2014-02-02
1452
Для выполнения операций чтения и записи данных на диск необходима схема адресации секторов. Как будет показано далее, одному сектору назначаются разные адреса при каждом его использовании разделом, файловой системой или файлом. В этом разделе речь пойдет о физических адресах, то есть адресах секторов по отношению к началу физического носителя информации.
Существует два разных метода физической адресации. На старых жестких дисках используются геометрические параметры и уже упоминавшаяся схема CHS. Упрощенный пример организации адресов цилиндров и головок показан на рис. 2.5.
Схема адресации CHS проста и удобна, но ее возможности оказались слишком ограниченными, поэтому в наши дни она встречается редко. В исходной спецификации ATА задействован 16-разрядный номер цилиндра, 4-разрядный номер головки и 8-разрядный номер сектора, однако в старых версиях BIOS использовался 10-разрядный номер цилиндра, 8-разрядный номер головки и 6-разрядный номер сектора. Следовательно, для взаимодействия с жестким диском через BIOS должен использоваться минимальный размер каждого параметра, вследствие чего максимальный объем диска ограничивается 504 Мбайт.
Чтобы обойти это ограничение, были разработаны новые версии BIOS, транслировавшие «свои» диапазоны адресов в диапазоны адресов, соответствующие спецификации ATА. Например, если приложение запрашивало данные из цилиндра 8, головки 4 и сектора 32, система BIOS транслировала его и запрашивала с диска цилиндр 26, головку 2, сектор 32. Для успешной работы трансляции система BIOS сообщала параметры геометрии диска, отличающиеся от фактических. Процесс трансляции не работает для дисков объемом более 8,1 Гбайт.
Сейчас BIOS с трансляцией адресов встречаются относительно редко.
Ограничение в 8,1 Гбайт, присущее трансляции, необходимо было преодолеть, поэтому от схемы адресации CHS пришлось отказаться. Стандартной стала схема адресации LBA (Logical Block Addresses), в которой каждый сектор обозначается одним числом, начиная с 0. Схема LBA поддерживается с момента выхода первой официальной спецификации ATА. В схеме LBA приложение не обязано ничего знать о геометрии диска; достаточно одного числа. Поддержка адресации CHS была исключена из спецификации АТА в версии АТА-6.
К сожалению, некоторые файловые системы и другие структуры данных продолжают работать со старыми адресами CHS, поэтому периодически требуется преобразовывать CHS в LBA. Адрес LBA 0 соответствует адресу CHS 0,0,1, а адрес LBA 1 соответствует адресу CHS 0,0,2. Когда все секторы дорожки будут исчерпаны, используется первый сектор следующей головки того же цилиндра, соответствующий адресу CHS 0,1,1. Представьте, что внешнее кольцо нижней пластины постепенно заполняется, после чего происходит переход к следующей пластине, пока не будет достигнута верхняя пластина. После этого используется второе кольцо нижней пластины. Формула преобразования выглядит так:
LBA = (((ЦИЛИНДР * головок_на_цилиндр) + ГОЛОВКА) * секторов_на_дорожку) + СЕКТОР - 1
где значения ЦИЛИНДР, ГОЛОВКА И СЕКТОР заменяются соответствующими компонентами CHS. Для примера возьмем диск с 16 головками на цилиндр и 63 секторами на дорожку. Адрес CHS 2,3,4 преобразуется в LBA следующим образом:
2208 - (((2 * 16) + 3) * 63) + 4 - 1
2.4. Процессор
Центральным устройством в компьютере является процессор. Он выполняет различные арифметические и логические операции, к которым сводится решение любой задачи обработки информации на компьютере. Кроме того, процессор управляет работой всех устройств компьютера.
Процессор — устройство, обеспечивающее преобразование информации и управление другими устройствами компьютера.
Что же представляет собой современный процессор? Для ответа на этот вопрос вспомним, что вся история развития компьютеров тесно связана с достижениями человечества в области электроники, материаловедения и других областей науки и техники. Именно открытия некоторых свойств материалов и веществ, в частности на основе кремния, позволили создать процессор для современного персонального компьютера. Современный процессор представляет собой микросхему, или чип (англ. chip — чип), выполненную на миниатюрной кремниевой пластине — кристалле. Поэтому его принято называть микропроцессором. В последних моделях микропроцессоров, размер которых равен примерно 2 см, содержится до нескольких миллионов электронных компонентов.
Микропроцессор конструктивно представляет собой интегральную микросхему, а точнее говоря, сверхбольшую интегральную схему (СБИС). Слово «сверхбольшая» относится не к размерам интегральной схемы, а к количеству заключенных в ней электронных компонентов, размещенных на маленькой кремниевой пластинке. Число таких компонентов достигает нескольких миллионов. Чем больше компонентов содержит микропроцессор, тем выше производительность компьютера. Размер минимального элемента микропроцессора в 100 раз меньше диаметра человеческого волоса. Микропроцессор имеет контакты в виде штырьков, которые вставляются в специальный разъем, или сокет на системной плате. Разъем имеет форму прямоугольника с несколькими рядами отверстий по периметру.
Обработка любой информации на компьютере связана с выполнением процессором различных арифметических и логических операций.
Арифметические операции — это базовые математические операции, такие как сложение, вычитание, умножение и деление.
Логические операции (логическое сложение, умножение, отрицание и др.) представляют собой некоторые специальные операции, которые чаще всего используются при проверке соотношений между различными величинами.
Это необходимо для управления работой компьютера.
Важной характеристикой процессора является его производительность (количество элементарных операций, выполняемых им за одну секунду), которая и определяет быстродействие компьютера в целом. В свою очередь, производительность процессора зависит от двух других его характеристик — тактовой частоты и разрядности.
Тактовая частота задает ритм жизни компьютера. Чем выше тактовая частота, тем меньше длительность выполнения операций и тем выше производительность компьютера. Тактовая частота определяет число тактов работы процессора в секунду. Под тактом мы понимаем чрезвычайно малый промежуток времени, измеряемый микросекундами, в течение которого может быть выполнена элементарная операция, например сложение двух чисел. Современный персональный компьютер может выполнять миллионы и миллиарды таких элементарных операций в секунду. Для числового выражения тактовой частоты используется единица измерения частоты — мегагерц (МГц) — миллион тактов в секунду. Тактовая частота современных микропроцессоров составляет более 100 МГц.
Разрядность процессора определяет размер минимальной порции информации, над которой процессор выполняет различные операции обработки. Эта порция информации, часто называемая машинным словом, представлена последовательностью двоичных разрядов (бит). Процессор в зависимости от его типа может иметь одновременный доступ к 8, 16, 32, 64 битам.
С повышением разрядности увеличивается объем информации, обрабатываемой процессором за один такт, что ведет к уменьшению количества тактов работы, необходимых для выполнения сложных операций. Кроме того, чем выше разрядность, тем с большим объемом памяти может работать процессор. Первые микропроцессоры (1971 г. — фирма Intel) имели разрядность 4 бит, тактовую частоту 108 КГц и способность адресовать 640 байт основной памяти. Современные компьютеры оснащаются 32-разрядными процессорами, и при этом их оперативная память обычно составляет 64, 128, 256 Мбайт.
Для современных микропроцессоров характерна тенденция к увеличению разрядности и повышению тактовой частоты.
Кроме центрального микропроцессора во многих компьютерах имеются сопроцессоры — дополнительные специализированные процессоры. Например, математический сопроцессор — микросхема, которая помогает основному процессору в выполнении вычислений при решении на компьютере математических задач.
Основная работа процессора заключается в двух действиях — считывании из программы, находящейся в ОЗУ, очередной команды и выполнении действий, указанных в этой команде. Таким действием может быть выполнение арифметических и логических операций над данными, вывод информации на периферийное устройство и т. д.
Процессор состоит из устройства управления (УУ), которое управляет работой процессора с помощью электрических сигналов, арифметическо-логического устройства (АЛУ), производящего операции над данными, и регистров для временного хранения в процессоре этих данных и результата операции над ними. Данные процессор считывает из ОЗУ, туда же он пересылает результат действия над этими данными.
Важнейшей характеристикой процессора является тактовая частота — количество операций, выполняемых им за 1 секунду (Гц). Процессор 8086, произведенный фирмой Intel для персональных компьютеров IВМ, мог выполнять не более 10 млн. операций в секунду, т. е. его частота была равна 10 МГц. Тактовая частота процессора 80386 составляла уже 33 МГц, а современный процессор Pentium совершает в среднем 100 млн. операций в секунду.
Кроме того, каждый конкретный процессор может работать не более чем с определенным количеством оперативной памяти. Для процессора 8086 это количество составляло всего лишь 1 Мбайт, для процессора 80286 оно увеличилось до 16 Мбайт, а для Pentium составляет 1 Гбайт. Кстати, в компьютере, как правило, имеется гораздо меньший объем оперативной памяти, чем максимально возможный для его процессора.
