lekcij._arxitektura_ehvm


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
Курс лекций цʏрхитектура ЭВМц 
Первый
подход
предложил
Джеймс
Мартин
известный
эксперт
фирмы
IBM
автор
вычислительной
технике
его
определению
интервала
времени
течение
которого
человеческих
Например
1800
она
удваивалась
через
50
1950
. -
удваивалась
через
10
лет
1970
через
лет
подход
предложил
известный
советский
астрофизик
Шкловский
что
излучает
космос
метровом
диапазоне
мощность
миллион
раз
20-30
лет
назад
Это
излучение
обусловлено
работой
передатчиков
радио
телевизионных
станций
Таким
образом
цивилизации
Земле
привело
последние
десятилетия
увеличению
шесть
порядков
такого
глобального
свойства
нашей
планеты
мощность
излучения
Благодаря
деятельности
разумных
существ
Земля
мощности
своего
радиоизлучения
метровом
диапазоне
стала
месте
среди
планет
планеты
гиганты
Сатурн
уступая
только
Солнцу
При
производства
энергии
Земле
составляет
10^20
эрг
мощность
падающего
Землю
потока
солнечного
излучения
10^24
эрг
или
0,01%
солнечного
Третий
подход
предложен
известным
популяризатором
кибернетики
Норбертом
Винером
предложил
провести
границу
времени
равенству
расходов
стран
токов
технику
слабых
токов
).
Таким
образом
можно
указать
крайней
три
различных
признака
перехода
качественно
новый
этап
технологического
развития
информации
первый
планетарный
признак
человеческая
цивилизация
становится
наблюдаемой
космическом
пространстве
уровень
радиоизлучения
Земли
яркости
приближается
солнечному
);
второй
глобальный
увеличение
темпов
удвоения
информации
третий
государственный
расходы
информатику
технику
связи
превышают
расходы
энергетику
Поколения 
1.2.1
Нулевое поколение 
 механические компьютеры 
(1642
1945)
самых
первых
вычислительных
устройств
является
абак
используемый
более
2000
Абак
представляет
деревянную
раму
содержащую
ряд
параллельных
прутьев
камешками
костяшками
правил
которым
костяшки
перемещаются
правую
левую
сторону
позволяет
выполнять
различные
арифметические
операции
Бухгалтерские
счеты
например
являются
дальним
родственником
абака
году
немец
Вильгельм
Шикард
создал
называемые
Считающие
часы
которые
сегодня
принято
считать
первым
автоматическим
калькулятором
письмах
Иоганну
Кеплеру
Шикард
объяснял
можно
использовать
его
машину
для
расчёта
астрономических
Шикарда
умела
складывать
вычитать
шестизначные
звонком
переполнении
Более
сложные
вычисления
выполнялись
мощью
набора
костяшек
Непера
установленного
корпусе
механизма
сожалению
оригинал
машины
был
при
пожаре
ещё
начала
двадцатого
столетия
1960
основе
сохранившихся
чертежей
была
построена
копия
этого
вычислителя
подтвердившая
существование
работоспособность
Вторым
человеком
создавшим
был
ученый
Блез
Паскаль
(1623- 1662),
честь
назван
программирования
сконструировал
у
машину
1642
году
когда
было
всего
19
для
своего
отца
была
механическая
шестеренками
приводом
Счетная
машина
выполнять
только
операции
сложения
вычитания
Тридцать
спустя
великий
немецкий
математик
Готфрид
Лейбниц
(1646- 1716)
построил
другую
механическую
которая
кроме
вычитания
выполнять
операции
умножения
деления
сущности
три
назад
создал
подобие
карманного
калькулятора
четырьмя
функциями
протяжении
XVIII
французских
фабриках
производству
шелковых
тканей
велись
эксперименты
различными
механизмами
управлявшими
станком
при
помощи
перфорационной
перфорационных
деревянных
барабанов
нить
поднималась
соответствии
наличием
или
отсутствием
отверстий
создавался
желаемый
рисунок
ткани
1804
инженер
зеф
Мари
Жаккар
построил
полностью
автоматизированный
станок
способный
воспроизводить
сложнейшие
узоры
Работа
программировалась
помощи
целой
колоды
перфокарт
каждая
которых
управляла
ходом
челнока
Переходя
новому
рисунку
заменял
колоду
другой
Станок
Жаккарда
настоящую
революцию
ткацком
производстве
положенные
его
основу
принципы
тся
день
1823-
профессор
математики
Кембриджского
университета
Чарльз
Бэббидж
(1792- 1871),
изобретатель
спидометра
разработал
сконструировал
механическая
машина
которая
машина
Паскаля
могла
только
складывать
вычитать
подсчитывала
таблицы
чисел
морской
навигации
машину
заложен
только
один
алгоритм
метод
конечных
разностей
ием
полиномов
устройство
работало
довольно
неплохо
Бэббиджу
вскоре
выполнявшая
только
алгоритм
потратил
очень
много
времени
большую
своего
семейного
состояния
17000
фунтов
выделенных
вительством
разработку
аналитической
машины
аналитической
машины
было
компонента
запоминающее
устройство
память
),
вычислительное
устрой
ство
устройство
ввода
итывания
перфокарт
вывода
перфоратор
печатающее
устройство
Память
состояла
1000
слов
50
каждое
которых
содержало
переменные
результаты
Вычислитель
устройство
принимало
операнды
памяти
затем
выполняло
жения
вычитания
умножения
деления
возвращало
полученный
результатобратно
память
разностная
машина
устройство
механическим
Преимущество
аналитической
машины
заключалось
что
а
выполнять
задачи
Она
считывала
команды
перфокарт
выполняла
Некоторые
команды
приказывали
взять
числа
памяти
перенести
вычислительное
устройство
произвести
над
ними
например
сложить
отправить
результат
обратно
запоминающее
устройство
команды
проверяли
число
иногда
совершали
операцию
перехода
зависимости
го
положительное
оно
отрицательное
Если
считывающее
вводились
перфокарты
другой
программой
выполняла
другой
набор
машина
могла
осуществлять
только
алгоритм
Поскольку
аналитическая
машина
программировалась
ассемблере
было
необходимо
программное
создать
это
программное
обеспечение
Бэббидж
молодую
женщину
влеЙс
дочь
знаменитого
британского
Байрона
1842
году
итальянский
учёный
познакомился
аналитической
машиной
пришёл
восторг
первое
подробное
описание
изобретения
была
опубликована
французском
именно
Ада
Лавлейс
взялась
перевести
английский
«Sketch of the Analytical Engine»
).
Позднее
Бэббидж
предложил
снабдить
текст
подробными
комментариями
Аналитический
двигатель
Бэббиджа
писала
Ада
ткёт
алгебраические
задачи
точно
так
как
ткацкий
ткёт
цветы
листья
Именно
эти
комментарии
дают
потомкам
основания
называть
Байрон
первым
программистом
планеты
прочего
сообщила
Бэббиджу
что
составила
для
аналитической
машины
помощью
которых
решить
уравнение
Бернулли
которое
выражает
закон
сохранения
энергии
движущейся
жидкости
материалах
Бэббиджа
комментариях
Лавлейс
намечены
понятия
подпрограмма
блиотека
подпрограмм
модификация
команд
индексный
регистр
которые
стали
употребляться
только
XX
века
Сам
термин
библиотека
Бэббиджем
термины
рабочая
ячейка
цикл
предложила
Лавлейс
работы
области
были
опубликованы
1843
Однако
считалось
неприличным
для
женщины
издавать
сочинения
полным
именем
Лавлейс
поставила
инициалы
Поэтому
математические
труды
как
работы
многих
других
женщин
учёных
пребывали
забвении
1890
году
американцем
Германом
Холлеритом
была
разработана
электрическая
табулирующая
которая
использовалась
переписях
населения
1890-
1900-
годах
ручной
отки
данных
переписи
служащим
бюро
потребовались
годы
Использование
перфорационных
карт
позволило
сократить
табулирования
примерно
недель
Впоследствии
Холлерит
основал
компанию
Tabulating Machine Company,
которая
много
лет
стала
известна
как
IBM.
1938
году
немецкий
инженер
Конрад
Цузе
квартире
родителей
построил
свою
первую
машину
названную
«Z1».
была
пробная
модель
полностью
ханической
программируемой
цифровой
вычислительной
машины
детских
лет
Конрад
проявлял
интерес
конструированию
Ещё
школе
спроектировал
действующую
размену
монет
создавал
проект
города
37
миллионов
жителей
студенчества
нему
впервые
пришла
идея
автоматического
программируемого
вычислителя
После
окончания
Берлинской
высшей
технической
авиационную
фабрику
Хейнкеля
городе
Дессау
однако
проработав
всего
уволился
вплотную
занявшись
созданием
программируемой
машины
Поэкспериментировав
системой
счисления
молодой
инженер
предпочёл
двоичную
1938
появилась
первая
действующая
разработка
Цузе
названная
«Z1».
двоичный
механический
вычислитель
электрическим
раниченной
возможностью
программирования
при
помощи
клавиатуры
Результат
отображался
ламповой
Построенный
собственные
средства
друзей
смонтированный
столе
гостиной
родительского
дома
, «Z1»
работал
недостаточной
точности
выполнения
составных
частей
Впрочем
будучи
экспериментальной
моделью
для
каких
практических
использовался
Вторая
мировая
возможным
общение
Цузе
другими
энтузиастами
создания
вычислительной
техники
Великобритании
Соединенных
Штатах
Америки
1940
получил
поддержку
Исследовательского
института
аэродинамики
. Aerodynamische
Versuchsanstalt),
который
его
работу
для
создания
управляемых
ракет
Благодаря
Цузе
доработанную
версию
вычислителя
— «Z2»
основе
телефонных
реле
отличие
машина
ла
инструкции
перфорированной
миллиметровой
киноплёнки
Удовлетворённый
функциональностью
«Z2»,
1941
году
Цузе
создаёт
уже
более
совершенную
модель
— «Z3»,
которую
сегодня
многие
считают
первым
реально
действовавшим
программируемым
компьютером
Впрочем
программируемость
этого
двоичного
вычислителя
собранного
как
предыдущая
модель
телефонных
реле
также
была
ограниченной
представляла
собой
двоичный
вычислитель
ограниченной
программируемостью
выполненный
основе
телефонных
таких
было
реализовано
устройство
хранения
данных
общее
количество
составляло
около
2200.
Порядок
вычислений
выбрать
заранее
ные
переходы
циклы
отсутствовали
Тактовая
частота
«Z3»
составляла
навсего
5,33
менее
первым
среди
вычислительных
Цузе
получил
практическое
применение
использовался
проектирования
крыла
самолёта
Успех
его
реализация
виде
простой
двоичной
Идея
новой
система
была
придумана
Готфридом
Лейбницем
XIX
века
Джордж
Буль
основу
создания
алгебры
логики
1937
году
сотрудник
Массачусетского
технологического
института
Клод
Шеннон
оригинальной
посвящённой
исследованию
цифровых
разработал
двоичных
собираемых
электронных
реле
Конрад
Цузе
был
первым
кто
объединил
основе
первую
программируемую
вычислительную
машину
«Z3».
Первый
проект
программируемой
вычислительной
машины
середине
1800-
годов
Чарльзом
Бэббиджем
время
быть
реализован
одной
причин
была
десятичность
машины
гораздо
сложность
двоичного
«Z3» (
1991
нове
оригинальных
работ
Бэббиджа
создана
реконструкция
его
Разностной
машины
она
оказалась
вполне
работоспособной
).
Бэббиджа
Ада
Лавлейс
была
первым
теоретическим
программистом
пишущей
программы
для
несуществующей
машины
Конрад
Цузе
стал
программистом
Американский
компьютер
Эниак
был
создан
года
позже
«Z3».
Эниак
была
вакуумных
электронных
лампах
время
«Z3»
использовал
электромеханические
менее
Эниак
десятичной
«Z3»: —
двоичной
1948
для
перепрограммирования
Эниак
фактически
нужно
было
перекоммутировать
заново
время
как
«Z3»
умел
программы
ерфорированной
три
машины
«Z3»,
уничтожены
ходе
бомбёжек
Берлина
1944
, 1945
году
созданная
компания
прекратила
своё
существование
Чуть
ранее
частично
законченный
«Z4»
был
погружен
подводу
перевезён
безопасное
баварской
деревне
этого
компьютера
первый
ре
высокоуровневый
язык
программирования
названный
Планкалкюль
нем
. Plankalkül).
переводе
название
соответствует
выражению
планирующее
исчисление
Планкалкюль
поддерживал
назначения
вызов
подпрограмм
условные
операторы
итерационные
арифметику
запятой
массивы
иерархические
структуры
утверждения
обработку
исключений
многие
другие
современные
средства
языков
программирования
исал
возможности
языка
Планкалкюль
отдельной
брошюре
описал
возможное
применение
языка
сортировки
чисел
выполнения
арифметических
Кроме
того
Цузе
составил
49
страниц
программ
Планкалкюле
для
оценки
шахматных
позиций
Позже
что
было
интересно
проверить
эффективность
универсальность
Планкалкюля
отношении
шахматных
задач
Работа
других
специалистов
США
привела
что
лишь
незначительная
часть
его
известной
Полностью
работа
Цузе
была
издана
1972
году
вполне
возможно
если
Планкалкюль
известен
развития
компьютерной
программирования
могли
измениться
Первый
компилятор
для
а
Планкалкюль
был
создан
Свободном
университете
Берлина
лишь
2000
году
пять
лет
Конрада
Приведённый
ниже
пример
показывает
которая
вычисляет
максимум
трёх
переменных
при
помощи
вызова
функции
max:
P1 max3 (V0[:8.0],V1[:8.0],V2[:8.0])� = R0[:8.0]ma
x(V0[:8.0],V1[�:8.0])=Z1[:8.0]max(Z1[:8.0],V2[:8.0])
�= R0[:8.0]ENDP2 max (V0[:8.0],V1[:8.0]) �= R0[:8.
0]V0[:8.0] =� Z1[:8.0](Z1[:8.0] V1[: V-;࠙[;&#x-12:;.0;&#x] -0;8.0]) -
V1[:8.0]� = Z1[:8.0]Z1[:8.0]� = R0[:8.0]
1949
году
городе
Хюнфельде
Цузе
создаёт
компанию
Zuse KG.
сентябре
1950
«Z4»
был
наконец
закончен
поставлен
Цузе
получил
мемориальную
премию
Гуда
. Harry M. Goode Memorial Award),
медаль
2000
долларов
Немцы
также
разработали
телеграфных
шифровальных
систем
несколько
отличавшихся
Энигмы
».
Машина
Lorenz SZ 40/42
использовалась
армейской
высокого
уровня
Первые
передач
таких
машин
были
зафиксированы
1941
году
Для
взлома
этого
обстановке
секретности
была
создана
машина
Колосс
Спецификацию
разработали
профессор
Ньюман
(Max Newman)
его
коллеги
сборка
Colossus Mk I
выполнялась
довательской
лаборатории
Почтового
департамента
месяцев
работу
выполнили
Флауэрс
(Tommy Flowers)
Колосс
стал
первым
полностью
электронным
вычислительным
устройством
нём
использовалось
большое
количество
электровакуумных
ламп
информации
выполнялся
перфоленты
Колосс
можно
было
настроить
выполнение
различных
операций
булевой
являлся
тьюринг
полной
ной
Помимо
Colossus Mk I,
собрано
ещё
девять
моделей
Информация
существовании
держалась
секрете
1970-
Уинстон
Черчилль
лично
подписал
приказ
машины
части
превышающие
размером
человеческой
своей
секретности
упомянут
многих
трудах
истории
компьютеров
Вторая
мировая
повлияла
компьютерной
техники
Армии
нужны
были
таблицы
которые
использовались
нацеливании
тяжелой
артиллерии
Сотни
женщин
нанимались
для
расчетов
ручных
счетных
машинах
заполнения
этих
таблиц
считалось
женщины
расчетах
мужчины
Тем
менее
этот
процесс
требовал
времени
сто
случались
ошибки
Джон
Моушли
который
был
знаком
работами
Атанасова
Стибблитса
понимал
армия
заинтересована
счетных
машинах
армии
финансирования
работ
созданию
электронного
компьютера
Требование
было
удовлетворено
1943
году
Моушли
своим
студентом
Преспером
Экертом
(J. Presper Eckert)
начали
конструировать
электронный
компьютер
который
ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer -
электронный
цифровой
интегратор
калькулятор
). ENIAC
состоял
18 000
электровакуумных
ламп
1500
весил
потреблял
электроэнергии
машины
было
20
каждый
которых
содержать
10-
разрядное
десятичное
Десятичный
регистр
это
память
маленького
которая
может
вмещать
число
какого
определенного
максимального
количества
разрядов
что
де
одометра
запоминающего
километраж
пройденного
автомобилем
было
установлено
6000
многоканальных
переключателей
имелось
множество
кабелей
протянутых
разъемам
Работа
над
закончена
1946
когда
уже
крайней
мере
достижения
первоначально
поставленных
закончилась
Экерту
позволили
организовать
казывали
коллегам
ученым
зародился
интерес
созданию
больших
цифровых
компьютеров
Моушли
начали
над
машиной
EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer -
электронная
дискретная
параметрическая
машина
).
несчастью
проект
закрылся
когда
они
университета
чтобы
основать
компьютерную
корпорацию
Филадельфии
Силиконовой
долины
тогда
еще
было
После
ряда
компания
превратилась
Unisys Corporation.
время
Экерт
работали
над
иной
EDVAC,
участников
проекта
Джон
Нейман
поехал
Институт
специальных
исследований
Принстоне
чтобы
сконструировать
собственную
под
названием
IAS (Immediate Address Storage -
память
прямой
адресацией
).
Янош
Нейман
родился
старшим
сыновей
состоятельной
Будапеште
Янош
был
необыкновенно
одарённым
ребёнком
Уже
лет
а
восьмизначных
беседовать
отцом
древнегреческом
Янош
всегда
интересовался
математикой
природой
логикой
окружающего
мира
восемь
лет
хорошо
разбирался
математическом
Нейман
получил
степень
доктора
философии
математике
университете
Будапешта
Нейман
стал
интересоваться
вычислительными
и
уже
был
самым
знаменитым
математиком
мире
Нейман
вскоре
создание
компьютеров
большим
количеством
переключателей
кабелей
требует
длительного
времени
утомительно
пришел
мысли
что
программа
должна
представлена
памяти
компьютера
цифровой
вместе
данными
также
сятичная
арифметика
используемая
каждый
разряд
представлялся
десятью
электронными
включена
),
должна
быть
заменена
параллельной
арифметикой
Между
Атанасов
пришел
аналогичному
выводу
Основной
проект
который
фон
Нейман
описал
вначале
известен
сейчас
фон
неймановская
вычислительная
машина
был
рвой
машине
памяти
более
чем
полвека
спустя
является
основой
большинства
современных
цифровых
компьютеров
Сам
замысел
машина
оказали
большое
влияние
дальнейшее
развитие
компьютерной
поэтому
стоит
кратко
проект
Неймана
иметь
виду
что
проект
связан
именем
мана
его
приняли
деятельное
участие
другие
ученые
частности
Голдстайн
Архитектуру
машины
иллюстрирует
рис
Рис
Схема
неймановской
вычислительной
фон
Неймана
состояла
пяти
основных
частей
памяти
арифметико
логического
устройства
устройства
управления
также
устройств
ввода
вывода
Память
включала
4096
слов
размером
40
бит
или
1.
Каждое
слово
содержало
команды
20
целое
число
знаком
бит
бит
указывали
остальные
определяли
4096
слов
Арифметический
блок
блок
управления
составляли
мозговой
центр
компьютера
современных
машинах
сочетаются
микросхеме
называемой
центральным
процессором
Внутри
арифметико
логического
устройства
находился
особый
регистр
40
так
называемый
аккумулятор
Типичная
команда
добавляла
слово
мулятор
содержимое
аккумулятора
памяти
машина
выполняла
арифметические
операции
плавающей
точкой
поскольку
Нейман
считал
что
любой
сведущий
математик
способен
держать
плавающую
точку
голове
июне
1954
.,
меньше
чем
через
после
того
как
присоединился
группе
Мочли
Экерта
ман
отчет
странице
котором
обобщил
над
Эдвак
отчет
озаглавленный
Предварительный
доклад
машине
Эдвак
представлял
собой
прекрасное
описание
машины
логических
свойств
Благодаря
Предварительный
Неймана
стал
работой
цифровым
электронным
компьютерам
которой
акомились
широкие
научной
общественности
Доклад
передавали
руки
лаборатории
лабораторию
университета
университет
другую
работа
обратила
себя
особое
внимание
поскольку
фон
Нейман
пользовался
широкой
известностью
ученом
мире
того
момента
компьютер
признан
представлявшим
научный
интерес
мом
деле
день
ученые
иногда
называют
компьютер
машина
фон
Неймана
Читатели
Предварительного
доклада
были
склонны
полагать
что
все
содержашиеся
идеи
частности
принципиально
важное
решение
хранить
программы
памяти
компьютера
исходили
самого
НеЙмана
Мало
Мочли
Экерт
говорили
рограммах
записанных
памяти
крайней
мере
полгода
появления
фон
Неймана
рабочей
группе
большинству
неведомо
было
Алан
описывая
свою
гипотетическую
универсальную
машину
еще
1936
.,
наделил
внутренней
памятью
действительности
Нейман
читал
классическую
Тьюринга
лично
познакомился
тором
тот
незадолго
посетил
Принстон
1957
году
фон
Нейман
раком
кости
возможно
вызванным
радиоактивным
облучением
при
исследовании
атомной
бомбы
Тихом
океане
или
может
быть
при
последующей
работе
Аламосе
штат
Мексико
его
коллега
пионер
ядерных
исследований
Энрико
умер
кости
1954
Через
несколько
месяцев
после
постановки
диагноза
фон
Нейман
тяжёлых
мучениях
1.2.3
Второе поколение 
 транзисторы 
1965)
Транзистор
изобретен
сотрудниками
лаборатории
Bell Laboratories
Джоном
Бардином
(John
Bardeen),
Уолтером
Браттейном
(Walter Brattain)
Уильямом
Шокли
(William Shockley),
что
1956
получили
Нобелевскую
премию
области
физики
течение
десяти
транзисторы
совершили
революцию
производстве
компьютеров
концу
годов
компьютеры
вакуумных
лампах
безнадежно
устарели
Первый
компьютер
построен
лаборатории
содержал
слова
16
как
Whirlwind I.
Компьютер
назывался
-0 (Transistorized
experimental computer 0 -
экспериментальная
транзисторная
вычислительная
машина
0)
предназначался
для
тестирования
машины
ла
большого
значения
один
инженеров
лаборатории
Ольсен
компьютерах
Компания
DEC
продала
50 000
компьютеров
модели
PDP-8
лидером
рынке
мини
компьютеров
1964
году
компания
CDC (Control Data Corporation)
выпустила
машину
6600,
которая
работала
почти
чем
7094.
Этот
компьютер
для
расчетов
пользовался
большой
популярностью
компания
пошла
Секрет
высокого
быстродействия
заключался
том
что
центрального
процессора
ась
машина
высокой
степенью
параллелизма
нее
было
несколько
функциональных
устройств
сложения
умножения
деления
они
могли
работать
одновременно
работала
требовалось
составить
хорошую
программу
приложив
некоторые
усилия
можно
было
чтобы
машина
выполняла
10
команд
одновременно
Внутри
машины
6600
было
встроено
сколько
компьютеров
Центральный
процессор
таким
образом
производил
только
подсчет
чисел
функции
управление
работой
машины
также
вывод
информации
выполняли
маленькие
компьютеры
Некоторые
принципы
работы
устройства
6600
используются
современных
компьютерах
Разработчик
компьютера
6600
Сеймур
(Seymour Cray)
легендарной
личностью
как
фон
Нейман
созданию
очень
мощных
компьютеров
которые
сейчас
называют
суперкомпьютерами
Среди
них
можно
назвать
6600, 7600
Сгау
-1.
Сеймур
Крей
также
является
автором
известного
алгоритма
покупки
автомобилей
идете
магазин
ближайший
вашему
дому
показываете
машину
ближайшую
двери
говорите
эту
Этот
алгоритм
минимум
времени
ень
покупку
автомобилей
позволяет
большую
часть
времени
важные
разработку
суперкомпьютеров
1.2.4
Третье поколение Ǧ интегральные схемы 
1980)
1968
два
руководителя
процветающей
компании
Fairchild Semiconductor
внезапно
посты
никто
предполагал
станут
эпохальными
Сооснователи
Fairchild
Нойс
(Robert Noyce)
Гордон
(Gordon Moore)
организовали
новую
фирму
названием
Intel.
меньшей
мере
еще
один
лидеров
компании
последовал
примеру
Директор
маркетингу
Fairchild
Джерри
Сандерс
основал
фирму
AMD.
Началось
е
того
1955
изобретатель
транзистора
Уильям
Шокли
открыл
собственную
Shockley Semiconductor Labs
Пало
всего
послужило
началом
создания
Кремниевой
долины
),
куда
набрал
довольно
много
молодых
исследователей
1959
году
ряду
причин
него
группа
инженеров
которых
устраивала
дядю
попробовать
реализовать
собственные
идеи
Восьмерка
предателей
”,
как
называл
Шокли
которых
том
числе
Нойсом
основала
фирму
Fairchild Semiconductor.
Нойс
занял
компании
должность
директора
исследованиям
разработкам
Позднее
утверждал
придумал
микросхему
довольно
бессмысленно
выглядело
ромодулей
пластины
кремния
сначала
разрезались
отдельные
транзисторы
затем
опять
соединялись
другом
общую
схему
Процесс
был
крайне
трудоемким
все
соединения
паялись
вручную
микроскопом
! –
дорогим
микросхема
содержала
транзисторов
выяснилось
что
Нойса
благородном
микросхемы
опередили
летом
1958-
сотрудник
Texas Instruments
емонстрировал
возможности
дискретных
элементов
включая
даже
конденсаторы
кремнии
Планарной
технологии
распоряжении
было
поэтому
использовал
так
называемые
транзисторы
августе
собрал
работающий
макет
триггера
котором
отдельные
изготовленные
собственноручно
элементы
соединялись
проволочками
сентября
1958
предъявил
работающую
кросхему
мультивибратор
рабочей
частотой
1960
году
достижения
демонстрировались
публике
выставке
американского
радиоинженеров
Пресса
встретила
прочих
отрицательных
особенностей
“integrated circuit”
неремонтопригодность
Килби
подал
заявку
патент
феврале
1959,
Fairchild
последней
тент
выдали
раньше
апреле
1961
.,
июне
1964
Потом
была
десятилетняя
война
приоритетах
результате
которой
как
говорится
случай
небывалый
! –
победила
дружба
конечном
счете
Апелляционный
подтвердил
претензии
Нойса
первенство
технологии
постановил
считать
создателем
первой
работающей
микросхемы
2000
Килби
етение
Нобелевскую
премию
среди
других
лауреатов
был
академик
Алферов
).
Нобелевские
премии
присуждаются
посмертно
Нойс
скончался
1990
году
1968,
как
упоминалось
друзья
основатели
уволились
Fairchild,
основав
Integrated Electronics –
Intel.
Любопытно
что
первоначально
рассматривался
названия
Moore Noyce (
Хьюллета
Паккарда
больно
похоже
more noise – “
больше
шума
ноября
1971
года
корпорация
Intel
представила
свой
микропроцессор
2300
транзисторов
работавший
тактовой
частотой
108
автор
известного
закона
Мура
основатель
признавался
что
поначалу
сотрудники
понимали
что
именно
они
изобрели
1971
году
вспоминает
тогдашний
директор
Intel
маркетингу
поначалу
относились
пу
лишь
средству
увеличения
микросхем
памяти
него
деньги
исходя
именно
посылки
".
Уже
восьмидесятых
годах
очень
точно
охарактеризовал
атмосферу
времени
обронив
что
микропроцессор
был
придуман
чем
возможности
применения
один
сотрудников
Мура
пришел
нему
середине
семидесятых
идеей
компьютера
домохозяек
между
ними
произошел
дующий
диалог
кому
понадобится
спросил
Мур
Сотрудник
ответил
Домохозяйкам
могли
таким
хранить
кулинарные
рецепты
удивился
только
?.."
Поскольку
сотрудник
нашел
добавить
больше
фирме
Intel
вопросу
возвращались
самого
рубежа
восьмидесятых
...
воспоминаниях
несколько
все
ещает
Инженер
Тед
Хофф
разработал
4004
для
компании
Busicom,
производителя
калькуляторов
Busicom
заказывала
набор
микросхем
Intel
предложила
все
уместить
микросхему
. Busicom
приобрела
права
микропроцессор
заплатив
Intel $60.000.
Intel
решили
возвратить
Busicom
эти
деньги
себе
права
микропроцессор
Так
были
недальновидны
обладал
вычислительной
мощностью
сравнимой
первым
электронным
компьютером
который
1946
году
занимал
объемом
85
куб
метров
Микропроцессор
4004
выполнял
60
операций
секунду
Свое
первое
практическое
применение
микропроцессор
Intel
4004
нашел
таких
системах
как
устройства
дорожными
светофорами
анализаторы
крови
бортовой
аппаратуре
межпланетного
зонда
Pioneer-10,
который
был
NASA
1972
году
1972
году
выпущен
преемник
4004 — 8-
разрядный
микропроцессор
8008.
IBM System/360
семейство
компьютеров
класса
мейнфреймов
которое
анонсировано
апреля
1964
года
был
ряд
компьютеров
котором
проводилось
чёткое
различие
между
реализацией
отличие
предыдущих
создала
компьютеров
большим
низкой
высокой
производительности
все
модели
которой
использовали
тот
бор
команд
двумя
исключениями
для
специфичных
).
особенность
позволяла
заказчику
использовать
недорогую
модель
чего
обновиться
крупной
ростом
компании
без
необходимости
переписывать
Для
обеспечения
совместимости
применила
технологию
микрокода
который
применялся
всех
моделях
серии
кроме
старших
Затраты
разработку
System/360
составили
около
млрд
долларов
соответствует
млрд
ценах
2005
.,
если
сравнивать
64),
вдвое
превышало
расходы
США
второй
мировой
Манхэттенский
проект
образом
это
был
второй
стоимости
проект
НИОКР
1960-
годов
после
программы
Аполлон
Благодаря
широкому
распространению
IBM/360 8-
битные
символы
минимально
адресуемая
ячейка
памяти
стали
стандартом
для
всей
компьютерной
техники
Шестнадцатеричная
система
роко
применявшаяся
документации
IBM/360,
практически
вытеснила
доминировавшую
восьмеричную
1.2.5
Четвертое поколение Ǧ сверхбольшие интегральные схемы 
Появление
сверхбольших
интегральных
80-
годах
позволило
помещать
плату
сначала
десятки
тысяч
затем
сотни
наконец
транзисторов
Это
привело
созданию
компьютеров
меньшего
размера
более
быстродействующих
PDP-1
компьютеры
были
настолько
велики
дороги
что
компаниям
университетам
приходилось
иметь
специальные
отделы
вычислительные
центры
-
годам
цены
что
возможность
приобретать
компьютеры
появилась
только
организаций
людей
Началась
персональных
компьютеров
Персональные
компьютеры
требовались
совсем
для
целей
предшественники
применялись
для
обработки
электронных
таблиц
также
выполнения
приложений
высоким
уровнем
ерактивности
например
игр
которыми
компьютеры
справлялись
персональный
компьютер
, Apple (
позднее
Apple II),
был
разработан
Джобсом
(Steve Jobs)
Возняком
(Steve Wozniak).
Этот
компьютер
стал
чрезвычайно
популярным
домашних
пользователей
школ
что
мгновение
ока
компанию
Apple
серьезным
игроком
рынке
Наблюдая
занимаются
компании
компания
IBM,
лидирующая
тогда
компьютерном
рынке
тоже
заняться
производством
персональных
компьютеров
вместо
того
чтобы
конструировать
компьютер
компонентов
IBM "
",
заняло
слишком
много
компания
предоставила
одному
работников
Филипу
Эстриджу
(Philip
большую
сумму
денег
приказала
отправиться
куда
нибудь
подальше
шивающихся
бюрократов
главного
управления
компании
находящегося
Армонке
Нью
Йорк
возвращаться
пока
будет
создан
действующий
персональный
компьютер
Эстридж
открыл
предприятие
достаточно
далеко
главного
управления
компании
Флориде
),
взял
Intel
8088
качестве
центрального
процессора
компьютер
разнородных
компонентов
компьютер
(IBM PC)
появился
81
году
стал
покупаемым
компьютером
истории
Однако
компания
IBM
одну
вещь
которой
позже
пожалела
Вместо
чтобы
держать
проект
машины
секрете
крайней
оградить
себя
патентами
),
она
обычно
компания
опубликовала
полные
проекты
включая
электронные
схемы
книге
стоимостью
49
долларов
Эта
книга
была
опубликована
чтобы
другие
компании
могли
производить
нные
платы
для
IBM PC,
повысило
совместимость
популярность
компьютера
для
IBM,
только
проект
IBM PC
широко
известен
многие
компании
начали
делать
часто
продавали
гораздо
чем
IBM (
поскольку
все
составные
части
компьютера
было
приобрести
).
началось
бурное
производство
персональных
компьютеров
Первая
IBM PC
ла
оснащена
операционной
системой
которую
выпускала
тогда
крошечная
корпорация
Microsoft. IBM
Microsoft
совместно
разработали
последовавшую
MS-DOS
систему
OS/2,
характерной
чертой
которой
был
графический
пользовательский
интерфейс
(Graphical User Interface, GUI),
интерфейсом
Apple Macintosh.
Между
тем
компания
Microsoft
также
собственную
систему
Windows,
которая
работала
основе
MS-DOS,
случай
если
OS/2
иметь
. OS/2
действительно
пользовалась
спросом
, a Microsoft
одолжала
выпускать
операционную
Windows,
что
послужило
причиной
грандиозного
раздора
между
IBM
Microsoft.
Легенда
как
крошечная
компания
Intel
более
крошечная
чем
Intel,
компания
Microsoft
умудрились
IBM,
одну
самых
богатых
самых
влиятельных
корпораций
мировой
подробно
излагается
бизнес
всего
мира
Первоначальный
успех
процессора
8088
воодушевил
мпанию
Intel
его
дальнейшие
усовершенствования
примечательна
версия
386,
выпущенная
1985
году
, -
это
первый
представитель
линейки
Pentium.
Современные
процессоры
Pentium
гораздо
процессора
386,
точки
зрения
архитектуры
просто
представляют
его
более
версии
1981
году
семейство
процессоров
Intel
пополнилось
разрядной
моделью
8086
8-
разрядной
8088.
Эти
процессоры
получили
течение
всего
лишь
года
около
2 500
технологические
новшества
достижения
вычислительных
систем
1982
году
Intel
представила
микропроцессор
286,
содержащий
тыс
транзисторов
эффективности
превосходил
другие
разрядные
процессоры
примерно
раза
Благодаря
концепции
внутрикристальной
памяти
первым
микропроцессором
совместимым
своими
предшественниками
Этот
качественно
новый
микропроцессор
затем
использован
эпохальном
компьютере
PC-AT
компании
IBM.
1985
году
появился
32-
разрядный
процессор
Intel 386.
содержал
275
тыс
транзисторов
выполнял
более
операций
секунду
(Million Instruction Per Second — MIPS).
Компьютер
DESKPRO 386
компании
Compaq
был
созданным
нового
микропроцессора
Следующим
семейства
стал
процессор
486,
появившийся
1989
году
процессор
содержал
транзисторов
первый
встроенный
сопроцессор
50
раз
4004,
производительность
была
эквивалентна
производительности
мощных
мэйнфреймов
1993
году
Intel
представила
первый
процессор
Pentium,
производительность
которого
выросла
пять
раз
сравнению
семейством
Intel 486. Pentium
содержал
транзисторов
90
операций
секунду
что
примерно
1 500
быстродействия
процессора
4004.
Процессор
Itanium Tukwila
технологической
нормой
65
планируется
выпустить
середине
2009
года
будет
работать
частотой
ГГц
содержать
два
контроллера
памяти
вместо
системной
шины
использовать
соединение
Intel QuickPath.
Общее
число
транзисторов
этом
составит
млрд
Разрядность
Тактовая
частота
Число
элементов
4004
4,77
2300
1971
8080
4,77
5000
1974
80286
10-33
120 000
1982
80386
25-50
275 000
1985
80486
33-100
1 180 000
1989
Pentium
50-150
3 100 000
1993
Pentium II
150-450
7 500 000
1997
Pentium III
333-900
24 000 000
1999
Pentium 4
500-
42 000 000
2000
Itanium
800-
220 000 000
2002
Itanium 2
1200-
410 000 000
2003
1600-
1 720 000 000
2005
2000
2 000 000 000
2009
     
     
1.2.6
Технологические и экономические аспекты 
Компьютерная
промышленность
двигается
вперед
как
Главная
движущая
способность
производителей
помещать
каждым
годом
все
больше
транзисторов
микросхему
больше
транзисторов
крошечных
электронных
переключателей
тем
больше
мощнее
процессоры
Зако
эмпирическое
наблюдение
сделанное
1965
году
после
изобретения
интегральной

процессе
подготовки
выступления
одним
основателей
Intel).
высказал
предположение
транзисторов
будет
удваиваться
каждые
24
месяца
Представив
графика
рост
производительности
запоминающих
микросхем
обнаружил
закономерность
новые
модели
микросхем
разрабатывались
более
менее
одинаковые
периоды
(18—24
после
появления
предшественников
ёмкость
при
зрастала
раз
примерно
вдвое
такая
заключил
мощность
вычислительных
экспоненциально
возрастёт
протяжении
относительно
короткого
промежутка
времени
Искусство
Хилла
Хоровица
(1980
годы
приводится
образное
сравнение
Боинг
747
прогрессировал
такой
скоростью
какой
твердотельная
электроника
спичечном
коробке
облетал
дозаправки
земной
шар
40
момента
формулировки
закона
лет
Несмотря
некоторые
колебания
оде
удвоения
закон
Мура
продолжает
работать
(2009
.).
2007
заявил
очевидно
что
закон
скоро
перестанет
действовать
атомарной
природы
вещества
ограничения
света
Сейчас
такт
процессора
свет
проходит
10
Устройство ЭВМ 
Цифровой логический уровень 
Цифровые
могут
конструироваться
небольшого
числа
простых
элементов
путем
сочетания
элементов
различных
комбинациях
2.1.1
Вентили 
Цифровая
схема
схема
которой
только
логических
значения
Обычно
сигнал
представляет
одно
значение
например
сигнал
например
, 1).
Напряжение
пределами
указанных
недопустимо
Крошечные
электронные
устройства
которые
называются
вентилями
могут
вычислять
различные
функции
этих
двузначных
сигналов
вентили
формируют
нову
аппаратного
обеспечения
которой
цифровые
компьютеры
современная
цифровая
логика
основывается
может
очень
быстрый
бинарный
переключатель
изображен
биполярный
транзистор
встроенный
простую
Транзистор
имеет
соединения
миром
коллектор
базу
Если
входное
напряжение
ниже
определенного
критического
значения
транзистор
выключается
действует
большое
сопротивление
приводит
выходному
близкому
напряжению
подаваемому
извне
обычно
+5
для
данного
типа
транзистора
превышает
критическое
значение
транзистор
включается
действует
провод
вызывая
заземление
сигнала
соглашению
).
Важно
отметить
если
напряжение
in
низкое
out
высокое
наоборот
таким
образом
является
инвертором
превращающим
логический
логическую
логическую
логический
0.
Резистор
ломаная
линия
нужен
для
ограничения
количество
тока
проходящего
через
транзистор
переключение
одного
состояния
другое
обычно
требуется
наносекунд
рис
два
транзистора
соединены
последовательно
напряжение
напряжение
высокое
оба
транзистора
будут
служить
out
Если
одно
входных
напряжений
соответствующий
транзистор
будет
выключаться
напряжение
будет
высоким
словами
out
будет
низким
тогда
только
тогда
напряжение
напряжение
высокое
рис
соединены
параллельно
входных
сигналов
высокий
включаться
соответствующий
транзистор
снижать
выходной
сигнал
оба
напряжения
входе
низкие
выходное
напряжение
образуют
три
простейших
вентиля
называются
вентилями
Вентили
часто
называют
инверторами
дем
использовать
термина
Если
примем
соглашение
напряжение
) -
логическая
1,
напряжение
земля
") -
логический
сможем
выражать
выходе
функцию
входных
значений
Значки
которые
используются
изображения
трех
вентилей
показаны
приводится
поведение
функции
каждой
это
входные
сигналы
X -
выходной
сигнал
Каждая
строка
таблицы
определяет
выходной
комбинаций
входных
Если
выходной
сигнал
инвертор
получим
другую
схему
противоположную
вентилю
такую
которой
выходной
равен
тогда
только
тогда
входных
сигнала
1.
Такая
называется
схематическое
изображение
описание
соответствующей
функции
даны
Точно
так
вентиль
ИЛИ
быть
связан
инвертором
Тогда
получится
которой
выходной
равен
том
случае
если
хотя
входных
равен
равны
0.
Изображение
которая
называется
вентилем
ИЛИ
также
описание
соответствующей
функции
рис
Маленькие
кружочки
схемах
инвертора
вентиля
вентиля
ИЛИ
называются
инвертирующими
выходами
также
могут
использоваться
другом
контексте
указания
инвертированный
Пять
изображенных
рис
.,
составляют
основу
цифрового
логического
уровня
предшествующего
обсуждения
должно
ясно
что
вентили
требуют
два
транзистора
каждый
вентили
три
транзистора
каждый
этой
причине
многих
компьютерах
используются
вентили
ИЛИ
И
практике
все
вентили
выполняются
несколько
другому
все
равно
.)
Следует
упомянуть
вентили
могут
более
двух
входов
принципе
вентиль
например
может
иметь
произвольное
количество
входов
больше
восьми
обычно
ройство
вентилей
уровню
физических
устройств
все
упомянем
основные
производственных
технологий
они
часто
упоминаются
литературе
основные
технологии
биполярная
металл
полупроводник
Среди
биполярных
технологий
назвать
транзисторно
транзисторную
которая
основой
цифровой
электроники
протяжении
т
эмиттерно
которая
используется
случаях
когда
требуется
высокая
выполнения
операций
2.1.2
Эквивалентность схем 
Разработчики
схем
часто
стараются
сократить
число
вентилей
чтобы
уменьшить
занимаемое
схемой
место
сократить
потребление
энергии
Чтобы
упростить
найти
другую
которая
может
вычислять
функцию
при
требует
меньшего
количества
или
работать
более
простыми
вентилями
например
двухвходовыми
вместо
тырех
входных
).
Булева
алгебра
является
ценным
инструментом
эквивалентных
качестве
примера
использования
булевой
алгебры
рассмотрим
таблицу
истинности
для
обсуждали
многие
правила
обычной
алгебры
имеют
булевой
алгебры
Например
выражение
может
быть
преобразовано
помощью
дистрибутивного
закона
рис
показана
схема
таблица
истинности
для
Две
функции
являются
эквивалентными
тогда
только
когда
функции
принимают
значение
возможных
переменных
таблиц
истинности
что
эквивалентно
Несмотря
эквивалентность
лучше
схема
рис
поскольку
меньше
вентилей
Обычно
разработчик
исходит
определенной
булевой
функции
затем
применяет
законы
булевой
алгебры
чтобы
найти
простую
функцию
эквивалентную
исходной
основе
полученной
функции
конструировать
2.1.3
Основные логческие схемы 
Вентили
производятся
продаются
отдельности
модулях
которые
называются
интегральными
схемами
или
микросхемами
Интегральная
схема
представляет
собой
квадратный
кусочек
кремния
размером
примерно
5x5
котором
находится
несколько
вентилей
Маленькие
интегральные
схемы
обычно
помещаются
прямоугольные
пластиковые
керамические
корпуса
размером
ширину
длину
длинных
сторон
располагается
два
параллельных
ряда
выводов
около
длину
которые
можно
втыкать
разъемы
или
впаивать
печатную
Каждый
вывод
соединяется
входом
ходом
какого
нибудь
вентиля
источником
питания
или
землей
".
Корпус
рядами
выводов
интегральными
схемами
называется
двурядным
корпусом
(Dual Inline Package,
сокращенно
все
называют
его
микросхемой
стирая
различие
между
куском
кремния
корпусом
который
помещается
Большинство
имеют
14, 16, 18, 20, 22,24, 28,40, 64
68
выводов
больших
микросхем
уются
корпуса
которых
расположены
четырех
или
Микросхемы
можно
разделить
несколько
классов
точки
количества
содержат
классификация
конечно
иногда
может
быть
полезна
малая
схема
вентилей
средняя
интегральная
схема
):
100
вентилей
БИС
большая
интегральная
):
100
100 000
вентилей
СБИС
сверхбольшая
интегральная
100 000
вентилей
схемы
еют
различные
свойства
используются
для
различных
Для
удобства
считаем
появляются
изменения
выходе
как
только
появляются
изменения
входе
самом
деле
существует
определенная
вентиля
которая
включает
себя
прохождения
сигнала
через
микросхему
переключения
Время
обычно
составляет
время
стало
возможным
помещать
10
транзисторов
микросхему
как
любая
схема
быть
сконструирована
может
создаться
впечатление
что
производитель
способен
изготовить
микросхему
содержащую
млн
вентилей
несчастью
для
создания
такой
микросхемы
потребуется
15 000 002
выводов
стандартный
вывод
занимает
0,1
микросхема
ет
длину
отрицательно
скажется
покупательной
способности
Поэтому
чтобы
использовать
преимущество
данной
технологии
нужно
разработать
такие
которых
количество
превышает
количество
выводов
Муьтиплексоры 
цифровом
логическом
уровне
мультиплексор
представляет
собой
входами
выходом
линиями
управления
которые
позволяют
выбрать
входов
Выбранный
вход
соединяется
выходом
изображена
схема
восьмивходового
мультиплексора
линии
управления
, A, B
кодируют
разрядное
число
которое
указывает
какая
восьми
линий
должна
соединяться
вентилем
тельно
выходом
Вне
зависимости
того
какое
окажется
управления
вентилей
всегда
выдавать
выходе
выдавать
или
зависимости
выбранной
линии
входа
вентиль
запускается
определенной
комбинацией
управления
схему
мультиплексора
показанную
рис
источник
питания
землю
мультиплексор
можно
включить
корпус
выводами
Компараторы 
полезная
схема
компаратор
Компаратор
сравнивает
два
слова
которые
поступают
вход
Компаратор
изображенный
рис
принимает
два
входных
сигнала
B,
бита
выдает
1,
если
если
они
равны
Схема
основывается
вентиле
ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ
который
выдает
сигналы
равны
если
сигналы
оде
равны
Если
все
четыре
входных
слова
четыре
вентиля
ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ
выдавать
четыре
затем
поступают
вентиль
Если
результате
получается
0,
значит
слова
поступившие
вход
противном
случае
они
равны
нашем
примере
использовали
вентиль
ИЛИ
качестве
конечного
обы
поменять
значение
полученного
результата
: 1
означает
равенство
, 0 -
неравенство
Сумматор 
Компьютер
который
умеет
числа
практически
немыслим
Следовательно
для
выполнения
операций
сложения
является
частью
любого
процессора
Таблица
истинности
для
сложения
одноразрядных
чисел
показана
Здесь
имеется
два
результата
входных
переменных
перенос
следующую
левую
позицию
Схема
вычисления
бита
ммы
бита
переноса
показана
рис
6.
Такая
обычно
называется
полусумматором
Полусумматор
подходит
сложения
битов
нижних
разрядов
многобитовых
слов
годится
сложения
середине
потому
что
может
осуществлять
позицию
Поэтому
необходим
сумматор
должно
ясно
что
полный
сумматор
состоит
полусумматоров
Сумма
равна
переменных
Вход
переноса
принимает
значение
если
единице
переменных
или
все
три
Выход
принимает
если
одновременно
равны
1 (
левый
вход
вентиль
один
них
равен
Вход
переноса
также
равен
Два
полусумматора
порождают
суммы
биты
Чтобы
построить
сумматор
например
для
двух
16-
битных
нужно
продублировать
схему
изображенную
16
Перенос
производится
левый
соседний
Перенос
самый
правый
бит
соединен
сумматор
называется
сумматором
Прибавление
числу
111... 111
осуществится
перенос
пройдет
весь
путь
правого
бита
самому
левому
Память
 защ˩лки 
Чтобы
один
бит
памяти
нам
нужна
которая
каким
образом
запоминает
предыдущие
входные
значения
Такую
можно
сконструировать
двух
вентилей
как
показано
Аналогичные
схемы
можно
построить
вентилей
упоминать
схемы
дальнейшем
поскольку
существу
идентичны
схемам
вентилями
ИЛИ
Схема
изображенная
рис
называется
защелкой
нее
два
входа
сигналы
центрального
процессора
другие
принимают
других
компонентов
третьи
делают
другое
Изучив
функции
всех
выводов
сможем
узнать
как
процессор
взаимодействует
памятью
устройствами
ввода
цифровом
логическом
уровне
Выводы
микросхемы
центрального
процессора
можно
подразделить
три
информационные
управляющие
выводы
тветствующими
выводами
микросхемах
памяти
микросхемах
ввода
вывода
через
набор
параллельных
проводов
называемую
шину
).
Чтобы
вызвать
команду
центральный
процессор
сначала
посылает
память
адрес
этой
команды
адресным
выводам
запускает
или
несколько
управления
сообщить
нужно
например
выдает
ответ
помещая
требуемое
информационные
выводы
процессора
посылая
что
это
сделано
Когда
центральный
процессор
получает
данный
принимает
слово
вызванную
команду
Команда
может
требовать
чтения
слов
данные
этом
случае
весь
процесс
каждого
дополнительного
слова
оисходит
процесс
чтения
записи
подробно
рассмотрим
ниже
Важно
понимать
что
центральный
процессор
обменивается
информацией
памятью
устройства
ввода
вывода
подавая
сигналы
выводы
принимая
входы
способа
обмена
информацией
существует
адресных
выводов
число
информационных
выводов
ключевых
параметра
которые
определяют
дительность
процессора
Микросхема
адресных
выводов
может
обращаться
ячейкам
памяти
16, 20, 32
или
64.
информационных
выводов
может
считывать
записывать
слово
одну
операцию
равно
8,16,32,36
64.
процессору
информационными
выводами
понадобится
операции
чтобы
считать
32-
битное
слово
процессор
имеющий
32
информационных
может
сделать
работу
Следовательно
микросхема

информационными
выводами
работает
быстрее
гораздо
дороже
Кроме
информационных
выводов
процессор
содержит
выводы
управления
Выводы
управления
регулируют
синхронизируют
поток
данных
процессору
также
выполняют
разнообразные
функции
процессоры
содержат
выводы
для
питания
обычно
+3,3
+5
земли
инхронизирующего
меандра
).
Остальные
выводы
разнятся
процессора
процессору
Тем
управления
можно
разделить
несколько
категорий
Управление
шиной
Прерывание
Арбитраж
шины
Состояние
Разное
Схема
типичного
котором
используются
типы
изображена
Выводы
управления
шиной
части
представляют
выходы
центрального
процессора
шину
следовательно
входы
микросхемы
памяти
микросхемы
устройств
ввода
вывода
).
сообщают
считать
информацию
памяти
информацию
мять
или
сделать
что
нибудь
Выводы
прерывания
ввода
вывода
большинстве
процессор
может
дать
сигнал
устройству
ввода
вывода
начать
затем
приступить
какому
нибудь
другому
действию
пока
устройство
ввода
вывода
работу
ввода
вывода
заканчивает
работу
ввода
вывода
посылает
сигнал
один
выводов
прерывания
чтобы
прервать
работу
процессора
заставить
обслуживать
устройство
ввода
вывода
например
проверять
ошибки
ввода
вывода
Некоторые
процессоры
содержат
выходной
вывод
чтобы
подтверждать
получение
сигнала
прерывания
Выводы
конфликтов
шине
нужны
чтобы
регулировать
информации
шине
ть
допускать
таких
когда
два
устройства
пытаются
воспользоваться
шиной
одновременно
разрешения
конфликтов
центральный
процессор
считается
устройством
Некоторые
центральные
процессоры
могут
работать
различными
сопроцессорами
например
графическими
процессорами
процессорами
плавающей
точкой
Чтобы
обеспечить
обмен
информации
между
процессором
сопроцессором
специальные
выводы
редачи
сигналов
Кроме
этих
выводов
некоторых
процессоров
дополнительные
них
выдают
принимают
информацию
состоянии
для
перезагрузки
компьютера
третьи
совместимости
старыми
микросхемами
ввода
2.1.5
Принципы фон Неймана 
1945-
году
математик
Джон
Нейман
обобщив
имеющиеся
тот
момент
материалы
компьютерной
тематике
инженеров
изложил
основные
принципы
функционирования
дань
уважения
изложенные
принципы
получили
название
принципы
Неймана
»,
соответствующая
архитектура
архитектура
Неймана
докладе
Нейман
быть
организован
компьютер
чтобы
был
универсальным
эффективным
устройством
обработки
информации
Прежде
всего
компьютер
должен
иметь
следующие
устройства
логическое
устройство
выполняющее
арифметические
логические
операции
устройство
управления
которое
организует
процесс
выполнения
программ
запоминающее
устройство
для
хранения
данных
внешние
устройства
ввода
вывода
информации
Первый
принцип
максимальная
простота
операционного
устройства
следовательно
простой
машинный
язык
его
низкий
уровень
Простота
диктовалась
что
операционные
устройства
были
более
дорогими
сравнению
памятью
Сложные
осуществлялись
счет
усложнения
программ
размещенных
и
последовательный
командно
адресный
характер
управления
соответствии
которым
команды
содержат
информацию
данных
размещенных
памяти
выполняются
последовательно
другой
Третий
организация
памяти
последовательная
нумерация
представление
простейших
структур
данных
Сложные
структуры
организуются
программным
пособом
посредством
различного
рода
указателей
связок
усложняет
применение
машин
обработки
таких
структур
Четвертый
жесткая
архитектура
отсутствие
возможности
изменения
команд
между
устройствами
Собранный
Нейманом
материал
время
его
опубликования
оказал
существенное
консолидирующее
воздействие
разработчиков
аппаратных
программных
средств
создании
машин
поколения
принципы
позволили
построить
эффективные
вычислительные
средства
технически
несовершенной
стандартизированной
элементной
базе
когда
практически
все
компоненты
разрабатывались
нуля
».
уже
второго
поколения
принципы
Неймана
ограничивали
дальнейшее
развитие
вычислительной
отечественной
ЭВМ
инженерных
расчётов
инципов
построения
машин
сформулированных
фон
Нейманом
Новые
принципы
были
ориентированы
повышение
машинного
интеллекта
частности
высокий
уровень
внутреннего
Современные
том
числе
персональные
архитектуре
фон
Неймана
Сформулированные
принципы
настоящее
имеют
историческое
также
полезны
при
льном
освоении
информатики
простого
сложному
Общая организация ЭВМ 
ʺикро̪роцессор 
(CPU)
 ‐ э̯о цен̯ральный блок Пʶ
 ̪редназначенный для у̪равления рабо̯ой всех 
блоков машины и для вы̪олнения арифме̯ических и логических о̪ер
аций над информацией
сос̯ав микро̪роцессора входя̯
ус̯ройс̯во у̪равления 
формируе̯ и ̪одае̯ во все блоки машины в нужные момен̯ы 
времени о̪ределенные сигналы у̪равления 
у̪равляющие им̪ульсы
 обусловленные 
с̪ецификой вы̪олняемой о̪ерации и резуль̯а̯ами ̪редыдущих о̪ера
 формируе̯ 
адреса ячеек ̪амя̯и
 ис̪ользуемых вы̪олняемой о̪ерацией
 и ̪ередае̯ э̯и адреса в 
соо̯ве̯с̯вующие блоки оЧʺ
 о̪орную ̪оследова̯ельнос̯ь им̪ульсов ус̯ройс̯во у̪равления 
̪олучае̯ о̯ генера̯ора ̯ак̯овых им̪ульсов
арифме̯ико‐логическое ус̯ройс̯во 
ʤʸб
 ̪редназначено для вы̪олнения всех 
арифме̯ических и логических о̪ераций над числовой и символьной 
информацией 
современных микро̪роцессорах для 
ускорения вы̪олнения о̪ераций 
в ʤʸб ин̯егрируе̯ся 
до̪олни̯ельный ма̯ема̯ический со̪роцессор
микро̪роцессорная ̪амя̯ь 
 служи̯ для кра̯ковременного хранения
 за̪иси и 
выдачи информации
 не̪осредс̯венно ис̪ользуемой в вычислениях в ближайшие ̯ак̯ы 
рабо̯ы машины
 ʺПП с̯рои̯ся на регис̯рах и ис̪
ользуе̯ся для обес̪ечения высок
ого 
быс̯родейс̯вия машины
 ̯ак как основная ̪амя̯ь 
 не всегда обес̪ечивае̯ скорос̯ь 
 ̪оиска и счи̯ывания информации
 необходимую для эффек̯ивной рабо̯ы 
быс̯родейс̯вующего микро̪роцессора
Регис̯ры
 быс̯родейс̯вующие ячейки ̪амя̯и 
различной длины 
в о̯личие о̯ ячеек ʽП
 имеющих с̯андар̯ную длину 
 бай̯ и более низкое 
быс̯родейс̯вие
ин̯ерфейсная сис̯ема микро̪роцессора
 ‐ реализуе̯ со̪ряжение и связь с другими 
ус̯ройс̯вами Пʶ
 включае̯ в себя вну̯ренний ин̯ерфейс ʺП
 буферные за̪оминающие 
регис̯ры и схемы у̪равления ̪ор̯ами ввода‐ вывода 
 и сис̯емной шиной
 ʰн̯ерфейс 
(interface)
совоку̪нос̯ь средс̯в со̪ряжения и связи ус̯ройс̯в ком̪ью̯ера
обес̪ечивающая их эффек̯ивное взаимодейс̯вие
 Пор̯ ввода‐ вывода 
Input/Output
port)
 ‐ а̪̪ара̯ура со̪ряжения
 ̪озволяющая ̪одключи̯ь к 
микро̪роцессору другое 
ус̯ройс̯во Пʶ
Шенера̯ор ̯ак̯овых им̪ульсов
 генерируе̯ ̪оследова̯ельнос̯ь элек̯рических им̪ульсов
 час̯о̯а 
генерируемых им̪ульсов о̪редел
яе̯ ̯ак̯овую час̯о̯у машины
 Промежу̯ок времени между 
соседними им̪ульсами о̪ределяе̯ время одного ̯ак̯а рабо̯ы машин
ы или ̪рос̯о ̯ак̯ рабо̯ы 
машины
 иас̯о̯а генера̯ора ̯ак̯овых им̪ульсов являе̯ся одной из основн
ых харак̯ерис̯ик 
̪ерсонального ком̪ью̯ера и во многом о̪ределяе̯ скорос̯ь его ра
 ибо каждая о̪ерация в 
машине вы̪олняе̯ся за о̪ределенное количес̯во ̯ак̯ов
Сис̯емная шина ‐
 э̯о основная ин̯ерфейсная сис̯ема ком̪ью̯ера
 обес̪ечивающая со̪ряжение и 
связь всех его ус̯ройс̯в между собой
Системная
шина
включает
кодовую
шину
),
содержащую
провода
сопряжения
для
параллельной
передачи
разрядов
числового
кода
машинного
операнда
кодовую
шину
включающую
сопряжения
для
параллельной
передачи
разрядов
адреса
ячейки
основной
памяти
порта
ввода
вывода
внешнего
тройства
кодовую
шину
инструкций
содержащую
провода
сопряжения
передачи
инструкций
управляющих
импульсов
все
блоки
машины
шину
питания
имеющую
провода
сопряжения
подключения
блоков
системе
энергопитания
Системная
шина
обеспечивает
три
направления
передачи
информации
между
микропроцессором
основной
памятью
жду
микропроцессором
ввода
вывода
устройств
между
основной
памятью
портами
ввода
вывода
внешних
устройств
режиме
прямого
доступа
памяти
).
блоки
точнее
ввода
вывода
через
соответствующие
унифицированные
разъемы
подключаются
шине
единообразно
непосредственно
через
контроллеры
) .
Управление
системной
шиной
осуществляется
ропроцессором
либо
непосредственно
либо
чаще
через
дополнительную
микросхему
контроллер
шины
формирующий
основные
управления
Обмен
информацией
между
внешними
устройствами
системной
шиной
выполняется
использованием
ASCII-
кодов
Современные
стандарты
системных
шин
включают
ISA, EISA, MCA, VLB (
полностью
устарели
используются
исторически
PCI (
считается
устаревающим
AGP;
PCI-Express.
память
предназначена
хранения
оперативного
обмена
информацией
прочими
блоками
запоминающих
устройств
постоянное
запоминающее
устройство
ПЗУ
оперативное
запоминающее
устройство
служит
для
хранения
постоянной
программной
справочной
информации
оперативно
только
информацию
информацию
ПЗУ
ОЗУ
предназначено
для
оперативной
хранения
считывания
информации
программ
данных
),
непосредственно
участвующей
информационно
вычислительном
процессе
текущий
времени
Главными
достоинствами
оперативной
являются
высокое
быстродействие
обращения
каждой
ячейке
памяти
ресный
доступ
ячейке
качестве
недостатка
следует
отметить
невозможность
информации
питания
машины
энергозависимость
относится
устройствам
используется
долговременного
хранения
информации
которая
может
когда
потребоваться
для
частности
внешней
памяти
хранится
все
мпьютера
Внешняя
память
содержит
разнообразные
виды
запоминающих
устройств
наиболее
распространенными
практически
любом
компьютере
являются
накопители
жестких
НЖМД
, hard)
гибких
НГМД
, floppy)
магнитных
дисках
Назначение
этих
накопителей
хранение
больших
информации
запись
информации
запросу
оперативное
запоминающее
устройство
Различаются
НГМД
лишь
нструктивно
объемами
хранимой
информации
временем
записи
считывания
информации
качестве
устройств
внешней
памяти
используются
также
устройства
кассетной
магнитной
ленте
устройства
твердотельной
памяти
(flash),
накопители
оптических
дисках
также
перезаписываемые
модификации
– CDR, CD-RW, DVD-R
далее
это
блок
содержащий
системы
автономного
тевого
энергопитания
внутримашинные
электронные
часы
обеспечивающие
при
необходимости
автоматический
текущего
момента
времени
месяц
часы
минуты
секунды
секунд
Таймер
подключается
автономному
питания
аккумулятору
при
отключении
машины
сети
продолжает
работать
устройства
важнейшая
составная
часть
любого
вычислительного
плекса
Достаточно
сказать
что
стоимости
иногда
составляют
50 - 80%
всего
характеристик
многом
зависят
эффективность
применения
системах
управления
обеспечивают
взаимодействие
машины
окружающей
средой
пользователями
объектами
управления
другими
разнообразны
могут
быть
классифицированы
ряду
признаков
значению
можно
выделить
следующие
запоминающие
устройства
ВЗУ
память
диалоговые
ввода
информации
вывода
информации
средства
телекоммуникации
Чипсеты 
Чипсет
Чипсет
материнских
компьютеров
состоит
двух
основных
микросхем
иногда
объединяются
чип
контроллер
концентратор
памяти
Memory Controller Hub)
северный
(northbridge) —
обеспечивает
взаимодействие
центрального
процессора
памятью
видеоадаптером
PCI
Express
).
новых
чипсетах
часто
имеется
интегрированная
видеоподсистема
Контроллер
памяти
может
быть
интегрирован
процессор
например
Opteron, Nehalem, UltraSPARC T1
контроллер
концентратор
ввода
I/O Controller Hub
) —
южный
(southbridge) —
обеспечивает
взаимодействие
между
жестким
диском
картами
PCI,
интерфейсами
IDE, SATA,
этогих
элементов
можно
объяснить
представлением
архитектуры
чипсета
карты
результате
процессор
будет
вершине
карты
точно
соединён
быстрый
северный
северный
свою
чередь
соединён
частью
чипсета
через
медленный
южный
2.5.1
Северный мост 
Северный
мост
англ
Northbridge
контроллер
один
основных
элементов
компьютера
отвечающий
работу
процессором
памятью
видеоадаптером
Северный
определяет
частоту
системной
шины
возможный
памяти
системах
базе
процессоров
Intel) (SDRAM, DDR,
другие
максимальный
объем
скорость
обмена
информацией
процессором
Кроме
северного
моста
зависит
наличие
шины
видеоадаптера
стродействие
компьютерных
систем
нижнего
уровня
северный
нередко
встраивают
графическое
многих
именно
определяет
быстродействие
шины
расширения
системы
(PCI, PCI Express,
другое
2.5.2
Южный мост 
мост
Southbridge
функциональный
контроллер
также
известен
как
контроллер
концентратор
ввода
англ
I/O Controller Hub
(ICH).
микросхема
которая
реализует
медленные
взаимодействия
материнской
плате
между
чипсетом
материнской
платы
компонентами
Южный
подключён
напрямую
центральному
процессору
отличие
северного
Северный
южный
Функционально
южный
мост
включает
контроллер
шины
PCI;
контроллер
ISA;
контроллер
шины
SMBus
I2C;
DMA
контроллер
контроллер
прерываний
IDE (SATA
или
PATA)
контроллеры
контроллер
шины
часы
времени
(Real Time Clock);
управление
питанием
(Power management (APM
ACPI);
энергонезависимую
память
BIOS (CMOS);
звуковой
контроллер
AC97 (
опционально
).
Опционально
южный
мост
также
может
включать
контроллер
Наиболее
распространённая
архитектура
современных
настольных
серверных
мобильных
процессоров
построена
архитектуре
Intel x86 (
86-64
случае
разрядных
процессоров
Формально
все
процессоры
являлись
CISC-
процессорами
однако
процессоры
начиная
Intel486DX,
являются
CISC-
процессорами
ядром
перед
исполнением
преобразуют
CISC-
инструкции
процессоров
x86
более
простой
набор
инструкций
микропроцессор
встраивается
аппаратный
анслятор
превращающий
команды
x86
команды
внутреннего
процессора
При
этом
одна
команда
x86
порождать
несколько
случае
процессоров
комманд
большинстве
случаев
).
Исполнение
команд
происходит
суперскалярном
конвейере
одновременно
несколько
штук
потребовалось
увеличения
скорости
обработки
CISC-
команд
как
что
любой
CISC-
уступает
процессорам
личеству
выполняемых
секунду
итоге
такой
подход
позволил
поднять
производительность
CPU.
англ
. Reduced Instruction Set Computing) —
вычисления
сокращённым
команд
концепция
проектирования
процессоров
которая
главу
ставит
принцип
более
компактные
простые
инструкции
выполняются
Простая
архитектура
удешевить
процессор
поднять
тактовую
частоту
процессоры
даже
имели
команд
умножения
деления
Идея
создания
процессоров
пришла
как
1970-
годах
IBM
обнаружили
функциональных
особенностей
традиционных
ЦПУ
игнорировались
программистами
Отчасти
побочный
сложности
компиляторов
компиляторы
использовать
часть
набора
команд
ссора
Следующее
открытие
заключалось
том
поскольку
некоторые
сложные
использовались
редко
они
как
правило
медленнее
действия
выполняемые
простых
команд
происходило
того
создатели
процессоров
гораздо
улучшение
команд
чем
улучшение
простых
Первые
процессоры
зработаны
1980-
годов
Стэнфордском
Калифорнийском
университетах
выполняли
(50
100)
набор
команд
тогда
как
обычные
CISC
omplex Instruction Set computer)
выполняли
100—200.
Характерные
особенности
процессоров
Фиксированная
машинных
инструкций
например
бита
формат
команды
Одна
инструкция
выполняет
только
операцию
памятью
чтение
или
ерации
вида
прочитать
изменить
записать
отсутствуют
Большое
количество
регистров
общего
назначения
(32
).
настоящее
время
многие
архитектуры
процессоров
являются
примеру
, ARM, DEC
Alpha, SPARC, AVR, MIPS, POWER
PowerPC.
Наиболее
широко
используемые
настольных
компьютерах
процессоры
архитектуры
x86
ранее
CISC-
процессорами
однако
новые
процессоры
начиная
Intel486DX,
являются
CISC-
процессорами
ядром
Они
непосредственно
исполнением
преобразуют
инструкции
процессоров
более
простой
внутренних
инструкций
англ
. Minimal Instruction Set Computer) —
процессор
работающий
минимальным
набором
длинных
команд
Увеличение
разрядности
процессоров
привело
идее
укладки
нескольких
команд
большое
позволило
использовать
возросшую
производительность
компьютера
его
возможность
обрабатывать
одновременно
несколько
данных
Кроме
этого
использует
стековую
модель
вычислительного
устройства
основные
работы
стеком
Forth
принцип
жать
микропрограммы
выполнения
Java
.Net
программ
хотя
количеству
используемых
принцип
Процессоры
образующие
компьютеры
минимальным
набором
команд
» MISC,
как
процессоры
характеризуются
небольшим
числом
чаще
встречающихся
команд
Вместе
этим
принцип
очень
длинных
команд
обеспечивает
выполнение
группы
непротиворечивых
команд
кл
процессора
Порядок
выполнения
распределяется
таким
образом
чтобы
максимальной
загрузить
маршруты
которым
проходят
потоки
данных
Таким
образом
объединила
вместе
суперскалярную
концепции
Компоненты
процессора
просты
работают
высокими
Система
команд
проста
что
поместилась
одной
страничке
Устройство 
Микропроцессор
иначе
центральный
процессор
- Central Processing Unit (CPU) -
функционально
законченное
программно
управляемое
обработки
информации
выполненное
одной
или
БИС
сверхбольших
СБИС
интегральных
Микропроцессор
выполняет
функции
дешифрацию
команд
основной
памяти
данных
регистров
адаптеров
устройств
прием
обработку
апросов
команд
адаптеров
обслуживание
обработку
данных
запись
адаптеров
управляющих
сигналов
прочих
узлов
блоков
3.2.1
Устройство управления 
Устройство
является
функционально
наиболее
сложным
устройством
Оно
вырабатывает
управляющие
сигналы
поступающие
кодовым
шинам
инструкций
все
блоки
машины
Упрощенная
функциональная
показана
Здесь
представлены
Регистр
запоминающий
регистр
котором
хранится
код
команды
выполняемой
адреса
операндов
участвующих
операции
команд
расположен
интерфейсной
части
регистров
команд
Дешифратор
операций
логический
блок
выбирающий
соответствии
поступающим
регистра
команд
кодом
один
множества
имеющихся
выходов
Постоянное
устройство
микропрограмм
хранит
своих
ячейках
управляющие
сигналы
импульсы
необходимые
для
выполнения
блоках
обработки
информации
Импульс
выбранному
дешифратором
соответствии
кодом
операции
считывает
микропрограмм
необходимую
последовательность
управляющих
формирования
адреса
находится
интерфейсной
части
устройство
вычисляющее
полный
адрес
ячейки
памяти
регистра
квизитам
поступающим
команд
регистров
Кодовые
данных
адреса
часть
внутренней
интерфейсной
шины
микропроцессора
случае
формирует
управляющие
для
выполнения
следующих
основных
выборки
счетчика
адреса
команды
МПП
адреса
ячейки
ОЗУ
где
хранится
очередная
команда
программы
выборки
ОЗУ
кода
очередной
команды
приема
й
команды
регистр
команд
расшифровки
признаков
выбранной
команды
считывания
соответствующих
расшифрованному
микропрограмм
управляющих
сигналов
импульсов
),
определяющих
блоках
машины
процедуры
выполнения
заданной
пересылки
управляющих
блоки
считывания
команд
регистров
П
составляющих
адресов
операндов
чисел
),
участвующих
формирования
полных
адресов
операндов
выборки
операндов
сформированным
адресам
операции
обработки
этих
результатов
память
формирования
адреса
следующей
команды
программы
3.2.2
ʏрифметикоǦлогическое устройство 
Арифметико
устройство
предназначено
для
выполнения
арифметических
логических
операций
преобразования
информации
Функционально
состоит
обычно
регистров
сумматора
управления
местного
устройства
управления
Сумматор
вычислительная
выполняющая
процедуру
сложения
поступающих
вход
кодов
сумматор
имеет
разрядность
двойного
машинного
Регистры
быстродействующие
различной
длины
регистр
имеет
разрядность
двойного
2 (
2) -
разрядность
слова
При
выполнении
помещается
первое
число
участвующее
операции
завершении
результат
2 -
второе
число
участвующее
операции
завершении
информация
нем
изменяется
).
Регистр
может
имать
информацию
данных
выдавать
информацию
них
регистр
получает
информацию
шин
управления
принимают
кодовым
шинам
инструкций
управляющие
сигналы
устройства
управления
преобразуют
сигналы
управления
работой
регистров
сумматора
выполняет
арифметические
(+, -, *, /)
только
оичной
информацией
запятой
фиксированной
после
последнего
разряда
только
над
целыми
двоичными
числами
Выполнение
операций
двоичными
числами
плавающей
запятой
кодированными
десятичными
числами
осуществляется
привлечением
математического
сопроцессора
или
специально
составленным
программам
Рассмотрим
пример
выполнения
гипотетической
команды
сложения
значений
4501
Будут
выполнены
следующие
действия
Первый
такт
считывание
кода
операции
регистр
такт
считывание
ячейки
1012
первого
слагаемого
перемещение
его
Третий
такт
считывание
ячейки
4501
второго
перемещение
такт
сложение
переданных
чуда
чисел
рмирование
Пятый
такт
считывание
суммы
чисел
запись
ячейку
1012
конце
последнего
данном
пятого
такта
выполнения
команды
регистр
счетчик
адреса
команд
будет
добавлено
количеству
байтов
занимаемых
кодом
выполненной
команды
программы
Поскольку
одной
ячейки
памяти
команды
программы
размещены
последовательно
регистре
счетчике
адреса
команд
будет
сформирован
адрес
следующей
команды
программы
машина
приступит
исполнению
Команды
будут
последовательно
одна
другой
пока
завершится
программа
Схема 
Большинство
компьютеров
содержат
для
выполнения
машинными
словами
сложения
Обычно
эта
разрядных
состоит
идентичных
одной
каждой
битовой
позиции
рисунке
изображена
такая
схема
которая
называется
логическим
устройством
Это
устройство
вычислять
кций
B, A
B,
или
Выбор
функции
того
какие
поступают
: 00, 01, 10
11 (
счисления
Отметим
что
здесь
A + B
означает
арифметическую
B,
логическую
нижнем
находится
двухразрядный
декодер
который
генерирует
сигналы
включения
для
четырех
операций
Выбор
операции
определяется
управления
зависимости
значений
выбирается
четырех
линий
разрешения
тогда
выходной
сигнал
выбранной
функции
проходит
через
последний
вентиль
верхнем
левом
находится
логическое
устройство
вычисления
функций
B, A
,
только
один
результатов
через
последний
вентиль
зависимости
того
какую
рал
Так
ровно
выходных
декодера
может
быть
равен
1,
запускаться
будет
ровно
один
вентилей
Остальные
вентиля
выдавать
независимо
значений
выполнять
только
логические
переменными
делать
равными
отрицая
ENA (
сигнал
разрешения
ENB (
сигнал
разрешения
Можно
также
получить
установив
сигнал
INVA (
инверсия
При
нормальных
условиях
ENB
равны
чтобы
поступление
входных
сигналов
сигнал
INVA
равен
0.
случае
просто
поступают
логическое
устройство
изменений
нижнем
правом
находится
полный
подсчета
суммы
также
осуществления
переносов
Переносы
необходимы
несколько
таких
могут
быть
нены
выполнения
операций
целыми
словами
Одноразрядные
подобные
показанной
называются
разрядными
микропроцессорными
секциями
Они
позволяют
разработчику
любой
разрядности
рисунке
ниже
показана
разрядного
составленного
восьми
одноразрядных
секций
Сигнал
увеличение
единицу
нужен
операций
сложения
дает
возможность
вычислять
+1.
3.2.3
много
лет
известно
главным
препятствием
высокой
выполнения
команд
является
необходимость
вызова
разрешения
этой
проблемы
можно
вызывать
команды
заранее
хранить
специальном
наборе
регистров
идея
еще
1959
при
разработке
компьютера
ступень
блок
выполняет
команду
обычно
проводя
операнды
тракт
наконец
блок
записывает
результат
обратно
нужный
регистр
рис
видим
действует
конвейер
цикла
блок
обрабатывает
команду
1,
вызывая
цикла
блок
декодирует
анду
1,
время
блок
вызывает
памяти
команду
2.
цикла
блок
вызывает
команды
блок
декодирует
команду
блок
вызывает
время
блок
выполняет
команду
1,
вызывает
команды
2,
декодирует
команду
вызывает
команду
4.
ла
блок
записывает
результат
выполнения
команды
обратно
тогда
как
другие
ступени
конвейера
обрабатывают
следующие
команды
Чтобы
лучше
принципы
работы
конвейера
рассмотрим
пример
Представим
себе
кондитерскую
фабрику
которой
выпечка
тортов
упаковка
отправки
производятся
раздельно
Предположим
что
отделе
отправки
находится
длинный
ейер
которого
располагаются
рабочих
ступеней
обработки
Каждые
10
секунд
это
цикла
первый
рабочий
ставит
торта
конвейера
Эта
коробка
отправляется
рабочему
нее
торт
этого
коробка
тортом
доставляется
третьему
рабочему
который
закрывает
запечатывает
Затем
она
поступает
етвертому
рабочему
ставит
Наконец
пятый
рабочий
снимает
коробку
конвейерной
ленты
помещает
большой
контейнер
отправки
супермаркет
Примерно
таким
образом
действует
компьютерный
конвейер
каждая
команда
случае
кондитерской
фабрикой
торт
перед
окончательным
выполнением
проходит
несколько
ступеней
обработки
Суперскалярные архитектуры 
конвейер
лучше
возможных
схем
процессора
двумя
конвейерами
показана
основе
лежит
конвейер
изображенный
рис
Здесь
общий
блок
выборки
команд
вызывает
памяти
две
команды
помещает
каждую
один
конвейеров
Каждый
конвейер
я
параллельных
Чтобы
параллельно
две
команды
должны
конфликтовать
ресурсов
например
регистров
),
них
должна
зависеть
результата
выполнения
случае
конвейером
компилятор
гарантировать
отсутствие
нештатных
ситуаций
когда
например
аппаратура
обеспечивает
проверку
команд
несовместимость
аботке
таких
команд
выдает
некорректный
результат
либо
дополнительной
аппаратуры
должны
выявляться
устраняться
непосредственно
ходе
выполнения
команд
Сначала
конвейеры
как
сдвоенные
так
обычные
использовались
только
компьютерах
процессора
386
предшественников
было
Конвейеры
процессорах
компании
Intel
появились
только
начиная
модели
4865.
Процессор
486
один
пятиступенчатый
конвейер
ntium -
таких
конвейера
Похожая
схема
изображена
рис
разделение
функций
между
третьей
ступенями
они
назывались
декодер
декодер
немного
другим
Главный
конвейер
конвейер
выполнять
произвольные
Второй
конвейер
конвейер
выполнять
только
простые
команды
целыми
числами
также
простую
команду
плавающей
точкой
(FXCH).
еются
правила
определения
команд
совместимой
отношении
возможности
параллельного
выполнения
Если
команды
были
сложными
несовместимыми
выполнялась
одна
них
конвейере
).
Оставшаяся
вторая
команда
составляла
затем
следующей
командой
Команды
всегда
порядку
Таким
процессор
Pentium
содержал
особые
компиляторы
объединяли
команды
пары
порождать
программы
выполняющиеся
предыдущих
Измерения
показали
программы
которых
применяются
операции
целыми
числами
при
той
тактовой
частоте
Pentium
выполняются
почти
два
быстрее
486.
Вне
всяких
сомнений
преимущество
скорости
было
достигнуто
благодаря
онвейеру
Переход
четырем
конвейерам
возможен
громоздкого
аппаратного
обеспечения
отметим
компьютерщики
отличие
фольклористов
верят
счастливое
число
три
Вместо
этого
используется
другой
подход
Основная
идея
один
конвейер
количеством
функциональных
блоков
показано
.. Pentium II,
примеру
сходную
структуру
1987
этого
подхода
был
введен
термин
суперскалярная
архитектура
Однако
подобная
идея
нашла
воплощение
еще
тридцатью
годами
ранее
компьютере
CDC 6600.
Этот
компьютер
команду
каждые
100
помещал
10
функциональных
блоков
параллельного
выполнения
команды
выполнялись
центральный
процессор
вызывал
следующую
команду
временем
значение
понятия
суперскалярный
несколько
изменилось
суперскалярными
называют
процессоры
способные
несколько
команд
четырех
шести
тактовый
цикл
Естественно
чтобы
передавать
все
команды
суперскалярном
процессоре
должно
быть
несколько
функциональных
блоков
3.2.4
Кэш память 
Процессоры
всегда
работали
чем
память
как
процессоры
совершенствуются
параллельно
несоответствие
сохраняется
Поскольку
микросхему
помещать
больше
больше
разработчики
процессоров
конвейерные
суперскалярные
больше
увеличивает
процессоров
Разработчики
обычно
используют
увеличения
быстродействия
лает
еще
большим
практике
такое
несоответствие
скорости
работы
приводит
что
когда
процессор
проходит
машинных
циклов
прежде
чем
получит
запрошенное
слово
Чем
медленнее
работает
память
дольше
процессору
приходится
ждать
больше
циклов
проходит
отмечали
есть
ти
решения
проблемы
простой
них
начать
считывать
информацию
памяти
продолжать
команд
какая
команда
попытается
использовать
слово
того
считано
памяти
процессор
должен
приостановить
работу
медленнее
память
возникать
такая
ситуация
больше
жется
простоя
процессора
Например
если
отсрочка
составляет
циклов
весьма
вероятно
одна
следующих
команд
попытается
использовать
слово
которое
еще
проблемы
сконструировать
которая
приостанавливает
работу
программы
компиляторы
использовали
они
считаны
памяти
Однако
осуществить
практике
Часто
обработке
команды
машина
может
выполнять
другие
действия
поэтому
компилятор
вставлять
пустые
команды
которые
производят
никаких
операций
при
место
памяти
действительности
таком
подходе
простаивает
аппаратное
программное
обеспечение
снижение
производительности
такое
проблема
технологическая
Инженеры
знают
как
создать
работает
так
быстро
процессор
приходится
помещать
прямо
микросхему
процессора
поскольку
информация
через
шину
очень
медленно
Размещение
большого
объема
микросхеме
процессора
делает
его
больше
следовательно
дороже
даже
ли
стоимость
значения
все
равно
существуют
ограничения
размеры
создаваемых
процессоров
Таким
образом
приходится
между
быстрой
небольшого
медленной
большого
объема
естественно
предпочли
быструю
большого
объема
дешевую
отметить
существуют
технологии
объединяющие
небольшую
струю
память
большой
медленной
что
позволяет
разумной
получить
высокой
скоростью
работы
большой
емкости
Память
небольшого
объема
высокой
скоростью
работы
называется
кэш
французского
слова
"cacher" - "
прятать
читается
кашэ
").
Далее
кратко
опишем
как
используется
память
она
работает
Основная
памяти
проста
находятся
слова
которые
чаще
всего
используются
Если
процессору
нужно
какое
нибудь
слово
сначала
обращается
памяти
Только
случае
слова
нет
обращается
основной
памяти
Если
значительная
часть
находится
среднее
время
доступа
значительно
сокращается
разом
неудача
зависит
того
какая
часть
находится
памяти
известно
что
программы
обращаются
памяти
наугад
Если
программе
нужен
доступ
A,
скорее
всего
после
этого
понадобится
адресу
расположенному
поблизости
A.
Практически
все
команды
программы
исключением
манд
вызова
процедур
вызываются
последовательных
областей
памяти
Кроме
того
большую
часть
программа
циклы
когда
ограниченный
набор
команд
выполняется
снова
снова
Точно
так
манипулировании
матрицами
программа
скорее
всего
будет
обращаться
одной
матрице
прежде
чем
перейдет
му
либо
другому
Ситуация
последовательных
обращениях
памяти
некоторого
промежутка
времени
используется
небольшая
область
называется
принципом
локальности
принцип
составляет
основу
всех
систем
кэш
памяти
Идея
состоит
том
что
когда
определенное
слово
памяти
вместе
соседними
словами
переносится
ь
что
при
очередном
запросе
быстро
обращаться
следующим
словам
устройство
процессора
кэш
памяти
основной
памяти
иллюстрирует
слово
считывается
записывается
компьютеру
требуется
сделать
обращение
основной
k - 1
быстрой
памяти
Чем
больше
k,
выше
общая
производительность
Основная
память
делятся
блоки
фиксированного
размера
учетом
принципа
локальности
Блоки
внутри
памяти
обычно
называют
строками
кэша
(cache lines).
При
промахе
основной
памяти
память
загружается
строка
только
необходимое
слово
Например
строка
состоит
64
обращение
адресу
260
влечет
собой
всей
строки
256
319)
случай
если
некоторое
понадобятся
другие
слова
этой
строки
очень
жна
высокопроизводительных
процессоров
Однако
ряд
вопросов
Первый
вопрос
объем
больше
объем
лучше
память
дороже
она
стоит
Второй
вопрос
размер
строки
память
объемом
Кбайт
разделить
1024
16
, 2048
строк
байт
Третий
вопрос
механизм
ации
кэш
памяти
как
определяет
именно
находятся
ней
данный
момент
вопрос
команды
данные
находиться
вместе
общей
памяти
Проще
всего
разработать
объединенную
кэш
память
(unified cache),
которой
будут
храниться
данные
команды
этом
случае
вызов
команд
нных
автоматически
уравновешивается
Однако
настоящее
время
существует
тенденция
использованию
разделенной
кэш
памяти
(split cache),
команды
хранятся
одной
кэш
памяти
Такая
архитектура
также
называется
гарвардской
(Harvard architecture),
идея
использования
отдельной
команд
отдельной
памяти
для
данных
воплотилась
компьютере
III,
который
был
ардом
Айкеном
(Howard Aiken)
Гарварде
Современные
разработчики
пошли
этому
поскольку
сейчас
широко
распространены
конвейерные
конвейерной
организации
должна
возможность
одновременного
доступа
командам
данным
операндам
Разделенная
позволяет
осуществлять
параллельный
доступ
общая
тому
поскольку
команды
обычно
емя
выполнения
программы
содержание
команд
приходится
записывать
обратно
основную
память
пятый
вопрос
количество
блоков
кэш
памяти
настоящее
время
очень
часто
память
располагается
прямо
микросхеме
процессора
второго
самой
микросхеме
корпусе
процессора
память
етьего
дальше
процессора
Устройтво 
Одной
самых
эффективных
технологий
одновременного
увеличения
способности
уменьшения
времени
ожидания
применение
нескольких
блоков
памяти
Основной
прием
введение
отдельных
кэшей
команд
данных
так
называемая
разделенная
память
Такая
память
имеет
несколько
преимуществ
частности
операции
могут
независимо
каждой
памяти
удваивает
опускную
способность
системы
памяти
настоящее
время
многие
системы
памяти
Между
разделенной
памятью
основной
памятью
часто
помещается
память
второго
уровня
Вообще
говоря
поскольку
требуются
более
совершенные
системы
может
быть
три
более
уровня
кэш
памяти
рис
изображена
система
тремя
уровнями
памяти
микросхеме
центрального
процессора
находится
команд
(L1-I)
кэш
объемом
64
кэш
память
второго
уровня
(L2),
которая
самой
микросхеме
процессора
рядом
ним
том
блоке
память
второго
уровня
соединяется
процессором
через
высокоскоростной
т
данных
кэш
память
обычно
является
разделенной
объединяет
данные
команды
размер
512
память
третьего
уровня
(L3)
находится
плате
что
процессор
обычно
состоит
статического
ОЗУ
несколько
мегабайтов
которое
функционирует
гораздо
быстрее
динамическое
ОЗУ
основной
ило
содержимое
уровня
находится
памяти
второго
уровня
содержимое
памяти
второго
третьего
уровня
варианта
локализации
адресов
которых
зависит
работа
памяти
Пространственная
локализация
основана
вероятности
скором
времени
появится
потребность
обратиться
ячейкам
памяти
дом
недавно
вызванными
ячейками
Исходя
этого
наблюдения
память
переносится
данных
чем
требуется
момент
Временная
локализация
место
когда
недавно
вызванные
ячейки
запрашиваются
снова
может
происходить
например
ячейками
памяти
находящимися
рядом
вершиной
стека
или
командами
внутри
цикла
Принцип
локализации
ользуется
выборе
элементов
которые
кэш
памяти
случае
кэш
промаха
удаляются
элементы
которым
давно
было
обращений
всех
типах
памяти
используется
следующая
модель
Основная
память
разделяется
блоки
фиксированного
размера
которые
называются
строками
кэша
кэша
состоит
нескольких
последовательных
йтов
Строки
начиная
0,
если
размер
строки
составляет
32
байта
строка
0 -
это
строка
1 -
байты
32-
63-
момент
памяти
находится
несколько
Когда
происходит
обращение
памяти
контроллер
памяти
проверяет
есть
жное
Если
слово
есть
случай
попадания
),
сэкономить
требуемое
доступ
основной
памяти
Если
данного
слова
памяти
случай
кэш
промаха
),
одна
строк
удаляется
вместо
туда
помещается
запрошенная
строка
основной
памяти
мяти
низкого
уровня
множество
вариаций
данной
схемы
основе
всегда
держать
кэш
можно
используемых
строк
попаданий
было
максимальным
КэшǦпамять прямого отображения 
простой
память
отображения
Пример
одноуровневой
отображения
показан
Данная
память
2048
элементов
элемент
ряд
может
вмещать
ровно
основной
памяти
Если
размер
кэша
составляет
32
этом
примере
),
кэш
память
может
вмещать
64
Кбайт
Каждый
элемент
состоит
Бит
достоверности
указывает
достоверные
данные
элементе
система
загружается
элементы
маркируются
как
недостоверные
Поле
тега
состоит
уникального
16-
разрядного
значения
указывающего
соответствующую
строку
которой
ли
данные
Поле
данных
содержит
данных
памяти
вмещает
одну
строку
размером
32
байта
кэш
памяти
прямого
отображения
заданное
может
храниться
только
одном
месте
Если
его
месте
нет
значит
его
вообще
нет
кэш
хранения
данных
кэше
извлечения
ес
разбивается
компонента
показано
Поле
указывает
какой
элемент
памяти
содержит
соответствующие
данные
если
они
есть
памяти
Поле
тега
соответствует
сохраненным
поле
элемента
памяти
Поле
указывает
какое
слово
производится
байта
обычно
используется
если
требуется
только
поле
указано
именно
байт
памяти
поддерживающей
только
разрядные
слова
всегда
содержит
центральный
процессор
выдает
адрес
памяти
аппаратура
выделяет
этого
адреса
11
поля
строки
использует
я
поиска
одного
2048
элементов
Если
элемент
действителен
производится
сравнение
поля
основной
памяти
поля
кэш
памяти
равны
значит
кэш
есть
запрашиваемое
слово
Такая
называется
кэш
попаданием
случае
попадания
берется
прямо
памяти
тогда
жно
основной
памяти
элемента
кэш
памяти
берется
только
нужное
слово
остальная
часть
элемента
используется
Если
элемент
памяти
недействителен
недостоверен
поля
тега
совпадают
нужного
нет
памяти
Такая
ситуация
называется
случае
32-
байтная
вызывается
основной
памяти
сохраняется
заменяя
который
там
был
Однако
если
существующий
элемент
памяти
изменяется
его
нужно
основную
память
того
как
дет
Несмотря
сложность
доступ
слову
может
чрезвычайно
быстрым
известен
адрес
известно
точное
жение
слова
если
оно
имеется
памяти
значит
что
нужно
считать
памяти
доставить
его
процессору
одновременно
проверить
правильное
слово
авнения
тега
).
Поэтому
процессор
действительности
получает
слово
кэш
памяти
одновременно
становится
известно
запрошенное
слово
При
такой
схеме
смежные
основной
памяти
помещаются
смежные
элементы
кэш
памяти
Фактически
памяти
храниться
64
Кбайт
смежных
данных
ко
две
строки
адреса
которых
отличаются
(65 536
байт
кратное
этому
числу
одновременно
хранится
имеют
одно
значение
поля
строки
Например
программа
обращается
данным
адресом
выполняет
команду
которой
требуются
данные
адресом
X + 65 536 (
другим
адресом
той
строке
команда
требует
перезагрузки
элемента
Если
происходит
достаточно
часто
проблемы
действительности
если
плохо
лучше
чтобы
вообще
было
поскольку
при
операции
основной
памятью
считывается
строка
ово
прямого
отображения
распространенный
достаточно
эффективна
поскольку
коллизии
подобные
описанной
случаются
редко
случаются
Например
качественный
компилятор
может
учитывать
подобные
коллизии
команд
данных
памяти
Отметим
что
указанный
случай
произойдет
системе
манды
данные
раздельно
поскольку
конфликтующие
будут
обслуживаться
разными
кэшами
Таким
образом
видим
преимущество
наличия
вместо
одного
больше
гибкости
при
конфликтных
ситуаций
ʏссоциативная кэшǦпамять с множественным доступом 
было
отмечено
различные
основной
памяти
конкурируют
право
занять
область
кэша
программе
использующей
кэш
память
часто
требуются
слова
адресами
65 536,
место
постоянные
конфликты
каждое
обращение
потенциально
повлечет
вытеснение
кэш
памяти
той
иной
строки
Чтобы
облему
сделать
чтобы
элементе
памяти
две
более
строки
возможными
элементами
каждого
адреса
называется
входовой
ассоциативной
памятью
. 4-
входовая
ассоциативная
кэш
память
изображена
память
множественным
доступом
сути
чем
память
прямого
отображения
поскольку
хотя
элемент
кэш
памяти
можно
вычислить
адресу
основной
требуется
проверить
элементов
кэш
памяти
чтобы
узнать
нужная
менее
практика
показывает
2-
или
входовая
ассоциативная
мять
дает
хороший
результат
поэтому
внедрение
дополнительных
вполне
оправданно
Использование
ассоциативной
памяти
множественным
доступом
разработчика
выбором
нужно
поместить
новый
элемент
кэшпамять
какой
именно
элементов
Для
большинства
задач
подходит
обработки
использовался
(Least Recenly Used, LRU).
ределенный
каждого
набора
ячеек
доступных
данной
ячейки
памяти
Всякий
когда
осуществляется
любой
соответствии
алгоритмом
список
обновляется
маркируется
элемент
которому
произведено
последнее
обращение
требуется
заменить
какой
нибудь
элемент
удаляется
который
конце
тот
который
использовался
угих
Возможен
также
предельный
случай
- 2048-
входовая
ассоциативная
память
содержащая
единственный
набор
2048
элементов
данном
случае
адреса
памяти
оказываются
наборе
поэтому
при
требуется
сравнивать
адрес
всеми
2048
тегами
Отметим
что
этого
элемент
памяти
должен
содержать
специальную
логическую
строки
данном
поле
тега
это
весь
адрес
исключением
слова
того
когда
строка
заменяется
возможными
являются
все
2048
элементов
хранения
упорядоченного
списка
громоздкий
учет
использования
ресурсов
поэтому
применение
алгоритма
LRU
оказывается
невозможным
Вспомните
что
ебуется
обновлять
при
каждой
операции
памятью
что
большим
числом
входов
далеко
всегда
превосходит
производительности
память
которой
число
невелико
некоторых
случаях
даже
хуже
Поэтому
число
входов
больше
встречается
редко
особой
проблемой
для
памяти
гда
процессор
записывает
слово
слово
есть
памяти
очевидно
должен
обновить
слово
либо
элемент
памяти
Практически
всех
разработках
имеет
место
обновление
памяти
что
можно
сказать
обновлении
копии
основной
операцию
можно
отложить
потом
момента
будет
готова
замене
соответствии
алгоритмом
Выбор
труден
является
предпочтительным
Немедленное
обновление
элемента
основной
называется
сквозной
записью
Этот
подход
обычно
гораздо
проще
реализуется
тому
поскольку
современная
память
при
ошибке
восстановить
предыдущее
состояние
сожалению
при
требуется
передавать
больше
данных
память
сложных
проектах
использовать
альтернативный
подход
обратную
отложенную
запись
процессом
еще
одна
проблема
что
происходит
если
нужно
либо
ячейку
которой
нет
памяти
Должны
данные
редаваться
или
записываться
основную
память
снова
ответов
является
всех
отношениях
большинстве
разработок
которых
применяется
обратная
данные
передаются
технология
называется
(write allocation).
другой
тех
разработках
применяется
сквозная
элемент
обычно
помещается
усложняет
Заполнение
записи
полезно
только
том
случае
имеют
повторные
одно
слово
разные
слова
пределах
одной
строки
кэширования
является
крайне
важным
условием
повышения
общей
производительности
емы
огромного
разрыва
между
быстродействием
процессора
Дискуссия
альтернативных
стратегиях
кэширования
ведется
постоянно
3.2.5
Прогнозирование ветвлений 
Современные
компьютеры
значительной
степени
конвейеризированы
Конвейеризация
лучше
работает
линейным
кодом
поэтому
блок
выборки
команд
просто
считывать
последовательные
слова
памяти
отправлять
декодирования
заранее
еще
понадобятся
Единственная
проблема
состоит
что
модель
совершенно
нереалистична
Программы
вовсе
являются
линейными
дами
полно
команд
переходов
Рассмотрим
простые
команды
Переменная
сравнивается
практике
это
распространенное
зависимости
результата
другой
переменной
присваивается
одно
двух
возможных
значений
if(i==0)
k=1;
else k=2;
Возможный
вариант
трансляции
ассемблера
показан
ниже
CMP i, 0 ;
BNE Else ;
переход
Else,
если
Then: MOV k, 1 ;
присваивание
значения
переменной
BR Next ;
безусловный
переход
Next
Else: MOV k, 2 ;
присваивание
переменной
Next:
ассемблера
будем
рассматривать
сейчас
достаточно
знать
что
программа
более
или
менее
похожая
программу
листинга
возможна
Первая
команда
сравнивает
переменную
Вторая
совершает
переход
предложению
El se,
если
равно
0.
Третья
команда
присваивает
значение
переменной
Четвертая
команда
выполняет
переход
оператору
ограммы
Компилятор
поместил
метку
Next.
Пятая
команда
присваивает
переменной
видим
что
команд
являются
командами
перехода
Более
команда
условного
перехода
переход
который
осуществляется
тогда
только
тогда
когда
выполняется
определенное
данном
случае
равенство
двух
операндов
предыдущей
команды
Р
).
длинный
линейный
код
здесь
команд
поэтому
очень
трудно
организовать
высокоскоростной
конвейер
первый
взгляд
показаться
что
безусловные
переходы
например
команда
BR Next
никаких
проблем
Вообще
говоря
данном
нет
никакой
двусмысленности
том
куда
дальше
идти
Почему
блок
орки
команд
может
просто
продолжать
считывать
команды
места
осуществляется
Сложность
объясняется
природой
конвейера
Как
знаем
декодирование
происходит
ступени
Следовательно
блоку
выборки
команд
приходится
решать
откуда
вызывать
следующую
команду
еще
того
узнает
команду
какого
вызвал
очередном
цикле
сможет
выяснить
что
получил
команду
безусловного
перехода
хотя
еще
этого
вызывает
команду
следующую
командой
безусловного
перехода
значительной
конвейеризированных
машин
например
, UltraSPARC III)
выполняется
команда
следующая
команды
безусловного
перехода
логике
вещей
быть
должно
Позиция
после
перехода
называется
слотом
отсрочки
(delay slot). Pentium II
поддерживают
слот
отсрочки
проблему
внутреннего
усложнения
часто
сложно
Оптимизирующий
компилятор
постарается
какую
нибудь
полезную
команду
чтобы
поместить
слот
отсрочки
часто
ничего
подходящего
компилятор
нужден
вставлять
туда
команду
Хотя
программа
корректной
объем
растет
работает
она
медленнее
условными
переходами
хуже
первых
тоже
отсрочки
блок
выборки
команд
узнает
откуда
нужно
считывать
гораздо
позже
Первые
конвейеризированные
машины
простаивали
пока
выяснялось
нужно
совершать
еход
Простой
или
четыре
цикла
каждом
условном
переходе
если
команд
являются
командами
условного
перехода
значительно
снижает
производительность
Поэтому
большинство
машин
прогнозируют
будет
выполнен
встретившийся
условный
переход
этого
например
можно
предполагать
все
переходы
назад
выполняться
все
условные
переходы
еред
нет
касается
части
предположения
команды
перехода
обычно
помещаются
конце
циклов
большинство
циклов
выполняются
многократно
поэтому
предположение
переходе
началу
цикла
чаще
будет
правильным
второй
частью
предположения
дело
обстоит
сложнее
Некоторые
переходы
вперед
осуществляются
случае
обнаружения
ошибки
например
возможность
).
случаются
редко
большинстве
подобные
переходы
происходят
Естественно
существует
множество
переходов
вперед
никак
связанных
ошибками
процент
успеха
так
высок
случае
перехода
назад
Однако
это
все
лучше
ничего
Если
спрогнозирован
правильно
ничего
особенного
делать
Просто
продолжается
выполнение
программы
Проблема
возникает
тогда
переход
спрогнозирован
неправильно
Вычислить
но
перейти
именно
туда
несложно
Самое
сложное
уже
выполненные
команды
которые
нужно
было
выполнять
способа
отмены
команд
Первый
способ
продолжать
выполнять
команды
вызванные
спрогнозированного
условного
перехода
пор
одна
этих
команд
попытается
изменить
состояние
например
значение
вместо
чтобы
перезаписывать
регистр
нужно
поместить
вычисленное
значение
временный
скрытый
регистр
затем
когда
прогноз
правильным
просто
скопировать
это
значение
обычный
регистр
способ
сохранять
например
скрытом
временном
регистре
значение
регистра
который
может
переписан
результате
машина
сможет
дыдущее
состояние
случае
неправильно
спрогнозированного
перехода
Реализация
обоих
очень
громоздкой
системы
учета
использования
системных
ресурсов
если
условный
переход
еще
станет
известно
был
правильно
спрогнозирован
первый
условный
переход
ситуация
может
совершенно
запутаться
Динамическое прогнозирование ветвлений 
Ясно
точные
прогнозы
очень
ценны
поскольку
позволяют
процессору
работать
полной
скоростью
настоящее
время
проводится
множество
исследований
которых
является
усовершенствование
алгоритмов
прогнозирования
ветвлений
хранить
особом
устройстве
которую
центральный
процессор
записывать
условные
переходы
они
встретятся
Если
условный
переход
встретится
снова
о
можно
найти
Простейшая
версия
такой
показана
рис
данном
содержит
одной
ячейке
каждой
команды
условного
перехода
ячейке
находится
адрес
команды
также
бит
который
указывает
произошел
переход
когда
команда
встретилась
последний
Прогноз
заключается
оре
которому
программа
пошла
предыдущий
при
выполнении
команды
перехода
Если
прогноз
оказывается
неправильным
бит
таблице
меняется
несколько
вариантов
организации
таблицы
Фактически
они
полностью
вариантам
организации
памяти
Рассмотрим
машину
32-
разрядными
командами
которые
расположены
таким
образом
что
младших
бита
каждого
адреса
памяти
00.
Таблица
содержит
ячеек
строк
команды
перехода
можно
извлечь
+ 2
младших
бита
осуществить
два
разрядное
число
можно
использовать
качестве
индекса
проверяя
совпадает
адрес
сохраненный
адресом
перехода
здесь
необходимости
сохранять
+ 2
младших
бита
поэтому
можно
опустить
сохраняются
только
старшие
адресные
биты
).
Если
совпали
бит
прогнозирования
используется
прогнозирования
перехода
Если
тег
неправильный
или
элемент
недействителен
значит
имеет
этом
случае
можно
применять
правило
перехода
вперед
Если
таблица
динамики
переходов
содержит
скажем
, 4096
элементов
16384, 32768
конфликтовать
проблема
встречается
работе
памятью
Здесь
возможно
такое
решение
: 2-
альтернативный
альтернативный
альтернативный
ассоциативный
элемент
Как
случае
кэш
памяти
предельный
случай
один
альтернативный
ассоциативный
элемент
При
достаточно
большом
размере
достаточной
ассоциативности
схема
хорошо
подходит
для
большинства
ситуаций
менее
систематически
приходится
сталкиваться
проблемой
При
выходе
переход
предсказывается
неправильно
что
еще
хуже
неправильный
прогноз
изменяет
который
после
этого
будет
показывать
о
переход
совершать
требуется
следующий
когда
опять
потребуется
выполнять
цикл
конце
первого
цикла
окажется
спрогнозированным
неправильно
Если
находится
другого
или
внутри
часто
вызываемой
процедуры
ошибка
повторяться
достаточно
решения
проблемы
можно
немного
изменить
метод
прогнозирования
чтобы
прогноз
менялся
только
после
двух
последовательных
неправильных
прогнозов
Такой
подход
наличия
таблице
битов
прогнозирования
переходов
один
должен
указывать
предполагается
совершать
переход
нет
второй
был
сделан
переход
прошлый
раз
или
прогнозированию
перехода
следить
были
совершены
последние
условных
переходов
независимо
какие
были
команды
разрядное
число
которое
хранится
сдвиговом
динамики
затем
сравнивается
параллельно
элементами
таблицы
разрядным
ключом
случае
совпадения
применяется
прогноз
который
элементе
Удивительно
технология
работает
достаточно
хорошо
Статическое прогнозирование ветвлений 
технологии
прогнозирования
ветвлений
которые
обсуждались
пор
являются
динамическими
выполняются
время
работы
программы
Они
приспосабливаются
текущему
режиму
программы
положительное
качество
Отрицательной
стороной
этих
технологий
является
требуют
специализированной
дорогостоящей
аппаратуры
микросхемы
для
этих
технологий
получаются
очень
ными
пойти
другим
путем
призвав
помощь
компилятор
внимание
следующий
for (I = 0; i 1000000; i++) { ... }
компилятор
встречает
такой
оператор
знает
что
переход
конце
будет
происходить
практически
всегда
был
способ
сообщить
было
избавиться
объема
работы
такой
подход
изменением
архитектуры
только
реализации
),
некоторых
машинах
например
, UltraSPARC III,
помимо
обычных
условного
рехода
нужны
для
обратной
совместимости
),
еще
один
набор
команд
Новые
команды
содержат
которому
компилятор
определяет
совершать
переход
или
совершать
встречается
такой
бит
блок
выборки
команд
просто
делает
что
положено
Более
нет
необходимости
тратить
драгоценное
таблице
динамики
переходов
для
этих
команд
ращает
конфликтных
ситуаций
последняя
прогнозирования
ветвлений
профилировании
тоже
статическая
технология
данном
программа
заставляет
компилятор
вычислять
какие
переходы
совершать
какие
нет
Программа
ветвления
фиксируются
информация
поступает
компилятор
который
затем
использует
специальные
команды
условного
рехода
чтобы
сообщить
аппаратуре
что
нужно
делать
3.2.6
Спекулятивное исполнение 
Компьютерные
программы
можно
разбить
базовые
каждый
которых
представляет
последовательность
команд
точкой
точкой
выхода
конце
Базовый
блок
содержит
никаких
управляющих
структур
например
условных
операторов
или
операторов
цикла
while),
поэтому
трансляции
машинный
язык
создается
никаких
ветвлений
Базовые
блоки
связываются
рами
управления
Программа
такой
форме
может
быть
представлена
виде
ориентированного
графа
показано
evesum=0;
oddsun=0;
i=0;
while (ilimit)
k=i*i*i;
if(((i/2)*2)-i)
evensum=evensum+k;
else
oddsum=oddsum+k;
i-i+1;
Здесь
вычисляем
сумму
кубов
нечетных
целых
чисел
какого
либо
предела
помещаем
результаты
переменные
evensum
соответственно
пределах
каждого
базового
блока
технологии
упомянутые
предыдущем
подразделе
работают
Проблема
состоит
большинство
базовых
блоков
очень
короткие
что
позволяет
обеспечить
достаточную
степень
лизма
Следовательно
нужно
так
чтобы
механизм
переупорядочения
последовательности
команд
можно
применять
только
пределах
конкретного
базового
блока
Полезнее
всего
будет
потенциально
медленную
графе
повыше
выполнение
началось
может
быть
команда
LOAD,
плавающей
точкой
даже
длинной
цепочки
исимостей
Перемещение
кода
ребру
графа
называется
подъемом
Посмотрите
еще
Представим
что
все
переменные
кроме
evensum
oddsum,
Тогда
переместить
команды
цикла
вычисления
переменной
чтобы
выполнение
команд
началось
полученные
результаты
были
доступны
момент
надобятся
Естественно
при
итерации
требуется
только
значение
поэтому
остальные
команды
будут
отбрасываться
если
основная
память
конвейеризированы
подобная
процедура
имеет
Выполнение
команды
того
как
станет
известно
понадобится
команда
называется
спекулятивным
исполнением
Чтобы
использовать
технологию
требуется
поддержка
мпилятора
также
некоторое
усовершенствование
архитектуры
большинстве
случаев
переупорядочение
команд
пределами
одного
базового
блока
вне
возможностей
аппаратного
поэтому
компилятор
должен
перемещать
команды
явным
связи
спекулятивным
исполнением
команд
возникают
некоторые
интересные
проблемы
Например
очень
важно
чтобы
одна
спекулятивных
давала
результата
который
но
отменить
может
оказаться
эту
команду
нужно
Обратимся
рис
Очень
удобно
производить
как
только
появляется
значение
условного
оператора
if),
нежелательно
сохранять
результаты
памяти
Чтобы
предотвратить
перезапись
регистров
того
как
станет
известно
нужны
полученные
результаты
дменить
регистры
которые
используются
спекулятивной
командой
можете
себе
представить
счетчик
обращений
для
отслеживания
ситуаций
очень
при
наличии
соответствующего
аппаратного
его
вполне
можно
создать
Однако
при
наличии
спекулятивных
команд
возникает
одна
проблема
которую
нельзя
решить
подмены
регистров
произойдет
и
спекулятивная
команда
вызовет
исключение
качестве
примера
можно
привести
команду
LOAD,
которая
промах
компьютере
строкой
достаточно
размера
скажем
, 256
байт
памятью
которая
работает
гораздо
медленнее
центральный
процессор
нам
требуется
команда
LOAD
машины
останавливается
циклов
пока
загружается
кэша
так
страшно
поскольку
действительно
нужно
если
машина
простаивает
чтобы
которое
окажется
позднее
нам
совершенно
нерационально
Если
подобных
оптимизаций
слишком
много
центральный
процессор
будет
работать
медленнее
если
оптимизаций
вообще
Если
машина
ртуальную
память
которой
рассказывается
спекулятивное
выполнение
команды
LOAD
даже
вызвать
отсутствующей
странице
Подобные
ошибки
могут
значительно
производительность
поэтому
важно
избегать
.)
ряде
современных
компьютеров
данная
проблема
решается
следующим
образом
них
поддерживается
специальная
команда
SPECULATIVE-LOAD,
которая
производит
попытку
слово
кэш
мяти
если
слова
там
нет
просто
прекращает
вызов
Если
значение
кэше
обнаруживается
действительно
требуется
его
можно
использовать
если
его
нет
сразу
его
получить
затем
окажется
что
данное
значение
нужно
никаких
потерь
времени
будет
Более
цию
можно
проиллюстрировать
� 0) z =
Здесь
z -
переменные
плавающей
точкой
Предположим
что
все
переменные
поступают
регистры
заранее
команда
деления
плавающей
точкой
эта
команда
выполняется
медленно
перемещается
графу
выполняется
условного
оператора
сожалению
если
вно
программа
завершается
результате
попытки
деления
Таким
образом
спекулятивная
команда
приводит
сбою
изначально
правильной
программе
хуже
программист
изменяет
программу
чтобы
предотвратить
подобную
ситуацию
сбой
равно
происходит
возможных
решений
специальные
версии
тех
команд
которые
могут
вызывать
исключения
оме
каждому
регистру
добавляется
называемый
отравления
(poison bit).
Если
спекулятивная
команда
дает
сбой
она
инициирует
перехват
исключения
устанавливает
бит
отравления
регистр
результатов
Если
затем
этот
регистр
обычной
командой
выполняется
перехват
исключения
как
должно
быть
случае
исключения
).
Однако
результат
используется
бит
отравления
сбрасывается
никак
влияет
выполнения
программы
3.2.7
Особенности архитектуры 
Неизбежно
очень
скоро
наступит
момент
создать
основе
архитектуры
команд
IA-32
процессоров
Pentium 4
более
совершенное
существующие
модели
будет
уже
невозможно
Пока
что
новые
модели
совершенствуются
только
благодаря
новым
технологиям
производства
которые
позволяют
размеры
транзисторов
значит
повышать
тактовые
частоты
время
повышать
ты
становится
виной
ограничения
свойственные
архитектуре
команд
IA-32.
Архитектура
которую
совместно
разрабатывают
компании
Intel
множество
циклов
Следовательно
становится
существенным
точное
предсказание
переходов
поскольку
конвейер
должны
попадать
только
нужные
команды
Однако
если
неправильных
невысок
существенно
снижается
производительность
избежать
проблем
неправильным
прогнозированием
переходов
процессору
приходится
осуществлять
спекулятивное
выполнение
команд
всеми
отсюда
последствиями
Ситуацию
IA-32
можно
сравнить
положением
л
небесной
механике
как
перед
появлением
Коперника
времена
астрономии
доминировала
геоцентрическая
теория
которой
является
центром
вселенной
неподвижна
планеты
движутся
вокруг
Однако
наблюдения
показывали
все
больше
больше
несоответствий
теории
действительности
конце
концов
привело
ой
несостоятельности
Компания
Intel
находится
приблизительно
таком
положении
Множество
транзисторов
процессоре
Pentium 4
предназначено
исключительно
для
переделки
CISC-
команды
разрешения
конфликтов
прогнозирования
переходов
исправления
неправильных
предсказаний
решения
многих
других
задач
подобного
рода
реальной
работы
которая
собственно
пользователю
незначительная
часть
транзисторов
Поэтому
мпания
Intel
пришла
следующему
выводу
нужно
выбросить
IA-32
помойку
начать
заново
(IA-64).
Архитектура
ЕМТ
-64
призвана
лишь
выиграть
некоторое
время
проблему
нерешенной
Вычисления с явным параллелизмом команд 
Основной
принцип
организации
архитектуры
IA-64
сводится
тому
нагрузку
периода
выполнения
период
компиляции
Процессор
Pentium 4
ходе
выполнения
переупорядочивает
команды
подменяет
распределяет
функциональные
блоки
выполняет
множество
других
функций
что
максимальной
загрузке
всех
аппаратных
ресурсов
модели
IA-64
эти
задачи
компилятор
результате
генерирует
рограмму
которую
можно
выполнять
излишних
манипуляций
средствами
примеру
Pentium 4
компилятор
получает
информацию
том
всего
регистров
самом
деле
128,
результате
выполнения
программы
приходится
выкручиваться
чтобы
избежать
взаимозависимостей
Согласно
архитектуре
IA- 64,
компилятор
получает
достоверную
информацию
количестве
регистров
ем
генерирует
программу
которой
никаких
конфликтов
между
регистрами
Кроме
того
компилятор
следит
загрузкой
функциональных
блоков
запускает
команды
которых
предполагается
обращение
занятым
функциональным
блокам
Модель
которой
аппаратный
параллелизм
является
компилятора
называется
(Explicitly Parallel Instruction Computing -
вычисления
явным
параллелизмом
определенной
ель
считать
развитием
RISC-
технологии
Некоторые
особенности
IA-64
заметно
повышают
производительность
Среди
них
сокращение
числа
памяти
планирование
команд
сокращение
числа
условных
переходов
спекулятивные
Планирование команд 
серьезных
Pentium 4 -
сложность
планирования
команд
для
обработки
различных
функциональных
взаимозависимостей
Для
проблемы
период
выполнения
задействуются
сложные
механизмы
аппаратная
поддержка
которых
много
микросхеме
архитектуре
IA-64
реализации
- Itanium 2 -
проблемы
путем
передачи
соответствующих
функций
компилятору
программа
теперь
стоит
последовательности
команд
Команды
рамках
одной
группы
конфликтуют
друг
другом
потребляют
больше
ресурсов
обращаются
количеству
функциональных
блоков
предусмотрено
системой
образуют
WAW-
взаимозависимости
взаимозависимости
допускаются
ограниченном
объеме
).
Создается
впечатление
что
последовательные
группы
команд
выполняются
хотя
самом
деле
безопасно
процессор
запустить
часть
команд
следующей
группы
завершения
предыдущей
образом
планировать
выполнение
команд
каждой
отдельно
группы
порядке
возможности
, -
ном
режиме
вероятность
возникновения
конфликтов
между
командами
равна
нулю
Если
группа
команд
нарушает
вышеуказанные
правила
поведение
программы
становится
неопределенным
такой
ситуации
обязанность
обеспечению
соответствия
полученного
исходной
программы
ассемблере
требованиям
ложится
компилятор
Для
того
чтобы
быстро
провести
компиляцию
одновременно
отладкой
программы
компилятор
стить
каждую
команду
отдельную
группу
производительность
результате
этой
операции
время
выходного
значительно
увеличивается
Команды
объединяются
128-
разрядные
пучки
(bundles),
подобные
изображенному
верхней
каждом
пучке
содержится
три
41-
разрядных
команды
разрядный
шаблон
Количество
группе
команд
егда
выражается
целым
числом
некоторых
случаях
группы
начинаются
заканчиваются
посередине
пучков
более
100
форматов
команд
представлен
наиболее
распространенный
формат
данном
случае
применяется
выполнения
при
ADD,
которая
размещает
сумму
двух
регистров
третьем
Поле
группы
операций
определяет
класс
команды
например
исленная
).
указывается
конкретная
например
или
SUB).
Далее
следуют
три
регистра
Последнее
данного
формата
поле
предикатного
позже
Шаблон
пучка
указывает
какие
функциональные
блоки
обработки
также
определяет
положение
границы
группы
команд
если
таковая
предусмотрена
Основными
функциональными
оками
считаются
целочисленные
нецелочисленные
команды
обращения
памяти
плавающей
точкой
ветвление
Очевидно
при
наличии
блоков
команд
полной
ортогональности
требуются
216
базовых
комбинаций
216
дополнительных
комбинаций
для
определения
маркеров
группы
после
команд
0, 1
2.
Поскольку
доступно
всего
разнообразия
комбинаций
пускаются
лишь
некоторые
другой
состав
можно
было
включить
команды
плавающей
точкой
процессор
одновременно
Таким
образом
допустимыми
считаются
фактически
осуществимые
комбинации
Сокращение числа условых переходов Ǧ предикация 
особенность
архитектуры
IA-64 -
новый
способ
обработки
условных
переходов
Если
была
возможность
избавиться
большинства
них
центральный
процессор
стал
работал
гораздо
первый
взгляд
может
показаться
что
устранить
условные
переходы
невозможно
поскольку
программах
всегда
полно
if.
IA-64
используется
специальная
технология
названная
предикацией
(predication),
позволяет
сильно
сократить
число
нынешних
машинах
все
команды
являются
безусловными
смысле
когда
центральный
процессор
встречает
команду
ыполняет
Здесь
никогда
решается
вопрос
Выполнять
или
выполнять
напротив
предикатной
архитектуре
команды
содержат
условия
которые
сообщают
каком
случае
нужно
выполнять
команду
каком
Именно
переход
безусловных
предикатным
позволяет
избавиться
переходов
Вместо
того
ирать
иную
последовательность
безусловных
команд
все
команды
сливаются
предикатных
которой
команд
разные
предикаты
Чтобы
понять
как
предикация
рассмотрим
простой
пример
котором
показано
условное
выполнение
условное
выполнение
предтеча
предикации
первом
листинге
if.
втором
после
о
трансляции
получилось
команды
сравнения
условного
перехода
перемещения
третьем
листинге
избавились
условного
перехода
используя
новую
команду
CMOVZ,
которая
является
командой
условного
перемещения
Эта
команда
проверяет
равен
третий
R1
нулю
команда
копирует
R3
R2.
Если
команда
выполняет
никаких
действий
Листинг
Оператор
(Rl==0)
R2 = R3;
Листинг
Код
ассемблере
CMP R1,0
BNE L1
MOV R2, R3
L1:
Листинг
ɍсловная
команда
CMOVZ R2,R3,R1
Если
есть
команда
которая
может
копировать
данные
какой
либо
равен
нулю
значит
нас
быть
такая
которая
копирует
данные
какой
нибудь
регистр
равен
лю
Пусть
это
будет
команда
При
наличии
обеих
команд
уже
пути
полному
условному
выполнению
Представим
оператор
операторами
присваивания
части
несколькими
операторами
присваивания
части
else.
Весь
программы
транслировать
который
будет
устанавливать
какой
нибудь
0,
если
выполнено
ое
нибудь
другое
значение
если
условие
выполнено
Таким
присваивания
части
then
скомпилировать
последовательность
команд
присваивания
части
else -
последовательность
команд
CMOVZ.
команды
том
команды
установки
регистров
, CNOVN
CMOVZ,
единый
основной
блок
условных
переходов
Команды
даже
переупорядочить
при
компиляции
или
время
выполнения
программы
Единственное
требование
состоит
чтобы
было
известно
тому
моменту
когда
помещать
конце
конвейера
).
Простой
пример
фрагмента
программы
операторами
then
else
приведен
следующих
листингах
Листинг
Оператор
if(Rl == 0) {
R2 = R3;
R4 = R5;
} else {
R6 = R7;
R8 = R9;
Листинг
Код
ассемблере
CMP R1,0
BNE L1
MOV R2,R3
MOV R4,R5
BR L2
LI: MOV R6,R7
MOV R8,R9
L2:
Листинг
ɍсловное
выполнение
CMOVZ R2,R3,R1
CMOVZ R4,R5,R1
CMOVN R6,R7,R1
CMOVN R8,R9,R1
показали
только
очень
простые
условные
взятые
архитектуры
команд
Pentium 4),
IA-64
все
команды
предикатные
Это
значит
выполнение
команды
можно
условным
Дополнительное
ное
поле
предикатного
котором
упомянули
позволяет
выбрать
один
разрядных
предикатных
регистров
Следовательно
может
быть
скомпилирован
код
который
устанавливает
предикатных
1,
если
условие
истинно
ложно
Одновременно
автоматически
инвертируется
другой
предикатный
регистр
образом
поддержке
предикации
машинные
манды
которые
формируются
операторов
else,
единый
поток
команд
причем
команд
первого
них
предикатного
регистра
оказывается
единичным
нулевым
показано
использовать
предикацию
устранения
переходов
Команда
сравнивает
регистра
устанавливает
предикатный
регистр
1,
если
они
равны
если
они
равны
команда
инвертирует
один
например
, P5.
этого
команды
частей
можно
поместить
одну
причем
каждая
них
оказывается
связанной
нибудь
предикатным
регистром
регистр
указывается
скобках
).
Сюда
можно
поместить
код
при
условии
каждая
команда
предсказывается
правильно
Листинг
Оператор
if(Rl == R2)
R3 = R4 + R5;
Else
R6 = R4 - R5
Листинг
Код
ассемблере
CMP R1,R2
BNE L1
MOV R3,R4
ADD R3,R5
BR L2
L1: MOV R6,R4
SUB R6,R5
L2:
Листинг
Предикатное
выполнение
CMPEQ R1,R2,P4
�4 ADD R3,R4,R5
UB R6,R4,R5
IA-64
идея
доведена
логического
завершения
предикатными
регистрами
команды
сравнения
арифметические
команды
некоторые
другие
команды
Предикатные
команды
могут
помещаться
конвейер
последовательно
каких
проблем
простоев
Поэтому
очень
полезны
IA-64
предикация
происходит
следующим
образом
команда
йствительно
выполняется
конце
конвейера
уже
нужно
результат
выходном
производится
проверка
истинно
предсказание
Если
результаты
просто
выходной
регистр
Если
предсказание
ложно
записи
выходной
регистр
происходит
Внутренняя 
4.1.1
ОЗУ 
также
оперативное
запоминающее
устройство
ОЗУ
информатике
часть
памяти
которую
процессор
может
обратиться
одну
операцию
(jump, move
Предназначена
временного
хранения
данных
команд
необходимых
процессору
для
выполнения
операций
память
передаёт
процессору
данные
непосредственно
через
память
Каждая
ячейка
оперативной
яти
имеет
индивидуальный
адрес
современных
вычислительных
устройствах
оперативная
память
выполнена
динамической
памяти
произвольным
доступом
. dynamic random access memory, DRAM).
Понятие
памяти
произвольным
доступом
предполагает
что
текущее
обращение
памяти
учитывает
порядок
предыдущих
операций
расположения
данных
ней
ОЗУ
может
изготавливаться
как
отдельный
блок
или
входить
цию
однокристальной
микроконтроллера
DRAM
DRAM
Dynamic Random Access Memory
компьютерной
памяти
произвольным
доступом
широко
используемый
качестве
современных
компьютеров
Конструктивно
память
DRAM
состоит
ячеек
размером
бит
каждой
которых
хранить
определённый
объём
данных
Совокупность
такой
памяти
образуют
условный
прямоугольник
»,
состоящий
определённого
количества
столбцов
кой
прямоугольник
называется
страницей
совокупность
страниц
называется
банком
Весь
набор
условно
делится
несколько
областей
4Ǥ1Ǥ1Ǥ1Ǥ1
Принцип действия 
современных
компьютерах
физически
DRAM-
память
представляет
собой
электрическую
модуль
котором
микросхемы
памяти
разъём
необходимый
подключения
модуля
материнской
плате
Роль
играют
конденсаторы
транзисторы
расположенные
микросхем
памяти
Конденсаторы
заряжаются
когда
ячейку
заносится
единичный
бит
разряжаются
случае
когда
ячейку
бит
Транзисторы
необходимы
для
заряда
внутри
конденсатора
При
отсутствии
электроэнергии
оперативной
происходит
разряжение
конденсаторов
память
опустошается
динамическое
изменение
конденсатора
является
основополагающим
принципом
работы
памяти
Элементом
этого
чувствительный
усилитель
. sense amp),
подключенный
каждому
столбцов
прямоугольника
».
реагируя
бый
устремившихся
через
открытые
транзисторы
обкладок
конденсаторов
считывает
страницу
целиком
страница
является
минимальной
порцией
обмена
динамической
памятью
потому
что
обмен
данными
отдельно
ячейкой
невозможен
Основными
характеристиками
DRAM
тайминги
рабочая
частота
Для
обращения
ячейке
контроллер
задаёт
номер
банка
номер
страницы
м
номер
все
запросы
время
помимо
этого
довольно
большой
период
уходит
закрытие
банка
самой
операции
каждое
действие
требуется
называемое
таймингом
Основными
таймингами
DRAM
являются
задержка
между
подачей
номера
строки
номера
называемая
временем
полного
доступа
англ
RAS to CAS delay
),
задержка
между
подачей
номера
столбца
получением
ячейки
называемая
временем
цикла
англ
CAS delay
задержка
между
чтением
последней
ячейки
подачей
номера
новой
строки
RAS precharge
Тайминги
меньше
величина
этих
таймингов
тем
быстрее
работает
память
Рабочая
частота
измеряется
мегагерцах
увеличение
частоты
приводит
увеличению
быстродействия
.
отличие
статической
типа
англ
static random access memory
),
которая
является
конструктивно
сложным
более
дорогим
типом
памяти
используется
основном
DRAM
изготавливается
основе
конденсаторов
небольшой
ёмкости
которые
быстро
теряют
поэтому
информацию
приходится
обновлять
через
определённые
периоды
времени
избежание
потерь
данных
Этот
процесс
называется
регенерацией
памяти
реализуется
специальным
контроллером
установленным
ринской
кристалле
процессора
протяжении
времени
называемого
шагом
DRAM
перезаписывается
ячеек
»,
8-64
обновляются
строки
памяти
Процесс
регенерации
памяти
классическом
тормозит
поскольку
обмен
данными
памятью
невозможен
Регенерация
основанная
обычном
переборе
рок
применяется
современных
типах
DRAM.
Существует
несколько
экономичных
вариантов
этого
расширенный
пакетный
распределенный
наиболее
экономичной
является
скрытая
регенерация
новых
технологий
регенерации
можно
выделить
регенерации
PASR
англ
Partial Array Self
Refresh
),
применяемый
компанией
Samsung
чипах
памяти
SDRAM
низким
уровнем
энергопотребления
Регенерация
ячеек
выполняется
период
ожидания
которых
имеются
данные
реализуется
метод
англ
Temperature Compensated Self Refresh
),
который
предназначен
регулировки
процесса
зависимости
рабочей
температуры
4Ǥ1Ǥ1Ǥ1Ǥ2
Корпуса 
Элементы
памяти
DRAM
конструктивно
выполняют
виде
отдельных
микросхем
корпусах
либо
модулей
памяти
Single In-Line Package)
Single In-line Memory
),
DIMM
Dual In-line Memory Module)
RIMM
Rambus In-line Memory Module
Микросхемы
корпусах
DIP
выпускались
использования
модулей
памяти
микросхемы
имеют
два
ряда
контактов
расположенных
длинных
чипа
загнутых
SIP
представляют
прямоугольные
платы
контактами
виде
маленьких
памяти
время
практически
используется
был
вытеснен
модулями
ти
SIMM.
SIMM
представляют
собой
прямоугольную
контактной
вдоль
одной
модули
фиксируются
разъёме
поворотом
помощью
защёлок
Наиболее
распространены
72-
контактные
Широкое
распространение
нашли
SIMM
4, 8, 16, 32
64
Мбайт
DIMM
наиболее
распространены
168-
контактных
модулей
устанавливаемых
вертикально
фиксируемых
защёлками
вных
устройствах
широко
применяются
SO DIMM —
разновидность
DIMM
малого
размера
англ
. SO — small outline),
они
предназначены
очередь
для
компьютеров
Наиболее
часто
встречаются
72-
контактные
модули
SO DIMM.
Память
DDR SDRAM
выпускается
184-
контактных
DIMM-
модулей
для
памяти
DDR2 SDRAM
выпускаются
240-
контактные
модули
распространены
таких
модулях
выпускается
память
типа
RDRAM.
Они
представлены
168/184-
контактными
прямоугольными
платами
которые
обязательно
устанавливаться
только
парах
пустые
разъёмы
материнской
плате
занимаются
специальными
заглушками
связано
обенностями
конструкции
таких
модулей
Так
существуют
модули
232-pin PC1066 RDRAM RIMM 4200,
совместимые
184-
контактными
разъёмами
Статическая
оперативная
память
доступом
SRAM — Static Random Access
) —
полупроводниковая
оперативная
память
которой
каждый
двоичный
разряд
хранится
положительной
обратной
позволяющей
поддерживать
сигнала
постоянной
перезаписи
необходимой
динамической
памяти
(DRAM).
Произвольный
доступ
(RAM —
random access memory
возможность
записи
чтения
чаще
зависит
особенностей
конструкции
),
отличие
памяти
последовательным
доступом
sequental access memory).
Типичная
ячейка
статической
двоичной
памяти
двоичный
КМОП
технологии
состоит
перекрёстно
включенных
транзисторов
обеспечения
доступа
увеличения
ости
упаковки
элементов
кристалле
качестве
нагрузки
применяют
поликремниевые
резисторы
Недостатком
такого
является
статического
энергопотребления
Преимущества
Быстрый
доступ
. SRAM —
это
действительно
память
произвольного
доступа
доступ
ячейке
любой
момент
занимает
одно
Простая
схемотехника
— SRAM
требуются
сложные
контроллеры
Возможны
очень
низкие
стоты
синхронизации
вплоть
полной
остановки
синхроимпульсов
Применение
SRAM
применяется
микроконтроллерах
ПЛИС
которых
объём
ОЗУ
невелик
единицы
килобайт
),
нужны
низкое
энергопотребление
счёт
отсутствия
сложного
контроллера
предсказываемое
точностью
такта
время
работы
подпрограмм
отладка
прямо
устройстве
устройствах
бочая
память
как
DRAM. SRAM’
делают
память
4.1.2
ПЗУ 
Постоянное
устройство
ПЗУ
энергонезависимая
память
используется
для
хранения
неизменяемых
используется
английский
термин
Read-Only Memory
несколько
разновидностей
ПЗУ
предназначенных
для
различных
ROM
англ
Read-Only Memory
постоянное
запоминающее
устройство
масочное
ПЗУ
изготавливается
фабричным
методом
дальнейшем
нет
изменить
записанные
PROM
Programmable Read-Only Memory,
программируемое
ПЗУ
)) —
однократно
прошиваемое
пользователем
BootROM
специальная
микросхема
постоянной
памяти
использовании
которой
становится
возможна
операционной
компьютер
локальной
сети
EPROM
англ
Erasable Programmable Read-Only Memory
перепрограммируемое
ПЗУ
ПППЗУ
)).
Например
содержимое
микросхемы
537
стиралось
помощи
ультрафиолетовой
Для
прохождения
ультрафиолетовых
лучей
кристаллу
корпусе
микросхемы
было
предусмотрено
окошко
кварцевым
стеклом
Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory
электрически
стираемое
перепрограммируемое
Память
такого
может
стираться
заполняться
данными
десятков
Используется
твердотельных
накопителях
Одной
разновидностей
EEPROM
является
память
Flash Memory
Внешняя 
4.2.1
Ж˩сткие диски 
Физические принципы 
основе
работы
носителей
накопителей
жестких
гибких
дисках
лежит
такое
явление
как
электромагнетизм
было
открыто
датским
физиком
Хансом
1819
году
его
состоит
при
пропускании
через
проводник
электрического
тока
вокруг
него
образуется
поле
воздействует
оказавшееся
нем
ферромагнитное
вещество
При
изменении
направления
тока
полярность
магнитного
поля
также
изменяется
электромагнетизма
используется
электродвигателях
для
генерации
здействующих
магниты
которые
установлены
вращающемся
валу
существует
противоположный
эффект
проводнике
который
воздействует
переменное
магнитное
поле
возникает
электрический
При
изменении
полярности
магнитного
изменяется
направление
электрического
тока
Например
внутри
обмоток
генератора
электрического
который
используется
автомобилях
есть
ротор
катушкой
возбуждения
генератора
возникает
электрический
Благодаря
такой
взаимной
электрического
токаи
магнитного
поля
существует
возможность
записывать
затем
считывать
данные
магнитном
Головка
чтения
дисковом
накопителе
состоит
образного
ферромагнитного
намотанной
него
катушки
обмотки
которой
может
протекать
электрический
ток
При
пропускании
тока
через
обмотку
сердечнике
магнитопроводе
создается
магнитное
При
переключении
направления
протекающего
полярность
магнитного
поля
также
изменяется
представляют
собой
ктромагниты
полярность
которых
можно
быстро
изменить
переключив
направление
пропускаемого
электрического
Магнитное
поле
сердечнике
частично
распространяется
окружающее
пространство
благодаря
зазора
пропиленного
основании
буквы
вблизи
зазора
другой
ферромагнетик
рабочий
слой
магнитное
нем
локализуется
подобные
вещества
магнитным
противлением
чем
воздух
Магнитный
поток
пересекающий
зазор
замыкается
через
носитель
что
приводит
поляризации
частиц
доменов
направлении
Направление
поля
следовательно
остаточная
намагниченность
электрического
головки
Итак
результате
протекания
переменного
импульсной
формы
головки
чтения
щемся
диске
образуется
последовательность
участков
различной
знаку
направлению
остаточной
намагниченностью
Причем
наиболее
важными
аспекте
последующего
воспроизведения
записанной
информации
оказываются
зоны
которых
происходит
направления
остаточного
магнитного
зоны
смены
знака
головка
записывает
данные
диск
размещая
нем
зоны
При
каждого
или
данных
специальных
областях
диске
располагаются
последовательности
зон
смены
знака
области
называются
битовыми
ячейками
образом
битовая
ячейка
специальная
область
диске
размещает
зоны
Геометрические
размеры
такой
ячейки
зависят
тактовой
частоты
сигнала
записи
скорости
которой
перемещаются
друга
головка
поверхность
диска
Ячейка
перехода
область
диске
которую
можно
только
зону
знака
При
отдельных
битов
данных
групп
формируется
характерный
узор
зон
зависящий
кодирования
информации
тем
что
процессе
переноса
данных
магнитный
носитель
группа
битов
помощью
специального
кодирующего
устройства
преобразуется
электрических
являющихся
точной
копией
исходной
последовательности
импульсов
При
напряжение
прилагается
головке
изменения
его
полярности
регистрируемая
полярность
магнитного
также
изменяется
Зоны
знака
записываются
регистрируются
тех
точках
которых
происходит
изменение
полярности
может
показаться
странным
емя
считывания
головка
выдает
тот
сигнал
который
записан
вместо
этого
она
генерирует
напряжения
выброс
тех
которых
пересекает
зону
смены
знака
считывания
информации
диска
головка
детектор
смены
выдавая
импульсы
напряжения
при
ресечении
такой
участках
происходит
генерируются
отсутствуют
).
графическом
представлена
взаимосвязь
между
формами
импульсов
сигналов
время
считывания
записи
зонами
записанными
диске
Записываемые
данные
представляют
собой
волновые
прямоугольной
формы
соответствующие
положительным
или
отрицательным
ачениям
напряжения
которые
приводят
поляризации
магнитного
носителя
том
направлении
меняется
напряжения
остаточная
намагниченность
диска
также
изменяет
полярность
считывания
головка
регистрирует
смены
знака
выдает
соответствующие
Другими
словами
сигнал
соответствует
нулевому
напряжению
обнаружены
переходы
положительного
знака
отрицательному
и
наоборот
Импульсы
появляются
только
тех
пересекает
магнитном
носителе
тактовую
частоту
схема
устройства
или
контроллера
определяет
попадает
импульс
следовательно
зона
знака
ячейку
перехода
Амплитуда
сигнала
поступающего
головки
при
считывании
поэтому
проблема
помех
статочно
острой
усиления
используются
высокочувствительные
устройства
После
сигнал
поступает
декодирующие
которые
предназначены
восстановления
потока
данных
идентичного
теоретически
!)
поступавшему
накопитель
выполнении
записи
запись
считывание
информации
диска
принципах
электромагнетизма
При
данных
диск
электрический
ток
пропускается
рез
электромагнит
устройства
результате
создаются
зоны
намагниченности
которые
сохраняются
диске
Данные
считываются
диска
перемещении
поверхностью
при
головка
изменения
зонах
намагниченности
результате
генерирует
слабые
электрические
указывающие
наличие
или
отсутствие
зон
знака
записанных
сигналах
Способы кодирования данных 
магнитном
носителе
хранятся
аналоговой
форме
данные
представлены
цифровом
как
являются
последовательностью
нулей
единиц
При
выполнении
записи
цифровая
информация
поступая
магнитную
головку
создает
диске
магнитные
домены
соответствующей
Если
время
записи
головку
поступает
положительный
сигнал
магнитные
домены
поляризуются
одном
направлении
если
отрицательный
противоположном
Когда
меняется
полярность
записываемого
происходит
также
изменение
полярности
магнитных
доменов
При
работе
цифровыми
данными
особое
приобретает
синхронизация
время
считывания
записи
важно
чно
определить
момент
каждой
знака
синхронизация
отсутствует
момент
смены
знака
может
быть
определен
неправильно
результате
чего
неизбежна
потеря
искажение
информации
предотвратить
работа
передающего
принимающего
устройств
должна
быть
строго
синхронизирована
пути
решения
данной
проблемы
синхронизировать
работу
устройств
передавая
циальный
синхронизации
синхросигнал
отдельному
каналу
связи
вторых
объединить
синхросигнал
сигналом
данных
передать
вместе
одному
заключается
суть
большинства
способов
кодирования
данных
Например
если
запись
нулевого
выполняется
помощью
доменов
одной
полярности
создаваемых
диске
течение
определенного
периода
времени
данных
левых
бит
записанных
строку
будут
представлять
одинаковых
последовательно
расположенных
участков
одной
полярности
10
ячеек
имеющих
зон
изменения
знака
Теперь
представьте
что
время
считывания
данных
произошло
некоторое
рассогласование
схемы
синхронизации
кодирующего
устройства
Увеличение
частоты
тактовых
импульсов
может
привести
что
кодирующее
устройство
воспримет
длинный
ок
состоящий
ячеек
имеющих
зон
изменения
знака
ячеек
данных
При
понижении
частоты
запись
может
быть
уже
11
ячеек
данных
том
другом
случае
это
приведет
ошибке
считывания
первоначально
записанные
данных
считаны
другой
Чтобы
избежать
появления
синхронизации
ании
декодировании
необходимо
синхронизировать
процессы
записи
данных
этого
следует
синхронизировать
устройств
передавая
специальный
сигнал
каналу
Можно
также
объединить
сигнал
данных
сигналом
синхронизации
затем
передать
одному
Подобное
объединение
сигналов
используется
большинстве
кодирования
данных
Добавление
сигнала
синхронизации
передаваемым
данным
служит
гарантией
что
устройства
будут
точно
интерпретировать
отдельные
однобитовые
элементы
Каждый
бит
информации
ограничен
двумя
держащими
определенные
тактовые
переходы
передаче
синхронизирующих
вместе
данными
синхронизация
сохраняется
даже
случае
когда
носитель
содержит
длинные
цепочки
совершенно
одинаковых
нулей
сожалению
переходов
необходимые
только
синхронизации
процессов
занимают
место
диске
которое
использоваться
для
записи
данных
Поскольку
количество
зон
знака
торые
можно
записать
диске
ограничено
возможностями
производства
носителей
головок
разработке
дисковых
накопителей
изобретаются
такие
способы
кодирования
данных
помощью
которых
было
втиснуть
можно
больше
данных
минимальное
количество
зон
При
этом
приходится
учитывать
часть
равно
только
синхронизации
Хотя
разработано
множество
разнообразных
методов
сегодня
используются
только
них
частотная
модуляция
(FM);
модифицированная
частотная
модуляция
кодирование
ограничением
длины
(RLL).
4Ǥ2Ǥ1Ǥ2Ǥ1
Частотная модуляция 
Метод
кодирования
FM
Frequency Modulation
частотная
модуляция
был
разработан
прежде
других
использовался
при
гибкие
диски
так
называемой
одинарной
плотности
Емкость
односторонних
дискет
составляла
всего
80
Кбайт
1970_
годах
методу
модуляции
использовалась
многих
устройствах
сейчас
него
полностью
отказались
4Ǥ2Ǥ1Ǥ2Ǥ2
Модифицированная частотная модуляция 
Основной
целью
разработчиков
метода
MFM
Modified Frequency Modulation
модифицированная
частотная
модуляция
было
сокращение
количества
смены
для
того
объема
данных
сравнению
FM
кодированием
соответственно
увеличение
потенциальной
емкости
При
способе
количество
зон
используемых
только
синхронизации
сокращается
Синхронизирующие
переходы
записываются
только
начало
ячеек
нулевым
битом
данных
только
том
случае
ли
предшествует
нулевой
всех
остальных
случаях
синхронизирующая
зона
смены
формируется
Благодаря
такому
уменьшению
количества
зон
знака
допустимой
плотности
размещения
диске
информационная
сравнению
записью
методу
удваивается
почему
диски
записанные
помощью
метода
MFM,
часто
называют
дисками
плотности
double density
рассматриваемом
способе
записи
одно
количество
зон
смены
приходится
полезных
данных
кодировании
скорость
считывания
записи
информации
носитель
также
удваивается
При
воспроизведении
данных
методу
MFM
требования
предъявляемые
точности
синхронизации
жесткие
при
FM
кодировании
Однако
все
сложности
успешно
преодолены
стал
популярным
методом
кодирования
долгие
годы
табл
приведено
соответствие
между
битами
смены
4Ǥ2Ǥ1Ǥ2Ǥ3
Кодирование с ограничени
ем длины поля записи 
наиболее
популярен
метод
кодирования
ограничением
длины
поля
Run Length
позволяет
разместить
полтора
больше
информации
при
методу
MFM,
раза
больше
при
FM
кодировании
При
использовании
этого
метода
происходит
кодирование
отдельных
битов
целых
групп
результате
создаются
определенные
последовательности
зон
смены
знака
Метод
RLL
разработан
IBM
сначала
использовался
сковых
накопителях
больших
машин
конце
1980_
годов
стали
использовать
накопителях
жестких
дисках
сегодня
применяется
всех
Как
отмечалось
при
записи
методу
RLL
одновременно
кодируются
целые
группы
битов
Термин
Run Length Limited
ограничением
пробега
составлен
названий
двухосновных
параметров
которыми
являются
минимальное
длина
пробега
максимальное
предел
пробега
число
ячеек
перехода
которые
можно
между
двумя
зонами
Изменяя
параметры
различные
кодирования
практике
используются
только
них
: RLL 2,7
RLL 1,7.
Методы
FM
MFM,
сущности
являются
частными
вариантами
RLL.
Так
пример
,FM
кодирование
можно
было
RLL 0,1
между
двумя
зонами
смены
знака
может
располагаться
максимум
минимум
ячеек
перехода
MFM
можно
было
обозначить
RLL 1,3
как
этом
случае
между
двумя
зонами
смены
располагаться
одной
трех
ячеек
перехода
Однако
при
упоминании
этих
методов
обычно
используются
более
привычные
названия
последнего
времени
популярным
метод
RLL 2,7,
поскольку
достичь
высокой
плотности
записи
данных
1,5
раза
больше
методом
MFM)
достоверности
надежности
воспроизведения
При
этом
соотношение
размеров
зон
знака
участков
намагниченностью
оставалось
тем
методе
MFM.
для
накопителей
очень
большой
кости
метод
RLL 2,7
оказался
недостаточно
надежным
большинстве
современных
жестких
дисков
высокой
емкости
используется
метод
RLL 1,7,
который
позволяет
увеличить
плотность
записи
1,27
сравнению
при
оптимальном
соотношении
размерами
смены
знака
участков
постоянной
намагниченностью
некоторого
снижения
плотности
записи
сравнению
RLL 2,7)
удалось
существенно
повысить
надежность
тывания
данных
особенно
поскольку
накопителях
большой
емкости
уже
приближаются
пределу
возможностей
технологии
при
разработке
современных
жестких
дисков
приоритет
принадлежит
надежности
считывания
данных
можно
ожидать
ближайшем
будущем
метод
RLL 1,7
достигнет
наибольшего
распространения
редко
используемый
вариант
RLL —
метод
RLL 3,9.
Иногда
его
усовершенствованным
или
его
можно
достичь
еще
плотности
записи
информации
чем
использовании
метода
RLL 2,7.
сожалению
надежность
ARRL
кодирования
очень
невысока
его
пытались
использовать
некоторых
контроллерах
выпуск
прекращен
Понять
сущность
кодирования
наглядных
примеров
довольно
поэтому
рассмотрим
RLL 2,7,
так
именно
чаще
тся
варианта
можно
построить
множество
тысячи
таблиц
перекодировки
различных
последовательностей
битов
зон
знака
Остановимся
таблице
которая
использовалась
IBM
при
создании
кодеров
декодеров
Согласно
таблице
группы
данных
преобразуются
серии
зон
смены
знака
длиной
4, 6
битовых
ячеек
соответственно
При
ирование
последовательностей
битов
происходит
так
чтобы
расстояние
между
зонами
знаков
очень
Первое
ограничение
вызвано
тем
что
величины
разрешений
головки
магнитного
носителя
как
правило
являются
фиксированными
Второе
ограничение
необходимо
чтобы
обеспечить
синхронизацию
устройств
табл
приведена
кодирования
метода
RLL 2,7,
разработанная
IBM.
При
внимательном
изучении
этой
таблицы
заметить
что
кодировать
например
байт
00000001
его
нельзя
составить
комбинации
приведенных
таблице
битов
Однако
практике
при
никаких
проблем
возникает
Дело
том
контроллер
формирует
сразу
целые
секторы
этому
если
попадается
просто
начинает
подходящую
группы
комбинацию
учетом
следующего
последовательности
возникнуть
только
случае
байт
последний
секторе
этой
установленный
контроллере
просто
дописывает
конец
последнего
байта
несколько
дополнительных
При
последующем
считывании
они
отбрасываются
последний
воспроизводится
каким
должен
4Ǥ2Ǥ1Ǥ2Ǥ4
Сравнение способов кодирования 
рис
диаграммы
сигналов
формируемых
при
записи
жесткий
диск
ASCII
“X”
трех
способов
кодирования
верхней
этих
диаграмм
показаны
отдельные
данных
(01011000)
битовых
ячейках
границами
которых
являются
синхронизирующие
обозначенные
Под
строкой
изображен
сам
сигнал
представляющий
собой
чередование
положительных
льных
напряжения
причем
моменты
напряжения
происходит
запись
зоны
знака
нижней
строке
показаны
перехода
причем
обозначает
ячейку
содержащую
зону
знака
N —
ячейку
которой
смены
знака
Разобраться
FM
кодировании
просто
битовой
ячейке
содержится
две
ячейки
перехода
для
синхронизирующего
самих
данных
Все
перехода
которых
записаны
сигналы
синхронизации
зоны
знака
ячейки
перехода
которых
данные
содержат
зону
только
том
случае
значение
бита
равно
логической
единице
При
значении
бита
зона
знака
формируется
Поскольку
значение
первого
будет
виде
комбинации
Значение
равно
соответствует
комбинация
тоже
нулевой
(TN)
помощью
приведенной
диаграммы
FM
кодирования
легко
проследить
всю
кодирующую
комбинацию
рассматриваемого
примера
данных
Отметим
при
таком
способе
записи
зоны
следовать
непосредственно
одна
другой
терминах
RLL
кодирования
означает
минимальный
пробег
равен
другой
стороны
максимально
возможное
количество
пропущенных
подряд
зон
знака
может
превышать
единицы
кодирование
можно
обозначить
RLL 0,1
При
кодировании
ячейках
также
записывается
синхросигнал
данных
ячейки
для
синхросигнала
содержат
зону
знака
только
том
случае
если
значения
текущего
предыдущего
Первый
бит
слева
нулевой
значение
предыдущего
данном
случае
неизвестно
поэтому
предположим
что
же
равен
нулю
При
последовательность
зон
знака
будет
выглядеть
как
TN.
Значение
следующего
бита
равно
единице
которой
всегда
соответствует
комбинация
Следующему
нулевому
предшествует
единичный
поэтому
соответствует
последовательность
Аналогичным
образом
можно
проследить
процесс
формирования
сигнала
конца
Легко
заметить
что
минимальное
максимальное
ячеек
перехода
между
двумя
зонами
смены
знака
соответственно
Следовательно
кодирование
терминах
RLL
быть
методом
RLL 1,3
Труднее
всего
разобраться
диаграмме
иллюстрирующей
метод
RLL 2,7,
поскольку
нем
кодируются
биты
группы
Первая
группа
слева
совпадающая
одной
приведенных
комбинаций
состоит
: 010.
преобразуется
такую
последовательность
зон
знака
Следующим
битам
(11)
соответствует
комбинация
последним
трем
(000) — NNNTNN.
ом
примере
для
корректного
завершения
дополнительные
потребовались
Обратите
внимание
что
примере
минимальное
максимальное
число
ячеек
перехода
между
зонами
равно
соответственно
хотя
другом
примере
максимальное
количество
пустых
ячеек
перехода
может
равняться
7.
Именно
поэтому
способ
кодирования
называется
RLL 2,7.
нном
случае
записывается
меньше
зон
знака
чем
при
MFM
кодировании
частоту
синхронизации
можно
увеличить
сравнению
методом
1,5
раза
сравнению
методом
MFM.
Это
таком
пространстве
диска
записать
больше
данных
необходимо
отметить
что
минимальное
максимальное
физическое
расстояние
ерхности
диска
между
двумя
зонами
смены
одинаково
трех
упомянутых
методов
кодирования
4Ǥ2Ǥ1Ǥ2Ǥ5
Декодеры P2ML 
последнее
накопителях
традиционных
усилителей
считывания
пиковыми
детекторами
стала
называемая
технология
Partial)Response,Maximum)Likelihood
определение
максимальное
правдоподобие
).
повысить
плотность
диске
среднем
40%
столько
увеличить
носителя
Увеличение
плотности
приводит
тому
что
пиковые
напряжения
присчитывании
могут
накладываться
При
использовании
метода
PRML
контроллер
анализирует
поток
данных
головки
посредством
ьтрации
обработки
частичного
определения
затем
предсказывает
последовательность
которые
этот
поток
данных
наилучшим
образом
представляет
элемент
максимального
правдоподобия
Обработка
данных
осуществляется
цифровыми
методами
настоящее
время
накопителях
жестких
дисках
используется
описанная
PRML.
Практичность
методов
считывания
информации
определяется
точностью
распознавания
уровне
Может
показаться
что
точность
описанного
метода
невысока
использование
обработки
цифрового
сигнала
позволило
значительно
уровень
шума
тем
повысив
плотность
размещения
зон
изменения
полярности
жестком
диске
свою
дало
возможность
данных
Технология
PRML
успехом
используется
кодирования
декодирования
накопителях
емкостью
выше
4Ǥ2Ǥ1Ǥ2Ǥ6
Измерение ˩мкости накопителя 
декабре
1998
года
Международная
электротехническая
комиссия
),
занимающаяся
стандартизацией
области
электротехники
представила
качестве
официального
стандарта
систему
названий
символов
единиц
измерения
для
использования
области
обработки
передачи
данных
недавнего
времени
одновременном
десятичной
двоичной
измерений
мегабайт
равен
млн
байт
(106),
48 576
(220).
Стандартные
сокращения
единиц
используемые
для
измерения
емкости
магнитных
накопителей
приведены
соответствии
новым
стандартом
1 MiB (mebibyte)
содержит
220 (1 048 576)
байт
Мбайт
мегабайт
) — 106 (1 000 000)
сожалению
существует
общепринятого
способа
отличать
кратные
единицы
измерения
десятичных
Другими
словами
английское
может
обозначать
миллионы
байт
мегабайты
правило
объемы
памяти
двоичных
единицах
емкость
накопителей
сятичных
двоичных
что
приводит
недоразумениям
Заметьте
также
английском
варианте
(bits)
отличаются
регистром
буквы
может
быть
строчной
прописной
Например
обозначении
миллионов
битов
используется
строчная
буква
“b”,
результате
чего
единица
измерения
миллион
бит
секунду
обозначается
Mbps,
время
как
MBps
означает
миллион
секунду
Поверхностная плотность записи 
Основной
критерий
накопителей
жестких
дисках
поверхностная
плотность
.).
определяется
как
произведение
линейной
записи
вдоль
дорожки
выражаемой
битах
дюйм
(Bits Per Inch — BPI),
количества
дорожек
дюйм
(Tracks Per Inch — TPI).
результате
поверхностная
плотность
выражается
Мбит
дюйм
или
Гбит
дюйм
2.
основании
можно
вывод
эффективности
того
иного
способа
записи
данных
современных
накопителях
размером
5
дюйма
величина
этого
параметра
составляет
10–20
Гбит
экспериментальных
моделях
достигает
Гбит
позволяет
накопители
более
400
Гбайт
Поверхностная
плотность
записи
неуклонно
увеличивается
При
магнитного
хранения
данных
IBM RAMAC
1956
поверхностной
плотности
достигал
25%
начала
1990_
годов
— 60%.
Разработка
ение
магниторезистивных
(1991
гигантских
головок
(1997
),
также
накопителей
использующих
антиферромагнитные
двойные
(2001
год
еще
больше
ускорили
увеличение
поверхностной
плотности
записи
лет
прошедших
момента
появления
первых
устройств
магнитного
хранения
данных
плотность
повысилась
более
17
следующие
пять
сохранении
существующих
темпов
плотность
записи
достигнет
Гбит
дюйм
2.
плотность
записи
соответствует
точке
суперпарамагнитного
эффекта
магнитные
домены
нестабильными
при
комнатной
температуре
Использование
новых
технологий
например
материалов
высокой
коэрцтивностью
вертикальной
поляризацией
увеличить
плотность
400
Гбит
более
перспективных
технологий
недалекого
голографические
хранения
мации
которых
данные
записываются
помощью
лазера
трехмерном
пространстве
кристаллические
пластина
или
куб
. 9.14
представлен
график
увеличения
поверхностной
плотности
записи
устройств
магнитного
хранения
данных
появления
настоящего
времени
повышение
поверхностной
плотности
записи
созданием
новых
типов
носителей
использованием
некристаллических
стекловидных
материалов
онструкций
головок
применением
метода
псевдоконтактной
более
совершенных
методов
обработки
сигналов
Для
достижения
более
высокого
уровня
поверхностной
плотности
необходимо
такие
головки
диски
которые
функционировать
при
минимальном
зазоре
между
ними
Чтобы
увеличить
количество
данных
размещаемых
жестком
определенного
размера
необходимо
уменьшить
расстояние
жду
дорожками
повысить
точность
позиционирования
головки
чтения
записи
отношению
дорожкам
носителя
означает
также
что
увеличением
жесткого
диска
расстояние
между
головкой
поверхностью
носителя
операций
чтения
записи
должно
уменьшаться
накопителях
зазор
между
головкой
поверхностью
жесткого
диска
превышает
(0,01
микрона
что
мерно
соответствует
толщине
мембраны
сравнения
толщина
человеческого
среднем
равна
80
микрон
что
8 000
больше
величины
зазора
между
головкой
чтения
записи
поверхностью
носителя
некоторых
накопителях
перспективе
дальнейшее
повышение
поверхностной
плотности
будущих
накопителей
возможно
только
при
контактной
или
контактной
данных
Принципы работы накопителей 
Самым
необходимым
самым
загадочным
компонентом
компьютера
является
накопитель
жестком
диске
известно
предназначен
для
хранения
данных
последствия
выхода
зачастую
оказываются
катастрофическими
Для
правильной
эксплуатации
модернизации
компьютера
необходимо
представлять
себе
что
такое
накопитель
жестком
диске
Основными
элементами
накопителя
являются
круглых
алюминиевых
или
некристаллических
стекловидных
пластин
отличие
гибких
дискет
льзя
появилось
название
жесткий
диск
большинстве
они
поэтому
иногда
такие
накопители
называются
фиксированными
fixed disk
Существуют
также
накопители
сменными
дисками
накопителях
жестких
дисках
данные
записываются
универсальными
головками
записи
поверхности
вращающихся
магнитных
дисков
разбитых
дорожки
секторы
байт
каждый
),
как
показано
рис
накопителях
обычно
устанавливается
несколько
дисков
данные
записываются
сторонах
каждого
них
большинстве
накопителей
мере
два
три
диска
что
позволяет
выполнять
запись
четырех
сторонах
существуют
также
устройства
содержащие
11
дисков
ково
расположенные
дорожки
дисков
объединяются
цилиндр
рис
. 10.3).
каждой
стороны
диска
предусмотрена
своя
дорожка
чтения
записи
при
головки
смонтированы
стержне
стойке
Поэтому
могут
перемещаться
независимо
друг
друга
двигаются
только
синхронно
диски
вращаются
намного
быстрее
гибкие
Частота
даже
большинстве
моделей
составляла
3 600
мин
10
больше
чем
накопителе
гибких
дисках
последнего
времени
была
стандартом
жестких
дисков
настоящее
время
частота
жестких
дисков
возросла
Большинство
серийно
накопителей
используемых
настоящее
время
имеют
вращения
дисков
5 400
Скорость
дисков
моделей
улучшенными
рабочими
характеристиками
достигает
7 200
При
нормальной
работе
жесткого
диска
головки
записи
должны
касаться
!)
дисков
при
выключении
питания
остановке
дисков
они
опускаются
поверхность
устройства
между
головкой
поверхностью
вращающегося
диска
образуется
очень
зазор
воздушная
подушка
Если
зазор
пылинка
произойдет
сотрясение
головка
столкнется
диском
вращающимся
полном
ходу
”.
Если
удар
будет
достаточно
сильным
произойдет
поломка
головки
этого
могут
быть
разными
потери
нескольких
байтов
данных
выхода
строя
всего
накопителя
Поэтому
большинстве
накопителей
поверхности
магнитных
дисков
легируют
специальными
смазками
позволяет
устройствам
выдерживать
ежедневные
взлеты
приземления
головок
также
более
серьезные
потрясения
Наглядное сравнение 
Пришло
время
прибегнуть
аналогиям
которые
позволят
более
точное
представление
размерах
скоростях
характерных
для
современного
накопителя
жестких
дисках
были
взяты
спецификации
определенной
модели
накопителя
увеличенные
затем
более
чем
300 000
раз
качестве
примера
возьмем
накопитель
IBM Deskstar 75GXP
форматной
емкостью
75
котором
используется
дюймовый
дисковод
ATA (
терфейс
AT Atachment).
головки
миниатюрен
что
называется
пико
ползунком
составляют
0,049
дюйма
длину
, 0,039
дюйма
ширину
0,012
дюйма
Они
плывут
над
поверхностью
диска
воздушной
подушке
толщиной
примерно
нанометр
миллионная
метра
средней
скоростью
53,55
миль
час
предполагается
что
диаметр
дорожки
равен
2,5
дюйма
читают
записывают
биты
промежутки
между
которыми
равны
56
микродюйма
миллионная
дюйма
данных
расположены
дорожках
расстояние
между
которыми
составляет
всего
35,27
микродюйма
Среднее
время
позиционирования
перемещения
дорожки
другую
равно
8,5
аналогии
масштаб
был
увеличен
таким
чтобы
получить
величину
зазора
между
плавающей
головкой
поверхностью
диска
равную
имерно
0,2
дюйма
как
333 333
больше
чем
15
остальные
размеры
увеличены
величину
Представьте
эту
головку
при
таком
увеличении
длина
составит
410
ширина
— 325
высота
— 100
приблизительно
размеры
небоскреба
Sears,
положенного
бок
Перемещается
она
скоростью
9 187
расстоянии
всего
лишь
землей
над
диском
считывает
данных
промежутки
между
которыми
равны
2,16
Эти
биты
данных
расположены
дорожках
расстояние
между
которыми
составляет
всего
29,9
Скорость
перемещения
гипотетической
головки
даже
трудно
себе
представить
поэтому
приведу
конкретный
пример
Диаметр
Земли
составляет
12 742
длина
олоземной
орбиты
проходящей
расстоянии
одного
дюйма
поверхности
будет
равна
приблизительно
40 000
образом
развивая
9 187
головка
совершит
вокруг
Земли
меньше
пять
секунд
Кроме
того
виток
вокруг
экватора
головка
сможет
прочитать
231,33
Мбайт
данных
Дорожки и секторы 
Дорожка
данных
одной
стороне
диска
Дорожка
диске
слишком
велика
чтобы
использовать
качестве
единицы
хранения
информации
многих
накопителях
превышает
100
тыс
отводить
такой
блок
хранения
небольшого
файла
крайне
расточительно
Поэтому
дорожки
диске
разбивают
нумерованные
отрезки
называемые
секторами
Количество
секторов
может
быть
зависимости
плотности
дорожек
накопителя
Например
дорожка
гибких
дисков
может
содержать
36
секторов
дорожка
жесткого
диска
380
700.
Секторы
создаваемые
помощью
стандартных
программ
форматирования
имеют
емкость
512
байт
исключено
эта
величина
изменится
Нумерация
дорожке
чинается
единицы
отличие
головок
которых
ведется
При
форматировании
диска
начале
каждого
сектора
создаются
дополнительные
области
для
также
прочая
служебная
информация
которой
контроллер
идентифицирует
конец
сектора
Это
позволяет
отличать
неформатированную
форматированную
емкости
ска
форматирования
емкость
диска
уменьшается
приходится
мириться
для
нормальной
накопителя
некоторое
пространство
должно
зарезервировано
служебной
информации
начале
каждого
сектора
записывается
его
заголовок
префикс
— prefix portion
),
которому
номер
сектора
конце
заключение
или
suffix
portion
котором
находится
контрольная
checksum
),
необходимая
для
проверки
целостности
данных
большинстве
новых
дисководов
используется
так
называемая
запись
вмещающая
себя
льший
объем
данных
Заголовки
трейлеры
контрольной
зависят
операционной
файловой
систем
также
файлов
хранящихся
жестком
диске
Помимо
трейлеров
заголовков
существует
множество
промежутков
секторах
между
секторами
каждой
дорожке
между
дорожками
промежутков
может
быть
использован
я
данных
Промежутки
создаются
время
форматирования
низшем
физическом
уровне
котором
удаляются
все
записанные
данные
жестком
диске
промежутки
выполняют
точно
такие
функции
как
магнитофонной
кассете
где
используются
разделения
музыкальных
записей
завершающие
промежуточные
пробелы
представляют
собой
именно
пространство
которое
ределяет
форматной
неформатной
Например
дискеты
объемом
Мбайт
(3,5_
дюйма
после
форматирования
уменьшается
2,88
Мбайт
форматная
емкость
емкостью
Мбайт
форматирования
форматную
емкость
1,44
Мбайт
Жесткий
Seagate ST_4038,
имеющий
неформатную
емкость
38
Мбайт
после
форматирования
уменьшается
Мбайт
форматная
емкость
Форматирование
низкого
современных
жестких
дисков
ATA/IDE
SI
еще
заводе
поэтому
указывает
форматную
емкость
диска
Тем
практически
всех
дисках
некоторое
зарезервированное
управления
данными
которые
диске
Как
утверждать
что
размер
сектора
равен
512
вполне
корректно
самом
деле
каждом
секторе
можно
записать
512
область
данных
только
часть
сектора
сектор
диске
обычно
занимает
571
байт
которых
под
данные
512
различных
накопителях
пространство
отводимое
заголовки
(header)
трейлеры
(trailer),
может
быть
правило
сектор
имеет
размер
571
байт
Чтобы
очистить
секторы
них
зачастую
записываются
специальные
последовательности
йтов
Заметим
промежутков
внутри
секторов
существуют
промежутки
секторами
каждой
дорожке
между
самими
дорожками
При
один
указанных
промежутков
нельзя
записать
полезные
данные
Префиксы
суффиксы
промежутки
пространство
которое
представляет
собой
разницу
между
неформатированной
форматированной
емкостями
диска
тся
после
форматирования
наглядности
представьте
что
секторы
страницы
каждой
странице
содержится
заполняется
пространство
страницы
так
как
нее
верхнее
нижнее
правое
левое
).
полях
помещается
служебная
информация
например
названия
глав
соответствует
номерам
дорожек
ов
номера
соответствует
номерам
секторов
).
диске
полям
странице
создаются
время
форматирования
диска
них
записывается
служебная
информация
Кроме
того
время
форматирования
диска
области
каждого
сектора
заполняются
Отформатировав
можно
записывать
информацию
области
данных
ычным
Информация
которая
содержится
заголовках
заключениях
сектора
меняется
обычных
операций
записи
Изменить
можно
только
переформатировав
диск
Форматирование 
Различают
вида
форматирования
диска
физическое
или
форматирование
низкого
уровня
логическое
или
форматирование
высокого
уровня
При
форматировании
гибких
дисков
помощью
программы
Проводник
(Windows Explorer)
команды
DOS FORMAT
выполняются
Однако
для
жестких
дисков
выполнять
отдельно
для
жесткого
диска
существует
третий
выполняемый
между
операциями
форматирования
, —
разбивка
диска
разделы
Создание
разделов
абсолютно
необходимо
случае
предполагаете
использовать
одном
компьютере
несколько
операционных
Физическое
форматирование
всегда
выполняется
независимо
свойств
операционной
системы
параметров
форматирования
высокого
уровня
которые
быть
различными
разных
операционных
систем
4Ǥ2Ǥ1Ǥ7Ǥ1
Низкий уровень 
процессе
форматирования
низкого
уровня
дорожки
диска
разбиваются
секторы
записываются
заголовки
заключения
префиксы
суффиксы
),
также
формируются
интервалы
между
секторами
дорожками
Область
данных
каждого
заполняется
фиктивными
специальными
тестовыми
наборами
данных
накопителях
гибких
дисках
количество
секторов
дорожке
определяется
типом
скеты
дисковода
количество
секторов
дорожке
жесткого
диска
зависит
интерфейса
накопителя
контроллера
Практически
всех
накопителях
IDE
SCSI
используется
называемая
зонная
запись
переменным
количеством
дорожке
Дорожки
удаленные
центра
более
длинные
содержат
большее
число
секторов
близкие
Один
способов
повышения
емкости
жесткого
диска
разделение
внешних
цилиндров
количество
секторов
сравнению
внутренними
цилиндрами
Теоретически
внешние
цилиндры
могут
содержать
больше
данных
так
ют
При
зонной
записи
цилиндры
разбиваются
группы
которые
называются
причем
продвижения
внешнему
диска
дорожки
разбиваются
все
большее
число
секторов
всех
относящихся
одной
зоне
количество
дорожках
одинаковое
Возможное
количество
зон
зависит
накопителя
устройств
бывает
10
более
свойство
зонной
записи
состоит
скорость
мена
данными
накопителем
может
изменяться
зависит
которой
конкретный
момент
располагаются
головки
Происходит
потому
секторов
внешних
зонах
угловая
вращения
диска
скорость
перемещения
секторов
относительно
головки
присчитывании
записи
данных
внешних
дорожках
оказывается
выше
чем
тод
зонной
записи
принят
производителями
жестких
дисков
позволило
повысить
емкость
устройств
20–50%
сравнению
накопителями
которых
число
секторов
дорожке
является
фиксированным
Сегодня
зонная
запись
используется
накопителях
4Ǥ2Ǥ1Ǥ7Ǥ2
Высокий уровень 
При
форматировании
высокого
уровня
операционная
система
создает
структуры
для
файлами
данными
раздел
логический
диск
заносится
загрузочный
сектор
тома
(Volume
Boot Sector — VBS),
две
копии
размещения
(FAT)
корневой
каталог
(Root Directory).
помощью
этих
структур
данных
операционная
система
распределяет
дисковое
пространство
отслеживает
расположение
файлов
даже
обходит
избежание
проблем
дефектные
участки
диске
сущности
форматирование
высокого
это
столько
форматирование
сколько
создание
оглавления
диска
размещения
файлов
Настоящее
форматирование
форматирование
низкого
уровня
котором
диск
разбивается
дорожки
секторы
Основные компоненты 
много
различных
накопителей
жестких
дисках
практически
основных
Конструкции
узлов
также
качество
используемых
материалов
различными
рабочие
характеристики
принципы
функционирования
одинаковы
основным
элементам
конструкции
накопителя
жестком
диске
относятся
чтения
записи
механизм
привода
головок
двигатель
привода
дисков
печатная
схемами
разъемы
элементы
перемычки
переключатели
).
4Ǥ2Ǥ1Ǥ8Ǥ1
Диски 
накопителе
содержится
один
несколько
магнитных
дисков
прошедшие
установлен
стандартных
размеров
накопителей
которые
определяются
размерами
дисков
именно
5,25
дюйма
деле
— 130
5,12
дюйма
дюйма
самом
деле
— 95
или
3,74
дюйма
дюйма
самом
деле
— 65
или
2,56
дюйма
дюйма
самом
деле
— 48
или
1,89
дюйма
дюйм
самом
деле
— 34
или
1,33
дюйма
).
накопителей
устанавливается
минимум
диска
хотя
некоторых
моделях
бывает
Количество
дисков
ограничивается
физическими
размерами
накопителя
именно
высотой
его
рпуса
Самое
большое
количество
дисков
накопителях
формата
3,5
дюйма
которым
мне
приходилось
встречаться
равно
почти
все
производились
алюминиевого
сплава
прочного
легкого
временем
возникла
потребность
накопителях
малые
размеры
Поэтому
качестве
основного
материала
для
дисков
использоваться
стекло
нее
композитный
материал
основе
стекла
керамики
Независимо
какой
материал
используется
основы
диска
покрывается
тонким
слоем
вещества
способного
сохранять
остаточную
намагниченность
после
воздействия
внешнего
магнитного
называется
рабочим
магнитным
сохраняется
записанная
информация
распространенными
являются
следующие
рабочего
тонкопленочный
двойной
антиферромагнитный
поэтому
блоков
выполняется
только
чистых
помещениях
соответствующих
требованиям
100 (
более
высоким
означает
что
одном
кубическом
воздуха
может
присутствовать
более
100
пылинок
размером
0,5
мкм
Для
сравнения
стоящий
неподвижно
человек
каждую
минуту
порядка
500
таких
Поэтому
помещения
оснащаются
специальными
системами
фильтрации
очистки
здуха
4Ǥ2Ǥ1Ǥ8Ǥ3
Механизмы привода головок 
еще
важной
деталью
накопителя
головки
механизм
который
устанавливает
нужное
положение
называется
приводом
его
помощью
перемещаются
центра
краям
диска
устанавливаются
заданный
цилиндр
много
конструкций
механизмов
привода
головок
можно
разделить
основных
типа
шаговым
двигателем
подвижной
катушкой
привода
многом
определяет
быстродействие
надежность
накопителя
достоверность
считывания
данных
о
температурную
стабильность
чувствительность
рабочего
положения
вибрациям
Скажем
сразу
что
накопители
приводами
шаговых
двигателей
гораздо
менее
чем
устройства
приводами
подвижных
катушек
Привод
самая
важная
деталь
накопителя
Приводы
шаговым
двигателем
обычно
использовались
жестких
дисках
емкостью
100
Мбайт
менее
которые
здавались
1980-
начале
1990-
годов
Привод с шаговым двигателем 
Шаговый
двигатель
это
электродвигатель
ротор
которого
может
поворачиваться
только
ступенчато
строго
определенный
угол
Если
покрутить
вал
вручную
можно
услышать
негромкие
щелчки
треск
быстром
вращении
которые
возникают
всякий
раз
когда
ротор
проходит
очередное
фиксированное
положение
Шаговые
двигатели
могут
устанавливаться
только
фиксированных
положениях
Размеры
двигателей
невелики
рядка
нескольких
),
форма
может
разной
прямоугольной
цилиндрической
Шаговый
двигатель
устанавливается
блока
HDA,
его
вал
через
отверстие
герметизирующей
прокладкой
Обычно
двигатель
располагается
одного
корпуса
накопителя
его
можно
самых
серьезных
проблем
механизма
шаговым
вигателем
нестабильность
температуры
При
нагреве
охлаждении
диски
расширяются
сжимаются
результате
чего
дорожки
смещаются
относительно
своих
прежних
положений
механизм
привода
головок
сдвинуть
расстояние
меньшее
одного
шага
переход
одну
дорожку
),
компенсировать
погрешности
температур
невозможно
Головки
перемещаются
соответствии
поданным
двигатель
количеством
пульсов
Привод с подвижной катушкой 
Такой
привод
используется
практически
современных
накопителях
отличие
систем
двигателями
которых
перемещение
головок
осуществляется
привод
подвижной
катушкой
использует
сигнал
связи
чтобы
можно
было
точно
определить
положения
головок
относительно
дорожек
скорректировать
необходимости
Такая
обеспечивает
более
высокие
точность
надежность
традиционный
привод
шаговым
двигателем
Привод
подвижной
катушкой
работает
принципу
электромагнетизма
конструкции
напоминает
громкоговоритель
известно
омкоговорителе
подвижная
катушка
соединенная
диффузором
может
перемещаться
постоянного
магнита
При
протекании
через
катушку
электрического
тока
смещается
вместе
диффузором
относительно
постоянного
магнита
ток
катушке
периодически
изменяется
соответствии
звуковым
электрическим
),
возникающие
при
диффузора
порождают
воспринимаемый
человеком
типичной
конструкции
привода
подвижная
катушка
жестко
соединяется
блоком
головок
размещается
ле
магнита
магнит
никак
между
перемещение
катушки
осуществляется
только
под
воздействием
электромагнитных
При
катушке
электрического
тока
как
громкоговорителе
смещается
относительно
жестко
закрепленного
постоянного
магнита
передвигая
при
блок
головки
Подобный
обладает
высоким
быстродействием
оказывается
менее
привод
шаговым
двигателем
отличие
привода
шаговым
двигателем
устройствах
подвижной
катушкой
нет
заранее
зафиксированных
положений
Вместо
этого
них
используется
специальная
наведения
позиционирования
),
которая
подводит
головки
цилиндру
привод
подвижной
катушкой
может
плавно
перемещать
головки
любые
положения
).
тема
называется
сервоприводом
отличается
ранее
рассмотренной
для
точного
наведения
позиционирования
головок
используется
сигнал
обратной
несущий
информацию
взаимном
расположении
дорожек
головок
систему
называют
системой
обратной
связью
автоматической
регулировкой
Колебания
температур
сказываются
точности
привода
подвижной
катушкой
обратной
связью
При
сжатии
дисков
все
изменения
размеров
отслеживаются
сервоприводом
положения
головок
предопределенными
корректируются
должным
образом
поиска
конкретной
дорожки
используется
заранее
записанная
диске
вспомогательная
информация
),
процессе
работы
гда
определяется
реальное
положение
цилиндра
диске
учетом
всех
отклонений
температур
Поскольку
считывается
непрерывно
нагрева
накопителя
дисков
например
головки
отслеживают
дорожку
проблем
считыванием
данных
возникает
Поэтому
привод
подвижной
катушкой
обратной
связью
часто
называют
системой
слежения
дорожками
управления
приводами
подвижной
катушкой
время
использовались
способа
построения
петли
обратной
вспомогательным
клином
”;
встроенными
кодами
специализированным
диском
различаются
технической
реализацией
предназначены
для
достижения
одной
той
обеспечивать
постоянную
корректировку
положения
головок
наведение
зиционирование
соответствующий
цилиндр
Основные
между
сводятся
тому
каких
участках
поверхностей
дисков
сервокоды
При
способах
построения
петли
связи
для
необходима
специальная
информация
сервокоды
),
которая
записывается
диск
при
изготовлении
записывается
так
называемом
коде
Грея
системе
кодирования
переходе
следующему
или
предыдущему
изменяется
всего
двоичный
разряд
При
таком
подходе
информация
считывается
обрабатывается
намного
быстрее
прио
бычном
двоичном
кодировании
определение
местоположения
головки
происходит
практически
без
Сервокоды
диск
при
сборке
накопителя
изменяются
ение
всего
срока
его
Запись
выполняется
специальном
устройстве
котором
головки
последовательно
перемещаются
определенные
позиции
положениях
диски
записываются
упомянутые
точной
установки
головок
таких
устройствах
используется
лазерный
прицел
расстояния
определяются
методом
интерференции
точностью
долей
волны
лазерного
излучения
счастью
при
обычных
считывания
записи
сервокоды
невозможно
Этого
нельзя
сделать
даже
форматировании
низкого
уровня
сказывается
также
расширение
сжатие
дисков
происходящее
вследствие
колебаний
температур
многих
современных
накопителях
приводом
подвижной
процессе
работы
через
определенные
промежутки
времени
выполняется
температурная
калибровка
Эта
процедура
заключается
что
все
головки
поочередно
переводятся
нулевого
какой
либо
другой
цилиндр
При
помощью
встроенной
проверяется
насколько
сместилась
заданная
дорожка
относительно
своего
положения
предыдущем
сеансе
калибровки
вычисляются
необходимые
поправки
рые
заносятся
запоминающее
устройство
накопителе
Впоследствии
информация
используется
каждом
перемещении
головок
позволяя
устанавливать
максимальной
точностью
большинстве
накопителей
температурная
калибровка
выполняется
через
каждые
мин
течение
первого
получаса
после
включения
питания
затем
через
каждые
25
Некоторые
полагают
произошла
при
итывании
данных
время
калибровки
Заметим
процедура
выполняется
большинстве
современных
интеллектуальных
накопителей
(IDE
SCSI),
конечном
позволяет
подводить
головки
дорожкам
максимально
возможной
точностью
Следует
отметить
большинство
которые
осуществляют
автоматическую
температурную
калибровку
выполняют
также
свипирование
диска
sweep
).
том
что
касаются
они
настолько
близко
нему
начинает
сказываться
воздушное
трение
Несмотря
малую
величину
оно
может
привести
преждевременному
износу
поверхности
диска
случае
если
головка
постоянно
почти
постоянно
находиться
той
рожкой
Чтобы
этого
произошло
выполняется
следующая
процедура
Если
головка
долго
остается
неподвижной
считывания
записи
выполняются
автоматически
перемещается
случайно
выбранную
дорожку
расположенную
ближе
диска
область
где
линейная
диска
максимальна
следовательно
просвет
между
вкой
имеет
наибольшую
величину
Если
перевода
диск
снова
окажется
простое
течение
такого
времени
переместится
другую
дорожку
Функция
развертки
обеспечивающая
равномерное
распределение
рабочего
поверхности
диска
позволяет
предотвратить
расположение
головки
одним
длительного
времени
ение
возникающее
между
головкой
поверхностью
жесткого
диска
временем
привести
повреждению
носителя
Головки
имеют
непосредственного
контакта
носителем
однако
настолько
близко
что
постоянное
воздушное
давление
создаваемое
головкой
плавающей
цилиндром
может
стать
причиной
избыточного
Вспомогательный клин 
Такая
система
использовалась
первых
накопителях
вижной
катушкой
информация
необходимая
наведения
позиционирования
головок
записывалась
кодах
Грея
узком
секторе
каждого
цилиндра
непосредственно
перед
индексной
меткой
Индексная
метка
обозначает
начало
каждой
дорожки
вспомогательная
информация
записывается
предындексном
интервале
расположенном
конце
каждой
дорожки
Этот
участок
необходим
для
компенсации
неравномерности
диска
ктовой
частоты
записи
контроллер
диска
обычно
нему
обращается
Некоторым
контроллерам
необходимо
сообщать
ним
подключен
накопитель
вспомогательным
клином
результате
корректируют
сокращают
длину
чтобы
поместить
вспомогательного
клина
существенный
недостаток
подобной
состоит
том
считывание
происходит
только
каждом
обороте
диска
означает
что
многих
случаях
для
точного
определения
коррекции
положения
головок
диск
должен
совершить
несколько
оборотов
Недостаток
очевиден
начала
поэтому
подобные
никогда
были
широко
распространены
сейчас
вовсе
используются
Встроенные коды 
Такой
метод
реализации
связи
представляет
собой
улучшенный
вариант
системы
вспомогательным
данном
случае
сервокоды
записываются
только
начале
каждого
перед
началом
сектора
означает
сигналы
обратной
связи
поступают
привода
головок
несколько
раз
течение
каждого
оборота
диска
головки
устанавливаются
нужное
положение
намного
быстрее
Еще
преимущество
сравнению
системой
лизированным
диском
заключается
том
сервокоды
записываются
дорожках
может
скорректировано
положение
каждой
головки
касается
случаев
когда
отдельные
диски
накопителе
нагреваются
охлаждаются
разному
либо
подвергаются
индивидуальным
деформациям
Описанный
используется
большинстве
современных
накопителей
системах
вспомогательным
оенные
сервокоды
защищены
стирания
любые
операции
блокируются
оказываются
участками
служебной
информацией
Поэтому
даже
форматировании
низкого
сервокоды
невозможно
Система
сервокодами
работает
лучше
чем
вспомогательным
клином
что
служебная
информация
сервокоды
несколько
каждый
оборот
более
должна
быть
система
которой
цепь
обратной
работает
непрерывно
сервокоды
считываются
постоянно
Специализированный диск 
При
реализации
данного
сервокоды
записываются
вдоль
всей
дорожки
только
один
или
каждого
сектора
Естественно
поступить
дорожками
накопителя
нем
места
Поэтому
дисков
выделяется
исключительно
для
сервокодов
Термин
специализированный
диск
означает
что
диска
предусмотрена
только
для
записи
служебной
информации
сервокодов
данные
хранятся
Такой
подход
первый
взгляд
показаться
довольно
расточительным
необходимо
учесть
что
одной
сторон
остальных
дисков
сервокоды
Поэтому
потери
дискового
пространства
оказываются
примерно
такими
как
и
использовании
системы
встроенных
кодов
При
накопителей
специализированным
диском
определенного
диска
изымается
нормального
использования
записи
вместо
этого
ней
записывается
последовательность
сервокодов
которые
дальнейшем
используются
для
точного
позиционирования
головок
Причем
обслуживающая
сторону
диска
сервоголовка
может
переведена
им
записи
сервокоды
всех
рассмотренных
выше
системах
невозможно
обычной
записи
форматировании
низкого
уровня
рис
приведена
схема
накопителя
специализированным
диском
для
сервокодов
Чаще
всего
головка
одна
центральных
головок
предназначены
считывания
сервокодов
питель
поступает
команда
переводе
конкретный
цилиндр
внутреннее
электронное
устройство
использует
полученные
сервоголовкой
сигналы
для
точного
определения
положения
всех
остальных
головок
движения
головок
номера
дорожек
непрерывно
считываются
специализированного
диска
под
сервоголовкой
оказывается
дорожка
привод
останавливается
После
этого
выполняется
точная
настройка
положения
тем
выдается
разрешения
записи
ʏвтоматическая парковка головок 
При
питания
помощью
контактной
парковочной
системы
(Contact StartStop — CSS)
рычаги
головками
опускаются
поверхности
дисков
Накопители
способны
выдержать
тысячи
взлетов
головок
желательно
чтобы
происходили
специально
предназначенных
для
участках
которых
записываются
данные
При
взлетах
посадках
происходит
износ
абразия
рабочего
слоя
под
вылетают
пыли
состоящие
частиц
если
посадки
произойдет
сотрясение
накопителя
вероятность
повреждения
головок
дисков
щественно
возрастет
более
современных
накопителях
использующих
механизм
загрузки
разгрузки
непосредственно
над
внешней
поверхностью
жестких
дисков
установлена
пластина
что
избежать
контакта
между
головками
жесткими
дисками
даже
отключении
накопителя
После
прекращения
подачи
напряжения
накопитель
механизмом
разгрузки
автоматически
паркует
головки
наклонной
пластине
Одним
преимуществ
ивода
подвижной
катушкой
является
автоматическая
головок
Когда
питание
включено
головки
позиционируются
удерживаются
рабочем
положении
взаимодействия
магнитных
подвижной
катушки
постоянного
магнита
При
выключении
питания
поле
удерживающее
головки
над
исчезает
они
начинают
бесконтрольно
скользить
поверхностям
еще
остановившихся
дисков
может
стать
причиной
повреждений
предотвратить
возможные
реждения
накопителя
блок
головок
подсоединяется
возвратной
пружине
компьютер
включен
магнитное
взаимодействие
обычно
превосходит
упругость
пружины
отключении
питания
под
воздействием
пружины
перемещаются
диски
остановятся
уменьшения
частоты
вращения
дисков
головки
характерным
потрескиванием
приземляются
именно
этой
зоне
им
образом
накопителях
приводом
подвижной
катушки
привести
действие
механизм
парковки
головок
достаточно
просто
выключить
компьютер
никакие
специальные
программы
нужны
случае
внезапного
отключения
питания
паркуются
автоматически
Воздушны фильтры 
накопителях
жестких
дисках
используются
два
воздушных
фильтра
фильтр
рециркуляции
барометрический
фильтр
отличие
сменных
фильтров
которые
устанавливались
накопителях
больших
машин
располагаются
внутри
корпуса
подлежат
замене
течение
всего
срока
службы
накопителя
старых
накопителях
происходила
постоянная
перекачка
воздуха
снаружи
внутрь
устройства
наоборот
сквозь
фильтр
который
было
периодически
менять
современных
устройствах
идеи
казались
отмечалось
блок
герметичен
однако
это
проникает
HDA
сквозь
барометрический
так
необходимо
для
выравнивания
давления
изнутри
снаружи
блока
Именно
жесткие
диски
являются
герметичными
устройствами
изготовители
указывают
них
диапазон
высот
котором
сохраняют
работоспособность
–300
+3 000
Для
некоторых
максимальная
высота
подъема
ограничена
000
поскольку
енном
просвет
между
головками
поверхностями
носителей
оказывается
недостаточным
изменения
атмосферного
давления
воздух
выходит
накопителя
проникает
него
сквозь
вентиляционное
отверстие
чтобы
выровнять
давление
снаружи
устройства
отмечалось
плотно
закрыт
герметизирован
исключение
составляют
накопители
предназначенные
специально
частности
военной
Это
означает
блок
является
воздухонепроницаемым
воздух
Для
выравнивания
давления
блоке
предусмотрено
закрытое
фильтром
которое
воздух
может
проникать
ружу
Барометрический
фильтр
препятствует
проникновению
блока
поэтому
прошествии
некоторого
времени
влажность
блока
будет
такой
снаружи
Если
влага
начнет
конденсироваться
внутри
блока
время
включено
питание
компьютера
возникнут
серьезные
проблемы
инструкциях
большинства
жестких
дисков
приводятся
таблицы
афики
акклиматизации
при
изменении
условий
окружающей
температуры
влажности
Особенно
важно
соблюдать
условия
внесении
накопителя
теплое
помещение
поскольку
такой
ситуации
конденсация
практически
неизбежна
Данное
первую
владельцы
систем
жесткими
дисками
Если
например
оставить
мпьютер
багажнике
автомобиля
потом
внести
его
салон
включить
без
предварительного
прогрева
последствия
для
накопителя
могут
оказаться
весьма
печальными
Шпиндельный двигатель 
Двигатель
приводящий
диски
часто
называют
шпиндельным
).
Шпиндельный
двигатель
всегда
связан
дисков
никакие
приводные
ремни
или
шестерни
для
этого
используются
Двигатель
должен
бесшумным
вибрации
передаются
дискам
могут
привести
ошибкам
считывании
записи
Частота
вращения
двигателя
должна
строго
определенной
она
колеблется
3 600
15 000
мин
или
больше
илизации
используется
схема
управления
двигателем
обратной
позволяющая
добиться
необходимой
точности
Информация
частоте
дисков
просто
передается
должна
передаваться
интерфейс
контроллера
жесткого
диска
Раньше
можно
было
оценить
считывая
подряд
достаточно
большое
количество
секторов
измеряя
временн
интервалы
через
которые
появляется
соответствующая
информация
имело
только
когда
все
диски
разбивались
одинаковое
число
секторов
номинальная
частота
составляла
3 600
мин
Использование
зонной
записи
появление
накопителей
различными
номинальными
частотами
говоря
буферах
памяти
приводит
что
программно
вычислить
истинную
частоту
дисков
невозможно
Традиционные
конструкции
шпиндельных
электродвигателей
предусматривают
использование
шариковых
подшипников
существующие
ограничения
вынудили
альтернативные
варианты
Основным
недостатком
шариковых
ипников
радиальное
биение
возникающее
результате
поперечного
смещения
шариков
величину
составляющее
примерно
0,1
микродюйма
миллионную
часть
дюйма
).
радиального
биения
взгляд
кажется
весьма
незначительной
увеличении
плотности
записи
современных
накопителях
это
становится
определенной
проблемой
Решением
проблемы
стал
совершенно
новый
подшипника
получившего
звание
гидродинамического
котором
основную
играет
высокопластичная
смазка
шпинделем
втулкой
двигателя
Использование
высокопластичной
гидродинамической
смазки
позволяет
радиальное
биение
подшипника
0,01
микродюйма
приводит
заметному
снижению
уровня
вибрации
поперечного
смещения
жестких
дисков
4.2.2
История возникновения 
1979
году
компании
Sony
Philips
объединили
усилия
области
разработки
современных
звуковых
компакт
дисков
. Philips
тому
времени
уже
разработала
лазерный
проигрыватель
Sony
плечами
были
многолетние
исследования
области
цифровой
звукозаписи
Конкурентная
борьба
между
ними
привести
двух
несовместимых
форматов
лазерных
дисков
поэтому
пришли
соглашению
единой
логии
записи
производства
Компания
основном
занималась
разработкой
физического
носителя
взяв
основу
собственную
конструкцию
лазерного
диска
данные
которого
записанные
виде
впадин
разной
глубины
штрихов
),
считывались
помощью
лазера
. Sony,
разрабатывала
цифроаналоговую
схему
особое
внимание
устройствам
цифрового
кодирования
коррекции
ошибок
1980
году
обе
компании
представили
ндарт
CD_DA,
называемый
тех
форматом
Red Book (
название
формат
получил
красного
цвета
опубликованного
документа
).
Спецификации
Red Book
определили
способы
записи
обработки
звука
также
физический
размер
равный
120
(4,72
дюйма
),
который
используется
настоящее
Как
легенда
такой
размер
был
выбран
потому
что
диск
диаметра
полностью
ещает
70-
минутную
Девятую
симфонию
Бетховена
популярное
музыкальное
произведение
1979
согласно
специально
проведённому
).
После
завершения
работы
над
спецификацией
компании
включились
негласное
соревнование
коммерческого
проигрывателя
компакт
дисков
Победителем
состязании
стала
имела
больше
опыта
цифровых
электронных
устройств
тября
1982
года
Philips
всего
месяц
представила
проигрыватель
CDP_101
первый
мире
компакт
диск
альбомом
Билли
Джоела
(Billy Joel)
Портленде
стал
бакалавром
физики
качестве
устроился
лабораторию
компании
General Electric,
ряд
экспериментальных
проектов
Считается
Джеймс
Расселл
был
первых
кто
пользоваться
цветным
телевизионным
клавиатурой
качестве
человеко
машинного
интерфейса
первым
спроектировал
для
сварки
чком
электронов
1965
году
базирующийся
Огайо
институт
Battelle Memorial
открыл
Ричлэнде
Тихоокеанскую
северо
западную
лабораторию
(Pacific Northwest Laboratory) ,
Расселл
стал
старшим
научным
сотрудником
Тогда
направлении
работать
Дело
том
что
физик
был
страстным
любителем
классической
музыки
как
многие
меломаны
времени
Расселл
часто
раивался
ухудшающегося
временем
качества
записи
виниловых
Пытаясь
усовершенствования
даже
пытался
использовать
качестве
звукоснимателя
иголки
кактуса
Однажды
субботу
днём
решил
набросать
его
мнению
цифровой
записи
воспроизведения
звука
итоге
родил
действительно
революционную
идею
придумал
устройство
тором
отсутствовал
физический
контакт
между
компонентами
процесса
проигрывания
момент
Расселл
знаком
цифровой
перфокартах
что
лучший
способ
использовать
свет
темнота
свет
раздумывал
физик
если
код
достаточно
хорошо
уплотнить
нём
можно
хранить
просто
ии
целые
энциклопедии
институте
учёному
сразу
пошли
навстречу
разрешив
работать
персональным
проектом
переводу
сигнала
цифру
через
лет
Расселл
оптико
цифровую
систему
записи
воспроизведения
которую
запатентовал
1970
году
жёсткий
фоточувствительный
диск
данных
ных
битов
",
светлых
тёмных
каждый
микрон
диаметре
Лазерный
луч
считывал
компьютер
преобразовал
данные
электронный
который
тогда
было
сравнительно
просто
преобразовать
слышимую
трансляцию
".
это
было
цифровым
компакт
диском
1970-
изобретатель
совершенствовать
своё
детище
пытаясь
испособить
его
любой
форме
данных
Как
множество
разработок
опередивших
время
, CD
заинтересовал
инвесторов
1971
Джекобс
(Eli Jacobs)
основал
корпорацию
Optical Recording
пригласил
Расселла
команду
которая
должна
была
придумать
Идея
была
такая
распространять
программы
небольших
пластмассовых
рассылая
е
чтобы
любой
момент
посмотреть
передачу
сути
том
что
называется
видеомагнитофонами
кассетами
для
них
1974
году
выставке
компания
представила
оптико
цифровую
телевизионную
воспроизведения
устройство
переводило
цветное
изображение
цифру
мир
ревернулся
инвесторы
отреагировали
Через
год
летом
1975-
лабораторию
Расселла
наведались
представители
Philips
невысоко
оценили
его
работу
сказали
хорошо
для
данных
можете
приспособить
это
видео
", —
вспоминал
Нужно
сказать
что
несколько
посещения
лаборатории
голландская
мпания
выпустила
свой
лазерный
диск
аналогового
оптического
видеоплеера
Нидерландах
были
убеждены
единственно
возможный
вариант
: "Philips
тогда
вложила
$60
миллионов
разработку
никто
говорил
что
совершают
ошибку
", —
рассказывал
Расселл
Два
месяца
спустя
после
лаборатории
изобретателя
Philips
представила
компакт
диск
практически
точно
такой
счёте
Philips,
другие
компании
вплотную
занялись
продвижением
технологии
Расселла
упоминая
его
имени
Сам
Расселл
впрочем
монополизировал
права
технологию
сказать
сделали
сами
независимо
меня
Ведь
человек
находящихся
разных
местах
может
родиться
идея
ничего
необычного
нет
Вполне
возможно
работали
параллельно
позже
они
заплатили
Действительно
, Sony
Philips
выплатили
лицензионные
платежи
одаж
проигрывателя
компакт
дисков
Деньги
получили
институт
Battelle Memorial,
корпорация
Optical Recording
хозяин
Джекобс
1992
году
Time Warner
другие
производители
дисков
подали
Optical Recording
заплатив
конечном
счёте
, $30
миллионов
нарушение
патентов
так
эксклюзивные
технологию
Тем
всех
денег
Расселл
у
получил
цента
патентов
компакт
принадлежали
его
работодателю
бишь
— Optical
Recording.
Однако
это
изобретателя
остановило
работать
оптическими
хранения
данных
придумал
нового
накопителям
жёстких
дисках
оптическую
память
произвольного
доступа
(Optical random-access memory — ORAM).
системе
вращающегося
диска
вообще
й
движущейся
части
считываются
светом
1991
году
Расселл
вместе
партнёром
Полом
(Paul Nye)
компанию
Ioptics —
специально
для
ORAM.
даже
несмотря
многомиллионные
инвестиции
Microsoft,
выгорело
система
оказалась
невостребованной
Технология записи 
Несмотря
сходство
компакт
дисками
стандарта
CD-DA,
диски
CD-ROM
используются
хранения
данных
оцифрованных
звуковых
записей
Дисководы
CD-ROM,
используемые
считывания
данных
практически
идентичны
проигрывателям
музыкальных
компакт
дисков
отличаются
только
измененной
электронной
схемой
обеспечивающей
дополнительные
функции
выявления
коррекции
служит
гарантией
что
данные
будут
итываться
без
ошибок
как
малейший
даже
самый
незначительный
сбой
при
воспроизведении
настолько
недопустим
отсутствие
данных
файле
Компакт
диск
представляет
собой
поликарбонатную
пластину
диаметром
120
1,2
которой
расположено
диаметром
Штампованное
или
основание
пластины
физически
одной
дорожкой
которая
чинается
внутренней
заканчивается
внешней
части
Шаг
этой
дорожки
разделение
равен
1,6
микрона
микрон
миллионная
часть
метра
или
тысячная
часть
миллиметра
сравнения
физической
дорожки
долгоиграющей
пластинки
составляет
примерно
125
микрон
диск
если
него
стороны
считывания
),
вращается
против
часовой
стрелки
Если
отреть
спиральную
дорожку
под
микроскопом
станет
видно
она
состоит
приподнятых
участков
которые
называются
впадинами
),
плоских
поверхностей
между
ними
называемых
площадками
lands
первый
взгляд
может
показаться
странным
приподнятый
участок
дорожки
называется
впадиной
при
диска
формовка
верхней
части
профиля
дорожки
осуществляется
таким
что
действительно
становятся
углублениями
поликарбонатной
пластине
используемый
для
считывания
данных
компакт
диска
может
свободно
пройти
сквозь
прозрачный
пластик
отформованная
поверхность
диска
покрывается
отражающей
металлической
пленкой
обычно
алюминиевой
алюминиевая
пленка
покрывается
защитным
акрилового
который
свою
очередь
наносится
или
красочное
изображение
Впадины и площадки 
Считывание
информации
представляет
собой
процесс
регистрации
колебаний
луча
мощного
отраженного
металлической
поверхности
Лазер
посылает
сфокусированный
луч
света
нижнюю
часть
диска
светочувствительный
фоторецептор
улавливает
попавший
площадку
плоскую
поверхность
дорожки
),
всегда
отражается
обратно
свою
попавший
дорожке
обратно
отражается
Диск
вращается
лазером
приемником
поэтому
лазер
непрерывно
излучает
рецептор
воспринимает
сущности
является
световых
вспышек
повторяющих
рисунок
впадин
площадок
проходит
лазерный
Всякий
раз
лазера
пересекает
границы
впадины
изменяется
состояние
отраженного
сигнала
изменение
вызванного
пересечением
границы
впадины
преобразуется
бит
значением
1.
Микропроцессоры
накопителя
пересчитывают
переходы
светлый
темный
темный
светлый
границы
единицы
представляется
нулем

Полученный
набор
разрядов
затем
преобразуется
данные
Глубина
отдельных
впадин
образующих
дорожку
компакт
диска
равна
0,125
микрона
ширина
— 0,6
микрона
Минимальная
впадин
площадок
составляет
микро
максимальная
— 3,3
микрона
.).
впадины
относительно
плоскости
площадки
имеет
особое
значение
так
как
непосредственно
длиной
ны
луча
лазера
используемого
чтении
диска
Высота
штриха
составляет
ровно
1/4
часть
лазерного
луча
Таким
образом
попавший
площадку
расстояние
которое
половину
волны
(1/4 + 1/4 =
1/2)
больше
расстояния
пройденного
лучом
отразившимся
что
отраженный
1/2
волны
впадает
световыми
лучами
отражаемыми
поверхности
диска
Волны
находящиеся
противофазе
гасят
тем
самым
значительно
уменьшая
количество
света
результате
несмотря
покрытие
металлической
отражающей
пленкой
становятся
черными
отражающими
свет
Считывающий
лазер
дисководе
CD_ROM,
представляет
собой
маломощный
лазер
иной
волны
нанометров
мощностью
около
милливатт
).
Поли
пластмасса
используемая
при
изготовлении
компакт
дисков
имеет
коэффициент
преломления
1,55.
образом
свет
проходит
пластмассу
диска
1,55
медленнее
через
окружающую
Так
частота
света
остается
постоянной
это
приводит
волны
пределах
диска
тем
эффициентом
Следовательно
длина
волны
равная
780
уменьшается
500
(780/1,55 = 500
).
Одна
четвертая
часть
равна
125
или
0,125
микрона
что
составляет
высоту
штриха
).
Дорожки и секторы 
Впадины
штрихи
образуют
единственную
спиральную
дорожку
расстоянием
1,6
микрона
между
витками
что
соответствует
плотности
дорожек
625
витков
миллиметр
или
15 875
витков
дюйм
Стандартный
74_
минутный
(650
Мбайт
диск
целом
содержит
22 188
витков
Диск
разделен
шесть
основных
областей
Область
фиксирования
посадки
диска
Представляет
центральную
часть
компакт
диска
отверстием
вала
проигрывателя
область
содержит
какой
либо
информации
данных
Область
калибровки
мощности
PCA
).
Существует
только
перезаписываемых
дисках
(CD_R/RW)
используется
только
дисководами
перезаписываемых
для
определения
мощности
лазера
необходимой
оптимального
выжигания
диска
Тестирование
области
калибровки
каждого
диска
CD_R
может
проводиться
99
Программируемая
область
памяти
).
Существует
только
перезаписываемых
дисках
(CD_R/RW)
представляет
зону
используемую
для
записи
временной
таблицы
(Table Of Content — TOC).
После
завершения
сеанса
записи
формация
переписывается
нулевую
дорожку
Нулевая
дорожка
Содержит
оглавление
диска
или
сеанса
кодировочном
Оглавление
включает
начальные
адреса
длины
дорожек
музыкальных
или
рожек
данных
общую
области
данных
),
также
информацию
каждом
сеансе
записи
Компакт
диск
записанный
полностью
сеанс
режиме
DAO,
Disk At
Once),
только
одну
дорожку
Диски
записанные
нескольких
сеансов
содержат
несколько
нулевых
дорожек
которыми
начинается
сеанс
записи
Нулевая
дорожка
занимает
4 500
секторов
диска
одну
минуту
если
пользоваться
единицами
или
около
Мбайт
данных
Нулевая
также
указывает
является
диск
многосеансовым
многократно
перезаписываемым
кроме
она
указывает
следующий
диска
если
полнен
Программная
информационная
область
Начинается
расстоянии
центра
диска
Конечная
зона
Отмечает
конец
программной
информационной
области
диска
завершение
сеанса
записи
многосеансовом
диске
Конечная
зона
каких
либо
данных
используется
только
качестве
Первая
конечная
зона
единственная
диск
записан
течение
одного
сеанса
режиме
Disk At Once)
занимает
6 750
эквивалент
1,5
мин
около
13,8
Мбайт
данных
ющие
конечные
зоны
многосеансового
диска
занимают
2 250
секторов
(0,5
около
4,6
Мбайт
данных
).
Область
фиксирования
диска
программная
область
нулевая
дорожка
конечная
зона
существуют
дисках
любых
типов
Кроме
того
перезаписываемые
компакт
диски
(CD_R
CD_RW)
дополнительно
содержат
область
калибровки
мощности
программируемую
область
которые
находятся
начале
диска
Центральное
отверстие
компакт
диска
имеет
диаметр
15
его
расположены
расстоянии
а
диска
Область
фиксирования
начинается
края
цен
трального
отверстия
заканчивается
расстоянии
Затем
следует
область
калибровки
мощности
расположена
программируемая
область
памяти
(PMA),
начинающаяся
расстоянии
22,35
центра
диска
этой
областью
расстоянии
23
начинается
нулевая
дорожка
Программная
информационная
область
диска
начинается
асстоянии
центра
завершается
конечной
зоной
расположенной
58
Формально
дорожка
диска
заканчивается
расстоянии
58,5
затем
следует
буферная
диска
шириной
1,5
Описанные
области
диска
изображенные
относительном
масштабе
показаны
рис
дорожка
стандартного
диска
CD_DA
или
CD_ROM
начинается
левой
дорожки
заканчивается
конечной
зоной
расположенной
расстоянии
58,5
центра
диска
или
1,5
внешнего
Длина
дорожки
достигает
5,77
5,39
миль
При
использовании
накопителя
56x CAV,
имеющего
постоянную
гловую
(Constant Angular Velocity — CAV),
перемещение
данных
отношению
лазеру
происходит
скоростью
(262
удивительное
заключается
что
несмотря
довольно
высокую
перемещения
данных
датчик
безошибочно
считывает
значения
бит
переходы
площадка
размеры
которых
превышают
0,9
микрона
Первоначальный
стандарт
создавался
учетом
74_
минутного
компакт
диска
; 80_
минутные
версии
зработанные
позже
отличаются
главным
образом
более
компактным
расположением
витков
дорожки
Спиральная
дорожка
разделена
секторы
частота
следования
которых
чтении
или
записи
составляет
75
секторов
секунду
Таким
образом
диске
содержащем
общей
74
информации
может
находиться
максимум
333 000
Каждый
сек
тор
свою
очередь
разделен
98
отдельных
блоков
фреймов
формации
Каждый
содержит
33
которых
24
звуковыми
данными
байт
содержит
кодовую
служебную
информацию
используются
для
хранения
данных
при
коррекции
четности
ЕСС
Дискретизация 
записи
музыкальных
компакт
дисков
происходит
дискретизация
данных
частотой
44 100
тактов
секунду
Каждая
(sample)
звуковых
данных
имеет
компонент
левого
правого
каналов
),
причем
каждый
компонент
канала
преобразован
16_
разрядное
число
образом
возможно
65 536
разных
значений
которые
представляют
амплитуду
звуковой
волны
канала
определенный
момент
Частота
дискретизации
ределяет
диапазон
звуковых
частот
которые
могут
представлены
цифровой
записи
Чем
выше
частота
дискретизации
волны
тем
ближе
полученный
результат
оригиналу
Теорема
Найквиста
Котельникова
что
для
точного
восстановления
исходного
сигнала
частота
дискретизации
должна
быть
крайней
мере
вдвое
выше
наиболее
высокой
частоты
существующей
выборке
объясняет
компании
при
создании
компакт
дисков
выбрали
частоту
дискретизации
именно
44 100
максимально
точно
воспроизвести
частотой
20 000
является
верхним
пределом
слышимости
человеческого
Звуковые
секторы
98
блоков
33
байт
каждом
составляет
3 234
них
только
2 352
байт
фактически
являются
звуковыми
данными
Остальные
байты
распределены
следующим
образом
: 98
подкодовых
одному
каждый
блок
784
байт
используемых
для
контроля
четности
ошибок
(ECC).
Подкоды 
Байты
подкода
позволяют
накопителю
находить
которые
иногда
называются
звуковыми
дорожками
tracks
)),
спиральной
дорожке
также
служат
передачи
дополнительной
информации
относящейся
компакт
диску
каждом
блоке
хранится
байт
подкода
что
составляет
общей
сложности
байт
подкода
каждом
секторе
два
байта
используются
качестве
маркеров
стартового
конечного
блоков
оставшиеся
байт
применяются
для
хранения
данных
кода
разделены
12_
байтовых
блоков
каждому
которых
присваивается
бук
венное
обозначение
P–W.
Каждый
подкодовый
канал
может
содержать
около
31,97
Мбайт
данных
что
составляет
примерно
4%
общей
емкости
музыкального
диска
Интересно
подкодовые
данные
равномерно
распределены
всему
диска
Другими
словами
подкодовые
данные
содержатся
ждом
секторе
компакт
диска
Блоки
подкода
дисках
практически
любого
блоки
R–W
используются
только
компакт
дисках
формата
CD+G
CD TEXT (
графического
текстового
типов
).
Подкод
используется
идентификации
начала
звуковых
дорожек
компакт
диска
Подкод
множество
различных
данных
которые
определяют
ряд
условий
Наличие
звуковых
(CD)DA)
информационных
(CD)ROM)
сектора
Это
позволяет
предотвратить
проигрывания
накопителем
дисков
данных
CD_ROM,
что
может
привести
повреждению
акустической
системы
Наличие
двух
четырехканальных
звуковых
данных
Последние
используются
очень
редко
Возможность
цифрового
копирования
накопителям
CD_R
это
относится
Данный
параметр
использовался
накопителях
DAT (Digital Audio Tape)
предотвращения
копирования
цифровых
аудиокассет
Использование
коррекции
искажений
при
записи
музыки
методика
уменьшения
шипения
шума
Расположение
дорожки
песни
Номер
звуковой
дорожки
песни
Минуты
секунды
также
номер
звуковой
дорожки
песни
Штриховой
код
компакт
диска
Международный
стандартный
код
International Standard Recording Code — ISRC
).
уникален
звуковой
дорожки
песни
компакт
диска
Обработка ошибок 
При
разработке
компакт
дисков
Red Book
основное
внимание
было
уделено
обработке
ошибок
Для
уменьшения
возможных
ошибок
компакт
дисках
используются
методы
контроля
четности
чередования
получившие
название
перемежающего
кода
Рида
Соломона
(CIRC).
технология
работает
уровне
блоков
).
При
сохранении
информации
байт
данных
каждого
блока
сначала
обрабатываются
шифратором
Рида
Соломона
создающим
байтовый
код
контроля
четности
так
называемый
четности
который
добавляется
исходным
24
байтам
данных
Для
того
чтобы
минимизировать
влияние
физических
дефектов
которые
привести
повреждению
смежных
блоков
ред
записью
блоков
проводится
несколько
чередования
помощью
задержки
осуществляется
перекрестное
чередование
109
блоков
блоки
располагаются
различных
секторах
Такой
подход
снижает
вероятность
воздействия
дефектов
данные
так
запись
данных
осуществляется
непоследовательно
Схема
CIRC,
используемая
музыкальных
компакт
дисках
дисках
данных
CD_ROM,
позволяет
исправлять
длиной
3 874
что
составляет
длины
дорожки
Кроме
помощью
метода
интерполяции
можно
исправлять
ошибки
длиной
13 282
бит
или
8,9
рожки
Интерполяция
представляет
процесс
приблизительного
вычисления
или
усреднения
данных
позволяющий
восстановить
отсутствующие
данные
метод
конечно
годится
для
компьютерных
дисков
CD_ROM,
поэтому
применяется
толь
музыкальных
компакт
дисках
Компакт
диск
содержащий
3%
блоков
ошибками
будет
работоспособен
музыкальных
проигрывателей
компакт
дисков
копителей
CD_ROM
характерно
дополнительного
уровня
обнаружения
ошибок
коррекции
Музыкальные
проигрыватели
преобразуют
цифровые
данные
хранящиеся
компакт
диске
аналоговые
сигналы
обрабатываемые
стереофоническим
усилителем
При
использовании
некоторая
неточность
воспроизведения
данных
вполне
допустима
человеческое
просто
состоянии
свою
очередь
накопители
CD_ROM
могут
стить
какую
либо
ошибку
каждый
бит
должен
считываться
предельно
точно
Поэтому
CD_ROM,
основными
данными
большой
дополнительной
информации
ЕСС
Код
коррекции
ошибок
ЕСС
выявлять
исправлять
большинство
мелких
ошибок
повышая
надежность
точность
обработки
данных
уровня
приемлемого
хранения
данных
воспроизведении
музыкального
компакт
диска
отсутствующие
данные
могут
быть
интерполированы
существует
определенный
шаблон
данных
позволяющий
отсутствующие
значения
Например
три
данных
музыкального
компакт
диска
выражены
последовательных
чисел
10, 13
среднее
значение
повреждения
загрязнения
поверхности
пропущено
его
можно
достаточной
степенью
точности
определить
15,
арифметическое
чисел
Хотя
восстановлено
неточно
слушатель
может
заметить
погрешности
воспроизведении
звуковой
Если
аналогичные
значения
олняемой
программе
определить
правильное
значение
средней
выборки
удастся
Метод
интерполяции
работает
так
команды
или
данные
исполняемой
программы
должны
безошибочны
противном
случае
произойдет
повреждение
программы
или
неверное
считывание
данных
необходимых
выполнения
вычислений
Кодирование данных на диске 
завершающей
частью
записи
данных
компакт
диск
После
того
как
блоков
скомпонованы
сектор
звуковой
или
сектор
начинается
заключительный
процесс
кодирования
информации
получивший
название
EFM)
модуляция
(Eight to Fourteen
Modulation),
преобразования
каждого
байта
бит
14_
разрядное
значение
14_
разрядные
преобразования
таким
образом
что
могут
содержать
менее
двух
более
10
смежных
имеющих
нулевое
значение
(0).
форма
кодирования
ограничением
длины
поля
записи
(Run Length Limited — RLL)
получила
название
RLL 2,10 (
общем
виде
где
минимальное
максимальное
значение
нулевых
).
Такая
позволяет
избежать
появления
длинных
нулевых
битов
),
которые
могут
считаны
неправильно
также
ограничить
минимальную
максимальную
частоты
переходов
существующих
носителе
учетом
что
единичные
биты
(1)
записи
должны
быть
отделены
друг
менее
двумя
лее
10
нулями
нулевыми
),
минимальным
расстоянием
между
единицами
являются
временных
интервала
обозначаемые
обычно
как
— 11
временных
интервалов
(11T).
Некоторые
коды
EFM
начинаются
заканчиваются
единицей
(1)
или
более
пятью
(0),
поэтому
после
каждого
14_
разрядного
значения
EFM,
записанного
диске
добавлены
дополнительных
бита
называемые
объединяющими
merge bits
объединяющие
биты
являются
нулями
(0),
могут
случае
необходимости
содержать
единицы
(1),
используемые
для
разбивки
длинной
строки
нулей
(0),
образованной
соседними
14_
разрядными
значениями
дополнение
образованному
17-
разрядному
значению
(EFM
объединяющие
биты
началу
каждого
блока
добавляется
24_
разрядное
число
синхронизации
объединяющих
общей
сложности
каждом
блоке
диска
содержится
588
бит
байт
).
учетом
что
каждом
секторе
блоков
получаем
что
каждом
секторе
содержится
7 203
байт
Таким
азом
, 74_
минутный
диск
примерно
2,4
Гбайт
фактически
записываемых
данных
декодирования
удаления
кодов
коррекции
ошибок
другой
информации
остается
примерно
682
Мбайт
(650 MiB)
действительно
используемого
объема
диска
Чтобы
лучше
всем
разобраться
обратите
внимание
.,
которой
приведены
способы
представления
данных
записи
компакт
диск
качестве
примера
“O”.
рис
представлены
символы
компакт
диск
Границы
впадин
преобразуются
двоичные
биты
значение
которых
представлено
единицей
Первичный
разрядный
каждого
символа
преобразован
14_
разрядный
14_
разрядный
код
EFM
последующего
тремя
объединяющими
этом
примере
).
Длины
казанных
рис
.,
соответственно
4T (
четыре
перехода
), 8T
Строка
нулей
(0)
единиц
верхней
части
рисунка
указывает
как
выполняться
чтение
данных
При
единица
(1)
считывается
при
переходе
площадка
Следует
заметить
что
приведенный
рисунок
выполнен
относительном
масштабе
ширина
опорциональны
другу
Если
поверхность
компакт
диска
посмотреть
микроскоп
слово
“NO”,
записанное
диске
будет
выглядеть
примерно
4.2.3
DVD (Digital Versatile Disc) —
это
универсальный
говоря
компакт
высокой
емкости
каждый
DVD_ROM
является
дисководом
CD_ROM,
этого
типа
могут
компакт
DVD.
Цифровые
универсальные
диски
используют
оптическую
технологию
что
отличаются
только
высокой
записи
ɋтандарт
значительно
увеличивает
следовательно
объем
приложений
записываемых
компакт
Диски
CD_ROM
могут
содержать
максимум
данных
(80_
минутый
диск
взгляд
кажется
неплохим
показателем
сожалению
этого
уже
недостаточно
многих
современных
приложений
особенно
при
активном
использовании
. DVD,
могут
содержать
4,7
диск

двухслойный
диск
данных
стороне
11,5
раза
сравнению
стандартными
компакт
Емкость
двухсторонних
DVD,
раза
емкости
односторонних
Однако
настоящее
время
для
считывания
данных
стороны
переворачивать
История возникновения 
Стандарт
создавался
1995
года
конкурирующих
стандарта
емкости
начали
рынок
будущего
Стандарт
Multimedia CD
представлен
компаниями
Philips Electronics,
конкурирующий
стандарт
Super Density (SD) —
компаниями
Toshiba, Time Warner
некоторыми
другими
этих
стандарта
вышли
рынок
первозданном
виде
потребители
также
производители
программного
оказались
нительном
положении
какой
них
выбрать
Чтобы
избежать
этого
несколько
организаций
включая
Hollywood Video Disc Advisory Group
Computer Industry Technical Working Group,
создать
один
стандарт
отказавшись
поддерживать
стандарта
конкурента
побудило
группы
разработчиков
сентябре
1995
года
создать
единый
емкости
был
назван
совмещал
элементы
своих
предшественников
представлял
унифицированный
ндарт
компьютерных
технологий
для
индустрии
развлечений
Вначале
расшифровывали
цифровой
Digital Video Disc
позднее
переименовали
цифровой
универсальный
диск
Versatile Disc
1996
года
после
принятия
соглашения
защите
копирования
были
опубликованы
стандарты
DVD_ROM
DVD-Video.
выставке
бытовой
электроники
Лас
Вегасе
состоялась
январе
1997
года
посетители
увидели
проигрыватели
накопители
диски
DVD,
поступившие
широкую
продажу
уже
марте
Стоимость
первых
проигрывателей
DVD
достигала
1000
долларов
Сначала
формате
DVD
было
выпущено
только

диски
которыми
продавались
семи
крупных
городах
Далласе
Лос
Анджелесе
Нью
Франциско
Сиэтле
Вашингтоне
).
Широкая
продажа
дисков
началась
уже
августе
1997
Довольно
неважное
проблемой
копирования
сменилось
ошеломляющим
успехом
Популярность
дисков
выросла
еще
больше
после
как
01
был
принят
формат
+RW,
превративший
цифровой
универсальный
диск
чтения
полностью
перезаписываемый
носитель
настоящее
время
разработку
распространение
стандартов
контролирует
организация
DVD Forum.
Технология 
цифровых
универсальных
очень
похожа
технологию
компакт
дисков
технологиях
используются
штампованные
поликарбонатные
диски
одного
наружный
диаметр
120
диаметр
центрального
1,2
дорожками
состоящими
впадин
площадок
отличие
обычных
компакт
дисков
могут
иметь
два
слоя
дой
стороне
одно
двух
Каждый
слой
диска
отдельно
чего
объединяются
образуя
диск
толщиной
Технологический
процесс
изготовления
дисков
практически
отличается
помимо
того
стороны
штампуются
поликарбонатных
заготовок
которые
затем
соединяются
друг
формируя
ск
Основным
различием
стандартных
компакт
дисков
является
высокая
плотность
которые
считываются
лазером
короткой
длиной
волны
аналогии
компакт
дисками
каждый
слой
DVD
содержит
физическую
дорожку
которая
начинается
внутренней
части
диска
доходит
спирали
внешней
части
Цифровой
диск
если
смотреть
го
стороны
считывания
вращается
против
часовой
стрелки
Спиральные
дорожки
компакт
дисках
образованы
штрихами
площадками
плоскими
участками
).
Каждый
записанный
покрывается
тонкой
металлической
пленкой
отражающей
лазерный
Благодаря
тому
слой
имеет
более
тонкое
покрытие
луч
через
считывает
данные
торые
записаны
внутреннем
Этикетка
располагается
верхней
части
одностороннего
диска
двухстороннем
для
отводится
узкая
кольцевая
поверхность
центральной
части
Считывание
информации
представляет
собой
процесс
регистрации
колебаний
луча
мощного
отраженного
металлического
диска
Лазер
посылает
сфокусированный
луч
нижнюю
часть
диска
светочувствительный
улавливает
раженный
лазера
попавший
площадку
плоскую
поверхность
дорожки
обратно
свою
очередь
попавший
впадину
дорожке
обратно
отражается
Глубина
отдельных
образующих
дорожку
компакт
диска
0,105
ширина
— 0,4
микрона
Минимальная
длина
составляет
примерно
0,4
микрона
максимальная
— 1,9
микрона
однослойных
дисках
личения
можно
изменять
такие
параметры
уменьшать
длину
штриха
0,9
микрона
уменьшать
расстояние
между
дорожками
(~2,16
1,6
0,74
микрона
увеличивать
область
данных
8,605
8,759
обеспечивать
более
эффективную
модуляцию
(~1,06
повышать
эффективность
кода
коррекции
ошибок
(~1,32
);
уменьшать
секторы
(~1,06
2 048/2 352
48/2 064
рис
сравниваются
диски
CR-ROM
накопителе
DVD
используется
лазер
меньшей
волны
позволяет
считывать
более
короткие
штрихи
Для
удвоения
размера
накопителе
можно
использовать
стороны
диска
кроме
того
записывать
данные
два
слоя
каждой
сторон
Дорожки и секторы 
Впадины
штрихи
образуют
единственную
спиральную
дорожку
каждом
стоянием
0,74
микрона
между
витками
что
соответствует
плотности
дорожек
1 351
виток
миллиметр
или
34 324
дюйм
составляет
49 324
общая
длина
дорожки
достигает
7,35
мили
Дорожка
разбита
секторы
которых
2 048
данных
ыре
области
Область
фиксирования
посадки
диска
Представляет
центральную
часть
компакт
диска
отверстием
вала
проигрывателя
область
содержит
какой
либо
информации
данных
Начальная
область
Включает
себя
буферные
зоны
код
ссылки
главным
образом
служебных
данных
содержащую
информацию
диске
служебных
данных
состоит
16
секторов
продублированных
192
раза
составляет
3 072
сектора
данных
секторах
данные
частности
указана
категория
диска
номер
структура
диска
симальная
скорость
передачи
данных
записи
распределение
зоны
данных
целом
начальная
область
занимает
196 607 (2FFFFh)
диска
Базовая
структура
всех
секторов
DVD,
отличие
компакт
дисков
одинакова
Секторы
буферной
зоны
начальной
области
содержат
только
символы
00h
шестнадцатеричные
нули
Область
данных
Содержит
аудио
или
другие
данные
начинается
сектора
под
номером
196 608 (30000h).
общей
сложности
область
данных
однослойного
одностороннего
диска
может
содержать
2 292 897
секторов
Конечная
зона
Отмечает
завершение
области
Секторы
конечной
зоны
только
значения
00h.
случае
если
записи
режиме
обратного
считывания
(Opposite Track Path — OPT),
второй
слой
начинается
внешней
диска
считывается
противоположном
отношению
первому
направлении
зона
называется
средней
DVD
имеет
диаметр
15
его
расположены
радиусе
7,5
центра
диска
Область
фиксирования
(Hub Clump Area — HCA)
начинается
центрального
заканчивается
расстоянии
16,5
Начальная
или
нулевая
область
начинается
центра
диска
Область
данных
начинается
радиусе
завершается
конечной
областью
расположенной
расстоянии
58
центра
диска
Формально
дорожка
диска
заканчивается
расстоянии
58,5
его
центра
затем
следует
буферная
шириной
1,5
Описанные
области
представленные
относительном
масштабе
показаны
правило
дорожка
стандартного
DVD
начинается
нулевой
области
конечной
средней
асположенной
расстоянии
58,5
центра
диска
или
1,5
его
внешнего
дорожки
достигает
11,84
или
7,35
мили
считывании
внешней
дорожки
посредством
накопителя
20x CAV,
имеющего
постоянную
угловую
скорость
(Constant Angular Velocity — CAV),
перемещение
отношению
лазеру
происходит
скоростью
251
несмотря
столь
окую
скорость
перемещения
данных
датчик
безошибочно
считывает
значения
битов
переходы
размеры
которых
превышают
0,4
микрона
Существуют
однослойные
двухслойные
также
односторонние
двухсторонние
версии
Двухсторонние
сущности
представляют
собой
два
односторонних
диска
склеенных
тыльными
сторонами
друг
другом
Между
двух
однослойными
версиями
имеется
более
венное
различие
Длина
штрихов
двухслойных
дисков
немного
больше
приводит
незначительному
уменьшению
емкости
диска
спиральная
дорожка
разделена
секторы
частота
следования
которых
чтении
или
составляет
676
секторов
секунду
Каждый
сектор
содержит
2 048
байт
данных
организованы
кадры
данных
содержащие
2 064
которых
2 048
байт
являются
общими
данными
байта
содержат
идентификационную
информацию
байта
обнаружения
ошибок
байт
данные
авторского
носитель
собой
обнаружения
(EDC)
для
кадра
данных
данных
содержащие
коррекции
ошибок
преобразуются
кадры
ЕСС
Каждый
2 064_
байтовый
кадр
данных
также
182
байта
120
байт
нижнего
контроля
четности
(PI),
составляет
целом
2 366
для
каждого
кадра
наконец
кадры
преобразуются
дельными
группами
размером
91
байт
физические
секторы
диска
Для
этого
используется
метод
модуляции
8/16,
котором
каждый
бит
конвертируется
специальное
16_
разрядное
значение
выбранное
таблицы
16_
разрядные
значения
разработаны
таким
образом
что
могут
содержать
менее
смежных
имеющих
нулевое
значение
(0).
форма
кодирования
ограничением
(Run Length Limited — RLL)
получила
название
схемы
RLL 2,10.
завершении
преобразования
каждому
кадру
добавляется
320
бит
байт
данных
синхронизации
Таким
образом
после
преобразования
кадра
физический
сектор
общее
количество
секторе
достигает
4 836.
цифровых
дисках
отличие
стандартных
компакт
дисков
подкоды
используются
Вместо
каждый
данных
ентификационные
байты
(ID),
используемые
для
хранения
номера
сектора
другой
информации
относящейся
сектору
Обработка ошибок 
отличаются
компакт
дисков
более
совершенными
кодами
коррекции
ошибок
отмечалось
компакт
диски
различные
уровни
коррекции
ошибок
которые
зависят
очередь
характера
записанных
данных
информационные
данные
).
Цифровые
универсальные
обрабатывают
всю
формацию
одинаково
применяя
полный
цикл
коррекции
ошибок
кторам
. DVD
обрабатывает
главным
кадрах
ЕСС
выявления
исправления
ошибок
кадры
данных
были
введены
биты
столбец
нижнего
строка
контроля
четности
Несмотря
кажущуюся
простоту
такого
решения
оно
достаточно
эффективно
Информация
находящаяся
кадрах
данных
вначале
разбивается
192
строки
172
байта
каждой
ью
полиномиального
уравнения
высчитываются
байт
контроля
четности
PI,
которые
добавляются
каждой
строке
увеличивая
длину
183
байт
помощью
второго
полиномиального
уравнения
вычисляются
16
контроля
четности
PO,
которые
добавляются
каждому
столбцу
Таким
образом
при
добавлении
байтов
контроля
четности
PI
PO
объем
кадров
ЕСС
вначале
192
строки
172
каждой
увеличивается
208
строк
182
байта
Для
того
чтобы
функцию
байтов
верхнего
(PO)
нижнего
контроля
четности
воспользуемся
примером
Рассмотрим
байта
которых
записаны
волы
“O” (N = 01001110,
= 01001111).
Чтобы
ввести
коррекции
ошибок
указан
байты
организованы
как
показано
ниже
функции
проверки
нечетность
каждой
строке
добавляется
бит
значит
что
нужно
подсчитать
единичных
битов
затем
прибавить
имеющий
соответствующее
значение
Количество
единиц
4,
следовательно
получения
нечетной
значение
бита
контроля
четности
быть
1.
Сумма
битов
строки
является
нечетными
числом
поэтому
контроля
четности
должно
быть
0.
Посмотрим
что
получилось
результате
Значения
битов
контроля
четности
для
каждого
столбца
вычисляются
точно
так
после
чего
добавляются
Другими
словами
значение
бита
нтроля
четности
быть
таким
сумма
единиц
каждого
столбца
была
нечетным
числом
завершен
дополнительные
биты
сохранены
вместе
данными
Таким
образом
байтам
данных
добавлены
еще
бит
предназначенных
для
коррекции
считывания
происходит
повторное
битов
коррекции
ошибок
проверка
соответствия
условиям
Теперь
качестве
примера
значение
битов
данных
тем
самым
что
произошла
считывания
повторим
вычисление
битов
коррекции
изменились
значения
PI
PO,
вычисленные
считывания
данных
частности
относится
значениям
строке
бита
столбце
позволяет
ределить
строку
столбец
была
совершена
случае
1 (
строка
бит
столбец
известно
бит
был
прочитан
поэтому
его
необходимо
изменить
Перед
передать
данные
систему
схема
ошибок
исправляет
ошибочное
Таким
образом
код
коррекции
бок
благодаря
некоторым
дополнительным
данным
каждую
строку
прямо
лету
выявлять
исправлять
ошибки
Помимо
организации
кадров
также
проводится
шифрование
данных
помощью
разрядов
чередования
кадров
диск
предназначены
непоследовательного
сохранения
данных
ах
что
позволяет
избежать
повреждения
при
появлении
царапин
ʵмкость 
настоящее
время
существует
четыре
основных
типа
дисков
DVD,
которые
классифицируются
количеству
сторон
двухсторонние
слоев
двухслойные
DVD-5 —
односторонний
однослойный
диск
4,7
Гбайт
соединенных
другом
подложек
них
записанный
который
называется
нулевым
слоем
вторая
совершенно
пуста
обычно
используется
покрытие
DVD-9 —
односторонний
двухслойный
емкостью
8,5
Гбайт
Состоит
двух
штампованных
подложек
соединенных
образом
что
записанных
находятся
одной
стороны
диска
другой
стороны
располагается
пустая
подложка
нулевой
штампованный
слой
покрыт
полупрозрачной
золотой
пленкой
которая
отражает
лазерный
сфокусированный
данном
слое
пропускает
который
сфокусирован
нижнем
Для
считывания
ользуется
один
лазер
изменяемой
фокусировкой
DVD-10 —
двухсторонний
однослойный
диск
9,4
Гбайт
штампованных
подложек
соединенных
друг
тыльными
Записанный
слой
каждой
стороне
имеет
алюминиевое
покрытие
Обратите
диски
этого
являются
двухсторонними
считывающий
лазер
находится
нижней
части
накопителя
поэтому
чтения
второй
необходимо
извлечь
перевернуть
DVD-18 —
двухсторонний
двухслойный
диск
емкостью
17,1
Гбайт
Объединяет
себе
два
слоя
каждой
стороне
Стороны
диска
каждая
которых
формируется
штампованными
слоями
соединяются
друг
другом
тыльными
частями
слой
стороне
диска
покрыты
полупрозрачной
золотой
пленкой
стороне
имеют
алюминиевое
покрытие
Отражательная
способность
однослойного
диска
составляет
45–85%,
двухслойного
— 18–30%.
Различные
ражающие
компенсируются
схемой
автоматической
регулировки
усиления
Конструкция
различных
показана
рис
Обратите
внимание
что
рис
изображены
два
лазера
считывающие
данные
нижней
части
двухслойных
дисков
фактически
используется
один
чтения
данных
расположенных
слоях
изменяется
фокусировка
лазера
Емкость
двухслойных
дисков
заметили
немногим
емкости
двух
однослойных
дисков
даже
несмотря
что
дисков
занимают
примерно
одинаковое
пространство
длины
спиральных
дорожек
дисков
разных
одинаковы
).
было
улучшения
читаемости
дисков
двухслойной
конфигурации
Расстояние
между
витками
дорожек
было
немного
увеличено
что
повлекло
собой
увеличение
длины
площадок
бы
это
компенсировать
частота
вращения
накопителя
чтении
двухслойного
диска
увеличивается
результате
скорость
передачи
данных
остается
поскольку
дорожка
общая
емкость
диска
немного
уменьшается
Двухсторонние
отличаются
повышенной
сложностью
технологического
высокой
стоимостью
также
что
для
воспроизведения
обеих
сторон
диск
одится
извлекать
накопителя
переворачивать
Все
привело
что
наибольшее
распространение
получили
диски
DVD_5 (
односторонние
однослойные
или
DVD_9 (
односторонние
двухслойные
).
дисков
достигает
8,5
что
составляет
242
мин
воспроизведения
видеоданных
формата
MPEG_2.
Видеодиски
DVD_5
133_
минутным
воспроизведением
подходят
для
более
чем
95%
существующих
настоящее
кинофильмов
Кодирование данных на диске 
компакт
значения
определяется
непосредственно
параметрами
площадок
образующих
спиральную
дорожку
используются
переходы
площадке
иначе
говоря
изменяется
отражательная
способность
Дорожка
диска
разделена
одноразрядные
регистры
или
временные
интервалы
(T),
длина
впадины
или
площадки
используемой
дставления
данных
должна
составлять
более
11T
интервалов
регистров
Впадина
площадка
3T
имеет
значение
1001,
или
площадка
длиной
11T — 100000000001.
Запись
данных
выполняется
посредством
модуляции
8/16,
которая
является
модифицированной
версией
EFM
модуляции
. 8/14),
используемой
компакт
дисках
Поэтому
метод
иногда
называется
EFM+.
Модуляция
EFM
представляет
процесс
преобразования
каждого

16_
разрядное
значение
для
снижения
плотности
оптическом
диске
; 16_
разрядные
коды
преобразования
разработаны
образом
что
держать
менее
более
смежных
битов
имеющих
значение
(0).
Эта
кодирования
ограничением
длины
(Run Length Limited — RLL)
получила
название
RLL 2,10 (
общем
виде
RLL
минимальное
максимальное
значение
поля
записи
нулевых
битов
Такая
схема
позволяет
избежать
длинных
строк
нулевых
битов
),
которые
могут
считаны
неправильно
также
ограничить
минимальную
частоту
переходов
существующих
носителе
записи
отличие
EFM_
модуляции
применяемой
при
записи
компакт
дисков
этом
объединяющие
используются
Кроме
о
, 16_
разрядные
коды
модуляции
рассчитаны
чтобы
нарушать
форму
RLL 2,10
при
отсутствии
объединяющих
что
EFM
модуляция
менее
бит
представления
каждого
байта
компакт
диске
дополнительных
объединяющих
байтов
байтов
синхронизации
).
Модуляция
EFM+
несколько
превосходит
предыдущий
метод
как
для
представления
каждого
кодированного
только
Несмотря
модуляции
сгенерированной
допускается
более
нулей
биты
добавленные
при
записи
диска
содержать
13
нулей
(0).
Таким
образом
временной
период
между
единицами
(1),
записанными
диске
может
достигать
14T;
длина
площадки
составляет
14
временных
интервалов
норазрядных
регистров
4.2.4
Blu
Ray
Disc
Blu-ray Disc, BD (
. blue ray —
голубой
луч
disc —
диск
оптического
носителя
используемый
записи
хранения
цифровых
данных
включая
видео
высокой
чёткости
повышенной
плотностью
Стандарт
Blu-ray
был
совместно
консорциумом
Blu-ray (
голубой
название
использования
чтения
коротковолнового
(405
синего
технически
сине
фиолетового
лазера
международной
выставке
отребительской
электроники
Consumer Electronics Show (CES),
которая
прошла
январе
2006
года
было
объявлено
коммерческий
формата
Blu-ray
пройдёт
весной
2006
года
Однослойный
диск
Blu-ray (BD)
может
хранить
23,3/25/27
33
двухслойный
диск
может
вместить
46,6/50
или
Также
разработке
находятся
диски
вместимостью
100
200
использованием
соответственно
четырёх
слоёв
анонсировала
п
четырёхслойного
диска
объёмом
100
технологии
Blu-ray
для
чтения
записи
используется
фиолетовый
лазер
волны
405
Обычные
CD
используют
инфракрасный
лазеры
длиной
волны
650
780
соответственно
Такое
уменьшение
позволило
дорожку
вдвое
сравнению
обычным
диском
0,32
мкм
увеличить
плотность
данных
Более
короткая
длина
волны
фиолетового
лазера
позволяет
информации
того
размера
CD/DVD.
Эффективный
размер
пятна
котором
лазер
может
сфокусироваться
ограничен
дифракцией
зависит
света
числовой
апертуры
линзы
используемой
фокусировки
Уменьшение
длины
волны
ользование
большей
числовой
(0,85,
сравнении
DVD),
высококачественной
двухлинзовой
системы
также
уменьшение
толщины
защитного
слоя
шесть
0,6
предоставило
возможность
проведения
качественного
корректного
течения
операций
записи
позволило
записывать
информацию
меньшие
точки
диске
значит
хранить
больше
информации
физической
области
также
увеличить
считывания
432
Мбит
4.2.5
Записывающие накопители на компакт дисках 
можете
создавать
собственные
компакт
диски
CD_ROM,
помощью
поколения
устройств
записывающих
накопителей
CD_ROM.
необходимо
приобрести
записываемый
компакт
диск
устройство
его
причем
траты
будут
существенно
ниже
при
устройства
например
Zip
Jazz.
новичка
компьютерном
мире
темпы
возможности
технологии
компакт
дисков
могут
невероятными
Например
сегодня
можно
приобрести
записывающее
устройство
работающее
скоростью
стоимость
которого
превышает
100
долларов
ют
накопители
компакт
дисках
компьютеров
можно
сравнить
первой
записывающей
системой
CD_R,
появившейся
рынке
1988
году
которая
тыс
долларов
основу
был
положен
записывающий
дисковод
Yamaha,
стоимостью
около
долларов
также
дополнительные
коррекции
ошибок
другие
функции
устройство
работало
частью
подсистемы
размеры
которой
были
сопоставимы
габаритами
стиральной
машины
пустых
дисков
болванок
”)
достигала
примерно
100
долларов
существенно
отличается
сегодняшних
25_
центовых
дисков
основных
записываемых
компакт
дисков
накопителей
записываемые
CD_R
(Recordable)
перезаписываемые
CD_RW (Rewritable).
накопители
CD_RW
могут
функционировать
как
CD_R,
чем
накопителей
CD_RW
практически
одинаковы
Большинство
записывающих
накопителей
CD_ROM —
это
устройства
WORM
write)once, read many
однократная
многократное
предназначенные
для
длительного
хранения
Фактическим
стандартом
устройств
стали
накопители
CD_R.
идеально
подходят
для
резервного
копирования
подобных
которые
записаны
какие
либо
данные
могут
воспроизводиться
или
считываться
практически
любым
стандартным
накопителем
Диски
весьма
удобны
для
хранения
архивных
данных
создания
мастердисков
которые
могут
тиражироваться
распространяться
служащих
небольших
компаний
работают
принципам
что
стандартные
CD_ROM,
отражая
лазерный
луч
поверхности
отслеживая
изменения
отражательной
способности
переходов
площадка
или
площадка
впадина
обычных
компакт
дисках
спиральная
дорожка
выдавливается
штампуется
поликарбонатной
массе
свою
очередь
диски
содержат
рисунок
впадин
выжженный
приподнятой
спиральной
дорожке
Таким
образом
впадины
представляют
собой
темные
выжженные
участки
отражающие
количество
света
ажательная
способность
остается
кой
штампованных
дисках
обычные
дисководы
CD_ROM
проигрыватели
музыкальных
компакт
дисков
читают
как
штампованные
диски
CD_R.
Запись
CD_R
начинается
того
диск
накопитель
Процесс
изготовления
CD_R
стандартных
компакт
дисков
практически
другом
случае
выполняется
прессование
расплавленной
поликарбонатной
массы
использованием
формообразующей
матрицы
вместо
штамповки
площадок
формует
диске
бороздку
которая
называется
изначальной
бороздкой
pre)groove
)).
Если
смотреть
стороны
считывающего
записывающего
лазера
расположенного
под
диском
канавка
представляет
собой
спиральный
выступ
углубление
Границы
спирального
изначальной
имеют
определенные
отклонения
продольной
называемые
Амплитуда
отношению
стоянию
между
витками
дорожки
достаточно
Расстояние
между
витками
равно
1,6
рона
величина
поперечного
отклонения
выступа
достигает
лишь
0,03
микрона
канавки
CD_R
модулируют
некоторую
дополнительную
информацию
которая
считывается
накопителем
Сигнал
синхронизации
определяемый
колебаниями
дорожки
модулируется
вместе
временным
кодом
другими
данными
называется
временем
изначальной
дорожки
(Absolute Time In
Pre_groove — ATIP).
Временной
код
выражается
минуты
секунды
кадр
вводится
Q-
кадров
записанных
диске
Сигнал
ATIP
позволяет
накопителю
распределить
необходимые
диске
фактической
кадров
Технически
позиционирования
представляет
собой
уход
частоты
несущей
частотой
22,05
кГц
отклонением
передачи
формации
используются
изменения
частоты
лебаний
Процесс
изготовления
CD_R
завершается
нанесением
помощью
метода
центрифугирования
равномерного
органического
красителя
создается
золотой
отражающий
После
этого
поверхность
диска
покрывается
акриловым
затвердевающим
ультрафиолетовых
лучах
который
используется
созданных
золотого
слоев
диска
Исследования
показали
что
алюминий
используемый
органическим
красителем
подвержен
сильному
ислению
Поэтому
дисках
CD_R
используется
золотое
покрытие
обладающее
высокой
коррозионной
стойкостью
имеющее
максимально
возможную
отражательную
способность
поверхность
диска
покрытую
лака
методом
трафаретной
печати
наносится
слой
краски
используемый
идентификации
дополнительной
диска
Лазерный
применяемый
записи
диска
вначале
проходит
прозрачный
поликарбонатный
слой
еского
красителя
отразившись
золотого
снова
проходит
через
красителя
поликарбонатной
чего
улавливается
оптического
датчика
накопителя
Отражающий
слой
органического
красителя
имеют
оптические
свойства
что
неразмеченный
компакт
диск
Другими
словами
дорожка
незаписанного
диска
CD_R
воспринимается
считывающим
устройством
компакт
длинная
площадка
дисковода
CD_R
имеет
одну
длину
волны
(780
),
мощность
лазера
используемого
для
выполнения
записи
частности
нагрева
окрашенного
выше
Лазер
работающий
режиме
нагревает
слой
нического
красителя
температуры
482–572 °F (250–300
При
температуре
красителя
буквально
выгорает
становится
непрозрачным
результате
лазерный
доходит
золотого
слоя
отражается
обратно
достигается
эффект
погашении
отраженного
лазерного
происходящем
чтении
штампованных
компакт
дисков
рис
слои
сителей
CD_R,
спиральная
канавка
впадины
выжженные
слое
органического
1996
года
промышленный
консорциум
который
компании
Ricoh, Philips, Sony,
весьма
прототипа
который
тиражироваться
менее
дорогих
дисках
CD_R
или
даже
штампованных
компакт
дисках
Носители
CD_RW
могут
перезаписываться
1000
более
раз
Кроме
того
при
наличии
программного
обеспечения
пакетной
записи
диски
могут
обрабатываться
подобно
гибкому
файлы
которого
перетаскиваются
копируются
удаляются
Носители
CD_RW
примерно
вое
дороже
дисков
CD_R,
время
дешевле
оптических
картриджей
других
форматов
CD_RW
наиболее
приемлемой
копий
системы
архивирования
файлов
других
задач
связанных
хранением
данных
Носители
CD_RW
CD_R
имеют
четыре
основных
отличия
Если
говорить
кратко
CD_RW
характерно
дующее
могут
перезаписываться
имеют
более
высокую
стоимость
отличаются
меньшей
скоростью
записи
имеют
более
отражательную
способность
Помимо
высокой
стоимости
возможности
перезаписи
данных
отличаются
также
более
низкой
более
скоростью
записи
связано
тем
что
выполнении
записи
обработку
ласти
лазеру
требуется
больше
времени
Диски
имеют
более
низкую
отражательную
способность
ограничивает
читаемость
Носители
CD_RW,
например
многими
стандартными
накопителями
CD_ROM
CD_R.
Поэтому
музыкальных
дисков
совместимости
накопителями
разных
лучше
пользоваться
дисками
CD_R.
Чтобы
подобие
впадин
поверхности
диска
накопителях
телях
CD_RW
используется
процесс
изменения
фазы
состояния
создаются
поликарбонатной
подложке
содержащей
предварительно
отформованную
спиральную
канавку
волнистой
формы
колебания
которой
определяют
информацию
позиционирования
Верхняя
часть
основы
покрывается
специальным
диэлектрическим
слоем
изоляцией
после
наносится
записывающий
диэлектрика
отражающий
Затем
поверхность
диска
покрывается
акриловым
лаком
твердевающим
ультрафиолетовых
лучах
который
используется
для
защиты
ранее
созданных
слоев
диска
Диэлектрические
расположенные
ниже
записывающего
предназначены
для
экранирования
поликарбонатной
подложки
отражающего
металлического
интенсивного
нагрева
используемого
процесса
изменением
фазы
состояния
рис
слои
носителя
CD_RW,
также
спиральная
а
содержащая
выжженные
записывающем
слое
отмечалось
запись
дисков
CD_R
посредством
нагрева
определенных
участков
органического
красителя
слоя
записи
очередь
записывающий
представляет
собой
серебра
индия
сурьмы
теллурия
(Ag-In-Sb-Te),
обладающий
возможностью
фазовых
превращений
качестве
отражающей
части
записывающего
слоя
используется
алюминия
который
ничем
отличается
применяемого
обычных
штампованных
дисках
время
считывания
или
записи
данных
лазерное
устройство
расположено
нижней
диска
Если
смотреть
лазера
спиральная
канавка
будет
выглядеть
выступ
причем
записывающий
диска
располагаться
его
верхней
плоскости
Сплав
Ag_In_Sb_Te,
используемый
записывающего
слоя
лическую
структуру
отражательной
способностью
20%.
записи
данных
CD_RW
лазер
может
работать
режимах
которые
называются
P-
стиранием
режиме
записи
луч
материал
записывающего
слоя
темпера
туры
500–700 °
(932–1229 °F),
приводит
плавлению
жидком
состоянии
молекулы
сплава
начинают
свободно
перемещаться
езультате
чего
материал
теряет
свою
кристаллическую
структуру
переходит
аморфное
хаотическое
состояние
Отражательная
способность
материала
застывшего
аморфном
состоянии
снижается
При
диска
области
различными
оптическими
свойствами
воспринимаются
штампованного
диска
CD_ROM.
Если
носители
CD_RW
использовались
только
для
чтения
этом
можно
было
закончить
ведь
они
могут
перезаписываться
должен
ть
способ
позволяющий
восстанавливать
поликристаллическую
структуру
материала
Этот
способ
связан
маломощным
режимом
стирания
применяемым
лазером
режиме
стирания
слой
активного
материала
примерно
температуры
200°C (392°F),
которая
значительно
точки
плавления
достаточна
для
размягчения
материала
При
нагреве
активного
слоя
указанной
температуры
медленным
охлаждением
происходит
преобразование
структуры
материала
олекулярном
уровне
переход
кристаллическое
состояние
При
этом
отражательная
способность
материала
повышается
Области
имеющие
высокую
отражательную
способность
выполняют
функцию
что
зоны
штампованного
компакт
диска
такой
режим
работы
лазера
называется
стиранием
непосредственного
стирания
данных
происходит
Вместо
этого
применяется
прямой
перезаписи
использовании
которой
участки
имеющие
более
низкую
отражательную
способность
стираются
перезаписываются
Другими
словами
записи
данных
лазер
постоянно
включен
генерирует
различной
мощности
создавая
области
аморфной
поликристаллической
структуры
различными
оптическими
свойства
Структура
создаваемых
областей
совершенно
зависит
предыдущего
состояния
напоминает
способы
записи
магнитный
диск
используется
технология
прямой
перезаписи
Каждый
сектор
имеет
определенную
структуру
данных
поэтому
время
данных
достаточно
записать
новую
структуру
Секторы
также
стираются
перезаписываются
Носители
CD_RW
могут
записываться
перезаписываться
1000
ецификации
части
III
исходного
стандарта
Orange Book,
скорость
данных
может
достигать
Новые
разработки
области
носителей
дисководов
потребовали
более
высоких
Поэтому
2000
была
опубликована
часть
III
тома
определяющая
дисков
CD_RW
скоростей
10x.
редакция
стандарта
получила
название
High)Speed Rewritable
накопители
поддерживающие
скорость
CD_RW
выше
должны
иметь
соответствующий
логотип
сентябре
2002
года
была
опубликована
часть
тома
стандарта
Orange Book,
которая
описывает
накопители
Ultra_Speed,
представляющие
возможностью
записи
данных
скорости
–24
носитель
который
можно
записывать
один
Подобно
CD_R,
идеально
подходит
для
архивирования
данных
создания
дистрибутивов
Односторонний
диск
DVD_R
может
хранить
3,95
Гбайт
данных
больше
CD_R.
диск
DVD_R
содержать
вдвое
больше
информации
Технология
DVD_R
использует
органическое
CD_R,
органическое
покрытие
DVD_R
обеспечения
точности
позиционирования
DVD_R
используется
волнообразных
желобковых
дорожек
соответствии
которым
специальные
желобковые
дорожки
заводских
условиях
гравируются
диске
Данные
записываются
только
желобки
Частота
отклонений
желобков
является
синхронизирующей
считывании
информации
диска
Желобки
расположены
более
плотно
DVD_RAM,
однако
данные
записываются
только
площадки
ехнические
характеристики
накопите
DVD_R
приведены
4.2.6
 массивы 
1988
году
Паттер
Гибсон
статье
предложили
разных
типов
дисков
которые
могли
использоваться
для
увеличения
производительности
надежности
или
другого
идеи
сразу
заимствованы
производителями
компьютеров
что
привело
появлению
нового
устройств
ввода
вывода
названием
RAID
Паттерсон
Гибсон
Кате
определили
как
Redundunt Array of Inexpensive Disks
точный
недорогих
дисков
»,
позже
буква
аббревиатуре
заменять
слово
Independent (
независимый
вместо
изначального
слова
Inexpensive (
Может
быть
производителей
появилась
возможность
выпускать
дорогостоящие
диски
массиву
противопоставлялся
SLED (Single Large Expensive
Disk
большой
дорогостоящий
»)
Основная
RAID
состоит
следующем
Рядом
компьютером
большим
сервером
устанавливается
бокс
диска
замещается
контроллером
данные
копируются
RAID-
массив
затем
обычные
Иными
операционная
воспринимает
массива
выше
производительность
надежность
Поскольку
SCSI-
диски
обладают
высокой
производительностью
при
довольно
низкой
цене
один
контроллер
управлять
несколькими
дисков
битных
SCSI
15
16-
),
тественно
большинство
состоит
RAID SCSI-
контроллера
SCSI-
дисков
которые
система
воспринимает
большой
диск
Таким
образом
чтобы
массив
требуется
никаких
изменений
программном
обеспечении
что
очень
выгодно
для
многих
системных
администраторов
имеют
несколько
преимуществ
первых
как
уже
сказа
программное
ечение
воспринимает
RAID
один
большой
диск
данные
всех
RAID
распределены
дискам
таким
образом
можно
осуществлять
параллельные
Несколько
различных
способов
распределения
данных
были
предложены
Паттерсоном
Гибсоном
Катсом
Сейчас
они
известны
как
нулевого
уровня
, RAID-
массив
RAID-
массива
пятого
уровня
Кроме
ществует
несколько
уровней
которые
будем
обсуждать
Термин
уровень
несколько
неудачный
поскольку
здесь
никакой
иерархической
структуры
Просто
существует
организации
дисков
массив
нулевого
уровня
показан
рис
представляет
собой
виртуальный
диск
разделенный
зоны
o k
секторов
каждая
секторы
-
0,
секторы
полоса
1
каждая
полоса
это
сектор
каждая
полоса
сектора
массив
нулевого
уровня
последовательно
записывает
кругу
показано
рисунке
изображен
массив
дисками
Такое
распределение
данных
нескольким
дискам
называется
разметкой
(striping).
Например
программное
обеспечение
вызывает
команду
для
считывания
данных
состоящего
четырех
последовательных
полосок
начинающегося
границе
между
контроллер
разбивает
эту
команду
дельные
каждую
одного
четырех
выполняет
параллельно
образом
получаем
устройство
параллельного
ввода
вывода
без
изменения
программного
массив
нулевого
уровня
всего
работает
большими
запросами
больше
запрос
лучше
Если
запросе
больше
дисков
массиве
некоторые
диски
получают
запросов
только
кой
завершает
выполнение
первого
запроса
приступает
следующему
контроллера
состоит
том
чтобы
разделить
должным
образом
нужные
команды
соответствующим
дискам
правильной
последовательности
затем
правильно
записать
результаты
Производительность
при
таком
подходе
очень
высокая
осуществить
несложно
. RAID-
массив
нулевого
уровня
хуже
всего
работает
ерационными
системами
которые
время
времени
запрашивают
данные
одному
сектору
результаты
конечно
правильными
никакого
параллелизма
следовательно
никакого
выигрыша
производительности
Другой
недостаток
такой
структуры
состоит
том
надежность
потенциально
ниже
чем
SLED.
Рассмотрим
массив
состоящий
каждом
которых
происходить
среднем
каждые
20 000
часов
таком
массиве
случаться
примерно
каждые
5000
часов
данные
могут
утеряны
происходят
также
среднем
20 000
часов
как
один
диск
его
надежность
раза
выше
Поскольку
санной
разработке
нет
никакой
избыточности
это
настоящий
1 RAID-
массив
Следующая
разновидность
- RAID-
первого
уровня
показан
отличие
массива
уровня
является
настоящим
массивом
дублирует
все
диски
таким
получается
изначальных
диска
резервные
копии
При
записи
информации
каждая
записывается
дважды
При
считывании
может
использоваться
любая
двух
при
одновременно
может
происходить
информации
большего
количества
дисков
чем
массива
Следовательно
производитель
такая
обычного
при
считывании
гораздо
выше
максимум
).
Отказоустойчивость
отличная
если
происходит
сбой
диске
вместо
него
используется
копия
Восстановление
состоит
просто
установке
нового
диска
копировании
всей
информации
резервной
копии
пего
отличие
нулевого
первого
уровней
которые
работают
полосами
секторов
массив
рого
уровня
имеет
словами
иногда
Представим
каждый
байт
диска
разбивается
кусочка
затем
каждому
них
добавляется
таким
образом
получается
которого
1,2
4 -
четности
Затем
представим
что
дисков
изображенные
синхронизированы
позиции
рычага
позиции
слово
битов
Хэмминга
дисков
диск
Подобная
схема
использовалась
так
называемых
думающих
машинах
-2.
32-
данными
добавлялось
четности
код
Хэмминга
результате
получалось
38-
битное
кодированное
торому
добавлялся
дополнительный
бит
четности
слово
записывалось
дисков
Общая
производительность
огромной
так
одновременно
могло
записываться
32
сектора
данных
При
одного
дисков
проблем
также
возникало
поскольку
диска
означала
потерю
одного
каждом
справлялся
ентально
другой
стороны
чтобы
все
были
синхронизированы
вращению
Кроме
того
имеет
только
имеется
достаточно
большое
количество
дисков
наличии
дисков
дисков
для
битов
четности
накладные
расходы
составляют
).
тому
большая
контроллера
поскольку
ен
контрольную
Хэмминга
раз
при
передаче
бита
массив
третьего
представляет
собой
упрощенную
версию
массива
второго
изображен
Здесь
для
данных
вычисляется
четности
записывается
массиве
второго
уровня
диски
должны
быть
точно
синхронизированы
каждое
слово
данных
распределено
несколько
дисков
первый
взгляд
может
показаться
четности
только
обнаруживает
исправляет
ошибки
речь
идет
случайных
необнаруженных
ошибках
это
наблюдение
верно
Однако
речь
идет
сбое
диске
бит
четности
обеспечивает
исправление
ошибки
позиция
неправильного
Если
происходит
сбой
контроллер
выдает
информацию
что
все
равны
слове
возникает
ошибка
четности
бит
котором
произошел
сбой
должен
быть
1,
следовательно
исправляется
Хотя
третьего
уровней
обеспечивают
очень
высокую
скорость
передачи
данных
число
ввода
вывода
секунду
льше
при
наличии
одного
диска
. RAID-
массиавы
четвертого
пятого
уровней
работают
словами
битами
четности
требуют
синхронизации
дисков
массив
четвертого
уровня
рис
устроен
так
как
RAID-
нулевого
уровня
тем
различием
массива
четвертого
уровня
дополнительный
диск
который
записываются
полосы
четности
Например
пусть
каждая
полоса
байтов
полосы
должны
находиться
отношении
исключающего
",
проверки
этого
отношения
также
должна
состоять
йтов
Если
диске
утраченные
байты
могут
вычислены
заново
использовании
информации
диска
четности
Такая
разработка
предохраняет
диске
обладает
низкой
производительностью
случае
небольших
исправлений
Если
изменяется
необходимо
считывать
информацию
всех
дисков
для
чтобы
опять
лить
четность
которая
должна
записана
заново
Вместо
этого
можно
считать
прежние
данные
прежнюю
четность
них
вычислить
новую
даже
такой
оптимизацией
процесса
при
наличии
небольших
исправлений
требуется
произвести
два
считывания
записи
трудности
диск
четности
могут
препятствием
высокой
производительности
проблема
устраняется
пятого
котором
биты
четности
распределяются
равномерно
всем
дискам
записываются
кругу
показано
рис
случае
сбоя
диске
восстановить
содержание
утраченного
диска
достаточно
сложно
возможно
RAID
англ
. redundant array of independent/inexpensive disks) —
избыточный
массив
независимых
дисков
для
ПЭВМ
Калифорнийский
университет
представил
следующие
уровни
RAID,
которые
были
как
стандарт
факто
RAID 0.0
представлен
неотказоустойчивый
дисковый
RAID 1
определён
зеркальный
массив
RAID 2
зарезервирован
массивов
которые
применяют
Хемминга
RAID 3, 4, 5
используют
чётность
данных
одиночных
исправностей
RAID 6
используют
чётность
данных
двойных
неисправностей
4Ǥ2Ǥ6Ǥ1Ǥ1
2A D ‐ 
RAID 0 («Striping») —
дисковый
двух
более
жёстких
дисков
отсутствием
избыточности
Информация
разбивается
блоки
данных
записывается
несколько
дисков
одновременно
счёт
существенно
повышается
производительность
количества
дисков
зависит
кратность
производительности
может
быть
реализован
как
программно
аппаратно
Страдает
надёжность
массива
выходе
RAID 0
винчестеров
полностью
безвозвратно
пропадает
информация
).
соответствии
вероятностей
надёжность
RAID 0
равна
произведению
вероятностей
безотказной
работы
составляющих
его
дисков
каждая
которых
единицы
таким
образом
совокупная
надёжность
заведомо
ниже
надёжности
дисков
4Ǥ2Ǥ6Ǥ1Ǥ2
2A D 1 
RAID 1 (Mirroring — «
зеркалирование
»).
Обеспечивает
приемлемую
скорость
выигрыш
чтения
распараллеливании
запросов
Имеет
высокую
надёжность
работает
пока
функционирует
хотя
массиве
(-):
Недостаток
заключается
что
приходится
выплачивать
стоимость
жёстких
дисков
полезный
объем
жёсткого
диска
классический
ай
дисков
Изначально
предполагается
жёсткий
диск
вещь
надёжная
Соответственно
вероятность
выхода
сразу
дисков
равна
формуле
произведению
вероятностей
отказа
каждого
диска
сожалению
данная
теоретическая
модель
достаточно
полно
отражает
процессы
протекающие
жизни
ычно
два
винчестера
берутся
одной
партии
работают
одинаковых
условиях
при
выходе
дисков
нагрузка
оставшийся
увеличивается
поэтому
практике
выходе
строя
одного
дисков
следует
срочно
принимать
меры
вновь
восстанавливать
избыточность
Для
этого
любым
уровнем
RAID (
кроме
нулевого
рекомендуют
использовать
Hot Spare.
Достоинство
такого
подхода
поддержание
постоянной
надёжности
Недостаток
ещё
большие
издержки
есть
стоимость
трёх
винчестеров
для
хранения
объёма
диска
Зеркало
многих
дисках
— RAID 1+0.
При
использовании
такого
уровня
зеркальные
дисков
выстраиваются
цепочку
поэтому
объём
полученного
тома
превосходить
ёмкость
одного
жёсткого
диска
Достоинства
уровня
RAID 0.
случаях
рекомендуется
включать
массив
диски
горячего
резерва
Hot Spare
расчёта
резервный
бочих
4Ǥ2Ǥ6Ǥ1Ǥ3
2A D 2 
массивах
такого
диски
делятся
две
группы
данных
кодов
коррекции
ошибок
причем
данные
дисках
складирования
кодов
коррекции
необходимо
дисков
Данные
записываются
соответствующие
винчестеры
разбиваются
небольшие
блоки
числу
дисков
предназначенных
хранения
формации
Оставшиеся
диски
хранят
коды
коррекции
ошибок
которым
случае
выхода
какого
винчестера
строя
возможно
восстановление
информации
Метод
Хемминга
давно
применяется
типа
ECC
позволяет
лету
исправлять
однократные
обнаруживать
Впрочем
держать
ради
этого
громоздкую
структуру
почти
двойного
количества
дисков
никому
елось
массива
получил
распространения
4Ǥ2Ǥ6Ǥ1Ǥ4
2A D 3 
Структура
RAID 3
такова
дисков
данные
разбиваются
блоки
размером
байт
распределяются
дискам
используется
хранения
блоков
RAID 2
цели
стояло
дисков
большая
часть
информации
этих
дисках
использовалась
только
коррекции
ошибок
лету
простого
сстановления
диска
достаточно
меньшего
хватает
одного
выделенного
винчестера
Соответственно
отличия
RAID 3
RAID 2
коррекции
ошибок
лету
меньшая
избыточность
скорость
чтения
записи
данных
высока
создания
требуется
совсем
немного
дисков
всего
(-):
массив
этого
хорош
я
однозадачной
большими
файлами
наблюдаются
проблемы
скоростью
при
частых
запросах
данных
небольшого
объема
4Ǥ2Ǥ6Ǥ1Ǥ5
2A D 4 
RAID 4
похож
RAID 3,
отличается
него
тем
что
данные
разбиваются
блоки
образом
удалось
победить
проблему
низкой
скорости
передачи
данных
небольшого
Запись
производится
медленно
что
четность
для
блока
генерируется
при
записывается
единственный
диск
Используются
такого
очень
редко
4Ǥ2Ǥ6Ǥ1Ǥ6
2A D 5 
уровней
наличие
отдельного
дисков
информацию
выполнения
считывания
достаточно
высока
так
требует
обращения
этому
диску
каждой
операции
нем
изменяется
информация
поэтому
RAID 2—4
позволяют
проводить
параллельные
записи
имеет
этого
достатка
Блоки
данных
контрольные
суммы
циклически
записываются
все
диски
массива
отсутствует
выделенный
диск
для
информации
четности
нет
конфигурации
дисков
амый
популярный
уровней
первую
очередь
благодаря
экономичности
Жертвуя
ради
избыточности
ёмкостью
всего
одного
защиту
выхода
стеров
тома
информации
том
RAID
тратятся
дополнительные
ресурсы
требуются
дополнительные
зато
при
чтении
сравнению
отдельным
винчестером
имеется
выигрыш
потому
что
потоки
данных
накопителей
массива
распараллеливаются
Недостатки
RAID 5
проявляются
выходе
строя
одного
дисков
весь
переходит
ический
режим
операции
чтения
сопровождаются
дополнительными
манипуляциями
резко
падает
производительность
При
уровень
надежности
значительно
снижается
так
уменьшена
массива
Поэтому
томом
RAID 5
следует
обязательно
использовать
диск
Hot Spare.
Если
время
восстановления
массива
вызванного
выходом
строя
диска
выйдет
строя
второй
диск
данные
е
разрушаются
Минимальное
используемых
дисков
равно
трём
4Ǥ2Ǥ6Ǥ1Ǥ7
2A D 6 
RAID 6 (Advanced Data Guarding) —
похож
RAID 5,
имеет
высокую
степень
надежности
контрольные
выделяется
дисков
рассчитываются
алгоритмам
процессор
контроллера
сложная
материнская
Обеспечивает
работоспособность
смерти
одновременно
дисков
организации
требуется
минимум
диска
4Ǥ2Ǥ6Ǥ1Ǥ8
2A D 7 
RAID 7 —
зарегистрированная
компании
Storage Computer Corporation.
Структура
массива
такова
дисках
хранятся
данные
диск
складирования
блоков
добавилось
несколько
деталей
призванных
ликвидировать
главный
недостаток
массивов
такого
данных
контроллер
заведующий
обработкой
запросов
Это
позволило
количество
обращений
дискам
для
вычисления
контрольной
суммы
данных
езультате
значительно
повысить
обработки
данных
Прибавились
новые
недостатки
очень
высокая
стоимость
реализации
такого
сложность
его
обслуживания
необходимость
источнике
бесперебойного
питания
предотвращения
потери
данных
памяти
питания
4Ǥ2Ǥ6Ǥ1Ǥ9
Комбинированные уровни 
Помимо
базовых
уровней
RAID 0 — RAID 5,
описанных
стандарте
существуют
комбинированные
уровни
RAID 1+0, RAID 3+0, RAID 5+0, RAID 1+5,
которые
различные
производители
интерпретируют
каждый
RAID 1+0 —
сочетание
зеркалирования
чередования
Нынешние
контроллеры
используют
режим
умолчанию
для
RAID 1.
диск
основной
диск
зеркало
причем
чтение
производится
них
поочередно
как
для
RAID 0.
Собственно
но
считать
что
RAID 1
RAID 1+0 —
просто
название
одного
того
метода
аппаратного
зеркалирования
дисков
стоит
забывать
что
полноценный
RAID 1+0
должен
содержать
как
минимум
диска
RAID 5+0 —
чередование
томов
уровня
. RAID 1+5 —
зеркалирование
пятерок
далее
Комбинированные
уровни
наследуют
преимущества
так
недостатки
своих
родителей
»:
появление
редования
уровне
RAID 5+0
нисколько
добавляет
ему
надёжности
положительно
отражается
производительности
Уровень
RAID 1+5,
наверное
очень
надёжный
самый
тому
крайне
неэкономичный
полезная
тома
меньше
половины
суммарной
дисков
отметить
что
количество
жестких
дисков
комбинированных
массивах
также
изменится
Например
RAID 5+0
используют
или
жестких
дисков
RAID 1+0 - 4, 6
4Ǥ2Ǥ6Ǥ1Ǥ1‐
Программный 2A D 
реализации
применять
только
аппаратные
средства
полностью
программные
компоненты
драйверы
).
Например
системах
Linux
существуют
модули
ядра
управлять
RAID-
устройствами
GNU/Linux
можно
помощью
утилиты
mdadm.
Программный
свои
достоинства
одной
стороны
ничего
хороших
контроллеров
которых
50).
другой
стороны
программный
RAID
использует
ресурсы
центрального
процессора
моменты
дисковую
систему
процессор
мощности
обслуживание
устройств
Windows 2000/XP/2003
поддерживает
программный
RAID 0, RAID 1
RAID 5.
Более
точно
, Windows
поддерживает
RAID 0.
Поддержка
RAID 1
заблокирована
разработчиками
менее
может
быть
включена
путем
редактирования
системных
бинарных
файлов
. Windows Server 2003 —
5. Windows XP Home RAID
поддерживает
4.2.7
ФлешǦпамять 
память
особый
энергонезависимой
требующая
дополнительной
энергии
хранения
данных
энергия
требуется
только
записи
перезаписываемой
допускающей
изменение
хранимых
данных
),
полупроводниковой
содержащая
механически
частей
построенная
основе
интегральных
микросхем
Название
дано
компанией
первых
микросхем
флэш
1980-
как
арактеристика
скорости
стирания
микросхемы
флэш
памяти
"in a flash" -
мгновение
ока
1984
году
компания
Toshiba
разрабатывает
принципиально
вид
под
названием
Flash.
Устройство
Flash
имеет
довольно
сложную
структуру
том
что
перепрожига
микросхемы
базируются
законах
квантовой
механики
самом
простом
случае
ячейка
состоит
одного
полевого
транзистора
Элемент
включает
себя
льную
электрически
изолированную
называемую
плавающим
затвором
”.
Этот
термин
возник
того
потенциал
является
стабильным
позволяет
накапливать
электроны
именно
здесь
хранится
вся
информация
памяти
плавающего
находится
управляющий
затвор
который
является
неотъемлемой
процессе
записи
данных
памяти
область
напрямую
нена
линией
слов
Перпендикулярно
этой
располагается
битов
которая
соединена
стоком
данных
этой
области
транзистора
поток
Сток
разделяется
специальной
подложкой
которая
проводит
электрический
Запись
данных
Flash
происходит
методом
инжекции
горячих
электронов
стирание
методом
туннелирования
Нордхейма
Принципы работы 
Ячейки
флэш
бывают
как
двух
транзисторах
простейшем
случае
каждая
хранит
информации
состоит
одного
полевого
транзистора
специальной
электрически
изолированной
областью
плавающим
затвором
- floating gate),
способной
хранить
заряд
многие
Наличие
отсутствие
заряда
кодирует
один
информации
При
помещается
ий
затвор
одним
двух
способов
зависит
ячейки
методом
инжекции
электронов
или
методом
туннелирования
электронов
Стирание
содержимого
ячейки
снятие
плавающего
затвора
производится
методом
туннелирования
правило
наличие
заряда
транзисторе
понимается
как
логический
отсутствие
логическая
"1".
Современная
флэш
память
обычно
изготавливается
0,13-
микронному
техпроцессу
Принцип
чтения
микросхемы
Flash
довольно
базируется
законах
квантовой
механики
При
извлечении
данных
памяти
заряд
плавающем
затворе
отсутствует
управляющий
затвор
подается
заряд
положительного
направления
его
воздействием
между
стоком
истоком
создается
трассировки
свободная
зона
исталле
транзистора
выделенная
для
реализации
межсоединений
ячеек
Все
это
происходит
счет
туннельного
эффекта
данные
затем
можно
считывать
истока
Если
плавающем
затворе
имеется
заряд
напряжения
которое
подается
недостаточно
Поэтому
записи
применяют
метод
инжекции
электронов
Суть
его
заключается
следующем
щий
затвор
исток
подается
высокое
напряжение
причем
затворе
оно
раза
выше
).
Благодаря
напряжению
электроны
способны
преодолеть
тонкую
пленку
диэлектрика
попасть
плавающий
затвор
процесс
получил
название
инжекция
горячих
электронов
термин
горячий
условен
электроны
были
названы
так
что
обладают
высокой
энергией
достаточной
преодоления
электрика
).
Чтобы
информацию
памяти
подать
высокое
положительное
напряжение
исток
воздействием
отрицательные
электроны
плавающего
затвора
благодаря
туннельному
эффекту
переходят
Процесс
продолжается
полной
разрядки
затвора
Ускорить
метод
туннелирования
электронов
можно
путем
дополнительного
высокого
отрицательного
напряжения
управляющий
затвор
туннелирования
один
эффектов
использующих
волновые
свойства
электрона
эффект
заключается
преодолении
электроном
потенциального
барьера
толщины
".
наглядности
представим
себе
структуру
состоящую
двух
проводящих
областей
тонким
слоем
диэлектрика
обеднённая
).
Преодолеть
этот
слой
обычным
способом
может
хватает
энергии
при
создании
определённых
условий
ответствующее
напряжение
электрон
проскакивает
диэлектрика
туннелирует
сквозь
него
создавая
ток
Важно
отметить
при
туннелировании
оказывается
сторону
проходя
диэлектрик
Такая
телепортация
При
электроны
плавающего
затвора
отталкиваться
сторону
диэлектрика
время
эффекта
значительно
уменьшится
рассмотрели
простейший
случай
когда
каждая
ячейка
Flash
хранит
бит
информации
состоит
одного
полевого
транзистора
Перезапись
стирание
Flash
значительно
изнашивает
микросхему
около
10 000
поэтому
технологии
памяти
постоянно
совершенствуются
внедряются
оптимизирующие
способы
записи
микросхемы
также
алгоритмы
направленные
равномерное
использование
ячеек
процессе
работы
Чтение 
При
чтении
отсутствие
заряда
затворе
под
воздействием
положительного
поля
управляющем
затворе
образуется
подложке
между
стоком
возникает
Наличие
заряда
плавающем
затворе
вольт
амперные
характеристики
транзистора
таким
что
обычном
для
напряжении
появляется
между
истоком
стоком
возникает
Запись 
При
программировании
сток
управляющий
затвор
подаётся
высокое
напряжение
причём
управляющий
затвор
напряжение
подаётся
приблизительно
раза
Горячие
электроны
канала
инжектируются
плавающий
затвор
изменяют
амперные
характеристики
транзистора
электроны
называют
горячими
обладают
высокой
энергией
достаточной
преодоления
потенциального
барьера
создаваемого
иэлектрика
Стирание 
При
высокое
напряжение
подаётся
исток
управляющий
затвор
опционально
подаётся
высокое
отрицательное
напряжение
Электроны
туннелируют
исток
Типы 
основе
этого
флеш
памяти
лежит
элемент
англ
транзисторе
низкое
напряжение
затворе
обозначает
единицу
NOR
архитектуре
каждому
необходимо
подвести
индивидуальный
контакт
что
увеличивает
размеры
проблема
решается
помощью
NAND
основе
лежит
гл
Принцип
работы
такой
типа
отличается
размещением
контактами
результате
уже
требуется
подводить
индивидуальный
контакт
каждой
так
что
размер
стоимость
NAND
чипа
быть
существенно
меньше
запись
стирание
происходит
Однако
эта
архитектура
позволяет
обращаться
оизвольной
ячейке
сейчас
существуют
параллельно
конкурируют
друг
другом
поскольку
применение
областях
хранения
данных
Файловые системы 
Основное
слабое
флеш
памяти
количество
циклов
перезаписи
Ситуация
ухудшается
часто
записывает
данные
место
Например
часто
обновляется
таблица
файловой
так
что
сектора
памяти
израсходуют
свой
запас
значительно
Распределение
позволяет
существенно
продлить
работы
памяти
шения
этой
проблемы
были
созданы
файловые
: JFFS2
YAFFS
GNU/Linux
exFAT
Microsoft Windows.
носители
карты
такие
SecureDigital
CompactFlash
имеют
встроенный
контроллер
который
производит
обнаружение
исправление
старается
равномерно
использовать
ресурс
перезаписи
флеш
памяти
таких
устройствах
имеет
использовать
специальную
файловую
систему
шей
совместимости
применяется
обычная
FAT.
Сейчас
активно
рассматривается
возможность
жёстких
дисков
флеш
результате
увеличится
скорость
включения
компьютера
отсутствие
движущихся
деталей
увеличит
Например
XO-1, «
ноутбуке
100$»,
который
активно
разрабатывается
стран
третьего
мира
вместо
жёсткого
диска
будет
использоваться
флеш
память
объёмом
Распространение
ивает
высокая
чем
жёстких
дисков
ограниченного
количества
циклов
Устройства вывода 
Мониторы 
диспле
интерфейс
человек
аппаратура
человек
Преобразует
цифровую
или
аналоговую
информацию
видеоизображение
выводимой
цифровые
дисплеи
способные
отображать
только
алфавитно
цифровую
информацию
дисплеи
способные
отображать
псевдографические
символы
интеллектуальные
дисплеи
обладающие
редакторскими
возможностями
осуществляющие
предварительную
обработку
данных
графические
кторные
растровые
строению
основе
электронно
лучевой
трубки
. CRT — cathode ray tube)
жидкокристаллические
мониторы
англ
. LCD — liquid crystal display)
плазменной
Проекционный
видеопроектор
размещённые
отдельно
объединённые
корпусе
вариант
через
зеркало
систему
зеркал
монитор
Монитор
основанный
OLED - Organic Light- Emitting Diode
Органический
Светоизлучающий
современные
мониторы
общий
подход
для
вывода
полного
цветового
спектра
разделение
цветов
базовые
Вместо
сложных
пикселей
способных
выдавать
множество
оттенков
разработчики
остановили
свой
выбор
пикселях
состоящих
каждый
которых
отображает
оттенки
своего
цвета
красного
зелёного
Если
пользователь
находится
экрана
е
может
отличить
суб
пиксели
друга
воспринимает
единое
Поэтому
подобные
пиксели
могут
составлять
полноцветную
картинку
смешение
красных
зелёных
пикселей
все
три
цвета
равных
пропорциях
можно
создавать
оттенки
чёрного
Выбор
основных
тов
красного
зелёного
может
шокировать
интересующихся
живописью
поскольку
основными
цветами
являются
пурпурный
жёлтый
Однако
здесь
говорим
аддитивных
основных
цветах
сложения
которых
можно
все
остальные
, -
поэтому
ими
стали
красный
зелёный
современные
технологии
дисплеев
ЭЛТ
плазма
пользуют
этот
принцип
5.1.1
Физика цвета 
Цвет
качественная
субъективная
характеристика
электромагнитного
излучения
оптического
диапазона
определяемая
основании
возникающего
физиологического
зрительного
ощущения
зависящая
физических
физиологических
психологических
факторов
Индивидуальное
восприятие
цвета
определяется
его
спектральным
составом
также
яркостным
контрастом
окружающими
источниками
света
также
несветящимися
объектами
Видимое
излучение
это
электромагнитные
волны
воспринимаемые
человеческим
зом
которые
занимают
участок
спектра
380 (
Фиолетовый
780
Красный
Понятие
имеет
смысла
может
относиться
психологическому
ощущению
вызванному
отражением
света
некого
объекта
апельсин
),
так
быть
однозначной
характеристикой
источников
свет
Поэтому
заметить
случаях
когда
хотим
дать
цветовую
характеристику
источников
света
некоторых
цвета
просто
существует
т
серого
коричневого
бурого
света
цвета
возникает
мозге
возбуждении
цветочувствительных
клеток
рецепторов
глазной
сетчатки
человека
другого
животного
колбочках
человека
приматов
существует
колбочек
— «
красные
зелёные
синие
»,
Светочувствительность
колбочек
невысока
поэтому
для
хорошего
восприятия
цвета
необходима
достаточная
освещённость
или
яркость
Наиболее
богаты
овыми
рецепторами
центральные
части
сетчатки
цветовое
ощущение
может
быть
представлено
виде
суммы
ощущений
трех
цветов
трёхкомпонентная
цветового
»).
что
птиц
зрение
четырёхкомпонентно
включает
ближнего
ультрафиолета
выше
300
При
достижении
необходимой
для
восприятия
цвета
яркости
наиболее
ысокочувствительные
сумеречного
палочки
автоматически
отключаются
Субъективное
восприятие
цвета
зависит
также
яркости
адаптации
глаза
фоновому
свету
цветовая
температура
),
цвета
соседних
объектов
наличия
дальтонизма
других
объективных
факторов
также
какой
культуре
принадлежит
данный
способности
имени
цвета
других
ситуативных
сихологических
моментов
спектра
цвета
Впервые
непрерывный
спектр
цветов
Исаак
Ньютон
разбиение
многом
случайно
Скорее
всего
Ньютон
находился
действием
европейской
нумерологии
основывался
семью
нотами
октаве
сравните
металлов
планет
что
послужило
причиной
выделения
именно
тов
XX
веке
Вирт
предложил
октавную
зелёных
холодный
морской
теплый
травяной
),
большого
она
нашла
Практика
художников
наглядно
показывала
что
очень
многие
оттенки
можно
получить
смешением
небольшого
количества
красок
Стремление
натурфилософов
найти
первоосновы
всего
свете
анализируя
явления
природы
всё
ить
элементы
привело
выделению
основных
цветов
»,
качестве
которых
выбрали
красный
зелёный
синий
Англии
основными
цветами
долго
красный
жёлтый
лишь
1860
Максвелл
ввел
RGB (
зелёный
система
настоящее
доминирует
цветовоспроизведения
электронно
ых
трубок
мониторов
телевизоров
1931 CIE
разработала
систему
XYZ,
называемую
также
нормальная
цветовая
1951
Энди
Мюллер
предложил
субтрактивную
CMYK (
зелёный
пурпурный
жёлтый
чёрный
),
которая
преимущества
полиграфии
цветной
фотографии
быстро
прижилась
мониторов
невозможно
воспроизвести
настоящий
спектральный
фиолетовый
цвет
случае
воспринимаемый
нами
фиолетовый
возникает
вследствие
воздействия
сетчатку
глаза
излучения
трального
красного
синего
спектров
эффекту
метамерии
5.1.2
ЖК дисплеи 
Жидкокристаллический
дисплей
плоский
монитор
основе
жидких
кристаллов
Синонимы
монитор
, LCD (
. liquid crystal display),
плоский
индикатор
плоский
дисплей
кристаллы
открыл
1888
ботаник
Рейнитцер
обратил
внимание
что
кристаллов
холестерилбензоата
холестерилацетата
было
две
точки
плавления
соответственно
разных
жидких
состояния
мутное
прозрачное
Однако
учёные
особого
внимания
необычные
свойства
этих
жидкостей
Долгое
время
физики
принципе
признавали
жидких
кристаллов
потому
что
существование
теорию
трёх
состояниях
вещества
твёрдом
жидком
газообразном
Учёные
жидкие
кристаллы
коллоидным
растворам
Научное
доказательство
было
предоставлено
профессором
расбургского
университета
Отто
Леманном
нем
. Otto Lehmann)
после
многолетних
исследований
даже
после
1904
году
написанной
книги
Жидкие
кристаллы
»,
открытию
нашлось
применения
электронику
жидкие
кристаллы
пришли
1963
году
ими
заинтересовалась
RCA
начала
эффектом
динамического
рассеяния
1969
году
Джеймс
Фергюссон
(James Fergason)
обнаружил
эффект
учивания
жидких
кристаллов
нематиков
(twisted nematic effect,
TN effect).
Фергюссон
работал
Кентском
патент
твист
нематические
кристаллы
1971
году
совместно
специалистами
фирмы
Hoffman La Roche,
мирового
производителя
90%
всех
материалов
открытие
было
фундаментальным
многие
дисплеи
используют
принцип
вращения
кристалла
плоскости
поляризации
Надо
есть
другие
принципы
фекты
частности
, Kent Display
выпускает
дисплеи
холестерических
1973
Джордж
Грей
(George Gray)
изобрёл
бифениловый
(biphenyl)
жидкий
кристалл
который
стабильно
работал
условиях
нормального
давления
температуры
1986
году
NEC
выпустила
первый
портативный
компьютер
дисплеем
(LCD, Liquid Crystal Display).
1995
году
диагональ
панелей
превысила
28" (71
Основное
различие
между
технологиями
стоит
том
что
пиксели
сами
излучают
качества
недостатки
технологии
автоматически
выходят
ключевого
принципа
других
пиксель
панели
состоит
пикселей
основных
цветов
принцип
работы
довольно
интересен
кристалл
излучает
работает
качестве
переключателя
именно
поэтому
панелям
всегда
нужна
подсветка
отражённый
свет
который
тоже
может
использоваться
).
Свет
подсветкой
оходит
через
жидкий
кристалл
затем
окрашивается
цветовым
если
фильтр
просто
пропускает
ненужные
цвета
спектра
75%
света
суб
пиксель
имеет
одинаковое
строение
отличается
только
цветовым
фильтром
кристаллом
каждого
суб
пикселя
управлять
зависимости
поворота
проходит
больше
меньше
результате
чего
каждый
пиксель
даёт
или
иное
количество
красного
зелёного
или
синего
цвета
Подсветка
излучает
обычный
неполяризованный
белый
свет
Напомним
что
поляризация
ориентацию
вектора
электрического
поля
Как
представляет
собой
электромагнитную
волну
векторы
электрического
магнитного
полей
направлены
перпендикулярно
направлению
распространения
волны
Лампа
излучает
неполяризованный
свет
вектор
электрического
поля
может
быть
направлен
все
стороны
рпендикулярно
направлению
распространения
волны
того
как
пройдёт
через
поляризатор
вектор
его
электрического
будет
преимущественное
направление
нашем
примере
вертикальное
Если
свет
затем
попадёт
второй
поляризатор
где
ось
поляризации
перпендикулярна
примере
горизонтальная
),
ничего
увидим
попросту
пройдёт
Если
те
уроках
физики
школе
был
такой
опыт
если
разместим
между
двумя
поляризаторами
жидкий
кристалл
повернуть
света
таким
образом
она
второго
поляризатора
Тогда
сможет
пройти
жидких
кристаллов
стало
причиной
технологиях
дисплеев
тересно
сам
себе
материал
имеет
свойств
Его
насильно
сделать
природе
хаотичен
ленив
".
мало
что
способен
вот
под
действием
чужой
воли
есть
ориентации
его
можно
поработать
Огромная
роль
придании
поляризационной
селективности
играет
ориентирующее
покрытие
которое
наносится
хности
обеих
подложек
Именно
качество
ориентирующего
покрытия
определяют
селективность
процесса
поляризации
Благодаря
ориентирующему
происходит
выстраивание
закручивание
молекул
Если
кристалл
электрический
будет
поворачиваться
зависимости
потенциалов
подобно
компаса
ориентирующейся
магнитному
полю
Земли
помощью
электрического
можно
запретить
поворот
поляризации
чего
горизонтальный
поляризатор
свет
уже
будет
проходить
как
будет
оставаться
поляризованным
вертикально
Изменяя
ряжение
краях
жидкого
кристалла
получаем
переключатель
промежуточными
положениями
которые
менее
позволяют
оттенки
цвета
Адресация
дисплеев
пассивной
матрицей
реализуется
примерно
так
как
плазменных
панелей
Передний
электрод
общий
всего
проводит
ток
Задний
электрод
общий
го
ряда
служит
землёй
Недостатки
старых
пассивных
матриц
есть
известны
панели
медлительны
картинка
резкая
причин
тому
две
Первая
заключается
что
после
того
адресуем
пиксель
поворачиваем
кристалл
последний
медленно
возвращаться
своё
состояние
размывая
картинку
Вторая
причина
кроется
ёмкостной
связи
между
линиями
управления
связь
приводит
распространению
напряжения
портит
соседние
пиксели
Чтобы
описанные
недостатки
производители
технологии
активных
сказать
пассивные
матрицы
тоже
временем
совершенствовались
применяются
многих
устройствах
например
товых
телефонах
Здесь
пикселя
добавляется
работающий
как
переключатель
Если
открыт
включён
запоминающий
конденсатор
могут
записываться
данные
Если
транзистор
закрыт
выключен
данные
остаются
конденсаторе
работающем
как
аналоговая
память
имеет
множество
преимуществ
транзистор
закрыт
данные
продолжают
находиться
конденсаторе
поэтому
подводка
пряжения
жидкому
прекратится
время
управляющие
линии
адресовать
другой
пиксель
есть
пиксель
будет
возвращаться
исходное
как
происходило
пассивной
матрицы
Кроме
время
записи
конденсатор
намного
чем
кристалла
можем
опрашивать
пиксели
панели
них
данные
технология
известна
ещё
названием
"TFT" (thin film transistors,
тонкоплёночные
транзисторы
сегодня
она
стала
настолько
популярной
название
для
стало
синонимом
монитором
часто
понимают
дисплей
использующий
технологию
TFT.
Хотя
конечно
мнение
Здесь
используется
намного
ньшее
напряжение
чем
плазменных
панелей
Чтобы
работать
пикселем
достаточно
разницы
потенциалов
-5
+20
что
намного
ниже
сотен
плазменных
панелей
TN+film (Twisted Nematic + film)
названии
технологии
означает
дополнительный
применяемый
для
увеличения
ориентировочно
90°
150°).
настоящее
время
приставку
часто
опускают
матрицы
TN.
сожалению
улучшения
контрастности
времени
отклика
для
нашли
причём
время
отклика
данного
типа
матриц
является
существующий
момент
одно
лучших
вот
уровень
контрастности
нет
TN + film
образом
если
суб
пикселам
прилагается
напряжение
жидкие
поляризованный
который
ускают
поворачиваются
друг
относительно
друга
90°
горизонтальной
плоскости
пространстве
между
двумя
пластинами
так
как
направление
поляризации
фильтра
второй
пластине
составляет
угол
90°
направлением
поляризации
фильтра
первой
пластине
проходит
через
него
Если
красные
зеленые
суб
пиксели
освещены
экране
образуется
белая
точка
достоинствам
технологии
можно
отнести
самое
маленькое
время
отклика
современных
матриц
IPS (In-Plane Switching)
In-Plane Switching
была
разработана
компаниями
предназначалась
для
избавления
недостатков
TN + film.
Однако
хотя
помощью
IPS
добиться
увеличения
обзора
170°,
е
высокой
контрастности
цветопередачи
отклика
осталось
низком
уровне
настоящий
момент
матрицы
технологии
IPS
единственные
мониторов
всегда
передающие
полную
глубину
цвета
RGB — 24
бита
бит
матрицы
всегда
имеют
часть
MVA.
Если
матрице
IPS
приложено
напряжение
молекулы
жидких
исталлов
поворачиваются
фильтр
всегда
повернут
свет
него
Поэтому
отображение
черного
цвета
близко
идеалу
При
выходе
строя
транзистора
пиксель
для
панели
IPS
будет
белым
как
для
матрицы
черным
При
приложении
напряжения
молекулы
жидких
кристаллов
поворачиваются
перпендикулярно
своему
начальному
положению
пропускают
свет
IPS
настоящее
технологией
S-IPS (Super-IPS, Hitachi 1998
год
),
которая
наследует
преимущества
технологии
IPS
одновременным
уменьшением
времени
что
цветность
S-IPS
приблизилась
мониторам
CRT,
контрастность
все
местом
активно
используется
нелях
размером
20", LG.Philips
NEC
остаются
единственными
производителями
панелей
данной
технологии
VA (Vertical Alignment)
MVA — Multi-domain Vertical Alignment. —
технология
разработана
компанией
Fujitsu
компромисс
IPS
технологиями
Горизонтальные
вертикальные
углы
матриц
MVA
составляют
160°(
современных
моделях
мониторов
176—178
отклика
правда
примерно
раза
для
матриц
S-IPS,
цвета
ображаются
гораздо
точно
чем
TN+Film.
MVA
стала
наследницей
технологии
VA,
представленной
1996
году
компанией
Fujitsu.
кристаллы
матрицы
VA
при
напряжении
выровнены
перпендикулярно
отношению
фильтру
есть
пропускают
При
приложении
напряжения
кристаллы
поворачиваются
90°,
экране
появляется
светлая
IPS-
матрицах
пиксели
сутствии
напряжения
пропускают
поэтому
выходе
видны
точки
Достоинствами
MVA
являются
небольшое
время
реакции
глубокий
цвет
отсутствие
как
структуры
кристаллов
двойного
магнитного
поля
Недостатки
MVA
S-IPS:
пропадание
деталей
тенях
при
перпендикулярном
взгляде
зависимость
цветового
баланса
бражения
зрения
время
отклика
Преимущества
явные
преимущества
мире
вычислительной
техники
вышла
благодаря
компьютерам
потом
была
адаптирована
других
сферах
Благодаря
литографии
взятому
полупроводниковой
промышленности
пиксели
могут
маленькими
мониторы
сегодня
серьёзной
альтернативой
громоздким
дисплеям
скоро
вытеснят
рынка
Кроме
того
портативных
мобильных
областях
просто
нельзя
обойтись
набирают
дисплеи
органические
светодиоды
, Organic Light-Emitting Diode),
пока
продвигаются
крохотными
шажками
шения
основе
стоят
дешевле
плазменных
моделей
внимание
следует
принимать
фактор
маркетинга
Если
наблюдается
недостаток
панелей
даже
недорогие
технологии
могут
астрономической
наблюдали
подобное
около
лет
назад
касается
качества
картинки
торы
обеспечивают
яркость
сравнению
дисплеями
Кроме
пиксели
мониторов
мерцают
даже
близком
расстоянии
сможете
наслаждаться
картинкой
телевизоры
отличаются
великолепной
стабильностью
картинки
можете
сидеть
телевизору
устанут
Кроме
яркость
просто
великолепна
картинка
ьте
этому
разумные
цены
достаточно
панелей
уменьшенные
габариты
поймёте
прелесть
Недостатки
сожалению
углы
обзора
телевизоров
могут
достичь
уровня
плазменных
панелей
говоря
уже
Дело
том
излучаемый
подсветкой
свет
проходит
два
ляризатора
лишь
затем
покидает
поверхность
Однако
области
производители
немало
продвинулись
современные
панели
обладают
углами
обзора
достаточными
комнаты
остаётся
ниже
уровня
плазменных
панелей
сегодня
проблема
Существенным
недостатком
можно
считать
недостаточно
глубокий
чёрный
выше
пиксели
панели
работают
как
световые
переключатели
идеальны
часть
света
просачивается
состоянии
когда
переключатель
полностью
закрыт
соответствующий
должен
некоторое
количество
равно
проходит
области
плазменных
панелей
ть
большое
преимущество
здесь
является
чёрным
Отметим
проблему
времени
отклика
себе
технология
кристаллов
медлительна
результате
чего
панели
хуже
подходят
для
фильмов
чем
плазменные
телевизоры
Впрочем
этой
области
прогресс
стоит
появились
торы
которые
весьма
отзывчивы
уровня
далеко
время
приемлемое
отклика
достигнуто
сможете
смотреть
фильмы
телевизионные
передачи
помех
Так
проблема
времени
отклика
остро
стоявшая
несколько
лет
сегодня
практически
решена
как
родное
разрешение
оров
высоко
просмотра
телевизионных
программ
фильмов
требуется
интерполяция
пикселей
крайней
мере
пока
придёт
HDTV.
телевизоры
осуществляют
интерполяцию
более
менее
сносно
больше
диагональ
дисплея
тем
делать
Все
производители
сегодня
работают
проблемой
26"
экранов
уже
достигнут
приемлемый
зультат
видели
интерполированной
картинки
которая
удовлетворила
Впрочем
распространением
видео
высокого
разрешения
Definition)
эта
проблема
существовать
картинка
будет
разрешение
что
5.1.3
Плазменные панели 
Многие
подозревают
плазменная
технология
такая
новая
даже
несмотря
промышленное
использование
начале
годов
Исследования
плазменных
дисплеев
проводились
четыре
десятилетия
60-
годах
была
разработана
четырьмя
учёными
Битцером
(Bitzer),
Слоттоу
(Slottow),
Вилсоном
(Willson)
(Arora).
Первый
сплея
появился
довольно
быстро
1964
Матрица
революционная
для
своего
времени
имела
размер
пикселя
которые
излучали
монохромный
голубой
цвет
Затем
1967
году
размер
матрицы
был
увеличен
16x16
пикселей
этот
раз
она
излучала
монохромный
тёмно
цвет
помощью
неона
Цвет
подбором
газов
различным
спектром
свечения
Сначала
ричные
панели
назывались
газоразрядными
эффективность
излучения
газах
оказалась
очень
слабой
Кстати
выпускаются
матричные
газоразрядные
панели
неоновым
заполнением
Вполне
естественно
что
технология
заинтересовала
производителей
1970
присоединились
такие
компании
как
IBM, NEC, Fujitsu
Matsushita.
сожалению
отсутствия
рынка
оправдывающего
промышленное
1987
году
разработки
США
были
практически
остановлены
последней
компанией
которой
пришлось
сдаться
была
IBM.
учёных
продолживших
работать
этой
технологией
теперь
основные
исследования
проводились
Японии
Принцип
работы
плазменных
дисплеев
довольно
прост
каждый
пиксель
представляет
микроскопическую
флуоресцентную
лампу
излучающую
только
новных
красный
зелёный
или
Регулируя
яркость
свечения
можно
получить
различные
оттенки
свечение
плазменных
дисплеях
достигается
точно
люминесцентных
которые
повсеместно
наблюдаем
внутри
трубки
запаян
инертный
примеру
использующийся
качестве
стабилизатора
дугового
разряда
внутри
ртути
именно
бомбардировка
тяжёлыми
вызывает
свечение
люминофора
ультрафиолетовом
диапазоне
Кстати
минесцентные
лампы
без
ртути
концах
трубки
находятся
электроды
которым
подводится
напряжение
несколько
).
люминесцентных
лампах
такое
напряжение
образуется
при
поджоге
счёт
выброса
балластного
дросселя
Когда
образуется
дуговой
напряжение
падает
80-240
зависимости
режима
прочих
рактеристик
Инертный
нормальном
состоянии
электрически
нейтрален
действием
тока
превращается
плазму
состоящий
свободных
электронов
положительных
ионов
результате
суммарный
заряд
остаётся
нейтральным
потенциалов
несколько
тысяч
электроны
перетекают
положительному
катоду
электроны
отрицательному
аноду
трубки
Подобное
движение
одит
столкновению
атомами
При
каждом
столкновении
атом
набирает
энергию
электроны
высокую
орбиту
возвращаются
изначальную
орбиту
испускают
Излучаемый
является
результатом
движения
плазмы
условиях
электрического
приложения
постоянного
потенциала
недостаточно
Внутри
лжно
постоянно
существовать
движение
свет
поэтому
полюсам
прикладывается
переменный
итоге
газа
движутся
одну
возникает
проблема
что
излучаемый
плазмой
свет
невидим
ультрафиолет
который
человеческий
глаз
способен
воспринимать
Ультрафиолет
кстати
излучается
йности
имеет
длину
волны
короче
видимого
спектра
поэтому
его
удобно
помощью
разных
люминофоров
любой
Поэтому
нужно
превратить
Для
этого
стенки
трубки
порошок
чувствительный
ультрафиолету
излучающий
белый
свет
обычные
лампы
дневного
света
).
Этот
порошок
является
люминофором
еобразует
излучения
Люминофоры
давно
используются
дисплеях
Электронно
лучевые
трубки
тоже
применяют
люминофоры
преобразующие
поток
зелёный
свет
Переложение
технологии
пиксели
плазменного
дисплея
тоже
довольно
логично
пиксель
состоит
идентичных
микроскопических
полостей
содержащих
инертный
енон
электрода
спереди
сзади
как
электродам
будет
приложено
напряжение
плазма
начнёт
перемещаться
При
этом
излучает
ультрафиолетовый
свет
рисунке
фиолетовым
который
попадает
люминофоры
нижней
части
каждой
Люминофоры
излучают
основных
цветов
красный
зелёный
или
цветной
проходит
стекло
попадает
глаз
зрителя
образом
плазменной
технологии
тают
подобно
люминесцентным
трубкам
создание
панелей
них
довольно
Первая
трудность
размер
пикселя
пиксель
плазменной
панели
имеет
объём
200
x 200
x 100
мкм
панели
нужно
уложить
несколько
миллионов
пикселей
одному
вторых
передний
электрод
быть
максимально
прозрачным
Для
используется
оксид
индия
олова
скольку
проводит
ток
прозрачен
сожалению
плазменные
панели
могут
быть
такими
большими
слой
оксида
настолько
тонким
что
при
протекании
больших
токов
сопротивлении
проводников
падение
напряжения
которое
сильно
уменьшит
исказит
Поэтому
приходится
добавлять
промежуточные
соединительные
проводники
хрома
проводит
ток
намного
жалению
непрозрачен
требуется
подобрать
правильные
зависят
требуемого
цвета
Три
люминофора
дают
свет
длиной
между
510
525
для
зелёного
, 610
450
для
синего
Последней
проблемой
остаётся
адресация
пикселей
поскольку
видели
чтобы
получить
требуемый
оттенок
нужно
менять
тенсивность
цвета
независимо
для
пикселей
плазменной
панели
1280x768
пикселей
присутствует
примерно
три
миллиона
суб
пикселей
что
шесть
миллионов
электродов
понимаете
шесть
миллионов
дорожек
для
независимого
управления
пикселями
невозможно
поэтому
дорожки
необходимо
мультиплексировать
Передние
дорожки
обычно
выстраивают
строчки
задние
столбцы
Встроенная
плазменную
панель
электроника
помощью
матрицы
ожек
выбирает
пиксель
необходимо
Операция
происходит
очень
быстро
поэтому
пользователь
ничего
замечает
подобно
сканированию
лучом
мониторах
Преимущества
Люминофоры
для
плазменного
телевизора
обеспечивают
более
широком
диапазоне
Цветовой
диапазон
плазменных
намного
шире
телевизоров
Если
сравнивать
орами
цветовой
диапазон
ряде
случаев
бывает
поскольку
ЭЛТ
возбуждения
люминофора
гораздо
лучше
энергия
электронов
чем
излучения
Затем
обзора
шире
дисплеев
Основной
причиной
является
что
как
сами
излучают
свет
иторов
свет
подсветки
проходит
кристалл
пикселя
Кроме
того
плазменным
панелям
нужен
поляризатор
контрастность
плазмы
аналогична
лучшим
телевизорам
Основная
тому
причина
глубокий
цвет
Выключенный
пиксель
излучает
цвет
совсем
отличие
пикселей
Кроме
плазменные
телевизоры
обладают
большей
яркостью
ЭЛТ
оры
обеспечивая
900
1000
².
Здесь
нюанс
отличие
плазме
физически
невозможно
обеспечить
такую
яркость
всему
экрану
Только
отдельных
площадях
для
питания
панели
потребуется
мощностью
несколько
киловатт
мощные
драйверы
микросхем
управления
просто
расплавятся
Поэтому
азме
используется
принудительное
охлаждение
вентиляторами
сожалению
преобразований
электрическая
энергия
излучение
невысокий
Чтобы
избежать
этого
явления
применяется
военная
анализируется
суммарная
потребляемая
мощность
если
есть
превышения
идёт
принудительный
сброс
средней
яркости
Недостатки
плазменных
панелей
характерное
свойство
большой
размер
пикселей
Достичь
размера
пикселя
меньше
практически
невозможно
Поэтому
плазменные
телевизоры
диагональю
меньше
32" (82
попросту
существуют
касается
качества
картинки
ё
гладко
Проблемы
связаны
природой
пикселей
излучения
света
пиксель
плазмы
требует
электрического
разряда
может
гореть
промежуточного
состояния
Потому
для
управления
яркостью
свечения
производители
используют
метод
кодовой
модуляции
Метод
такой
Чтобы
пиксель
горел
ярко
нужно
часто
зажигать
получения
ного
зажигать
пиксель
можно
Глаз
человека
заметит
яркости
метод
работает
недостатков
Если
средние
оттенки
отображаются
прилично
тёмные
оттенки
страдают
недостатка
света
трудно
отличить
друг
друга
Если
ртинка
расстояния
выглядит
цельной
близком
расстоянии
вряд
сможете
наслаждаться
Установлено
что
человеческий
глаз
замечает
мерцания
частотой
85
это
всегда
природе
зрительная
состоит
собственно
датчиков
программы
обработки
мозге
Датчики
интеграционному
мической
разложение
веществ
под
действием
светового
излучения
преобразование
электрические
потенциалы
передача
).
Интегрирование
параметров
яркости
цвета
происходит
времени
площади
площадь
объектов
мерцание
объектов
мало
заметно
если
поле
зрения
попадут
объекты
большей
площади
модуляцией
кости
85
они
обнаружены
деле
обнаружения
высокочастотных
составляющих
играет
периферическое
оно
отлавливать
компоненты
85-90
Утомление
глаз
происходит
вследствие
того
что
создаются
некомфортные
условия
для
спорадического
сканирования
поля
Если
обнаруживаются
объекты
модуляцией
например
глазные
мышцы
просканировать
именно
периферийную
часть
которая
наибольшую
чувствительность
локализации
таких
объектов
обычной
мышцы
рассчитаны
такие
предельные
нагрузки
Отсюда
накапливается
усталость
Дополнительная
усталость
возникает
мозге
Принятые
стимулы
вибрирующих
пространственных
объектов
относятся
категории
фильтрацию
тратятся
дополнительные
мощности
полностью
избавиться
плазменных
панелях
особенно
просмотра
близкого
расстояния
что
картинка
плазменном
телевизоре
больше
сидеть
экрана
придётся
дальше
Следовательно
большего
погружения
фильм
получится
Кроме
пикселей
плазмы
выгорает
люминофор
мониторе
говременном
выводе
той
картинки
она
станет
заметна
экране
После
этого
даже
смене
картинки
предыдущая
будет
видна
выгравирована
экране
Этот
феномен
связан
преждевременным
старением
люминофоров
Если
постоянно
работают
люминофоры
стареют
становятся
эффективными
Так
плазменные
дисплеи
тоже
ользуют
люминофоры
выгорают
трубки
телевизоров
этот
феномен
ограничивает
срок
службы
плазменных
дисплеев
Несмотря
плазменные
текут
подзаряжать
люминофоры
стареют
сожалению
ничего
поделаешь
Что
ещё
все
сцинтилляторы
стареют
одинаково
канал
выгорает
раньше
хотя
надо
сказать
сегодня
намного
шилась
плазменными
панелями
5.1.4
OLED
 дисплеи 
англ
. Organic Light-Emmitting Diode —
органический
светодиод
тонкоплёночные
светодиоды
которых
качестве
излучающего
применяются
органические
соединения
Основное
применение
технология
OLED
находит
при
устройств
отображения
информации
дисплеев
).
Предполагается
производство
дисплеев
будет
гораздо
дешевле
нежели
производство
жидкокристаллических
дисплеев
При
производстве
дисплеев
используются
полимеры
способные
излучать
световые
волны
при
подаче
электрического
напряжения
Электрический
дводится
органическим
молекулам
которые
испускают
яркий
свет
Преимущества
сравнении
c LCD-
дисплеями
меньшие
габариты
вес
отсутствие
необходимости
подсветке
отсутствие
такого
изображение
без
потери
качества
любого
более
качественная
цветопередача
высокий
контраст
более
низкое
энергопотребление
при
той
сти
возможность
создания
гибких
Яркость
Максимальная
яркость
OLED — 100 000
максимум
составляет
500
причем
такая
яркость
достигается
только
при
определенных
условиях
При
освещении
LCD-
дисплея
лучом
света
появляются
блики
картинка
останется
яркой
насыщенной
любом
уровне
вещенности
даже
прямом
попадании
солнечных
дисплей
Здесь
также
лидер
Устройства
снабженные
дисплеями
обладают
контрастностью
1000000:1 (
LCD 1300:1, CRT 2000:1)
Углы
позволяет
смотреть
дисплей
любой
под
любым
причем
без
потери
качества
изображения
Энергопотребление
Достаточно
низкое
энергопотребление
около
LCD — 25-40
дисплея
0 %,
90 %.
Энергопотребление
FOLED, PHOLED
ещё
ниже
Потребность
преимуществах
демонстрируемых
органическими
дисплеями
каждым
годом
растёт
факт
позволяет
заключить
времени
человечество
увидит
расцвет
данной
технологии
Андрэ
Бернаноз
(André Bernanose)
его
сотрудники
электролюминесценцию
органических
материалах
начале
1950-
прикладывая
переменный
ток
высокого
напряжения
озрачным
тонким
плёнкам
красителя
акридинового
оранжевого
хинакрина
1960-
исследователи
компании
Dow Chemical
разрабатывали
управляемые
переменным
током
электролюминесцентные
ячейки
используя
допированный
антрацен
электрическая
проводимость
ограничивала
развитие
технологии
доступными
более
современные
органические
материалы
полиацетилен
полипиррол
1963
ряде
ёные
сообщили
том
что
наблюдали
высокую
проводимость
допированном
йодом
достигли
проводимости
сожалению
открытие
было
потеряно
».
только
1974
году
исследовали
свойства
бистабильного
выключателя
основе
меланина
высокой
проводимостью
включенном
состоянии
материал
света
включения
77
году
другая
группа
исследователей
сообщила
высокой
проводимости
подобно
окисленном
легированном
йодом
полиацетилене
2000
году
Алан
Хигер
Алан
Диармид
Сиракава
получили
Нобелевскую
премию
химии
развитие
проводящих
органических
полимеров
».
более
открытия
было
Первое
диодное
устройство
было
создано
80-
компанией
Eastman Kodak.
1990
году
журнале
Nature
появляется
статья
учёных
которой
сообщается
полимере
зелёной
светимостью
очень
высоким
Недавно
гибридный
испускающий
слой
был
модернизирован
использованием
непроводящих
полимеров
изолирующих
проводящие
слои
Полимер
используется
его
производства
механических
преимуществ
ухудшая
оптические
свойства
испускают
свет
самую
долговечность
которую
имеют
первоначальном
полимере
Трудности
маленький
срок
службы
люминофоров
некоторых
цветов
2-3
первого
невозможность
создания
долговечных
полноценных
TrueColor
дисплеев
дороговизна
неотработанность
технологии
созданию
больших
матриц
Главная
проблема
для
OLED —
время
непрерывной
лжно
быть
меньше
часов
проблема
которая
настоящее
время
препятствует
широкому
распространению
технологии
состоит
что
красный
могут
непрерывно
работать
десятки
часов
чем
» OLED.
визуально
искажает
изображение
причем
качественного
показа
неприемлемо
для
коммерчески
жизнеспособного
хотя
сегодня
добрался
отметки
17,5
непрерывной
работы
При
дисплеев
телефонов
фотокамер
иных
малых
устройств
достаточно
тысяч
часов
непрерывной
работы
Поэтому
сегодня
используется
них
Принтеры 
Суперкомпьютеры 
Определение
понятия
суперкомпью
англ
. supercomputer)
раз
было
предметом
многочисленных
дискуссий
всего
авторство
термина
приписывается
Джорджу
Мишелю
Сиднею
Фернбачу
конце
годов
века
работавшим
Ливерморской
национальной
лаборатории
компании
Control Data
Corporation.
менее
известен
тот
факт
что
1920
году
газета
New York World
рассказывала
супервычислениях
выполняемых
булятора
IBM,
собранного
заказу
Колумбийского
университета
общеупотребительный
лексикон
термин
суперкомпьютер
вошёл
благодаря
распространённости
компьютерных
систем
Сеймура
Крея
, Control Data 6600, Control Data 7600, Cray-1, Cray-2,
Cray-3
Cray-4.
Сеймур
Крей
разрабатывал
вычислительные
машины
которые
становились
основными
вычислительными
средствами
правительственных
промышленных
научно
технических
проектов
60-
годов
1996
года
айно
определений
суперкомпьютера
было
следующее
: — «
компьютер
который
создал
Сеймур
».
Крей
никогда
называл
свои
детища
суперкомпьютерами
предпочитая
использовать
вместо
этого
обычное
название
компьютер
Компьютерные
системы
Крея
удерживались
вершине
рынка
течение
1985
1990
годы
80-
годы
XX
века
характеризовались
появлением
множества
небольших
конкурирующих
компаний
занимающихся
созданием
высокопроизводительных
компьютеров
однако
середине
большинство
них
оставили
сферу
деятельности
заставило
обозревателей
крахе
рынка
суперкомпьютеров
».
сегодняшний
день
суперкомпьютеры
являются
уникальными
создаваемыми
традиционными
игроками
компьютерного
рынка
такими
как
времени
скалярными
процессорами
скорость
работы
которых
была
несколько
десятков
компьютеров
предлагаемых
другими
компаниями
Большинство
суперкомпьютеров
70-
оснащались
процессорами
началу
80-
небольшое
число
16)
параллельно
работающих
векторных
процессоров
практически
стало
стандартным
суперкомпьютерным
решением
Конец
80-
90-
годов
охарактеризовались
еной
магистрального
направления
развития
суперкомпьютеров
векторно
конвейерной
обработки
большому
сверхбольшому
числу
параллельно
соединённых
скалярных
процессоров
параллельные
системы
объединять
себе
даже
тысячи
отдельных
процессорных
элементов
причём
служить
только
специально
разработанные
общеизвестные
доступные
свободной
продаже
процессоры
нство
параллельных
компьютеров
создавалось
основе
мощных
процессоров
архитектурой
RISC,
наподобие
PowerPC
или
PA-RISC.
конце
90-
высокая
стоимость
специализированных
суперкомпьютерных
решений
нарастающая
потребность
разных
слоёв
общества
доступных
вычислительных
ресурсах
привели
широкому
распространению
компьютерных
кластеров
характеризует
использование
отдельных
узлов
основе
дешёвых
широко
доступных
терных
комплектующих
серверов
компьютеров
объединённых
при
помощи
мощных
коммуникационных
систем
специализированных
программно
аппаратных
решений
Несмотря
кажущуюся
простоту
кластеры
довольно
достаточно
большой
сегмент
суперкомпьютерного
рынка
обеспечивая
высочайшую
производительность
при
минимальной
стоимости
настоящее
время
суперкомпьютерами
принято
называть
компьютеры
вычислительной
числодробилки
или
числогрызы
Такие
машины
используются
работы
приложениями
требующими
наиболее
интенсивных
вычислений
например
прогнозирование
климатических
условий
моделирование
ядерных
испытаний
что
отличает
серверов
мэйнфреймов
. mainframe) —
компьютеров
высокой
общей
производительностью
призванных
типовые
задачи
например
обслуживание
больших
баз
данных
и
одновременная
множеством
пользователей
Иногда
суперкомпьютеры
используются
работы
единственным
приложением
использующим
память
процессоры
системы
других
случаях
они
обеспечивают
выполнение
большого
числа
разнообразных
приложений
TOP500
проект
составлению
описаний
500
самых
мощных
общественно
известных
компьютерных
систем
мира
Проект
был
93
обновлённый
список
суперкомпьютеров
дважды
проект
направлен
надежной
основы
выявления
отслеживания
тенденций
области
высокопроизводительных
вычислений
данным
ноябрь
2008
занимает
8-10
место
числу
установленных
систем
нряду
Индией
Швецией
показателю
Параллельные ЭВМ 
работы
компьютеров
становится
выше
предъявляемые
ним
требования
постоянно
пытаются
воспроизвести
всю
историю
Вселенной
момента
большого
взрыва
сегодняшнего
Фармацевты
хотели
разрабатывать
новые
лекарственные
препараты
помощью
компьютеров
принося
жертву
крыс
летательных
аппаратов
лучшие
езультаты
вместо
строительства
аэродинамических
моделировали
свои
конструкции
компьютере
Если
говорить
коротко
какими
мощными
были
компьютеры
возможностей
никогда
хватит
решения
многих
нетривиальных
задач
особенно
научных
технических
промышленных
тактовая
частота
постоянно
растет
скорость
коммутации
увеличивать
бесконечно
Главной
проблемой
остается
корость
света
невозможно
заставить
протоны
электроны
двигаться
быстрее
высокой
теплоотдачи
компьютеры
превратились
кондиционеры
Наконец
поскольку
размеры
транзисторов
постоянно
уменьшаются
конце
концов
наступит
время
когда
каждый
транзистор
будет
состоять
нескольких
атомов
основной
проблемой
могут
квантовой
механики
например
принцип
неопределенности
Гейзенберга
те
чтобы
иметь
возможность
более
задачи
разработчики
обратились
компьютерам
параллельного
действия
параллельные
компьютеры
).
Невозможно
построить
компьютер
одним
процессором
временем
0,001
зато
можно
компьютер
1000
процессорами
цикла
каждого
которых
составляет
хотя
быстродействия
процессора
случае
идно
мало
теоретически
получить
требуемую
производительность
Параллелизм
можно
вводить
разных
уровнях
самом
низком
уровне
может
быть
реализован
процессоре
счет
конвейеризации
суперскалярной
архитектуры
функциональными
блоками
Скрытого
параллелизма
добиться
значительного
удлинения
командах
Посредством
дополнительных
функций
научить
процессор
овременно
обрабатывать
несколько
программных
потоков
Наконец
можно
установить
одной
микросхеме
несколько
процессоров
Однако
приемы
вместе
взятые
способны
повысить
производительность
максимум
10
сравнению
классическими
последовательными
решениями
возможно
улучшенными
вычислительными
возможностями
правило
подключаемых
цессорах
реализуются
специальные
функции
такие
обработка
сетевых
пакетов
обработка
мультимедийных
данных
криптография
Производительность
специализированных
приложений
этих
функций
может
быть
повышена
5-10
раз
Чтобы
повысить
производительность
сто
или
миллион
раз
необходимо
многочисленные
процессоры
обеспечить
эффективное
взаимодействие
Этот
принцип
реализуется
де
больших
мультипроцессорных
систем
мультикомпьютеров
кластерных
компьютеров
Естественно
объединение
процессоров
единую
систему
порождает
новые
проблемы
которые
нужно
решать
последнее
время
появилась
возможность
интеграции
через
Интернет
целых
организаций
результате
формируются
распределенные
вычислительные
сетки
или
решетки
системы
начинают
развиваться
потенциал
весьма
высок
два
процессора
или
обрабатывающих
элемента
находятся
рядом
обмениваются
большими
объемами
данных
небольшими
они
называются
сильно
ными
(tightly coupled).
Соответственно
когда
процессора
или
обрабатывающих
элемента
располагаются
друга
обмениваются
небольшими
объемами
данных
большими
они
называются
слабо
связанными
(loosely coupled).
данной
главе
обсудим
принципы
разработки
систем
форм
параллелизма
рассмотрим
ряд
примеров
Начав
систем
для
которых
характерен
внутрипроцессорный
параллелизм
остепенно
перейдем
слабо
связанным
системам
завершающей
части
поговорим
распределенных
вычислительных
системах
Примерный
спектр
рассматриваемых
тем
иллюстрирует
Внутрипроцессорный
параллелизм
);
сопроцессор
);
мультипроцессор
);
мультикомпьютер
);
связанная
распределенная
вычислительная
система
6.1.1
Внутрипроцессорный параллелизм 
очевидных
способов
увеличить
производительность
микросхемы
состоит
чтобы
выполнять
больше
операций
единицу
времени
разделе
рассмотрим
некоторые
приемы
повышения
счет
параллелизма
уровне
микросхемы
частности
параллелизм
уровне
команд
многопоточность
размещение
микросхеме
нескольких
процессоров
методики
хоть
аются
друга
иной
степени
помогают
задачу
роднит
базовый
принцип
- "
уплотнение
операций
времени
Низкоуровневый
параллелизм
достигается
частности
вызовом
нескольких
команд
тактовый
Процессоры
которых
реализуется
принцип
делятся
две
суперскалярные
другие
е
упоминались
предыдущих
главах
сейчас
этот
материал
нелишне
повторить
Суперскалярные
процессоры
способны
один
тактовый
цикл
вызывать
несколько
команд
Число
фактически
вызываемых
команд
зависит
конструкции
процессора
так
текущей
ситуации
Аппаратные
ограничения
диктуют
максимальное
число
одновременно
вызываемых
команд
обычно
тому
и
для
выполнения
команды
нужен
недоступный
функциональный
блок
или
еще
полученный
результат
выполнения
другой
команды
такая
команда
будет
вызвана
даже
при
наличии
физической
возможности
вид
параллелизма
уровне
команд
реализуется
процессорах
сверхдлинным
командным
словом
(Very Long Instruction Word, VLIW).
своем
первоначальном
исполнении
системы
действительно
отличались
длинными
словами
командами
обращавшимися
нескольким
функциональным
блокам
примера
рассмотрим
ер
изображенный
включает
пять
функциональных
блоков
способен
одновременно
выполнять
две
целочисленные
операции
операцию
плавающей
точкой
команду
одну
команду
сохранения
одной
команде
системы
содержится
кодов
пять
операндов
коду
й
функциональный
блок
учетом
что
код
занимает
регистр
- 5
бит
ячейка
памяти
бита
длина
команды
может
достигать
134
бита
что
согласитесь
немало
Однако
решение
было
признано
неудачным
все
команды
могли
соответствующим
функциональным
блокам
результате
изобилии
операции
).
современных
должен
быть
предусмотрен
какой
механизм
маркировки
связок
команд
например
может
использоваться
завершения
рис
Процессор
выбрать
связку
целиком
Задача
подготовке
связок
команд
которые
могут
выполняться
совместно
решается
компилятором
Фактически
системах
решение
проблемы
совместимости
переносится
периода
исполнения
компиляции
результате
аппаратное
обеспечение
упрощается
удешевляется
Кроме
того
поскольку
работе
компилятора
жестких
временных
ограничений
команд
формируются
осмысленно
нежели
происходило
период
исполнения
сожалению
ввести
практику
столь
радикальные
образования
архитектуры
процессора
сложно
подтверждается
умеренными
темпами
распространения
процессора
Itanium.
Нелишне
заметить
что
параллелизм
уровне
команд
является
единственно
возможной
низкоуровневого
параллелизма
Существует
также
параллелизм
уровне
памяти
предусматривающий
одновременное
исполнение
множества
6.1.2
Сопроцессоры 
Разобравшись
методами
реализации
внутрипроцессорного
параллелизма
рассмотрим
варианты
повышения
быстродействия
компьютера
счет
введения
специализированного
процессора
сопроцессоры
разнообразны
числе
масштабу
мэйнфреймах
IBM 360
последующих
моделях
этой
для
ввода
вывода
предусмотрены
независимые
каналы
составе
CDC 6600
было
независимых
процессоров
отвечавших
ввод
вывод
ласть
применения
сопроцессоров
обработка
арифметические
операции
плавающей
точкой
микросхему
можно
рассматривать
сопроцессор
Иногда
процессор
передает
сопроцессору
исполнение
команду
набор
команд
иных
случаях
сопроцессор
действует
независимо
выполняет
собственные
команды
Конструктивно
сопроцессоры
могут
быть
выполнены
корпусе
пример
каналы
ввода
вывода
IBM 360),
де
подключаемой
платы
сетевых
процессорах
установлены
основной
микросхеме
таковы
сопроцессоры
обработки
чисел
плавающей
точкой
).
было
все
эти
варианты
объединяет
подчиненная
сопроцессора
отношению
основному
процессору
рассмотрим
несколько
областей
которых
применение
сопроцессоров
приводит
ощутимому
повышению
стродействия
числе
сетевую
поддержку
обработку
мультимедийных
данных
криптографию
6.1.3
Мультипроцессоры 
параллельной
компьютерной
системе
процессоры
выполняющие
части
единого
должны
как
взаимодействовать
другом
чтобы
обмениваться
информацией
Как
именно
должен
происходить
обмен
Для
этого
было
предложено
реализовано
две
стратегии
мультипроцессоры
мультикомпьютеры
Ключевое
различие
между
стратегиями
состоит
наличии
или
отсутствии
общей
памяти
различие
сказывается
устройстве
программировании
таких
так
стоимости
размерах
Параллельный
компьютер
котором
процессоры
совместно
используют
общую
физическую
называется
мультипроцессором
или
системой
общей
памятью
).
Все
процессы
работающие
мультипроцессоре
совместно
могут
иметь
единое
виртуальное
адресное
пространство
отображенное
общую
помощью
команд
LOAD
STORE
может
считать
слово
памяти
или
записать
слово
память
Больше
ничего
требуется
процесса
имеют
возможность
легко
обмениваться
информацией
для
один
них
записывает
данные
память
другой
считывает
Рис
Мультипроцессор
имеющих
общую
память
);
изображение
разделенное
16
каждую
которых
анализирует
процессор
Благодаря
возможности
взаимодействия
более
процессов
мультипроцессоры
весьма
популярны
модель
понятна
программистам
позволяет
широкий
задач
примера
рассмотрим
программу
которая
анализирует
битовое
отображение
составляет
объектов
копия
изображения
хранится
памяти
показано
Каждый
процессоров
запускает
процесс
призванный
анализировать
одну
16
секций
Если
процесс
один
его
объектов
переходит
границу
секции
процесс
переходит
вслед
объектом
следующую
секцию
считывая
слова
ой
секции
нашем
примере
некоторые
объекты
обрабатываются
несколькими
процессами
поэтому
конце
потребуется
некоторая
координация
чтобы
определить
количество
домов
деревьев
самолетов
все
процессоры
мультипроцессоре
используют
единое
адресное
пространство
функционирует
только
одна
копия
операционной
Соответственно
имеется
только
одна
карта
памяти
таблица
процессов
Когда
оцесс
блокируется
процессор
сохраняет
состояние
таблицах
операционной
системы
затем
просматривает
таблицы
поисках
процесса
Именно
такая
организация
основе
которой
лежит
единая
отличает
мультипроцессор
мультикомпьютера
Мультипроцессор
как
компьютеры
должен
содержать
устройства
диски
сетевые
одних
мультипроцессорных
системах
только
определенные
процессоры
доступ
устройствам
вывода
следовательно
обладают
специальными
средствами
вывода
других
мультипроцессорных
каждый
процессор
может
получить
доступ
устройству
ввода
вывода
Если
процессоры
имеют
равный
доступ
всем
модулям
памяти
устройствам
да
вывода
между
процессорами
возможна
полная
взаимозаменяемость
такой
мультипроцессор
называется
симметричным
помощью
этих
команд
может
получить
доступ
локальной
памяти
данного
процессора
Таким
мультипроцессоры
имеют
одно
физическое
адресное
пространство
разделяемое
всеми
процессорами
мультикомпьютеры
содержат
отдельные
физические
адресные
для
каждого
процессора
процессоры
мультикомпьютере
взаимодействовать
друг
другом
простыми
общей
памяти
процессоры
обмениваются
щениями
через
связывающую
коммуникационную
сеть
качестве
примеров
мультикомпьютеров
можно
назвать
IBM BlueGene/L, Red
Storm
кластер
При
отсутствии
общей
памяти
реализованной
аппаратно
предполагается
определенная
программная
структура
мультикомпьютере
невозможно
иметь
единое
процессоров
виртуальное
адресное
пространство
позволяющее
считывать
записывать
информацию
командами
LOAD
STORE.
Например
процессор
верхнем
углу
с
присвоим
процессору
номер
его
объекта
попадает
секцию
относящуюся
следующему
пусть
будет
процессор
1),
может
просто
информацию
памяти
чтобы
изображение
самолета
самое
обнаружит
процессор
рис
сможет
просто
итать
информацию
памяти
процессора
1.
данном
случае
алгоритм
получения
данных
должен
другим
Мультикомпьютер
процессоров
каждый
которых
имеет
собственную
память
);
битовая
карта
изображения
разделенная
между
модулями
памяти
Сначала
процессору
нужно
выяснить
какой
процессор
содержит
необходимые
данные
процессору
сообщение
просом
данных
Затем
процессор
блокируется
получения
ответа
Когда
процессор
получает
сообщение
оно
программно
анализируется
после
чего
затребованные
данные
передаются
обратно
процессор
получает
ответное
сообщение
блокировка
программно
снимается
процессор
работу
мультикомпьютере
взаимодействия
между
процессорами
используются
примитивы
send
receive.
Поэтому
программное
обеспечение
мультикомпьютера
еет
сложную
структуру
чем
программное
обеспечение
мультипроцессора
При
основной
проблемой
становится
правильное
распределение
данных
разумное
размещение
Это
одно
отличие
мультикомпьютера
мультипроцессора
размещение
данных
правильность
решения
задачи
может
производительность
Короче
говоря
мультикомпьютер
программировать
гораздо
чем
мультипроцессор
Возникает
вопрос
зачем
вообще
создавать
мультикомпьютеры
ли
мультипроцессоры
гораздо
проще
программировать
Ответ
создать
большой
мультикомпьютер
проще
дешевле
чем
мультипроцессор
процессоров
Реализация
общей
памяти
совместно
используемой
несколькими
сотнями
процессоров
, -
весьма
задача
разработать
мультикомпьютер
содержащий
10 000
процессоров
довольно
легко
Далее
этой
рассмотрим
мультикомпьютер
000
процессорами
образом
сталкиваемся
дилеммой
мультипроцессоры
сложно
легко
программировать
мультикомпьютеры
строить
программировать
результате
постоянно
предпринимаются
попытки
создания
гибридных
систем
попытки
привели
осознанию
того
факта
совместную
память
можно
реализовывать
разному
причем
каждый
вариант
будет
иметь
достоинства
актически
исследования
области
параллельных
компьютерных
направлены
создание
гибридных
форм
которые
сочетают
достоинства
обеих
систем
Здесь
важно
добиться
масштабируемости
разработать
такую
которая
будет
продолжать
исправно
работать
при
добавлении
все
новых
новых
процессоров
6.1.5
Классификация параллельных компьютерных систем 
многие
годы
было
предложено
построено
множество
видов
параллельных
компьютерных
систем
хотелось
как
либо
классифицировать
Это
разными
результатами
пытались
делать
многие
исследователи
сожалению
хорошей
классификации
нет
Чаще
всего
используют
классификация
Флинна
даже
является
достаточно
грубой
основе
икации
лежат
понятия
потоков
команд
данных
Поток
команд
соответствует
счетчику
команд
Система
процессорами
имеет
счетчиков
команд
следовательно
потоков
команд
Поток
данных
состоит
набора
операндов
Потоки
данных
какой
степени
независимы
поэтому
существует
комбинации
таких
потоков
SISD
(Single Instruction stream Single Data stream -
один
команд
это
классическая
последовательная
компьютерная
архитектура
фон
Неймана
Компьютер
Неймана
имеет
команд
один
поток
данных
каждый
момент
времени
выполнять
только
одно
действие
машины
относящихся
категории
SIMD
(Single Instruction-stream
Multiple Data-stream -
один
команд
несколькими
потоками
данных
),
один
блок
управления
выдающий
одной
при
несколько
которые
могут
обрабатывать
несколько
наборов
данных
одновременно
Прототип
SIMD-
машин
процессор
ILLIAC IV.
SIMD-
машины
распространенных
некоторых
ычных
компьютерах
для
обработки
мультимедийных
данных
используются
SIMD-
команды
. SSE-
команды
процессорах
Pentium
категории
SIMD-
команд
любом
существует
одна
область
идеи
почерпнутые
мира
SIMD",
выходят
план
, -
потоковые
процессоры
Потоковые
процессоры
специально
разработаны
обработки
мультимедийных
данных
будущем
играть
важную
(Multiple Instruction-stream Single Data-stream -
несколько
потоков
команд
одним
потоком
данных
довольно
странная
Здесь
несколько
команд
оперируют
набором
данных
Трудно
существуют
такие
машины
хотя
некоторые
относят
категории
машины
конвейерами
Последняя
категория
MIMD
(Multiple Instruction-stream Multiple Data-stream -
несколько
потоков
команд
несколькими
потоками
данных
).
Здесь
несколько
независимых
процессоров
работают
как
часть
большой
темы
категорию
попадают
большинство
параллельных
процессоров
мультипроцессоры
мультикомпыотеры
машины
классификацию
Флинна
машины
нас
две
подгруппы
первую
подгруппу
попадают
многочисленные
суперкомпьютеры
другие
машины
которые
оперируют
векторами
выполняя
операцию
каждым
элементом
вектора
вторую
группу
попадают
машины
ILLIAC IV,
которых
главный
блок
управления
посылает
команды
нескольким
независимым
классификации
категория
MIMD
мультипроцессоры
машины
общей
памятью
мультикомпьютеры
машины
обменом
сообщениями
Существует
три
мультипроцессоров
друг
механизмом
доступа
общей
памяти
называются
UMA (Uniform
Memory Access -
однородный
доступ
памяти
), NUMA (NonUniform Memory Access -
неоднородный
доступ
СОМА
(Cache Only Memory Access -
доступ
только
кэш
памяти
).
разбиение
егории
имеет
поскольку
больших
мультипроцессорах
память
делится
несколько
модулей
UMA-
машинах
каждый
процессор
имеет
доступа
любому
модулю
памяти
Иными
словами
каждое
слово
может
быть
считано
памяти
что
другое
слово
технически
невозможно
ращения
замедляются
самым
медленным
поэтому
программист
никакой
разницы
значит
однородный
доступ
Такая
однородность
делает
производительность
предсказуемой
фактор
очень
важен
для
создания
эффективных
программ
NUMA-
машина
напротив
обладает
свойством
однородности
Обычно
каждого
процессора
модулей
который
нему
ближе
чем
другие
поэтому
доступ
модулю
памяти
происходит
быстрее
другим
случае
точки
зрения
производительности
важно
где
окажутся
программа
данные
Доступ
СОМА
машинам
тоже
оказывается
неоднородным
другой
причине
Подробнее
каждый
рассмотрим
позднее
когда
дем
изучать
соответствующие
подкатегории
вторую
основную
категорию
MIMD-
машин
попадают
мультикомпьютеры
которые
отличие
мультипроцессоров
имеют
общей
памяти
архитектурном
уровне
словами
система
процессора
входящего
состав
мультикомпьютера
сможет
получить
доступ
памяти
другого
просто
выполнив
команду
Процессору
придется
сообщение
ждать
а
способность
операционной
системы
считать
слово
удаленного
модуля
памяти
помощью
команды
LOAD
отличает
мультипроцессоры
мультикомпьютеров
уже
отмечали
хотя
даже
мультикомпьютере
пользовательские
программы
могут
обращаться
другим
модулям
памяти
помощью
команд
STORE,
эта
способность
подкреплена
аппаратно
иллюзию
создает
операционная
Разница
незначительна
жна
Так
мультикомпьютеры
имеют
непосредственного
доступа
модулям
относят
категории
NORMA (NO Remote Memory Access -
отсутствие
удаленного
доступа
памяти
Мультикомпьютеры
можно
две
дополнительные
категории
категории
(Massively Parallel Processor -
процессор
параллелизмом
относятся
дорогостоящие
суперкомпьютеры
которые
состоят
количества
процессоров
связанных
высокоскоростной
внутренней
ммуникационной
сетью
хорошо
известного
коммерческого
примера
назвать
суперкомпьютер
SP/3
IBM.
Вторая
категория
мультикомпьютеров
включает
обычные
персональные
компьютеры
или
рабочие
станции
иногда
смонтированные
стойки
которые
связываются
соответствии
той
иной
коммерческой
коммуникационной
точки
принципиальной
здесь
мощный
суперкомпьютер
стоимостью
ллионы
долларов
безусловно
используется
иначе
собранная
конечными
пользователями
компьютерная
сеть
которая
обходится
много
любой
МРР
машины
доморощенные
системы
иногда
называют
сетями
рабочих
станций
(Network Of Workstations, NOW),
кластерами
рабочих
(Cluster Of Workstattions, COW),
просто
кластерами
(cluster).
Другие классификации 
Классификация
Хокни
(R. Hockney)
Классификация
машин
MIMD-
архитектуры
Переключаемые
общей
памятью
распределённой
памятью
Конвейерные
Сети
регулярные
решётки
гиперкубы
иерархические
структуры
изменяющие
конфигурацию
конвейерных
архитектур
Хокни
попадают
машины
конвейерным
устройством
обработки
работающим
режиме
разделения
времени
для
отдельных
потоков
Машины
которых
поток
обрабатывается
своим
собственным
устройством
Хокни
назвал
переключаемыми
переключаемых
машин
попадают
которых
возможна
связь
каждого
процессора
каждым
реализуемая
помощью
переключателей
распределённой
памятью
есть
разделяемый
машина
называется
При
рассмотрении
машин
сетевой
структурой
Хокни
е
имеют
распределённую
память
Дальнейшую
классификацию
проводил
соответствии
топологией
Классификация
(T. Feng)
1972
году
Фенг
предложил
классифицировать
вычислительные
системы
основе
простых
характеристик
Первая
бит
машинном
слове
обрабатываемых
параллельно
при
выполнении
машинных
инструкций
Практически
всех
современных
компьютерах
число
совпадает
ной
машинного
Вторая
характеристика
равна
числу
слов
обрабатываемых
одновременно
данной
Немного
изменив
терминологию
функционирование
можно
представить
как
параллельную
обработку
слоёв
каждом
которых
независимо
преобразуются
бит
Каждую
вычислительную
систему
описать
парой
чисел
Произведение
P = n x m
определяет
интегральную
характеристику
потенциала
параллельности
архитектуры
Фенг
максимальной
степенью
параллелизма
сификация
Классификация
Скилликорна
(1989)
была
очередным
расширением
классификации
Флинна
Архитектура
любого
компьютера
классификации
Скилликорна
рассматривается
виде
комбинации
четырёх
абстрактных
компонентов
процессоров
команд
(Instruction Processor —
интерпретатор
команд
может
отсутствовать
системе
),
процессоров
данных
(Data Processor —
преобразователь
данных
),
памяти
(Instruction Memory, Data Memory —
программ
данных
),
переключателей
связывающих
процессоры
Переключатели
четырёх
в
— «1-1»
пару
устройств
), «n-n» (
связывает
каждое
одного
множества
соответствующим
ему
устройством
другого
множества
фиксирует
попарную
), «n x n»
любого
устройства
множества
любым
устройством
другого
множества
).
Классификация
Скилликорна
основывается
восьми
характеристиках
Количество
процессоров
команд
IP
команд
переключателя
между
IP
Количество
процессоров
DP
данных
переключателя
между
DM
переключателя
между
IP
DP
переключателя
между
Семантика памяти 
всех
мультипроцессорах
процессорам
образ
общего
единого
адресного
пространства
часто
наряду
ним
имеется
множество
модулей
памяти
которых
хранится
какой
фрагмент
физической
памяти
Процессоры
модули
памяти
соединяются
сложной
коммуникационной
сетью
Несколько
процессоров
попытаться
считать
слово
памяти
оцессоры
будут
его
записать
сообщения
доставляться
том
котором
были
отправлены
Добавим
проблемам
существование
многочисленных
копий
некоторых
фрагментов
памяти
например
памяти
),
результате
придем
принять
серьезные
контрмеры
этом
подразделе
выясним
что
действительности
едставляет
собой
общая
память
при
таких
обстоятельствах
можно
разумно
использовать
модули
памяти
памяти
можно
рассматривать
как
контракт
между
программным
памяти
Если
программное
соглашается
определенным
правилам
память
соглашается
выдавать
определенные
результаты
проблема
правила
которые
называются
моделями
состоятельности
дложено
разработано
множество
таких
Чтобы
представить
себе
суть
проблемы
предположим
что
процессор
записывает
значение
какое
памяти
немного
позже
процессор
записывает
значение
самое
слово
Процессор
считывает
слово
получает
значение
Должен
владелец
компьютера
обратиться
этого
ремонта
исит
того
обещано
контракте
6.2.1
Строгая состоятельность 
простая
модель
модель
состоятельности
такой
модели
при
любом
считывании
адреса
возвращается
значение
самой
последней
записи
Программистам
очень
нравится
можно
реализовать
практике
только
следующим
образом
должен
единственный
модуль
памяти
просто
обслуживающий
запросы
поступления
первым
первым
обработан
кэширование
дублирование
данных
допускаются
подход
значительно
затормозил
работу
памяти
поэтому
рассматриваться
качестве
серьезного
предложения
6.2.2
Секвенциальная состоятельность 
Следующей
рассмотрим
модель
секвенциальной
состоятельности
соответствии
этой
моделью
при
наличии
запросов
чтение
обработки
запросов
определяется
аппаратно
процессоры
воспринимают
порядок
Рассмотрим
пример
Предположим
процессор
записывает
значение
100
слово
через
процессор
записывает
туда
значение
200.
предположим
что
через
после
начала
операции
процесс
еще
закончен
два
других
процессора
считывают
слово
два
.).
Возможные
варианты
очередности
шести
представлены
ианте
процессора
получают
значение
200
каждой
операций
считывания
варианте
процессор
получает
100
200,
процессор
4 -
раза
200.
третьем
варианте
процессор
получает
два
раза
100,
процессор
4 -
значения
200
100.
варианты
как
некоторые
другие
которые
ы
Память
построенная
соответствии
моделью
секвенциальной
состоятельности
никогда
позволит
процессору
получить
значения
100
200,
процессор
получает
значения
200
100.
Если
произошло
точки
зрения
процессора
означало
запись
значения
100
процессором
завершилась
раньше
значения
200,
которую
осуществляет
процессор
2.
вполне
возможно
точки
зрения
оцессора
также
значит
запись
процессором
числа
200
завершилась
записи
процессором
100.
себе
такой
результат
тоже
возможен
противоречит
результату
Секвенциальная
состоятельность
гарантирует
единую
глобальную
воспринимаемую
всеми
процессорами
последовательность
записи
Если
точки
зрения
процессора
первым
записывается
значение
100,
процессор
должен
видеть
самое
секвенциальной
состоятельности
выглядят
жестокими
",
как
правила
строгой
тоже
полезна
несколько
событий
совершаются
одновременно
считается
самом
происходят
определенном
который
может
выбираться
произвольно
),
процессоры
воспринимают
именно
порядок
Хотя
положение
дел
идным
рассмотрим
некоторые
модели
состоятельности
гарантируют
подобного
порядка
6.2.3
Процессорная состоятельность 
Процессорная
состоятельность
слишком
модель
легче
реализовать
больших
мультипроцессорах
имеет
свойства
процессоры
операции
любого
процессора
том
котором
эти
выполняются
процессоры
все
операции
любое
слово
памяти
одном
том
порядке
пункта
важны
первом
говорится
если
начинает
какое
либо
место
памяти
именно
таком
порядке
другие
процессоры
увидят
записи
порядке
Иными
словами
никогда
произойдет
чтобы
какой
процессор
ачала
значение
затем
значение
Второй
пункт
нужен
чтобы
каждое
слово
памяти
имело
определенное
недвусмысленное
значение
после
того
как
процессор
совершил
несколько
записей
это
слово
затем
остановился
видеть
последнее
таких
разработчика
о
возможностей
Посмотрим
произойдет
процессор
начинает
операции
значений
одновременно
тремя
процессора
1.
Другие
процессоры
которые
заняты
считыванием
слов
памяти
увидят
какую
последовательность
например
или
процессорной
состоятельности
гарантируется
каждый
процессор
видит
отличие
секвенциальной
состоятельности
).
Вполне
может
быть
так
одни
процессоры
воспринимают
порядок
другие
третьи
еще
какой
нибудь
риант
Единственное
что
гарантируется
точно
, -
один
процессор
увидит
последовательность
которой
сначала
выполняется
операция
затем
Порядок
котором
выполняются
обращения
одного
того
процессора
остается
одинаковым
для
всех
наблюдателей
6.2.4
Слабая состоятельность 
модели
состоятельности
гарантируется
что
операции
произведенные
процессором
восприниматься
другими
порядке
[59].
процессор
может
увидеть
сначала
операцию
потом
другой
сначала
потом
Чтобы
внести
порядок
хаос
должны
иметься
переменные
памяти
поддерживаться
операция
синхронизации
При
нхронизации
незаконченные
операции
завершаются
одна
новая
может
начаться
будут
завершены
все
предыдущие
записи
завершится
сама
синхронизация
Синхронизация
приводит
память
устойчивое
состояние
остается
никаких
незавершенных
Сами
синхронизации
являются
секвенциально
состоятельными
если
инициируются
несколькими
процессорами
бирается
определенный
порядок
выполнения
причем
все
процессоры
воспринимают
порядок
При
слабой
состоятельности
время
разделяется
строго
последовательные
периоды
разделенные
синхронизации
.).
Никакого
особого
гарантируется
процессоры
могут
воспринимать
разному
ки
одного
процессора
сначала
может
выполняться
операция
затем
точки
другого
сначала
затем
Такая
допустима
Однако
всех
процессоров
операция
выполнена
поскольку
записи
начаться
только
после
как
ходе
синхронизации
завершились
записи
Таким
помощью
операций
синхронизации
программно
вносить
некий
последовательность
событий
занимает
некоторое
время
поскольку
требует
очистки
конвейера
6.2.5
Свободная состоятельность 
Слабая
состоятельность
очень
эффективная
модель
поскольку
требует
завершения
всех
памятью
задерживает
выполнение
новых
операций
завершены
предыдущие
модели
свободной
состоятельности
дела
обстоят
лучше
поскольку
здесь
используется
похожее
критические
программы
Идея
состоит
следующем
процесс
выходит
пределы
еской
области
это
значит
что
все
записи
должны
немедленно
завершиться
Требуется
чтобы
записи
были
завершены
того
как
какой
нибудь
процесс
снова
войдет
критическую
область
модели
синхронизации
разделяется
операции
Чтобы
считать
совместно
используемую
переменную
процессор
о
программное
обеспечение
сначала
должен
acquire
переменной
синхронизации
позволит
получить
монопольный
доступ
общим
данным
Далее
процессор
может
этими
данными
требуется
считывать
или
записывать
),
завершении
выполнить
release
переменной
чтобы
показать
что
завершил
работу
release
ения
незаконченных
записей
может
завершиться
пока
закончатся
все
ранее
начатые
Более
того
операции
памятью
начинаться
сразу
начинается
следующая
операция
acquire,
производится
проверка
все
предыдущие
операции
release
завершены
Если
операция
acquire
задерживается
пор
елано
перед
тем
завершатся
все
операции
release,
должны
быть
завершены
операции
записи
).
образом
следующая
acquire
выполняется
через
достаточно
длительный
промежуток
времени
последней
операции
release,
ждать
она
может
войти
критическую
область
без
Если
операция
выполняется
через
небольшой
промежуток
ни
release,
все
команды
которые
должны
выполняться
следом
ожидает
завершения
операций
release.
гарантирует
все
переменные
критической
Такая
модель
немного
сложнее
модель
слабой
состоятельности
имеет
существенное
преимущество
здесь
нужно
задерживать
выполнение
так
как
модели
состоятельности
Мультипроцессоры 
6.3.1
UMA
Ǧмультипроцессоры 
Самые
простые
мультипроцессоры
имеют
всего
шину
рис
или
модулей
памяти
используют
шину
для
Если
процессору
считать
слово
памяти
сначала
проверяет
свободна
шина
Если
шина
свободна
процессор
помещает
адрес
нужного
устанавливает
несколько
управляющих
сигналов
память
поместит
шину
запрошенное
слово
Три
варианта
мультипроцессора
одной
шине
отдельными
модулями
локальной
памяти
Если
процессор
просто
когда
она
связана
одна
проблема
личии
или
процессоров
доступ
шине
регулировать
сложно
трудности
возникают
процессоров
32
или
Производительность
системы
этом
случае
полностью
определяется
способностью
шины
многим
процессорам
большую
часть
времени
приходится
простаивать
Чтобы
разрешить
проблему
нужно
добавить
каждому
процессору
как
показано
ь
может
находиться
внутри
микросхемы
процессора
рядом
микросхемой
процессора
плате
процессора
Допустимы
комбинации
вариантов
Поскольку
этом
случае
считывать
многие
можно
будет
кэша
трафик
шине
снизится
сможет
обслуживать
большее
количество
процессоров
образом
дает
данном
случае
значительный
эффект
ждый
процессор
имеет
локальную
память
которой
получает
доступ
через
локальную
шину
).
Чтобы
оптимально
задействовать
конфигурацию
компилятор
должен
поместить
локальные
модули
памяти
программный
код
строки
константы
другие
данные
предназначенные
только
чтения
также
локальные
переменные
память
потребуется
только
хранения
совместно
используемых
переменных
большинстве
такое
разумное
распределение
значительно
снижает
интенсивность
трафика
шине
активного
стороны
компилятора
Согласованность кэшей 
Предположим
что
память
секвенциально
состоятельна
происходит
когда
кэше
некую
строку
процессор
пытается
считать
слово
соответствующее
строке
При
отсутствии
специальных
правил
процессор
получит
копию
строки
свой
принципе
двойное
кэширование
одной
строки
приемлемо
предположим
оцессор
изменяет
строку
после
этого
процессор
считывает
этой
строки
своей
памяти
результате
получает
устаревшие
данные
контракт
программным
памятью
хорошему
для
программы
выполняемой
процессором
2,
приведет
проблема
которая
носит
название
проблемы
согласованности
жна
будет
использовать
число
мультипроцессоров
подсоединенных
шине
придется
сократить
Специалистами
было
предложено
множество
различных
решений
алгоритмы
называемые
протоколами
согласования
КЭШей
некоторых
деталях
различаются
все
допускают
одновременного
разных
версий
одной
или
кэшах
всех
решениях
контроллер
памяти
разрабатывается
так
чтобы
обеспечивать
мониторинг
запросов
идущих
шине
процессоров
других
каждом
конкретном
случае
предпринимая
иные
действия
Указанное
устройство
получило
название
следящего
(snooping cache),
поскольку
ной
Набор
правил
которым
следуют
кэш
процессоры
основная
память
чтобы
предотвратить
появление
различных
версий
данных
нескольких
кэшах
называют
протоколом
согласования
кэшей
Единицей
передачи
хранения
является
строка
КЭШа
Обычно
длина
строки
кэша
составляет
32
или
байт
простой
протокол
согласования
кэшей
называется
сквозной
(write through).
понять
механизм
этого
протокола
рассмотрим
случая
перечисленные
Если
процессор
пытается
считать
слово
которого
нет
памяти
контроллер
кэш
памяти
строку
содержащую
Строку
предоставляет
основная
память
которая
протоколе
всегда
должна
хранить
обновленные
дальнейшем
информация
может
случае
промаха
модифицированное
слово
записывается
основную
память
содержащая
нужное
слово
загружается
случае
попадания
записи
обновляется
слово
тому
записывается
основную
память
протокола
состоит
что
результате
записи
записываемое
обязательно
проходит
основную
память
чтобы
данные
основной
памяти
всегда
были
свежими
".
Рассмотрим
все
действия
снова
позиции
кэша
крайняя
правая
табл
овем
кэш
который
действия
1,
кэш
2.
Если
происходит
кэша
1,
обращается
шине
чтобы
получить
нужную
основной
памяти
ничего
делает
Если
попадание
чтения
1 (
есть
строка
уже
обращение
е
выполняется
поэтому
ничего
знает
кэш
попаданиях
чтения
Процесс
записи
более
интересен
Если
процессор
записывает
слово
кэш
обращается
шине
случае
кэш
промаха
попадания
При
записи
кэш
проверяет
наличие
записываемого
слова
себя
Если
отсутствует
ш
рассматривает
как
промах
удаленной
памяти
ничего
делает
Отметим
что
удаленной
памяти
означает
слово
отсутствует
следящем
кэше
есть
кэше
инициаторе
нет
Таким
образом
один
запрос
может
дать
локальное
кэш
попадание
омах
для
кэша
наоборот
теперь
предположим
записывает
которое
кэше
Если
ничего
предпримет
будет
содержать
устаревшие
данные
поэтому
кэш
помечает
недействительный
тот
элемент
памяти
который
содержит
измененное
слово
результате
элемент
просто
удаляется
кэша
Поскольку
е
кэши
всеми
обращениями
шине
запись
обновлению
его
инициаторе
основной
памяти
также
его
всех
других
Таким
образом
предотвращается
появление
несогласованных
версий
Естественно
процессор
вправе
прочитать
слово
цикле
кэш
слово
основной
памяти
которая
обновилась
этот
момент
основная
память
содержат
идентичные
этого
слова
Если
какой
нибудь
процессор
произведет
запись
процессоров
очищены
основная
память
обновится
Возможны
различные
вариации
основного
протокола
Например
ае
попадания
следящий
обычно
объявляет
недействительным
элемент
содержащий
записываемое
слово
Однако
вместо
того
чтобы
объявлять
слово
недействительным
можно
принять
новое
значение
кэш
существу
обновление
кэша
самое
объявление
недействительным
последующим
считыванием
нужного
слова
памяти
всех
протоколах
кэширования
но
делать
между
стратегией
обновления
стратегией
объявления
данных
недействительными
протоколы
работают
разному
при
разной
нагрузке
Сообщения
полезную
следовательно
они
размеру
сообщения
недействительности
зато
предотвратить
последующие
промахи
вариант
загрузка
следящего
и
промахах
Такая
загрузка
никак
сказывается
правильности
алгоритма
она
влияет
только
производительность
Возникает
вопрос
какова
вероятность
что
только
что
записанное
вскоре
записано
Когда
вероятность
высока
можно
говорить
кэша
при
промахах
политика
заполнения
вероятность
случае
кэш
промаха
записи
лучше
память
Если
данное
слово
вскоре
должно
быть
считано
после
промаха
чтения
все
окажется
загруженным
поэтому
нет
загружать
при
ш
промахе
записи
большинство
простых
решений
эффективно
Каждая
записи
передачи
данных
основную
шине
большом
количестве
процессоров
шина
становится
узким
местом
Поэтому
были
разработаны
другие
протоколы
Все
они
имеют
общее
свойство
каждая
операция
ведет
писи
основную
память
Вместо
изменении
строки
кэша
внутри
кэша
устанавливается
бит
который
указывает
что
строка
кэше
правильная
памяти
нет
конечном
итоге
данную
строку
равно
придется
память
вполне
вероятно
что
это
произойдет
после
выполнения
нескольких
ротокола
называется
протоколом
отложенной
записи
Протокол 
популярных
протоколов
отложенной
записи
является
протокол
MESI (Invalid, Shared,
Exclusive, Modified -
недействительный
разделяемый
эксклюзивный
модифицированный
),
названный
так
первым
буквам
четырех
состояний
элементов
его
более
протокол
однократной
записи
Протокол
MESI
используется
Pentium 4
других
процессорах
для
слежения
шиной
соответствии
этим
протоколом
элемент
кэша
может
четырех
состояний
недействительный
элемент
содержит
недействительные
данные
разделяемый
может
храниться
нескольких
кэшах
память
обновлена
эксклюзивный
элемент
находится
только
данном
кэше
каких
кэшах
его
нет
),
память
модифицированный
элемент
действителен
память
недействительна
копий
ществует
При
процессора
элементы
помечаются
недействительные
При
первом
считывании
основной
памяти
нужная
строка
вызывается
кэш
данного
процессора
помечается
как
эксклюзивная
поскольку
это
единственная
кэшированная
копия
рис
).
При
последующих
считываниях
процессор
использует
шине
процессор
может
вызвать
поместить
этом
случае
держатель
строки
процессор
1)
благодаря
слежению
узнает
единственный
держатель
строки
объявляет
шине
что
него
копия
копии
помечаются
разделяемые
).
Другими
словами
состояние
разделяемая
означает
память
обновлена
строка
ния
находится
одном
или
последующих
чтениях
разделяемой
строки
процессор
использует
шину
состояние
строки
Посмотрим
когда
выполняет
запись
разделяемую
строку
кэша
случае
процессор
помещает
шину
специальный
сообщая
всем
процессорам
том
что
пии
недействительны
копия
кэше
самого
процессора
переходит
состояние
модифицирована
).
память
эта
записывается
Отметьте
если
строка
эксклюзивной
никакого
сигнала
недействительности
шину
передавать
нужно
других
копий
этой
строки
существует
выясним
что
происходит
когда
строку
процессор
Процессор
2,
который
данный
момент
держателем
строки
знает
копия
памяти
недействительна
поэтому
передает
шину
том
чтобы
процессор
пока
запишет
строку
обратно
память
Сразу
после
записи
процессор
вызывает
памяти
копию
только
аписанной
строки
обоих
строка
помечается
разделяемая
Когда
затем
процессор
снова
записывает
строку
),
процессора
становится
недействительной
пусть
слово
строке
записывает
процессор
1.
Процессор
видит
что
делается
записи
выставляет
шину
который
сообщает
1,
чтобы
подождал
процессор
запишет
строку
память
После
окончания
записи
процессор
помечает
собственную
строки
как
недействительную
поскольку
знает
другой
процессор
собирается
изменить
Возникает
ситуация
которой
процессор
выполняет
запись
некэшированную
строку
Если
применяется
политика
заполнения
записи
строка
загружена
мечена
модифицированная
рис
Если
политика
заполнения
записи
применяется
непосредственно
память
строка
вообще
нигде
кэшируется
С перекрестной коммутацией 
наличия
всего
одной
шины
UMA-
мультипроцессоре
после
оптимизации
быть
больше
или
процессоров
процессоров
больше
требуется
другой
коммуникационной
сети
соединения
процессоров
блоками
памяти
коммутация
. ).
Перекрестная
коммутация
протяжении
многих
десятилетий
используется
телефонных
коммутаторах
произвольным
образом
язывать
группы
входящих
линий
каждом
пересечении
горизонтальной
входящей
вертикальной
исходящей
находится
коммутационный
(crosspoint),
открыть
закрыть
зависимости
того
соединить
горизонтальную
вертикальную
нет
рис
. 8.23,
закрыты
благодаря
чему
одновременно
устанавливается
связь
между
следующими
парами
процессор
(001, 000), A01, 101)
зможны
другие
комбинации
Число
комбинаций
вариантов
расстановки
ладей
шахматной
доске
чтобы
одна
них
находилась
под
боем
другой
самых
симпатичных
свойств
перекрестной
коммутацией
является
неблокирующая
означает
процессор
всегда
соединиться
нужным
модулем
яти
даже
если
некоторые
узлы
заняты
предполагается
модуль
памяти
доступен
).
Более
того
никакого
предварительного
планирования
требуется
если
установлено
семь
произвольных
соединений
всегда
соединить
оставшийся
процессор
оставшимся
модулем
Далее
рассмотрим
схемы
взаимного
соединения
которые
обладают
возможностью
дших
свойств
коммутации
число
узлов
Для
размеру
систем
перекрестная
коммутация
является
хорошим
решением
далее
главе
рассмотрим
одно
таких
решений
- NUMA-
мультипроцессор
Sun Fire E25K.
Однако
1000
процессоров
1000
модулей
памяти
понадобится
миллион
неприемлемо
Необходимо
нечто
совершенно
иное
6.3.2
Ǧмультипроцессоры 
Количество
процессоров
UMA-
мультипроцессорах
одной
шиной
ограничивается
несколькими
десятками
для
мультипроцессоров
перекрестной
или
многоступенчатой
коммутацией
требуется
дорогое
оборудованияе
тому
количество
процессоров
них
намного
Чтобы
одном
мультипроцессоре
более
100
процессоров
нужно
какое
иное
решение
Ранее
предполагалось
все
модули
имеют
доступа
замыкаться
этой
концепции
можно
прийти
мультипроцессорам
неоднородным
доступом
памяти
Memory Access,
NUMA
Как
UMA-
мультипроцессоры
они
предоставляют
единое
адресное
пространство
процессоров
UMA-
машин
доступ
локальным
модулям
удаленным
овательно
все
UMA-
программы
смогут
изменений
работать
NUMA-
машинах
производительность
будет
UMA-
машине
той
тактовой
частотой
NUMA-
машины
имеют
три
ключевые
характеристики
которые
совокупности
отличают
других
мультипроцессоров
существует
единое
адресное
пространство
видимое
процессорами
доступ
удаленной
памяти
производится
дами
LOAD
STORE;
доступ
удаленной
памяти
выполняется
медленнее
доступ
локальной
Если
время
доступа
удаленной
памяти
замаскировано
кэшированием
отсутствует
называется
NC-NUMA (No Caching NUMA - NUMA
без
кэширования
Если
присутствуют
согласованные
кэши
система
называется
CC-NUMA (Coherent Cache NUMA - NUMA
согласованными
кэшами
).
Программисты
часто
называют
такую
распределенной
памятью
поскольку
и
распределенной
общей
памяти
(DSM),
реализованной
программно
однако
поддерживается
аппаратно
использованием
страниц
маленького
размера
Одной
первых
NC-NUMA-
машин
мультипроцессор
Cm*
производства
Carnegie-Mellon.
упрощенно
показан
рис
..
мультипроцессор
состоял
набора
процессоров
LSI-
каждый
собственной
памятью
которой
производилось
локальной
шине
. (LSI-11 -
однопроцессорная
версия
ень
популярного
годы
мини
компьютера
DEC PDP-11.)
Кроме
того
процессоры
были
связаны
друг
другом
системной
шиной
Когда
выполнялось
памяти
запрос
попадал
диспетчеру
памяти
который
проверял
находится
локальной
памяти
Если
направлялся
локальной
шине
если
запрос
направлялся
темной
шине
которая
содержала
данное
слово
Естественно
вторая
требовала
гораздо
больше
времени
чем
первая
Выполнение
программы
хранящейся
удаленной
памяти
занимало
10
больше
времени
чем
выполнение
той
программы
расположенной
локально
памяти
NC-NUMA-
машине
гарантирована
поскольку
ней
отсутствует
память
памяти
находиться
только
одном
месте
нет
никакой
опасности
появления
копии
устаревшими
данными
вообще
нет
копий
каком
именно
модуле
находится
иная
имеет
большое
значение
поскольку
этого
зависит
оизводительность
максимального
увеличения
производительности
NC-NUMA-
машинах
была
реализована
следующая
сложная
программной
поддержки
перемещения
каждые
несколько
секунд
запускался
специальный
сторожевой
процесс
называемый
страничным
сканером
следить
статистикой
использования
страниц
таким
образом
производительность
Если
страница
оказывалась
неправильном
страничный
ужал
памяти
поэтому
следующее
обращение
вызывало
ошибку
отсутствия
страницы
происходит
отсутствия
страницы
принимается
решение
куда
поместить
модуль
памяти
котором
была
раньше
).
предотвращения
пробуксовки
существовало
согласно
которому
страница
размещения
должна
оставаться
те
течение
Предлагалось
множество
других
алгоритмов
них
стал
безусловно
лучшим
Мультипроцессоры
подобные
тому
который
изображен
. 8.26,
плохо
поддаются
масштабированию
поскольку
них
нет
памяти
Каждый
раз
обращаться
удаленной
памяти
получить
доступ
слову
которого
нет
кальной
памяти
очень
расточительно
весьма
негативно
сказывается
производительности
добавлением
кэш
памяти
возникает
проблема
согласованности
Один
способов
поддержания
согласованности
кэшей
слежение
системной
шиной
Технически
сделать
несложно
когда
количество
процессоров
переваливает
некоторый
предел
подобное
шение
становится
нереализуемым
действительно
больших
льтипроцессоров
нужен
совершенно
другой
подход
популярный
сегодня
подход
построению
больших
мультипроцессоров
CC-NUMA
реализован
мультипроцессоре
каталога
Основная
идея
состоит
хранении
базы
данных
информацией
том
именно
находится
каждая
строка
каково
состояние
обращении
строке
зу
данных
направляется
где
строка
является
она
чистой
грязной
модифицированной
Поскольку
запрашивать
базу
данных
приходится
выполнении
команды
обращения
памяти
база
должна
поддерживаться
высокоскоростным
специализированным
способным
обработать
запрос
доли
шинного
цикла
6.3.3
СОМʏǦмультипроцессоры 
NUMA-
CC-NUMA-
машины
обладают
одним
недостатком
обращения
удаленной
памяти
выполняются
медленнее
CC-NUMA-
машине
эта
разница
производительности
нивелируется
счет
памяти
Однако
если
объем
запрашиваемых
значительно
превышает
вместимость
памяти
постоянно
происходить
промахи
что
негативно
скажется
изводительности
уже
знаем
что
достаточно
высокую
производительность
имеют
UMA-
машины
число
процессоров
них
невелико
тому
дороги
. NC-NUMA-
машины
хорошо
масштабируются
них
требуется
или
полуавтоматическое
размещение
результаты
которого
часто
плачевны
Дело
том
что
очень
непросто
предсказать
где
какие
понадобиться
кроме
того
страницы
трудно
перемещать
больших
размеров
CC-NUMA-
машины
начинают
работать
очень
медленно
если
процессоров
требуются
большие
объемы
удаленных
данных
иначе
этих
имеет
существенные
существует
мультипроцессор
котором
все
проблемы
решаются
использования
основной
памяти
каждого
процессора
качестве
кэш
памяти
Такая
система
называется
(Cache
Only Memory Access -
доступ
только
кэш
памяти
).
ней
страницы
имеют
собственных
домашних
машин
как
NUMA
CC-NUMA,
фактически
системе
вообще
ют
прописки
".
Вместо
физическое
адресное
пространство
делится
строки
кэша
которые
запросу
свободно
перемещаются
системе
памяти
имеют
собственных
машин
кочевников
некоторых
странах
третьего
мира
оказались
Память
которая
привлекает
строки
мере
необходимости
называется
притягивающей
Использование
новной
качестве
кэша
увеличивает
процент
попаданий
следовательно
производительность
сожалению
ничего
идеального
бывает
системой
СОМА
связаны
новые
проблемы
Как
размещаются
строки
делать
удаляемая
памяти
строка
является
последней
копией
Первая
проблема
связана
следующим
фактом
естно
диспетчер
памяти
выполняет
трансляцию
виртуального
адреса
физический
Если
после
трансляции
оказывается
строки
нет
настоящем
аппаратном
трудно
сказать
есть
вообще
строка
основной
памяти
или
нет
Аппаратная
поддержка
разбиения
памяти
страницы
поможет
поскольку
каждая
страница
состоит
ого
количества
отдельных
строк
которые
располагаются
системе
независимо
друга
известно
что
строки
основной
памяти
как
выяснить
она
данном
случае
нельзя
спросить
домашнюю
потерявшейся
страницы
таковой
машины
просто
нет
Было
предложено
несколько
решений
емы
знать
находится
строка
основной
нет
каждой
строки
кэша
можно
поддерживать
специальный
диспетчер
памяти
сравнивать
нужной
строки
тегами
строк
пока
совпадение
отображать
страницы
целиком
при
требовать
наличия
рок
кэша
каждой
страницы
аппаратно
битовую
карту
каждой
строке
соответствует
который
укажет
присутствие
или
отсутствие
строки
которая
называется
простой
если
строка
присутствует
она
находиться
правильной
позиции
странице
отсутствует
опытка
использовать
должна
вызывать
исключение
которое
позволит
программно
задействовать
нужную
строку
образом
будет
только
строки
которые
действительно
находятся
удаленной
Еще
предоставить
каждой
странице
домашнюю
машину
домашнюю
что
каталоге
выделяется
запись
том
этой
машине
хранятся
данные
чтобы
можно
отправить
домашней
машине
решение
организовать
память
виде
древовидной
структуры
двигаясь
вверх
пока
найдена
Вторая
проблема
связана
удалением
последней
копии
Как
CC-NUMA-
машине
строка
кэша
может
одновременно
находиться
нескольких
узлах
Если
происходит
промах
строку
нужно
прочитать
но
означает
произойдет
выбранная
строка
окажется
последней
копией
этом
случае
нельзя
удалять
возможных
решений
вернуться
каталогу
проверить
существуют
другие
копии
Если
можно
смело
удалять
Если
нужно
где
разместить
Другое
пометить
каждой
строки
как
главную
удалять
При
таком
подходе
проверять
каталог
потребуется
случае
машина
потенциально
должна
иметь
более
высокую
производительность
CC-NUMA,
всего
несколько
машин
для
реализации
всего
потенциала
нужно
накопить
некоторый
опыт
Мультикомпьютеры 
теперь
знаем
категорию
MIMD
входят
два
вида
процессоров
параллельной
архитектурой
мультипроцессоры
мультикомпьютеры
предыдущем
разделе
рассматривали
мультипроцессоры
выяснили
мультипроцессоры
общую
память
доступ
которой
выполняется
командами
LOAD
STORE.
реализации
такой
памяти
может
использоваться
множество
включая
шины
слежения
сети
перекрестной
ступенчатой
коммутацией
основе
каталога
всех
случаях
программы
написанные
для
мультипроцессора
могут
доступ
месту
памяти
имея
никакой
информации
внутренней
топологии
или
схеме
реализации
Именно
благодаря
такой
иллюзии
мультипроцессоры
весьма
популярны
пользователей
программистов
Однако
мультипроцессорам
некоторые
недостатки
атически
означает
усиление
роли
мультикомпьютеров
очередь
мультипроцессоры
плохо
масштабируются
уже
знаем
сколько
разнообразных
устройств
потребовалось
инженерам
Sun
ввести
чтобы
поддерживать
72
процессоров
Что
касается
мультикомпьютеров
далее
рассмотрим
систему
65 536
процессоров
Пройдут
прежде
кто
нибудь
сумеет
коммерческий
оцессор
65 536
узлами
тому
времени
ходу
будут
мультикомпьютеры
миллионами
процессоров
производительности
мультипроцессора
может
серьезно
сказываться
конкуренция
доступ
памяти
Если
100
процессоров
постоянно
пытаются
считывать
записывать
переменные
конкуренция
ресурсы
модулей
памяти
шин
каталогов
может
рить
производительности
Вследствие
этих
других
разработчики
проявляют
повышенный
интерес
таким
параллельным
компьютерным
архитектурам
которых
каждый
процессор
имеет
собственную
память
недоступную
напрямую
для
процессоров
Это
мультикомпьютеры
Поскольку
программы
процессорах
мультикомпьютере
могут
получить
доступ
памяти
других
процессоров
командами
LOAD
STORE,
они
взаимодействуют
другом
мощью
примитивов
send
receive,
которые
используются
сообщений
различие
полностью
меняет
модель
программирования
мультикомпьютере
состоит
одного
или
нескольких
процессоров
ОЗУ
общего
процессоров
только
данного
узла
),
дисковода
других
ввода
вывода
также
коммуникационного
процессора
Коммуникационные
процессоры
между
собой
высокоскоростной
коммуникационной
сетью
лее
подраздел
Коммуникационные
сети
Используется
множество
различных
схем
коммутации
алгоритмов
маршрута
всех
мультикомпьютеров
есть
общая
когда
программа
примитив
send,
коммуникационный
процессор
извещается
этом
передает
блок
данных
целевую
машину
возможно
после
предварительного
запроса
получения
разрешения
).
Обобщенная
схема
мультикомпьютера
показана
с
6.4.1
Коммуникационные сети 
знаем
мультикомпьютеры
друг
другом
через
коммуникационные
сети
Рассмотрим
подробнее
Интересно
отметить
что
мультикомпьютеры
мультипроцессоры
отношении
очень
похожи
мультипроцессоры
часто
содержат
несколько
модулей
памяти
которые
также
должны
связываться
другом
процессорами
Следовательно
многое
будем
ворить
подразделе
применимо
обоим
параллельных
компьютерных
Основная
причина
сходства
коммуникационных
связей
мультипроцессоре
мультикомпьютере
заключается
том
что
случаях
имеет
место
передача
сообщений
однопроцессорной
машине
когда
процессору
или
записать
слово
активизирует
определенные
линии
шине
ждет
примерно
обмен
сообщениями
инициатор
посылает
ждет
ответа
больших
мультипроцессорах
при
взаимодействии
между
процессорами
удаленной
памятью
процессор
почти
посылает
память
сообщение
так
называемый
пакет
котором
запрашиваются
или
данные
память
посылает
процессору
ответный
коммуникационной
определяет
размещения
связи
коммутаторов
может
быть
например
кольцо
или
решетка
Топологию
сетей
принято
изображать
виде
графов
которых
дуги
соответствуют
линиям
коммутаторам
рис
каждым
сети
соответствующем
графе
определенный
Математики
называют
число
ла
инженеры
коэффициентом
разветвления
больше
степень
больше
вариантов
маршрута
выше
отказоустойчивость
каждый
узел
содержит
дуг
выполнены
правильно
можно
построить
коммуникационную
сеть
чтобы
оставалась
полносвязной
даже
если
повреждены
k - 1
Следующая
характеристика
коммуникационной
диаметр
Если
расстоянием
узлами
дем
считать
число
которые
нужно
чтобы
одного
узла
другой
диаметром
графа
является
расстояние
между
двумя
узлами
расположенными
дальше
всех
друга
Диаметр
сети
определяет
самую
большую
задержку
при
передаче
пакетов
одного
процессора
другому
процессора
памяти
ресылка
через
линию
связи
занимает
определенное
время
Чем
меньше
диаметр
выше
производительность
Также
большое
значение
среднее
расстояние
между
узлов
поскольку
него
зависит
среднее
передачи
пакета
важная
характеристика
коммуникационной
сети
пропускная
способность
объем
данных
которые
она
способна
передавать
секунду
Наиболее
лезной
метрикой
пропускной
способности
является
пропускная
способность
сечения
значение
нужно
мысленно
разделить
коммуникационную
сеть
две
равные
точки
числа
несвязанные
части
ряда
графа
затем
посчитать
общую
пропускную
способность
удаленных
Пропускная
способность
сечения
минимальная
доступных
вариантов
опускная
способность
Например
пропускная
способность
сечения
равная
800
бит
означает
что
между
частями
много
общая
пропускная
способность
худшем
составит
800
бит
мнению
многих
разработчиков
способность
сечения
самая
важная
характеристика
коммуникационной
сети
основная
цель
которую
ставят
коммуникационной
сети
, -
добиться
максимальной
пропускной
бности
Коммуникационные
сети
можно
характеризовать
размерности
Размерность
определяется
числом
возможных
вариантов
перехода
источника
приемнику
Если
выбора
существует
только
источника
каждому
приемнику
сеть
нульмерная
Если
есть
возможных
варианта
например
восток
либо
ь
Если
есть
пакет
направиться
восток
запад
либо
или
говорят
что
сеть
двухмерная
рис
несколько
Здесь
изображены
только
линии
связи
коммутаторы
точек
Модули
памяти
процессоры
рисунке
показаны
соединяются
коммутаторами
через
интерфейсы
изображена
нульмерная
конфигурация
звезда
которой
процессоры
модули
памяти
подключаются
внешним
переключение
совершает
центральный
узел
ая
проста
большой
системе
центральный
коммутатор
окажется
узким
местом
точки
зрения
отказоустойчивости
тоже
очень
неудачная
схема
поскольку
отказ
одного
центрального
коммутатора
вызывает
крах
всей
системы
рис
изображена
нульмерная
взаимосвязь
Здесь
каждый
непосредственно
всеми
остальными
кой
пропускная
способность
сечения
максимальна
диаметр
минимален
отказоустойчивость
высока
линий
все
равно
остается
полносвязной
Однако
требуется
k(k - l)/2
совершенно
неприемлемо
для
больших
значений
k.
Следующая
топология
).
Здесь
основная
проблема
состоит
что
пропускная
бность
сечения
равна
способности
основной
трафик
наблюдается
дерева
поэтому
узлы
становятся
узким
местом
всей
системы
Чтобы
проблему
увеличить
пропускную
способность
сечения
путем
увеличения
пропускной
способности
верхних
связи
Например
нижние
линии
пропускную
способность
следующий
уровень
- 2b,
каждая
верхнего
уровня
- 4b.
Такая
названная
толстым
деревом
(fat tree),
применялась
коммерческих
мультикомпьютерах
Thinking Machines' CM-5.
рис
топология
каждый
отправленный
пакет
ет
пойти
направо
налево
Решетка
или
рис
двухмерная
которая
применяется
многих
коммерческих
системах
Она
отличается
регулярностью
легко
масштабируется
увеличения
диаметр
составляет
квадратный
узлов
есть
масштабировании
системы
диаметр
увеличивается
незначительно
).
Двойной
рис
является
разновидностью
решетки
орой
края
соединены
характеризуется
более
высокой
отказоустойчивостью
диаметром
решетка
поскольку
ней
между
противоположными
узлами
хопа
популярная
трехмерный
описывается
трехмерной
структурой
узлы
которой
точках
(i,j, k),
все
координаты
являются
целыми
пределах
l,m,n).
каждого
соседей
два
вдоль
каждой
координат
противоположных
краях
связаны
друг
другом
двухмерных
рис
) -
это
регулярная
трехмерная
топология
рисунке
изображен
куб
размером
2,
общем
случае
это
может
ть
куб
размером
k x k
рисунке
показан
четырехмерный
куб
полученный
трехмерных
связаны
между
собой
Можно
пятимерный
куб
соединив
вместе
четырехмерных
Чтобы
получить
измерений
нужно
продублировать
блок
кубов
соединить
соответствующие
Гиперкубом
называется
мерный
куб
рис
пология
используется
многих
параллельных
компьютерных
архитектурах
поскольку
диаметр
линейно
зависит
размерности
Другими
словами
диаметр
логарифм
основанию
узлов
поэтому
10-
мерный
гиперкуб
имеет
1024
узла
диаметр
равен
всего
10,
что
дает
незначительные
задержки
передаче
данных
Отметим
что
решетка
размером
32
32,
которая
также
1024
ет
диаметр
62,
более
шесть
раз
больше
чем
гиперкуба
Цена
которую
приходится
меньший
диаметр
гиперкуба
, -
увеличение
числа
разветвлений
следовательно
линий
связи
гиперкуб
основное
решение
высокопроизводительных
систем
Мультикомпьютеры
имеют
столь
разнообразные
формы
размеры
что
сколько
нибудь
внятную
очень
трудно
Тем
менее
можно
выделить
два
основных
процессоры
массовым
параллелизмом
кластеры
рассмотрим
очереди
Процессоры с массовым параллелизмом 
Процессоры
массовым
параллелизмом
(Massively Parallel Processors,
) -
огромные
суперкомпьютеры
стоимостью
несколько
миллионов
долларов
используются
различных
отраслях
техники
для
выполнения
сложных
вычислений
обработки
большого
числа
секунду
управления
большими
базами
данных
Изначально
это
были
суперкомпьютеры
предназначенные
основном
для
научных
расчетов
сейчас
многие
них
применение
коммерции
каком
смысле
они
являются
наследниками
мощных
мэйнфреймов
ними
столь
эфемерная
между
воробьем
тиранозавром
).
можно
говорить
МРР
мультикомпыотеры
вытеснили
SIMD-
машины
векторные
суперкомпьютеры
тричные
процессоры
вершины
пищевой
компьютерной
цепочки
машин
используются
стандартные
процессоры
быть
процессоры
Intel
Pentium, Sun UltraSPARC, IBM RS/6000
DEC Alpha.
Отличает
мультикомпьютеры
наличие
высокопроизводительной
коммуникационной
которой
можно
передавать
сообщения
низким
временем
запаздывания
высокой
пропускной
способностью
Обе
характеристики
время
запаздывания
пропускная
способность
важны
поскольку
сообщения
вном
невелики
размеру
менее
256
главный
общий
трафик
вносят
большие
сообщения
более
мультикомпыотеры
поставляются
вместе
весьма
дорогостоящим
программным
библиотеками
характеристика
огромные
объемы
ввода
вывода
помощью
мультикомпьютеры
обычно
приходится
обрабатывать
данных
гда
терабайты
данные
должны
быть
распределены
многочисленным
дискам
большой
нужно
передавать
устройств
машины
важно
помнить
еще
одной
черте
МРР
отказоустойчивости
При
наличии
тысяч
процессоров
неисправностей
неделю
неизбежны
Прекращать
системы
сбоев
процессоров
неприемлемо
особенно
идается
что
сбои
случаться
каждую
неделю
Поэтому
больших
машинах
всегда
имеется
специализированная
аппаратная
программная
поддержка
постоянного
мониторинга
обнаружения
неполадок
исправления
идее
изучением
основных
принципов
организации
МРР
машин
принципов
совсем
го
данном
этапе
достаточно
знать
что
МРР
машина
представляет
собой
ряд
более
менее
стандартных
вычислительных
связанных
высокоскоростной
коммуникационной
Кластерные вычисления 
вариант
мультикомпьютера
кластерный
компьютер
правило
кластер
состоит
нескольких
сотен
тысяч
связанных
персональных
компьютеров
или
рабочих
станций
причем
сети
они
подключаются
через
обычную
плату
Различие
между
кластером
такое
между
мэйнфреймом
персональным
компьютером
есть
процессор
диски
система
рейме
исключением
может
быть
операционной
работает
быстрее
этого
применяются
управляются
совершенно
разному
можно
сказать
кластерах
несколько
лет
взаимодействие
элементами
образующими
происходило
гораздо
быстрее
инами
составляющими
кластер
появлением
высокоскоростных
сетей
сходить
".
Вероятно
кластеры
постепенно
вытеснят
ММР
машины
подобно
тому
как
персональные
компьютеры
вытеснили
мэйнфреймы
которые
применяются
только
узкоспециализированных
областях
Основной
нишей
для
систем
ММР
останутся
дорогостоящие
суперкомпьютеры
которых
главное
производительность
вопросы
стоимости
имеют
решающего
значения
множество
кластеров
которых
доминируют
централизованные
децентрализованные
Централизованным
называют
кластер
рабочих
нций
или
персональных
компьютеров
смонтированных
большую
конструкцию
пределах
одной
комнаты
они
располагаются
более
компактно
обычно
чтобы
сократить
физические
размеры
длину
кабеля
правило
все
входящие
кластер
машины
гомогенны
имеют
периферийных
устройств
кроме
сетевых
плат
возможно
дисководов
Белл
(Gordon Bell),
разработчик
PDP-
11
звал
безголовыми
рабочими
станциями
намекая
что
машин
нет
Децентрализованные
кластеры
состоят
рабочих
станций
персональных
компьютеров
разбросанных
пределах
или
кампуса
Большинство
них
простаивают
много
часов
день
ночью
Обычно
они
связаны
локальной
сетью
гетерогенны
имеют
полный
набор
ферийных
устройств
хотя
кластер
тысячью
мышей
ничем
лучше
кластера
вообще
без
Самое
важное
что
многие
входящие
кластер
машины
имеют
владельцев
которых
души
чает
своей
слишком
лояльно
относится
тому
что
какой
астроном
пытается
вовлечь
вычисления
язанные
теорией
взрыва
Если
использовать
для
организации
кластера
только
бездействующие
данный
машины
обязательно
нужен
какой
миграции
заданий
чтобы
освободить
машину
когда
она
понадобится
владельцу
проблема
миграции
вполне
решаема
дополнительного
усложнения
программного
обеспечения
Кластеры
зачастую
невелики
пределах
жины
возможно
, 500
компьютеров
менее
можно
построить
большой
кластер
Компания
Google
предложила
этого
интересный
способ
рассмотрим
популярная
система
поиска
информации
Интернете
популярностью
обязана
простоте
интерфейса
малому
отклика
внутреннее
устройство
Google
можно
назвать
каким
угодно
точки
зрения
поисковой
системы
задача
состоит
проиндексировать
сохранить
всю
Всемирную
Паутину
более
миллиардов
одного
миллиарда
изображений
),
затем
находить
сохраненной
информации
нужную
страницу
0,5
секунды
обслуживая
тысяче
запросов
секунду
круглосуточно
приходящих
всех
концов
света
ение
этому
система
никогда
должна
отключаться
даже
природных
катаклизмов
электропитании
работе
аппаратных
программных
сбоев
Разработка
Google -
определенно
упражнение
все
это
делает
Функционирование
обеспечивают
множество
информационных
центров
всему
миру
только
делает
подмену
ай
внезапного
наводнения
или
землетрясения
При
обращении
www.google.com
анализируется
IP-
отправителя
далее
браузер
общается
уже
только
ближайшим
нему
информационным
центром
информационный
подключается
Интернету
минимум
одной
оптоволоконной
линией
-48 (2,488
Гбит
которой
поступают
отправляются
обратно
ответы
Кроме
того
имеется
дополнительная
-12 (622
Мбит
резервному
поставщику
услуг
случай
перерыва
работе
основного
Чтобы
шоу
могло
продолжаться
перебоях
электроснабжении
нтрах
источники
бесперебойного
питания
дизельные
генераторы
природных
катаклизмов
нарушится
Чтобы
лучше
почему
архитектура
Google
стала
такой
какая
она
есть
полезно
познакомиться
механизмом
обработки
запроса
пришедшего
информационных
центров
Прибыв
центр
шаг
ос
переправляется
выравнивателем
одному
многочисленных
обработчиков
запросов
(2),
параллельно
проверки
правописания
(3)
сервер
контекстной
рекламы
(4).
Параллельно
выполняется
запрошенного
слова
индексных
серверах
которых
записи
слове
Сети
такой
перечислены
содержащие
это
слово
документы
DF-
файлы
презентации
PowerPoint
Ссылки
этих
списках
расположены
соответствии
страницы
параметром
который
вычисляется
сложной
формуле
Принцип
вычисления
рейтинга
держится
известно
большое
имеет
количество
ссылок
рейтинги
ссылающихся
нее
вышения
производительности
индекс
фрагменты
поиск
которых
ведется
параллельно
Согласно
этой
идее
фрагмент
содержит
слова
индекса
каждому
слову
сопоставлены
идентификаторы
первых
рейтингу
страниц
Фрагмент
содержит
все
идентификаторы
следующих
страниц
мере
Сети
каждый
фрагментов
дополнительно
разделить
несколько
частей
что
первой
слов
второй
следующие
позволяет
достигать
большего
параллелизма
при
Индексные
серверы
возвращают
наборы
идентификаторов
документов
(6),
которые
затем
комбинируются
соответствии
запроса
Например
+digita +kapibara +dance
При
таком
запросе
следующий
попадут
идентификаторы
тех
документов
которые
трех
наборах
этом
шаге
Google
обращается
документам
(7),
них
названия
ссылки
также
фрагменты
текста
окружающие
запрошенные
документов
хранятся
серверах
документов
всех
информационных
центров
настоящее
ъем
достигает
сотен
терабайтов
ускорения
параллельного
поиска
документы
также
поделены
для
обработки
запроса
требуется
считывать
все
содержимое
обрабатывать
десятки
индексов
),
при
обслуживании
рядового
запроса
приходится
переворошить
100
Мбайт
данных
После
того
результаты
возвращаются
обработчику
запроса
),
они
объединяются
соответствии
страниц
Добавляется
информация
возможных
ошибках
правописания
если
они
обнаружены
(9),
контекстная
реклама
(10).
Включение
результаты
запроса
иных
ключевых
купленных
рекламодателями
например
гостиница
или
), -
это
чего
зарабатывает
Наконец
результаты
оформляются
формате
HTML (HyperText Markup Language
разметки
гипертекста
передаются
льзователю
обычной
веб
страницы
полученные
знания
можем
архитектуру
Google.
Большинство
компаний
необходимостью
поддерживать
громадную
высоконадежную
базу
данных
колоссальным
количеством
транзакций
приобретают
надежное
оборудование
имеющееся
рынке
Google
поступили
наоборот
Они
купили
дешевые
персональные
компьютеры
оизводительностью
Много
компьютеров
Объединив
машины
большой
мире
кластер
обычных
компонентов
Главный
принцип
лежащий
основе
этого
оптимизация
цена
производительность
принятого
экономике
обычные
персональные
компьютеры
достаточно
дешевы
высококлассных
серверов
это
так
больших
оцессоров
вдвойне
так
производительность
мощного
может
2-3
раза
превышать
производительность
среднего
вот
стоит
дороже
обычно
5-10
Конечно
дешевый
персональный
компьютер
гораздо
менее
надежен
чем
модели
серверов
серверы
иногда
падают
Поэтому
программное
обеспечение
написано
чтобы
надежно
работать
ненадежном
аппаратном
обеспечении
своем
распоряжении
отказоустойчивое
программное
обеспечение
имеет
большого
значения
какова
интенсивность
отказов
, 0,5
или
2 %
год
Опыт
Google
показывает
ломаются
2 %
всех
компьютеров
Более
половины
отказов
вызваны
жесткими
следующей
причиной
являются
блоки
питания
ними
микросхемы
памяти
Процессоры
после
обкатки
вообще
действительности
основной
причиной
аппаратное
программное
обеспечение
Поэтому
первой
реакцией
ошибку
перезагрузка
которая
большинстве
случаев
решает
проблему
это
можно
назвать
электронным
гом
таблетки
").
типичном
современном
используемом
Google,
установлен
процессор
Pentium
тактовой
частотой
, 512
Мбайт
80
Гбайт
дисковой
памяти
Возможно
примерно
такой
машине
ваша
бабушка
изредка
просматривает
электронную
внимания
заслуживает
только
микросхема
Большое
значение
имеет
также
удельное
энергопотребление
единицу
площади
Типичный
персональный
компьютер
120
что
дает
10
КВт
Чтобы
обслуживающий
мог
устанавливать
извлекать
стойки
компьютеры
для
нее
требуется
менее
пространства
образом
удельное
энергопотребление
составляет
3000
2.
Обычно
информационные
центры
проектируются
ете
энергопотребление
600
1200
требуется
предпринимать
специальные
меры
охлаждения
хорошо
правила
создания
использования
крупных
веб
серверов
которые
неплохо
здесь
воспроизвести
Любые
компоненты
ломаются
надо
учитывать
Для
повышения
пропускной
способности
доступности
должно
дублироваться
Необходимо
овать
соотношение
цена
производительность
Первый
пункт
гласит
что
программное
обеспечение
должно
быть
отказоустойчивым
лучшее
оборудование
поздно
сломается
если
его
достаточно
много
надо
программно
учитывать
возможность
Система
такого
размера
должна
переживать
если
несколько
раз
неделю
указывает
ограммное
аппаратное
должны
обладать
избыточностью
только
делает
систему
отказоустойчивой
повышает
пропускную
способность
Google
компьютеры
диски
блоки
питания
коммутаторы
многократно
дублируются
Более
дублируются
пределах
одного
центра
фрагменты
индексов
документов
Дублируются
информационные
Третий
является
первых
двух
Если
система
должным
образом
реагирует
глупо
покупать
дорогие
компоненты
массивы
SCSI-
диски
Даже
ломаются
десть
больше
чтобы
изить
интенсивность
отказов
плохая
идея
десять
больше
оборудования
предусмотреть
возможность
отказов
конце
концов
больше
оборудования
выше
производительность
когда
Интерфейс передачи сообщений 
несколько
лет
пакет
PVM (Parallel Virtual Machine -
параллельная
виртуальная
машина
считался
самым
популярным
пакетом
обмена
информацией
между
мультикомпьютерами
Однако
настоящее
время
повсеместно
вытеснен
пакетом
MPI (Message-Passing Interface -
интерфейс
передачи
сообщений
Пакет
гораздо
сложнее
PVM;
поддерживает
намного
библиотечных
намного
параметров
каждого
вызова
Первая
которая
сейчас
называется
MPI- 1,
году
дополнена
второй
, MPI-2.
Далее
кратко
расскажем
MPI- 1,
затем
посмотрим
что
нового
появилось
MPI-2.
MPI-1,
отличии
PVM,
никак
процессов
управлением
процессами
Создавать
процессы
должен
пользователь
путем
локальных
системных
вызовов
После
процессы
организуются
группы
которые
уже
изменяются
енно
этими
группами
работает
основе
четыре
концепции
коммуникаторы
передаваемых
данных
коммуникационные
виртуальные
топологии
Коммуникатор
группа
процессов
плюс
контекст
Контекстом
называют
метку
которая
идентифицирует
что
либо
например
фазу
выполнения
).
отправки
получения
сообщений
контекст
может
использоваться
перепутать
щения
имеющие
друг
передаваемых
сообщениях
данных
могут
быть
разными
символами
короткими
обычными
длинными
целыми
числами
плавающей
точкой
обычной
двойной
точности
Кроме
существующих
типов
данных
можно
новые
поддерживает
множество
коммуникационных
глядит
операция
отправки
сообщений
MPI_Send(
буфер
число
элементов
тип
данных
получатель
тег
коммуникатор
вызове
получателю
передается
буфера
котором
находятся
элементы
данных
количестве
элементов
это
метка
сообщения
получатель
имеет
возможность
получать
сообщения
которых
имеется
данный
Последнее
поле
коммуникатор
показывает
какой
группе
процессов
относится
получатель
получатель
просто
индекс
оцессов
определенной
группы
Аналогичный
вызов
получения
сообщения
выглядит
так
буфер
число
элементов
данных
отправитель
коммуникатор
говорит
что
получатель
ждет
отправителя
сообщение
данных
заданным
поддерживает
базовых
коммуникационных
режима
Первый
режим
синхронный
нем
отправитель
может
начать
передачу
данных
пока
получатель
сделает
MPI_Recv.
Второй
режим
буферизация
режиме
ограничение
режима
действует
етий
режим
стандартный
зависит
конкретной
реализации
может
быть
реализован
синхронный
режим
либо
режим
буферизации
Четвертый
режим
готовность
Здесь
синхронном
режиме
отправитель
чтобы
получатель
доступен
без
проверки
Каждый
этих
примитивов
блокирующую
неблокирующую
версии
что
дает
примитивов
быть
вариантах
блокирующим
неблокирующим
поддерживает
формы
коллективного
взаимодействия
взаимодействия
все
процессы
группе
должны
вызов
совместимыми
параметрами
противном
случае
возникает
Например
форме
взаимодействия
процессы
могут
быть
организованы
древовидной
структуры
орой
данные
передаются
листьев
подвергаясь
каждом
шаге
определенной
обработке
может
или
максимума
).
базовая
концепция
MPI -
виртуальная
процессов
дерево
решетка
.).
Такая
организация
процессов
обеспечивает
возможность
именования
коммуникационных
маршрутов
упрощает
взаимодействие
бавлена
поддержка
динамических
процессов
удаленного
доступа
памяти
неблокирующего
коллективного
взаимодействия
масштабируемого
ввода
вывода
обработки
режиме
времени
многого
научном
сообществе
годами
шла
война
между
сторонниками
PVM
утверждали
что
систему
проще
легче
использовать
Почитатели
ответ
говорили
поддерживает
больше
функций
е
того
система
стандартизована
что
подтверждается
официальным
документом
Соглашаясь
защитники
PVM
возражали
отсутствие
всех
бумаг
бюрократическим
процессом
стандартизации
отказываться
системы
конечном
итоге
когда
все
было
сказано
досталась
Планирование 
Программистам
несложно
разрабатывать
задания
которых
запросы
делаются
нескольким
процессорам
которые
выполняются
достаточно
долго
При
наличии
нескольких
запросов
нескольких
пользователей
для
обработки
каждого
запроса
задействуется
количество
процессоров
разное
время
Поэтому
кластеру
необходим
планировщик
определяющий
когда
каждое
заданий
простейшей
модели
планировщику
даний
достаточно
сколько
процессоров
требуется
для
выполнения
каждого
задания
модели
задания
выстраиваются
FIFO (
рис
).
задание
начинает
выполняться
планировщик
проверяет
достаточно
процессоров
для
выполнения
следующего
порядку
задания
оно
начинает
выполняться
Если
освободится
достаточное
процессоров
нашем
примере
кластер
процессоров
мог
содержать
128
блоках
штук
получилось
групп
процессоров
какой
нибудь
омбинации
планирования
избежать
блокирования
начала
очереди
этом
случае
задания
которых
хватает
процессоров
пропускаются
ставится
задание
процессоров
которого
достаточно
Всякий
раз
завершается
выполнение
оставшихся
заданий
проверяется
порядке
FIFO (
жный
алгоритм
требует
чтобы
заранее
было
известно
сколько
процессоров
нужно
выполнения
каждого
задания
сколько
времени
потребуется
Располагая
этой
планировщик
может
попытаться
заполнить
заданиями
прямоугольник
системе
координат
процессоры
особенно
эффективно
задания
получены
выполняться
должны
ночью
ом
случае
планировщик
заданий
необходимую
информацию
заранее
может
задания
оптимальном
порядке
Приемы повышения производительности 
очевидный
способ
поднять
производительность
добавить
процессоры
Однако
процессоры
нужно
таким
образом
чтобы
системе
появлялись
узкие
места
Система
добавления
процессоров
которую
соответствующий
прирост
производительности
называется
масштабируемой
Рассмотрим
процессора
связанные
общей
шиной
рис
).
Представьте
расширили
систему
процессоров
добавив
еще
12 (
ускная
способность
шины
составляет
увеличив
число
процессоров
сократим
доступную
каждому
процессору
пропускную
способность
b/4
b/16
Мбайт
Такую
систему
нельзя
назвать
масштабируемой
теперь
проделаем
самое
коммуникационной
решеткой
рис
такой
топологии
добавление
новых
процессоров
означает
линий
поэтому
масштабировании
системы
совокупная
пропускная
способность
каждого
процессора
снижается
случае
шиной
Фактически
числа
связи
числу
процессоров
увеличивается
1,0
наличии
процессоров
(4
связи
1,5
наличии
16
процессоров
линии
связи
),
добавлением
новых
процессоров
совокупная
пропускная
способность
каждого
процессора
растет
Естественно
пропускная
способность
единственный
параметр
Добавление
процессоров
шине
увеличивает
диаметр
сети
или
время
запаздывания
как
добавление
процессоров
решетке
напротив
увеличивает
Диаметр
змером
равен
2(n - 1),
поэтому
худшем
случае
запаздывания
растет
примерно
как
квадратный
корень
числа
процессоров
400
процессоров
диаметр
равен
38,
1600
процессоров
- 78,
поэтому
увеличить
число
процессоров
раза
диаметр
следовательно
среднее
время
запаздывания
вырастут
приблизительно
вдвое
идеале
масштабируемая
система
добавлении
новых
процессоров
на
среднюю
способность
расчете
один
постоянное
среднее
запаздывания
сохранение
достаточной
пропускной
способности
каждого
процессора
осуществимо
запаздывания
увеличением
числа
процессоров
растет
Лучше
было
чтобы
росла
логарифмически
м
что
запаздывания
часто
является
фатальным
отношении
производительности
мелкомодульных
среднемодульных
приложений
требуются
данные
которых
нет
локальной
памяти
получение
требуется
существенное
причем
больше
система
тем
больше
получается
задержка
проблема
характерна
для
мультипроцессоров
мультикомпьютеров
поскольку
еих
физическая
память
разделена
фиксированные
распределенные
модули
Системные
разработчики
применяют
несколько
технологий
позволяющих
мере
замаскировать
запаздывания
Первая
технология
репликация
реплики
блока
данных
можно
местах
скорость
доступа
этим
данным
можно
повысить
возможных
использование
кэша
а
одна
несколько
копий
блоков
данных
рядом
местом
котором
они
могут
понадобиться
которому
принадлежат
".
Другой
вариант
хранить
несколько
равноправных
копий
противоположность
неравноправным
отношениям
главная
подчиненная
характерным
для
основной
памяти
памяти
).
Когда
сохраняется
несколько
копий
главные
вопросы
это
кем
когда
куда
и
помещаются
Здесь
возможны
варианты
динамического
размещения
данных
запросу
принудительного
помощью
соответствующих
директив
компилятора
любом
случае
выходит
задача
согласованного
управления
Вторая
технология
маскирование
запаздывания
путем
так
называемой
упреждающей
выборки
(prefetching),
при
которой
элемент
данных
вызывается
того
как
понадобится
Это
перекрыть
процесс
вызова
выполнения
ограмма
получает
затребованный
элемент
данных
без
задержки
Упреждающая
может
быть
реализована
аппаратно
так
программно
случае
упреждающей
загружается
нужное
слово
содержащая
его
строка
расчете
другие
слова
строки
пригодятся
будущем
Упреждающей
выборкой
жно
непосредственно
Когда
компилятор
выясняет
программе
ходе
выполнения
потребуются
иные
вставляет
команду
получения
причем
расчетом
чтобы
получить
нужные
данные
Такая
стратегия
чтобы
компилятор
обладал
полными
знаниями
механизме
синхронизации
также
контролировал
о
хранения
всех
данных
Спекулятивные
команды
LOAD
работают
лучше
всего
когда
абсолютно
известно
загруженные
данные
использованы
Ошибка
отсутствия
страницы
выполнении
команды
LOAD
для
ветви
которая
никогда
понадобится
, -
дело
чрезвычайно
затратное
Третья
технология
маскирования
времени
запаздывания
использование
нескольких
программных
потоков
Если
переключение
между
процессами
может
выполняться
достаточно
быстро
счет
выделения
каждом
них
собственной
памяти
собственных
регистров
когда
блокируется
ожидании
данных
аппаратно
быстро
переключиться
другой
готовый
выполнению
предельном
случае
процессор
выполняет
первую
команду
потока
образом
процессор
гда
занят
даже
длительных
отдельных
потоков
маскирования
запаздывания
использование
неблокирующих
записей
выполнении
команды
STORE
завершения
только
после
этого
продолжает
работу
При
наличии
неблокирующих
записей
программа
продолжает
работу
даже
когда
выполняется
памятью
Продолжать
программы
выполнении
команды
LOAD
возможно
счет
исполнения
изменением
последовательности
Распределенные вычисления 
Многие
задачи
науке
технике
производстве
области
окружающей
среды
других
областях
многоплановы
требуется
объединить
знания
умения
возможности
программы
данные
многих
организаций
разбросанных
всему
Вот
некоторые
примеры
ученые
исследующие
все
аспекты
миссии
орциум
разрабатывающий
продукт
например
самолет
или
дамбу
интернациональная
координирующая
свои
действия
время
бедствия
некоторых
задач
требуется
долговременное
сотрудничество
для
других
менее
общая
деталь
Разные
организации
вместе
работают
достижения
общей
каждая
собственные
ресурсы
собственные
производственные
процедуры
недавнего
времени
очень
сложно
обеспечить
организаций
которых
используются
разные
операционные
системы
разные
ы
данных
протоколы
Однако
потребности
крупномасштабном
сотрудничестве
между
организациями
привел
развитию
систем
технологий
объединения
разрозненных
компьютеров
что
название
распределенных
вычислений
(grid computing).
Систему
распределенных
вычислений
можно
рассматривать
очень
большой
интернациональный
слабо
связанный
гетерогенный
кластер
Целью
распределенных
вычислений
является
создание
технической
инфраструктуры
которая
ла
нескольких
организаций
преследующих
общую
создать
единую
виртуальную
организацию
виртуальная
организация
должна
быть
гибкой
структурой
динамически
изменяющимся
числом
членов
которой
отдельные
члены
могут
работать
вместе
требуемых
время
полностью
контролировать
собственные
ресурсы
Для
цели
исследователями
разрабатываются
службы
инструменты
колы
именно
позволяет
отдельным
функционировать
рамках
виртуальной
организации
Система
распределенных
вычислений
многомерна
количеством
участников
одноранговых
узлов
можно
противопоставить
традиционным
моделям
вычислений
модели
клиент
сервер
транзакцию
вовлечены
два
участника
сервер
который
предоставляет
некоторую
желающий
ить
примером
является
Всемирная
Паутина
которой
множество
пользователей
обращается
серверам
информацией
Отличаются
системы
распределенных
вычислений
двухточечных
приложений
объединяющих
машин
друг
другом
файлами
Типичным
двухточечного
приложения
является
электронная
почта
следствие
этих
различий
необходимы
новые
протоколы
новые
технологии
еделенных
вычислений
необходимо
обеспечить
доступ
ресурсам
каждого
ресурса
владеющая
организация
которая
решает
какая
часть
ресурса
доступна
какое
кому
Если
вдаваться
детали
можно
сказать
что
системы
распределенных
вычислений
доступом
ресурсам
риантов
моделирования
системы
распределенных
вычислений
заключается
представлении
многоуровневой
иерархической
структуры
табл
Нижний
уровень
уровень
инфраструктуры
объединяющий
компоненты
построена
система
распределенных
вычислений
части
аппаратного
обеспечения
процессоры
сети
сенсоры
части
программного
программы
данные
Это
физические
уп
которым
поддерживается
системой
распределенных
вычислений
Следующий
уровень
вверх
иерархии
уровень
ресурсов
уровень
отвечает
управление
отдельными
ресурсами
Зачастую
включенным
систему
распределенных
вычислений
ресурсом
локальный
процесс
который
управляет
ресурсом
обеспечивает
контролируемый
доступ
удаленных
пользователей
Назначение
этого
уровня
состоит
предоставить
высоким
уровням
единообразный
интерфейс
помощи
снять
характеристики
ресурсов
выполнять
мониторинг
безопасно
использовать
выше
лежит
уровень
коллективов
оперирующий
группами
ресурсов
Одной
его
функций
является
исследование
системы
распределенных
вычислений
размещения
ресурсов
Благодаря
этим
пользователь
находить
необходимые
процессора
пространство
конкретные
предоставления
необходимой
информации
уровень
коллективов
поддерживать
каталоги
другие
базы
данных
Кроме
того
может
выполнять
посреднические
сводя
поставщиков
пользователей
различных
услуг
также
возможно
распределяя
дефицитные
ресурсы
между
конкурирующими
пользователями
Уровень
коллективов
отвечает
также
размножение
данных
включение
распределенных
вычислений
новых
участников
рсов
поддержание
баз
данных
политик
доступа
описывающих
какому
пользователю
какие
ресурсы
доступны
вершине
иерархии
приложений
этом
работают
пользовательские
приложения
Уровень
приложений
обращается
нижележащим
чтобы
права
использование
или
ресурсов
отправлять
запросы
использование
отслеживать
выполнения
просов
обрабатывать
извещать
пользователя
результатах
Ключом
успеха
системы
распределенных
вычислений
является
безопасность
Владельцы
всегда
настаивают
полного
контроля
над
своими
ресурсами
исчерпывающим
мониторингом
кто
как
сколько
использует
).
хорошей
системы
безопасности
организация
предложила
свои
ресурсы
для
распределенных
вычислений
пользователю
приходилось
вводить
имя
компьютере
вовлеченном
распределенные
вычисления
работа
пользователя
стала
слишком
обременительной
Следовательно
должна
быть
выработана
модель
безопасности
учитывающая
соображения
Возможность
однократной
регистрации
системе
ключевых
характеристик
безопасности
Первый
шаг
использовании
еделенных
вычислений
регистрация
получение
сертификата
документа
цифровой
подписью
указывающего
чьих
интересах
должна
выполняться
работа
Сертификат
может
быть
делегирован
что
процессе
вычислений
потребуются
некоторые
вспомогательные
вычисления
дочерние
процессы
тоже
могут
быть
идентифицированы
его
помощью
сертификат
доступа
представляется
удаленной
быть
отображен
локальный
механизм
Например
UNIX
пользователи
идентифицируются
16-
разрядными
идентификаторами
других
системах
могут
применяться
схемы
Наконец
необходим
механизм
при
которого
будут
устанавливаться
поддерживаться
обновляться
политики
поддержания
взаимодействия
ду
различными
организациями
машинами
необходимы
стандарты
предоставляемые
протоколы
доступа
ним
управления
процессом
стандартизации
сообщество
распределенных
вычислений
организацию
под
названием
Global Grid Forum.
Результатом
работы
стал
шаблон
для
формирования
различных
стандартов
названный
OGSA (Open Grid Services Architecture -
открытая
архитектура
служб
распределенных
вычислений
Разрабатываемые
стандарты
возможности
аются
существующие
например
описания
служб
применяется
WSDL (Web Services Definition
Language -
язык
описания
веб
Стандартизованные
настоящее
время
службы
попадают
список
несомненно
будущем
будет
инфраструктуры
обеспечивают
взаимодействие
между
ресурсами
).
управления
ресурсами
резервирование
освобождение
ресурсов
данных
пирование
перемещение
данных
туда
нужны
Контекстные
описание
требуемых
ресурсов
политик
использования
Информационные
службы
получение
информации
доступности
ресурса
самоконтроля
поддержание
заявленного
качества
услуги
).
защиты
применение
политик
безопасности
управления
выполнением
управление
потоком
).
Закон ʏмдала 
Зако
Амдала
также
Амдаля
иллюстрирует
ограничение
роста
производительности
вычислительной
системы
увеличением
количества
вычислителей
Предположим
что
необходимо
решить
некоторую
вычислительную
задачу
Предположим
что
таков
что
общего
объёма
вычислений
может
быть
только
последовательными
расчётами
соответственно
доля
может
быть
распараллелена
еально
время
вычисления
обратно
пропорционально
числу
задействованных
p).
Тогда
ускорение
которое
может
получено
вычислительной
системе
процессоров
сравнению
однопроцессорным
решением
будет
превышать
величины
Таблица
показывает
сколько
раз
программа
долей
последовательных
вычислений
при
использовании
процессоров
таблицы
что
только
алгоритм
вовсе
последовательных
вычислений
= 0),
получить
линейный
прирост
производительности
ростом
количества
вычислителей
доля
последовательных
вычислений
25%,
увеличение
числа
процессоров
10
дает
ускорение
3,077
раза
эффективность
30,77%),
увеличение
процессоров
1000
даст
ускорение
3,988
раза
эффективность
0,4%).
очевидно
что
последовательных
общий
производительности
может
превысить
если
половина
кода
последовательная
прирост
никогда
превысит
двух
Закон
Амдала
показывает
прирост
эффективности
вычислений
зависит
задачи
ограничен
любой
задачи
� 0 .
для
всякой
дачи
имеет
наращивание
процессоров
вычислительной
системе
Более
того
учесть
необходимое
передачи
данных
между
узлами
вычислительной
зависимость
времени
вычислений
будет
максимум
ограничение
масштабируемость
вычислительной
системы
означает
что
определенного
момента
добавление
новых
стему
будет
увеличивать
время
расчёта
задачи
Распредел˩нные вычисления 
Распределённые
вычисле
(distributed computing, grid computing, volunteer computing) —
способ
решения
трудоёмких
вычислительных
задач
использованием
компьютеров
объединённых
сеть
Распределённые
вычисления
являются
частным
параллельных
вычислений
одновременного
различных
частей
одной
вычислительной
задачи
несколькими
процессорами
нескольких
компьютеров
Поэтому
необходимо
чтобы
решаемая
задача
была
сегментирована
разделена
подзадачи
т
вычисляться
параллельно
При
распределенных
вычислений
приходится
также
учитывать
возможное
различие
вычислительных
которые
доступны
для
расчёта
различных
подзадач
Однако
всякую
задачу
можно
распараллелить
ускорить
помощью
распределённых
последнее
качестве
исполнителей
выступают
компьютеры
связанные
посредством
или
иной
еды
передачи
данных
однако
прошлом
для
использовались
люди
Например
решение
модели
атомной
бомбы
США
было
получено
коллективом
вычислителей
которые
механическими
вычислительными
машинами
появлением
бурным
развитием
интернета
всё
популярность
получать
идея
добровольного
использования
для
распределённых
вычислений
компьютеров
простых
пользователей
соединённых
через
ернет
Такой
проект
распределённых
интернете
[email protected]
обладает
вычислительной
мощностью
современные
суперкомпьютеры
Проект
отмечен
Книге
рекордов
Гиннеса
как
большое
вычисление
сегодняшний
для
упрощения
процесса
организации
распределёнными
вычислениями
создано
несколько
программных
комплексов
как
коммерческих
так
бесплатных
Проекты
[email protected]
вычисление
структуры
низкой
энергией
[email protected]
проект
расчёту
третичной
структуры
World Community Grid —
исследования
связанные
генетикой
человека
также
различными
тяжёлыми
заболеваниями
Изучение
белков
каталогизация
grid.org —
проект
поиску
лекарства
рака
завершен
апреля
2007
года
нашли
Find-a-Drug —
проект
поиску
лекарств
различных
лезней
путём
расчёта
докинга
белков
различными
молекулами
завершен
2005
году
Seventeen or Bust —
проект
занимающийся
задачи
Серпинского
GIMPS —
проект
поиску
простых
чисел
Мерсенна
Содержание
понятия
квантовый
параллелизм
может
раскрыто
Данные
процессе
вычислений
представляют
собой
квантовую
информацию
которая
окончании
процесса
преобразуется
классическую
путём
измерения
конечного
состояния
квантового
регистра
Выигрыш
квантовых
алгоритмах
достигается
счет
того
что
применении
одной
квантовой
операции
большое
число
коэффициентов
суперпозиции
квантовых
состояний
которые
держат
классическую
информацию
одновременно
квантовой
запутанностью
которую
называют
также
квантовой
суперпозицией
обычно
понимается
Вообразите
атом
который
подвергнуться
радиоактивному
распаду
определенный
промежуток
времени
можем
ожидать
этого
атома
есть
возможных
состояния
распад
квантовой
механике
атома
может
объединенное
состояние
— «
распада
распада
»,
есть
угое
как
между
состояние
называется
суперпозицией
Базовые
характеристики
квантовых
компьютеров
теории
позволяют
преодолеть
некоторые
ограничения
возникающие
при
работе
классических
компьютеров
Может
показаться
что
квантовый
компьютер
это
разновидность
аналоговой
вычислительной
машины
своей
сути
цифровое
устройство
аналоговой
природой
Основные
проблемы
связанные
созданием
применением
квантовых
мпьютеров
необходимо
обеспечить
высокую
измерений
внешние
воздействия
могут
разрушить
квантовую
или
внести
неё
искажения
Благодаря
огромной
скорости
разложения
простые
множители
квантовый
компьютер
позволит
расшифровывать
сообщения
зашифрованные
при
помощи
популярного
асимметричного
криптографического
алгоритма
пор
алгоритм
считается
сравнительно
надежным
как
эффективный
способ
зложения
простые
множители
классического
компьютера
настоящее
время
неизвестен
Для
того
например
чтобы
получить
доступ
карте
нужно
разложить
простых
множителя
число
длиной
сотни
цифр
Даже
для
быстрых
современных
компьютеров
этой
больше
времени
чем
возраст
Вселенной
сотни
мощи
алгоритма
Шора
делается
вполне
осуществимой
если
квантовый
компьютер
построен
Применение
идей
квантовой
открыли
эпоху
области
криптографии
так
как
методы
квантовой
криптографии
открывают
новые
возможности
области
передачи
сообщений
Прототипы
систем
подобного
рода
находятся
стадии
разработки
7.2.1
ʏлгоритм Шора 
Алгоритм
Шора
квантовый
алгоритм
факторизации
разложения
числа
простые
множители
разложить
число
время
O((log N)^3),
затратив
O(log N)
места
Значимость
заключается
том
при
использовании
достаточно
мощного
квантового
компьютера
возможным
криптографических
систем
ключом
примеру
использует
открытый
ключ
являющийся
произведением
двух
больших
простых
чисел
способов
шифр
RSA —
множители
При
достаточно
большом
это
практически
невозможно
используя
известные
классические
алгоритмы
к
алгоритм
Шора
работает
только
квантовом
компьютере
настоящее
существует
технических
полиномиальное
время
длины
числа
разложить
достаточно
большое
множители
Алгоритм
Шора
очередь
используя
квантовых
компьютеров
способен
произвести
факторизацию
числа
полиномиальное
поставить
под
угрозу
надёжность
криптосистем
открытым
ключом
основанных
сложности
проблемы
факторизации
другие
алгоритмы
для
квантовых
компьютеров
Шора
вероятностный
даёт
верный
высокой
вероятностью
Вероятность
может
быть
уменьшена
при
использовании
алгоритма
менее
так
как
возможна
проверка
предложенного
результата
частности
простоты
числа
линомиальное
быть
модифицирован
так
полученный
полиномиальное
время
будет
верным
единичной
вероятностью
Алгоритм
Шора
разработан
Питером
1994
году
Семь
лет
спустя
2001
году
его
работоспособность
была
продемонстрирована
группой
специалистов
IBM.
Число
15
было
разложено
множители
квантового
компьютера
ами
ДНКǦкомпьютеры 
компьютер
вычислительная
использующая
вычислительные
возможности
молекул
1994
году
Леонард
Адлеман
профессор
университета
Южной
Калифорнии
продемонстрировал
что
помощью
пробирки
эффектно
классическую
комбинаторную
задачу
коммивояжере
кратчайший
маршрут
обхода
вершин
графа
Классические
компьютерные
требуют
множества
вычислений
опробованием
каждого
варианта
Метод
ерировать
возможные
варианты
помощью
известных
биохимических
реакций
Затем
возможно
быстро
отфильтровать
именно
молекулу
нить
которой
ответ
Проблемы
возникающие
Требуется
чрезвычайно
трудоёмкая
серия
реакций
проводимых
тщательным
наблюдением
Существует
проблема
масштабирования
задачи
Биокомпьютер
Адлемана
отыскивал
оптимальный
аршрут
обхода
графа
больше
вершин
графа
тем
больше
биокомпьютеру
требуется
материала
Было
подсчитано
при
масштабировании
методики
Эдлмана
решения
задачи
обхода
пунктов
около
200,
для
представления
всех
возможных
превысит
планеты
 История отечественной кибернетики 
неоконченное
многих
книгах
компьютерах
всегда
находится
раздел
посвященный
истории
вычислительной
техники
Там
всегда
мелькают
имена
Джона
фон
Неймана
Норберта
Алана
Тьюринга
Джона
Моушли
Сеймура
Крэя
других
западных
учёных
инженеров
области
вычислительной
техники
История
развития
подобном
ракурсе
однозначно
говорит
что
другого
ти
было
что
именно
люди
прошли
тот
тернистый
теоретических
основ
релейной
портативных
ноутбуков
суперкомпьютеров
Как
правило
нет
даже
намёка
самое
время
далёком
холодном
СССР
кто
пытался
сделать
подобное
».
началось
ещё
годах
века
русский
учёный
Александр
Богданов
публикует
свой
проект
под
названием
всеобщая
организационная
Основная
идея
научной
дисциплины
заключается
объединении
человеческих
биологических
физических
рассматривая
системы
взаимоотношений
поиска
организационных
принципов
лежащих
ве
систем
Богданов
тогда
много
понаписал
числе
про
каким
образом
будет
устроен
будущем
нибудь
станет
центром
жизни
всех
планет
будет
заселять
своими
эмигрантами
…»
это
русского
собственно
этим
Циолковский
занимался
вольно
модного
времена
направления
евгеника
всё
такое
»).
или
иначе
идеи
Богданова
опередили
были
поняты
оценены
современниками
Хотя
позже
было
признано
что
они
предвосхитили
зарождение
кибернетики
общую
теорию
систем
Берталанфи
1948-
Норберт
Винер
выпускает
известную
Кибернетика
»,
собственно
ает
».
Однако
написание
этой
книги
было
просто
невозможно
значительного
вклада
выдающегося
русского
учёного
Андрея
Николаевича
Колмогорова
который
сути
был
основоположником
современной
теории
вероятностей
занимался
матлогикой
теорией
теорией
сложных
алгоритмов
прочим
Кстати
тот
Норберт
Винер
признался
уже
ение
тридцати
когда
читаю
труды
академика
Колмогорова
чувствую
что
мысли
Это
всякий
что
хотел
сказать
».
том
1948-
было
принято
постановление
Совета
министров
СССР
образовании
Института
точной
механики
вычислительной
Академии
СССР
отечественной
вычислительной
техники
Первым
академик
Бруевич
Осенью
года
Киевском
институте
электротехники
начинаются
работы
разработке
Макета
Электронной
Счётной
Машины
).
проекта
Лебедев
которого
можно
назвать
отцом
отечественной
вычислительной
Сергей
Александрович
1928-
году
МВТУ
Баумана
защитившись
1939
будучи
кандидатом
наук
защищает
докторскую
диссертацию
войны
работает
системой
стабилизации
танкового
при
прицеливании
которая
была
принята
оружение
1950
года
директором
ИТМиВТ
был
переведенный
Киева
работу
Москву
Михаил
Алексеевич
Лаврентьев
тот
который
основал
Новосибирский
Академгородок
Сергей
Алексеевич
назначается
начальником
лаборатории
была
поставлена
задача
кратчайшие
сроки
создать
полноценную
вычислительную
для
проведения
расчетов
необходимых
проектирования
оизводства
ядерного
оружия
Такой
должна
была
стать
БЭСМ
быстродействующая
электронная
счетная
машина
путать
БДСМ
Работа
ещё
ведь
было
взято
под
личный
контроль
товарищи
Сталина
можно
проследить
личным
записям
Лебедева
тетрадях
низ
например
такие
заголовки
07.07.50:
ешней
памятью
магнитной
записью
). 09.07.50:
Передача
магнитной
. 12.07.50:
Рассмотреть
вариант
макета
элементами
памяти
для
команд
чисел
управляющим
коммутатором
работой
такта
). 16.07.50:
Программное
осуществление
ленты
барабан
количества
разрядов
машины
Выбор
количества
разрядов
для
макета
параллельным
вводом
чисел
21.07.50:
Перевод
двоичной
десятичную
систему
. 23.07.50:
магнитной
. 04.08.50:
Возможность
целесообразность
осуществления
варианта
раллельным
кодов
памятью
тригерных
ячейках
. 08.08.50:
Передача
барабана
внутреннюю
память
время
были
спроектированы
основные
узлы
будущей
машины
разработаны
выполнения
основных
сложения
умножения
деления
Рассчитана
длина
магнитных
которые
использовать
качестве
много
всего
Ведь
называемого
мена
опытом
западными
коллегами
тогда
было
дворе
начало
холодной
войны
набрал
команду
девяти
молодых
студентов
Московского
энергетического
института
которых
Бурцев
Мельников
впоследствии
академиками
директорами
академических
институтов
осенью
1952
года
БЭСМ
957
года
этих
машин
под
названием
БЭСМ
-2).
Ими
были
оснащены
практически
все
вычислительные
центры
осуществлялись
расчеты
искусственных
спутников
Земли
первых
космических
кораблей
человеком
борту
моменту
окончания
работы
над
БЭСМ
продумал
принципы
архитектуру
-20,
которая
должна
была
стать
самой
быстродействующей
мире
октябре
1955
года
Лебедев
сделал
сенсационный
доклад
Международной
конференции
электронным
счетным
Дармштадте
доказав
БЭСМ
оказалась
самой
декабре
того
года
первое
сообщение
БЭСМ
появилось
центральной
серии
БЭСМ
БЭСМ
БЭСМ
-6)
своего
создания
были
лучшими
Европе
ЭВМ
1967-
была
разработана
БЭСМ
-6
быстродействием
секунду
которая
оказалась
самой
конструкцию
было
заложено
много
новых
принципов
выпускалась
семнадцать
лет
Директор
английского
музея
вычислительной
техники
Свейд
(Doron Swade)
писал
-6,
что
технологическое
превосходство
США
период
холодной
войны
значительной
степени
мифом
».
Американский
компьютер
ILLIAC-IV,
основной
конкурент
БЭСМ
- 6,
закончен
много
позднее
обошелся
дороже
уступал
советской
конструкции
быстродействии
определенных
классах
задач
несмотря
что
нем
было
чуть
элементов
Кстати
знает
1959
полигоне
Сары
Шаган
была
построена
вычислительная
сеть
их
друга
сотни
километров
Главный
командно
вычислительный
строился
92.
вычислительная
сеть
носила
уникальный
именно
послужила
отправной
точкой
исследований
приведших
впоследствии
созданию
других
глобальных
информационно
вычислительных
сетей
числе
американской
обстоятельств
погубивших
отечественную
вычислительную
технику
стало
руководства
копировании
американской
вычислительной
запуске
производство
машины
IBM-360
названием
Единая
система
Лебедев
противником
такого
подхода
научно
технической
работе
Рассказывают
что
этом
горько
пошутил
что
нибудь
выходящее
!».
действительно
ИТМиВТ
сохранил
свою
самобытную
школу
разработки
производства
Старший
научный
сотрудник
ИТМиВТ
Щербаков
проработавший
Лебедевым
23
года
своими
воспоминаниями
том
как
Сергея
Алексеевича
вызвали
где
было
предложено
вместо
разработки
собственных
машин
копировать
иностранные
авив
специально
создаваемый
отказался
предложения
вызвал
недоумение
министров
лет
Алексеевич
свою
позицию
объяснил
так
Любая
копия
всегда
хуже
оригинала
Так
зачем
нам
делать
плохую
копию
когда
можем
отличный
оригинал
Международное
признание
пришло
нему
много
спустя
Международное
компьютерное
общество
Принципы
программирования
Ляпунова
став
таким
образом
одним
первых
людей
мире
кто
получил
специальное
программистское
образование
Андрея
Ершова
еще
студента
пригласил
читать
лекции
программированию
разработчиков
электронной
счетной
машины
БЭСМ
Лебедев
1952
году
молодой
профессор
вести
курс
обучения
вам
программирования
Ершова
его
склонностью
бросать
интеллектуальный
вызов
символика
программирования
полная
запрещающих
мучительных
условностей
должна
была
показаться
как
райски
привлекательной
деятельность
Алексея
Андреевича
началась
создания
операторного
метода
программирования
Ляпуновым
отмечено
что
традиционные
теории
ринга
продукции
Поста
нормальные
алгоритмы
Маркова
для
исследования
природы
вычислимости
непригодны
для
описания
алгоритмов
удобной
решения
практических
задач
Идея
крупноблочного
описания
алгоритма
реализованная
операторном
методе
открыла
новым
формализациям
понятия
алгоритм
этом
выразился
значительный
вклад
теорию
алгоритмов
сделанный
Алексеем
дреевичем
операторный
метод
содержал
неформальное
определение
алгоритмического
языка
высокого
уровня
языка
; 2)
проблематику
программирования
ряду
стояла
проблема
трансляции
языка
высокого
уровня
проблема
построения
программирующей
программы
; 3)
основы
теории
программ
моделирующих
программы
положившей
начало
программирования
языке
логических
схем
и
выделены
элементарные
операторы
логические
условия
определены
основные
средства
композиции
операторов
Это
был
позволивший
описывать
различные
алгоритмы
форме
близкой
содержательному
представлению
предметных
вместе
удобной
программирования
логических
схем
позволил
говорить
приемах
программирования
Операторный
нову
многих
отечественных
учебных
пособий
программированию
нем
выросло
первое
поколение
программистов
нашей
Многие
будущие
создатели
трансляторов
появившихся
значительно
позднее
алгоритмических
языков
программирования
выросли
разработчиков
программирующих
программ
Создание
операторного
метода
было
первым
крупным
открытием
теории
практике
программирования
Андрей
Ершов
аствовал
подготовке
приемных
БЭСМ
разработав
качестве
программу
обращения
матриц
основе
анализа
результатов
управления
БЭСМ
Ершов
выпустил
1958
году
первую
мире
монографию
автоматизации
программирования
которая
порадовала
Дональда
Кнута
Кстати
дружба
Кнутом
длилась
вплоть
самой
Ершова
1988
году
Время
времени
встречались
различных
конференциях
Самой
памятной
Кнут
называет
конференцию
Алгоритмы
современной
математике
компьютерной
",
которая
проходила
СССР
узбекском
городе
Ургенче
бывшая
столица
появился
термин
"),
где
и
вместе
Ершовым
сопредседателями
Дональд
конференцию
паломничеством
местам
сотрудничество
Ляпунова
Ершова
длилось
более
десятилетия
вплоть
совместного
переезда
новосибирский
Академгородок
постепенно
разошлись
основал
кафедру
Ершов
предпочел
работу
Вычислительном
центре
Сибирского
отделения
возглавляемом
блестящим
специалистом
области
численного
анализа
будущим
заместителем
премьер
министра
СССР
президентом
).
Вычислительном
центре
был
руководителем
информатики
Окончив
1954
Московский
это
выпуск
университетским
образованием
Ершов
1960
Москве
1958
Теддингтонскую
конференцию
механизации
мыслительных
процессов
там
встретился
дебютантом
международной
компьютерной
Джоном
МакКарти
создателем
языка
годами
эта
встреча
переросла
дружбу
сотрудничество
практически
немыслимые
холодной
войны
1965
году
МакКарти
Ершова
Новосибирске
первым
торому
было
приехать
Спустя
три
провел
два
месяца
обучая
общаясь
студентами
преподавателями
был
признанным
области
компьютерного
программирования
Союзе
был
первым
программистом
получившим
престижную
премию
имени
Крылова
области
математики
ставшим
корреспондентом
1980 —
действительным
членом
1970
году
выступая
всесоюзной
конференции
программированию
проходившей
новосибирском
Академгородке
Ершов
огорошил
компьютерную
общественность
том
компьютерная
программа
наконец
товаром
требует
соответствующего
отношения
создателю
программисту
1972
профессор
Бауэр
на
написал
книжку
детей
”Andrei und das Untier“ —
введение
информатику
очаровательно
иллюстрированную
рисунками
стиле
граффитти
выполненными
набросков
Ершова
Василия
Выбор
главного
персонажа
действия
городе
полпути
между
Томском
Омском
”,
двумя
сибирскими
городами
оказался
пророческим
вот
1958
20
сотрудников
лаборатории
своими
руками
изготовили
образец
машины
десятый
день
Сетунь
заработала
Помимо
более
простого
проектирования
троичной
машины
были
составлены
требования
характеристикам
всех
деталей
элементов
необходимые
параметры
проверялись
помощи
простых
делали
Intel
Гордон
условия
которых
ошибки
своевременно
устранялись
самых
ранних
стадиях
результате
представляла
стойку
2,9
1,85
0,5
плюс
субблоки
-20)
состояла
функциональных
арифметического
управления
ввода
вывода
оперативного
постоянного
Ввиду
ненадежности
ламповых
элементов
транзисторные
уже
овали
тоже
качеством
были
применены
магнитные
логические
элементы
Тактовая
200
кГц
потребляемая
мощность
2,5
кВА
время
выполнения
сложения
вычитания
180
мкс
умножения
320
мкс
передачи
управления
- 100
мкс
- 162
слова
тритов
барабан
Урал
использован
качестве
основного
связанного
оперативной
постраничным
Добавленная
таким
образом
большая
фактически
cash)
память
позволила
производительность
операций
секунду
Сетунь
задумывалась
чтобы
обеспечить
возможность
программного
всего
команды
Теперь
называют
архитектурой
Малая
цифровая
вычислительная
Сетунь
серийно
выпускалась
имела
двухстековый
троичный
процессор
послоговым
кодированием
программ
данных
стековая
машина
отечественных
Эльбрусов
",
имела
команд
операндов
поколение
механические
компьютеры
Первое
поколение
электронные
поколение
транзисторы
поколение
сверхбольшие
интегральные
схемы
Вентили
ИЛИ
Схема
Память
защёлки
Общая
организация
ЭВМ
Принципы
фон
Неймана
Процессоры
CISC/RISC/MISC
Устройство
управления
Арифметико
логическое
устройство
Интерфейсы
IDE/SCSI
Принципы
магнитной
записи
Способы
кодирования
данных
при
итной
записи
Принцип
работы
НЖМД
Форматирование
Механизмы
привода
головок
НЖМД
Сервопривод
сервокоды
Виды
Назначение
Компакт
диск
Впадины
площадки
Технологии
производства
Компакт
диск
Дорожки
секторы
Компакт
диск
Обработка
ошибок
Компакт
диск
Кодирование
данных
Основные
отличия
CD-R.
Технология
CD-RW.
Технология
записи
стирания
память
инцип
работы
дисплеи
Основные
типы
дисплеи
Плазменные
панели
Принципы
работы
Параллельные
Уровни
парллелизма
Параллельные
Флинна
Мультипроцессоры
. UMA/NUMA/COMA
Проблема
согласованности
кэшей
мультипроцессорных
системах
Протокол
MESI
Кластеры
Закон
Амдала
Распределенные
вычисления
Примеры
события
отечественной
кибернетики

Приложенные файлы

  • pdf 17594424
    Размер файла: 5 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий