《深入浅出计算机组成原理》专栏阅读笔记之存储于IO系统(二)

文章目录

    • 输入输出设备
    • 海明码
    • 分布式计算

输入输出设备

  • 机械硬盘的硬件,主要由盘面、磁头和悬臂三部分组成。我们的数据在盘面上的位置,可以通过磁道、扇区和柱面来定位。实际的一次对于硬盘的访问,需要把盘面旋转到某一个“几何扇区”,对准悬臂的位置。然后,悬臂通过寻道,把磁头放到我们实际要读取的扇区上。受制于机械硬盘的结构,我们对于随机数据的访问速度,就要包含旋转盘面的平均延时和移动悬臂的寻道时间。通过这两个时间,我们能计算出机械硬盘的 IOPS。

《深入浅出计算机组成原理》专栏阅读笔记之存储于IO系统(二)_第1张图片

  • DMA 技术,也就是直接内存访问(Direct Memory Access)技术,来减少 CPU 等待的时间。

  • DMA 技术就是我们在主板上放一块独立的芯片。在进行内存和 I/O 设备的数据传输的时候,我们不再通过 CPU 来控制数据传输,而直接通过DMA 控制器(DMA Controller,简称 DMAC)。这块芯片,我们可以认为它其实就是一个协处理器(Co-Processor)。

  • DMAC 最有价值的地方体现在,当我们要传输的数据特别大、速度特别快,或者传输的数据特别小、速度特别慢的时候。

  • 总线上的设备呢,其实有两种类型。一种我们称之为主设备(Master),另外一种,我们称之为从设备(Slave)。

海明码

  • 通过在数据中添加多个冗余的校验码位,海明码不仅能够检测到数据中的错误,还能够在只有单个位的数据出错的时候,把错误的一位纠正过来。在理解和计算海明码的过程中,有一个很重要的点,就是不仅原来的数据位可能出错。我们新添加的校验位,一样可能会出现单比特翻转的错误。这也是为什么,7 位数据位用 3 位校验码位是不够的,而需要 4 位校验码位。

  • 实际的海明码编码的过程也并不复杂,我们通过用不同过的校验位,去匹配多个不同的数据组,确保任何一个数据位出错,都会产生一个多个校验码位出错的唯一组合。这样,在出错的时候,我们就可以反过来找到出错的数据位,并纠正过来。当只有一个校验码位出错的时候,我们就知道实际出错的是校验码位了。

分布式计算

  • 一台计算机在数据中心里是不够的。因为如果只有一台计算机,我们会遇到三个核心问题。第一个核心问题,叫作垂直扩展和水平扩展的选择问题,第二问题叫作如何保持高可用性(High Availability),第三个问题叫作一致性问题(Consistency)。

  • 单核心的服务器的性能有点不够用了。第一个选择是升级现在这台服务器的硬件,变成 2 个 CPU 核心、7.5G 内存。这样的选择我们称之为垂直扩展(Scale Up)。第二个选择则是我们再租用一台和之前一样的服务器。于是,我们有了 2 台 1 个 CPU 核心、3.75G 内存的服务器。这样的选择我们称之为水平扩展(Scale Out)。

  • 一旦开始采用水平扩展,我们就会面临在软件层面改造的问题了。也就是我们需要开始进行分布式计算了。我们需要引入负载均衡(Load Balancer)这样的组件,来进行流量分配。我们需要拆分应用服务器和数据库服务器,来进行垂直功能的切分。我们也需要不同的应用之间通过消息队列,来进行异步任务的执行。
    《深入浅出计算机组成原理》专栏阅读笔记之存储于IO系统(二)_第2张图片

任何一台服务器出错了,整个系统就没法用了。这个问题就叫作单点故障问题(Single Point of Failure,SPOF)

  • 解决单点故障问题,第一点就是要移除单点。其实移除单点最典型的场景,在我们水平扩展应用服务器的时候就已经看到了,那就是让两台服务器提供相同的功能,然后通过负载均衡把流量分发到两台不同的服务器去。即使一台服务器挂了,还有一台服务器可以正常提供服务。

你知道的越多,你不知道的越多。
有道无术,术尚可求,有术无道,止于术。
如有其它问题,欢迎大家留言,我们一起讨论,一起学习,一起进步

你可能感兴趣的:(读书笔记,#,计算机组成原理,计算机组成原理)