计算机组成 6

Chapter Appendix Storage Networks and other peripherals

introduction of I/O

不容易度量性能并设计

Three Characters of I/O

• Behavior

  • input

  • output

  • storage

• Partner

• Data rate

Throughput and Response time 吞吐量和响应时间

A.2 Disk Storage and Dependability

floppy disk

hard disk

• platter 盘

• track 轨道

• sector 扇区，存储数据的最小单位

Flash

Measure Dependability

• MTTF Mean time to failure 平均无故障时间
• MTTR Mean time to repair 平均修复时间
• MTBF=MTTF+MTTR Mean time between failure 平均故障时间间隔
• Availability
  • $Availability=\frac{MTTF}{MTTF+MTTR}$
• 增加：
  • 错误回避
  • 错误预测
  • 错误容忍程度（冗余）

解决盘容量的问题

• 一种思路是增大盘大小，缺点是一个坏了全坏
• 一种是增加盘数量，可靠性时间变小（除以盘的数量大小）
• 解决RAID Redundant Array of (Inexpensive) disk
  • 文件存放在多个盘里面，相当于多一份保险

RAID

• RAID 1 Disk Mirroring ：磁盘复制，overhead 100%

• RAID 3 BitInterleaved ：几个磁盘相同位置数据奇偶校验放在P

  • 不能做到small write

• RAID 4 BlockInterleaved ：每个磁盘自己block数据奇偶校验放在P

  • 不能同时写不同stripe

• RAID 5 High I/O Rate Interleaved Parity ：每个盘都轮流做Parity位

• RAID 6 P+Q Redundancy ：两个盘做parity

A4 Bus

A bus contains two types of lines

• Control lines: 告诉系统Dataline跑的是谁的数据
• Data lines：

Bus Transaction：

• input： data from device to memory
• output：data from memory to device

synchronize：

• Synchronous bus： 用时钟作为标准
• Asynchronous bus：用握手协议

Bus Arbitration：

• 用bus master决定哪个device的数据跑在bus上面

A.5 Interfacing of Device and CPU

3 types communications

• Command: give commands
• Notify: complete or error
• Data: to transfer data

How to communicate with isa

• Memory-mapped I/O: 部分内存地址被分配给I/O
• special I/O instructions: (x86) in al,port; out port,al;
• command port and data port:
  • 状态寄存器（done bit, error bit …）
  • 数据寄存器 命令寄存器

Communication with the Processor

• Polling 轮询：
  • 处理器不停检查状态位去看看是否有信号过来
  • 好处是计算机处理器程序来决定先来处理哪个IO设备
• Interrupt 中断：
  • 从I/O发信号让处理器处理它
  • 好处是CPU可以同时做其他事情
• DMA direct memory access：
  • 不影响CPU（在CPU不访问总线的时候工作），从其他设备（IO或者memory）读取或传输数据
  • need 3 step
    • processor set up DMA，告诉DMA目标等等必要信息
    • DMA开始运行
    • DMA完成运行，给处理器一个中断让处理器检查一下有没有错
  • 好处是节约CPU时间，握手协议交给DMA来做

A.6 Performance Measure of IO (Disk and file system)

玛德不讲了

A.7 Designing an I/O system

题目：找到性能瓶颈——是BUS传输限制，还是CPU时钟限制