第12回講義資料 2009/12/11

光ディスクの技術

光磁気ディスク
  • リムーバブルメディア
  • 書き込み:レーザー光を用いて加熱、垂直磁気記録
  • 読み出し:磁気カー効果(磁性方向による偏光面が回転する現象)
  • ハードディスクと比較してヘッドの構造が大型化、高速シークに向かない
  • 3.5inchi
    • 128MB・230MB・540MB・640MB・1.3GB・2.3GB
  • 5.25inch (サーバ用途、〜9.1GB)
  • 音楽用MD

光ディスク
  • レーザー光を用いて、ディスクのピットを読み出す方式
  • 読み出し:レーザー光の反射
  • 書き込み:有機色素(1回のみの書き込み)、相変化記録(複数回の読み書き)
  • CD, DVD, Blu-lay
CD - Compact Disk
  • オーディオ記録用から転用
  • 内側からの螺旋記録
  • 540MB, 650MB, 700MB
  • CD-ROM:書き込み不可
  • CD-R:有機色素をレーザー光で変化させる。1回のみ書き込み可
  • CD-RW:結晶状態とアモルファス状態を変化させて記録。複数回お書き換え可
DVD - Digital Versatile Disk
  • デジタルビデオ記録用から多目的光ディスクへ
  • 片面1層 4.7GB, 片面2層 8.5GB, 両面1層 9.4GB, 両面2層 17GB
  • DVD-ROM, DVD-RAM
  • DVD-R, DVD-RW
    • ビデオ記録用に日本のパイオニアが規格化
  • DVD+R, DVD+RW
    • 別団体DVDアライアンスによる規格
BD - Blu-lay Disc
  • ソニーによる規格
  • 現在両面で50GB
インターフェース
  • ATA
  • S-ATA
  • IEEE1994
  • USB

I/O、バスの技術

CPUからみたI/O
  • 主記憶アクセスと同様にI/Oを扱う
    • 入力:特定のアドレスの情報の読み込み
    • 出力:特定のアドレスへの情報の書き込み
  • I/Oアドレス
    • 入出力を主記憶と同様にアドレス上にマップする
    • 専用のI/OアドレスにI/Oをマップする
タイミングの取り方
  • ポーリングよる方法
    • 定期的にI/Oポートを読み込むことにより状態の変化をみる
    • 常にループしながらポートを読み出し続ける必要がある
  • 割り込みによる方法
    • I/O機器からCPUに割り込みをかける
    • 割り込み処理ルーチンでI/Oの処理を行う
    • 割り込みが入った時に処理をすればいいので効率がいい
    • プログラミングは若干複雑になる
データ転送の手段
  • CPUによるデータ転送
    • CPUがI/Oポートを読み込みメモリに転送する
    • CPUがメモリを読み込みI/Oポートに転送する
    • データ量が多い場合は、CPU時間を消費する
    • 高速なデータ通信に限界がある
  • I/Oから主記憶への直接データ転送(DMA:Direct Memory Access)
    • CPUを使わずI/Oコントローラが直接メモリとやりとりする
    • 転送の完了を割り込みでCPUに転送する
    • バスの空タイミングを利用してデータ転送を行う
    • CPUとI/Oがメモリバスの取り合いをしなくてはいけない(調停が必要)
    • メモリコントローラが調停を行う
割り込み処理
  • 割り込み処理
    • プログラムの実行を中断し、割り込み処理ルーチンへジャンプ
    • 重要なレジスタの内容に保存、割り込み処理が終了後内容を復帰
    • 退避するレジスタ
      • プログラムカウンタ
      • 状態レジスタ
  • 割り込み処理の内容
    • 必要最低限の処理
    • タイミングが重要な処理を優先して行い、残りはメインルーチンの中で行う
  • 割り込みのレベル
    • 割り込みの優先度
    • 処理の緊急性により割り込みにレベルがある
    • 高レベルの割り込み処理中に低レベルの割り込みは受け付けられない
チャネル
  • 汎用大型機時代のI/O専用プロセッサ
  • I/O処理を専用に行い、主記憶を共有する(DMAと同じ)
バス
  • データをやりとりするための共通線
    • アドレスバス
    • データバス
    • コントロールバス
  • クラシックなI/O構成
    • バスをすべての部品が乗る
    • バスを介して情報のやりとりを行う
    • シンプルでるが、バスの競合が起こるようになると効率を落とす
    • 速度の調停も問題
クラシックなバス
  • CPUの信号線の延長
  • 制御は1つのCPUがコントロールする
  • DMAなどは効率的に行えない
  • I/Oの速度差で効率が落ちる

低速な通信、高速な通信
  • 高速通信
    • 主記憶
    • グラフィックスプロセッサ
  • 中速通信
    • ハードディスク
    • LAN
    • ビデオカメラ
  • 低速通信
    • プリンタ
    • キーボード
    • マウス
    • オーディオ
    • スキャナ
バスの階層化の必要性
  • 速度の違いによりバスを階層化
  • タイミングの違いを吸収
  • バス構造からハブ構造へ
内部バスと外部バス(外部スロット)
  • 内部の機器を接続のための高速バス(あるいはハブ構造接続)
    • 高速ハブ(ノースブリッジ
    • 低速ハブ
  • 拡張のための外部バス(拡張スロット)
拡張スロットの規格
  • ISA bus
    • Industry Standard Architecture
    • IBM PC/AT の拡張バスを元にするデファクトスタンダード
    • IBM PC/XT の拡張バス XT-bus (8bit)がベース
    • PC互換機の標準バスとして広く用いられた
    • 16bit 8MHz
    • PC/AT の内部バスを外部に出したもの

  • Compaq Portable 386 : Flex bus architecture
    • 内部バスと外部バスの分離
    • その後のi386, i486の標準
  • ISAバスの限界
    • ビデオカードの能力に限界
    • 内部32bitバスを外部に出したローカルバスの登場
    • 標準規格の必要性
  • Intel PCIバス: Peripheral Component Interconnect
    • PCの拡張バスの標準
    • 32bit 33MHz, 64bit 33MHz
    • グラフィックスの独立 AGP化
  • PCI-Xバス
    • 倍速化
    • 32bit 66MHz, 64bit 66MHz
  • PCI-Express
    • シリルバス
    • 1レーン 250MB/sec
    • x1, x4, x8, x16 のように束ねて利用する
    • x16はグラフィックス用にに用いられる
PC/ATのバス

80386を用いたバスの構造

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Hideto Sazuka,
2009/12/10 17:44
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