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Memoria Secundaria, Notas de estudo de Eletrônica

Memoria Secundaria

Tipologia: Notas de estudo

2013

Compartilhado em 20/05/2013

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synty-x-12 🇧🇷

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bg1
Organização e Arquitetura de Computadores
Carlos Augusto de S. Almeida
prof . c augusto almeida @gmail.com
Universidade Federal de Sergipe (UFS)
São Cristovão Sergipe
Abril de 2012
Memória Secundária
Roteiro da Aula
Disco Magnético
RAID
Memória Óptica
2
Disco Magnético
É formado por 1 ou mais superfícies circulares (os pratos) de material
magnetizável;
Trilha: Cada superfície (face ou lado) de um prato do disco é organizada em
áreas circulares concêntricas, chamadas de trilhas;
Cada trilha tem a mesma largura da cabeça de leitura/escrita;
As trilhas vão de 0 (mais externa) até T-1
(mais interna);
As trilhas possuem diferentes tamanhos,
as maiores são as mais externas.
Setor: as trilhas são divididas em
setores, que possuem tamanho fixo;
Preâmbulo: além dos dados em si, cada
setor mantem dados de controle, (o
preâmbulo, ou byte SYNCH), para
permitir que a cabeça do disco se localize. 3
Disco Magnético
Lacuna: (1) usada para separar os setores
(lacunas entre setores); (2) tb usada para
separar as trilhas (lacunas entre trilhas).
Cilindro: corresponde ao conjunto de trilhas
de mesmo endr.
Para reduzir o tempo gasto com o
posicionamento da cabeça (tempo de busca,
ou seek). Os dados são lidos/escritos por
cilindro, isto é, são lidos/escritos paralelamente
em todos as trilhas do cilindro.
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Disco Magnético
Lacuna: (1) usada para separar os setores
(lacunas entre setores); (2) tb usada para
separar as trilhas (lacunas entre trilhas).
Cilindro: corresponde ao conjunto de trilhas
de mesmo endr.
Para reduzir o tempo gasto com o
posicionamento da cabeça do disco (tempo
de busca, ou seek) para leitura/gravação. Os
dados são lidos/escritos por cilindro, isto é,
são lidos/escritos paralelamente em todos
as trilhas do cilindro.
5
Disco Magnético
Na prática, os setores NÃO estão alinhados (ver Figura (b)).
6
Tempo de Acesso
Tempo de Acesso = (instante de tempo que o usuário faz a solicitação) –
(instante de tempo que o dispositivo conclui a resposta da solicitação)
Em um disco magnético, esse tempo é subdividido em muitos outros:
Tempo de Interpretação do Comando:
(1) Tempo gasto pelo Sist. Operacional interpretar o comando;
(2) Passar a ordem para a controladora do disco, que converte o endr. lógico
em um endr. físico (contendo a trilha e setor)
Muito pequeno (irrelevante na prática)
Tem po de B us ca (seek time):
(1) Tempo de interpretação do endr. pela controladora do disco;
(2) Tempo para posicionamento da cabeça de leitura no disco.
O item que mais pesa no tempo de acesso (bastante relevante);
Tempo de Latência (latência rotacional, ou atraso rotacional):
Tempo de Transferência:
7
Disco Magnético
Tempo de Acesso
Tempo de Interpretação do Comando:
Tem po de B usc a (seek time):
Em torno de 5 .. 10 ms.
Tempo de Latência (latência rotacional, ou atraso rotacional):
Aqui, a cabeça já está posicionada na trilha para leitura/escrita do dado;
O tempo gasto pelo disco para efetuar a leitura/escrita do setor;
Quanto maior for a rotação do disco, menor é o tempo de latência.
Em torno de 4 .. 3 ms.
Tempo de Transferência:
O tempo gasto pelo disco para transmitir os bits para o destinatário.
Em torno de 0,4 .. 0,8 ms.
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Disco Magnético
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Organização e Arquitetura de Computadores

Carlos Augusto de S. Almeida

prof. c augusto almeida @gmail.com

Universidade Federal de Sergipe (UFS) São Cristovão – Sergipe

Abril de 2012

Memória Secundária

Roteiro da Aula

  • Disco Magnético
  • RAID
  • Memória Óptica

2

Disco Magnético

  • É formado por 1 ou mais superfícies circulares (os pratos) de material magnetizável;
  • Trilha: Cada superfície (face ou lado) de um prato do disco é organizada em áreas circulares concêntricas, chamadas de trilhas;
  • Cada trilha tem a mesma largura da cabeça de leitura/escrita;
  • As trilhas vão de 0 (mais externa) até T- (mais interna);
  • As trilhas possuem diferentes tamanhos, as maiores são as mais externas.
  • Setor: as trilhas são divididas em setores, que possuem tamanho fixo;
  • Preâmbulo: além dos dados em si, cada setor mantem dados de controle, (o preâmbulo, ou byte SYNCH), para permitir que a cabeça do disco se localize. 3

Disco Magnético

  • Lacuna: (1) usada para separar os setores (lacunas entre setores); (2) tb usada para separar as trilhas (lacunas entre trilhas).
  • Cilindro: corresponde ao conjunto de trilhas de mesmo endr.
  • Para reduzir o tempo gasto com o posicionamento da cabeça (tempo de busca, ou seek). Os dados são lidos/escritos por cilindro, isto é, são lidos/escritos paralelamente em todos as trilhas do cilindro.

4

Disco Magnético

  • Lacuna: (1) usada para separar os setores (lacunas entre setores); (2) tb usada para separar as trilhas (lacunas entre trilhas).
  • Cilindro: corresponde ao conjunto de trilhas de mesmo endr.
  • Para reduzir o tempo gasto com o posicionamento da cabeça do disco (tempo de busca, ou seek) para leitura/gravação. Os dados são lidos/escritos por cilindro, isto é, são lidos/escritos paralelamente em todos as trilhas do cilindro.

5

Disco Magnético

  • Na prática, os setores NÃO estão alinhados (ver Figura (b)).

6

Tempo de Acesso

  • Tempo de Acesso = (instante de tempo que o usuário faz a solicitação) – (instante de tempo que o dispositivo conclui a resposta da solicitação)
  • Em um disco magnético, esse tempo é subdividido em muitos outros:
    • Tempo de Interpretação do Comando:
      • (1) Tempo gasto pelo Sist. Operacional interpretar o comando;
      • (2) Passar a ordem para a controladora do disco, que converte o endr. lógico em um endr. físico (contendo a trilha e setor)
      • Muito pequeno (irrelevante na prática)
    • Tempo de Busca ( seek time ):
      • (1) Tempo de interpretação do endr. pela controladora do disco;
      • (2) Tempo para posicionamento da cabeça de leitura no disco.
      • O item que mais pesa no tempo de acesso (bastante relevante);
    • Tempo de Latência (latência rotacional, ou atraso rotacional):
    • Tempo de Transferência:

Disco Magnético

Tempo de Acesso

  • Tempo de Interpretação do Comando:
  • Tempo de Busca ( seek time ):
    • Em torno de 5 .. 10 ms.
  • Tempo de Latência (latência rotacional, ou atraso rotacional):
    • Aqui, a cabeça já está posicionada na trilha para leitura/escrita do dado;
    • O tempo gasto pelo disco para efetuar a leitura/escrita do setor;
    • Quanto maior for a rotação do disco, menor é o tempo de latência.
    • Em torno de 4 .. 3 ms.
  • Tempo de Transferência:
    • O tempo gasto pelo disco para transmitir os bits para o destinatário.
    • Em torno de 0,4 .. 0,8 ms.

Disco Magnético

Tempo de Acesso

  • Espera pelo Dispositivo: para cada dispositivo, o Sist. Operacional mantém uma fila de solicitação.
  • Espera pelo Canal: o dispositivo já pode estar disponível, mas como o canal é compartilhado, ele pode estar sendo usado por outro dispositivo.
  • Tempo de Busca
  • Tempo de Latência (latência rotacional, ou atraso rotacional)
  • Tempo de Transferência

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Disco Magnético

Tempo de Acesso: Exemplo

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Disco Magnético

Padrões: ATA/SATA/SCSI

  • ATA ( Advanced Technology Attachment ) [1984] ou PATA (Parallel ATA) - É um padrão para interligar dispositivos de armazenamento; - Possui até 80 fios paralelos; - A sigla ATA é pouco usada. Por questões de marketing, outras siglas foram mais usadas: (diferenças em termos de velocidade e capacidade de armazenamento) - (1) IDE: Integrated Drive Electronics , divulgado para enfatizar que a controladora estava integrada ao dispositivo; - (2) EIDE, (3) FastATA - Inclusão do DMA ( Direct Memory Access ) - (4) ATAPI (ou ATA/ATAPI) - Oferece suporte para DVD, drivers ZIP, ...; - (5) Ultra-ATA; - (6) UDMA 11

ATA

Padrões: ATA/SATA/SCSI

  • SATA ( Serial ATA , ou Serial Advanced Technology Attachment ) [2003] SATA = Serial ATA = S-ATA = ATA - É mais rápido que o ATA; - A transmissão de dados é Serial; - É formado por um par de fios: 1 para transmissão, 1 para recepção; - Tecnologia AHCI ( Advanced Host Controller Interface ) - Tecnologia Hot Plug , que permite Hot Swapping : troca de discos sem a necessidade de desligar o computador; - Tecnologia NCQ ( Native Command Queuing )

12

SATA

or;

111212

Padrões: ATA/SATA/SCSI

  • Existem vários algoritmos para leitura/escrita de dados em disco. O algoritmo de leitura/escrita é determinado pelo Sist. Operacional.
  • Ilustrando o acesso ao disco, supondo a fila de requisições: 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67 :: endereços dos dados É que a cabeça do disco se encontra na posição 53

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Supondo que as requisições são atendidas em ordem.

  • Perda de desempenho;
  • Deslocamento excessivo da cabeça do disco.

Padrões: ATA/SATA/SCSI

  • Existem vários algoritmos para leitura/escrita de dados em disco. O algoritmo de leitura/escrita é determinado pelo Sist. Operacional.
  • Ilustrando o acesso ao disco, supondo a fila de requisições: 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67 :: endereços dos dados É que a cabeça do disco se encontra na posição 53

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Reordenando as requisições:

  • Aumenta o desempenho do disco;
  • Reduz o deslocamento da cabeça de leitura (o maior responsável pela lentidão);
  • <= Algoritmo do Elevador (ou SCAN)

Padrões: ATA/SATA/SCSI

  • SATA ( Serial ATA , ou Serial Advanced Technology Attachment ) [2003] SATA = Serial ATA = S-ATA = ATA
  • Evolução:
    • SATA I taxa de transferência 1,5 Gbps
    • SATA II 3 Gbps
    • SATA III 6 Gbps
  • eSATA ( External Serial ATA )
    • É o mesmo SATA, mas possui um conector diferente, usado para HDs Externos.

SATA

Padrões: ATA/SATA/SCSI

  • SCSI ( Small Computer System Interface )
    • É mais rápido que o SATA, mas devido a seu custo é mais usado no segmento coorporativo.
    • Taxa de Transferência: até 6,4 Gbps
    • Transmissão de Dados: Paralela.
    • Mas existem interfaces que possuem transmissão Serial, SAS (Serial Attached SCSI, ou SASCSI)
    • O padrão SCSI-3 permite cabos de até 25 metros (usando SCSI diferencial), contra 6 metros da versão anterior.
  • FC ( Fiber Channel )
    • Veio substituir a interface SCSI Paralela
    • É Serial
    • Taxa de Transferência: até 16 Gbps

SCSI

RAID 50 & RAID 100

RAID 50 (Raid-5 + stripe)

RAID 100 (Raid-10 + stripe)

25

10 + stripe)

RAID 50 & RAID 100

RAID 50 (Raid-5 + stripe)

  • Paridade distribuída;
  • Contorna o problema do RAID 3 e 4, ao distribuir os dados de paridade entre os discos.
  • Não existe mais o problema de perder o disco de paridade;
  • Existe tb RAID 60 = Raid-6 + stripe

RAID 100

  • Paridade distribuída e espelhada, maior redundância;
  • Similar ao RAID 5, mas permite recuperar os dados se até 2 discos falharem.

26

Tipos de RAID (alguns)

27

Tipos de RAID

28

Tipos de RAID

29

Eficiência de Espaço

Tolerância a Falhas

Veloc. de Leitura

Veloc. de Escrita 1 não-tem N · v N · v

1/N N discos N · v 1 · v

1 – 1/N * log 2 (N-1)

ver Código de Hamming variável^ variável

1 – 1/N 1 disco

(N – 1) · v (N – 1) · v *

(N – 1) · v (N – 1) · v *

(N – 1) · v (N – 1) · v *

1 – 2/N 2 discos (N – 2) · v * (N – 2) · v *

RAID: Formas de Implementação

  • RAID via Hardware + Permite journaling , escrita em transação - No caso da falta de energia durante o processo de escrita dos dados, a própria controladora apaga quaisquer dados sobre as escritas incompletas. + Permite hot swapping (troca quente) - Qualquer disco do RAID pode ser substituído com o sistema funcionando. - Caro $$$; - É inflexível.
  • RAID via Software - NÃO permite journaling - NÃO permite hot swapping + Barato $$$; + Flexível, software pode ser facilmente atualizado. 30

RAID via Software

  • RAID é suportado por muitos SOs, principalmente, os da família Linux;
  • RAID pode ser implementado como:
    • Um dispositivo virtual, p.ex. Linux's md
      • Uma camada de software abstrai a existência de vários discos físicos;
    • Um volume lógico, p.ex. LVM
      • Várias partições, que podem estar em discos diferentes, são abstraídas, apresentadas como se fosse uma única partição;
      • Vinum: é um gerenciador de volumes lógicos, suporta RAIDs 0 1 e 5. Vinum faz parte do FreeBSD;
      • Linux LVM: suporta RAID 0 e 1;
      • Solaris SVM: suporta RAID 0 1 e 5;
      • HP's OpenVMS (volume shadowing): suporta RAID 1.
    • O componente de um Sistema de Arquivos, p.ex ZFS ou Btrfs
      • O próprio sistema de arquivos armazena os dados de forma distribuída.

RAID via Software

  • RAID é suportado por muitos SOs, principalmente, os da família Linux;
  • RAID pode ser implementado como:
    • Um dispositivo virtual, p.ex. Linux's md
    • Um volume lógico, p.ex. LVM
    • O componente de um Sistema de Arquivos, p.ex ZFS ou Btrfs
      • O próprio sistema de arquivos armazena os dados de forma distribuída.
      • ZFS é um sistema de arquivos nativo do Solaris, e tb está presente no FreeBSD;
      • ZFS suporta versões de RAID equivalentes a RAID 0 1 5 (Raid-Z) 6 (Raid- Z2) e até mesmo paridade tripla Z3, e uma versão similar ao RAID 0+1;
      • Btrfs suporta os RAIDs 0 1 e 10, os RAIDs 5 e 6 ainda estão em fase de desenvolvimento.

Comparação entre os RAIDs

33

Comparação entre os RAIDs

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Comparação entre os RAIDs

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  • Confiabilidade
  • RAID-5 vs RAID-6,
  • probabilidade da perda de dados,
  • quanto menor a barra melhor.

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  • Confiabilidade
  • RAID-5 vs RAID-6 vs RAId-7.3,
  • probabilidade da perda de dados ao longo dos anos
  • quanto mais baixa a linha melhor.

Comparação entre os RAIDs

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Analisando HDs Individualmente : Tempo para povoar um HD ao longo dos anos

Discos Ópticos

  • Tecnologias mais conhecidas:
    • CD - Compact Disk
    • DVD - Digital Versatile Disk
    • Blue-Ray
  • Para maior capacidade, nos discos ópticos, os dados são organizados de forma diferentes dos HDs.
  • Discos Ópticos possuem apenas 1 trilha, em espiral.
  • Os sulcos são lidos pelo laser em um velocidade constante (diferente dos HDs), para isso, os Discos Ópticos variam sua velocidade de rotação.
  • No CD Regravável, para permitir as regravações, ele é construído com um material que proporciona mudança de estado. - Um estado reflete o feixe de laser: 0, e no outro estado não: 1