Datorsystem 1 & Datorarkitektur 1 – föreläsning 6 tisdag 6 november 2007Datorsystem 1 & Datorarkitektur 1 – föreläsning 6 tisdag 6 november 2007

Volatile (flyktig)

Data finns inte kvar efter det att strömmen slagits av.

Non-volatile (Icke-flyktig/beständig)

Data finns kvar även efter det att strömmen slagits av.

Thomas Alva Edison (1847-1931)

Edisons första glödlampa, som han visade upp för världen 1879.

Vakumröret bygger på den sk Edison effekten -- elektrisk ström kan färdas i gas eller vakum (1883).

När en ström går genom katoden blir den varm och avger elektroner innuti vakumröret.

De frigjorda elektroderna dras till den possitivt laddade anoden och det uppstår en ström av elektroner från katod till anod.

En enkel dator konstruerad av vakumrör (IBM 1946). Maskinen klarar av att multiplicera två 10-siffriga tal 40 ggr/s.

ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer) togs i bruk 1946 av amerikanska armén. Syftet var att räkna ut tabeller med balistiska banor för olika typer av projektiler.

Det gick åt nästan 18.000 vakumrör för att konstruera ENIAC. För att koppla samman hela härligheten behövdes det mer än 5 miljoner lödningar!!

The vacuum tube looks and behaves very much like a light bulb; it generates a lot of heat and has a tendency to burn out.

Also, it is slow, big and bulky.

Bell Labs 16 December 1947

A result from their war-time efforts to produce extremely pure germanium "crystal" mixer diodes, used in radar units as a frequency mixer element in microwave radar receivers.

En kondensator (Capacitor) är som en läckande hink med vatten.

Kondensatorn fylls på med elektroner och laddas därmed upp.

Efter en tid "rinner" ellektronerna ut och kondensatorn tappar sin laddning.

DRAM ≈ 1966

A B Q0 0 00 1 01 0 01 1 1

A Q0 11 0

Flipp-Flopp

Input Data D

Enable E

Noll på ena ingången gör att AND alltid ger 0 och NAND alltid 1

0

1

0

1

1

0

1

Oavsett värde på D minns kretsen det gamla värdet på Q =

0

1

0

1

1

0

?

0

1

Vad händer om vi ändrar E till 0?

Noll på ena ingången gör att AND alltid ger 0 och NAND alltid 1

1

1

1

0

0

1

Hur funkar det med D = 1...

0

Oavsett värde på D minns kretsen det gamla värdet på Q =

1

1

1

0

0

101

?

Och nu ändrar vi E till 0

0

1

0

1

1

0

1

1

1

0

0

1

Om vi ändrar till E=0 kommer Q att "minnas" det föregående värdet på D (som lagrades i enable-fasen) oavsett om värdet på D ändras.

SRAM

Om E=1 blir Q == D.

Volatile (flyktig)

SRAM och DRAM

Non-volatile (Icke-flyktig/beständig).

Vill ju ha kvar vårt data även efter det att strömen slås av...

• Speed 10000 RPM• Seek Time 6ms• Transfer time 50MB/s• Controler overhead 0.2ms

Hur lång tid tar det att skriva/läsa en 512 Byte stor sektor?

Kan vi lita på vårt minne?Dependability

Ett mått på hur länge nått fungerar utan avbrott…

MTTF (Mean Time To Failure)

MTTR (Mean Time To Repair)

MTBF (Mean Time Between Failures = MTTF + MTTR

Reliablity – tillförlitlighet

Ett mått på hur tillgänglig en tjänst är…

Availability = MTTF MTTF + MTTR

Availability - tillgänglighet

Fault

• Failure avser ett helt system• Fault avser en komponent i systememet.

Fault AvoidanceFault toleranceFault forecasting

Availability ökar MTTF ökarFault Tolerance

Hur kan vi förbättra tillförlitligheten och tillgängligheten vid lagring på hårddisk?

Striping

Sprid data över flera diskar.

Möjliggör parallell åtkomst... vilket kan ge ökad prestanda.

RAID 0

MIRRORING

Skriv samma data på flera ställen.

Extra säkerhet till följd av Redundans (överskott) i hårdvara.

RAID 1

Redundant Array of Inexpensive

Disks

Bit-Interleaved ParityRAID 3

Protection Groups Check DisksSpara endast tillräckligt med redundant information så att vi kan återskapa data om något går fel.

Raid 3

Disk 1 Disk 2 Disk 3 Parity Disk00000111 00000101 0000000 00000010

XOR

00000101

00000111

00000101

00000000

00000010 XOR

Raid 3

Disk 1 Disk 2 Disk 3 Parity Disk00000111 00000101 0000000 00000010

10010110

10010100

W

W

XORR

RR

Raid 4Disk 1 Disk 2 Disk 3 Parity Disk

00000111 00000101 0000000 00000010

W

Disk 1 Disk 2 Disk 3 Parity Disk

00000111 00000101 10010110 10010100

R R

efter

före

W

10010110

Denna disk måste uppdateras för alla skriviningar till något block på någon av data-diskarna.

Kan skriva samtidigt till olika block så länge paritets-blocket inte lagras på samma disk.

Distributed Block-Interleaved Parity

Uppskattningsvis 80% av alla servrar använder någon form av RAID-system. Vanligast är RAID 1 och RAID 5.

Hot-Swapping är bara sååå coolt!