Wouter van Ooijen Mail: wouter.vanooijen@hvu.nl Sheets en info: voti.nl/hvu/D4ECPT1

1. Wouter van Ooijen Mail: wouter.vanooijen@hvu.nl Sheets en info: www.voti.nl/hvu/D4ECPT1 Onderwerp: Computersystemen (deel 2) Literatuur: Computersystemen en embedded systemen Leo van Moergestel let op: deze sheets zijn (deels) behandeld maar zijn geen onderdeel van de te tentamineren stof (komt alsnog in deel 2). Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

2. (data) opslag • soorten geheugens • caching • harde schijven • RAID Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

3. soorten geheugens Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

4. geheugen pyramide registers on-chip cache externe cache hoofdgeheugen (DRAM) harde schijf CD rom, tape, internet Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

5. Caching processors worden steeds sneller geheugen wordt ook wel wat sneller • het geheugen wordt de beperking Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

6. Caching de oplosing: caching! neem een klein stukje sneller geheugen, zorg dat dit transparant het langzamere geheugen vervangt Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

7. een separate RAM cache Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

8. associatieve adressering Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

9. 1 associatieve geheugen cel Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

10. een cache met adressen en data Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

11. fully associative cache: iedere geheugencel heeft comparators voor het volledige adres • veel hardware • veel stroom • dus lage integratie Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

12. veel minder hardware: een direct mapped cache heeft maar 1 comparator! Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

13. het compromis: een set-associative cache Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

14. zoals altijd: een compromis tussen performance en prijs... in de praktijk is een cache meestal 2 .. 16-way set-associatief Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

15. Caching maar wat bewaar je in een cache? dat wat je snel weer nodig hebt, je wil dus eigenlijk voorspellen... caching berust op localiteit of eigenlijk: wat gooi je weg? LRU, LFU, FIFO, MRU (!), random (!), ... Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

16. Caching wat lees je in bij een misser? • RAM geheugen is meestal sneller in sequential access • access is vaak sequentieel, dus ... sommige processor/cache combinaties hebben een speciale pre-fetch instructie! Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

17. Caching • separate data / instruction caches • combined (unified) cache Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

18. Caching wat te doen bij schrijven? write-trough write-back let op bij multiprocessor systemen! Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

19. Caching een probleem bij real-time systemen: • onvoorspelbaarheid • benchmarking is lastig Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

20. gnihcaC? omgedraaide cache: virtueel geheugen! maak (schijnbaar) meer geheugen door (transparant) een lager deel van de hierargie te gebruiken ‘t is maar hoe je het ziet... Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

21. oefening neem aan dat de cache initieel leeg is Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

22. Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

23. Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

24. Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

25. Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

26. indeling van een harde schijf Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

27. een verzameling tracks vormt een cylinder Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

28. data ophalen (of wegschrijven) op een harde schijf: 1 selecteer de juiste kop (niet altijd) 2 beweeg de kop(pen) naar de juiste track (ttt) 3 wacht tot de juiste sector langskomt (latency) 4 lees (of schrijf) de data (transfer) 2 is meestal de langzaamste stap (tenminste: bij random access!)  elevator algorithm Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

29. adresseren van gegevens op een harde schijf: vroeger door expliciet head, track (cylinder) en sector te specificeren tegenvoordig vaak nog met zo’n drietal, maar er is meestal geen relatie meer met de fysieke schijf (address translation) Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

30. als de processor langzaam is: interlaving Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

31. IDE ‘domme’ schijven (goedkoop) korte kabel, max 2 schijven, 1 operatie tegelijk Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

32. SCSI ‘intelligente’ schijven (duurder) kabel kan langer zijn, meerdere schijven, meerdere operaties tegelijk (zinning?) Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

33. Trend: van parallel naar serieel Bij ‘lagere’ snelheden: meer draadjes  meer bits (per tijdseenheid)  meer throughput! (IDE, SCSI, HP-GPIB, CPU-RAM interface) Bij ‘hogere’ snelheden: meer draadjes  looptijdverschillen  probleem! (USB, FireWire, serial-ATAPI, Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

34. harde schijf organisatie • ruimteverlies bij kleine files • fragmentatie • FAT • page file Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

35. File opslag in een netwerk (1) DAS: Direct Attached Storage Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

36. File opslag in een netwerk (2) NAS: Network Attached Storage Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

37. File opslag in een netwerk (3) SAN: Storage Area Network Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

38. RAID Redundant Array of Independent (or Inexpensive) Disks waarom? schijven zijn tegenwoordig goedkoop (micro) controllers zijn (veel) sneller dan schijven betrouwbaarheid en snelheid zijn belangrijk Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

39. RAID 0 = striping : informatie verdelen,meerdere schijven “zien” als 1 grotere, + geen overhead, + snellere random access, - geen winst in betrouwbaarheid Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

40. RAID 1 = shadowing / mirroring: 2 copien van alle informatie + simpel, + leest snel, - verspilling van ruimte Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

41. RAID 3 = striping + parity + lage overhead, + hoge lees- snelheid, + 1 fout bestendig, - write bottleneck Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

42. RAID 5 = store distributed parity code, + lage overhead, + hoge lees snelheid, + 1 fout bestendig, multiple writes! Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

43. doen 1 lees hoofdstukken 11 en 12 (12: alleen caching, dus t/m 12.1.3) Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

44. doen 2 zoek uit: wat is (bv op jouw computer) • de prijs • omvang • prijs per byte • aandeel in de totale prijs van • hoofdgeheugen • harde schijf opslag  Verslagje maken Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology