen basis en emittor daalt hierdoor, waardoor ook de basisstroom

daalt. Deze daling veroorzaakt dan een daling van de collectorstroom. De toename van de

ingangsspanning is hiermee gecompenseerd.

De transistor wordt gebruikt als emittervolger. Dit heeft als voordeel dat de impedantie vrij groot is, en de uitgangsimpedantie vrij klein is.

Door twee transistoren te gebruiken, kan men een nog betere stabilisatie verkrijgen. Deze opstelling heeft alle kenmerken van een regelsysteem.

Page 12: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

2.3 Geschakelde voedingen

2.3.1 Inleiding

Geschakelde voedingen hebben een hoger rendement. Door de verliezen van lineaire voedingen is men genoodzaakt om bij hogere vermogens gebruik te maken van geschakelde voedingen.

Geschakelde voedingen implementeren de serieweerstand door een DC-DC convertor te gebruiken.

2.3.2 Principe

De geschakelde voeding gebruikt een DC-DC convertor met terugkoppeling. De ingangsspanning wordt op periodieke wijze onderbroken, er ontstaat een blokgolf. Deze wordt met een tweede orde filter terug gelijkgericht. De waarde van de uitgangsspanning wordt bepaald door de plaatsing van de componenten, de schakelfrequentie en de kracht van de tweede orde filter.

De duty cycle van de schakelaar wordt bijgestuurd door een comparator die een fractie van de uitgangsspanning vergelijkt met een referentiespanning.

Zie figuur p.26

We onthouden dat een spoel streeft naar een constante stroom, en een condensator streeft naar een constante spanning.

2.3.3 De Buck converter

Page 13: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

2.3.4 De Boost converter

Page 14: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

2.3.5 De buck boost converter

Page 15: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

3 MOEDERBORDEN EN IO-BUSSEN

3.1 Componenten

3.1.1 BIOS

Historiek

Ten tijde van de IBM PC bouwden Microsoft en IBM gezamenlijk een besturingssysteem dat uit twee lagen bestond. De laag van IBM heette BIOS en de laag van Microsoft heette DOS.

BIOS werd in ROM geheugen opgeslagen, terwijl DOS een verzameling programma’s omvatte, die tijdens het opstaren in het ramgeheugen moest worden geladen.

Functie

BIOS vormt de schakel tussen de hard- en software. De programmacode van de BIOS is op maat van de hardware geschreven, dus is de BIOS niet van het ene moederbord naar het andere overdraagbaar. Het BIOS bestaat uit 4 onderdelen:

De POST: power-on self-test De BIOS Setup utility staat de gebruiker toe een aantal instellingen te wijzigen. De

wijzigingen worden opgeslagen in een hoeveelheid ram die onder spanning wordt gehouden door een batterij.

Het systeem BIOS bevat routines die voortdurend actief zijn. Ze zorgen voor de vertaling van instructies van het besturingssysteem naar commando’s die de hardware begrijpt. Deze routines worden aangeroepen door software interrupts.

Diagnostics staan toe dat eigenschappen van een apparaat automatisch worden gedetecteerd en ingesteld.

EFI als vervanger van BIOS

Extensible firmware interface vervangt de functie van het BIOS. Er wordt gebruik gemaakt van een GUID partition table. Er worden maximaal 128 partities ondersteund. De partitietabel wordt beter beschermd door gebruik te maken van redundantie. EFI werkt uitsluitend met LBA.

3.1.2 CPU slot/socket

Door incompatibiliteit van L2 cache-geheugens, maakten de producenten na verloop van tijd kaarten die zowel een CPU, een buscontroller, als een eigen cache bevatte, en op het moederbord moest worden ingeprikt. De bus die de L2 cache met de CPU verbindt heet de backside-bus. Door de hoge productiekost van de kaart besloot men uiteindelijk de CPU en de cache in dezelfde chip te integreren.

Page 16: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

3.1.3 Chipset

De chipset bestaat uit een aantal chips die zorgen voor de communicatie tussen de CPU en de periferie. Deze bestaan onder andere uit:

Geheugencontroller Diskcontroller Toetsenbordcontroller DMA controller PIC Buscontroller

Aanvankelijk gebruikte men voor iedere periferiecomponent een aparte chip. Omdat de plaats op het moederbord beperkt is, gaat men uiteindelijk over naar een beperkt aantal chips om alle periferie aan te sturen.

North/South bridge architectuur

De ISA bus wordt via de south bridge chip verbonden met de PCI bus. De PCI bus wordt dan met de FSB verbonden via de north bridge chip. Dit heeft als gevolg dat de PCI bus wordt overspoeld met opdrachten voor de tragere apparaten op de ISA bus, wat nadelig is voor de snelheid van deze bus.

Hub architecture

De chips worden als hubs gebruikt, en vormen de kruispunten tussen de bussen. De snellere bussen worden aangesloten op de memory controller hub terwijl de tragere bussen op de io controller hub worden aangesloten.

3.1.4 Batterij

Deze batterij dient voor het onder spanning houden van geheugen dat diverse instellingen bevat.

3.1.5 Geheugenbanken

Er zijn steeds een aantal slots voorzien waarin geheugenmodules van een enkel type passen.

3.2 IO Bussen

3.2.1 Industry Standard Architecture: ISA

Oorspronkelijk een 8 bit bus, maar later uitgebreid naar een 16 bit bus, doordat de breedte van de databus van de processor nu ook 16 bit bedroeg.

Page 17: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

De 16 bit connector is compatibel met de 8bit connector, zodat oudere 8 bit kaarten nog steeds konden worden gebruikt.

De originele klok van de bus bedroeg 4.77 MHz, terwijl de 16 bit versie 6 en later 8 MHz als kloksnelheid had. Uiteindelijk werd vastgelegd dat de maximale kloksnelheid van de bus 8.33 MHz bedroeg.

De 8bit versie telde 62 lijnen, waaronder 20 adreslijnen en 8 datalijnen. De 16 bit versie had 98 lijnen, de toevoeging bestond onder andere uit 8 extra datalijnen.

3.2.2 Micro channel architecture: MCA

Doordat de databus van de 80386 32 bit breed was, poogde IBM om een 32 bit IO bus te ontwikkelen.

De MCA bus is superieur aan de ISA bus. Zo was onder andere een vorm van plug and play mogelijk. Een commercieel succes is het nooit geworden, doordat IBM veel geld vroeg voor een licentie op de technologie. Daardoor bleeft deze bus vooral beperkt tot IBM systemen.

3.2.3 Extended industry standard architecture: EISA

32 bit uitbereiding van de ISA bus, als antwoord op de MCA bus. De compatibiliteit met de ISA bus bleef behouden. De connector was dezelfde, met het verschil dat er nu pinnen langs beide zijden van de connector aanwezig waren.

3.2.4 Lokale Bussen

Om te vermijden dat snelle apparaten worden gehinderd door tragere apparaten op de bus, sluit men sommige snelle apparaten aan op een speciale toegewijde bus die zich fysisch dichter bij de CPU bevindt. Dit is een lokale bus.

3.2.5 Video Electronics Standard Association: VESA local bus

Het idee was dat de een snelle periferiecomponent rechtstreeks op de CPU bus kon worden aangesloten. Uiteindelijk kon de toename in snelheid van de CPU door de periferie niet meer worden gevolgd, en verdween te VESA bus.

3.2.6 Peripheral component interconnect: PCI

Ontwikkeld door Intel. De lokale bus is gelegen tussen de CPU en de ISA bus. Busbreedtes zijn 32 bit of 64 bit, snelheden van 33.33 MHz tot 133.33 MHz.

Bij PCI wordt tijdens een klokcyclus een datapakket doorgestuurd. De snelheid is te berekenen als product van klokfrequentie en busbreedte.

Page 18: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

3.2.7 Accelerated graphics port: AGP

Ontworpen door Intel, en deels gebaseerd op de PCI bus. Er is steeds slechts 1 AGP slot voorzien voor het aansluiten van een grafische adapter. Het doel is een point-to-point verbinding maken tussen grafische adapter en geheugen.

Een overzicht van de verschillende versies van AGP:

Page 19: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

# Databits Klokfrequentie Datapaketten / cyclus Bussignalering Keyed

connector

AGP 1.0 32 66,66 MHz 1x/2x 3.3V 3.3V

AGP 2.0 1x/2x/4x 1.5V 1.5V

AGP 3.0 4x/8x 0.8V 1.5V

AGP Pro

AGP 3.0 kaarten kunnen niet in een AGP 2.0 slot worden geplaatst, sommige moederborden staan echter wel het omgekeerde toe.

De AGP pro specificatie defineert een langer slot, en een hoger vermogen van de kaarten.

3.2.8 PCI-Express

Maakt gebruik van een serieel en differentieel full duplex kanaal. Er zijn dus 4 geleiders per lane nodig. Data transport kan in beide richtingen en over meerdere lanes (interleaving en striping).

Er is ondersteuning voor 1 tot 32 lanes. Het aantal lanes bepaalt de vorm van het slot. Er zijn steeds acht controlelijnen aanwezig.

Om synchronisatieproblemen te voorkomen, gebruikt men 8B/10B codering.

3.2.9 Klassieke PCI: praktisch

Terminologie

De agents op de bus zijn in twee soorten in te delen. Initiators (of masters) starten de overdracht. Targets (of slaves) zijn steeds het doel van de gegevensoverdracht. Iedere initiator is tevens ook target.

Er zijn theoretisch 256 bussen mogelijk met elk 32 devices per bus. Iedere component van een uitbereidingskaart wordt aanzien als een device. Elk device kan maximaal 8 functies ondersteunen. Een functie van een device wordt een logisch device genoemd. Elk device beschikt over zijn eigen adresruimte, dat controle- en stuurregisters bevat.

Page 20: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

PCI busklok

Overdrachten verlopen synchroon met een kloksignaal dat tot 33 MHz kan bedragen. Voor recentere standaarden ligt dit hoger. Alle gebeurtenissen vinden plaats op de stijgende flanken van de klok. De frequentie van de klok kan on the fly worden aangepast.

PCI Signalen (13)

RST#: asynchrone reset TRD#: Target ready, target meldt dat hij gereed is voor zenden/ontvangen STOP#: Target meldt dat hij de transactie stopt DEVSEL#: Device select. Ieder target op de bus gaat na of het adres op de bus tot zijn

adres ruimte behoord en meldt indien nodig aan de initiator. FRAME#: voor begin en einde van een transactie IRDY#: initiator meldt aan target dat hij klaar is om te sturen/ontvangen. LOCK#: wordt gebruikt door de initiator om exclusive acces tot het target te

verkrijgen tijdens atomaire transacties. AD: 32bit adresbus C/BE:4 bit command/byte enable bus. Duidt de byte van het geadresseerde word aan,

en over welke lane het moet worden verstuurd. PAR: pariteit van AD en C/BE

Er zijn ook foutsignalen:

PERR#: geeft aan dat er een fout in de pariteit is opgetreden SERR#:Kritieke systeemfouten die soms tot een NMI leiden, (met een restart als

gevolg).

En 4 interrupts:

INTA# -> INTB# Ook message signaled interrupts. De boodschap wordt in dit geval naar de chipset

gestuurd.

Reflected wave switching

Het basis idee achter RWS is dat de er slechts de helft van het voltage wordt uitgestuurd. De andere helft wordt door de gereflecteerde golf geleverd.

Busarbitrage signalen

REQ#: de initiator vraagt aan de arbiter toegang tot de bus. Elke initiator is met zijn eigen REQ lijn verbonden met de busarbiter.

GNT#: grant. De arbiter kent de bus toe aan de initiator.

Page 21: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

De PCI arbiter is veelal geïntegreerd in de PCI chipset. De beslissing om een bepaalde intiator toegang tot de bus te geven is gebaseerd op een fairness algoritme. Masters van gelijke snelheden worden in groepen geplaatst. Een groep van snelle masters wordt in een tragere groep tussen de andere masters gescheduled. Er komt telkens een andere master aan de beurt tussen twee snellere masters.

Page 22: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

4 GEHEUGEN

4.1 Inleiding

Twee soorten geheugens: ROM en RAM

4.2 Niet-volatiele geheugens

4.2.1 Erasable Progammable ROM: EPROM

Indien niet geprogrammeerd bevat alle cellen van een EPROM een logische 1. Er wordt een nul geprogrammeerd met behulp van hot electron injection. Het geheugen kan worden gewist door het met UV licht te bestralen.

4.2.2 Electric Erasable PROM

Deze geheugensoort kan nu ook elektrisch worden gewist.

Flash geheugen gebruikt een gelijkaardige techniek, maar is enkel blokadresseerbaar. Doordat er minder lijnen zijn, is dit geheugen kleiner, staat het een hogere densiteit toe en is het goedkoper.

4.2.3 Non-volatile RAM: NVRAM

Combinatie van SRAM en een batterij.

4.3 Volatiele geheugens

4.3.1 DRAM

Een DRAM geheugencel bestaat uit een transistor en een condensator. Door het de condensator op te laden en te ontladen, wordt de toestand van het geheugen bewaard. De gate van de transistor is verbonden met de word line, de source met de bit line. Wanneer de transistor in geleiding staat, ontlaadt de condensator, en verliest de geheuncel na verloop van tijd zijn waarde. Daarom worden ze periodiek heropgefrist.

DRAM is traag in vergelijking met SRAM, maar goedkoper en laat een hogere densiteit toe. Bruikbaar voor hoofdgeheugen.

Bruikbaar voor snelle caches.

Page 23: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

4.3.2 SRAM

Bij SRAM worden de geheugencellen gerealiseerd door D-flipflops. Deze blijft zijn toestand bewaren, zolang hij onder spanning wordt gehouden. Er zijn minstens 2 transistoren nodig, en enkele weerstanden, waardoor deze geheugencel duurder is en meer plaats inneemt.

4.3.3 Fast Page Mode DRAM

FPM DRAM is de eerste poging om de snelheid van DRAM te verhogen, om zo toch snelle en goekope geheugens te kunnen produceren.

In FPM DRAM wordt het geheugen aanzien als een matrix van bitcellen, waarbij elke rij een pagina noemt. De grootte van een pagina varieert van 512 byte tot enkele kilobytes.

Wanneer men binnen dezelfde pagina blijft, volstaat het kolomadres om de data te lokaliseren. Wanneer de data zich in een andere pagina bevindt, moet men ook het rijadres doorsturen.

Aanvullend gebruikt men ook burst mode cycling waarbij men bij het opvragen van een geheugenadres ook de drie volgende adressen meegeeft. (lokaliteit!).

Door interleaving te gebruiken, kan men de snelheid van het geheugen nog verder opdrijven. Interleaving houdt in dat terwijl de ene geheugenbank bezig is met gegevens versturen, een tweede geheugenbank reeds kan worden geadresseerd. Een nadeel is dan dat de aanliggende geheugenbanken dan gelijke geheugenmodules moeten bevatten.

4.3.4 Extended Data Out RAM: EDO RAM

In plaats van adresgegevens voor de volgende geheugenbank, worden nu adresgegevens voor de volgende geheugencel klaargezet tijdens de datacyclus.

De aangrenzende banken moeten nu geen gelijke geheugenmodules meer bevatten. Er is een snelheids winst van 20 à 30% t.o.v. FPM DRAM.

4.3.5 SDRAM

De gegevens overdracht gebeurt enkel nog op discrete tijdstippen. De klok van het geheugen loopt synchroon met de moederklok. De kloksnelheden variëren tussen 66 en 133 MHz.

4.3.6 DDR SDRAM

De doorvoersnelheid wordt verdubbeld, zonder opvoeren van het kloksignaal. Er worden nu ook overdrachten gedaan op de dalende flanken van de klok. Deze techniek heet double transition clocking.

Page 24: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

4.3.7 DDR2 SDRAM

Er wordt nu gebruik gemaakt van differentiële lijnen, waardoor de kloksnelheid kan worden opgedreven. Snelheden van 200 tot 500 (1066) MHz

4.3.8 RDRAM

Door de gebruikte breedte op de databus te reduceren, kan de kloksnelheid aanzienlijk worden opgedreven. De overdrachten gebeuren ook op de beide flanken van de klok. Alle modules worden in een pad verbonden. Ongebruikte geheugenbanken moeten een speciale module bevatten die de continuïteit van het pad garandeert.

4.4 De memristor

4.4.1 Inleiding

De memristor is een weerstand met geheugen die zijn weerstand kan behouden eens de spanning wordt onderbroken.

4.4.2 Principe

Het bestaan van de memristor werd ontdekt doordat men opzoek ging naar de 4 passieve component die het vooralsnog onbekende verband geeft tussen elektrische lading, en magnetische flux.

Page 25: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

4.4.3 De HP titaniumoxide memristor

Page 26: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

4.4.4 Stapreactie van een theoretische memristor

Page 27: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

5 GRAFISCHE ADAPTERS

5.1 Inleiding

Grafische adapaters voorzien een interface tussen de computers en het display. Specifieke VGA technologieën zijn beter bekend onder hun eigenshappen, dan onder hun afkorting.

5.2 Het tijdperk van de VGA controller

De uitgang van een VGA compatibele adapter is analoog. Aanvankelijk waren de eerste grafische adapters wel digitaal, maar men zag dat de enige oplossing om een groter kleurbereik te bekomen, een analoog signaal te gebruiken.

Bij een analoge benadering voorziet men 64 intensiteitsniveaus per kleurkanaal. Er zijn dus 643 mogelijke kleuren. Door de beperkingen van de hardware kon men vroeger slechts 256 van deze kleurcombinaties tegelijk tonen. Bij een hogere resolutie (vanaf 640x480) kon men er slechts 16 tonen.

5.2.1 Super VGA

Om de concurrentie aan te gaan met de hogere resolutie XGA adapters van IBM, ontwierp een groep fabrikanten een kaart een groep van adapter onder de naam SVGA. Deze kaarten vormen een uitbereiding op de VGA standaard.

De vier monitor ID lijnen van de SVGA connector werden gebruikt voor detectie en identificatie van het display.

5.3 Het tijdperk van de GPU

5.3.1 Componenten van de grafische adapter

Volgende componenten zijn vrijwel altijd op de grafische adapter aanwezig:

Video BIOS Videoprocessor Videogeheugen DA convertor Video driver

Page 28: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

De videoprocessor

Geëvolueerd van een vaste, voorgeprogrammeerde logische schakeling naar een volledige parallelle programmeerbare grafische processor, met honderden cores en duizenden threads. Recentelijks heeft men wijzigingen toegebracht die toelaten om van de rekenkracht gebruik te maken voor andere toepassingen.

De DA convertor

Is een RAMDAC chip, die drie interne DAC’s bevat. Een voor elk kleurkanaal. De snelheid van de RAMDAC is bepalend voor het aantal beelden dat per seconde kan worden getoond.

Het videogeheugen

Low-cost en onboard adapters maken gebruik van het hoofdgeheugen, men spreekt van shared memory. Duurdere adapters hebben dedicated videogeheugen, op de adapter zelf. Omdat bestaande technologieën niet snel genoeg waren, zijn er speciale geheugentechnologieën ontwikkeld voor videotoepassingen.

RAM berekeningen

De hoeveelheid geheugen die een grafische processor nodig heeft, wordt bepaald door het product van maximale resolutie, en de kleurdiepte.

Om de snelheid te verhogen maakt men gebruik van twee geheugenbuffers. De frontbuffer en de backbuffer. Terwijl het beeld in de frontbuffer wordt getoond, bouwt men reeds het volgende beeld op in de backbuffer.

Voor 3D-kaarten heeft men nog een derde buffer nodig: de z-buffer. Deze wordt gebruikt om de diepte van de pixels op te slaan. Aan de hand van deze gegevens weet men welke pixels er moeten worden getoond en welke niet. Door het gebruik van 3 geheugenbuffers, is de hoeveelheid geheugen die men nodig heeft aanzienlijk.

API’s

De API’s worden gebruikt om commando’s en data naar de grafische adapter te sturen via de device driver.

5.3.2 GPU computing

Om de GPU te gebruiken voor niet-grafische toepassingen kan men de grafische API misbruiken. (General purpose computing on GPU) Dit is niet zo eenvoudig. Anderzijds kan men ook gebruik maken van een speciaal ontwikkelde parallelle programmeeromgeving. (GPU computing)

Page 29: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

Voor NVIDIA kaarten kan er gebruik gemaakt worden van de CUDA omgeving. Er is een driver met ondersteuning voor CUDA nodig, alsook te CUDA-toolkit.

Page 30: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

6 LOGISCHE OPBOUW VAN SCHIJVEN

6.1 Basisbegrippen

Vaste schijven bestaan uit minstens een fysieke schijf of platter. Van iedere platter worden ge beide kanten gebruikt. Er zijn dus ook twee lees/schrijfkoppen nodig voor iedere platter.

Gegevens op de schijf worden onderverdeeld in tracks, concentrische cirkels op de platter. Elke cirkel wordt in segmenten verdeeld, sectoren genaamd. Meestal zijn er 63 sectoren van 512 bytes per spoor.

De verzameling sporen op alle platters die op eenzelde afstand van het middenpunt zijn gelegen noemt men cylinders. Het is voordelig om gegevens op dezelfde cylinder te plaatsen, zodat de koppen niet hoeven verplaatst te worden. Alle koppen zijn immers op dezelfde as gemonteerd.

Er zijn 3 coordinaten nodig om de locatie van een gegeven eenduidig te bepalen: cylindernummer, sectornummer en kopnummer. Deze adresseringsmodus wordt gebruikt door het BIOS.

6.2 Logische sectoren

Het operating systeem maakt meestal gebruik van logische sectornummers, zodat een sector met slechts een parameter eenduidig kan worden bepaald. Het nummeren gebeurt in de volgorde sector, kop, cylinder. De nummering start uiteraard bij sector 0, kop 0 en cylinder 0. (cylinder = hoogste orde, sector = laagste orde)

6.3 Partities

In oorsprong konden schijven maximaal in 4 primaire partities worden onderverdeeld. De clustergrootte ligt aan de basis van de verspreiding van gegevens over meerdere partities

Een cluster is de kleinste adresseerbare eenheid op het niveau van MSDOS. Een cluster omvat steeds een aantal sectoren dat een macht van twee is.

Bij grote schijven is de clustergrootte aanzienlijk, zodat de kans op schijfverspilling aanzienlijk is. Veel bestanden gebruiken slechts een klein deel van de laatste sector. De rest van de ruimte kan niet door een ander bestand worden gebruikt.

Door de schijf in meerdere partities op te delen, wordt de clustergrootte beperkt, zodat er minder ruimte verloren gaat.

Page 31: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

Tegenwoordig is de verklaring om een schijf te partitioneren te vinden in het feit dat gebruikers meerdere operatingsystemen willen gebruiken. In dit geval is 4 partities al snel te weinig. Daarom kan men een van de 4 primaire partities gebruiken als uitgebreide partitie, die dan meerdere logische partities kan bevatten. Dit aantal is beperkt tot 23 partities (A,B,C gereserveerd.)

6.4 Opstarten van een PC voorzien van een windows besturingssysteem

De voeding controleert op gebrekkige aansluitingen De BIOS voert de POST uit. Hierbij wordt in diverse ROM geheugens gezocht naar

de 55aa codes, die worden gevonden in de ROMS van periferiecomponenten. De inhoud van deze geheugens worden geladen en uitgevoerd, zodat deze apparaten kunnen worden geïnitialiseerd. Verder wordt ook de totale hoeveelheid RAM bepaald.

Er wordt naar een opstartmedium gezocht. Onderstel een vaste schijf. De MBR van de schijf wordt gelezen, die de partitietabel bevat. Hieruit wordt de

opstartpartitie bepaald. De bootsector van de opstartpartitie wordt gelezen. Deze bevindt zich steeds in de

eerste sector van de partitie. Deze sector bevat de bootstrapcode nodig om het besturingssysteem op te starten.

De NTLDR bevat wordt geladen en uitgevoerd. Dit omvat volgende taken:o De processor wordt naar flat 32 mode geschakeld.o De bootbestand boot.ini wordt geladen. (indien meerdere versies windows, is

dit hierin opgenomen.)o De kernel en de hardware abstraction layer wordt geladen.o De systeeminstellingen worden geladeno De controle wordt overgegeven aan de kernel.

6.5 Layout van de MBR

De MBR bestaat uit drie delen:

446 bytes machine code 4 x 16 bytes voor elk van de 4 partities 2 bytes Bootsignatuur 0xAA55

De MBR bevat hoogstens 446 bytes aan machine code. De ingangen van de partitietabel bestaan uit 6 velden:

1 byte Bootvlag 3 byte Beginpositie van de partitie 1 byte Systeemindicator 3byte Einde van de partitie 4 byte LBA adres van de beginsector 4 byte Grootte.

Page 32: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

6.6 De windows Vista MBR

In eerste instantie wordt de volledige MBR byte per byte naar de adressen 0000:0600 gekopieerd.

6.7 Layout van een partitie

6.7.1 Layout van een FAT12/FAT16 partitie

FAT12 wordt enkel nog gebruikt voor diskettes. FAT16 is in onbruik geraakt door de opmars van FAT32 en NTFS. In een Microsoft-omgeving is het enkel mogelijk een diskette te formatteren met het FAT12 bestandssysteem. De layout:

Boot

FAT 1

FAT 2

Hoofddirectory

Data

De hoofddirectory neemt een vaste plaats in.

6.7.2 Layout van een FAT32 partitie

Om tegemoet te komen aan de beperkingen van FAT16 werd FAT32 ontwikkeld. De maximum partitiegrootte werd verhoogd van 2GB naar 2TB. (Bij FAT16 zijn er maximum 216

clusters à 32 kB per cluster, geeft 2 GB). De beperking van 254 ingangen in de FAT valt weg, doordat de hoofddirectory geen vaste plaats meer heeft.

6.7.3 Layout van een NTFS partitie

Vanaf NT4.0 heeft de gebruiker de keuze om een partitie te formatteren als NTFS of FAT32. Het NTFS bestanddssysteem biedt een aantal voordelen:

Efficiënter gebruik van de partitieruimte. Betere herstelbaarheid van het bestanddssyteem. Betere beveiliging op bestandsniveau Encryptie Compressie Ondersteuning voor lange bestandsnamen.

Page 33: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

Er zijn echter ook een aantal nadelen verbonden aan NTFS:

Niet toegankelijk vanuit MSDOS Niet geschikt voor partities kleiner dan 400 MB

De layout van een NTFS partitie ziet er als volgt uit:

Boot

MFT

Data

MFT mirror

Data

De eerste 4 bytes van de MFT worden in het midden van de partitie herhaald om de kans te minimaliseren dat bij het beschadigen van het origineel, ook de kopie zou worden beschadigd. Bij FAT16 liggen origineel en kopie vlak naast elkaar zodat de kans groot is dat beiden beschadigd raken.

6.8 Het FAT-bestandssysteem

6.8.1 De FAT-tabel

Een bestand of directory neemt steeds minstens 1 cluster in beslag. De structuur die verantwoordelijk is voor de volledige samenhang van het bestandssysteem is de file allocation table. Deze tabel bevat per cluster een ingang met de volgende informatie:

Statusinformatie indien de cluster niet gebruikt is. De mogelijke waarden zijn vrij, gereserveerd of slecht.

Indien de cluster wel in gebruik is, een verwijzing naar de volgende cluster die door het bestand wordt gebruikt, of een markering dat de cluster de laatste cluster van het bestand is.

Bij ieder bestand hoort een startcluster dat wordt bijgehouden door de directory. Indien deze startcluster de markering bevat dat het de laatste cluster is, bestaat het bestand slechts uit een cluster. Ander halen we met behulp van opeenvolgende verwijzingen, de opeenvolgende clusters op, totdat er een cluster met een eindmarkering voorkomt. Om het bestand te bekomen, worden alle clusters in volgorde van ontdekken samengevoegd.

De eerste ingang van de FAT tabel wordt gebruikt om de medium descriptor byte in te plaatsen. De overige bits worden op 1 gezet, alsook de volledige tweede ingang.

Page 34: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

Omdat een ingang in de FAT tabel 1,5 bytes lang is, worden deze ingangen gegroepeerd per 3 bytes van twee ingangen. Omdat Intel little endian gebruikt, kunnen we de individuele ingangen als volgt terugvinden:

De eerste ingang kan worden teruggevonden door de eerste twee bytes van plaats te verwisselen, en daarvan de 12 minst beduidende bits te nemen.

De tweede ingang kan worden teruggevonden door de laatste twee bytes te verwisselen, en daarvan de 12 meest beduidende bits te nemen.

6.8.2 Directories onder FAT

Een directory is net als een bestand in FAT niets anders dan een verzameling van clusters. Iedere directory bevat een aantal ingangen die verwijzen naar de bestanden of subdirectories. Om de volledige directorystructuur te kunnen tonen, is er behoefte aan een vast ankerpunt: de hoofddirectory. In FAT32 is deze directory verspreid over het gehele datagebied. De startcluster van de hoofddirectory is terug te vinden in de bootsector van de partitie. Elke entry voor een bestand of subdirectory heeft de volgende vorm:

Lengte (B) Veldnaam

8 Bestandsnaam

3 Extensie

1 Attribuut

8 Gereserveerd

2 MSB startcluster

2 Tijdstip aanmaak/wijziging

2 Datum aanmaak/wijziging

2 Startcluster

4 Bestandsgrootte

De lengte van iedere ingang is 32 byte. Als de clustergrootte 512 bytes bedraagt, kunnen er dus maximaal 16 ingangen worden opgeslagen. De filenaam bedraagt maximum acht tekens. Het eerste teken van de bestandsnaam kan een speciale betekenis hebben. Het attribuut van het bestand geeft de soort en een aantal extra eigenschappen.

Page 35: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

6.8.3 VFAT

VFAT voegt een aantal wijzigingen toe zodat de limiet van 8 karakters voor bestandsnamen wordt opgeheven. Het doet dit door gebruik te maken van een virtual file allocation table.

Om een lange bestandsnaam te voor te stellen, voegt men een aantal extra tabelingangen voor de normale ingang. Om aan te geven dat het over ingangen gaat voor lange bestandsnamen, geeft men het attribuut byte van de extra ingangen de waarde 0x0F. Zo blijft de notatie compatibel met het klassiek systeem.

De VFAT ingangen bevatten een volgnummer van 1 byte, en naamvelden van 2 byte. Het laatste bit van het volgnummer geeft aan of het de laatste ingang is van de lange bestandsnaam.

6.9 Het NTFS bestandssysteem

6.9.1 NTFS clusteradressering

Clusteradressen zijn 64 bit breed. Bij een clustergrootte van 64 kB, zou de maximale partitiegrootte 256 EB. De 2TB beperking van de MBR is hier dus dominerend.

6.9.2 NTFS-Structuur

NTFS maakt gebruik van een master file table. Deze bevat ingangen met vaste grootte van 1 kB.

In de meeste gevallen is er een 1-op-1 relatie tussen een ingang en een bestand of directory. (tenzij er sprake is van een extreem gefragmenteerde partitie.)

De ingangen in de MFT zijn in te delen in 3 soorten: metadata records, filerecords en directory records.

6.9.3 Metadata records

De eerste 16 ingangen van de MFT zijn voorbehouden voor metadata records. Deze ingangen zien er als volgt uit:

0 $mft Informatie over de MFT zelf

1 $mftmirr Informatie over de kopie van de MFT

2 $logfile Logfile

Page 36: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

3 $volume Volumebeschrijving

4 $attrdef Tabel met definities van attributen.

5 $. hoofddirectory

6 $bitmap

Bitmap die voor iedere cluster aangeeft of hij in gebruik is.

7 $boot

Informatie opgeslagen in de bootsector en gedeelte van de bootstrapcode

8 $badclus Lijst van slechte clusters

9 $secureSecurity descriptors voor alle bestanden van het volume.

10 $upcase Converteert alles naar upper.

11 $extend allerlei

12-15 gereserveerd

NTFS en bad cluster mapping

Wanneer het schrijven naar een cluster faalt wordt hij opgenomen in $badclus. Bij SCSI schijven is dit in eerste instantie overbodig, omdat het zelfreparerend is.

NTFS file journaling

Wijzigingen aan de MFT gebeuren transactioneel, zodat het systeem bestendiger is tegen fouten bij het incorrect afsluiten.

Page 37: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

6.9.4 NTFS attributen

Ieder record in de MFT bevat attributen die de beschrijving van het bestand of directory bevatten. De meest courante attributen:

Header: Recordnummer, aantal keer bekeken en MFT nummer directory $standard_information: klassieke attributen, tijdsaanduidingen, pointers naar

security descriptors. $file_name: meestal twee aanwezig. $data: bevat data zelf of verwijzing naar data.

Wanneer een attribuut te groot is om in het record zelf opgeslagen te worden, plaatst men het in het datagebied, en plaatst men een pointer naar het datagebied in het record. (resident/non-resident)

6.9.5 File records

In tegenstelling tot FAT slaat NTFS alle informatie over de bestanden op in het record van de MFT. De klassieke attributen van een record zijn:

Headero Het MFT record number voor identificatie en indexering. Directories

gebruiken dit nummer om het bestand te identificeren.o De record type flag: bestand, directory of verwijderdo De actual size en allocation size.o Het update sequence number.

$Standard_information $File_Name (lange naam) $File_Name (optionele 8.3 DOS compatibele naam) $Data

o Voor kleine bestanden is de data zelf aanwezig.o Voor grotere bestanden bevat het veld een pointer naar het begin van de cluster

run. De eerste pointer is het logische cluster nummer, vergezeld van het aantal clusters in de run. Als het bestandssysteem sterk gefragmenteerd is, zijn er meerdere pointers nodig. Deze bestaan uit het virtuele clusternummer en het aantal clusters in de run. Als er te veel pointers zijn, mag er een nieuw record worden toegevoegd.

De MFT en fragmentatie

De MFT is zelf ook een bestand, en kan door een toenemend aantal ingangen zelf gefragmenteerd geraken. Er is een bufferzone voorzien, die enkel wordt gebruikt in uiterste nood om extra records op te slaan. Deze buffer is zo groot dat fragmentatie geheel kan vermeden worden.

Page 38: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

6.9.6 Directory records

Voor het snel terug vinden van informatie is er nood aan indexering. Hiervoor wordt het filename attribuut gebruikt. De indexeringsinformatie bevindt zich in de directory records. Het directory record is een speciaal file record, met volgende velden:

Header $Standard_information Minstens één $File_name $Index_Root: bevat een kopie van alle $File_name attributen van alle bestanden die

zich in de directory bevinden $File_allocation: $Standard_information bevat het logische adres van een start cluster

van een buffer indien de $Index_root te groot zou zijn om in de MFT zelf op te slaan. $Bitmap:bezetting van iedere buffer in gebruik.

6.10 RAID

6.10.1 Algemeen

RAID staat voor rundundant array of independent disks. Het doel is het systeem te beveiligen tegen systeemcrashes. Door de data te verdelen over meerdere schijven en redundante informatie op te slaan, kan het systeem worden hersteld.

6.10.2 Striping

Striping is het wegschrijven van data in blokken over verschillende schijven.

Als de stripegrootte klein is, neemt de overdrachtssnelheid toe, doordat er van verschillende schijven kan worden gelezen. (hoe kleiner de stripes, hoe groter de kans dat ze verspreid zijn over verschillende schijven.). Voor de verwerkingssnelheid van de IO opdrachten is dit dan eerder nadelig omdat de opdracht op meerdere schijven betrekking heeft, en er dan slechts 1 IO opdracht tegelijk kan worden verwerkt.

Als de stripegrootte groot is, is de verspreiding over verschillende disken minimaal, waardoor een IO opdracht slechts betrekking heeft op een enkele schijf, en er meerdere kunnen worden uitgevoerd. De overdrachtssnelheid is dan ongeveer dezelfde als een single disk configuratie.

6.10.3 RAID 0

Deze vorm biedt geen enkele bescherming tegen een eventuele schijfcrash. Deze vorm houdt basic striping in. De de stripes worden verdeeld over diverse schijven. Er zijn steeds minstens twee vaste shijven nodig.

De voordelen:

Geen overhead van redundante informatie Eenvoudige controllers

Page 39: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

Eenvoudige implementatie

De nadelen:

Niet fouttolerant

6.10.4 RAID 1

Deze vorm houd striping en mirroring in. Elke schijf in de raidset krijgt een exacte kopie op een andere fysische schijf.

De voordelen:

In sommige gevallen bestand tegen meerdere schijfcrashes Er kan terzelfdertijd van origineel en kopie worden gelezen: leesperformantie

verdubbelt. Eenvoudigste te implementeren van al.

De nadelen:

Grootste overhead aan schrijven van redundante informatie. Geen verbetering van de schrijfperformantie. Veel disks nodig.

6.10.5 RAID 2

Er wordt een foutcorrigerende code opgeslagen op aparte schijven. De stripes worden klein genomen om een verhoogde overdrachtsnelheid te bekomen.

De voordelen:

De foutcorrigerende code staat toe om on the fly foutherstel te doen. Snelle overdracht door kleine stripes Controller blijft relatief eenvoudig

De nadelen:

Slechte IO performance Nog steeds een groot aantal redundante disks nodig.

6.10.6 RAID 3

Door een eenvoudige foutdetecterende code te gebruiken, i.p.v. een foutherstellende code wordt het aantal nodige disks voor redundante opslag beperkt tot 1. Door het gebruik van de foutdetecterende code, kan men nog steeds aan systeemherstel doen. Een verloren schijf kan worden herberekend door de XOR operatie te nemen van alle overige schijven.

Page 40: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

De voordelen:

Grote overdrachtsnelheden Aantal redundante schijven beperkt tot 1

De nadelen:

Slecthe IO performantie Complex controllerontwerp

Er zijn steeds minstens drie schijven nodig om RAID 3 te implementeren.

6.10.7 RAID 4

Nu worden de stripes groot genomen, zodat de IO verwerkingssnelheid hoger ligt. Doordat schrijfoperaties meestal op dezelfde schijf betrekking hebben, moet bij iedere schrijfopdracht de pariteitsschijf worden aangepast. Dit probleem is bekend als de schrijfstraf.

De voordelen:

Hoge IO performantie Slechts 1 redundante schijf

De nadelen:

Trage overdrachtssnelheid Slechte schrijfperformantie Zeer complexe controller

Er kan worden aangetoont dat de schrijfstraf beperkt kan worden tot twee leesacties en twee schrijfacties. (formules p. 106)

6.10.8 RAID 5

Ook hier worden de stripes groot genomen. De pariteitsinformatie wordt verspreidt over alle schijven. De voorkomt het IO knooppunt zoals in RAID 4.

6.10.9 RAID 6

Naast een horizontale pariteit, wordt er nu ook een verticale pariteit toegevoegd. Alle pariteitsinformatie wordt ook hier over alle schijven verdeeld.

De voordelen:

Zeer hoge fouttolerantie

De nadelen:

Page 41: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

Complexe controllerarchitectuur Controller overhead om alle pariteitsinfo te berekenen is extreem hoog Zeer slechte schrijfperformantie.

6.10.10 RAID 10

Er wordt een combinatie gemaakt van RAID 1 en RAID 0. Op een eerste set van disks wordt mirroring toegepast. Een tweede set van disks, bevat de zelfde data maar nu gestriped.

De voordelen:

Zeer hoge leessnelheid Zeer hoge IO verwerkingssnelheid Hoge fouttolerantie. Bij een crash van twee schijven kan het systeem worden hersteld.

De nadelen:

Dure implementatie wegens veel overhead aan informatie.

6.10.11 RAID 0+1

Nu wordt er eerst striping toegepast op een set van disks. Deze set wordt dan gemirrord op een tweede set.

De voordelen:

Hoge IO verwerkingssnelheid Zelfde fouttolerantie als RAID 5.

De nadelen:

Dure implementatie wegens veel overhead aan informatie.

6.10.12 RAID 53

Op een eerste set disks wordt RAID 3 toegepast, een tweede set bevat dezelfde data maar nu in gestripete vorm.

De voordelen:

Hoge overdrachtssnelheden ten gevolge van RAID 3 set Hoge IO verwerkingssnelheid ten gevolge van RAID 0 set.

De nadelen:

Zeer dure implementatie. Minstens vijf schijven nodig.

Page 42: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

6.10.13 RAID 51 en RAID 15

Deze implementaties staan toe dat bij uitval van twee disken er kan worden voortgewerkt. Wanneer er 3 schijven uitvallen, kan men het systeem nog steeds herstellen. Voor RAID 15 (5 naast 1) zijn er 5 schijven nodig. (2 voor de raid 0 set, 3 voor de raid 5 set.) Voor RAID 51 (1 na 5) zijn er 6 schijven nodig. (3 voor de raid5 set, en 3 voor de mirror). Het systeem heeft een zeer hoge lees en schrijf performantie maar is zeer duur en complex.

6.11 JBOD

Geen RAID, maar wordt dikwijls samen vermeld met RAID. Bij JBOD wordt een array van schijven herleid tot 1 logisch station. Het heeft volgende voordelen t.o.v. het gelijkaardige RAID 0:

Bij uitval van een schijf is er niet noodzakelijk dataverlies, omdat de data niet gestriped wordt.

De totale capaciteit is gelijk aan de som van de individuele capaciteiten. Bij RAID 0, is de kleinste schijf beperkend voor de capaciteit.

6.12 LVM

6.12.1 Inleiding

Biedt voordelen t.o.v. statische partities zoals dynamische herlocatie van ruimte, en intelligente benaming van volumes. Snapshots en copy on write behoren ook tot de mogelijkheden.

6.12.2 LVM2 voor Linux

LVM voegt 2 extra lagen toe tussen de partities enerzijds, en de schijven anderzijds. Deze lagen zijn de volume groups en logical volumes. Met physical volumes bedoelt men partities en schijven.

De bestandssystemen worden op de logische volumes geplaatst.

Elk logisch volume maakt deel uit van een volume Group. Alle logische volumes kunnen gebruik maken van de zelfde hardware media. Elke volume groep bevat ook een of meerdere fysische volumes (partities of schijven).

6.12.3 LVM2 mogelijkheden

Ondubbelzinnig benoemen van volume groepen en logische volumes. Verkleinen en vergroten van logische volumes. Aanmaken van snapshots. Toevoegen en verwijderen van schijven aan een logische volume groep.

Page 43: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

Onder LVM2 bestaat de mogelijkheid om de rootpartitie onder te brengen in een logisch volume. Er dient dan worden voor gezorgd dat kernel op een aparte partitie staat, of dat de bootloader LVM2 herkend.

6.12.4 Linux Commando’s

Pvcreate, vgcreate, vgdisplay, lvcreate, …

Page 44: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

7 FYSISCHE OPBOUW VAN SCHIJVEN

7.1 Principes van magnetische gegevensopslag

7.1.1 Ferromagnetische materialen

Oppervlakken van ferromagnetishe materialen kunnen worden onderverdeeld in Weiss gebieden. Deze gebieden hebben een zekere grootte, en een specifieke oriëntatie van het magnetisch dipoolmoment. Wanneer er geen magnetische verschijnselen optreden, heffen alle magnetische dipoolmomenten elkaar op. Zones kunnen worden gemagnetiseerd door een extern magnetisch veld aan te brengen, die de dipool momenten aligneren. Wanneer het extern velt wegvalt blijft er remanent magnetisme achter.

7.1.2 Schrijven van de gegevens op een magnetiseerbare drager

Door stroom door de spoel van de leeskop te sturen, ontstaat een magnetisch veld boven het schijfoppervlak, en kan het oppervlak over een zekere lengte worden gemagnetiseerd, zoals hierboven beschreven.

7.1.3 Lezen van gegevens op een magnetiseerbare drager

Wanneer er een verandering in magnetische flux optreedt, door afwisselend gemagnetiseerde en niet gemagnetiseerde gebieden te ontmoeten, ontstaat er een spanning. Er ontstaan dus kortstondige pulsen.

7.2 Encoderingsschema’s

7.2.1 Waarom coderen

Om te kunnen bepalen hoeveel niet-transities er tijdens twee transities zijn opgetreden, meet men de opeenvolgende tijd tussen twee transities. Het is dus belangrijk dat de controller en de mechanica synchroon lopen. De afstand tussen twee opeenvolgende transities mag niet te groot zijn, om de kans op fouten te beperken.

Een tweede reden om te coderen is het maximaliseren van de schijfcapaciteit. Coderingen met meer niet-transities, garanderen een grotere opslagcapaciteit. Het aantal transities per oppervlakte eenheid is beperkt, coderingen met minder transities kunnen dus op een kleinere oppervlakte worden opgeslaan.

7.2.2 Frequency Modulation (FM)

Voor iedere databit worden twee bitcellen gebruikt. De eerste bitcel levert steeds een transitie op, de tweede levert slechts een transitie op als de te coderen bit 1 is.

Page 45: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

Deze codering is equivalent met RLL 0,1

7.2.3 Modified Frequency Modulation (MFM)

Wordt gebruikt voor de codering op diskettes. De eerste bitcel veroorzaakt nu enkel een transitie indien indien er een nul moet worden gecodeerd, én de vorige bit een nul was. Een 1 wordt steeds gecodeerd als N-T. Een 0 voorafgegaan door een 1 wordt als twee niet-transities gecodeerd. De maximum afstand tussen twee transities bedraagt 3, de minimum afstand 1. Er kan nu twee keer zo veel data worden weggeschreven op eenzelfde oppervlakte.

Deze codering is equivalent met RLL 1,3

7.2.4 Run length limited: RLL x,y

De parameter x duidt op de minimum afstand tussen twee transities, de parameter y op het maximum. (x<y).

De codering ligt dus niet vast, enkel de afstanden. De gekozen codering is afhankelijk van de implementaties.

Als voorbeeld wordt IBM RLL 2,7 bekeken. Dit schema codeert geen afzonderlijke bits, maar groepen van bits. De controller codeert een volledige sector. Doordat de codering onvolledig is, kan er in de laatste byte van een sector problemen ontstaan. De controller voegt de nodige bits toe, zodat de codering wel mogelijk is. Na decodering moeten deze bits worden verwijderd.

7.3 Partial response, maximum likelihood

Door de stijgende vraag naar opslagcapaciteit, moest men het aantal toegestane transities per oppervlakte eenheid laten toenemen. Om storingen veroorzaakt door interferentie tgv snelle transitieopvolgingen te verwijderen, bemonstert men het signaal en past men digitale filtering toe. Aangepaste logica geeft dan het meest waarschijnlijke bitpatroon weer. Een winst van 40% werd gerealiseerd.

7.4 Low level formattering

De belangrijkste taak is het fysisch opdelen in sporen en sectoren. Verder brengt men ook nog de bad sectors in kaart. Wanneer een spoor slechts een slechte sector heeft, kan men alle sectoren van het spoor verschuiven, zodat de afwijking buiten het spoor valt. Als er meerder slechte sectoren zijn, wordt heel het spoor als slecht gemerkt. Men kan dan eventueel beroep doen op een reserve spoor.

Page 46: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

7.4.1 Spoorlayout van een diskette

Het spoor begint en eindigt steeds met een GAP. Na de eerste GAP komen de SYNC en IAM (index address marking). De layout is op te delen in blokken, steeds gescheiden door een GAP. Elke sector bestaat uit twee blokken. Een blok begint steeds met SYNC, en eindigt met een CRC veld. Tussenin zitten er andere velden. Het eerste blok van een sector bevat de velden IDAM en ID. Het tweede blok bevat de velden DAM en DATA. Het CRC veld van de laatste sector wordt gevolgd door twee gaps, een van de sector en een om het spoor af te sluiten.

Het IAM patroon geeft aan dat er sectoren volgen. Index Address Marking Het IDAM patroon heeft aan dat het volgende veld het ID veld is. ID Address

Marking Het DAM patroon geeft aan dat het volgende veld data is.

De CRC bits hebben als doel de controller tijd te geven de CRC te controleren. De GAP na het laatste blok van een sector heeft als doel te voorkomen dat de sectoren zouden overlappen. De laatste GAP duidt het einde van het spoor aan.

7.4.2 Spoorlayout van een vaste schijf

De layout van een vaste schijf is vergelijkbaar. Het spoor begint nu niet met een GAP, maar onmiddellijk met SYNC bits. De CRC velden zijn ook langer. Het laatste byte van het ID veld bevat de sectorvlag terwijl dit bij een diskette de sectorgrootte is.

7.4.3 Zoned-bit recording

Bij de low level formattering deelt men het oppervlak in een aantal zones. Een zone is een verzameling van sporen waarvoor geldt dat het aantal sectoren per spoor gelijk is. Op deze manier vermijdt men dat er op de buitenste sporen (deze zijn groter) opslagruimte verloren gaat.

7.5 Interleaving

Om tegemoet te komen aan de controller die tijd nodig heeft om informatie te verwerken na een lees of schrijfactie, worden de sectoren niet opeenvolgend genummerd, maar laat men telkens één of meerdere sectoren tussen. Wanneer dit niet gebeurt, is de leeskop reeds voorbij de volgende sector gepasseerd, en moet de schijf een volledige omwenteling maken.

7.6 Cylinder skewing

Om van cylinder te veranderen, is er tijd nodig om de mechanische verplaatsing van de kop te realiseren. Om te vermijden dat de eerste sector van het volgende spoor reeds zou voorbijgegaan zijn, verschuift men de eerste sector van het volgende spoor.

Page 47: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

7.7 Head skewing

Men verschuift op de zelfde manier de sectoren van opeenvolgende sporen in een cylinder, omdat de controller tijd nodig heeft om de leeskop te veranderen.

Page 48: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

8 OPTISCHE OPSLAGMEDIA

8.1 Inleiding

8.2 Werking van de CD speler

Servomotor, spiegel, laser, beamsplitter, fotodiode, lenzen.

8.3 Productie van CD’s

Een glazen drager voorzien van een fotogevoelige laag, wordt met een laser bestraald. De bestraalde oppervlakken worden verwijderd uit de laag, door de drager in NaOH

oplossing onder te dompelen De ontstane putten worden opgevuld met metaal. Op dit moment bestaat er een glazen

master en een metalen master. Voor kleinschalige producties kan men onmiddellijk met de metalen master

(vaderplaat) beginnen persen. Voor grote oplages, wordt de vaderplaat gekopieerd naar één of meerdere

moederplaten. De platen persen een afdruk in gesmolten polycarbonaat plastic. Bovenop de plastic

schijf brengt men een reflecterende metaallaag aan, gevolgd door een coating.

Door het persproces ontstaan er pits en lands in het oppervlak van de schijf. De lands zijn uitstulpingen die de laserstraal reflecteren, terwijl de lands lager gelegen zijn en de straal niet reflecteren.

8.4 Sporen, sectoren en frames

Een CD bevat slechts een spiraalvormig spoor, waarop per seconde 75 sectoren zijn aangebracht. Elke sector wordt onderverdeeld in 98 frames van 33 byte (24 bytes data, rest ECC en informatie).

Door de periode van het spiraal te verkleinen, kan men de opslagcapaciteit van de CD vergroten.

8.5 Encodering

De CD gebruikt eight to fourteen modulation. Dit is RLL 2,10

Page 49: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

8.6 CD standaarden

8.6.1 CD-DA (red book)

De originele CD

8.6.2 CD-ROM (yellow book)

De fysische specificaties van CD-DA werden overgenomen. Er wordt een extra laag foutcorrectie en –detectie toegevoegd. Er worden twee modes geïntroduceerd. Mode 1 voorziet in ECC terwijl Mode 2 dit niet doet. Een CD-ROM kan slechts sectoren van 1 en dezelfde mode bevatten.

8.6.3 CD-ROM extended architecture: CD-ROM XA

Om het problem op te lossen dat er slechts sectoren van 1 modus kunnen voorkomen op eenzelfde CD-ROM, splitst men de mode 2 op in twee forms. Mode 2 – Form 1 voorziet in ECC, Mode 2 – Form 2 voorziet niet in ECC.

8.6.4 CD Recordable: CD-R

Men gebruikt een laser om een organische stof te verhitten, zodat deze haar transparantie verliest. De laserstraal kan dan niet meer tot bij het reflecterende oppervlak en wordt niet meer gereflecteerd.

8.6.5 CD rewritable: CD-RW

Men gebruikt een metaallegering die zowel in kristalijne als amorfe toestand kan voorkomen. In kristalijne toestand wordt de straal beter gereflecteerd dan in amorfe toestand. Door het spoor te verhitten kan men overhaan van de kristalijne toestand naar de amorfe toestand. De kristalijne toestand kan worden hersteld door de legering opnieuw te verhitten tot een lage temperatuur en langzaam te laten afkoelen.

8.7 CD bestandssystemen

8.7.1 High Sierra

8.7.2 ISO 9660

High Sierra werd aangepast, en erkend door ISO. ISO 9660 kan worden opgedeeld in 3 levels:

Level 1

Namen enkel alfanumerieke karakters + underscore Naamgeving in DOS 8.3 Directorynamen kunnen geen extensieshebben en slechts acht karakters lang zijn.

Page 50: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

Directories kunnen slechts 8 niveau’s genest worden Bestanden moeten aansluitend zijn.

Level 2

De maximum lengte van de naam wordt op 30 tekens gebracht

Level 3

De bestanden moeten niet meer aansluitend zijn.

Figuur: zie p. 131.

8.7.3 Joliet

Joliet is een uibereiding op ISO 9660, uitgebracht door Microsoft. Deze uitbereidingen omvatten:

Namen van bestanden en directories mogen 64 unicode characters lang zijn Directories kunnen een extensie hebben Directories kunnen dieper worden genest dan 8 niveaus Ondersteuning voor multisession opnames.

8.7.4 Universal data format: UDF

Voornamelijk voor beschrijfbare media. UDF samen met packet writing heeft als doel dezelfde faciliteiten aan te bieden als magnetische dragers. Hiernaast kunnen bestandsnamen 255 unicode karakters lang zijn.

8.7.5 Mount Rainier

Wordt gebruikt bij zowel CD-RW als DVD+RW. Ook dit bestandssysteem heeft als voornaamste doel de schijf zoals een diskette te kunnen beschrijven. Enkele voordelen:

Integral defect management: er worden reservesectoren aangemaakt voor het geval er fouten optreden

Directe adressering op het niveau van de 2 KB sectoren. Het CD-RW medium maakt gebruik van de 64 KB datablokken

Formatteren van het ingebrachte medium gebeurt op de achtergrond.

Gebruik van dit bestandssysteem vereist ondersteuning door de drive.

Page 51: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

8.8 Schrijven van een CD-R/RW

8.8.1 Single session

De sessie wordt gedefinieerd als een lead-in, gevolg door een of meerdere data tracks, gevolgd door een lead-out.

Disc at once

Zowel lead-in, lead-out als datatracks worden in een keer geschreven, zonder de laser te onderbreken.

8.8.2 Multisession

Een CD kan meerdere sessies bevatten. De lead-in bevat nu onder meer het adres waar de lead in van de volgende sessie kan beginnen.

Track at once

Zolang de lead out van een sessie niet is geschreven, kan je steeds een nieuwe datatrack aan de sessie toevoegen.

Packet writing

Het datatrack wordt opgesplitst in meerdere kleine sessies. De CD gedraagt zich net zoals een floppy, bestanden toevoegen en verwijderen is mogelijk. Indien een CD-RW wordt gebruikt, kan de opslagruimte van verwijderde bestanden worden teruggewonnen, bij een CD-R niet.

8.9 Buffer underrun

Bij het schrijven van een CD mag het schrijfproces niet onderbroken worden. (de volledige schijf bij DAO, de track bij TAO.). Als dit gebeurt is het hele schrijfproces mislukt. Dit kan optreden als de FIFO buffer die wordt gebruikt voor het aanleveren van gegevens leegloopt. Dit is buffer underrun.

8.9.1 Buffer underrun protectie

Van zodra de buffer dreigt leeg te geraken, wordt het schrijven onderbroken, totdat de buffer opnieuw voldoende gegevens bevat. Het schrijven wordt dan hertvat op de plaats waar het proces onderbroken werd. Men kan niet vermijden dat er kleine gaten ontstaan bij het hernemen van het schrijfproces. Deze worden gecorrigeerd m.b.v. de foutcorrigerende codes.

Page 52: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

8.10 DVD

Verschillen tussen de DVD en de CD:

Een DVD is beschrijfbaar aan twee zijden Elke zijde van een DVD kan tot 2 lagen bevatten De golflengte van de laser is kleiner De codering gebeurt d.m.v. 8-16

8.11 DVD Kopieerbeveiligingen

Film-DVD’s worden tegen kopiëren beveiligd door verschillende technieken.

8.11.1 Region playback control

RPC is ontworpen om te voorkomen dat DVD’s aangekocht in het ene geografisch gebied, zouden kunnen worden afgespeeld in het ander geografisch gebied. Daartoe werd de wereld opgedeeld in regio’s. DVD spelers hebben hun regiocode in de hardware ingebakken, en kunnen enkel DVD’s afspelen die voor hun regio bedoeld zijn. Computerdrives kunnen 4 keer van regiocode veranderen. De vierde keer wordt de regiocode hardwarematig vastgelegd.

8.11.2 Content scramble system

De inhoud op de DVD wordt door elkaar gehaald. Om de inhoud dan terug in volgorde te plaatsen, heeft men 3 soorten sleutels nodig. Deze sleutels zijn de titelsleutel, discsleutel, en playersleutel. Enkel de discleutel en titelsleutel zijn op de schijf aanwezig.

De playersleutel wordt gebruikt om de discsleutel te decrypteren. De discsleutel is geëncrypteerd aanwezig voor elk van de 400 mogelijke playersleutels.

De discsleutel wordt gebruikt om de titelsleutel te decrypteren. Met de titelsleutel kan dan de inhoud worden gedecrypteerd.

8.11.3 Analog protection system

Er worden stoorsignalen meegestuurd met de beelden. Deze beelden worden opgenomen door videorecorders, maar niet door TV’s.

8.12 DVD recordable standaarden

Omdat de verschillende fabrikanten het niet eens raakten over de specificaties van een mogelijke standaard, ontstonden er twee verschillende standaarden. In het ene kamp stelde men de DVD-RAM/DVD-R standaard voor, terwijl het andere kamp de DVD+RW alliance vormde.

Page 53: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

8.12.1 DVD-R (Pioneer)

Aan het spiraalvormige spoor worden nu sinusoïdale flankentoegevoegd. De flanken van het spoor functioneren als kloksignaal.

8.12.2 DVD-RW (Pioneer)

DVD-RW drives komen voor in volgende standaarden: 1xRW/2xR en 2xRW/4xR. De snellere standaard heeft een aantal voordelen:

Snellere formattering van het medium Eenvoudige bestandsmanipulatie: het afsluiten van het medium kan ongedaan worden

gemaakt. Snellere afsluiting van het medium.

8.12.3 DVD+RW

Phase change rewritable DVD. De frequentie van de sinusoïdale groef ligt hoger dan de concurrerende standaard. Deze groef bevat ook positionele informatie zodat aan lossless linking kan worden gedaan. Eigenschappen:

Schrijven van single sided en double sided mogelijk. Zowel CAV en CLV opnames mogelijk. Maakt gebruik van 8-16 modulatie Sequentiële en random opname mogelijk UDF bestandssysteem Voorzien van een snelle formattering Volledige compatibiliteit met het DVD-ROM formaat Lossless linking Schrijfsnelheden tot 4x

8.13 De derde generatie opslagmedia

8.13.1 De blu-ray disc

De BluRay disc is een volledig herbeschrijfbaar medium met een capaciteit van 27GB. Door het gebruik van de korte blauwe golflengte kunnen pits en lands kleiner zijn, en stijgt de opslagcapaciteit. De standaard omvat BD-ROM/BD-R/BD-RW/BD-RE. Door de hoge informatiedichtheid was het nodig om een extra krasbestendige coating aan te brengen.

8.13.2 Blu-ray kopieerbeveiligingen

Blu-ray regiocodes

Deze zijn in tegenstelling tot DVD beperkt tot 3 zones.

Page 54: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

Advanced Access Content System

De beveiliging is nu gebaseerd op 128-bit sleutels. De inhoud wordt geëncrypteerd aan de hand van een of meerdere titelsleutels. Deze zijn zo samengesteld dat iedere individuele schijf over andere unieke titelsleutels beschikt. (onder meer op basis van volume-ID)

Iedere player beschikt nu over zijn eigen unieke sleutel (in tegenstelling tot DVD waar ze per fabrikant gelden.) Men kan individuele players onklaar maken door de sleutels bij productie van een volgende schijf weg te laten.

Er is nog steeds een beveiligingsprobleem bij software players. De titelsleutels kunnen daar gewoon uit het geheugen worden genomen.

Page 55: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

9 ATA-SCSI

9.1 Inleiding

9.2 ATA

9.2.1 Historiek

ATA staat beter bekend als IDE (integrated device Electronics). Schijf en controller zijn verenigd in het zelfde device. De ATA standaard is een uitbereiding op de AT bus. Aanvankelijk werdeb hadcards gebruikt (disken op kaarten) die rechtstreeks in de bus werken geprikt. Na verloop van tijd begint men gebruik te maken van de gekende 40 pins kabel. Tegenwoordig worden ATA apparaten op de southbridge aangesloten, die in verbinding staat met de PCI bus.

9.2.2 Waarom upgraden

Aanpassing van de BIOS en de standaard zelf. Er zijn drie redenen:

Verleggen van de capaciteitslimiet

Door de beperkingen van BIOS enerzijds en de beperkingen van ATA anderzijds, is de maximale capaciteit van een schijf kleiner dan het maximum van beide. Door het feit dat ATA slechts 16 koppen ondersteund terwijl BIOS er 256 ondersteund, is deze opslagcapaciteit zo beperkt.

Door de adressering te vertalen, en gebruik te maken van logische CHS (cylinder head sector) adressering, kan de maximale opslagcapaciteit worden opgekrikt tot de beperkingen van BIOS. Het OS gebruikt de logische CHS, terwijl de BIOS alles vertaald naar fysische CHS. Deze techniek heet Extended CHS Translation of Large.

Een tweede mogelijkheid is het vertalen naar LBA (Logical Block Adressing). Het OS gebruikt nog steeds logische CHS, maar de BIOS vertaalt nu alles naar logische sector nummers. De opslagcapaciteit blijft beperkt tot BIOS.

Nog later ontwierp men EDD BIOS (Enhanced Disk Drive BIOS) die toeliet om logische sectoradressering met 64 bit toe te passen. Volgens de specificatie moet er Pure LBA worden gebruikt, wat inhoudt dat zowel BIOS als het OS van LBA adressering moeten gebruik maken.

Page 56: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

Snellere gegevensoverdracht

ATA voorziet vier mogelijkheden om gegevens over te dragen van en naar de schijf: Programmed IO, Single word DMA, Multiword DMA en Ultra DMA.

Bij PIO is er tussemkomst van de processor voor de overdracht van de gegevens. Overdrachtssnelheden tot 16,67 MB/s

Single word DMA maakt gebruik van een DMA controller die in staat is om zelfstandig gegevens van en naar het hoofdgeheugen over te dragen. Er wordt slechts een woord van 2 bytes per cyclus overgebracht. Overdrachtssnelheden tot 8,33 MB/S

Multiword DMA maakt eveneens gebruik van een DMA controller, maar bundelt de afzonderlijke woorden samen tot een blok, dat in een keer wordt weggeschreven. Deze techniek is beduidend sneller. DMA geniet steeds de voorkeur, omdat dan de processor niet belast wordt. Ondertussen kan deze een andere taak verrichten. Overdrachtssnelheden tot 16,67 MB/s

Een laatste toevoeging is Ultra DMA. Deze techniek staat bij gebruik van een 40 pins kabel overdrachtssnelheden toe tot 33,33 MB/s. Indien een 40 pins kabel wordt gebruikt, zijn er snelheden mogelijk tot 133 MB/s. De 80 pins kabel bevat extra massalijnen om interferentie te beperken.

Er wordt automatisch voor gezorgd dat de er steeds de hoogst mogelijke snelheid wordt gebruikt.

Toevoeging van ondersteuning voor andere type devices

Oorspronkelijk is de ATA standaard niet ontworpen voor het aansluiten van andere devices zoals CD spelers. Om dit probleem op te lossen ontwierp men de ATAPI, de ATA packet interface.

9.2.3 Overzicht (nog doen)

9.2.4 ATA-commando’s

Bij de introductie van de ATA standaard werden 8 commando’s gedefinieerd. Deze commando’s zijn een van de belangrijkste eigenschappen van de ATA standaard. Een belangrijk voorbeeld is het IDENTIFY DRIVE commando. Dit commando geeft informatie over verscheidene parameters van de schijf.

9.2.5 Serial ATA: SATA

In plaats van de aantal parallelle lijnen op te voeren, kiest men om over te gaan naar een seriële aanpak. Bij het opvoeren van het aantal parallelle lijnen zou de winst beperkt zijn, wegens interferentie tussen de lijnen. Bij seriele communicatie is de snelheid beperkt door de schakelsnelheid van de elektronica.

Page 57: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

SATA bekabeling

De SATA kabel heeft 7 pinnen, 2 voor zenden, 2 voor ontvangen en 3 massalijnen. Er wordt gebruik gemaakt van de Differential Non-Return to zero codering. Aan beide zijden van de connector ligt een massa, en de TX en RX pinnen worden ook gescheiden door een massa.

9.3 Small Computer Systems Interface: SCSI

9.3.1 Inleiding

SCSI staat toe om verschillende soorten apparaten te gebruiken. De SCSI bus moet via een speciale host adapter met het systeem worden verbonden.

De twee varianten narrow SCSI en wide SCSI staan toe om respectievelijk 8 en 16 apparaten op de bus aan te sluiten. Aangezien de hostadapter zelf een apparaat op de bus is, is het aantal fysiek aan te sluiten apparaten dus steeds een minder dan het maximum. De termen narrow en wide slaan op de breedte van de parallelle bus. Deze zijn respectievelijk 8 en 16 lijnen. Beide varianten hebben hun eigen kabel, resp. een 50 pins en 68 pins kabel.

Elke device op de bus krijgt hardware matig (dmv jumpers.) een ID toegewezen. Dit ID stelt eveneens de prioriteit van het device voor. De host adapter heeft steeds de hoogste prioriteit op de bus. Dit is ID 7, zowel bij narrow als bij wide SCSI.

Devices beschikken meestal over een busadapter die de communicatie met de bus verzorgt.

9.3.2 SCSI bus terminators

Om reflectie op het open einde van de bus te voorkomen, moet men de bus steeds afsluiten met een terminator. De eenvoudigste vorm is een weerstand die dezelfde waarde heeft als de karaktristieke impedantie van de bus. Er bestaan ook actieve terminatoren die continu de spanning van de bus in de gaten houden, en door middel van terugkoppeling zich gedragen als een p weerstand.

9.3.3 SCSI signalen

De standaard specificeert dat zowel ongebalanceerde signalen als gebalanceerde signalen kunnen worden gebruikt.

Ongebelanceerde signalen heten single ended in SCSI termen.

Aanvankelijk gebruikte men enkel single ended communicatie. Na verloop van tijd gebruikte men ook high voltage differential om grotere overdrachtssnelheden toe te laten. Deze techniek was door de hoge spanningen onverenigbaar met de single ended apparaten. Daarom ontwierp men low voltage differential. Deze signalen zijn wel compatibel met elkaar. Wanneer men tussen een reeks LVD apparaten een verouderd SE apparaat plaatst, schakelt de hele bus om naar SE.

Page 58: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

Om de verschillende apparaten te merken, zijn er symbolen die aangeven welke technologieën ze ondersteunen.

9.3.4 SCSI opstarten

Opstarten van een SCSI schijf vereist een ROM-BIOS op de hostadapter die een programma bevat dat wordt ingeladen door de BIOS, en zorgt voor de initialisatie van de hostadapter. Oude systemen vereisen dat de opstartschijf SCSI ID 0 krijgt. Bij moderne systemen vervalt deze eis.

9.3.5 SCSI commando’s

De SCSI common command set bevat 16 commando’s. Deze kunnen worden uitgebreid.

9.3.6 Overzicht (nog doen)

9.3.7 Plug and play SCSI: PNP SCSCI

De opzet is om de aangesloten apparatuur automatisch te configureren. Er is een PNP hostadadpter en een PNP operating system nodig. PNP SCSI biedt de volgende voordelen:

Automatische afsluiting van de SCSI bus SCAM: SCSI configured automagically voor automatische toekenning van device

ID’s Volledige neerwaartse compatibiliteit met bestaande systemen.

Ieder apparaat dat aan de bus wordt toegevoegd moet worden voorzien van een driver. Een belangrijk probleem is dat de driver zowel afhankelijk is van het operating system als van de hostadapter. Om dit probleem op te lossen zijn er twee API’s ontwikkeld: CAM en ASPI. (common acces method en advanced SCSI programming interface.)

9.3.8 Serial Attached SCSI: SAS

Net als bij ATA gaat men van parallelle communicatie over naar seriële communicatie. De standaard is deels gebaseerd op SATA. De bussignalering en de connector zijn dezelfde. SATA-II devices kunnen verbonden worden met een SAS backplane. Doordat men gebruik maakt van point-to-point seriële communicatie kan men gebruik maken van de volledige bus. De eigenschappen van SAS zijn de volgende:

300 MB/s ptp verbinding Wide port devices kunnen meerdere seriële verbindingen gebruiken Het SCSI protocol blijft behouden Backwards compatible met SATA-II

SAS maakt gebruik van drie protocollen. Het gebruikte protocol is afhankelijk van het aangesloten apparaat:

Serial SCSI Protocol (SSP)

Page 59: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

SCSI Management Protocol (SMP): voor het zenden van informatie naar expanders SATA Tunneled Protocol (STP) voor communicatie met SATA apparaten.

Door gebruik te maken van expanders (low cost switches) kan men het aantal aangesloten apparaten uitbereiden. Een hostadapter kan tot 16384 apparaten aansluiten.

Page 60: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

10 USB – IEEE 1394

10.1 USB

10.1.1 Inleiding

10.1.2 Tekortkomingen aan de vroegere interfaces

In het klassieke PC ontwerp, voorziet men voor alle aangesloten apparaten de volgende zaken:

Een IO adresruimte Een interrupt (IRQ) Een DMA kanaal

Het tekort aan deze systeembronnen, probeerde men op te lossen door niet langer aan elk apparaat deze bronnen uniek toe te kennen. Een spelbreker was dan de ISA bus die vereisen over unieke bronnen te beschikken. Verdere nadelen:

Geen gestandardiseerde bekabeling Installatie vereist openen van de computercast Hotplugging is niet mogelijk.

10.1.3 Het USB concept

De voornaamste eigenschappen van de USB

Gestandardiseerde connectoren Meerdere apparaten kunnen op dezelfde poort worden aangesloten Hotplug voorziening Automatische detectie en configuratie Verbeterde overdrachtssnelheid

Elk aangesloten USB apparaat krijgt een uniek adres dat enkel gekend is door het USB subsysteem. Hierdoor worden conflicten met systeembronnen vermeden.

USB is gebaseerd op de stertopologie. Op elke poort kunnen maximaal 127 apparaten worden aangesloten.

Verbeterde algemene performantie

De verschillende USB standaarden 1.0, 1.1 en 2.0 bieden overdrachtssnelheden tot resp. 1,5, 12 en 480 megabit per seconde. De meest recente standaard (USB 3.0) biedt overdrachten tot 5 gigabit per seconde.

Page 61: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

Stroomvoorzieningen

USB voorziet aan de apparaten een voedingsspanning van 5V. De poort kan tot 500mA stroom afgeven.

Foutdetectie

Door het gebruik van een foutdetecterende code, is USB een uiterst betrouwbare interface. Wanneer een transactie fouten bevat, moet de zender de transactie opnieuw verzenden.

Energiebeheer

Wanneer er gedurende 3ms geen busverkeer heeft plaatsgevonden, komen de aangesloten apparaten in suspend modus, waarbij het stroomverbruik daalt tot 500 µA.

Tekortkomingen aan USB

De lengte van de bekabeling is eerder beperkt. Peer to peer communicatie is niet mogelijk. De mogelijkheid tot het sturen van broadcast berichten ontbreekt.

10.1.4 USB-basiscomponenten

De USB host controller en de USB root hub.

De USB Host controller

De USB host controller maakt gebruik van lijsten van transfer descriptors. Een transfer descriptor bevat alle informatie die de controller nodig heeft om een transactie naar een apparaat op te starten. Deze bestaat onder meerdere uit: het USB adres van het apparaat, het transfertype en het adres van de device driver geheugenbuffer.

Voor het schrijven van data, gebruikt de host controller een parallel naar serieel omzetter om de data om te zetten in een seriële datastroom. De host controller maakt een transactie aan, en levert ze af aan de root hub. Deze stuurt de transactie over de bus.

Voor het lezen bouwt de host controller een transactie op en stuurt deze naar de root hub. Wanneer het geadresseerde device deze transactie ontvangt, zal het de data naar de root hub sturen, die op zijn beurt de data aan de controller overhandigt. De host controller zal dan een serieel naar parallel omzetter gebruiken om de data in een geheugenbuffer te plaatsen.

Aan beide zijden wordt er aan foutdetectie gedaan.

Page 62: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

De root hub

Naast het versturen van transacties over de bus, heeft de root hub als secundaire taak om apparaten van stroom en spanning te voorzien.

10.1.5 USB-signalen

Ook hier wordt gebruik gemaakt van differentiële communicatie.

NRZI (non-return to zero inverted)

USB pakketten worden gecodeerd met NRZI. nullen worden gekenmerkt door spanninstransities, terwijl enen worden voorgesteld door de afwezigheid van transities. Wanneer er een lange reeks enen worden doorgestuurt, blijft het signaal te lang in dezelfde toestand, waardoor de synchronisatie verloren dreigt te gaan. Om dit te voorkomen gebruikt men bit stuffing. Hierbij wordt na een reeks van zes enen steeds een nul toegevoegd. Deze kan aan de ontvangstzijde envoudig worden verwijderd.

10.1.6 Automatische detectie van apparaten (nog doen)

10.1.7 Bekabeling

Een USB kabel bevat 4 lijnen: twee transmissielijnen, de voedinsspanning en een massa. Er zijn twee soorten connectoren: USB-A en USB-B. Enkel de vorm verschilt.

10.1.8 USB on the go

USB OTG staat een beperkte vorm van communicatie tussen devices onderling toe. Er is niet langer een host pc nodig om communicatie op te zetten.

10.2 IEEE-1394

10.2.1 Inleiding

De IEEE1394 interface komt tegemoet aan de hoge eisen gesteld door moderne AV apparatuur.

10.2.2 Technische informatie

Momenteel zijn er drie verschillende overdrachtssnelheden mogelijk: 100, 200 en 400 Mb/s. Tot 63 apparaten kunnen worden opgenomen in een daisy chain.

De kabel bevat in totaal 6 lijnen: 2 voedingslijnen, 2 signaallijnen en 2 kloksignalen.

Ook deze standaard is plug and play.

Page 63: Samenvatting Processorarchitectuurinwefiles.martenserver.com/files/computerhardware_periferie/computer...  · Web viewDe Buck converter De Boost converter De buck boost converter.

10.3 Vergelijking USB-Firewire

IEEE-1394b USB 2.0

Computer nodig Nee Ja

Max. aan te sluiten apparaten 63 127

Max. overdrachtssnelheid 3200 Mb/s 480 Mb/s

Max. kabellengte ? 5m

Toekomstige snelheden ? Geen

Hot plug voorziening Ja Ja

Toepassingen Digitale Beeldverwerking Allerlei