RAID 7
RAID 6
RAID 5
RAID 4
RAID 2
RAID 1
Цей рівень є звичайним відзеркалюванням (рис.18.4). На два жорсткі диски пишуться дві однакові копії даних. При цьому можна використовувати дешевий RAID контролер або навіть його програмну реалізацію.
RAID 1 дозволяє надійно захистити дані та забезпечити роботу системи навіть при поломці одного з дисків. От чому він одержав широке поширення серед користувачів, що бажають захистити від втрати особисті дані. Виграшу у швидкості при використанні RAID 1 немає.
Другий рівень RAID помер, так і не народившись. Рівень використовує одночасно дві технології - побітове чергування та код Хемінга для відновлення помилок. Теоретично це повинен бути непоганий за надійністю та робочій ємності масив. Частина дисків використовується для зберігання даних із чередуванням, інші - для зберігання вирахуваних контрольних сум. Реалізація таких систем вимагала спеціальних дорогих контролерів, які так і не прижилися на ринку. У підсумку RAID 2 зараз не використовується. Але ідея гарна.
RAID 3
Третій рівень використовує чередування та виділений диск для контролю парності. Блоки даних звичайно мають довжину менше 1024 байт. Інформація розподіляється на кілька дисків, а вирахуване значення парності зберігається на окремий диск.
Всі швидкісні переваги чередування зводяться нанівець необхідністю записувати контрольну суму на виділений диск, а більше всіх страждає швидкість випадкового запису. До переваг віднесемо можливість роботи масиву при відмові одного з дисків.
Відрізняється від RAID 3 тільки розміром блоку даних при чередуванні. Це трохи поліпшує роботу масиву при випадковому читанні, але запис однаково досить повільний. Диск із контрольними сумами є «вузьким місцем» у системі. Рівень що є компромісним варіантом між RAID 3 та RAID 5, не знайшов свого місця на ринку та рідко використовується. Це тримає ціни на відповідні контролери на високому рівні.
Найпоширеніший у системах зберігання даних – п'ятий рівень. Він характеризується застосуванням чередування та парності. На відміну від RAID 3, контрольні суми не зберігаються на одному диску, а розкидаються по всім, що дозволяє значно підняти швидкість запису. Головний принцип розподілу екстраблоків: вони не повинні розташовуватися на тому диску, з якого була зашифрована інформація. Надійність та швидкість роботи такої системи виявляються дуже навіть високими. При відновленні інформації всю роботу на себе бере RAID контролер, так що операція проходить досить швидко.
Для деяких особливо критичних програм потрібна підвищена надійність. Наприклад, щоб при виході з ладу навіть двох дисків масив зберіг дані та навіть залишився працездатним. Використовуються технології чередування та парності. Але контрольна сума обчислюється два рази та копіюється на два різних диски. У підсумку дані виявляться загубленими тільки у випадку виходу з ладу відразу трьох жорстких дисків.
У порівнянні з RAID 5 це більше дороге та повільне рішення, що може показати себе хіба що при випадковому читанні. На практиці RAID 6 майже не використовується, тому що вихід з ладу одразу двох дисків - занадто рідкий випадок, а підвищити надійність можна іншими способами.
На відміну від інших рівнів, RAID 7 не є відкритим стандартом, настільки звучну та вигідну назву вибрала для своєї модифікації RAID 3 компанія Storage Computer Corporation. Поліпшення полягають у використанні асинхронного чередування, застосуванні кеш-пам'яті та спеціального високопродуктивного мікропроцесора.
Забезпечуючи такий же, як в RAID 3, рівень надійності, RAID 7 значно виграє у швидкості. Недолік у нього один, але дуже серйозний - величезна ціна, обумовлена монополією на виготовлення контролерів.
18.3. Складні RAID-Масиви
В основних рівнів RAID є свої переваги та недоліки. І цілком зрозуміло, чому інженери стали мріяти про такий RAID, який би поєднував переваги декількох рівнів. Складний RAID масив - це найчастіше сполучення швидкого RAID 0 з надійним RAID 1, 3 або 5. Підсумковий масив дійсно має поліпшені характеристики, але платити за це доводиться підвищенням вартості та складністю рішення.
Складні RAID будуються так: спочатку диски розділяються на набори (set). Потім на основі кожного з наборів будуються прості масиви. А завершується все об'єднанням цих масивів в один великий масив. Запис типу X+Y означає, що спочатку диски об'єднані в RAID рівня X, а потім кілька RAID X масивів об'єднані в RAID рівня Y.
RAID 0+1 (01) та RAID 1+0 (10)
RAID 0+1 часто називають «дзеркалом страйпів» (рис 18.7), а RAID 1+0 - «страйпом дзеркал». В обох випадках використовуються дві технології - чередування та відзеркалювання, але результати різні. RAID 0+1 має високу швидкість роботи та підвищену надійність, підтримується навіть дешевими RAID контролерами і є недорогим рішенням. Але за надійністю трохи краще RAID 1+0. Так, масив з 10 дисків (5 по 2) може залишитися працездатним при відмові до 5 жорстких дисків!
Рис. 18.7. Дзеркало страйпів
RAID 0+3 (03) та RAID 3+0 (30)
Ідея сполучення чередування та RAID 3 дає виграш у швидкодії, але він досить малий. Проте система помітно ускладнюється. Найбільш простий рівень 3+0. Із двох масивів RAID 3 будується страйп, і мінімальна кількість необхідних дисків - 6. Отриманий RAID 3+0 за надійністю краще, ніж 0+3.
Переваги цих комбінацій у досить високому відсотку використання ємності дисків та високій швидкості читання даних. Недоліки - висока ціна, складність системи.
RAID 0+5 (05) та RAID 5+0 (50)
Що буде, якщо об'єднати чередування з розподіленою парністю зі звичайним чередуванням? Вийде швидка та надійна система.
RAID 0+5 являє собою набір страйпів, на основі яких побудований RAID 5. Така комбінація використовується рідко, тому що практично не дає виграшу ні в чому.
Широке поширення одержав складний RAID масив 5+0. Найчастіше це два масиви RAID 5, об'єднані у страйп. Така конфігурація дозволяє одержати високу продуктивність при роботі з файлами малого розміру. Типовий приклад - використання в якості WEB-сервера.
Рис. 18.8. Структура RAID 5+0
RAID 1+5 (15) та RAID 5+1 (51)
Цей рівень побудований на сполученні відзеркалювання або дуплекса та чередування з розподіленою парністю. Основна мета RAID 15 та 51 - значне підвищення надійності. Масив 1+5 продовжує працювати при відмові трьох накопичувачів, а 5+1 - навіть при втраті п'яти з восьми жорстких дисків! Платити доводиться великою кількістю невикористовуваної ємності дисків та загальним подорожчанням системи.
Найчастіше для побудови RAID 5+1 використовують два контролери RAID 5, які відзеркалюють на програмному рівні, що дозволяє зменшити витрати.
RAID 0 + Backup
У деяких випадках для зниження вартості можна використовувати просте копіювання RAID-масиву на окремий диск.
Звичайно, для домашнього використання такі складні системи не призначені. Але хто знає, що буде через кілька років? У цій лекції розглянуті сучасні технології зберігання даних. Це допоможе не тільки розширити свої знання, але й захистити важливі дані будь-де.
Контрольні питання
1. Призначення RAID систем.
2. Основні принципи побудови RAID систем.
3. Проведіть порівняння основних рівнів RAID масивів.
4. Яким образом будуються складні RAID масиви?
Частина 4. Комп'ютерні системи
Лекція 19. Еволюція комп'ютерних архітектур 2-4 поколінь
19.1. ПЕОМ на базі i286
Система з’явилась у 1984р. та мала наступні особливості:
· контролер клавіатури 8042 - новий стандарт AT;
· застосований набір системної логіки – Chipset;
· батарейна пам'ять CMOS;
· годинники реального часу з календарем до кінця 1999р.;
· 16-розрядні шини даних;
· використаний центральний процесор 80286 та співпроцесор 80287:
- технічний процес - 1500нм, 134 тис. транзисторів n-МОН;
- 16-розрядні ядро та інтерфейс;
- 24-розрядна адресація пам'яті (16МБ);
- тактова частота від 6МГц до 20МГц;
- 6-байтна черга команд;
- захищений режим;
- приблизно в 10 разів швидше PC/XT.
Функціональна схема представлена на рис.19.1.
Рис. 19.1. Структура системи i286
Саме із систем на базі i80286 почалося масове програмування та використання ПЭВМ стандарту PC.
19.2. ПЕОМ на базі i386
Перша 32-розрядна система з'явилася в 1985р.
Функціональна схема представлена на рис.19.2. Ключові особливості системи на базі 80386:
· частота системної шини підвищена до 33-40МГц із пропускною здатністю до 60МБ/с;
· на системній платі розміщена кеш-пам'ять до 256кБ із контролером;
· ОЗП у вигляді SIP-Модулів із часом доступу 60-100нс та з 2-3 тактами очікування працює на системній шині;
· використаний 32-розрядний процесор 80386 та співпроцесор 80387:
- технічний процес - 1500нм, 275 тис. транзисторів, працює на частоті системної шини SB 16-40МГц;
- забезпечує адресацію до 4ГБ фізичної та до 64ТБ віртуальної пам'яті;
- поліпшений захищений режим;
- віртуальний режим;
- приблизно в 30 разів швидше PC/XT.
Рис. 19.2. Структура системи i386
19.3. ПЕОМ на базі процесора i486
Система представлена в 1989р. Функціональна схема системи представлена на рис.19.3.
Головні особливості системи на базі процесора 80486:
· запропонована шина EISA для серверів;
· запропонована альтернатива EISA: шина MCA в якості розширення ISA;
· відео-шина VESA 40МГц (1992р.);
· нові модулі пам'яті FPM DRAM;
· використане нове покоління процесорів 80486:
- технічний процес 1000-600нм, 1.2-1.6 млн. транзисторів, частота ядра до 150МГц;
- уведений коефіцієнт множення х2 та х3 ядра;
- уведена в ядро кеш-пам'ять першого рівня L1 8кБ Гарвардської архітектури (кеш L2 розміщався на системній платі);
- застосований 5-стадійний конвеєр (рис.19.4);
- співпроцесор розміщений на кристалі;
- уведені пакетні цикли (burst) шини даних, що дозволяють передавати чергове слово в кожному такті шини (а не через такт);
- уведені додаткові буфери та регістри;
- збільшена черга команд до 16 байт;
- уведений розширений набір команд для мультимедійних додатків;
- приблизно в 100 разів швидше CPU 8088.
Рис. 19.3. Структура системи i486
Рис. 19.4. Робота конвеєра і486
Контрольні питання
1. Яка структура комп'ютерної системи на базі i286?
2. Чому процесор i386 називають революційним?
3. Яка структура ПЕОМ на базі i386?
4. Як функціонує конвеєр в CPU i486?
5. Назвіть особливості системи на основі CPU i486.
Лекція 20. Центральний процесор Pentium
20.1. Процесори Pentium першого покоління
Перший CPU 80586 Pentium був анонсований корпорацією Intel в 1993р.
· Техпроцес 800-350нм, частота - до 150МГц, напруга живлення ядра - 2,9В, інтерфейса - 3,3В, 3 млн. транзисторів КМОН, роз’єм - Socket 5. Швидше PC/XT приблизно в 300 разів.
· Використовуються два конвеєри по 5 ступенів - суперскалярна архітектура (рис.20.1).
· Уведена система пророкування переходів. Для цього є спеціальний буфер адреси переходу (Branch Target Buffer, ВТВ), що зберігає дані про останні 256 переходів.
· В CPU Pentium інтегрована інклюзивна кеш-пам'ять із політикою зворотного запису обсягом 16кБ: 8кБ для команд та 8кБ для даних.
· Процесор Pentium обладнаний співпроцесором, що дає трикратний виграш у порівнянні з FPU 486.
· Адресна шина Pentium 32-розрядна, а шина даних інтерфейсу - 64- розрядна.
· Запропонована шина PCI.
Функціональна схема системи на базі Pentium наведена на рис.20.2.
Рис. 20.1. Робота конвеєра Pentium
Рис. 20.2. Архітектура Pentium - PCI
