Файл: 1-337.pdf

Внешняя память 271

граничных регистров производится операционной системой при загрузке програм-
мы. При каждом обращении к памяти проверяется, попадает ли используемый ад-

рес в установленные границы. Такую проверку, например, можно организовать на
этапе преобразования виртуального адреса в физический. При нарушении границы

доступ к памяти блокируется, и формируется запрос прерывания, вызываю-

щий соответствующую процедуру операционной системы. Нижнюю границу
разрешенной области памяти определяет сегментный регистр. Верхняя граница
подсчитывается операционной системой в соответствии с размером размещаемого
в ОП сегмента.

В рассмотренной схеме необходимо, чтобы в ВМ поддерживались два режима

работы: привилегированный и пользовательский. Запись информации в гранич-
ные регистры возможна лишь в привилегированном режиме.

Метод ключей защиты

Метод позволяет организовать защиту несмежных областей памяти. Память ус-

ловно делится на блоки одинакового размера. Каждому блоку ставится в соответ-
ствие некоторый код, называемый

 ключом защиты памяти.

 Каждой программе,

в свою очередь, присваивается

 код защиты программы.

 Условием доступа програм-

мы к конкретному блоку памяти служит совпадение ключей защиты памяти и про-
граммы, либо равенство одного из этих ключей нулю. Нулевое значение ключа
защиты программы разрешает доступ ко всему адресному пространству и исполь-
зуется только программами операционной системы. Распределением ключей за-
щиты программы ведает операционная система. Ключ защиты программы обычно
представлен в виде отдельного поля

 слова состояния программы,

 хранящегося

в специальном регистре. Ключи защиты памяти хранятся в специальной памяти.
При каждом обращении к ОП специальная комбинационная схема производит
сравнение ключей защиты памяти и программы. При совпадении доступ к памяти
разрешается. Действия в случае несовпадения ключей зависят от того, какой вид

доступа запрещен: при записи, при чтении или в обоих случаях. Если выяснилось,
что данный вид доступа запрещен, то так же как и в методе граничных регистров
формируется запрос прерывания и вызывается соответствующая процедура опе-
рационной системы.

Внешняя память

Важным звеном в иерархии запоминающих устройств является внешняя, или вто-

ричная память, реализуемая на базе различных ЗУ. Наиболее распространенные
виды таких ЗУ — это магнитные и оптические диски и магнитоленточные устрой-
ства.

Магнитные диски

Информация в ЗУ на магнитных дисках (МД) хранится на плоских металличес-
ких или пластиковых пластинах (дисках), покрытых магнитным материалом. Дан-
ные записываются и считываются с диска с помощью электромагнитной катушки»
называемой

 головкой считывания/записи,

 которая в процессе считывания и записи

272 Глава 5. Память

неподвижна, в то время как диск вращается относительно нее. При записи на го-

ловку подаются электрические импульсы, намагничивающие участок поверхнос-
ти под ней, причем характер намагниченности поверхности различен в зависимос-
ти от направления тока в катушке. Считывание базируется на электрическом токе,
наводимом в катушке головки, под воздействием перемещающегося относительно
нее магнитного поля. Когда под головкой проходит участок поверхности диска,
в катушке наводится ток той же полярности, что использовался для записи ин-
формации. Несмотря на разнообразие типов магнитных дисков, принципы их орга-
низации обычно однотипны.

Организация данных и форматирование

Данные на диске организованы в виде набора концентрических окружностей, на-
зываемых

 дорожками

 (рис. 5.35). Каждая из них имеет ту же ширину, что и головка.

Соседние дорожки разделены промежутками. Это предотвращает ошибки из-за

смещения головки или из-за интерференции магнитных полей. Как правило, для

упрощения электроники принимается, что

 всех дорожках может храниться оди-

наковое количество информации. Таким образом, плотность записи увеличивает-
ся от внешних дорожек к внутренним.

Рис. 5.35. Порядок

 информации на магнитном диске

Внешняя память  2 7 3

Обмен информацией с МД осуществляется блоками. Размер блока обычно мень-

ше емкости дорожки, и данные на дорожке хранятся в виде последовательных об-
ластей —

 секторов,

 разделенных между собой промежутками. Размер сектора ра-

вен минимальному размеру блока.

Типовое число секторов на дорожке колеблется от 10 до 100. При такой органи-

зации должны быть заданы точка отсчета секторов и способ определения начала

и конца каждого сектора. Все это обеспечивается с помощью

 форматирования,

в ходе которого на диск заносится служебная информация, недоступная пользова-
телю и используемая только аппаратурой дискового ЗУ.

Рис. 5.36. Формат дорожки диска типа «Винчестер» (Seagate ST506)

Пример разметки МД показан на рис. 5.36. Здесь каждая дорожка включает в се-

бя 30 секторов по 600 байт в каждом. Сектор хранит 512 байт данных и управляю-
щую информацию, нужную для контроллера диска. Поле заголовка содержит
информацию, служащую для идентификации сектора. Байт синхронизации пред-
ставляет собой характерную двоичную комбинацию, позволяющую определить

начало поля. Номер дорожки определяет дорожку на поверхности. Если в нако-
пителе используется несколько дисков, то номер головки определяет нужную
поверхность. Поле заголовка и поле данных содержат также код циклического кон-
троля, позволяющий обнаружить ошибки. Обычно этот код формируется после-

довательным сложением по модулю 2 всех байтов, хранящихся в поле.

Характеристики дисковых систем

В табл. 5.8 приведена классификация разнообразных систем МД.

2 7 4

 Глава 5. Память

Таблица 5.8.

 Характеристики дисковых систем

Движение головок

Фиксированные

Подвижные

Сменяемость дисков

Несъемные диски

Съемные диски

Использование поверхностей

Односторонние

Двухсторонние

Число пластин

Однодисковые

Многодисковые

Механизм головки

Контактный
С фиксированным зазором
С аэродинамическим зазором

В ЗУ с

 фиксированными головками

 приходится по одной головке считывания/

записи на каждую дорожку. Головки смонтированы на жестком рычаге, пересека-

ющем все дорожки диска (рис. 5.37,

 а

)

.

 В дисковом ЗУ с

 подвижными головками

имеется только одна головка, также установленная на рычаге (рис. 5.37,

б),

 однако

рычаг способен перемещаться в радиальном направлении над поверхностью дис-
ка, обеспечивая возможность позиционирования головки на любую дорожку.

Диски с магнитным носителем устанавливаются в дисковод, состоящий из ры-

чага, шпинделя, вращающего диск, и электронных схем, требуемых для ввода и вы-
вода двоичных данных.

 Несъемный диск

 зафиксирован на дисководе.

 Съемный диск

может быть вынут из дисковода и заменен на другой аналогичный диск. Преиму-
щество системы со съемными дисками — возможность хранения неограниченного
объема данных при ограниченном числе дисковых устройств. Кроме того, такой
диск может быть перенесен с одной ВМ на другую.

Рис.

 5.37. Варианты организации дисков: а — с фиксированными головками;

б —

 с подвижной головкой

Большинство дисков имеет магнитное покрытие с обеих сторон. В этом случае

говорят о

 двусторонних

 (double-sided) дисках.

 Односторонние

 (single-sided) диски

в наше время встречаются достаточно редко.

Внешняя память 275

Рис. 5.38. Дисковое ЗУ: а — с одной пластиной;

 б

 — с дисковым пакетом

На оси может располагаться один (рис. 5.38,

 а)

 или несколько (рис. 5.38,

 б)

 дис-

ков. В последнем случае используют термин

 дисковый пакет.

В зависимости от применяемой головки считывания/записи можно выделить

три типа дисковых ЗУ. В первом варианте головка устанавливается на фиксиро-
ванной дистанции от поверхности так, чтобы между ними оставался воздушный
промежуток. Второй вариант — это когда в процессе чтения и записи головка и диск
находятся в физическом контакте. Такой способ используется, например, в нако-
пителях на гибких магнитных дисках (дискетах).

Для правильной записи и считывания головка должна генерировать и воспри-

нимать магнитное поле определенной интенсивности, поэтому чем уже головка,

тем ближе должна она размещаться к поверхности диска (более узкая головка оз-
начает и более узкие дорожки, а значит, и большую емкость диска). Однако при-
ближение головки к диску означает и больший риск ошибки за счет загрязнения
и дефектов. В процессе решения этой проблемы был создан диск типа

 винчестер.

Головки винчестера и диски помещены в герметичный корпус, защищающий их

от загрязнения. Кроме того, головки имеют очень малый вес и аэродинамическую
форму. Они спроектированы для работы значительно ближе к поверхности диска,
чем головки в обычных жестких дисках, тем самым повышается плотность хране-
ния данных. При остановленном диске головка прилегает к его поверхности. Дав-

ления, возникающего при вращении диска, достаточно для подъема головки над

Поверхностью. В результате создается неконтактная система с узкими головками
считывания/записи, обеспечивающая более плотное прилегание головки к поверх-
ности диска, чем в обычных жестких дисках.

Массивы магнитных дисков с избыточностью

Магнитные диски, будучи основой внешней памяти любой ВМ, одновременно ос-
таются и одним из «узких мест» из-за сравнительно высокой стоимости, недоста-

точной производительности и отказоустойчивости. Характерно, что если в плане