computerhardware_periferie_samenvatting_JonasV

Computerperiferie – samenvatting
Hoofdstuk 1: computerarchitectuur
RISC – CISC
- Verschil in omgang met instructies
- Veel instructies  complex instruction set computer
- Beperkte instructieset  Reduced instruction set computer
o Prestatieverbeterende technieken zoals caching en pipelining
- De 80x86 van Intel  CISC, maar men wou RISC technieken toepassen golden handcuffs
o Ze willen neerwaarts compatibel blijven, ook al zijn er verbeteringen gevonden die
zouden vereisen dat je volledig moet herbeginnen. Door succes van x86
- Eigenschappen van RISC:
o Alle instructies hebben een vaste grootte: meestal 4 bytes
o Load/store architecture (eerste alle gegevens uit registers verzamelen, dan
bewerking uitvoeren, en dan naar geheugen wegschrijven)
o Groot aantal general purpose registers
o Aparte bussen voor data en code(programmageheugen) harvard architectuur
o Hardwiring  instructies vast gaan coderen
- Soorten instructies
o Load/store
o ALU instructies: rekenkundige en logische bewerkingen uitvoeren
o Spronginstructies
- 5 traps RISC pipeline
o Pipelining is een voorbeeld van ILP (instruction level parallellism)
o Alle 5 de stappen uitgevoerd door een aparte eenheid v/d CPU  parallel mogelijk
o 5 instructies mogelijk tegelijkertijd
o Stappen:
 IF = instruction fetch: PC (prog counter) op adresbus geplaatst en bijhorende
instructie opgehaald. Dan PC met 4 vermeerderen (want instr is 4 bytes)
 ID= instruction decode: instructie decoderen en nodige registers opgehaald
 EX = execute: ALU gebruikt om met de operanden berekeningen te doen
 MEM = memory acces: bij een load instr wordt de inhoud van het adres uit
de vorige stap opgehaald, bij een store instr wordt ernaar geschreven
 WB = write back: enkel voor ALU en load instr  resultaat afkomstig van het
geheugen wordt naar het registerbestand geschreven
o Probleem bij Pipelines bij voorwaardelijke spronginstructies
 Oplossing 1: wachten tot de uitkomst van de voorwaarde bekend is
 Oplossing 2: uitkomst voorspellen en voortdoen  wanneer foutief ganse
pipeline leegmaken (hyperthreading kan hiervan gebruik maken)
De pentium bug
- Probleem bij het delen van reële getallen  afrondingsfout tussen het 4e en 15e cijfer na de
komma
-
Geschatte kosten geweldig veel lager dan werkelijke kosten
Foutfrequentie veel hoger dan Intel zei
Niet iedereen zou er last van hebben (volgens Intel)
De 8086 en 8088
- Eigenschappen van de 8086:
o 16 bit architectuur met 16 bit brede registers
o 20 bit adresbus  tot 1 MB geheugen
o 16 bit registers, waarvan sommige 8 bit adresseerbaar ook
o Heeft sterk vereenvoudigde vorm van pipelining
- 8088 heeft een 8 bit databus
- Gesegmenteerd geheugen  ieder programma eigen set segmenten
- Bij 8086 geen extra registers om segmenten te beveiligen  geen multitasking
- Per programma 4 segmenten:
o Codesegment
o Datasegment
o Stacksegment
o Optioneel extra datasegment
- Per segment zijn 2 registers nodig
o Segmentregister: bevat het adres waar het segment begint
o Offsetregister: bevat een relatief adres naar een locatie binnen dat segment
- Soorten registers:
o Algemene registers
 AX en DX: voor rekenkundige bewerkingen
 BX: als bijkomend offsetregister
 CX: als telregister
o Offsetregisters
 SP,IP,BP,…
o Segmentregisters
 CS,DS,…
- Interrupts
o Hardware interrupts
 Non maskable interrupt (NMI)  kunnen niet worden onderdrukt
 Interrupt request (IRQ)
o Software interrupts
 Zuiver software interrupts
 Traps (synchrone interrupts) cv deling door nul
o Verwijzingen naar de interrupt service routines zijn terug te vinden in de interrupt
vector table
- processor maakt geen onderscheid tussen de soorten
Betrouwbaarheid en beschikbaarheid
- 3 indicatoren
MTTF: mean time to failure  gemiddelde tijd tussen het in gebruik nemen en het
uitvallen van het onderdeel
o MTTR: mean time to repair  gemiddelde tijd dat het vergt om het defecte
onderdeel te vervangen
o MTBF: mean time between failures  som van de 2 bovenstaande
Beschikbaarheid: MTTF/(MTTF+MTTR)
o
-
Benchmarks
- Whetstones: bepalen van de rekenkracht adhv floating point instructies (kWIPS)
- Dhrystones: rekenkracht adhv integer instructions
- SPEC: system performance evaluation corporation
o Met behulp van een ratio en testsuites: hoe hoger, hoe performanter
o Uitvoeringstijd wordt vergeleken met een referentietoestel
Vermogensverbruik van een processor
- Dynamisch vermogen: bepaald door 2 factoren
o Short circuit current: vb CMOS inverter  tot 15% v/h totale dynamisch vermogen
o Switched capacitance: Pdyn = a*C*V²*f van de elektronische schakelaars
 Dit vermogen beperken door:
 Aantal transisties beperken (= a, 01 en 10)
 Totale capaciteit van de schakeling naar beneden halen
 CPU spanning laten afnemen
 Klokfrequentie doen dalen
 Transities verminderen door clock gating: niet gebruikte delen van de CPU
loskoppelen van de klok
 Grootte van de transistoren verkleinen  C dalen  MAAR niet haalbaar
 Spanning is al gezakt van 5V naar 1 V
 Klokfrequentie doen afnemen: dynamic voltage scaling (hangt samen met
spanningsdaling )
- Statisch vermogen
o Som van alle lekstromen binnen de CPU
o Tegenwoordig rond de 40% van het totale vermogen
- Koeling
o Moderne CPU: 90 a 100W vermogen hoofdzakelijk in warmte
o Afgevoerd door koeltoren (koelvinnen met ventilator)
o Dimensioneren adhv draagkracht van de CPU en thermische weerstanden
 Kleinere thermische weerstand voor veel warmte afgifte
Hoofdstuk 2: computervoedingen
-
Lineaire voedingen met seriestabilisatie
o Vooral bij toestellen die ruisgevoelig zijn
o
-
Principe: omdat de lastweerstand altijd veranderd moet de serieweerstand mee
veranderen om de spanning gelijk te houden
o Stappen:
 Aftransformeren
 Gelijkrichten
 Afvlakken
 stabiliseren
o details p25
geschakelde voedingen (SMPS)
o ingangsspanning periodiek onderbroken door een elektronische schakelaar
o buck converter
 uitgangsspanning kleiner dan de ingangsspanning
 zie p 27 voor tekening
o boost converter
 uitgangsspanning hoger dan de ingangsspanning
 zie p 28
o buck boost converter
 spanning kan zowel kleiner als groter zijn dan de ingangsspanning
 indien ook transformator ipv spoel  galvanische scheiding
Hoofdstuk 3: moederborden en I/O bussen
Componenten
- BIOS:
o Besturingssysteem bestond uit 2 delen:
 BIOS: vast onderdeel  schakel tussen hard- en software
 MSDOS: verzameling programmabestanden
o Voor specifieke hardware  niet overdraagbaar tussen moederborden
o Onderdelen:
 POST: verschillende componenten testen
 BIOS setup utility: enige dat door de gebruiker te benaderen is (bvb
bootsequentie)
 Systeem BIOS: fundamentele diensten voor goede werking systeem
 Diagnostics: instellen en detecteren van randapp
- CPU slot
o Voor het plaatsen van de CPU
- Chipset
o Aantal chips die zorgen voor de verbinding van de processor met alle
periferiecomponenten
o Nu alle chips samen geïntegreerd op 2 of 3 chips  uiteindelijk naar 1
o Functies:
 Geheugencontroller
 Diskcontroller
 Toetsenbordcontroller
-
 Buscontroller
 …
o 2 soorten
 North/South bridge architectuur (NSB)
 Nadeel: PCI bus wordt voortdurend belast met opdrachten die niet
voor een PCI apparaat bestemd zijn
 Hub architecture
 2 van de 3 chips gebruikt als hubs
 Snelle bussen zijn aangesloten op de memory controller hub (MCH)
 Tragere bussen aangesloten op de I/O controller hub (ICH)
Batterij : voor bijhouden van verschillende systeeminstellingen van BIOS
Geheugenbanken: ieder moederbord ondersteunt in principe slechts 1 type
geheugenmodule
I/O bussen
- ISA: industry standard architecture
o 8 bit bus met 62 lijnen
o 8 datalijnen
o 20 adreslijnen
o Voor de 16 bit versie werden er 36 lijnen toegevoegd
o Connectoren bestaan uit 2 delen
o Max adresseerbaar geheugen = 1 MB
- MCA: Micro Channel Architecture
o Ontwikkeld door IBM
o 32 bit
o Eerste poging tot plug en play
o Nooit doorgebroken want IBM rekende te zwaar 
- EISA: extended ISA
o 32 bit bus
o 2e rij met aansluitcontacten voor de toegevoegde signaallijnen
- Lokale bussen
o Snelle periferie aparte bus fysisch dichter bij de CPU
o Trage periferie ook eigen bus dus
- VESA local bus: video Electronics standards association
o CPU bus gebruiken als lokale bus
o Door toename van de snelheid van de CPU bus kon de periferie niet meer volgen
- PCI: peripheral component interconnect
o Bij de invoering van pentium in gebruik genomen
o 32/64 bit bus
o Lokale bus als aparte bus geïmplementeerd
o Tijdens 1 klokcyclus 1 pakket verstuurd
o Ontwikkeld door Intel
- AGP: accelerated graphics port
o Zeer snelle verbinding tussen de grafische kaart en het geheugen
-
-
o Slechts 1 slot aanwezig
o 32 bit bus
o Aantal varianten op gemaakt
PCIe: PCI – Express
o Opvolger van AGP
o 3GIO: 3e generatie i/o bus
o Omschakelen naar serieel  snelheidswinst
o Full duplex, seriële differentiële verbinding
o Data verstuurd over meerder lanes: interleaving of striping
o Geen aparte geleiders voor de klok  bij lange reeksen synch problemen
 Codering gebruikt
PCI praktisch
o Initiator start gegevensoverdracht
o Target: doel van gegevensoverdracht
o Iedere component is een device
o Per device max 8 functies
o Ieder device beschikt over een eigen adresruimte
o Overdracht gesynched met de PCI klok
o Max 32 devices per bus omdat je per toestel de impedantie naar beneden trekt
o Signalen:
 CLK: klok  alles gebeurd op de stijgende flank
 RST: asynchrone reset
 TRD: target ready
 STOP: raget meld dat hij de transactie stopt
 DEVSEL: device select
 FRAME: vormt start en einde van een transactie
 IRDY: initiator ready
 LOCK: initiator gebruikt dit om een aantal atomaire transacties te
vergrendelen of exclusieve toegang tot een target
 AD: 32 bit adresbus (gemultiplexed)
 C/BE: 4 bit command/byte enable bus
 PAR: pariteitsbit
 Foutsignalen (vb PERR, SERR)
 Interrupts
 arbitrage
o Signaalgroepen:
 Adres en data
 Interface control
 Error control
 Error reporting
 Arbitrage
 System
 JTAG
 Cache sypport
 Interrupts

64 bit uitbreiding
Hoofdstuk 4: geheugen
Niet-volatiel geheugen
- EPROM: erasable programmable ROM
o 2 dimensionale matrix van floating gate transistoren met hot elektron injection
o Alle geheugencellen: logische waarde 1
o Indien 0 gewenst  overeenkomstige transistor blokkeren  Vgs = Vpp
o Wissen met UV licht
- EEPROM: electronically EPROM
o Isolatielaag bestaat uit tunneloxide en is vrij dun  elektrisch wissen mogelijk
o Wissen door Vgs om te draaien van polariteit
o Flash geheugen ook zelfde principe maar enkel blokadresseerbaar
 Minder lijnen  goedkoper
- NVRAM: non volatile RAM
o SRAM met een batterij
Volatiele geheugens
- DRAM: dynamic RAM
o Geheugencel = condensator
o Op regelmatige tijdstippen de inhoud verversen
o Traag en goedkoop  geschikt als hoofdgeheugen maar niets als cache
- SRAM: static RAM
o Geheugencel = D flipflop
o Geen verversing nodig
o Veel plaats nodig voor de schakelaars
o Snel maar duur
- Fast Page Mode RAM
o Poging tot sneller DRAM
o 2 dim tabel
o Rij = pagina enkel kolomadres nodig voor data op te halen binnen eenzelfde rij
o Snelheidswinst door lokaliteitsbeginsel: processoractiviteiten in korte tijdspanne
hebben betrekking op een bepaald geheugengebied
o Burst mode cycling: bij data opvragen ook de data van 3 volgende adressen ophalen
o Interleaving toegepast: even bytes hebben betrekking op de eerste geheugenbank
en de oneven op de 2e bank
 Nadeel: aanliggende geheugenbanken moeten gelijke modules bevatten
- Extended Data Out DRAM
o Tijdens het bewerken van data op het huidige adres, het volgende adres reeds op de
adreslijn plaatsen zodat aansluiten de date van dat volgende adres kan worden
bewerkt
- SDRAM: synchronous DRAM
-
-
-
o Gegevensoverdracht enkel op discrete tijdstippen
DDR SDRAM: double data rate SDRAM
o Verdubbelt de snelheid zonder toename van de kloksnelheid door op beide
klokflanken datastransfers mogelijk te maken
DDR2 SDRAM
o 2 geleiders per datalijn voor de gegevens differentieel door te sturen  minder ruis
en interferentie
RDRAM: Rambus DRAM
o Type: narrow channel  datatransport over een 16 bit bus
o Ook op beide klokflanken
o Komt nauwelijks voor
o Hadden een exclusiviteitscontract met Intel
o Enkel communicatie tussen controller en chip
De memristor
- Weerstandswaarde varieert naarmate er meer of minder lading doorgestuurd wordt
- Bij het onderbreken van de spanning behoudt de memristor de weerstandswaarde die hij
had voor het wegvallen van de spanning
- 4 grootheden (stroom,spanning, lading, flux) en maar 3 verbanden (R,C,L)  1 tekort
- Niet lineair verband tussen flux en lading  hysteresis
- Titaniumoxide memristor:
o 2 gebieden: sterk en zwak gedopeerd
o Sterk gedopeerd: kleine weerstand Ron
o Zwak gedopeerd: grote weerstand Roff
- Stapreactie: naarmate de spanning langer aanligt neemt de weerstandswaarde af,
verzadiging bij Ron
Hoofdstuk 5: grafische adapters
VGA controller
- Video graphics array
- Analoge uitgang
- 64 intensiteiten per kleur  64³ kleuren. In de praktijk slechts 256 tegelijkertijd door de
beperkingen in hardware
- SVGA: super VGA
o Groep van adapters die een uitbreiding zijn van VGA, maar verschillende
mogelijkheden kunnen hebben
GPU: graphics processing unit
- Componenten van een grafische adapter:
o Video BIOS  noodzakelijk, anders geen beeld bij opstarten
o Videoprocessor
-
-
-
-
o Videogeheugen
o DAC
o Video driver
De videoprocessor (GPU)
o Many-core architectuur met honderden cores
o Volledig parallel programmeerbare grafische processor
o Niet op PCI aansluiten  maakt trager
o Kan ook voor niet grafische toep worden gebruikt via speciale taal voor parallelle
gegevensverwerking
DAC
o RAMDAC
o Intern 3 DAC’s: 1 voor elke kleur
o Kleine hoeveelheid SRAM
Videogeheugen
o Om de te tonen beelden op te slaan
o Soms hoofdgeheugen gebruikt  shared memory
o 2 geheugensbuffers: terwijl het beeld uit de frontbuffer wordt getoond, wordt de
backbuffer gebruikt om het volgende beeld op te bouwen, en nadien wisselen
o Voor 3D beelden: nood aan z-buffer voor de diepte van de pixels
API: interne werking van de hardware verbergen  extra laag abstractie
GPU computing
o Gebruik maken van de grafische API’s  niet handig voor niet-grafische
toepassingen te maken
o Met speciaal ontwikkelde parallelle programmeer omgeving
Hoofdstuk 6: logische opbouw van schijven
Basisbegrippen
Vaste schijf opgebouwd uit ten minste 1 fysische schijf
- Iedere schijf langs 2 kanten gebruikt
- Per fysische schijf 2 lees/schrijfkoppen nodig
- Gegevens in concentrische cirkels  sporen
- Sporen onderverdeeld in sectoren
- Verzameling sectoren op verschillende fysische schijven op een zelfde afstand van
middelpunt  cilinder
Logische sectoren
- 3 parameters voor lokalisatie: kopnummer, cilindernummer en sectornummer
- Besturingssystemen: gebruiken logische sectoren (maar 1 nummer nodig)
- Nummering:
o Eerste fysische sector  logische sector 0
o Sectoren die tot hetzelfde spoor behoren gewoon doornummeren
o Einde van een spoor  overschakelen naar andere lees/schrijfkop
o
Alle sectoren van een cilinder genummerd  naar volgende cilinder
Partities
- Enkel bij vaste schijven
- Soorten: primaire (max 4), uitgebreide (max 1) en logische (max afh van besturingssysteem)
- Beginperiode: maximaal 4 delen  primaire partities
- Cluster: kleinste adresseerbare eenheid op MSDOS niveau (aantal sectoren in een cluster is
een macht van 2 )
- Ieder bestand neemt 1 cluster in beslag
- Grote clusters  grote kans op ruimteverspilling
vb: bestand past net niet in 1 cluster
- Sector: kleinste fysische adresseerbare eenheid
- Tegenwoordig: meer partities voor meer besturingssystemen op 1 schijf of scheiden van
gegevens
- Uitgebreide partitie bestaat uit meerdere logische
partities
- Bij FAT indeling:
o FAT – 12  212 clusters
o FAT – 16  216 clusters
o FAT – 32  228 clusters (4 MSB niet gebruikt)
Opstartproces van een Windows PC
- Controle op kortsluiting, verkeerd aangesloten kabels,
werking ventilatoren,…
o Wanneer succesvol  oplichten van alle led’s
op toetsenbord
- POST = power on self test:
o Zoeken naar xaa55 codes  ROM geheugens die worden uitgevoerd voor
periferiecomponenten te initialiseren
o Bepalen van de totale hoeveelheid RAM en opbouwen van de devicelijst
- Na eventueel wat plug en play wordt naar een opstartmedium gezocht
- Eerste fysische sector (Master Boot Record) van de vaste schijf gelezen  bevat oa
partitietabel (bevat info over prim part en over uitgebreide partities)
- Bootsector van de opstartpartitie wordt gelezen  ook de code om het besturingssysteem
te laden = bootstrapcode
- NTLDR (NT loader, alles van windows tem XP) wordt geladen:
o Omschakelen van real mode naar flat memory mode (640 kB max fysiek geheugen)
o Laden van boot.ini
o Uitvoeren van ntdetect.com  geeft volledige lijst van aanwezige hardware
o Laden van ntoskrnl.exe en hall.dll  kernel + info om hardware aan te spreken
o Laden van configuratie- en systeeminstellingen en de nodige drivers
o Controle overgeven aan ntoskrnl.exe  beëindigen van het opstartproces
Layout van de MBR
- MBR bevindt zich op een vaste positie: kop 0, cilinder 0, sector 1
- Diskettes hebben geen MBR  niet partitioneerbaar
- Maar 4 partities mogelijk omdat er maar plaats is voor 4 (elk 16 bytes)
- MBR: max 446 bytes machinecode, daarna partitietabel, daarna 2 bytes aa55h signatuur
- Partitiebeschrijving:
o 00h  1 byte  80h als het de default opstartpartitie is, anders 00h
o 01h  3 bytes  beginpositie van de partitie (kopnr, cilindernr en sectornr)
o 04h  1 byte  systeemindicator
o 05h  3 bytes  einde van de partitie
o 08h  4 bytes  beginsector van de partitie relatief tov begin van de schijf(LBA1)
o 0Ch  4 bytes  grootte van partitie in sectoren (max 2 TB)
- Logische partities:
o Eerste ingang bevat startsector relatief tov EBR en aantal sectoren binnen log. part
o Tweede ingang bevat beginsector vervolg EBR en aantal en aantal resterende
sectoren binnen de uitgebreide partitie
- EFI (extensible firmware interface):
o Intel
o Bedoeld om oudere BIOS te vervangen (16 bit CPU mode en 1MB adresseerbaar
geheugen
o GUID partition table
o Uitbreiding van MBR
o Ondersteuning voor 128 partities
o Betere bescherming van de partitietabel door gebruik te maken van redundantie
o Werkt uitsluitend met LBA
o Opbouw zie slide 26
De Windows Vista MBR
- Nadat de POST uitgevoerd werd, wordt de volledige MBR door het BIOS in het geheugen
geladen op adres 0000:7c00
- Werking:
o Volledig MBR naar adres 0000:0600
o Uitvoering gaat verder op 0000:061c
o Adres van de eerste ingang van de partitietabel opgehaalt
o Controle of MSB van bp+0x0 gezet is
 Als partitie actief is bevat dit de waarde 0x80  sprong genomen
o EDD extensies aanwezig  indien ja: LBA gebruikt ipv CHS om startsector van de
actieve partitie te adresseren
o Controles uitvoeren op de toestand van de registers  indien fout: Carry gezet
o Nadien enkele interrupts uitgevoerd
o Na de interrupt bevindt de bootsector van de actieve partitie zich op adres
0000:7c00
o Vanaf p80 nog
1
Logical block adressing
-
Alle ingangen van de partitietabel worden overlopen en de actieve partitie wordt gezocht.
Wanneer gevonden wordt nagegaan of het systeem is uitgerust met EDD-BIOS of niet.
Afhankelijk van het resultaat wordt het adres van de beginsector in LBA of CHS vorm
opgehaald en weggeschreven naar adres 0000:7c00. Dan wordt de bootsector van de partitie
uitgevoerd.
Layout van een partitie
- FAT12/FAT16:
o FAT12 enkel nog gebruikt bij formattering van diskettes
o FAT16 niet meer gebruikt
o Hoofddirectory neemt een vaste plaats in, na de FAT en de kopie ervan
Boot
FAT1
FAT2
Hoofddir
Data
- FAT32:
o Tekortkomingen van FAT16:
 Vast pos van hoofddir  max 254 ingangen FAT tabel
 Grootte partitie max 2 GB (2^16 clusters * 2^5 groote per cluster = 2^21 KB)
o Eigenschappen:
 Hoofddir geen vaste plaats meer
 Max partitiegrootte = 2 TB door meer ingangen FAT tabel
Boot
FAT1
FAT2
Data
o Zie achterkant p 86
- NTFS:
o Voordelen tov FAT32
 Efficiënter gebruik van partitieruimte
 Betere herstelbaarheid van het bestandssysteem
 Betere beveiliging op bestandsniveau
 Bestandsinfo terug te vinden in bestand zelf ipv in de directory
 Encryptie/compressie
 Lange bestandsnamen
 Ondersteuning voor sparse bestanden (voor virtuele disks)
o Nadelen:
 Niet geschikt voor partities kleiner dan 400 MB
 Niet toegankelijk vanuit MSDOS
o Layout:
 Kopie van de eerste 4 ingangen van de MFT zitten in het midden
 MFT heeft geen vaste grootte
Boot
MFT
Data
MFTmirr
Data
Het FAT bestandssysteem
- FAT tabel (bestandstoewijzingstabel)
o Ieder bestand/dir  minstens 1 cluster
o Structuur die verantwoordelijk is voor samenhang  File Allocation Table
o Bevat per cluster een ingang met volgende info:


-
-
Cluster niet gebruikt statusinfo: vrij/gereserveerd/slecht
Wel gebruikt verwijzing naar volgende cluster als het bestand groter is dan
1 cluster of een aanduiding dat het de laatste cluster is
o Eerste 2 ingangen in de tabel niet gebruikt
o Bij ieder bestand: startcluster  opzoeken in tabel  kijken of markering van
eindcluster  indien niet, op plaats kijken van volgende  enzovoort
o FAT 12 problematiek: iedere ingang is 3/2 bytes  op schijf alles in bytes en little
endian  probleem  opl: alles in groepen van 3 bytes en eerste 2 verwisselen en
daarvan 12 meest beduidende bits
Directories onder FAT
o Om bestanden logisch te groeperen  vast ankerpunt nodig: hoofddir
o Behandeld als gewone bestanden
 Ze hebben een startcluster, en gebruiken 1 of meerdere clusters
 Binnen de cluster info bijhouden over bestanden en subdirs
o Starcluster van de FAT32 hoofddir staat in de bootsector
o Het attribuut van een bestand geeft aan wat soort bestand het is en hoe het
besturingssysteem ermee moet omgaan
VFAT: virtual FAT
o Niets met FAT te maken  bestandsnaam van 255 unicode tekens ipv 8.3 notatie
o Extra ingangen in de directory gebruiken
o Standaard 8.3 nog steeds behouden
o Onderscheid door extra attribuuttype bij de nieuwe ingangen (0Fh), wat een
ongeldige combinatie is  genegeerd door oude DOS applicaties
Het NTFS bestandssysteem
- Clusteradressering  64 bit getal
o Met max clustergrootte van 64 KB partitie maximaal 256 EB, maar door beperking
van MBR(zie layout) is de maximale grootte 2 TB
- Structuur maakt gebruik van MFT (Master File Table)
o Iedere ingang = 1kB
o Meestal 1 op 1 relatie tussen ingang en bestand/dir (tenzij extreem gefragm.)
o 3 soorten ingangen: metadata,bestanden en directories
- Metadata records:
o Zie p96
o Bevat informatie over MFT zelf,info over de kopie,logfile,beschrijving van het
volume, tabel met definities van attributen, hoofddir, bitmap voor clustergebruik,
bootrecord info en een stuk bootstrapcode, lijst van slechte clusters, unieke
securitydescriptors, iets om kleine letters om te zetten in hoofdletters en ruimte
voor toekomstig gebruik
o Bad cluster mapping: schrijven naar cluster faalt  markering in $badclus 
vervangen door reservecluster. SCSI = zelfreparerend  hardware doet het zelf
o File journaling: atomaire transacties die ervoor zorgen dat het systeem beter bestand
is tegen niet correct afsluiten
- Attributen:
o
o
-
-
Header: recordnummer , aantal keer bekeken en MFT record van dir
$Standard_Information: klassieke attributen, tijdsaanduidingen, pointers naar
security descriptors
o $File_Name: naam van het attribuut, bij lange namen  2e name attribuut
o $Data: bevat data of verwijzing naar data
o $index_root,$index_allocation en $bitmap: voor snelle toegang
o Resident  als attribuut voldoende klein is,opgeslagen in record zelf
 Anders pointer er naartoe
File records: alle info omtrent een bestand is terug te vinden in de betreffende MFT record
o Header:
 MFT record nummer: voor een nummer aan een bestandsnaam te koppelen
 Record type vlag: om aan te duiden of het een bestand/dir/verwijderd is
 Actual size en allocation size: grootte van bestand en grootte op schijf
 Update sequence nummer: soort versienummer (aantal keer gewijzigd)
o $standard_info:
 DOS dingen  read only,hidden,..
 Gecomprimeerd
 Geëncrypteerd
 …
o $Data:
 Bij kleine bestanden: de inhoud van het gehele bestand
 Grote bestanden: inhoud weggeschreven in 1 of meerdere clusters. Het
data-attribuut bevat dan een pointer.
pointer: LCN(logical cluster nummer v/d begincluster en aantal clusters
 Sterk gefragmenteerd volume  lengte van een run niet voldoende
meerdere pointers VCN = virtual cluster nummer voor beginpos van
volgende clusters
 MFT = ook bestand  kan ook gefragmenteerd raken  bufferzone voorzien
Directory records
o Nood aan indexering op $File_Name attribuut
o Heeft ook een aantal speciale attributen, maar geen $Data
 $Index_Root: bevat kopie van alle file name attributen van alle objecten in
de directory  moet in MFT passen  moet dus resident zijn
 $Index_Allocation: Indexeringinfo wordt opgeslagen in buffers in het
datagebied
 $Bitmap: houdt de bezetting bij van iedere buffer
Belangrijke schijfeigenschappen:
- Aantal I/O’s per seconde: oplossing  data verdelen over meerdere schijven
- Overdrachtsnelheid: oplossing  lezen/schrijven van meerdere schijven tegelijkertijd
- Betrouwbaarheid: oplossing  redundantie
Raid: redundant array of independent discs
- Doel: systeem beveiligen tegen eventuele schijfcrashes
-
-
-
-
-
o door data te verdelen over verschillende vaste schijven en redundantie op te leggen
o Door striping te gebruiken (stripe = stukje v/d data): stripes verdelen over schijven
Alle fysische schijven in een RAID implementatie worden door het OS gezien als 1 logische
Kleine stripes  grote kans dat ze verspreid zijn over verschillende schijven
o Voordeel: snelle overdrachtsnelheid, want alle schijven tegelijk gebruikt
o Nadeel: slechts 1 I/O opdracht tegelijk
Grote stripes  data waarschijnlijk minder verspreid
o Voordeel: I/O opdracht betrekking op 1 schijf (meerdere I/O tegelijk mogelijk)
o Nadeel: overdrachtsnelheid is ongeveer dezelfde als bij een gewone disk config
RAID-0:
o Eigenschappen:
 Tenminste 2 schijven nodig
 Stripes over diverse schijven verdeeld
o Voordelen
 Geen redundantie  geen plaatsverlies
 Grote stripes  snelle I/O verwerking
 Eenvoudige controller en eenvoudig te implementeren
o Nadelen
 Geen redundantie  niet fouttolerant
 Relatief trage overdrachtsnelheid
RAID-1:
o Eigenschappen
 Tenminste 2 schijven nodig
 Disk mirroring: van iedere fysische schijf een exacte kopie maken
o Voordelen:
 Soms bestand tegen meerder schijfcrashes
 Van 2 schijven tegelijk lezen  leesperformantie verdubbeld
 Eenvoudigst te implementeren van alle RAID configs
o Nadelen:
 Grootste overhead van alle RAID configs
 Schijfperformantie niet verbeterd
RAID-2
o Eigenschappen
 Kleine stripes
 Gebruikt foutcorrigerende code (Hamming code)
 D + p + 1 = 2^p
 D = dataschijven, p = pariteitsschijven
 Komt bijna niet meer voor
o Voordelen
 Foutherstel tijdens de verwerking van data door de hamming code
 Kleine stripes  grote overdrachtsnelheid
 Relatief eenvoudige controller
o Nadelen
 Kleine stripes  slechte I/O performantie
 Groot aantal redundante disks nodig
-
-
-
-
-
RAID-3
o Eigenschappen
 Eenvoudige foutcorrigerende code: pariteitsbit
 Kleine stripes
 Minstens 3 schijven nodig: 2 data + 1 redundante
o Voordelen
 Minder overhead (1 schijf)
 Grote overdrachtsnelheid
o Nadelen
 Slechte I/O performantie
 Complexe controller
RAID-4
o Eigenschappen
 Bestaat niet meer
 Gelijkaardig aan RAID-3, maar met grote stripes
 Minimum 3 schijven nodig
o Voordelen
 Hoge I/O performantie
 Slechts 1 redundante schijf
o Nadelen
 Trage overdrachtsnelheid
 Slechtste schrijfperformantie van alle RAIDS (door schrijfstraf)
 schrijfoperatie meestal op 1 schijf  per operatie moet de pariteitsschijf
worden aangepast
 Zeer complexe controller
RAID-5
o Eigenschappen
 Idem als RAID-4: grote stripes
 Pariteitsinfo verspreid over alle schijven
RAID-6
o Eigenschappen
 Uitbreiding van RAID-5
 Niet alleen horizontale, maar ook verticale pariteit
o Voordelen
 Kan eventueel 2 schijfcrashes doorstaan
o Nadelen
 Slechte schrijfperformantie
 Controlleroverhead voor alle pariteitsberekeningen is zeer hoog
 Zeer complexe controller
RAID-10
o Eigenschappen
 Combinatie van RAID-1 en 0
 Van de originele schijf wordt een kopie gemaakt en die gegevens in RAID-0
array gebracht
 Tenminste 4 schijven nodig
o
-
-
-
-
Voordelen
 Systeemherstel mogelijk bij 2 schijfcrashes op hetzelfde moment (meestal)
 Zeer hoge overdrachtsnelheid
 Zeer hoge I/O performantie
o Nadelen
 Veel overhead aan schijven
RAID-0+1
o Eigenschappen
 Combinatie van RAID-1 en 0
 Van een RAID-0 array wordt een kopie gemaakt
o Voordelen
 Soms bestand tegen uitvallen van 2 schijven
 Hoge I/O performantie
o Nadelen
 Veel overhead aan schijven
RAID-53
o Eigenschappen
 Gegevens zowel in een RAID-0 array als in een RAID-3 array
 Tenminste 5 schijven nodig
o Voordelen
 Bestemd tegen meerdere schijfcrashes (3 om precies te zijn)
 Hoge overdrachtsnelheden
 Hoge I/O verwerking
o Nadelen
 Duur door hoge kost aan schijven
RAID-15
o Eigenschappen
 Combinatie van RAID-1 en 5
 De originele schijf wordt gekopieerd en ook nog in een RAID-5 array gebracht
 Minstens 5 schijven nodig
o Voordelen
 Je kan gewoon verder werken bij simultaan uitvallen van 2 schijven
 Zeer hoge overdrachtsnelheid
 Zeer hoge I/O verwerking
o Nadelen
 Zeer dure implementatie
RAID-51
o Eigenschappen
 Combinatie van RAID-1 en 5
 Minstens dubbele RAID-5  RAID-5 en kopie ervan
 Minstens 6 schijven nodig
o Voordelen
 Zeer fouttolerant
 Hoge overdrachtsnelheid
 Hoge I/O verwerking
o
Nadelen
 Zeer duur
JBOD: just a bunch of disks
- Officiële naam = spanning
- Aantal schijven die samen als 1 logisch station beschouwd worden
- Geen fouttolerantie
- Bij JBOD: totale capaciteit = som van alle schijfcapaciteiten (bij RAID-0 is het gewoon de
kleinste schijf vermenigvuldigd met het aantal schijven)
- Uitvallen van 1 schijf betekend niet dat alle data verloren is, enkel die op die schijf
LVM: logical volume management
- Biedt alternatief voor partities
o Dynamische herlocatie van ruimte
o Intelligente benaming van volumes
o Snapshots
- 2 extra lagen: volumegroepen en logische
volumes
- Fysische volumes = partities en schijven
- Mogelijkheden:
o Ondubbelzinnig benoemen van volumegroepen en logische volumes
o Verkleinen of vergroten van logische volumes
o Aanmaken van snapshots: exacte kopieen van een bestandssysteem die niet meer
veranderen.
o Toevoegen/verwijderen van partities of schijven aan logische volumegroepen
Hoofdstuk 7: Fysische opbouw van schijven
Principes van magnetische gegevensopslag
- Ferromagnetische materialen  onderverdeeld in Weiss-gebieden
o Bepaalde oriëntering en grootte van magnetisch dipoolmoment
o Wanneer geen enkele vorm van magnetisme  alle dip momenten heffen elkaar op
o Wanneer dip momenten in gelijke zin  materiaal toont sterke magnetische
aantrekkingskracht
o Extern magnetisch veld kan dipoolmomenten van zin doen veranderen
 Magnetisch veld wegnemen  remanent magnetisme blijft achter
o Tegengesteld extern magnetisch veld  neutraliseren
o Bij fluxtransitie  spanningsinductie  nuttig voor lezen van informatie
- Schrijven van gegevens op magnetiseerbare drager
o Schrijfkop = spoel met ijzeren kern en luchtspleet
o Stroom door spoel  magnetische flux  strooiveld aan luchtspleet
-
o Strooiveld  kan onderliggende magn drager magnetiseren
o Onderliggende drager  beslaat aantal weissgebieden = BITCEL
Lezen van gegevens op een magnetische drager
o Zelfde kop als voor schrijven
o Spanningsinductie wanneer verandering van magnetische flux
o 2 bitcellen tegengestelde magnetisatie
o Wanneer leeskop over zo 2 bitcellen gaat  transitie van flux  spanning
Encoderingsschema’s
- Waarom
o Probleem = timing:
 Bij lezen wordt de tijd tss 2 transities gemeten en bepaald hoeveel niettransities er tussen zitten
o Foute veronderstellingen:
 Bitcellen even groot
 Omwentelingssnelheid van de schijf even groot
o Synchronisatie tss controller en de mechanica zeer belangrijk
 Als afstand tss 2 transisties te groot is  fouten
o Schijfcapaciteit vergroten
- FM = frequentie modulation
o Oud + niet meer gebruikt
o Per databit 2 bitcellen gebruikt
 een transitie
 afhankelijk van de databit: transitie of geen transitie
- MFM: modified FM
o Voor fysische codering op diskettes
o Per databit weer 2 bitcellen
 Eerste bitcel niet noodzakelijk een transitie bij het lezen  afhankelijk van
vorige gecodeerde bit
o Minimumafstand tussen 2 opeenvolgende transities is 1 niet transitie
o Maximumafstand is 3 niet transities
o => 2 keer zoveel data op dezelfde oppervlakte
- RLL x,y= run length limited
o X = minimum aantal niet transities tussen 2 opeenvolgende transities
o Y= maximum …
o FM = RLL 0,1 en MFM = RLL 1,3
o Tegenwoordig RLL 1,7
Partial response maximum likehood
- Grotere opslagcapaciteit  meer transacties per vierkante mm
- Pulsen volgen elkaar zeer snel op  ontstaan van neppieken
- => gebruik van digitale filtering en detectie algoritmes  zeer goede performantie
- Capaciteit neemt toe met 40 %
Low level formatting
- Gebeurt meestal slechts 1 keer, nl bij fabrikant
- Doel: schijven indelen in sporen en sectoren + in kaart brengen slechte sectoren en sporen
- Aangemaakte sectoren worden opgevuld met dummidata
- Indien een afwijking slechts betrekking heeft op 1 sector zal bij LLF de sectoren van het spoor
verschoven worden zodat de afwijking erbuiten valt (sector slipping).
- Wanneer meerde sectoren slecht: eventueel spoor vervangen door reservespoor
- Verschil spoorlayout vaste schijf en diskette:
o Bij vaste schijf: spoor en bijhorende sectoren minder synchronisatiebits en gaps
tussen de sectoren veel kleiner, ook minder schommelingen in rotatiesnelheid
o Vaste schijf: kop zweeft boven het oppervlak
o ID-veld verschillend: sectorvlag (bij vaste schrijf), en sectorgrootte(diskette)
o Groter crc veld bij vaste schijf
- Zoned bit recording (grotere schijfcapaciteit):
o Ieder spoor evenveel sectoren  veel plaats verloren, want sectoren aan de
buitenzijde zijn groter
o Oplossing: schijf onderverdelen in zones: binnen iedere zone is aantal sectoren per
spoor gelijk
o Voordeel: overdrachtsnelheid van data aan de buitenzijde is groter door constante
rotatiesnelheid en omdat er meer data zit
Interleaving
- Verouderde techniek voor performantieverhoging
- Bij lezen/schrijven van een sector heeft de controller tijd nodig om de gegevens te
verwerken. De kop staat dan reeds op of voorbij de volgende sector schijf moet eerst gans
rond gaan
- Oplossing: tussen opeenvolgende sectoren andere sectoren voegen, afhankelijk van de
interleave factor
Cilinder skewing
- Bij overgang tss sporen zelfde probleem. De kop is al voorbij het begin van het nieuwe spoor
- Oplossing: sectoren tussen 2 opeenvolgende sporen over een bepaalde afstand verschuiven
Head skewing
- Veranderen van kop neemt ook een bepaalde tijd in beslag  ook sectorverschuiving
toepassen
- Omdat het een elektronische operatie is, is de head skew veel kleiner dan de cilinder skew
Hoofdstuk 8: optische opslagmedia
Werking van een cd speler
- Onderdelen: servomotor, verplaatsbare spiegel, laserdiode, beamsplitter, fotodiode en een
aantal lenzen
Productie van cd’s
- Glazen drager voorzien van fotogevoelige laag  beschijnen met laser  bestraalde plekken
verwijderen en gaten opvullen met metaal  metaal van glas scheiden
- Metalen master = vaderdisk  bij kleine productie rechtstreeks hiervan werken
- Voor massaproductie eerst duurzame moederdisks maken
- Vader- en moederdisks gebruikt als stempel in polycarbonaat daarop reflecterend
aluminium en coating aanbrengen
-
Doorsnede:
Reflectie van de laserstraal bij lands
hoogste dinges = lands; laagste = pits
Sporen,sectoren en frames
- 1 spiraalvormig spoor
- 1 seconde = 75 sectoren, iedere sector = 98 frames, ieder frame = 33 bytes
- Meer opslagcapaciteit  spoor verlengen  verticale afstand verkleinen
Encodering
- 8 to 14 modulation (EFM)  vormt iedere byte om naar een 14 bits getal ( = RLL 2,10)
- CAV vs CLV
o Clv = constant linear velocity: rotatiesnelheid van de cd speler aanpassen zodat de
overdrachtsnelheid constant is
o Cav = constant angular velocity: rotatiesnelheid is constant waardoor de
overdrachtsnelheid aan de binnenzijde kleiner zal zijn dan aan de buitenzijde
CD standaarden
- Red book: eerste standaard door Philips en Sony
- Yellow book: bijkomende laag aan foutdetecterende- en foutcorrigerende code
o 2 modes: een met foutcorrigerende code en een zonder  onmogelijk te mengen
- CD-ROM XA: mode 2 van de yellow book in 2 splitsen (form 1 met foutcode en form 2
zonder)  beide forms kunnen wel dooreen gebruikt worden  interleaving mogelijk
- White book: voor video cd’s met MPEG video/geluid encodering
- Blue book: (CD extra)  multisession pressed disk (een geluidssessie en een datasessie). Kan
worden afgespeeld in een cd audio speler en pc cd speler
- Orange book deel 1: voor magneto optical  data opgeslagen op magnetische disk
- Orange book deel 2: voor CD-R (eenmalig beschrijfbaar)
o Beschrijfbaar spoor vooraf aangebracht
o
-
Gebruik van een organische stof die normaal transparant is. Door de laser wordt ze
verhit en plaatselijk amorf  pits en lands
o Anders beschermlaagje dan aluminium nodig want alu wordt aangetast
Orange book deel 3: voor CD-RW’s (herschrijfbaar)
o Weer spoor vooraf aangebracht
o Speciale legering met 2 toestanden: kristalijn en amorf pits en lands met elk eigen
reflectiecoëfficiënt
CD bestandssystemen
- High sierra: eerste standaard om leesbaarheid van CD-ROM op alle systemen mogelijk te
maken zonder specifieke driver
o Alle besturingssystemen van een driver voorzien
- ISO 9660: voorgaande met enkele aanpassingen werd een erkende standaard
o Komt voor in 3 levels met elk eigen restricties
o Vereist dat de disk in 1 keer geschreven is
o Level 1 restricties:
 A-Z0-9 en _ teken gebruikt in namen
 Namen in MSDOS8.3 notatie
 Directorynamen hebben geen extensie en zijn max 8 karakters lang
 Dirs zijn slechts 8 niveaus diep max
 Bestanden moeten aansluitend zijn
o Level 2: idem behalve naam is nu 30 karakters lang max
o Level 3: idem level 2, maar bestanden moeten niet aansluitend zijn
- Joliet: uitbreiding van microsoft op de ISO 9660 standaard
o Dir- en bestandsnamen kunnen 64 unicode karakters lang zijn
o Dirs kunnen een extensie hebben
o Dirs dieper dan 8 niveaus mogelijk
o Ondersteuning voor multisessie opname
- UDF : Universal data format
o Relatief nieuw bestandssysteem voor (her)beschrijfbare optische media
o Doel: dezelfde functionaliteit bieden als bij magnetische opslagmedia (samen met
packet writing)
o Nadeel: niet ieder besturingssysteem is al voorzien van een driver, ook niet alle cd
spelers kunnen ermee omgaan
o DVD-video bevat UDF bridge formaat
- Mount Rainier
o Recent bestandssysteem voor CD-RW e, DVD+RW
o Doel idem UDF
o Drives nodig die deze standaard ondersteunen(CD-MRW of DVD+MRW)
o Voordelen:
 Formatteren gebeurd op de achtergrond en duurt ca 1 min
 Integral defect management
 Directe adressering op niveau van 2 KB sectoren (ipv 64 KB blokken bij
packet writing)
Schrijven van een CD-R(W)
- Single session: lead-in, data, lead-out  indien Disk At Once: alles in 1 keer
- Multisession: zolang CD niet gesloten wordt, wordt er steeds voldoende plaats vrijgehouden
voor een bijkomende sessie
o Track at once (TAO): zolang de lead out van een sessie niet geschreven is, kan men
steeds een datatrack aan de open sessie toevoegen
o Packet writing: bestanden toevoegen zoals op een vaste schijf
 Bestanden verwijderen op de CD-R kan, maar de plaats die het innam ben je
kwijt
 Bij CD-RW krijg je de plaats terug
Buffer underrun
- Schrijfproces mag niet onderbroken worden  indien onderbroken: proces mislukt
- FIFO buffer gebruikt waar het systeem gegevens plaatst die naar de CD moeten geschreven
worden.  indien leeg: schrijfproces mislukt
- Indien mislukt: CD-R voor de vuilbak, CD-RW  herbeginnen
- Buffer underrun protectie (BURN proof): cd-schrijver uitgerust met extra chip die de FIFO
buffer in het oog houdt. Van zodra deze bijna leeg is wordt het schrijven gestopt tot
voldoende vol opnieuw. Dan verder geschreven
- Toch kleine openingen tussen de start en stoppositie, maar de foutcorrigerende codes bij het
lezen kunnen deze wegwerken
DVD (digital versatile disk)
- Grotere opslagcapaciteit
- Verschillen met cd:
o Beschreven aan beide zijden
o Per zijde kan hij 2 lagen bevatten voor data
o Golflengte van de laser is kleiner  pit en landafstanden korter
o 8 to 16 modulation
o Meerdere soorten
DVD-kopieerbeveiligingen
- RPC = region playback control
o Doel: ervoor zorgen dat je enkel dvd’s kan kopen in het gebied waar je woonachtig
bent
o Door middel van regiocode’s die meestal van bij de fabricage van de dvd speler vast
ligt.
o Soms ook region free toestellen
o Computer dvd-ROM drives gebruiken RPC-II  tot 4 keer van regiocode veranderen.
Bij de 5e wisseling blijft deze code vast
- CSS = content scramble system
o Noodzakelijk vanwege de motion picture association of america
o
o
o
-
Geluid en beelden op een dvd op een digitale manier gaan scramblen
3 soorten sleutels nodig: playerkey, disc-key,en de title-keys
Iedere dvd speler bevat een aantal player keys om de disc key te decrypteren. Als
deze er is kan je de title keys decrypteren
o Disc-key wordt met alle mogelijke title keys geëncrypteerd op het schijfje opgeslagen
APS = analog protection system
o Andere benaming voor copyguard
o Voorkomt dat je gemakkelijk dvd’s kunt overnemen op een VHS
o Bepaalde signalen worden niet door een beeldbuis of tv opgevangen maar wel door
een videorecorder
Andere hindernissen
- Verschillende beeldformaten in verschillende landen:
o PAL: phase alternation by line
o NTSC
o SECAM: séquentiel couleur a memoire
Recordable DVD-standaarden
- DVD-R
o Organische stof voor opslaan van gegevens
o Spoor op voorhand aangebracht als een groef met sinusvormige flanken
o Frequentie van de sinus bevat klokdata voor het lezen en voor de schrijver
- DVD-RW
o Uitbreiding net zoals CD-RW
o Gegevens opslaan ook met phase change zoals bij CD-RW
o Voordelen van de snellere drives tov hun voorgangers:
 Snellere formattering: sneller beginnen schrijven na inbrengen van de DVD
 Eenvoudige bestandsmanipulatie: afsluiten van het medium kan ongedaan
gemaakt worden
 Snellere afsluiting van het medium
o Biedt geen oplossing voor lossless linking  start en stopding als schrijfproces
onderbroken wordt
- DVD+RW
o Phase change rewritable dvd
o Identiek an de DVD-R(W) technologie
o Sinusvormige groef heeft hogere frequentie en ze bevat een hoeveelheid positionele
informatie voor lossless linking
o Eig:
 Mogelijkheid tot CLV en CAV
 Sequentiële en random opname mogelijk
 Na het branden volledig compatible met DVD-ROM
3e generatie optische media
- Blu-ray disc
o Volledig (her)beschrijfbaar medium met grote opslagcap (27GB single sided/layer)
o Blauwe laser kleinere golflengte  pits en landslengte korter  grote opslagcap.
o Soorten:
 BD-ROM
 BD-R en RW voor computerdata
 BD-RE voor video
o Grote informatiedichtheid gevoelig voor oppervlaktebeschadigingen eerst in
cartridge  nu met kraswerende laag
- Beveiliging:
o Regiocodes: de wereld onderverdeeld in 3 zones
o AACS = advanced Acces Content System
 Encrypteerd de inhoud met 1 of meerdere titelsleutels
 Ieder schijfje heeft andere titelsleutels
 Iedere BD-speler heeft een set unieke decryptiesleutels  speler onklaar
maken door sleutels in te trekken bij volgende titels
 Reeds gekraakt op internet  probleem schuilt bij software spelers
Hoofdstuk 9: ATA-SCSI
ATA: advanced technology attachment
- Historiek:
o Ook bekend onder de naam integrated drive electronics
o Dit wil zeggen dat de drive en de controller 1 geheel is
o 16 bit parallelle verbinding tussen het systeem en het device
o In het begin: aangesloten met hardcards  schijven rechtstreeks op een ISAuitbreidingsslot
o Nu: aangesloten op de south bridge chip van de moederbord chipset
- Waarom upgraden?
o Verleggen van de capaciteitslimiet:
 Door de beperkingen van BIOS en ATA was de totale max adresseerbare
schijfcapaciteit beperkt tot 504 MB  probleem bij grotere schijven
 Oplossing: gebruik van vertalingen
 Extended CHS of Large: (CHS = cilinder head sector)
o OS adresseert zijn sectoren in logische CHS, terwijl BIOS het
omzet naar fysische CHS
o Opslagcapaciteiten tot 7.8 GB
 LBA = logical Block adressing
o OS adresseert de sectoren in logische CHS en het BIOS zet
het om naar een 28 bit getal
o Zelfde capaciteit: 7.8 GB
 Vanaf 1994: EDD BIOS (enhanced disk drive)
o
-
-
Geheel van adressering met logische sectoren en 64 bit
getal(pure LBA)
o Geeft een veel grotere capaciteit (8 ZB)
o Meest recente slechts 48 bits  128 PB capaciteit
o Hogere overdrachtssnelheid
 PIO = programmed I/O: gegevens overgedragen met tussenkomst van de
processor
 Single word DMA: niet meer met de processor maar met een DMA controller
om gegevens van en naar een schijf te brengen ( 1 woord per keer (2bytes))
 Multi word DMA: hoeveelheid woorden samengenomen tot een blok en het
blok in een keer doorsturen
 Ultra DMA of synchronous DMA: aparte chip als DMA controller voor nog
hogere snelheden. 80 pins kabel verplicht door hogere snelheden
 Opmerking: DMA en cache gaan niet samen  DMA mag gegevens
rechtstreeks uit het hoofdgeheugen halen, dus de processor zou met
verouderde gegevens werken in de cache
o Toevoegen van voorzieningen voor het aansluiten van andere soorten devices
 ATA was specifiek voor vaste schijven met pc te verbinden
 Cd spelers en tape enzo waren vooral in gebruik bij SCSI systemen
 Probleem: vaste schijven werken met sectoren en logische blokken en cd
spelers werken met pakketten
 Oplossing: ATAPI  ATA packet interface
ATA commando’s
o Bij het begin: 8 commando’s  nadien uitgebreid
o Belangrijkste: IDENTIFY DRIVE  geeft allerlei info over de schijf weer
Serial ATA
o Uitbreiding voor parallel zou 32 bit parallel worden  niet goed door EM
interferentie bij teveel parallelle lijnen
o Op moderne moederborden vooral de eerste 2 van de 3 standaarden aanwezig
o Bekabeling:
 7 pins kabel
 2 lijnen voor verzenden, 2 voor ontvangen en 3 massalijnen
 Codering met differential NRZ (zie usb) (non return to zero)
SCSI = small computer system interface
- Inleiding
o Interface om verschillende soorten apparaten met een pc systeem te verbinden
o Maakt gebruik van een aparte bus die via een hostadapter met het pc systeem
verbonden is
o 2 soorten:
 Narrow scsi: 8 apparaten en 8 bit parallelle communicatie
 Wide scsi : 16 apparaten en 16 bit parallelle communicatie
o Elk eigen soort kabel (50 pins en 68 pins)
o Hostadapter is ook als apparaat te beschouwen
Elk aangesloten apparaat heeft eigen uniek ID  hardwarematig ingesteld door
jumpers  ook voor prioriteit (hoe hoger nummer hoe hoger prioriteit
o Hostadapter heeft hoogste prioriteit  nr 7
o Controller zit bij de schijf, maar extra chip vereist (busadapter)
Terminators  om reflectie te voorkomen
o Aan beide uiteinden van de bus
o 2 soorten:
 Passieve: weerstandswaarde gelijk aan de karakteristieke impedantie van de
bus
 Actieve: met behulp van een spanningsregelaar met terugkoppeling
o Hostadapter heeft geïntegreerde terminator  in te stellen met jumpers
Signalen:
o 2 soorten: gebalanceerd en niet gebalanceerd:
o Niet gebalanceerd = single ended  1 draad voor signaaloverdracht en 1 draad met
massa verbonden
 Nadeel: ruisgevoelig
o Gebalanceerd = differential singals  1 draad met het signaal en andere draad met
tegengesteld signaal. Aan het uiteinde is het verschil van de 2
 Ruis zo goed als volledig uitgemiddeld
o Hogere overdrachtsnelheid  high voltage differential single ended apparaten
konden er niet tegen en gingen kapot
o Antwoord daarop = low voltage differential communicatie
Opstaren:
o Vroeger niet mogelijk vanaf een SCSI schijf omdat de hostadapter niet herkent werd
o Oplossing: ROM-BIOS op de host adapter zetten
o Vroeger ook ID 0 verplicht toe te kennen voor op te starten, nu niet meer
Commando’s: CCM = common command set
o 16 basiscommando’s en enkele andere oprachten
PNP-SCSI: plug en play
o Doel: automatische configuratie van SCSI apparatuur
o Vereisten: aanwezigheid van PNP hostadapter en PNP besturingssysteem
o Mogelijkheden:
 Automatische afsluiting van de SCSI bus
 SCAM = SCSI configured automatically  auto toekenning van ID’s
 Volledige neerwaartse compabiliteit
o Probleem: ieder apparaat dat toegevoegd wordt aan de bus heeft een driver nodig
 Driver is afhankelijk van besturingssysteem en hostadapter
o Oplossing: universele API (application programming interface)
 ASPI (advanced SCSI programming interface)
 CAM (common acces method)
SAS: Serial attached SCSI
o Gebaseerd op sata
o Economische voordelen combineren met robuuste SCSI protocol
o Maakt gebruik van een point to point verbinding  ieder apparaat kan over de
volledige bandbreedte van de bus beschikken
o
-
-
-
-
-
o
o
o
Apparaten met meerdere poorten (wide port devices) kunnen over meerdere seriële
kanalen beschikken  toename overdrachtsnelheid
3 protocollen:
 SSP: serial scsi protocol  voor het zenden van SCSI-commando’s
 SMP: SCSI management protocol  voor zenden van info naar expanders
 STP: SATA tunneled protocol  zenden van SATA commando’s naar SATA
apparaten
Expanders voor meer aansluitingen (128 extra per expander)
Hoofdstuk 10: USB – IEEE 1394
USB
-
-
Tekortkomingen van vroegere interfaces:
o Voor alle apparaten moest men I/O adresruimte, een interrupt en een SMA kanaal
voorzien
o Tekort aan systeembronnen
o Geen standaard bekabeling
o Installatieproblematiek: dikwijls was openmaken van de pc noodzakelijk
o Geen hot aansluitingsmogelijkheden
USB-concept:
o 1 type kabel
o Mogelijkheid om vele apparaten aan dezelfde USB poort aan te sluiten
o Hot plug mogelijkheid
o Automatische detectie en configuratie van een aangesloten apparaat
o Verbeterde algemene performantie
o Elk apparaat krijgt een uniek adres dat enkel het USB systeem kent
o USB vormt een aparte bus, maar met stertopologie
o Verbeterde algemene performantie:
 4 verschillende snelheden: 1.5Mb/s, 12Mb/s, 480Mb/s, 3Gb/s (USB 3.0)
 3 types apparaten (zonder USB 3.0):
 Low speed: invoerapp zoals muis en toetsenbord
 Medium speed: scanners, printers
 High speed: externe gegevensdragers, digitale fotografie
o Stroom/spanningsvoorziening:
 Via de USB kabel 5V gelijkspanning en 100 – 500mA stroom
 Meer vermogen nodig  externe adapter gebruiken
o Foutdetectie
 Foutdetecterende code aanwezig  zeer betrouwbare interface
o Energiebeheer:
 Wanneer 3 ms geen busverkeer  apparaat in suspend mode  slechts 500
µA
o USB 2.0  duplex
o USB 3.0  dual simplex: signaalrichting blijft dezelfde
-
-
-
-
-
-
Tekortkomingen:
o Afstand: afstand tussen host en device eerder beperkt
o Geen mogelijkheid tot peer to peer, alles tussen host-pc en device
o Geen mogelijkheid tot broadcasting
Basiscomponenten:
o Host controller:
 Bouwt in het geheugen een gelinkte lijst op van datastructuren (transfer
descriptors)
 Elke transferdescriptor bevat:
 Usb adres van het apparaat
 Transfertype (lezen of schrijven)
 Adres van de devicedriver geheugenbuffer
 Schrijven naar een usb apparaat:
 Parallelle datastroom uit geheugen omzetten naar serieel
 Transactie aangemaakt die aan de root hub wordt afgeleverd
 Root hub verspreid de data over de bus
 Lezen:
 Leestransactie opgezet die via de root hub op de bus wordt gezet
 Geadresseerde app zal de transactie onderzoeken en gevraagde data
naar de root hub sturen
 Root hub zal het naar de host controller sturen en omzetten naar
parallelle datastroom om in het in de geheugenbuffer te schrijven
o Root hub:
 Verspreiden van transacties
 Apparaten van spanning en stroom voorzien
2 soorten transferts:
o Isochrone transferts  geen foutdetectie, realtime gegevensoverdracht
o Bulk transferts
USB signalen
o Differentiële communicatie
o NRZI codering (= non return to zero inverted)
 Nullen worden gekenmerkt door spanningstransities, terwijl enen
gekenmerkt worden door de afwezigheid van transities
 Sync probleem bij lange periode van enen  opgelost door na 6 enen een
nul in te voegen (bit stuffing)
Automatische detectie van apparaten:
o Geen apparaat aangesloten:
 Pull down weerstanden trekken de spanningen op beide datalijnen ongeveer
naar massapotentiaal
o Apparaat aangesloten:
 Pull up weerstand aan de zijde van het aangesloten apparaat zorgt ervoor
dat de spanning terug omhoog getrokken wordt
Bekabeling
o 4 geleiders: 2 datalijnen, 5V, massa
o 2 soorten connectors: type A en type B
-
o Voor USB 3.0  2 rijen aansluitingen
USB on the go
o Uitbreiding naar mobiele apparaten
o Beperkte mogelijkheid tot communicatie tss apparaten onderling
vb camera printer
IEEE-1394
- Door institute of electrical and Electronical engineers
- Afgeleid van de firewire bus van Apple
- Voor hoge eisen van moderne audio en video apparatuur
- 3 overdrachtsnelheden: 100,200 en 400 Mb/s
- Max 63 apparaten als een ketting (daisy chain)
- Bekabeling telt 6 geleiders: 2 voor data (diff), 2 voor klok(diff) en 2 voor voeding
- Volledig plug en play + hot plug
- Geïmplementeerd als een bus (zoals SCSI), maar geen terminators nodig
- Geen computer nodig