На основании международного образовательного стандарта Computer Science был разработан стандарт СПбГУ с тем же названием. В дополнение к вопросам, обозначенным в международном стандарте, в этом курсе рассказывается о разработках кафедры и родственных ей IT предприятий в области создания новых архитектур ЭВМ и технологий их программирования. В курсе рассказывается о базовых понятиях архитектур ЭВМ (арифметико-логическое устройство, память, регистры, устройство управления, ввод/вывод), истории их создания, архитектурных способах ускорения ЭВМ (водопровод, RISC, спекулятивное исполнение, предсказание переходов, многопроцессорные и многомашинные архитектуры), о нетрадиционных архитектурах (систолические структуры, мобильные телефоны, встроенные системы реального времени). В теме «HLL компьютеры» подробно рассказывается о HLL компьютере "Самсон", разработанном под руководством автора этого курса. От слушателей курса не требуется начать программировать на машине "Самсон", гораздо более интересно обсудить, почему выбрана именно такая архитектура, такая система команд, какие предложены оптимизации, чем предлагаемые архитектуры лучше существующих. В заключение рассказывается о двух конкретных наиболее популярных архитектурах ЭВМ (самая старая из ныне живущих архитектур мейфрейм IBM/360 и наиболее массовая современная архитектура ARM). По завершении этого курса учащиеся будут: Уметь: - Разбираться в различных архитектурах ЭВМ, сравнивать их по длине кода, эффективность исполнения, оценивать сложность аппаратной реализации; - На основании знания внутренней структуры компьютера, устройства его кэш-памяти, знания реализации шин, уметь оптимизировать свои программы; - Спроектировать новую ЭВМ, хотя бы на бумаге. Знать: - Структурные схемы современных ЭВМ; - Способы аппаратной реализации основных элементов ЭВМ; - Принципы работы устройств ввода/вывода. Владеть: - Навыками ускорения программного обеспечения за счет знания внутренней организации кэш-памяти и шин; - Навыками ускорения ввода/вывода; - Способами рационального создания микропрограмм ЭВМ.
RAID-архитектуры
Loading...
Из курса от партнера Saint Petersburg State University
Архитектура ЭВМ (Computer Architecture)
16 оценок
Познакомьтесь с преподавателями
Терехов Андрей Николаевичпрофессор
Кафедра системного программирования
[МУЗЫКА]
[МУЗЫКА] Рассмотрим
еще один очень интересный тип внешних устройств: RAID-диски.
RAID (redundant array of independent disks) — это набор независимых дисков.
Что это такое?
Несколько дисков,
которые с точки зрения программиста рассматриваются как один диск.
Нормальный один диск с нужным количеством цилиндров, треков и так далее.
Но внутри это устройство содержит несколько дисков,
которые дублируют друг друга.
За счет этого возникает определенная избыточность,
и за счет этого повышается надежность.
Дело в том, что диски — устройства довольно хрупкие.
Ну что? Механическое устройство с магнитным слоем.
Любая царапина, любое повреждение — и диск «полетел».
А бывает, что на них хранится очень важная, критически важная информация,
потеря которой грозит большими экономическими или другими потерями.
Так вот, RAID-диски бывают нескольких типов.
Самый простой из них — это RAID 1 (просто зеркальный диск).
Посмотрите на слайд.
Все просто: два диска, и все блоки A1, A2, A4,
все продублированы, и на нулевом, и на первом диске.
Если один из них сломается, то на втором информация сохраняется.
Но сами понимаете, что такая двойная избыточность довольно дорого стоит.
Поэтому применяют и другие диски.
RAID 2 (должен сразу сказать, что он почти что не используется, но,
тем не менее, раз классификация есть, я должен об этом сказать).
На каждый диск еще делится n − 1 дополнительных дисков,
на каждом из них хранятся биты четности определенной, как в коде Хемминга.
Такое вообще придумали, но, по-моему, никто никогда не использовал.
То есть когда на один диск надо использовать еще пять-шесть дисков — это
слишком дорого.
Теперь рассмотрим RAID 3.
На следующем слайде вы видите картинку, где приведен пример RAID 3 диска.
Есть блоки A1, A2, A3 на разных дисках, а A4 — снова на первом диске.
И, наконец, отдельный диск для всяких контрольных сумм приведен.
Это довольно эффективно, и, в общем, это работает вполне.
Тип RAID-дисков 4 (как и второй, и третий) сейчас практически не используется.
То есть они когда-то были придуманы,
включены в классификацию, но в реальной действительности применения не нашли.
Знаете почему?
Потому что у них есть выделенный диск для контрольных сумм.
И тем самым закрывается всякая возможность параллельной работы с дисками.
И это сильно замедляет работу дисков.
Поэтому придумали еще один тип RAID-дисков (пятый), и в нем и блоки,
и контрольные суммы пишутся циклически по разным дискам и равномерно.
Нет одного выделенного диска для контрольных сумм.
В результате многие операции удается распараллелить и тем самым
повысить производительность RAID-диска в целом.
Я хочу вам сказать, что в нашем городе есть компания Digital Design
(в просторечии «Дигдез» все говорят),
президент которой работает преподавателем на моей кафедре.
Поэтому как завкафедрой я вижу, какие курсовые он дает студентам нашей кафедры.
И это очень интересно: тут высокая математика.
Какая-то алгебра, кольца, поля.
Благодаря этой высокой математике компании «Дигдез» удается добиться высоких
коммерческих успехов в области резервного хранения, в области RAID-дисков,
а нашим студентам удается у них получить интереснейшие работы по
определению (ну я так легко говорю) контрольной суммы.
А как исправить ошибку?
В группе «Дигдез», которая руководит нашими студентами в том числе,
умеют хорошо с этим работать, и они конкурентоспособны на мировом рынке,
а нашим студентам это дает возможность заниматься высокой математикой.
Подведем итог.
Что же такое RAID-диски и зачем они нужны?
Прежде всего я бы хотел здесь первый раз в нашем курсе употребить термин
«критические применения».
Есть такие области задач, где сбои совершенно невозможны: военные приложения,
медицинские приложения, различные сложные экономические длинные-длинные расчеты.
То есть бывают ситуации, когда сбой ЭВМ совершенно невозможен.
Такие области применения называются критическими (Mission Critical
по-английски).
В этих Mission Critical Systems RAID-диски просто незаменимы.
Представляете, вы делаете какое-то важное приложение, важные расчеты,
управляете сердцем человека, ракетой, а в это время компьютер даст сбой?
И это, в общем, приведет к совершенно непоправимым последствиям.
Поэтому в тех случаях, а именно в критически важных применениях,
используются RAID-диски, о которых я только что вам рассказал,
и они служат для единственной цели: резкого повышения надежности.
Да, это дорого: вместо одного диска у вас используются два-три-пять дисков,
но иногда это стоит того,
потому что результаты сбоев могу быть совершенно ужасными.
Причем не только в деньгах.
Ракета полетит не туда — вам понравится?
Итак, RAID-диски нужны для повышения надежности,
и они с этой задачей вполне успешно справляются.
И дальше, чтобы вам просто было понятно, о чем речь,
была введена вот эта классификация: RAID 1-2-3-4-5,
некоторые из уровней пропали, с течением времени просто перестали использоваться.
Но это важно подчеркнуть, что есть разные уровни: от простого зеркального
дублирования, как в RAID 1, до какого-то циклического размещения блоков
информации и контрольных сумм по разным дискам в RAID 5.
Это просто разные решения одной и той же задачи.
Конечная цель у всех этих задач одна, а именно — повышение надежности.
[БЕЗ_ЗВУКА]
Ознакомьтесь с нашим каталогом
Присоединяйтесь бесплатно и получайте персонализированные рекомендации, обновления и предложения.
Coursera делает лучшее в мире образование доступным каждому, предлагая онлайн-курсы от ведущих университетов и организаций.
© Coursera Inc., 2019 Все права защищены.
