体系结构第6章 节 第3讲.pptVIP

* 存储器和CPU之间需要通过接口进行通讯，同样I/O设备和CPU间也需要数据传输。计 * 总线设计存在很多技术难点，一个重要原因就是总线上信息传送的速度极大地受限于各种物理因素，如总线的长度、设备的数目、信号的强度等，这些物理因素限制了总线性能的提高。另外，对I/O操作的低延迟要求以及对I/O高吞吐量的要求也可能造成设计需求上的冲突。 计算机体系结构 计算机体系结构 国家精品课程：计算机体系结构 第六章：输入输出系统 国防科技大学计算机学院 主讲人： 副教授 国家精品课程：计算机体系结构 第六章：输入输出系统 国防科技大学计算机学院 主讲人：李宗伯 副教授 盘阵列（RAID） 盘阵列容量大、速度快、可靠性高、造价低廉。它是目前解决计算机I/O瓶颈的有效方法之一，有着广阔的发展前景。 盘阵列（RAID 0） 亦称数据分块（Striping），即把数据分布在多个盘上，实际上是非冗余阵列，无冗余信息。严格地说，它不属于RAID系列。 优点：高性能，磁盘利用率高。 缺点：系统可靠性差。 盘阵列（RAID 1） 亦称镜像盘，使用双备份磁盘。 优点：I/O速度快，可靠性高。 缺点：代价高，可扩展性不好。 盘阵列（RAID 3） 位交叉奇偶校验盘阵列，是单盘容错并行传输的阵列。即数据以位或字节交叉的方式存于各盘，冗余的奇偶校验信息存储在一台专用盘上。 盘阵列（RAID 3） 在RAID3中，将磁盘分组，读写要访问组中所有盘。当一个磁盘出故障时，可以通过奇偶校验磁盘中的校验和来恢复出错数据。 优点：冗余代价低，传输速率高。 应用领域：多媒体应用。 盘阵列（RAID 4） 块交叉奇偶校验盘阵列。即数据以块(块大小可变)交叉的方式存于各盘，冗余的奇偶校验信息存在一台专用盘上。 优点：读写速度快；冗余代价低； 缺点：阵列控制器复杂。 盘阵列（RAID 5） 块交叉分布式奇偶校验盘阵列，即数据以块交叉的方式存于各盘，但无专用的校验盘，而是把冗余的奇偶校验信息均匀地分布在所有磁盘上。 盘阵列（RAID 5） 优点： 冗余代价较小； 读数据速率高； 写数据相对较快。 缺点： 控制器设计复杂。 盘阵列（RAID 6） 双维奇偶校验独立存取盘阵列。即数据以块(块大小可变)交叉的方式存于各盘，冗余的检、纠错信息均匀地分布在所有磁盘上。并且，每次写入数据都要访问一个数据盘和两个校验盘，可容忍双盘出错。 总线 I/O设备与CPU/存储器的连接 总线概述 总线的特点 优点： 低成本； 多样性。 缺点： 可能造成设备信息交换的瓶颈，从而限制了系统中总的I/O吞吐量。 总线设计时因考虑的因素 选 择 高性能 低代价 总线复用方式 独立地址和数据总线 数据和地址分时复用 数据总线宽度 宽 窄 传输块大小 块越大开销越小 每次传输单字 总线主设备 多个 单个 分离事务总线 采用 不采用 定时方式 同步 异步 总线的分类 按设备定时方式分类： 同步总线；同步总线上所有设备通过统一的总线系统时钟进行同步。 异步总线：设备之间没有统一的系统时钟，设备自己内部定时。设备之间的信息传送用总线发送器和接收器控制。但在传输时，异步总线需要额外的同步开销。 总线的标准 只要计算机和I/O设备的设计都满足相应的标准，那么I/O设备和计算机可以任意连接。 I/O总线标准就是定义设备连接的文件。 常用的I/O总线 概况 常用的I/O总线标准 ISA EISA PCI：扩展主机设备 USB(含USB2.0)：连接各种外部设备到主机 IEEE1394、…… RS-485/RS-232 CAN I2C I/O总线的发展历程 谢谢！ * 有些资料里也将其称为独立磁盘冗余阵列（Redundant Array of Independent Disks） * * （1）一个读请求可由包含请求数据的两个物理磁盘中的某一个提供，只要它的寻道时间加旋转时间延迟较小。这样RAID1的读性能由镜像盘中读性能最好的磁盘决定。故在I/O处理中，如果是大批的读请求，RAID1的性能能够达到RAID0性能的两倍。 * RAID2的优点是使用海明编码来进行错误检测和纠正，数据传输率高。海明校验码可以检测磁盘的2位错误，并纠正1位数据错误。对于单个读，所有磁盘同时读取，请求的数据和相关的海明校验码被传送到阵列管理器。如果出现1位错误，则阵列管理器可以立即识别并加以纠正，因此读取时间很短，可以达到很高的数据传输率。对于单个写，所有的数据盘和校验盘都要参加写操作。RAID2阵列管理器的设计比后面的RAID级别要简单。 * RAID2的缺点是需要多个磁盘来存放海明校验码信息，冗余磁盘数量与数据磁盘数量的对数成正比。这样，尽管RAID2比RAID1需要的磁盘少，RAID2存储容量的利用率仍然不高，尤其是在数