RAID 5 - Striping Array with Rotating Parity

Рис. 4. Уровень RAID 5

В этом классе дисковых подсистем (рис. 4) также применяется техника расщепления, причем не только для основных данных, но и для информации о контрольных суммах, что позволяет выполнять несколько операций записи одновременно. Этот уровень отличается от RAID 3 большим размером блока записываемых данных. Размещение избыточной информации повышает производительность дискового массива. Массивы RAID 5 ориентированы на напряженную работу с дисками и хорошо подходят для многопользовательских систем. При грамотном планировании операций записи здесь можно параллельно обрабатывать до N/2 блоков, где N - число дисков в группе. Минимальноечислодисков - три.

RAID 6 - Independent Data Disks with Two Independent Distributed Parity Schemes

Это расширенный вариант RAID 5, в котором предусмотрен двойной контроль четности хранимой информации. Для хранения контрольной информации требуется два диска. Разработанная для критически важных приложений архитектура RAID 6 имеет очень низкую производительность записи, что обусловлено необходимостью расчета дополнительных контрольных сумм. Данные разбиваются на блочном уровне (как в RAID 5), но в дополнение к предыдущей архитектуре здесь используется вторая схема для повышения отказоустойчивости - такая архитектура устойчива к двойным отказам. Однако при выполнении логической записи реально происходит шесть обращений к диску, что сильно увеличивает время обработки одного запроса. Минимальноечислодисковравночетырем.

RAID 7 - Optimized Asynchrony for High I/O Rates as well as High Data Transfer Rates

Логотип RAID 7 - зарегистрированная торговая марка Storage Computer Corporation. Данное решение отличается от остальных уровней RAID тем, что предполагает асинхронность работы компонентов (включая канал связи с хост-машиной) и независимость управления ими. По этой причине контроллер системы RAID 7 должен работать под управлением ОС реального времени. Такие системы обладают более высокой производительностью по сравнению с массивами RAID других уровней. В них данные распределяются по информационным дискам, а контрольная информация хранится на отдельном диске. С целью повышения производительности операции чтения и записи централизованно кэшируются. Чтобы не потерять содержимое кэш-памяти во время сбоев по питанию, систему RAID 7 следует подключать к ИБП. Одно из существенных преимуществ данного решения - высокая скорость передачи данных и обработки запросов. Минимальное число дисков равно двенадцати.

Комбинированные уровни

Рис. 5. Уровень RAID 0+1.

На уровне RAID 0/1 (0+1) (рис. 5) используется комбинация методов расщепления данных и зеркалирования. Иными словами, скоростные преимущества RAID 0 объединяются с надежностью, присущей RAID 1. Схема используется обычно для небольших объемов критичных данных, которые нужно обрабатывать с высокой производительностью. Минимальное число дисков равно четырем.

Рис. 6. Уровень RAID 10.

Уровень RAID 10 (рис. 6) позволяет создать отказоустойчивый массив с дублированием и параллельной обработкой. Эта архитектура являет собой массив типа RAID 0, сегментами которого служат массивы RAID 1. Он объединяет в себе очень высокую отказоустойчивость и производительность. К недостаткам можно отнести весьма высокую стоимость и ограниченные возможности масштабирования.

Уровень RAID 30 определяет отказоустойчивый массив с параллельной передачей данных и повышенной производительностью. Он представляет собой массив типа RAID 0, сегментами которого служат массивы RAID 3, - это дает высокую отказоустойчивость в сочетании с высокой производительностью. Обычно RAID 30 используется для приложений, требующих последовательной передачи данных больших объемов. К недостаткам также относятся высокая стоимость и ограниченное масштабирование.

Для создания отказоустойчивого массива с распределенным контролем четности и повышенной производительностью предлагается уровень RAID 50. Он являет собой массив типа RAID 0, сегментами которого служат массивы RAID 5. Схема ориентирована на приложения с большой интенсивностью запросов и высокой скоростью передачи данных. Недостатки - те же, что и у предыдущих уровней.

 

 

 

45. Ассоциативные запоминающие устройства

 

Всовременных вычислительных системах широкоиспользуются операция поиска информации [Пуск\Поиск Ф и П, Word - Найти и заменить и др.]. При использовании обычной памяти с адресным принципом доступа к данным эта операция занимает много времени, поскольку операнды считываются из памяти поочередно (последовательно), после чего над каждым операндом производится операция сравнения. Это обстоятельство является фактором, увеличивающим время поиска.

 Решение проблемы заключается в том, чтобы эти операции выполнялись одновременно (параллельно). Принцип ассоциативного поиска поясняет рисунок 1.

 

 

 

Рисунок 1- Принцип ассоциативного поиска информации

 

С целью ускорения поиска данных используется адресация по содержанию, которая осуществляется путем одновременного (параллельного) доступа ко всем ячейкам памяти. Сущность принципа адресации по содержанию заключается в следующем (см. рисунок 1).

Имеется массив данных емкостью N слов. Требуется найти в массиве все слова, которые начинаются с символа "А" и кончаются символом "Н". В этом случае аргументом поиска (ключевым словом, компарандом) является слово А***Н, где значком * отмечены разряды, не влияющие на результат поиска.

Запоминающий массив на аппаратном уровне строится таким образом, что бы на выходе ячеек памяти, содержимое которых совпадает со значением поступившего аргумента поиска, появлялся сигнал - указатель совпадений. В дальнейшем по выработанным сигналам выполняется выборка содержимого тех ячеек памяти, в которых произошло совпадение.

В виду высокой стоимости и сложности технической реализации такого способа адресации, ассоциативная память используется не везде, а в технически обоснованных случаях, например, в устройствах буферизации данных при выполнении обменных операций (в КЭШ- памяти и подобных устройствах). АЗУ как и большинство оперативных ЗУ, являются энергозависимыми и реализуются в виде полупроводниковых микро­схем (наборов микросхем).

       Модуль памяти параллельного АЗУ организован таким образом, что на каждом такте работы аргумент поиска поступает параллельно во все ячейки памяти. В результате в модуле памяти АЗУ выполняется массовая операция сравнения содержимого ячеек памяти с аргументом поиска и установка - сигналов указателей о совпадении на выходе.

 

 

 

Выборка информации из АЗУ происходит следующим образом:

1. В регистр ас­социативных признаков РгАП из устройства управления передается образец для поис­ка— код признака искомой информации (иногда его называют компарандом).

2. Перед началом поиска информации в АЗУ все разряды регистра индикаторов адреса устанавливаются в состояние 1. После этого производится опрос первого разряда всех ячеек запоминающего массива и содержимое сравнивается с первым разрядом РгАП. Если содержимое первого разряда i-й ячейки не совпадает с содержимым перво­го разряда РгАП, то соответствующий этой ячейке разряд Регистра индикаторов адреса Т_i сбрасывается в состояние 0, если совпадает — разряд Т_iостается в со­стоянии 1.

Затем эта операция повторяется со вторым, третьим и последующими разрядами до тех пор, пока не будет произведено сравнение со всеми разрядами РгАП. 

Преимущества АЗУ перед адресными ЗУ: 

1. Время поиска информации в ЗМ по ассоциативному признаку зависит только от числа разрядов признака и скорости опроса разрядов, но совер­шенно не зависит от числа ячеек ЗМ.

2. Запись новой информации в ЗМ производится без указания номера ячейки. Обычно один из разрядов каждой ячейки используется для указания ее занятости, т. е. если ячейка свободна для записи, то в этом разряде записан 0, а если заня­та — 1.

3. Запоминающие элементы АЗУ в отличие от эле­ментов адресуемых ЗУ должны не только хранить информацию, но и выполнять определенные логические функции, поэтому позволяют осуществить поиск не только по равенству содержимого ячейки заданному признаку, но и по другим условиям: содержимое ячейки больше (меньше) компаранда, а также больше или равно (меньше или равно).

Недостаток: АЗУ имеют высокие сложность изготовления и стоимость, превышающие аналогичные показатели как динамических, так и статических ОЗУ.