1.2. Декодування

 

Зворотність декодування забезпечується завдяки префіксній структурі коду. Перша кодова комбінація OLD_Code, яка надійшла, завжди є кодом поодинокого символу. Вона без змін видається на вихід декодера. Потім вводиться нове кодове слово NEW_Code, яке для подальшого використання при формування нового рядка зберігається як NEX_Code. Якщо NEW_Code відображає розширений рядок PREFIX+CHARACTER, то на вихід декодеру видається символ розширення CHARACTER, а префікс знов аналізується. Ця операція повторюється до тих пір, поки префікс не буде представлений поодиноким символом CHARACTER. Потім в таблиці рядків декодеру утворюється новий рядок шляхом поєднання першої комбінації  OLD_Code з останнім ідентифікованим символом, а нове кодове слово NEX_Code стає для наступного циклу старим кодом OLD_Code. Далі береться наступна комбінація і процедура повторюється.

 

Приклад

Декодування послідовності, отриманої в попередньому прикладі.

                     

Недолік алгоритму – зворотний порядок символів рядка, який обробляється. Це легко подолати, якщо записувати їх до стеку, а потім видавати в потрібній послідовності. 

Ще один недолік – збій процедури декодування, якщо вихідні дані містять групи символів, які повторюються, типу CsCsCs (C – поодинокий символ, s – рядок), причому рядок Cs вже є в таблиці кодера. В наступному прикладі декодер не може декодувати групу АВСА (262), тому що її немає в таблиці. В цьому спеціальному випадку деко дер може використати попередню комбінацію, тобто NEW_Code= OLD_Code.

 

Приклад

АВСАВСАВСАВСАВСАВС...

                        

СПОСОБИ КОДУВАННЯ ДАНИХ НА ЖОРСТКОМУ ДИСКУ

 

Мета роботи: вивчити теоретичні основи кодування даних на магнітному носії; дослідити алгоритми кодування з частотною модуляцією, NRZ (FM), MFM і 2.7 RLL.

 

1. Теоретичні відомості

 

1.1. Розмір біта даних на магнітному носії

 

Біти даних записуються у вигляді елементів намагніченості магнітних полів – так званих магнітних тригерів, які розташовані вздовж доріжок і орієнтовані вперед або назад. Спрощено можна вважати, що ширина біта дорівнює ширині головки зчитування-запису. На довжину біта впливають багато факторів, серед яких найважливішими є два. По-перше, є певне обмеження щодо близькості переходів магнітного поля уздовж доріжки. По-друге,  для зберігання одного біту інформації може знадобитися більше ніж довжина одного переходу l_тр (магнітного тригера). Саме це і визначає спосіб кодування.

 

1.2. Способи кодування даних

 

На рисунку 5.1 показано розташування зон намагніченості та графік зміни сили магнітного поля, якщо припустити, що кожний біт представлений одним магнітним тригером. Але в цьому випадку є неможливим зчитування даних, тому що магнітне поле не змінюється на ділянках, що відповідають ідентичним бітам.

                    

1.2.1. Імпульсний підхід

Просте рішення полягає у тому, що „1” буде відповідати двосторонній імпульс, а „0” – відсутність імпульсу. Крім того, між бітами треба ввести додаткові імпульси синхронізації (аналогічні двійковим „1”).  На рисунку 5.2 показано діаграми сили магнітного поля для байту даних 11001010 при  різних способах кодування. На рисунку 5.2,а представлено даний підхід, який можна розглядати також як двосторонню частотну модуляцію, оскільки „1” і „0” представлені прямокутними імпульсами різної частоти. Для представлення одного біту потрібно 4 магнітних тригера.

                                  

а) Імпульсний підхід;

б) Частотна модуляція без повернення до нуля (NRZ);

в) Модифікована частотна модуляція (MFM);

г) Імпульси зчитування при модифікованій частотній модуляції;

д) RLL-кодування

 

1.2.2. Частотна модуляція без повернення до нуля

Найпростішій метод збільшення густини запису полягає у тому, щоби при зчитуванні ігнорувати направлення кожного переходу намагніченості і враховувати кожний перехід як значущий. Якщо порівняти діаграму 5.2,а з діаграмою 5.2,б  (частотна модуляція без повернення до нуля, NRZ, або просто частотна модуляція, FM), то видно, що при переході сигналу від мінуса до плюса, FM сигнал міняється вверх або вниз, а при переході від плюса до мінуса, ніяких змін не відбувається. Для представлення одного біту потрібно 2 магнітних тригера.

 

1.2.3. Модифікована частотна модуляція

Правило модифікованої частотної модуляції, MFM (рисунок 5.2,в), формулюється таким чином: в FM сигналі убрати всі імпульси синхронізації, за винятком випадку, коли даний та попередній біт є нулями. Всі бітові комірки, які зберігають одиниці, та сусідні комірки розташовані досить близько від переходів намагніченості, і тому для синхронізації не потрібні додаткові переходи. При зчитуванні (рисунок 5.2,г) імпульс на початку бітової комірки інтерпретується як імпульс синхронізації між двома „0”, а сигнал в середині комірки означає „1”. Для представлення одного біту потрібно 1 магнітний тригер.

 

1.2.4. RLL-кодування

RLL-кодування використовує два обмеження на набори переходів намагніченості. По-перше, проміжки між переходами не мають бути менше, ніж довжина магнітного тригеру. По-друге, ці проміжки не повинні бути занадто довгими, щоб контролер не втратив синхронізацію.  Переходи відбуваються на початку або серединах бітових комірок. Дані аналізуються групами бітів, які перетворюються у відповідну послідовність переходів та відсутності переходів. Далі позначимо перехід як Т, а відсутність переходу – О. Т та О займають точно половину бітової комірки.

В 2.7 RLL-кодуванні (рисунок 5.2,д) послідовності Т та О необхідно вибрати таким чином, щоби, незалежно від вихідних даних, було не менше 2 та не більше 7 О між двома будь-якими Т. На рисунку 5.3 показаний алгоритм формування послідовностей О і Т. При цьому бітова комірка скорочується до 2/3 магнітного тригера, тобто магнітний тригер утримує 1.5 біта.

                       

ВИСНОВКИ : Тестування проводилося програмами CPU-Z та EVEREST. Обидві програми показують одинакові значення. Але EVEREST не виводить деяких параметрів (сімейство, модель, модифікація). Також проведено тестування кеш-пам’яті процесора програмою Cache Burst 32.Зміна частоти даного процесора обумовлення підтримкою енергозберігаючої технології Intel Speed Step Technology, суть якої полягає в зміні множника центрального процесора (мінімальне значення 6, максимальне 11). Також зменшується напруга ядра до певної мінімальної межі для того, щоб зменшити тепловиділення. Як наслідок зменшується споживана потужність процесора. Це можна пояснити за допомогою формули P = TDP * K(f) * K(v). FLOPS (Floating point OPerations per Second) - одиниця, що використовується для вимірювання продуктивності комп'ютерів, що показує, скільки операцій з плаваючою комою в секунду виконує дана обчислювальна система. MIPS (Million Instructions Per Second) — одиниця вимірювання швидкодії, що рівна одному мільйону інструкцій в секунду. Як правило ця одиниця показує скільки мільйонів інструкцій в секунду виконує процесор в синтетичних тестах. Різниця між тестами Whetstone та Dhrystone полягає в тому, що перший тест вимірює продуктивність процесора в операціях з плаваючою комою. Другий аналогічний бенчмарк призначений для цілих чисел і операцій із стрічкою. Основним методом підвищення швидкодії існуючого ЦП – це розгін. Тобто збільшення тактової частоти процесора, за рахунок збільшення реальної частоти шини, а також напруги живлення ядра процесора. В результаті збільшення частоти шини, збільшується її ефективна частота та пропускна здатність, частота процесора та пропускна здатність кеш-пам’яті, збільшується частота ОЗП ( якщо не фіксована). Якщо ж частота ОЗП фіксована, то в результаті зменшується час доступу. Технологічні норми впливають переважно на швидкодію процесора, за рахунок розміщення більшої кількості транзисторів на тій самій площі кристала. Тобто зменшення розміру транзистора призвело до збільшення їх кількості. Також техпроцес безпосередньо позитивно впливає і на споживану потужність та розсіювану потужність TDP, процесором. Для прикладу процесори, виготовлені по 32 нм технології виділяють менше тепла та менше споживають за процесори, що виготовлені по 65 нм технології.

Програмою SiSoft Sandra було визначено: тип пам’яті, кількість банків, частоту шини пам’яті, максимальну перепускну спроможність, частоту FSB, швидкісні показники виконання різних операцій. Також було встановлено, що частота шини процесора безпосередньо впливає на частоту оперативної пам’яті. Застосування SRAM не обмежується кеш-пам’яттю персональних комп'ютерів. Вона використовується також як буферна пам'ять в HDD, CD-ROM, DVD-ROM приводах і т.д. Але існують системи, що потребують значної швидкодії з напруженим інформаційним трафіком. Для вказівки, яка саме частина адреси передається у визначений момент часу, служать два допоміжних сигнали - RAS (Row Address Strobe ‒ строб рядка), і CAS (Column Address Strobe ‒ строб колонки).

Стандарт ATA передбачає наступні стандарти АТА/66, АТА/100 і АТА/133 з пропускною здатністю 66, 100 або 133 МБ/ відповідно. Сучасні жорсткі диски використовують іниерфейси Serial ATA (2400 Мбіт/с), SCSI (Small Computer System Interface, 2560 Мбіт/с), FireWire (до 800 Мбіт/с), ін. Жорсткий диск зберігає інформацію фіксованими порціями, які називаються секторами. Сектор є найменшою порцією даних, що має унікальну адресу і розташування на магнітному диску. Обмін інформацією з жорстким диском припускає вказівку адреси як параметр команди. Використовувана в жорстких дисках лінійна адресація отримала назву LBA (Logical Block Addressing) - логічна лінійна адресація. При отриманні команди жорсткий диск транслює адресу LBA в фізичну адресу сектора, тобто номер циліндра, головки і сектора (CHS - Cylinder Head Sector).

Загальну швидкодію системи в цілому визначають безліч факторів. Насамперед це швидкодія процесора, яка у загальному визначається тактовою частотою, кількістю ядер та потоків, об’ємом кеш пам’яті L1, L2, L3. Також швидкодія залежить і від типу та швидкості ОЗП, материнської плати, швидкості жорсткого диска, графічної підсистеми. Материнські плати характеризують такі тактові частоти як, частота шини, що зв’язує ЦП та ОЗП, а також частота шини PCI-E. Змінити частоти даних шин в BIOS чи за допомогою утиліт можливо, лише у тому випадку, коли конкретна материнська плата підтримує функції розгону. Серед плюсів вбудованої графіки та звуку можна сказати те, що наприклад в ноутбуках вони споживають менше енергії, відповідно цим впливають на тривалість роботи ноутбука, що живиться від АКБ. Але мінусами вбудованої графіки є низька швидкодія, яка значно поступається дискретним графічним картам, а також висока робоча температура при тривалому навантаженні. Апаратний моніторинг ПК проводиться для того, щоб в режимі реально часу отримувати інформацію про внутрішній стан системи, а саме про температурні характеристики північного моста материнської плати, центрального процесора, графічної карти, жорсткого диска. Порушення нормального температурного режиму центрального процесора призводить до так званого «Тротлінгу», тобто процесор при перегріві та одночасному максимальному навантаженні починає пропускати такти, а також для захисту зменшує тактову частоту.