Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лекция 11.
Построение сервера.
В предыдущих лекциях было затрачено немало времени на рассмотрение
различных методов, которые можно использовать для соединения друг с
другом сетевых компьютеров. Кроме того, были рассмотрены различные средства,
необходимые для создания сети кабели, протоколы, сетевое оборудование
и т. п. Теперь поговорим о роли компьютеров в сети. Какая конфигурация
компьютеров оптимальна для их работы в сети? И какие еще устройства,
помимо компьютеров, должны входить в состав сети? В этой и последующих
лекциях речь пойдет о различных типах клиентных
и серверных машин, а также о периферийных устройствах, которые следует
использовать в сети.
Что такое сервер
Сервером называют любой сетевой компьютер, обслуживающий другие
сетевые компьютеры. Обслуживание может заключаться в решении одной
или двух задач, таких как хранение файлов, печать или совместное ис-
пользование приложений. Однако для описания сервера большее значение
имеет не тип предоставляемых услуг, а расстановка акцентов в той роли,
которую он играет.
Примечание
Для решения возлагаемых на сервер задач необязательно
даже выделять отдельный компьютер. В одноранговых сетях такие компьютеры
должны играть роль и клиентной машины, и сервера.
Тип сервера зависит от выполняемых им функций в сети Однако основ-
ные компоненты всех серверов одинаковы — диски, память, CD-ROM и т.д.
По определению, сервер должен работать не только на себя, но также
и на остальные сетевые компьютеры По этой причине в серверах необхо-
димо использовать самые быстродействующие и высококачественные ком-
поненты. То, что приемлемо для работы отдельного клиента, может рабо-
тать с совершенно неудовлетворительной скоростью при обслуживании
запросов от 60 пользователей Остановимся подробнее на понятиях ско-
рость и мощность.
Выбор компонентов сервера
Если вы интересуетесь развитием оборудования, вам должно быть из-
вестно, что новое оборудование намного более совершенно, чем прежнее
и устаревает очень быстро. Поэтому не стоит сегодня приобретать новейшие
и самые быстродействующие компоненты, поскольку через шесть месяцев
они устареют. Если вы захотите приобрести самые быстрые микросхемы/
диски/память/CD-ROM, то вы не купите ничего. Хорошим стимулом
дожидаться выпуска более скоростных компонентов является то, что после
него цены на предыдущие образцы немедленно падают.
Вместо ожидания появления "Наилучшего Сервера", приглядитесь к
уже опробованным компонентам компьютеров, которые пригодны для ваших
сегодняшних нужд, и убедитесь, что впоследствии их можно будет обновить.
Когда придет время (если оно придет) и когда компоненты, закупленные в
1999 г, уже не будут способны обслуживать вашу сеть, вы сможете заменить
их. А сами тем временем не сходите с ума, стараясь устанавливать в вашу
сеть любое, только что выпущенное оборудование. Эта задача неразрешима.
Между прочим, полного руководства по всем компонентам, представ-
ленным на рынке, просто не существует. Например, за время подготовки к
печати этой книги одна только фирма Intel выпустила шесть новых типов
процессоров. (Вообще-то, это преувеличение, но вы поняли суть). Однако,
зная то, что здесь написано, вы будете в состоянии оценить новые изделия,
даже если они поступят в продажу после выхода книги.
Процессоры
Поскольку вы знаете компьютеры достаточно хорошо, по крайней мере,
в той части, что касается сетей, то вам, должно быть, известно, что процессор
представляет собой "мозг" компьютера. Он управляет всей работой компью-
тера, начиная с обработки запросов на считывание данных с жесткого диска
и вплоть до их перемещения из памяти в буфер обмена для выполнения
расчетов, например, электронной таблицы. Если процессор неработоспосо-
бен, то компьютер становится "безмозглым", вроде человека, у которого
вынули мозг. При этом вы можете подавать на компьютер электропитание,
но он все равно ничего не будет делать.
Процессоры CISC и RISC
Одно из фундаментальных различий между процессорами разного типа
находится на самом нижнем уровне: оно заключается в методе обработки
процессором команд. В этом отношении процессоры можно разделить на
два типа: с полным набором команд (CISC) и с ограниченным набором
(RISC). Разница между ними видна уже из названий.
Чем различаются алгоритмы?
В микросхемах CISC множество низкоуровневых команд объединяют в
одну для создания одного программного модуля, встроенного в управляю-
щую логику микросхемы. Напротив, управляющая логика микросхем RISC
функционирует на уровне отдельных команд. Благодаря различиям в кон-
струкции, в микросхемах CISC обычно используется более обширная система
команд (набор команд, встроенных в логическое устройство микросхемы),
чем в RISC. Именно поэтому при решении поставленной задачи в CISC
каждая команда работает сама по себе, а в RISC можно комбинировать и
подгонять различные команды для достижения требуемого результата. В
некотором смысле это похоже на разницу между латинским алфавитом
(позволяющим с помощью 26 букв написать любое слово на данном языке,
хотя каждая буква мало что значит, пока не соединена с остальными бук-
вами) и тысячами китайских иероглифов, каждый из которых представляет
собой отдельное слово.
Что такое система команд
Система команд (instruction set) — это набор инструкций, встроенных в
микросхему. На заре появления компьютеров системы команд жестко
"зашивались" в процессор. Поскольку такие процессоры не тратили время
на интерпретацию команд, они работали чрезвычайно быстро. Но в то же
время замена программы требовала внесения изменений в структуру
процессора (и наоборот). Чтобы несколько повысить гибкость системы,
разработчики компьютеров создали язык программирования, встроенный
в управляющую логику процессора, который позволял выполнять те же дейст-
вия, что и при подаче жестко встроенных команд и назвали его микрокодом.
Но даже если оставить в стороне гибкость, применение микрокода давало
множество преимуществ над жестко встроенными командами. Во-первых,
программы, работающие с микрокодом, могли быть короче применявшихся
ранее команд, поскольку могли вызывать более сложные функции, встро-
енные непосредственно в процессор. Во-вторых, более короткие программы
предъявляли меньшие требования к объему оперативной памяти, что было
весьма кстати из-за ее дороговизны.
Тем не менее, по мере усложнения системы команд стали возникать
проблемы. Не все команды требуют одинакового времени на свое испол-
нение: понятно, что чем сложнее команда, тем больше времени занимает
ее исполнение. Поэтому когда ситуация чрезвычайно усложнилась, неко-
торые производители микросхем попробовали иной подход: размер каждой
команды был сделан таким, чтобы она могла быть выполнена за один
цикл тактового генератора. По существу, это напоминало модульный подход
к вычислениям. Новый образец микросхемы получил название RISC.
Именно тогда микрокод стали называть CISC-кодом. Однако и поныне
CISC-код "жив и здоров". Новый подход отнюдь не отменил полностью
старый.
Насколько изменилась со временем система команд? Очень мало.
У современных процессоров Pentium она во многом сходна с той, что
использована в микросхемах 386 (поэтому оба процессора входят в
"семейство х8б") с дополнительными командами, улучшающими обработку
видеоинформации с помощью средств ММХ. В настоящее время функции
ММХ включены в базовую систему команд Intel.
Говоря проще, там, где микросхема CISC выполняет одну сложную
задачу, RISC выполняет пять очень простых задач, но, в конце концов,
обе микросхемы доведут до конца одно и то же дело. Запутались? Приведем
пример. Если вы используете микросхемы CISC и RISC и хотите, чтобы
каждая накрыла обеденный стол, вы должны отдавать им приказы различным
способом. Микросхеме CISC достаточно приказать: "Накрой стол", — и
этого довольно. Так происходит потому, что в поднабор команд Set Table
(Накрыть стол) входят все компоненты, необходимые для накрытия стола —
так запрограммирована микросхема. Однако эта же команда собьет с толку
микросхему RISC — приказ накрыть стол для нее ничего не значит. Вместо
этого вы должны приказать ей: "Поставь на стол тарелки! Разложи столовое
серебро! Положи на стол салфетки!" и т.д. В конечном счете, оба процессора
выполнят задачу с тем же конечным результатом, однако придут к этому
разным путем.
Почему используют два подхода? Они отражают разные методы разра-
ботки схем. Вплоть до середины восьмидесятых годов, в новых моделях
процессоров использовали только структуру CISC. По мере роста вычис-
лительной мощности микросхем их конструкция быстро усложнялась. Это
было обусловлено тем, что в управляющую логику процессора встраивалось
все большее число команд, так что в микросхему приходилось добавлять
все большее число транзисторов. Конструкторы микросхем RISC пришли
к выводу, что упрощенные команды будут быстрее исполняться и будут не
так сложны, как команды в CISC. Это объясняется тем, что для повышения
"интеллекта" микросхемы RISC достаточно всего нескольких дополни-
тельных команд. Поэтому такие микросхемы должны быть дешевле.
Вечный вопрос - что лучше?
Какой подход лучше? Ответ зависит от конкретных условий. Технология
RISC не всегда подходит для применения в тех случаях, когда набор задач
ограничен. Например, для сетевого оборудования встроенные вычисли-
тельные средства RISC, как правило, не подходят, поскольку большинство
ситуаций, в которых вы можете оказаться, можно предвидеть, а исполь-
зование для их решения множества небольших команд замедляет работу
устройства. Технология CISC предпочтительна при решении большинства
задач, так или иначе относящихся к серверам (например, совместное
использование файлов и принтеров), поскольку требования к процессорам в
данном случае легко предвидеть. С другой стороны, технология RISC
предпочтительна в "непредсказуемых" случаях, например, при обслуживании
баз данных и приложений.
Примечание
Микросхемы RISC используются во многих компонентах сетевого оборудования, в
том числе и терминалах Windows.
Иногда выбор типа процессора зависит от используемой технологии.
Для "перемалывания" чисел годятся оба подхода. Однако программное
обеспечение разрабатывается для преобразования программ в машинные
команды только одного типа, но никогда — двух. Поэтому весьма вероятно,
что вам придется выбирать тип микросхемы, ориентируясь на используемый
тип программного обеспечения, которое иногда может быть представлено
версиями как для RISC-, так и CISC-процессоров. Например, вы можете
приобрести Windows NT, и установить его на сервере с процессором DEC
Alpha (микросхема RISC) либо Intel Pentium Pro (микросхема CISC).
Однако на каждой машине будут установлены операционные системы
разного типа Невозможно просто скопировать уже установленные файлы
с одной машины на другую, даже если в остальном отношении оборудо-
вание серверов идентично.
Примечание
Существует программное обеспечение, эмулирующее работу приложений RISC
на машинах CISC (и наоборот) Однако производительность приложений при этом
заметно снижается.
Вообще, на работу с процессорами RISC рассчитаны операционные
системы UNIX и Macintosh. Операционные системы персональных ком-
пьютеров, в частности, Windows 9x, рассчитаны на работу с микросхемами
CISC. В ранних версиях операционной системы Windows NT, помимо
работы с процессорами х86 (CISC), предусматривалась поддержка процес-
соров RISC. Однако в связи с ограниченным спросом на микросхемы
RISC в операционной системе Windows NT 4 поддержка микросхем
Power PC и MIPS в настоящее время не предусмотрена. Сегодня в этой
системе поддерживается единственная микросхема RISC — процессор
Alpha, разработанный фирмой Digital Equipment Corp (ныне входит в
Compaq) Другими словами, если вы хотите использовать машины
Macintosh, то должны установить в них RISC-процессоры. Если же вам
необходимо использовать одну из версий Windows, желательно установить
в машинах CISC-процессоры.
Определение скорости работы процессора
Как уже упоминалось ранее в этой главе, выбор процессоров (RISC
или CISC) для компьютера не во всем зависит от вас. Я советую выбирать
процессор в зависимости от приложения, вместо того чтобы подбирать
приложение под процессор. В любом случае, вы должны представлять, с
какой скоростью процессор выполняет поступающие команды. Скорость
работы процессора определяет следующее.
• Число рабочих циклов, выполняемых за секунду.
• Количество одновременно обрабатываемых команд.
• Количество команд, одновременно передаваемых в процессор для обработки.
• Размер буфера, в котором сохраняются последние команды для повторного использования.
Примечание
Вплоть до появления процессора Intel 486 на скорость работы также влияло и
наличие математического сопроцессора. Однако в настоящее время математический сопроцессор - стандартная часть процессора. Он позволяет процессору напрямую выполнять сложные математические операции, например, умножение, вместо того чтобы интерпретировать их как многократное сложение. Эти операции можно выполнить и без сопроцессора, но это займет больше времени: между операциями 5х6 и 6+6+6+6+6 есть разница.
Тактовая частота
Основная характеристика, которая дает грубое представление о скорости
работы процессора — тактовая частота. "Грубое", поскольку это число
описывает единственный аспект производительности: число циклов такто-
вого генератора в секунду, но оно ничего не говорит о количестве команд,
выполняемых за один цикл. (Позвольте уточнить: это справедливо, если
только речь не идет о процессорах RISC — в этом случае соотношение
равно 1:1. Однако вы по-прежнему не знаете, сколько команд необходимо
для выполнения одной конкретной операции.) Тем не менее, при прочих
равных условиях, чем выше частота тактового генератора, тем быстрее ра-
ботает микросхема. Когда писалась эта книга, самые быстрые микросхемы
CISC работали с внутренней частотой 400 МГц.
Удвоение частоты
Выше приведен термин "внутренняя частота" по отношению к числу
400 МГц. Следует учесть, что тактовая частота системной шины на мате-
ринской плате не превышает 60—66 МГц. На практике это означает, что
тактовая частота оборудования (включая контроллер для обмена данными
с оперативной памятью) не превышает 66 МГц (в новейших платах -'
100 МГц). В то же время внутренние операции, такие как вычисления и
переходы, выполняются с тактовой частотой 400 МГц. Это различие стало
возможно благодаря применению технологии, называемой удвоением
частоты, появившейся в середине 90-х гг. и применяемой поныне (она
используется "подпольно").
В основе удвоения частоты лежат конструкторские проблемы, затрудняю-
щие разработку системной платы, работающей на частоте, превышающей
66 МГц: системные шины не могут работать на больших частотах. Однако
на внутренней работе процессора это ограничение никак не сказывается —
процессор может работать на частотах, многократно превосходящих пределы
60 или 66 МГц.
Таким образом, процессор 486 на 33 МГц, которым я все еще пользуюсь
(как видите, для решения моих задач такой медленный процессор вполне
подходит), работает с той же частотой, что системная плата. А вот различие
скоростей работы процессора Pentium Pro на 200 МГц и его системной
платы разительно: системная плата работает на частоте 66 МГц, т.е. втрое
медленнее. (Конечно, 66х3 не равно 200, но такое округление нравится
продавцам.)
Является ли проблемой несоразмерность внутренней тактовой частоты
процессора и внешней частоты шины? Не обязательно. Да, оперативная
память не может "разговаривать" с процессором с той же скоростью, с
которой процессор "разговаривает" сам с собой. Но это означает только
то, что при выполнении внутренних расчетов производительность машины
выше, чем при "общении" с периферийными устройствами. Удвоение
частоты — относительно недавно появившаяся возможность, но ее наличие
весьма желательно.
Длина слова
Еще один фактор, определяющий скорость работы процессора — длина
слова, или количество данных, которое процессор может обрабатывать
одновременно. Чем больше длина слова, тем больше данных обрабатывается
одновременно и, следовательно, тем быстрее работает машина. (Люди тоже
используют слова разной длины.) Например, при поездке по запутанному
маршруту без письменных инструкций, вы можете запомнить "в уме" два
поворота и светофор. Затем придется остановиться, и попросить кого-
нибудь указать остальной путь. В данном случае ваша "длина слова"
недостаточно велика, чтобы обработать все множество данных одновременно.
Шина данных
Длина слова определяет, с каким количеством данных процессор может
работать одновременно. Но как быстро эти данные могут поступить в про-
цессор для обработки? Ответ на этот вопрос дает разрядность (size) шины
данных процессора (data path). Образно говоря, шина данных представляет
собой "ворота" в процессор. Чем шире шина данных, тем больше данных
может поступить в процессор за единицу времени. Размер шины данных
не обязательно совпадает с длиной слова. Воспользуемся прежним примером:
в процессоре 386SX используется шина данных шириной 16 бит и слово
данных длиной в 32 бит. Хотя процессор и в состоянии обрабатывать 32
бит данных, одновременно в него могут поступить только 16. Кроме того,
следующие 16 бит поступают в процессор с небольшой задержкой. Поэтому
процессор 386DX с шиной данных шириной в 32 бит работает намного
быстрее, поскольку слово данных может поступать в него целиком.
Кэширование
До сих пор мы обсуждали скорость, с которой процессор может
"думать". Однако сколько данных он может "обдумывать" одновременно, и
как быстро может переходить к "обдумыванию" чего-либо другого? Послед-
няя деталь головоломки заключается в том, сколько недавно обработанных
данных он может помнить. Это определяется объемом кэш-памяти (кэша).
Вероятно, в общих чертах вы знакомы с концепцией кэширования. Во
многих частях компьютера информация, которая, вероятно, вскоре будет
использоваться повторно, хранится в буфере, называемом кэшем. Точно
так же кэш имеется и в процессоре Фактически, в процессорах используются
два кэша В старых процессорах использовался единственный внутренний
кэш, называемый кэшем L1 Современные процессоры имеют как внут-
ренний кэш L1, так и внешний кэш большего объема, который представляет
собой статическое ОЗУ (статическое RAM (SRAM)) Внешний кэш называют
кэшем L2 В обоих хранится информация (как коды, так и данные), только
что использовавшаяся процессором Идея заключается в том, что эта
информация возможно вскоре опять понадобится процессору (рис. 11.1).
Рис. 11.1. Кэши HL2
Примечание
SRAM представляет собой память, в которой запоминается все от момента, когда
данные поступают в память, вплоть до их удаления (либо отключения машины) В
отличие от динамической памяти (DRAM), на которой в основном и построена
системная память, содержимое SRAM не требуется регенерировать каждые 4 мс,
поэтому она работает намного быстрее DRAM Кроме того, она стоит дороже
Поскольку кэш L1 встроен в процессор (и, стало быть, работает с той
же скоростью, что и процессор), он работает быстрее кэша L2. Поэтому
последние использовавшиеся данные сначала сохраняются в L1.
(Быстродействие SRAM достаточно велико, однако меньше внутреннего
быстродействия процессора) В то же время внутренний кэш невелик по
объему (8—64 Кбайт в зависимости от модификации процессора), поэтому,
когда его емкость исчерпывается, дополнительные данные поступают в
кэш L2 Объем L2 намного больше — в некоторых случаях он достигает
1 Мбайт
Примечание
Кэш L2 процессора Pentium Pro только наполовину можно назвать внутренним он
помещен в одном корпусе с процессором, но в дополнительном модуле, а не на
одной подложке с процессором
Большая тактовая частота не обязательно означает больший объем кэша.
Например, процессор Pentium Pro работает с внутренней тактовой частотой
200 МГц, однако имеет только кэш L1 объемом 8 Кбайт. В процессорах
Celeron (266 и 300 МГц) кэш L2 не предусмотрен вообще. Поскольку для
производительности процессора в целом наличие средств кэширования
важнее тактовой частоты, на это следует обращать внимание. Так, если вы
покупаете сервер с процессором конкретного типа, выбирайте тот, в котором
предусмотрен достаточно емкий внутренний кэш, а также большой внешний.
Объединение процессоров
Сегодня мультипроцессорные системы стали жизненно важны не только
для компаний из списка "Fortune 500", но также для организаций куда
меньшего размера. Мультипроцессорные системы полезны потому, что
позволяют соединить в одной машине мощность (производительность)
нескольких процессоров.
Примечание
Работа с мультипроцессорными системами поддерживаются не во всех операци-
онных системах, однако в современных сетевых операционных системах такая
поддержка предусмотрена. Таким образом, при желании, вы можете использовать
их в своих серверах. Чтобы определить число поддерживаемых процессоров,
просмотрите документацию на операционную систему. Например, Windows NT
Server поддерживает четыре процессора
Имеются две концепции поддержки мультипроцессорной обработки:
симметричная мультипроцессорная обработка (SMP — Symmetric Multipro-
cessing) и несимметричная (AMP — Asymmetric Multiprocessor) Различие
между ними понятно из названия. В системах SMP обработка сравнительно
равномерно распределяется между всеми доступными процессорами, а новые
задания обычно передаются наименее занятому процессору. В системах
AMP один из процессоров обычно выделяется одному "семейству" про-
граммного обеспечения (например, операционной системе) для монопольного
использования. Другие программы "конкурируют" за использование осталь-
ных процессоров, даже если процессор операционной системы свободен.
Как и ранее, ваш выбор определяется в основном не пожеланиями, а
характером программного обеспечения. Поскольку же чаще поддерживается
симметричная мультипроцессорная обработка (SMP), рекомендуем применять
машины, реализующие этот алгоритм.
Насколько влияет быстродействие
процессора на производительность сервера
Хороший вопрос. Конечно, скорость (быстродействие) процессора
важна, однако производительность сетевого сервера зависит не только от
нее. Действительно, в работающем сервере клиентам доступна вся машина,
а не только процессор Соответственно, скорость работы сервера с быстрым
процессором, но медленными периферийными устройствами, невелика
Таким образом, если вы прицениваетесь к серверу и подыскиваете
нужные компоненты, уделите внимание не только процессору, но и ос-
тальным компонентам. Как вы увидите далее, сервер состоит из множества
компонентов, а не только из одного процессора.
Типы шин
Некоторые основные вопросы устройства шин рассмотрены в лекции 7, где
обсуждались сетевые платы, составляющие основу сетей. На практике в
современных серверах используют шины двух типов: ISA и PCI.
Возможно, вы припомните, что ISA (Industry standart architecture —
стандартная промышленная архитектура) представляет собой 8- или 16-
битовую шину, работающую на частоте 8 МГц. Эта частота — предельно
возможная рабочая частота исходной шины AT, на основе которой раз-
работана шина ISA. ISA мало изменилась с 1984 г., когда она (главным
образом по соображениям совместимости) была расширена до 16 бит.
Слоты ISA-шины показаны на рис. 11.2.
Рис. 11.2. Слоты ISA все еще можно встретить на большинстве материнских плат.
Шина PCI (Peripheral Component Interconnect — интерфейс периферийных
устройств) имеет архитектуру локальной шины (local-bus architecture). В ней
развиты и использованы некоторые полезные идеи, реализованные в
стандарте локальных шин VESA (Video Electronics Standard Association —
Ассоциация по стандартам в области видеоэлектроники). Однако в архи-
тектуре шины PCI устранены некоторые недостатки, присущие шинам
VESA, а именно: отсутствие поддержки средств Plug-and-Play, сложности
"в общении" с процессорами Pentium, затруднения в организации высоко-
скоростного соединения с системной платой при установке более двух
слотов VESA. Технология локальных шин допускает работу на тактовой
частоте системной шины материнской платы. Иначе говоря, если тактовая
частота системной шины материнской платы составляет 33 МГц, то уста-
новленная в этот слот плата может работать с этой же частотой, а не
"ползти" на 8 МГц. Слоты PCI показаны на рис. 11.3.
Рис. 11.3. Слоты PCI используют для установки высокоскоростных плат, которые могут работать с тактовой частотой системной шины материнской платы
Примечание
Технология локальной шины (local bus technology) первоначально развивалась как
средство для повышения производительности при обработке видеоизображений,
однако разработчики быстро обнаружили, что она пригодна для установки и
остальных периферийных устройств.
Если PCI намного быстрее ISA, то почему же шина ISA все еще исполь-
зуется? Как и 10 лет назад, основная причина — совместимость. Никто не
смеет заявить: "Эта плата работает невыносимо медленно. Давайте выбросим
ее и прекратим использовать платы ISA". Такой человек станет всеобщим
посмешищем. Во-вторых, хотя в серверных системах ISA-шина работает
несколько медленнее, она прекрасно подходит для клиентных машин.
Кроме того, платы ISA дешевле плат PCI. В-третьих, шины PCI отнюдь не
столь универсальны. Так, для обслуживания последовательных и парал-
лельных портов должны использоваться только шины ISA, но не PCI.
Повышение быстродействия шин
В конце 1998 г. PCI-шина была самой быстродействующей из всех
имеющихся шин. Однако разработка новых шин продолжается В 1999 г.
ожидается выпуск (фирмой Intel) шин PCI с разрядностью 64 бит и тактовой
частотой 66 МГц Если и этого окажется недостаточно, фирмами Hewlett-
Packard, IBM и Compaq разработана расширенная шина PCI, получившая
название PCI-X Новая шина спроектирована для работы с тактовой час-
тотой 133 МГц и может обеспечить передачу данных между процессором и
периферийными устройствами со скоростью 1 Гбит/с.
PCI-X — только временный заменитель улучшенной PCI-шины, приме-
няемый до тех пор, пока его не сменит что-либо более совершенное В 2000 г
ожидается появление соединений между периферийными устройствами и
материнской платой, реализованных на базе фабрики (fabric-based
connections) Вместо подключения к шине периферийные устройства будут
использовать высокоскоростные линии связи для подключения к подсис-
темам, микросхемам и даже друг с другом Такой метод подключения уже
применяется в мэйнфреймах и суперкомпьютерах, но только сейчас реали-
зован в персональных компьютерах.
Если периферийное устройство поддерживает PCI-шину, рекомендуем
и вам использовать эту шину Она используется достаточно давно, поэтому
для нее можно без труда найти любые платы. Однако нередко применение
плат ISA в клиентных машинах вызывает меньше затруднений. С другой
стороны, для серверов, к быстродействию которых предъявляют повышенные
требования, необходима более быстродействующая шина. По этим причинам
в большинстве современных персональных компьютеров предусмотрены
слоты как PCI, так и ISA
Заброшенные, но не забытые МСА и EISA
Как указывалось выше, шины ISA работают намного медленнее ма-
теринских плат. Почему же замена 16-разрядной шины ISA на более
совершенную PCI заняла 10 лет? Да просто потому, что шины других
типов работали неудовлетворительно.
С появлением 386-х машин фирма IBM выпустила более скоростную
шину МСА (MicroChannel Architecture — микроканальная архитектура)
Эта шина имела несколько преимуществ перед ISA' разрядность — 32 бита,
тактовая частота — 10 МГц, поддержка управления шиной и — особо
отметим — поддержка технологии Plug-and-Play Конечно, МСА имела и
недостатки Во-первых, она не поддерживала платы ISA — фирма IBM
создала шину МСА, как уникальное изделие Такая несовместимость воз-
никла как побочный результат ускорения шины. Возможно, это сыграло
меньшую роль, чем несовместимость шин PCI и ISA, однако IBM усугубила
ошибку, предложив производителям плат приобретать лицензию на право
производства плат МСА (IBM не собиралась отдавать это право даром), а
затем платить процент от прибыли.
IBM получила единодушный ответ: "Идите к черту". Группа из девяти
производителей материнских плат (известная под названием "Банда девяти")
Качала разрабатывать собственную шину с достоинствами шины МСА, но,
не создающую проблем с лицензированием. Именно так была создана шина
EISA (Extended Industry Architecture — расширенная промышленная стан-
дартная архитектура). В ней предусматривалась 32-битовая шина данных
(data path), поддерживалось управление шиной (bus mastering) и технология
Plug-and-Play, а с целью обеспечения совместимости с ISA, шина работала
на частоте 8 МГц.
Однако, обе шины были не слишком хороши. МСА страдала от недостатка
плат, создаваемых для работы с ней, а EISA-платы никогда не поступали в
широкую продажу, хотя они и получили определенное признание в сер-
верных машинах. Людям было проще найти нужную плату ISA — вполне
работоспособную — и работать с тем, что хорошо им известно, ожидая
появления чего-нибудь лучшего.
Оперативная память
Общим принципом при выборе размеров оперативной памяти является
такой: вы никогда не сможете установить ОЗУ слишком большого размера.
ОЗУ или RAM (Random Access Memory — память с произвольным дос-
тупом) — платформа для большинства компьютерных операций. Все коды
и данные, используемые в настоящий момент, сохраняются в ОЗУ, которое
иногда также называют основной памятью (main memory). Когда объем
информации, к которой требуется более-менее быстрый доступ, превышает
объем установленной оперативной памяти, наименее полезная информация
кэшируется на жестком диске. Если эти данные опять понадобятся запу-
щенной программе, они вновь загружаются в оперативную память. Процесс
обмена данными между дисковым буфером и оперативной памятью называют
страничной подкачкой (paging).
Разумеется, перемещение данных из дискового кэша занимает время,
поэтому следует по возможности уменьшить частоту обращения компью-
тера к диску. С этой целью следует установить память большего объема.
Примечание
На практике некоторое количество данных всегда находится на диске. В совре-
менных операционных системах предусмотрен именно такой метод работы - это
позволяет загружать в память большее количество данных, чем может вместить
ОЗУ. Но следует стремиться ограничить использование страничной подкачки,
поскольку считывание данных с жесткого диска занимает гораздо больше времени,
чем считывание из ОЗУ.
Оперативная память, находящаяся на системной плате, является ди-
намическим ОЗУ (Dynamic RAM). Слова "динамическая память" звучат
загадочно, однако означают всего лишь, что такая память способна со-
хранять данные не более 4 мс, после чего их следует регенерировать —
образно говоря, памяти следует "напомнить" ее знания. Динамическое
ОЗУ медленнее статического (Static RAM), которое используется в кэше L2, однако оно значительно дешевле.
Совет
Скорость работы ОЗУ зависит от характеристик используемых для его организации микросхем. Чем меньше время доступа, тем лучше. Поэтому при покупке памяти обязательно поинтересуйтесь временем доступа и выберите наиболее быстродействующее ОЗУ.
Основные разновидности динамической памяти
До самого недавнего времени большинство динамических ОЗУ были
построены по схеме FPM (Fast Page Mode — быстрый постраничный доступ).
Время доступа к памяти FPM составляет либо 70, либо 60 не. Время доступа
60 не требуется для обеспечения работы материнских плат Pentium, тактовая
частота системной шины которых составляет 66 МГц. В памяти типа FPM
можно одновременно получить доступ к одному (сравнительно большому)
блоку памяти.
Примечание
Термин "быстрый постраничный доступ" относится к методу организации памяти,
который обеспечивает в ОЗУ такого типа доступ к данным. Схемное построение
памяти таково, что скорость ее работы максимальна, если следующий требуемый
бит данных находится на одной странице с предыдущим битом. В машинах,
построенных на основе процессоров семейства х86, размер страницы памяти
составляет 4 Кбайта.
В системах-предшественницах Pentium характеристики ОЗУ типа FPM
соответствовали характеристикам остальных компонентов компьютера.
Однако даже при времени доступа 60 не максимальная рабочая частота не
превышает 30 МГц. Это означает, что даже в моей старенькой 486-й
машине процессор с тактовой частотой 33 МГц работает быстрее, чем
память. В настоящее время, когда процессоры работают в среднем на частоте
400 МГц, быстродействие ОЗУ типа FPM совершенно неудовлетворительно.
Кроме того, поскольку тактовая частота системной шины материнских
плат подскочила с 66 МГц до 100 МГц, ситуация стала еще хуже. Скорость
работы ОЗУ чрезвычайно важна для обеспечения производительной работы
компьютера и должна быть, по крайней мере, не меньше, чем у окружающих
его компонентов. Необходимость создания более скоростного ОЗУ привела
к созданию двух новых типов памяти.
• EDO (Extended Data Output — расширенный вывод данных) RAM.
• Синхронная динамическая RAM (SDRAM).
Память обоих типов рассматривается в следующих разделах.
Два удовольствия сразу - память типа EDO.
EDO-память представляет собой усовершенствованную FPM-память
без каких-либо радикальных изменений. Конструкция FPM-памяти задумана
как "пожарная цепочка", когда за один раз из ОЗУ можно было извлечь
единый фрагмент данных и передать его далее. В конструкции же EDO-
памяти в этой цепочке предусмотрен "помощник": пока цепочка данных
передается в процессор, он, обрабатывая их в фоновом режиме, отыскивает
следующую порцию данных, которые необходимо обработать, и ставит их
в очередь
Повышение эффективности, которое достигается отысканием следую-
щей порции данных за время передачи в процессор первого бита, ускоряет
работу EDO-памяти по сравнение с FPM-памятью. Однако тактовая частота
памяти при этом достигает всего 40 МГц, что существенно ниже тактовой
частоты процессора и даже материнской платы. Поэтому, по мере ускорения
работы систем, было предложено множество радикальных решений, по-
зволяющих избежать ситуации, когда процессор сидит без дела, барабаня
пальцами и ожидая поступления данных из ОЗУ.
Динамическое ОЗУ с пакетной передачей данных.
Чтобы пояснить методы повышения быстродействия ОЗУ, вернемся
немного назад и поговорим о том, как же, собственно, работает ОЗУ.
Одно из основных препятствий на пути ускорения работы ОЗУ (RAM)
описано в названии памяти. Когда мы говорим, что к памяти предоставлен
"произвольный" доступ, это означает одинаковую легкость доступа ко всей
памяти.
Однако, хотя доступ можно получить одинаково легко, это еще не
означает одинаково быстро. Если процессор может попросить компоненты
сделать что-нибудь за единственный цикл, значит вы используете компьютер
в режиме работы без периодов ожидания (zero wait state machine). Если
операция не может быть выполнена за нужное время, в работе компьютера
появляются периоды ожидания (wait states). По существу, период ожидания
по длительности равен длительности периода колебаний тактового генератора
(clock tick), в течение которого процессор простаивает. А раз так, этого
следует избегать.
Примечание
Период колебаний тактового генератора представляет собой величину, обратную
тактовой частоте процессора Генератор процессора с тактовой частотой 300 МГц
в одну секунду "выдает" 300 000 000 периодов колебаний. Чем выше тактовая
частота процессора, тем короче период колебаний
Контроллер памяти (memory controller) для доступа к DRAM разби-
вает адрес ячейки памяти на четырехбитовые пакеты (four-bit bursts).
При этом дольше всего обрабатывается первый бит адреса. Это связано
с тем, что данный бит описывает адрес нужной страницы памяти.
Итак, когда контроллер памяти считывает данные из FPM DRAM, он
затрачивает первые пять тактов, для нахождения страницы, на которой
находится первый бит запрошенных данных, а затем еще три такта, чтобы
считать каждый дополнительный бит с этой страницы памяти. (Поскольку
при каждом обращении считывается только один бит, для считывания
одного байта данных требуется параллельная работа восьми микросхем
памяти). Дело несколько ускоряется, если используется
EDO-память, поскольку, хотя при работе с ней тоже требуется пять тактов,
чтобы найти первую страницу, считывание последующих битов требует
только двух тактов на каждый бит. Разумеется, если следующий бит данных
находится на другой странице, все оказывается напрасным и для считывания
следующего бита снова понадобится пять тактов Решение этой проблемы
облегчают кэши L1 и L-2 (входящие в систему памяти процессора), по-
скольку в них сохраняются последние использовавшиеся данные, с тем
чтобы контроллеру памяти не требовалось постоянно извлекать их из ОЗУ.
Однако емкость кэш-памяти невелика.
Чтобы обойти эту проблему применяется технология пакетной передачи
(bursting technology), предусматривающая считывание не только текущих
четырех битов, а сразу всей страницы (в системах, построенных на основе
процессоров семейства х86, она имеет размер 4 Кбайт). По этой технологии
после считывания из памяти всей страницы, для считывания остальных
данных, адреса которых описываются тремя оставшимися битами в каждом
четырехбитовом наборе, дополнительные периоды ожидания уже не требуются.
Поскольку биты обнаружены, на их поиск не затрачивается дополнительное
время. Как и прежде, чтобы найти новую страницу, вам опять придется
подождать пять тактов, но когда эта страница будет обнаружена, для
считывания каждого бита достаточно единственного такта, а периода
ожидания не требуется. Память сама "подскажет" контроллеру, как найти
остальные биты.
Возможно, вы запутались, тогда попытайтесь вообразить все это
примерно так. Представьте себе DRAM-память как ряды темных комнат,
причем каждая из них представляет собой одну страницу памяти. Данные
хранятся в ящиках (представляющих собой адреса), расставленных в ком-
натах и расположенных в логическом порядке, т.е. за ящиком 6 стоит
ящик 7 и т. д. Единственная тонкость заключается в том, что ящики не
соприкасаются, хотя расположены последовательно.
Когда контроллеру памяти необходимо получить данные с определенной
страницы DRAM-памяти, он должен сначала найти страницу, на которой
хранятся данные, а затем идти получать нужные данные. Итак, когда
контроллер памяти приступает к работе, он идет по коридору, в который
выходят двери всех комнат.
Если используют обычную DRAM-память, то контроллер памяти должен
сначала найти нужную комнату, затем открыть дверь в нее и, все еще находясь
в темноте, на ощупь найти данные. Чтобы найти первый ящик потребуется
некоторое время, однако если контроллер памяти его найдет, он сможет
нащупать и найти следующий, затем еще один. С этого момента контроллер
памяти может отправлять данные в процессор.
Насколько же упростится этот процесс, если осветить комнаты! Именно
это и достигается применением технологии пакетной передачи данных.
Когда контроллер памяти входит в освещенную "комнату", он все еще
должен осмотреться, чтобы найти первый адрес, из которого необходимо
извлечь данные. Однако после этого он может увидеть следующий ящик,
затем еще один, а не нащупывать их по одному в потемках.
Таким образом "произвольная" часть доступа к RAM уже не выглядит
столь произвольной — предполагается, что все биты находятся на одной
странице. В противном случае производительность процесса поиска упадет
Теперь, уяснив эти вопросы, рассмотрим современные технологии
пакетной передачи данных: пакетную EDO-память и синхронную дина-
мическую RAM-память.
Пакетная EDO-память
EDO-память (BEDO — Burst EDO) является дальнейшим улучшением
технологии EDO за счет использования ускоренного упреждающего счи-
тывания. Он может работать синхронно с процессором вплоть до частоты
66 МГц.
Результат аппаратного ускорения - SDRAM
Перспективное решение, реализованное в современных микросхемах
SDRAM-памяти, которые могут работать синхронно с процессором вплоть
до частоты 100 МГц, что соответствует времени доступа 10 не.
Пакетная передача данных
Как вы уже поняли, в настоящее время теоретический предел тактовой
частоты DRAM-микросхем составляет 100 МГц. Конечно, это больше
28 МГц, обеспечиваемых микросхемами FPM DRAM, но никоим образом
не сопоставимо с рабочими частотами современных процессоров, дости-
гающими 400 МГц. Как же решить эту проблему?
В настоящее время — никак. Современные микросхемы не могут работать
с такой частотой. Есть, правда, пара возможных кандидатов, однако пока
что их схемотехника разработана только теоретически — на рынке нет
микросхем, созданных на базе этих технологий. В то время, когда писалась
эта книга, в основном использовались память EDO или SDRAM и только
изредка — BEDO. В наиболее совершенных машинах их применение при-
водит к появлению периодов ожидания.
Чтобы ускорить работу памяти, можно повысить частоту тактового
генератора (clock speed), увеличить разрядность шины данных (data path)
либо использовать оба подхода. Проблема создания действительно скоро-
стной памяти (как и вообще чего-нибудь быстродействующего) заключается
в том, что чем быстрее работает память, тем важнее становится качество ее
работы. Без применения дополнительных средств управления, скорость
работы SDRAM-памяти достигает предельного значения. В разработке
скоростной памяти основное значение имеет решение проблемы достаточной
надежности.
В настоящее время предложены две основные технологии повышения
скорости работы памяти.
• Технология SLDRAM (DRAM-память с синхронными связями).
• Технология Rambus DRAM (RDRAM).
Технология SLDRAM развивается консорциумом Synchronous Link
Consortium, в который входят 15 фирм, в том числе Hyundai, IBM и Apple.
Технология RDRAM разработана фирмой Rambus и поддерживается фирмой
Intel В настоящее время конструкция SLDRAM предусматривает исполь-
зование модулей памяти на 64 Мбайт, работающих на частоте 400 МГц
и передающих данные по двум конвейерам (pipelines) со скоростью
800 Мбит/с — в восемь раз выше скорости SDRAM. Память RDRAM ра-
ботает на частоте 800 МГц, обеспечивая общую скорость передачи данных
1,6 Гбит/с по двум магистралям (pipelines).
Какая технология завоюет рынок? Пока неясно. Память RDRAM уже
используется в некоторых моделях видеоплат (video cards), однако пока
что не применяется в качестве оперативной памяти. Конструкция
SLDRAM сложна. Некоторые ее экземпляры прошли испытания, но в то
время, когда писалась эта книга, в коммерческую продажу память такого
типа не поступала. Конечно, внедрению технологии RDRAM немало со-
действует поддержка фирмой Intel, однако члены консорциума Synchronous
Link Consortium тоже весьма влиятельны.
Диски и контроллеры
Еще один ключевой элемент быстрого и надежного сервера — жесткий
диск. Независимо от типа сервера — файлового, печатного, связи, прило-
жений — все ваши данные и программы хранятся на диске. Поэтому для
повышения производительности следует выбирать самый быстрый диск.
Интерфейс EIDE
Жесткий диск состоит из двух основных частей: собственно диска и
платы контроллера. На заре эпохи персональных компьютеров стандартом
ESDI (Enhanced Small Disk — улучшенный интерфейс малых устройств)
предусматривалось разделение жесткого диска и его контроллера на две
части, соединенные плоскими кабелями (рис. 11.4).
Этот интерфейс работоспособен, однако соединительные кабели
подвержены тем же FR-помехам, что и сетевые кабели (в компьютере
немало источников помех, причем один из них — второй кабель жест-
кого диска).
Рис. 11.4. Жесткий диск ESDI и плата контроллера
Что такое интерфейс IDE
В 1998 г. фирмой Western Digital (и другими) разработан стандарт IDE
(Integrated Drive Interface — встроенная электроника управления диском).
Он предусматривал объединение контроллера и диска в единый блок. Если
перевернуть диск IDE, вы увидите контроллер диска (drive controlling
mechanism). Кроме того, в систему входит главный (хост) адаптер (host
adapter). Однако он нужен только для связи между системной платой и
дисковым контроллером и никоим образом не связан с обработкой дан-
ных. Хост-адаптер идентифицирует любое подключенное к нему устройство
либо как "ведущее" (master), либо "ведомое" (slave), (а в некоторых случаях
как "вторичное ведомое устройство" (secondary slave device)).
Технология IDE ограничена. Во-первых, к хост-адаптеру можно
подключить только два устройства. Это означает, что для подключения
нескольких дисков (или других устройств IDE, например, ленточных накопи-
телей) необходимо множество плат контроллеров, установленных в слоты с
разными прерываниями. Во-вторых, вместимость дисков IDE невелика.
Максимальная вместимость диска IDE составляет 528 Мбайт — в настоящее
время этого едва достаточно для загрузки операционной системы и полного
набора офисных приложений, не говоря уже о месте для файлов подкачки
и прочих данных. (Следует заметить, что ограничение на емкость диска в
528 Мбайт налагается операционной системой DOS, а не аппаратными
особенностями жесткого диска).
С этими проблемами помог справиться усовершенствованный IDE-
интерфейс, называемый EIDE (Enhcanced Integrated Drive Interface —
усовершенствованный интерфейс малых устройств). Контроллеры EIDE
позволяют подключать к материнской плате одновременно до четырех
устройств, что намного повышает гибкость системы. Кроме того, в то время,
когда писалась эта книга, диски EIDE позволяли хранить до 16 Гбайт данных.
Интерфейс SCSI
Фирма Apple Computer разработала еще один тип интерфейса для кон-
троллера жесткого диска, который со временем стал использоваться не
только в компьютерах Macintosh, но и PC иных типов. Данная технология,
называемая SCSI (Small Computer System Interface — интерфейс малых
вычислительных систем), сходна с технологией IDE/EIDE в том, что жесткий
диск и его контроллер образуют единое устройство, подключенное к сис-
темной плате через хост-адаптер. Различие заключается в методе соединения
этих устройств. Хост-адаптеры SCSI соединяют любые устройства SCSI в
последовательную цепь выходящую даже за пределы компьютера, и насчи-
тывающую до семи устройств, не считая хост-адаптера. Хотя каждое
устройство соединено напрямую с другим устройством, а не с хост-
адаптером, все они сообщаются с главным адаптером.
Как главный адаптер узнает, с каким жестким диском он "разговаривает"
или кому он посылает данные? Каждому устройству в цепочке SCSI,
включая и сам хост-адаптер, присваивается номер, называемый идентифика-
тором SCSI ID. ID 7 резервируется для главного адаптера. Значения ID 0 и
1 предназначены для жестких дисков (причем 0 резервируется для загру-
зочного диска), a ID 2—6 можно присваивать любому другому устройству в
цепочке. Значения ID не обязательно должны следовать порядку распо-
ложения устройств в цепочке SCSI. Кроме того, совсем не обязательно
использовать все значения ID. Иными словами, в цепочку SCSI не обя-
зательно включать все семь устройств. Единственный действительно
существенный момент заключается в том, что все зарезервированные ID
должны использоваться по назначению, а оба конца цепочки SCSI следует
правильно согласовать. Согласование обеспечивается соответствующей
установкой перемычек на плате (для точного согласования устройств следует
ознакомиться с их техническим описанием), значения же ID
устройств SCSI могут устанавливаться аппаратно либо программно в зави-
симости от типа конкретного устройства.
Совет
Точно так же, как ранее был дан совет записывать значения IRQ и адресов
ввода/вывода, имеет смысл записать значения идентификаторов SCSI ID, а также
устройств, которыми заканчивается цепочка. Намного проще узнать эти значения
из списка, который лежит под рукой, чем переворачивать каждое устройство, чтобы выяснить его установки, особенно, если оно находится внутри компьютера
Если вам необходимо включить в систему новое устройство SCSI,
выключите компьютер, подсоедините устройство к концу цепи и установите
терминатор. Это выглядит очень просто.
Конечно, так бы оно и было, если бы существовал единый стандарт SCSI,
а все устройства и хост-адаптеры SCSI были совместимы В табл. 11.1 приведе-
ны различные типы SCSI-интерфейсов, используемые в настоящее время.
Таблица 11.1.
Типы SCSI-интерфейсов
|
Тип SCSI |
Описание |
|
SCSI-2 |
Используется 50-штыревой разъем, 8-битовая шина, |
|
обеспечивается скорость передачи данных 4 Мбит/с |
|
|
Wide SCSI |
Используется 68-штыревой разъем и 16-битовая шина |
|
Fast SCSI |
Аналогичен обычному SCSI-интерфейсу, но в данной |
|
версии тактовая частота увеличена в два раза, чем обес- |
|
|
печивается скорость передачи данных 10 Мбит/с |
|
|
Fast and |
Объединяет в себе 16-битовую шину интерфейса Wide |
|
Wide SCSI |
SCSI и тактовую частоту Fast SCSI, обеспечивает скорость |
|
передачи данных 20 Мбит/с |
|
|
Ultra SCSI |
Используется 8-битовая шина и обеспечивается скорость |
|
передачи данных 20 Мбит/с |
|
|
Ultra Wide |
Используется 16-битовая шина и обеспечивается скорость |
|
SCSI/SCSI-3 |
передачи данных 40 Мбит/с |
|
Ultra2 SCSI |
Используется 8-битовая шина и обеспечивается скорость |
|
передачи данных 40 Мбит/с |
|
|
Ultra2 SCSI |
Используется 16-битовая шина и обеспечивается скорость |
|
Wide |
передачи данных 80 Мбит/с |
Примечание
В интерфейсе SCSI-1, предшественнике SCSI, использовался 25-штыревой разъем, и не предусматривалось объединение устройств в цепочку SCSI. В общем случае, если говорят просто SCSI, без уточнений, то имеют в виду SCSI-2, а не SCSI-1.
Одна из замечательных возможностей SCSt-интерфейса заключается в
том, что он обеспечивает не только подсоединение цепочки устройств к
одному хост-адаптеру, но и передачу данных по этой цепочке. Интерфейсы,
перечисленные в табл. 11.1, предназначены не только для подключения
единственного жесткого диска, но также и для всех SCSI-устройств в цепочке.
Хост-адаптер SCSI может одновременно "разговаривать" с несколькими
устройствами, работая с ними в многозадачном режиме. Это важно по
двум причинам. Первая: считывающим и записывающим головкам жесткого
диска необходимо время, чтобы найти нужное место на диске, а затем
прочесть или записать данные. Кроме того, хост-адаптер может "думать"
быстрее, чем периферийные устройства, подключенные к нему. Вторая
причина' единственному устройству в цепочке SCSI не требуется вся
доступная полоса пропускания. Поэтому разделение хост-адаптером времени
передачи данных между множеством устройств весьма эффективно
Различия между интерфейсами SCSI и EIDE
Несмотря на большую стоимость по сравнению с EIDE, SCSI — более
совершенная серверная технология (не просто технология, а именно сер-
верная технология) по нескольким причинам
Первая в отличие от EIDE-устройств, хост-адаптерам SCSI изначально
была присуща многозадачность Когда обработки дожидаются данные,
предназначенные для чтения или записи с/в нескольких устройств, хост-
адаптер EIDE должен завершить работу с одним диском, прежде чем сможет
начать обрабатывать второй запрос. Здесь возможны два варианта. Во-первых,
прежде чем контроллер может приступить к чтению или записи с другого
устройства, он должен завершить считывание с медленных жестких дисков
или CD-ROM (а устройства CD-ROM намного медленнее жестких дисков)
Во-вторых, для одного устройства резервируется вся полоса пропускания
между главным адаптером и диском, но диск может и не нуждаться во
всей полосе. Поскольку же главный адаптер может одновременно
"общаться" только с одним-единственным устройством, остальная часть
полосы пропускания простаивает. Следовательно, чем больше устройств
установлено в машине EIDE, тем больше бесцельная затрата времени и
полосы пропускания.
Вторая SCSI-интерфейс более "гибок", чем EIDE. Для добавления
устройства в SCSI-машину достаточно выключить машину, присвоить
устройству идентификатор SCSI ID (чтобы гарантировать отсутствие
конфликтов с другими устройствами), а затем правильно согласовать
это устройство Добавление устройств с EIDE-интерфейсом сложнее. В
конечном итоге, если учесть экономию времени, такая гибкость окупается.
Что еще важнее, интерфейсами SCSI снабжены многие устройства —
сканеры, жесткие диски, CD-ROM, съемные диски, ленточные накопители.
В то же время с интерфейсом EIDE выпускаются только жесткие диски и
устройства CD-ROM
Примечание
Одно из SCSI-устройств вам понадобится обязательно - это ленточный накопитель для резервного копирования Накопители, снабженные другим интерфейсом, не могут работать с контроллером гибких дисков (floppy controller) и, кроме того, слишком медленно обрабатывают данные тех типов, которые обычно архивируются на сервере
Третья SCSI-диски вместительнее дисков EIDE, несмотря на то, что в
настоящее время диски EIDE могут хранить до 16 Гбайт данных, и требо-
вания к емкости "хранилищ" данных продолжают расти Программное
обеспечение и операционные системы постоянно разрастаются, средства
становятся более обширными, и нет никаких признаков, что разработчики
собираются умерить темп работы, чтобы подождать пока характеристики
устройств "дотянутся" до требуемого уровня. Разрослись не только
программы, объем данных тоже непрерывно растет по мере распространения
мультимедийных файлов и документов с развитым форматированием.
Поэтому для сервера вам необходим возможно больший объем дискового
пространства.
С клиентной машиной дело обстоит несколько иначе. Во-первых, в
среде клиент/сервер оборудование большинства клиентных компьютеров
обновляется значительно медленнее, чем оборудование серверов. Как никак,
цель создания сети заключается в централизации вашего оборудования
именно на сервере и его совместного использования клиентами. Во-вторых,
способность SCSI-интерфейса к работе в многозадачном режиме влечет за
собой и некоторые издержки, которые не имеют особого значения по
сравнению с повышением производительности 5—6 дисковых устройств.
Однако когда в системе используется один диск, эти издержки имеют
значение. В-третьих, большинство персональных компьютеров обеспечи-
вают поддержку интерфейса EIDE. Добавление поддержки SCSI-интерфейса
требует дополнительных затрат, что неприемлемо для большинства клиентов.
На клиентной машине обычно установлен один жесткий диск, следова-
тельно, конкуренция за полосу пропускания и доступ к хост-адаптеру не
столь важна. А поскольку интерфейс EIDE значительно дешевле, он
используется наряду со SCSI.
Монитор для сервера
Рассмотрение мониторов в составе сервера будет достаточно кратким.
Поймите, вам нет нужды тратиться на приобретение для сервера высоко-
качественного монитора, поскольку никто не будет проводить за ним
много времени. Если вы можете приобрести монитор с приемлемой частотой
регенерации (refresh rate) не менее 75 Гц (имеется в виду частота кадровой
развертки), то он будет работать вполне удовлетворительно.
Вы и без того выкладываете немало средств на поддержку SCSI-интерфейса
и дополнительную память, так что не стоит разоряться еще и на 21" монитор,
на который мало кто посмотрит вообще. Однако, у
клиента все обстоит совершенно иначе.
Защита от сбоев питания
Защита от сбоев питания для сервера обязательна. Во-первых, снабжение электричеством ни в коей мере нельзя считать надежным — все обстоит как раз наоборот. Одна из проблем электроснабжения — электрические бури (electrical storms). Могут возникать краткосрочные перебои в подаче электроэнергии и без принятия надлежащих мер защиты при каждом отключении электроэнергии данные будут теряться. Если перебои действительно вызваны глобальным потеплением, положение не улучшится никогда. Ожидается, что одним из побочных эффектов глобального потепления станут все более мощные и частые электрические бури, поскольку таяние льда на полюсах насыщает атмосферу влагой.
Причины перебоев возникают не только в природе, но и в работе системы
подачи электроэнергии. Некогда она проектировалась для использования
меньшим числом людей и намного меньшим числом электрических приборов.
Со временем системы энергоснабжения оказались в значительной мере
перегруженными. В результате перегрузки заметно падает напряжение при
подключении слишком большого числа потребителей, поскольку сила тока
превышает допустимую величину. Хотя и в меньшей степени, но это же
происходит в системе электроснабжения крупных зданий. В современных
зданиях проложена силовая электропроводка, рассчитанная на значительную
нагрузку. Это в какой-то степени защищает электронные приборы от
перегрузок из-за включения мощных моторов, работа которых и так
неблагоприятно сказывается на общем состоянии системы энергоснабжения.
Однако в старых зданиях электропроводка по-прежнему пригодна всего
лишь для освещения и работы электрических пишущих машин.
В идеальном случае следует защищать электропитание всех сетевых
компьютеров, а не только сервера. Если вы серьезно относитесь к защите
данных, следует защитить сервер, по крайней мере, от внезапных перебоев
в электроснабжении, а также падений и всплесков электрического напря-
жения, которые могут повредить его компоненты.
Подавители всплесков (surge protectors) обеспечивают недостаточно
эффективную защиту от повышения напряжения, однако можно вос-
пользоваться удлинителем со встроенным подавителем — это удобный
способ подключения множества устройств к одной штепсельной розетке.
Почему же они неэффективны? Во-первых, они бесполезны при отключении
электричества, а во-вторых, не обеспечивают должную защиту от всех
всплесков электрического напряжения. Всплеск, который не будет подавлен
подавителем (например, вследствие его краткости), может, тем не менее,
повредить более чувствительное электронное оборудование компьютера.
Если вы используете подавитель перенапряжений, то следует предварительно
убедиться, что он сможет защитить компьютер от всплесков в вашей сети.
Чтобы реально защитить компьютер, следует использовать источник
бесперебойного питания (UPS — Uninterruptable Power Supply). К источни-
кам бесперебойного питания можно отнести любую систему, в которой
предусмотрен резервный аккумулятор. Он отдает энергию при пропадании
напряжения от штатного источника питания (например, блока питания
компьютера). Аккумулятор сможет проработать не слишком долго, но этого
времени должно хватить на то, чтобы корректно завершить работу про-
грамм, сохранить файлы и выключить машину, что, безусловно, должно
привести в восторг операционную систему.
Примечание
Время, в течение которого UPS обеспечивает работу компьютера, зависит от
емкости его батареи и степени заряженное™ аккумулятора в момент пропадания
напряжения, а также количества подключенных к нему устройств. Выбирая UPS,
объясните продавцу, что именно вы собираетесь подключать к устройству (например, сервер и монитор), и в течение какого промежутка времени должна обеспечиваться работоспособность компьютера при пропадании электроэнергии. Тогда продавец сумеет вам подсказать, какой емкости аккумулятор следует приобрести
Выпускают два типа устройств UPS: переключаемые источники элек-
тропитания (SPS — Switched Power Supplies) и автономные, которые можно
отнести к истинным UPS.
Переключаемые источники электропитания
Как показано на рис. 11.5, в нормальном режиме в переключаемом
источнике электропитания напряжение из электрической розетки подается
непосредственно на компьютер, а часть энергии расходуется на подзарядку
аккумулятора. При отключении сетевого напряжения источником питания
становится аккумуляторная батарея.
Обратите внимание на два обстоятельства. Во-первых, SPS не всегда
улучшает подаваемое на компьютер напряжение Иными словами, элек-
троэнергия подается из электрической розетки "как есть", т.е. вместе со
всеми падениями и всплесками, которые могут быть в электросети. Чтобы
избежать подобных проблем, приобретая SPS, выбирайте тот, где преду-
смотрена защита от перенапряжений. Во-вторых, в таком устройстве
предусмотрен контроль за состоянием напряжения в электросети, при
котором SPS отключается от внешней линии электроснабжения и кричит:
"Внимание! Напряжение пропало! Переключаюсь на аккумулятор'" — и
переключает питание на аккумулятор. Иными словами, на некоторый
(краткий) период питание компьютера все же отключается.
Рис. 11.5. Переключаемый источник питания
Сколько длится этот период? В настоящее время — недолго. SPS сможет
переключить питание с внешней линии на аккумулятор примерно за 4 мс.
Этого компьютер не заметит. Точно так же, как вы можете жить, ненадолго
задержав дыхание, компьютер сможет поработать некоторое время без подачи
электроэнергии Просто не рекомендуется отключать напряжение (как и
переставать дышать) на слишком долгое время.
К SPS относится большинство UPS, выставляемых на продажу Они
намного дешевле автономных UPS (рассматриваемых ниже), и превосходно
работают во, многих случаях, при условии, что подаваемая электроэнергия
имеет достаточно высокое качество. Ваше оборудование не повредят повы-
шения напряжения и его скачки.
Автономные источники питания
Если вам необходима более эффективная защита, чем та, которую может
обеспечить коммутируемый UPS, следует использовать автономные UPS
Автономный UPS получает напряжение от внешней сети, преобразует его
и подает на аккумулятор, а затем повторно преобразует, после чего подает
сетевое напряжение на устройства потребителя (рис.11.6). Возникающие
в первичной сети перенапряжения портят аккумулятор, но не сервер. В
то же время, пока сетевое напряжение есть, аккумулятор подзаряжается.
Поскольку компьютер всегда питается от аккумулятора, при отключении
внешнего напряжения задержки в подаче напряжения даже на 4 мс нет.
Однако теперь электрическая энергия уже не поступает в аккумулятор, так что
компьютер будет работать только до тех пор, пока аккумулятор не разрядится
Рис. 11.6. Автономный источник питания
Выбор UPS
Что же выбрать" SPS или UPS? Это зависит от того, что вам нужно.
Устройства обоих типов в последнее время значительно подешевели. Но,
хотя автономный UPS дороже, желательно все же приобрести именно его,
если вы хотите обеспечить своим устройствам комфортные условия. Цена
устройства зависит от емкости аккумулятора и мощности. Ориентировочно
SPS обойдется вам в несколько сотен долларов, а автономный UPS —
несколько тысяч.
Какие устройства следует подключать к такому источнику питания?
В серверах желательно защитить не только компьютер, но и монитор,
поскольку, если вам понадобится корректно завершить работу сервера, без
монитора не обойтись. Не стоит защищать все устройства, поскольку это
ускорит разрядку аккумулятора. Никогда не защищайте лазерный принтер,
поскольку он потребляет большой ток и практически мгновенно разрядит
аккумулятор.
А как быть с клиентными машинами? Еще недавно считалось непрак-
тичным защищать клиентные машины. Однако в последнее время источники
бесперебойного питания (как и многое другое) значительно подешевели.
Можно приобрести переключаемый источник электропитания всего за 100 $.
Возможно, имеет смысл потратить эти деньги, чтобы спасти данные при
внезапном отключении электроэнергии.
Выводы.
В этой лекции рассмотрены основные элементы оборудования, исполь-
зуемого практически во всех серверах. Попутно обсуждались некоторые
технологии, которые следует использовать в серверах.
Подводя итог, я рекомендую для построения сервера использовать следующее.
• Быстродействующий процессор со встроенной кэш-памятью большой емкости.
• Материнскую плату с шиной PCI.
• Память SDRAM (объемом не менее 64 Мбайт: чем больше компьютеров в сети, тем больше требуется памяти).
• Для подключения внешних устройств установить хост-адаптер SCSI.
• Дешевый монитор с минимальными допустимыми характеристиками.
• Источник бесперебойного питания.
Воспользовавшись этими компонентами, вы создадите сервер, соот-
ветствующий запросам большинства клиентов вашей сети. Конечно, к
некоторым серверам предъявляются специфические требования, основанные
на назначении сервера.
Упражнение к лекции 11
1. Где находится кэш L1 и каково его назначение?
2. Что в современных компьютерах работает быстрее: процессор или оперативная память? Почему?
3. Платы ISA работают с тактовой частотой ____МГц, в то время как платы PCI работают с тактовой частотой ____МГц.
4. В настоящее время самая быстрая оперативная память, которую можно найти в продаже, называется
A. EDO.
В. SDRAM.
С. FPM RAM.
D. RDRAM.
5. Заполните пустые места в таблице, взятой из этой главы.
|
Тип SCSI |
Описание |
|
SCSI-2 |
Используется 50-штыревой разъем, -битовая шина, |
|
обеспечивается скорость передачи данных 4 Мбит/с |
|
|
Wide SCSI |
Используется -штыревой разъем и 16-битовая шина |
|
Аналогичен обычному SCSI-интерфейсу, но тактовая |
|
|
частота повышена в двое; обеспечивается скорость пере- |
|
|
дачи данных 10 Мбит/с |
|
|
Fast and Wide |
Объединяет в себе 16-битовую шину интерфейса Wide |
|
SCSI |
SCSI и тактовую частоту интерфейса, обеспечивает |
|
скорость передачи данных Мбит/с |
|
|
Ultra Wide |
Используется 16-битовая шина и обеспечивается скорость |
|
SCSI/SCSI-3 |
передачи данных Мбит/с |
|
Использует 8-битовую шину, но поддерживает скорость |
|
|
передачи данных 20 Мбит/с |
|
|
Ultra2 SCSI |
Используется -битовая шина и обеспечивается скорость |
|
передачи данных 40 Мбит/с |
|
|
Используется 16-битовая шина и обеспечивается скорость |
|
|
передачи данных 80 Мбит/с |
6. Поясните различие между автономным UPS и переключаемым UPS.