Appendix

Buses and Other Connections between Processors Memory, and I/O devices

• 总线(Bus)：分北桥和南桥,"shared communication link"

• 是一组线而非一根

  • 包含两种线：Control lines & Data lines （同CPU）

  • 按速度不同分为三类

  • Processor memory：最快，用于CPU与RAM链接

  • back plane：中等，用于子系统链接

  • I/O：最慢，链接到外部设备

  • 按时钟分为：synchronous bus & asynchronous bus

  • 同步：速度快，但是要求时钟一致且距离够短（例如芯片内部）

  • 异步：握手
  • 南桥慢，北桥快
  • Bus Arbitration
  • daisy chain
  • centralized
  • self selection
  • collision detection
  • 总线最大带宽计算
  • 如何提高带宽？
  • Increasing data bus width
  • Use separate address and data lines
  • transfer multiple words
  • I/O -> Memory,Processor,Operating System
  • commands to I/O
  • memory-mapped I/O(我们使用的)

  • 给IO分配不同的内存接口

  • special I/O instructions

  • command port, data port

• 与处理器的交流

  • Polling：周期性检查status bit

  • 缺点：浪费CPU的时间

  • Interrupt：I/O设备在需要时会引起处理器的中断

  • 优势：同步操作（IO干活的时候CPU可以干别的）

  • e.g. CPU让打印机启动->CPU继续干活，打印机龟速启动->启动完成，CPU中断，处理打印相关->指令下达完成后CPU继续干活，打印机龟速打印

  • DMA(direct memory access)：设备与内存直接进行数据交流，不经过处理器（数据交流完了之后才跟CPU指令交流）

复习笔记

• Rotational latency

• Average rotational latency = \(\frac{\text{0.5 rotation}}{\text{xxxRPM}}\) 注意下面单位是 per minute要换算成题目所需

• Access time = seek time + rotational latency+transfer time + controller time

• transfer time = 数据量/传输速度

• 硬盘可靠性Dependability

• Availability = \(\frac{MTTF}{MTTF+MTTR}\)

• MTTF平均无故障时间

  • 增加：避免、预知fault，增加容错（redundancy）
• MTTR平均修复时间

• MTBF=MTTF+MTTR平均故障间隔时间

• 磁盘阵列

• N个磁盘的Reliability是单个磁盘的1/N倍

• Redundant Arrays of Inexpensive disks
  • 条带化存储striped
  • 利用冗余确保数据可靠性（但是在内存、带宽上有所牺牲）

• 其中RAID 2跳过，RAID4：一块校验四块数据，修改/读入均可选择large->整条都读/写，small->修改&校验读/写（校验块负载很高），优化为校验块平均分布得到RAID5
• RAID6：两个不同算法得到的校验块，允许两个错误