Wouter van Ooijen Mail: [email protected] Sheets en info: voti.nl/hvu/D4ECPT1

Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

1Computertechniek

Wouter van Ooijen

Mail: [email protected]

Sheets en info:

www.voti.nl/hvu/D4ECPT1

Onderwerp: Computersystemen (deel 2)Literatuur: Computersystemen en embedded systemen

Leo van Moergestel

let op: deze sheets zijn (deels) behandeld maar zijn geen onderdeel van de te tentamineren stof (komt alsnog in

deel 2).


2Computertechniek

soorten geheugens caching harde schijven RAID


3Computertechniek


4Computertechniek

CD rom, tape, internet

harde schijf

hoofdgeheugen (DRAM)

externe cache

on-chip cache

registers


5Computertechniek

processors worden steeds sneller

geheugen wordt ook wel wat snellerhet geheugen wordt de beperking


6Computertechniek

de oplosing: caching!

neem een klein stukje sneller geheugen,

zorg dat dit transparant

het langzamere geheugen vervangt


7Computertechniek

een separate RAM cache


8Computertechniek

associatieve adressering


9Computertechniek

1 associatieve geheugen cel


10Computertechniek

een cache met adressen en data


11Computertechniek

fully associative cache:

iedere geheugencel heeft

comparators voor het

volledige adres

- veel hardware- veel stroom- dus lage integratie


12Computertechniek

veel minder hardware: een direct

mapped cache heeft maar 1 comparator!


13Computertechniek

het compromis: een

set-associative cache


14Computertechniek

zoals altijd: een compromis tussen performance en

prijs...

in de praktijk is een cachemeestal 2 .. 16-way set-associatief


15Computertechniek

maar wat bewaar je in een cache?

dat wat je snel weer nodig hebt,

je wil dus eigenlijk voorspellen...

caching berust op localiteit

of eigenlijk: wat gooi je weg?

LRU, LFU, FIFO,

MRU (!), random (!), ...


16Computertechniek

wat lees je in bij een misser?

RAM geheugen is meestal sneller

in sequential accessaccess is vaak sequentieel, dus ...

sommige processor/cache

combinaties hebben een speciale

pre-fetch instructie!


17Computertechniek

separate data / instruction cachescombined (unified) cache


18Computertechniek

wat te doen bij schrijven?

write-trough

write-back

let op bij multiprocessor

systemen!


19Computertechniek

een probleem bij real-time systemen:

onvoorspelbaarheidbenchmarking is lastig


20Computertechniek

omgedraaide cache: virtueel geheugen!

maak (schijnbaar) meer geheugen

door (transparant) een lager deel

van de hierargie te gebruiken

‘t is maar hoe je het ziet...


21Computertechniek

oefening

neem aan dat de cache

initieel leeg is


22Computertechniek

A 1 6 34 23 9 34 6 1 9 41


23Computertechniek

A 1 6 34 23 9 34 6 1 9 41

A % 8

1 6 2 7 1 2 6 1 1 1


24Computertechniek

A 1 6 34 23 9 34 6 1 9 41

A % 8

1 6 2 7 1 2 6 1 1 1

C - - - - 1 34 6 9 1 9


25Computertechniek

A 1 6 34 23 9 34 6 1 9 41

A % 8

1 6 2 7 1 2 6 1 1 1

C - - - - 1 34 6 9 1 9

H? - - - - N Y Y N N N


26Computertechniek

indeling van een harde schijf


27Computertechniek

een verzameling tracks vormt

een cylinder


28Computertechniek

data ophalen (of wegschrijven) op een harde schijf:

1 selecteer de juiste kop (niet altijd)

2 beweeg de kop(pen) naar de juiste track (ttt)

3 wacht tot de juiste sector langskomt (latency)

4 lees (of schrijf) de data (transfer)

2 is meestal de langzaamste stap

(tenminste: bij random access!)

elevator algorithm


29Computertechniek

adresseren van gegevens op een harde schijf:

vroeger door expliciet head, track (cylinder) en sector te specificeren

tegenvoordig vaak nog met zo’n drietal, maar er is meestal geen relatie meer met de fysieke schijf (address translation)


30Computertechniek

als de processor langzaam is: interlaving


31Computertechniek

IDE

‘domme’ schijven (goedkoop)

korte kabel, max 2 schijven,

1 operatie tegelijk


32Computertechniek

SCSI

‘intelligente’ schijven (duurder)

kabel kan langer zijn, meerdere

schijven, meerdere operaties

tegelijk (zinning?)


33Computertechniek

Trend: van parallel naar serieel

Bij ‘lagere’ snelheden: meer draadjes meer bits (per tijdseenheid) meer throughput!

(IDE, SCSI, HP-GPIB, CPU-RAM interface)

Bij ‘hogere’ snelheden: meer draadjes looptijdverschillen probleem!

(USB, FireWire, serial-ATAPI,


34Computertechniek

harde schijf organisatie

• ruimteverlies bij kleine files• fragmentatie• FAT• page file


35Computertechniek

DAS: Direct Attached Storage

File opslag in een netwerk (1)


36Computertechniek

NAS: Network Attached Storage



37Computertechniek

SAN: Storage Area Network



38Computertechniek

Redundant Array of Independent (or Inexpensive) Disks

waarom?

schijven zijn tegenwoordig goedkoop

(micro) controllers zijn (veel) sneller dan schijven

betrouwbaarheid en snelheid zijn belangrijk


39Computertechniek

RAID 0 = striping : informatie

verdelen,meerdere schijven “zien”

als 1 grotere, + geen overhead,

+ snellere random access, - geen

winst in betrouwbaarheid


40Computertechniek

RAID 1 = shadowing / mirroring:

2 copien van alle informatie

+ simpel, + leest snel,

- verspilling van ruimte


41Computertechniek

RAID 3 = striping + parity

+ lage overhead, + hoge lees-

snelheid, + 1 fout bestendig,

- write bottleneck


42Computertechniek

RAID 5 = store distributed parity

code, + lage overhead, + hoge lees

snelheid, + 1 fout bestendig,

multiple writes!


43Computertechniek

doen 1

lees hoofdstukken 11 en 12

(12: alleen caching, dus t/m 12.1.3)


44Computertechniek

doen 2zoek uit: wat is (bv op jouw computer) • de prijs• omvang• prijs per byte• aandeel in de totale prijs van- hoofdgeheugen- harde schijf opslag

Verslagje maken

Wouter van Ooijen Mail: [email protected] Sheets en info: voti.nl/hvu/D4ECPT1

Documents

Transcript of Wouter van Ooijen Mail: [email protected] Sheets en info: voti.nl/hvu/D4ECPT1