PowerPoint-presentatie

Computertechniek
Wouter van Ooijen
Mail: [email protected]
Sheets en info:
www.voti.nl/hvu/D4ECPT1
Onderwerp:
Literatuur:
Computersystemen (deel 2)
Computersystemen en embedded systemen
Leo van Moergestel
let op: deze sheets zijn (deels)
behandeld maar zijn geen onderdeel van
de te tentamineren stof (komt alsnog in
deel 2).
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology
1
Computertechniek
 soorten geheugens
 caching
 harde schijven
 RAID
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology
2
Computertechniek
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology
3
Computertechniek
4
registers
on-chip cache
externe cache
hoofdgeheugen (DRAM)
harde schijf
CD rom, tape, internet
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology
Computertechniek
processors worden steeds sneller
geheugen wordt ook wel wat sneller
het geheugen wordt de beperking
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology
5
Computertechniek
de oplosing: caching!
neem een klein stukje sneller geheugen,
zorg dat dit transparant
het langzamere geheugen vervangt
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology
6
Computertechniek
7
een separate RAM cache
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology
Computertechniek
8
associatieve adressering
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology
Computertechniek
1 associatieve geheugen cel
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology
9
Computertechniek
een cache met adressen en data
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology
10
Computertechniek
fully associative cache:
iedere geheugencel heeft
comparators voor het
volledige adres
- veel hardware
- veel stroom
- dus lage integratie
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology
11
Computertechniek
veel minder hardware: een direct
mapped cache heeft maar 1 comparator!
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology
12
Computertechniek
het compromis: een
set-associative cache
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology
13
Computertechniek
zoals altijd: een compromis
tussen performance en prijs...
in de praktijk is een cache
meestal 2 .. 16-way set-associatief
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology
14
Computertechniek
maar wat bewaar je in een cache?
dat wat je snel weer nodig hebt,
je wil dus eigenlijk voorspellen...
caching berust op localiteit
of eigenlijk: wat gooi je weg?
LRU, LFU, FIFO,
MRU (!), random (!), ...
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology
15
Computertechniek
wat lees je in bij een misser?
RAM geheugen is meestal sneller
in sequential access
access is vaak sequentieel, dus ...
sommige processor/cache
combinaties hebben een speciale
pre-fetch instructie!
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology
16
Computertechniek
separate data / instruction caches
combined (unified) cache
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology
17
Computertechniek
wat te doen bij schrijven?
write-trough
write-back
let op bij multiprocessor
systemen!
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology
18
Computertechniek
een probleem bij real-time systemen:
onvoorspelbaarheid
benchmarking is lastig
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology
19
Computertechniek
omgedraaide cache: virtueel geheugen!
maak (schijnbaar) meer geheugen
door (transparant) een lager deel
van de hierargie te gebruiken
‘t is maar hoe je het ziet...
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology
20
Computertechniek
21
oefening
neem aan dat de cache
initieel leeg is
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology
Computertechniek
A
1
6
22
34 23 9
34 6
1
9
41
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology
Computertechniek
23
A
1
6
34 23 9
34 6
1
9
41
A
%
8
1
6
2
2
1
1
1
7
1
6
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology
Computertechniek
24
A
1
6
34 23 9
34 6
1
9
41
A
%
8
C
1
6
2
7
1
2
6
1
1
1
-
-
-
-
1
34 6
9
1
9
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology
Computertechniek
25
A
1
6
34 23 9
34 6
1
9
41
A
%
8
C
1
6
2
7
1
2
6
1
1
1
-
-
-
-
1
34 6
9
1
9
H? -
-
-
-
N
Y
N
N
N
Y
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology
Computertechniek
indeling van een harde schijf
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology
26
Computertechniek
een verzameling tracks vormt
een cylinder
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology
27
Computertechniek
data ophalen (of wegschrijven) op een harde schijf:
1 selecteer de juiste kop (niet altijd)
2 beweeg de kop(pen) naar de juiste track (ttt)
3 wacht tot de juiste sector langskomt (latency)
4 lees (of schrijf) de data (transfer)
2 is meestal de langzaamste stap
(tenminste: bij random access!)
 elevator algorithm
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology
28
Computertechniek
29
adresseren van gegevens op een harde schijf:
vroeger door expliciet head, track (cylinder) en
sector te specificeren
tegenvoordig vaak nog met zo’n drietal, maar er is
meestal geen relatie meer met de fysieke schijf
(address translation)
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology
Computertechniek
als de processor langzaam is: interlaving
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology
30
Computertechniek
31
IDE
‘domme’ schijven (goedkoop)
korte kabel, max 2 schijven,
1 operatie tegelijk
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology
Computertechniek
32
SCSI
‘intelligente’ schijven (duurder)
kabel kan langer zijn, meerdere
schijven, meerdere operaties
tegelijk (zinning?)
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology
Computertechniek
Trend: van parallel naar serieel
Bij ‘lagere’ snelheden: meer draadjes  meer
bits (per tijdseenheid)  meer throughput!
(IDE, SCSI, HP-GPIB, CPU-RAM interface)
Bij ‘hogere’ snelheden: meer draadjes 
looptijdverschillen  probleem!
(USB, FireWire, serial-ATAPI,
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology
33
Computertechniek
harde schijf organisatie
•
•
•
•
ruimteverlies bij kleine files
fragmentatie
FAT
page file
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology
34
Computertechniek
File opslag in een netwerk (1)
DAS: Direct Attached Storage
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology
35
Computertechniek
File opslag in een netwerk (2)
NAS: Network Attached Storage
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology
36
Computertechniek
File opslag in een netwerk (3)
SAN: Storage Area Network
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology
37
Computertechniek
38
Redundant Array of Independent (or Inexpensive) Disks
waarom?
schijven zijn tegenwoordig goedkoop
(micro) controllers zijn (veel) sneller dan schijven
betrouwbaarheid en snelheid zijn belangrijk
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology
Computertechniek
RAID 0 = striping : informatie
verdelen,meerdere schijven “zien”
als 1 grotere, + geen overhead,
+ snellere random access, - geen
winst in betrouwbaarheid
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology
39
Computertechniek
RAID 1 = shadowing / mirroring:
2 copien van alle informatie
+ simpel, + leest snel,
- verspilling van ruimte
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology
40
Computertechniek
RAID 3 = striping + parity
+ lage overhead, + hoge leessnelheid, + 1 fout bestendig,
- write bottleneck
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology
41
Computertechniek
RAID 5 = store distributed parity
code, + lage overhead, + hoge lees
snelheid, + 1 fout bestendig,
multiple writes!
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology
42
Computertechniek
43
doen 1
lees hoofdstukken 11 en 12
(12: alleen caching, dus t/m 12.1.3)
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology
Computertechniek
44
doen 2
zoek uit: wat is (bv op jouw computer)
• de prijs
• omvang
• prijs per byte
• aandeel in de totale prijs
van
- hoofdgeheugen
- harde schijf opslag
 Verslagje maken
Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology