体系结构26_输入输出系统（3）

盘阵列（RAID）

 盘阵列容量大、速度快、可靠性高、造价低廉。它是目前解决计算机I/O瓶颈的有效方法之一，有着广阔的发展前景。

盘阵列有多种组织方式：

RAID 0

     亦称数据分块（Striping），即把数据分布在多个盘上，实际上是非冗余阵列，无冗余信息。严格地说，它不属于RAID系列。

RAID 1

亦称镜像盘，使用双备份磁盘

RAID　２

位交叉式海明编码阵列

优点：

   告诉误差校正

   数据传输速率高

缺点：

    校正空间较大，盘阵列利用率较低

RAID 3

  位交叉奇偶校验盘阵列，是单盘容错并行传输的阵列。即数据以位或字节交叉的方式存于各盘，冗余的奇偶校验信息存储在一台专用盘上。

   

在RAID3中，将磁盘分组，读写要访问组中所有盘。当一个磁盘出故障时，可以通过奇偶校验磁盘中的校验和来恢复出错数据。

优点：冗余代价低，传输速率高

应用领域：多媒体应用

RAID 4

块交叉奇偶校验盘阵列。即数据以块（块大小可变）交叉的方式存于各盘，冗余的奇偶校验信息存在一台专用盘上。

优点：读写速度快；冗余代价低

缺点：阵列控制器复杂

RAID 5

 块交叉分布式奇偶校验盘阵列，即数据以块交叉的方式存于各盘，但无专用的校验盘，而是把冗余的奇偶校验信息均匀地分布在所有磁盘上。

优点：冗余代价较小

           读数据速率高

           写数据相对较快

缺点：控制器设计复杂

RAID 6

  双维奇偶校验独立存取盘阵列。即数据以块（块大小可变）交叉的方式存于各盘，冗余的检、纠错信息均匀地分布在所有磁盘上。并且，每次写入数据都要访问一个数据盘和两个校验盘，可容忍双盘出错。。

在实际应用中，趋势不是用单种盘阵列，而是把多种盘阵列技术一起用

总线

I/O设备与CPU/存储器的连接

总线的特点

优点：  低成本、多样性

缺点：可能造成设备信息交换的瓶颈，从而限制了系统中总的I/O吞吐量

总线的分类

按设备定时方式分类：

   同步总线：同步总线上所有设备通过统一的总线系统时钟进行同步

   异步总线：设备之间没有统一的系统时钟，设备自己内部定时。设备之间的信息传送用总线发送器和接收器控制。但在传输时，异步总线需要额外的同步开销

总线的标准

只要计算机和I/O设备的设计都满足相应的标准，那么I/O设备和计算机可以任意连接。

I/O总线标准就是定义设备连接的文件

常用的I/O总线

   1.概况

    常用的I/O总线标准

      ISA

      EISA

      PCI：扩展主机设备

      USB（含USB2.0）：连接各种外部设备到主机

      IEEE1394、.....

      RS-485/RS-232

      CAN

      I2C

I/O设备编址方式

  存储器映射I/O

  独立编址

I/O设备控制方式

   程序查询

   中断

   DMA

   I/O处理机等

I/O与操作系统

例如用写回法，数据是写到Cache里面的，I/O系统从主存中拿的数据和Cache的版本是不一样的

数据不一致问题有两个方面：

    存储器中可能不是CPU产生的最新数据，所以I/O系统从存储器中取出来使用的是陈旧数据

    I/O与存储器交换数据之后，在Cache中被CPU使用的可能就是陈旧数据。

写直达Cache可以保证存储器和Cache有相同的数据

写回Cache则需操作系统帮助进行数据检查

根据I/O使用的存储器地址来清楚Cache相应的块，确保I/O使用的数据不在Cache中

地址检查过程也可以使用硬件完成。

DMA与虚拟存储器

DMA是使用虚拟地址还是物理地址来传输数据？

使用物理地址进行DMA，存在以下两个问题：

    对于超过一页的数据，由于缓冲区使用的页面在物理存储器中不一定是连续的，传输会发生问题

    DMA正在存储器和帧缓冲器之间传输数据时，操作系统从存储器中移出一些页面（或重新分配），DMA将会在存储器中错误的页面上传输数据