Ответы на билеты по экзамену ВМС и СТК в МЭСИ
Ответы на билеты по экзамену ВМС и СТК в МЭСИ
№1. Основные тенденции развития ЭВМ (состав и соотношение технических и
программных средств, быстродействие, память, интеллектуальность)
Существуют три глобальных области применения ЭВМ:
1. Автоматизация вычислений
2. Применение ЭВМ в автоматизированных системах управления.
Новое направление потребовало изменение классической структуры фон Неймана.
Нужно было дополнительно автоматизировать сбор информации и распределение
результатов. ЭВМ стали подключать к каналам связи запаралелевались процессы
передачи и обработки информации. Появилась многогопрограмность, средства
изменения времени, системы прерываний и приоритетов.
3. Применение ЭВМ в личных целях для упрощения и сокращения рабочего
времени.
4. Решение задач искусственного интеллекта
С процессом развития человечества выдвигаются постепенно новые и новые
вычислительные задачи ( которые включают не только расчетные задачи),
соответственно возрастает требование к ЭВМ Улучшения ее характеристик таких
как память, быстродействие, интеллектуальность. Последнее особенно
востребовано в больших автоматизированных системах управления. В настоящее
время интеллектуальность реализуется путем использования совершенных
программных средств. Постоянно возрастает повышенное требование к
увеличению объема хранения информации. Современные программные средства
требуют большого места как в оперативной памяти так и большого места на
постоянных носителях информации. Тенденции развития ЭВМ возрастают с
каждым годом. Прогресс развития ЭВМ, особенно в последние 10 лет, идет
очень быстрыми этапами. За последние два года типы процессоров сменяются
каждый полгода, увеличивается их производительность. Соответственно
меняются объемы носителей информацию Буквально 1,5 года назад 3 гигабайта
на жестких дисках считалась довольно внушительной цифрой, но сейчас эта
цифра очень мала, т.к на смену приходят носители с размером от 15 до 25
гигабайт. Цены на различны компоненты да и на сами ЭВМ в сборе
соответственно падают с разработкой более новых конфигураций. С такой
скоростью прогресса производители программного обеспечения просто не
поспевают и порой, программное обеспечение отстает от прогресса технических
средств. Крупная корпорация Интел в последнее время стала задумываться, а
не снизить ли темпы разработок новых поколений процессоров, до того как
производители ПО догонят в полной мере технические средства.
№2 Классификация средств ЭВТ (понятие машинного парка, соотношение типов
ЭВМ)
Для различных типов задач нужна соответственно и различная вычислительная
техника. Поэтому рынок компьютеров постоянно имеет широкую градацию классов
и моделей ЭВМ. Фирмы-производители средств ВТ очень внимательно отслеживают
состояние рынка ЭВМ. Они не просто констатируют отдельные факты и
тенденции, а стремятся активно воздействовать на них и опережать
потребности потребителей. Так, например, фирма IBM, выпускающая примерно
80% мирового машинного «парка», в настоящее время выпускает в основном
четыре класса компьютеров, перекрывая ими широкий класс задач
пользователей.
- СуперЭВМ для решения крупномасштабных вычислительных задач, для
обслуживания крупнейших информационных банков данных (150-200 штук).
- Большие ЭВМ для комплектования ведомственных, территориальных и
региональных вычислительных центров. (2500)
- Средние ЭВМ широкого назначения для управления - сложными
технологическими производственными процессами. ЭВМ этого типа могут
использоваться и для управления распределенной обработкой информации в
качестве сетевых серверов. (25000)
- Персональные и профессиональные ЭВМ, позволяющие удовлетворять
индивидуальные потребности пользователей. На базе этого класса ЭВМ
строятся автоматизированные рабочие места (АРМ) для специалистов
различного уровня. (миллионы)
- Также в последнее время появилось понятие как сетевой компьютер. Он может
иметь небольшое быстродействие. Но принцип вычислений строится на передачи
данных по сети вычислительному компьютеру и получение уже готовых
результатов.
Понятие машинного парка можно определить как совукупность различных
типов ЭВМ внутри отдельного взятого комплекса (например страны).
№3 Обобщенная структура ЭВМ. Состав и назначение устройств. Принцип работы.
Основным принципом построения всех современных ЭВМ является программное
управление. В основе его лежит представление алгоритма решения любой задачи
в виде программы вычислений.
Классическая структура ЭВМ полностью соответствует последовательному методу
выполнения команд программы и состоит из
[pic]
В любой ЭВМ имеются устройства ввода информации (УВв), с помощью которых
пользователи вводят в ЭВМ программы решаемых задач и данные к ним.
При вычислении программа выполняет последовательность операций :
Устройство управления расшифровывает очередную команду и настраивает АЛУ
на выполнение операции. Одновременно определяются адреса операндов, которые
вызываются в АЛУ для обработки.
Таким образом команда за командой обрабатываются программы. Результат
обработки через ОЗУ отсылается в Увыв (с целью фиксации и представлению
пользователю)
Выполнение каждой команды осуществляется в несколько этапов:
- Формирование адреса
- Выборка из памяти команды
- Расшифровка и выборка операндов
- Выполнение операций
- Отсылка результатов
За каждый этап отвечает определенный блок. Все современные машины имеют
совмещение операций, при котором все блоки работают параллельно,
одновременно.
При использования файла в вычислительном процессе его содержимое
переноситься в ОЗУ. Затем программная информация команда за командой
считывается в устройство управления (УУ). Устройство управления
предназначается для автоматического выполнения программ путем
принудительной координации всех остальных устройств ЭВМ. АЛУ выполняет
арифметические и логические операции над данными. Оно каждый раз
перенастраивается на выполнение очередной операции. Результаты выполнения
отдельных операций сохраняются для последующего использования на одном из
регистров АЛУ или записываются в память. Потом результаты вычислений
подаются на устройства вывода информации(дисплей, принтер и т.д.)
В последующем сильно связанные устройства АЛУ и УУ получили название
процессор, т.е. устройство для обработки данных. Совмещение операций
позволяет значительно повесить быстродействие.
Такой конвейер характерен для линейных участков программы. Команды
ветвления (условного и безусловного переходов) прерывают конвейер,
снижается быстродействие.
В машинах Pentium для ликвидации разрывов используются блоки предсказания
ветвлений и запуска двух конвейеров с последующем отсечением одного из них.
В реальных вычислениях линейные участки программ занимают 10-30 команд.
№4. Эволюция структур вычислительных машин. Кризис классической структуры
ЭВМ.
[pic]
Уже в первых ЭВМ для увеличения их производительности широко
применялось совмещение операций. При этом последовательные фазы выполнения
отдельных команд программы (формирование адресов операндов, выборка
операндов, выполнение операции, отсылка результата) выполнялись отдельными
функциональными блоками. В своей работе они образовывали своеобразный
конвейер, а их параллельная работа позволяла обрабатывать различные фазы
целого блока команд. Этот принцип получил дальнейшее развитие в ЭВМ
следующих поколений. Но все же первые ЭВМ имели очень сильную централизацию
управления, единые стандарты форматов команд и данных, «жесткое» построение
циклов выполнения отдельных операций, что во многом объясняется
ограниченными возможностями используемой в них элементной базы. Центральное
УУ обслуживало не только вычислительные операции, но и операции ввода-
вывода, пересылок данных между ЗУ и др. Все это позволяло в какой-то
степени упростить аппаратуру ЭВМ, но сильно сдерживало рост их
производительности.
В ЭВМ третьего поколения произошло усложнение структуры за счет разделения
процессов ввода-вывода информации и ее обработки
[pic]
Сильно связанные устройства АЛУ и УУ получили название процессор, т.е.
устройство, предназначенное для обработки данных. В схеме ЭВМ появились
также дополнительные устройства, которые имели названия: процессоры ввода-
вывода, устройства управления обменом информацией, каналы ввода-вывода
(КВВ). Последнее название получило наибольшее распространение применительно
к большим ЭВМ. Здесь наметилась тенденция к децентрализации управления и
параллельной работе отдельных устройств, что позволило резко повысить
быстродействие ЭВМ в целом.
Среди каналов ввода-вывода выделяли мультиплексные каналы, способные
обслуживать большое количество медленно работающих устройств ввода-вывода
(УВВ), и селекторные каналы, обслуживающие в многоканальных режимах
скоростные внешние запоминающие устройства (ВЗУ).
В персональных ЭВМ, относящихся к ЭВМ четвертого поколения, произошло
дальнейшее изменение структуры (см рис.). Они унаследовали ее от мини-ЭВМ.
[pic] Соединение всех устройств в единую машину обеспечивается с помощью
общей шины, представляющей собой линии передачи данных, адресов, сигналов
управления и питания. Единая система аппаратурных соединений значительно
упростила структуру, сделав ее еще более децентрализованной. Все передачи
данных по шине осуществляются под управлением сервисных программ.
Ядро ПЭВМ образуют процессор и основная память (ОП), состоящая из
оперативной памяти и постоянного запоминающего устройства (ПЗУ). ПЗУ
предназначается для записи и постоянного хранения наиболее часто
используемых программ управления. Подключение всех внешних устройств (ВнУ),
дисплея, клавиатуры, внешних ЗУ и других обеспечивается через
соответствующие адаптеры - соглосователи скоростей работы сопрягаемых
устройств или контроллеры - специальные устройства управления периферийной
аппаратурой. Контроллеры в ПЭВМ играют роль каналов ввода-вывода. В
качестве особых устройств следует выделить таймер - устройство измерения
времени и контроллер прямого доступа к памяти (КПД) - устройство,
обеспечивающее доступ к ОП, минуя процессор.
Способ формирования структуры ПЭВМ является достаточно логичным и
естественным стандартом для данного класса ЭВМ.
Децентрализация построения и управления вызвала к жизни такие элементы,
которые являются общим стандартом структур современных ЭВМ: модульность
построения, магистральность, иерархия управления.
Как видно из полувековой истории развития ЭВТ дала не очень широкий спектр
основных структур ЭВМ. Все приведенные структуры не выходят за пределы
класической структуры фон Неймана. Их объединяют след. традиционные
признаки:
• ядро ЭВМ образует процессор - единственный вычислитель в структуре,
дополненный каналами обмена информацией и памятью.
• линейная организация ячеек всех видов памяти фиксированного размера;
• одноуровневая адресация ячеек памяти, стирающая различия между всеми
типами информации;
• внутренний машинный язык низкого уровня, при котором команды содержат
элементарные операции преобразования простых операндов;
• последовательное централизованное управление вычислениями;
• достаточно примитивные возможности устройств ввода-вывода. Несмотря на
все достигнутые успехи, классическая структура ЭВМ не обеспечивает
возможностей дальнейшего увеличения производительности. Наметился кризис,
обусловленный рядом существенных недостатков:
• плохо развитые средства обработки нечисловых данных (структуры,
символы, предложения, графические образы, звук, очень большие массивы
данных и др.);
• несоответствие машинных операций операторам языков высокого уровня;
• примитивная организация памяти ЭВМ;
• низкая эффективность ЭВМ при решении задач, допускающих
параллельную обработку и т.п.
Все эти недостатки приводят к чрезмерному усложнению комплекса программных
средств, используемого для подготовки и решения задач пользователей.
№.5 Принцип программного управления ЭВМ.
Основным принципом построения всех современных ЭВМ является программное
управление. В основе его лежит представление алгоритма решения любой задачи
в виде программы вычислений.
.Принцип программного управления может быть осуществлен различными
способами. Стандартом для построения практически всех ЭВМ стал способ,
описанный Дж. фон Нейманом в 1945 г. при построении еще первых образцов
ЭВМ. Суть его заключается в следующем.
Все вычисления, предписанные алгоритмом решения задачи, должны быть
представлены в виде программы, состоящей из последовательности управляющих
слов-команд. Каждая команда содержит указания на конкретную выполняемую
операцию, место нахождения (адреса) операндов и ряд служебных признаков.
Операнды - переменные, значения которых участвуют в операциях
преобразования данных. Список (массив) всех переменных (входных данных,
промежуточных значений и результатов вычислений) является еще одним
неотъемлемым элементом любой программы.
Для доступа к программам, командам и операндам используются их адреса. В
качестве адресов выступают номера ячеек памяти ЭВМ, предназначенных для
хранения объектов. Информация ( командная и данные: числовая, текстовая,
графическая и т.п.) кодируется двоичными цифрами 0 и 1. Поэтому различные
типы информации, размещенные в памяти ЭВМ, практически неразличимы,
идентификация их возможна лишь при выполнении программы, согласно ее
логике, по контексту.
Каждый тип информации имеет форматы - структурные единицы информации,
закодированные двоичными цифрами 0 и 1. Обычно все форматы данных,
используемые в ЭВМ, кратны байту, т.е. состоят из целого числа байтов.
Последовательность битов в формате, имеющая определенный смысл, называется
полем. Например, в каждой команде программы различают поле кода операций,
поле адресов операндов. Применительно к числовой информации выделяют
знаковые разряды, поле значащих разрядов чисел, старшие и младшие разряды.
Последовательность, состоящая из определенного принятого для данной ЭВМ
числа байтов, называется словом. Для больших ЭВМ размер слова составляет
четыре байта, для ПЭВМ - два байта. В качестве структурных элементов
информации различают также полуслово, двойное слово и др.
В любой ЭВМ имеются устройства ввода информации (УВв), с помощью
которых пользователи вводят в ЭВМ программы решаемых задач и данные к ним.
Введенная информация полностью или частично сначала запоминается в
оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ), а затем переносится во внешнее
запоминающее устройство (ВЗУ), предназначенное для длительного хранения
информации, где преобразуется в специальный программный объект - файл.
При использовании файла в вычислительном процессе его содержимое
переносится в ОЗУ. Затем программная информация команда за командой
считывается в устройство управления (УУ).
Устройство управления предназначается для автоматического выполнения
программ путем принудительной координации всех остальных устройств ЭВМ.
Вызываемые из ОЗУ команды дешифрируются устройством управления:
- определяются код операции, которую необходимо выполнить следующей, и
адреса операндов, принимающих участие в данной операции.
В зависимости от количества используемых в команде операндов различаются
одно-, двух-, трехадресные и безадресные команды. В одноадресных командах
указывается, где находится один из двух обрабатываемых операндов. Второй
операнд должен быть помещен заранее в арифметическое устройство (для этого
в систему команд вводятся специальные команды пересылки данных между
устройствами).
Двухадресные команды содержат указания о двух операндах, размещаемых в
памяти (или в регистрах и памяти). После выполнения команды в один из этих
адресов засылается результат, а находившийся там операнд теряется.
В трехадресных командах обычно два адреса указывают, где находятся исходные
операнды, а третий - куда необходимо поместить результат.
В безадресных командах обычно обрабатывается один операнд, который до и
после операции находится на одном из регистров арифметико-логического
устройства (АЛУ). Кроме того, безадресные команды используются для
выполнения служебных операций (очистить экран, заблокировать клавиатуру,
снять Блокировку и др.).
Все команды программы выполняются последовательно, команда за командой, в
том порядке, как они записаны в памяти ЭВМ (естественный порядок следования
команд). Этот порядок характерен для линейных программ, т.е. программ, не
содержащих разветвлений. Для организации ветвлений используются команды,
нарушающие естественный порядок следования команд. Отдельные признаки
,результатов r (r = 0, r < 0. r > 0 и др.,),устройство .управления
использует для изменения порядка выполнения команд программы.
№6. Принципы построения и развития элементной базы современных ЭВМ.
Все современные вычислительные машины строятся на комплексах (системах)
интегральных микросхем (ИС) (основу которых составляют большие и
сверхбольшие интегральные схемы).
Интегральные схемы имеют единый технологический принцип построения он
заключается в циклическом и послойном изготовлении частей электронных схем
по циклу программа - рисунок - схема: берется кремневая подложка
покрывается фоторезистором, по программам наносится рисунок (литография)
будущего слоя микросхемы. Затем рисунок протравливается, фиксируется,
закрепляется и изолируется от новых слоев и т.д. На основе этого создается
пространственная твердотельная структура. Например, СБИС типа Pentium
включает около трех с половиной миллионов транзисторов, размещаемых в
пятислойной структуре.
Степень микроминиатюризации, размер кристалла ИС, производительность и
стоимость технологии напрямую определяются типом литографии. До настоящего
времени доминирующей оставалась оптическая литография, т.е. послойные
рисунки на фоторезисторе микросхем наносились световым лучом. В настоящее
время ведущие компании, производящие микросхемы, реализуют кристаллы с
размерами примерно 400 мм2 - для процессоров (например, Pentium) и 200 мм2
- для схем памяти. Минимальный топологический размер (толщина линий) при
этом составляет 0,5 - 0,35 мкм. Для сравнения можно привести такой пример.
Толщина человеческого волоса составляет примерно 100 мкм. Значит, при таком
разрешении на толщине волоса могут вычерчивать более двухсот линий.
Дальнейшие достижения в микроэлектронике связываются с электронной
(лазерной), ионной и рентгеновской литографией. Это позволяет выйти на
размеры 0.25, 0.18 и даже 0.08мкм.
При таких высоких технологиях возникает целый ряд проблем. Микроскопическая
толщина линий, сравнимая с диаметром молекул, требует высокой чистоты
используемых и напыляемых материалов, применения вакуумных установок и
снижения рабочих температур. Действительно, достаточно попадания мельчайшей
пылинки при изготовлении микросхемы, как она попадает в брак. Поэтому новые
заводы по производству микросхем имеют уникальное оборудование, размещаемое
в чистых помещениях класса 1, микросхемы в которых транспортируются от
оборудования к оборудованию в замкнутых сверхчистых мини-атмосферах класса
1000. Мини-атмосфера создается, например, сверхчистым азотом или другим
инертным газом при давлении 10-4 Торр [З].
Уменьшение линейных размеров микросхем и повышение уровня их интеграции
заставляют проектировщиков искать средства борьбы с потребляемой Wn и
рассеиваемой Wp мощностью. При сокращении линейных размеров микросхем в 2
раза их объемы изменяются в 8 раз. Пропорционально этим цифрам должны
меняться и значения Wn и Wp, в противном случае схемы будут перегреваться и
выходить из строя. В настоящее время основой построения всех микросхем была
и остается КМОП-технология (комплиментарные схемы, т.е. совместно
использующие n- и р-переходы в транзисторах со структурой металл - окисел
-полупроводник).
Известно, что W=U*I. Напряжение питания современных микросхем составляет 5
- 3V. Появились схемы с напряжением питания 2,8V, что выходит за рамки
принятых стандартов. Дальнейшее понижение напряжения нежелательно, так как
всегда в электронных схемах должно быть обеспечено необходимое соотношение
сигнал-шум, гарантирующее устойчивую работу ЭВМ.
Протекание тока по микроскопическим проводникам сопряжено с выделением
большого количества тепла. Поэтому, создавая сверхбольшие интегральные
схемы, проектировщики вынуждены снижать тактовую частоту работы микросхем.
На рис.3.18 показано, что использование максимальных частот работы возможно
только в микросхемах малой и средней интеграции. Максимальная частота
[pic] доступна очень немногим материалам: кремнию Si, арсениду галлия GaAs
и некоторым другим. Поэтому они чаще всего и используются в качестве
подложек в микросхемах.
Таким образом, переход к конструированию ЭВМ на СБИС и ультра-СБИС должен
сопровождаться снижением тактовой частоты работы схемы. Дальнейший прогресс
в повышении производительности может быть обеспечен либо за счет
архитектурных решений, либо за счет новых принципов построения и работы
микросхем. Альтернативных путей развития просматривается не очень много.
Так как микросхемы СБИС не могут работать с высокой тактовой частотой, то в
ЭВМ будущих поколений их целесообразно комплексировать в системы. При этом
несколько СБИС должны работать параллельно, а слияние работ в системе
должно обеспечивать сверхскоростные ИС (ССИС), которые не могут иметь
высокой степени интеграции.
Большие исследования проводятся также в области использования явления
сверхпроводимости и туннельного эффекта - эффекта Джозефсона. Работа
микросхем при температурах, близких к абсолютному нулю (-273°С), позволяет
достигнуть максимальной частоты этом Wp=Wn=0. Очень интересны результаты по
использованию “теплой сверхпроводимости”. Оказывается, что для некоторых
материалов, в частности для солей бария,+кремний явление сверхпроводимости
наступает уже при температурах около -150°С. Высказывались соображения, что
могут быть получены материалы, имеющие сверхпроводимость при температурах,
близких к комнатной. С уверенностью можно сказать, что появление таких
элементов знаменовало бы революцию в развитии средств вычислительной
техники новых поколений.
В качестве еще одного из альтернативных путей развития элементной базы
ЭВМ будущих поколений следует рассматривать и бимолекулярную технологию. В
настоящее время имеются опыты по синтезу молекул на основе их
стереохимического генетического кода, способных менять ориентацию и
реагировать на ток, на свет и т.п. Однако построение из них биологических
микромашин еще находится на стадии экспериментов. Таким образом, можно
сделать вывод, что в настоящее время возможности микроэлектроники еще не
исчерпаны, но давление пределов уже ощутимо. Основой для ЭВМ будущих
поколений будут БИС и СБИС совместно с ССИС (Сверхскоростные ИС). При этом
структуры ЭВМ и ВС будут широко использовать параллельную работу
микропроцессоров
№7. Память ЭВМ. Иерархическое построение памяти ЭВМ.
Память любой ЭВМ состоит из нескольких видов памяти (оперативная,
постоянная и внешняя - различные накопители). Память является одним из
важнейших ресурсов. Поэтому операционная система управляет процессами
выделения объемов памяти для размещения информации пользователей. В любых
ЭВМ память строится по иерархическому принципу. Это обуславливается
следующим:
Оперативная память предназначена для хранения переменной информации, так
как она допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения
микропроцессором
соответствующих операций. Поскольку в любой момент времени доступ может
осуществляться к произвольно выбранной ячейке, то этот вид памяти называют
также памятью с произвольной выборкой - RAM (Random Access Memory).
Все программы, в том числе и игровые, выполняются именно в оперативной
памяти. Постоянная память обычно содержит такую информацию, которая не
должна меняться в течение длительного времени. Постоянная память имеет
собственное название - ROM (Read Only Memory), которое указывает на то, что
ею обеспечиваются только режимы считывания и хранения.
С точки зрения пользователей желательно было бы иметь в ЭВМ единую сверх
большую память большой производительности, однако емкость памяти и время
обращения связаны между собой (чем больше объем тем больше время обращения
к ней).
|Тип |Емкост|t |
|памяти. |ь |обраще|
| |памяти|ния. |
| |. | |
|Сверх |10-16 |20-30(|
|оператив| |40) |
|ная | |н.с. |
|КЭШ | | |
|память | | |
|(память | | |
|блокнотн|8 кб. |100-20|
|ого |128-25|0 н. |
|типа) |6кб. |Сек |
|1-го |1-2 |200 н.|
|уровня |Мбайт.|Сек |
|2-го | |300-40|
|уровня | |0 н. |
|3-го | |сек |
|уровня | | |
|Оператив|4-256(|0,2 – |
|ная |и |2 мк. |
|память |более)|Сек. |
|НМД(нако|1-20 |Десятк|
|питель |Гбайт |и мк |
|на | |сек |
|магнитны| |(сотни|
|х дисках| |) |
|НМЛ(нако|Единиц|Минуты|
|питель |ы |(десят|
|на |Гбайт |ки) |
|магнитны| | |
|х | | |
|лентах) | | |
|Архивы |------|Десятк|
| |-//---|и |
| |----- |минут |
Для упрощения все пересылки информации осуществляется не по вертикали, а
через оперативную память. Кое-какие процедуры планирования теперь
осуществляются компиляторами языков высокого уровня.
№8. Обобщенная структура Запоминающих устройств. Принцип работы
(Типовая структура запоминающего устройства.)
Любое запоминающее устройство может работать в двух режимах:
1. режим записи
2. режим чтения
Режим записи :
По команде записи РА (регистр адреса) принимает адрес ячейки , в которой
будет существовать запись, а РИ принимает те данные, которые подлежат
хранению. Дешифратор адреса (ДА) расшифровывает адрес и выбирает
определенную линию записи.
Режим чтения:
Меняет режим движения информации. Адрес рассматривается точно также, как и
при записи. Та шина, которая будет выбрана считывает информацию на РИ. Если
считывание переноситься со стиранием эталона, то возникает дополнительный
такт, т.е. последующей перезаписи в этот адрес.
В современных ПЭВМ используются емкие ЗУ, которые требуют периодического
восстановления информации.
№9 Системы адресации в современных ЭВМ.
Существует несколько типов адресации
- прямая
- непосредственная
- косвенная
- относительная
Прямая адресация:
Aисполнительный=Aчасти команд.
Сл. 0100, 0200,(0250
Достаточно проста, но имеет существенные недостатки.
1. Для выполнения каждой команды необходимы дополнительные обращения по
адресу каждого операнда.
2. Длина каждой команды, а следовательно длина всей программы и емкость
памяти под хранение программы зависит от емкости оперативной памяти.
rразрядность адреса= Log2En код
10 -------1кб 0100
20--------1Мб 0200
0250
Прямая адресация очень неэффективна при больших размерах памяти. По этому в
настоящее время прямая адресация используется только в памяти небольшого
размера (сверхоперативной, КЭШ I уровня).
Непосредственная адресация :
Частный вид адресации в современных ЭВМ . ИЗ всех команд ЭВМ только
небольшая часть команд допускает непосредственную адресацию
Непосредственная адресация предполагает запись в адресных частях команды
значений аргументов. Учитывая ограниченную длину адресной части команды
можно записывать только малоразрдные значения операндов. Т.е. определенные
const вычислительного процесса : число сдвига разрядов.
Основной недостаток - малая разрядность используемых операндов.
Преимущество - для выполнения каждой команды необходимо только одно
обращение к оперативной памяти для выборки самой команды.
Относительная адресация:
Самый употребляемый метод. В ПЭВМ эта адресация называется сегментно-
страничной
В относительной адресации есть две (три) части адреса: постоянная часть
адреса находится на одном или нескольких регистрах сверхоперативной памяти
За счет усложнения алгоритмов формирования адресов обеспечивается
преимущества:
Сокращение длины команд, длины программы, всей емкости памяти.
1) вместо полного адреса операнда в команде содержится лишь малоразрядное
смещение адресов.
2) Относительная адресация дает переместимость программы. Не требуется
загрузочный модуль программы настраивать по месту размещения самой
программы
Настройка программы обеспечивается загрузкой базового адреса. Это свойство
можно распространить на сложные программные структуры. Относительная
адресация позволяет сделать команды с переменными весами.
Косвенная адресация :
Является дальнейшим развитием относительной адресации.
Адресная часть команды может содержать любой из из предыдущих типов
адресов. Прочитав содержимое внутреннего адреса мы формируем исполнительный
адрес операнда.
Положительные стороны :
- позволяет формировать адрес сколь угодно большой оперативной памяти
- Используя исполнительный адрес как операнд можно складывать и вычитать
адреса.
Недостатки:
Дополнительное обращение к оперативной памяти за окончательным адресом
операнда.
№10. Особенности построения памяти ЭВМ.
Память ЭВМ строиться достаточно своеобразно, благодаря эволюционному
развитию этих вычилительных машин. Первоночально эти машины имели очень
малую память 64кб, 840кб,1мб и т.д
Считается что основной памятью с адреса 00000 да 10000 это 640 кб.
Первые 640 Кбайт адресуемого пространства в IBM РС-совместимых
компьютерах называют обычно стандартной памятью (conventional memory).
Оставшиеся 384 Кбайта зарезервированы для системного использования и носят
название памяти в верхних адресах (UMB, Upper Memory Blocks, High DOS
Memory или UM Area - UMA).Эта область памяти резервируется под размещение
системной ROM BIOS (Read Only Memory Basic Input Output System), под
видеопамять и ROM-память дополнительных адаптеров.
|Вектора |
|прерывания |
|Базовые |
|модули ДОС |
|Базовый |
|модуль |
|системы |
|ввода-вывода |
|Командный |
|процессор |
|Решение задач|
|ДОС |
| |
|Постоянно |
|запоминающее |
|устройство |
|БИОС |
Постоянно распределяемая память(дырявая) с адресами (А0000 – F0000).
Нумерация адресов - единая, сквозная. До 386 микропроцессора считалось,
что Еоп под ДОС 64кб.
Все что выше 1 Мб - расширенная память, на адресацию машины не были
расчитаны.
Расширенная память (extended) располагается выше области адресов 1Мбайт.
Для работы с расширенной памятью микропроцессор должен переходить из
реального в защищенный режим и обратно.
№11 Режимы работы ЭВМ и ВС. Однопрограммные режимы работы.
Каждое задание состоит из 3 фаз : ввод, решение, вывод.
Режим непосредственного доступа:
предполагает монопольное владение пользователя чсеми ресурсами системы.
Отличается очень низким КПД. Загрузка процессора 1-3%. Однако он является
основным для ПЭВМ, поскольку критерием работы ЭВМ является максимальные
удобства пользователя, а не загрузка оборудования.
Режим работы -это особенности планирования и распределения основных
ресурсов системы.
Режим работы с косвенным доступом:
Высокая эффективность непосредственного доступа заставила искать пути более
полной загрузки дорогих ресурсов ЭВМ.
КПД RISC
Intel => CISL
RISC структуры позволяют сократить время обращения к оперативной памяти до
2:1.
б) Появление ВМ с очень длинным командным словом VLIW. Поскольку машины
классической структуры сосредоточены вокруг оперативной памяти, то
целесообразно выбирать информации выбирать информационными блоками
используя свойство централизации. Выборка информации и ее записи в память
осуществляется более крупными объектами, чем используются в памяти.
№44.Основные структуры вычислительных систем в архитектурах ОКМД и МКОД.
1.МКОД. К этой системе относятся структуры типа «конвейер»
ОК- 1 OK-2
OK-n
ОД
t
to
tn
Преимущества конвейера ясны: при правильной работе конвейера после его
«разгона» через каждую единицу времени на выходе конвейера появляются
результаты следующего шага обработки.
Прообраз такой системы находится в каждом ПК при совмещении операций, когда
каждый функциональный блок машины выполняет строго определенные операции
при выполнении каждой команды.
При построении вычислительных систем функциональная ориентация процессоров
не может быть полной, потому что они все универсальны. Поэтому «длинных»
конвейеров в вычислительных системах не может быть найдено в стандартных
алгоритмах обработки. Однако в специальных системах и в супер ЭВМ, в
частности, подобные конвейеры используются. Например, подкачка команд и
данных через КЭШ памяти для процессоров.
По типу конвейера работают сети, реализующие архитектуру «клиент-сервер».
В архитектуре МКОД нет развитых систем с большим количеством процессоров.
Однако у последних Pentiumов есть блоки, обеспечивающие предсказания
разветвлений выч. процесса и блоки выполнения команд не связанных общими
данными. Это позволяет повысить конвейерную обработку команд.
2.ОКМД. ОК
ОД-1
ОД-2
ОД-n
Эта архитектура, в отличие от предыдущей, является векторной или
матричной. Она позволяет обрабатывать одной командой сразу группу из n
данных, что существенно ускоряет производительность.
Матрица процессоров обычно имеет связи по данным.
Регулярный характер связей обеспечивает эффективные решения соответственно
регулярных задач (задачи матричного исчисления, задачи теории поля, система
линейных и нелинейных уравнений и т.д.).
Все машины высокой производительности имеют встроенные сопроцессоры
матричного типа.
Все современные супер-ЭВМ комбинируют векторную и конвейерную обработку и
отличаются друг от друга только видами этих комбинаций.
В ОКМД наблюдается появление сопроцессоров ускоряющих вычисление по
специфическим видам обработки. Эти сопроцессоры подключаются к большим
вычислительным машинам или серверам, обслуживающих большие хранилища
информации.
№45.Классификация структур вычислительных систем в архитектуре МКМД.
ОД-n ОК-2 ОК-n
ОД-2 ОК-1
ОД-1
МКМД- многократно повторенный ОКОД.
Архитектура МКМД предполагает, что все процессоры системы работают по своим
программам с собственным потоком команд. В простейшем случае они могут быть
автономны и независимы.
После разочарований при построении супер-ЭВМ высокой производительности
исследования всех фирм переключились на архитектуру МКМД. Успехи
микроэлектроники позволяют здесь каждому вычислителю-процессору дать
собственную ОП и обеспечивать произвольные связи вычислителей друг с другом
в ходе вычислительного процесса.
За системами этого типа имеется большое будущее, особенно в части создания
MPP-систем (систем массового параллелизма).Существуют разработки, которые
позволяют объединять в рамках одной системы тысячи микропроцессоров.
[pic]
№46 Системы массового параллелизма (MPP). Проблемы их построения и работы.
Системы массового параллелизма - системы, где возможно построение системы
с десятками, сотнями и даже тысячами процессорных элементов с размещением
их в непосредственной близости друг от друга.
МРР системы относятся к слобосвязанным это значит, что в данных системах
предполагается невысокая оперативность обмена, при этом соответственно
снимается общее число конфликтов.Если каждый процессор имеет собственную
память, то он также будет сохранять известную автономию в вычислениях. Все
процессорные элементы в таких системах должны быть связаны единой
коммутационной средой. Здесь возникают проблемы, аналогичные ОКМД -
системам, но на новой технологической основе. Передача данных в MPP -
системах предполагает обмен не отдельными данными под централизованным
управлением, а подготовленными процессами (программами вместе с данными).
Этот принцип построения вычислений уже не соответствует принципам
программного управления классической ЭВМ. Передача данных процесса по его
готовности больше соответствует принципам построения "потоковых машин"
(машин, управляемых потоками данных). Подобный подход позволяет строить
системы с громадной производительностью и реализовывать проекты с любыми
видами параллелизма, например, перейти к "систолическим вычислениям" с
произвольным параллелизмом. Однако для этого необходимо решить целый ряд
проблем, связанных с описанием, программированием коммутаций процессов и
управлением ими. Математическая база этой науки в настоящее время
практически отсутствует.
№47. Сист. массового параллелизма.
Успехи микро интегральной технологии и появление БИС и СБИС позволяют
расширить границы и этого направления. Возможно построение систем с
десятками, сотнями и даже тысячами процессорных элементов в
непосредственной близости друг от друга. Если каждый процессор имеет
собственную память, то он будет сохранять известную автономию в
вычислениях. Подобные ВС получили название систем с массовым
параллелизмом.МРР-Mass Parallel Processing. Передача данных в МРР системах
предполагает обмен не отдельными данными под централлизованным управлением,
а подготовленными процессами (программами вместе с данными). Это уже не
классическая ЭВМ. Подобный подход позволяет строить системы с громадной
производительностью. Однако для этого необходимо решить целый ряд проблем ,
связ с описанием , программированием коммутаций процессов и управлением
ими. Математическая база этой науки практически отсутствует.
Экономические и технические предпосылки появления и развития сетей.
Экономические: Анализ характеристик ЭВМ различных поколений показал, что в
пределах интервала времени , характер-ся относительной стабильностью
элементной базы, связь стоимости и производительности ЭВМ выраж
квадратичной зависимостью: С = К1*П*П Построение же вычислительных систем
позволяет сократить затраты, т к для них сущ линейная формула С =
К2*(П1+П2++Пn) где С-стоимость ,К- коэф порпорциональности, П-
производительность ЭВМ.
Технические: Наличие нескольких вычислителей в системе позволяет по-новому
решать проблемы надежности ,достоверности
результатов,Резервирования,централизации хранения и обработки данных,
децентрализации управления и т.д.
№46 Вычислительные сети. Экономические и технические предпосылки появления
и развития сетей ЭВМ.
Сразу после появления вычислительной техники наметились тенденции к ее
слиянию со средствами связи. Этот факи имеет довольно серьезное
обоснование. В специализированных системах, в которых необходимо
обеспечивать высокую оперативность и достоверность, выч. техника позволила
сократить время подготовки данных, время проверки, настройки и т.д. Техника
связи обеспечила процессы передачи цифровых данных. Первоначально каждая
фирма создавала собственные специализированные вычислительные сети, резко
отличающиеся друг от друга сотавом оборудования.ю типом каналов связи,
структурой, програмным обеспечением и т.д. Сложность процдур передачи
цифровых данных привела к появлению большого кол-ва методов, способов, а
ззатем и стандартов по созданию сетей
№47 Классификация ВС и Структура ВС
Структура – это совокупность комплексируемых элементов и их связей. В
качестве элементов ВС выступают ЭВМ и процессоры. В ВС, относящихся к класу
больших систем , можно рассматривать структуры технических, програмных
средств, структуры управления.
Все сети можно классифицировать по следующим признакам :
1. По степени территориальной разобщенности (локальные, глобальные) Машины
сети находятся в непосредственной близости друг от друга (5-20) км. Общая
протяженность сети 1,5-2 км. Число машин 15-20. В пределах одного или
нескольких зданий. Как правило не используются каналообразующая
апаратура.
Территориальные – Образуются путем слияния нескольких локальных сетей с
помощью техники связи. Формируется в пределах города
Глобальные – соединение территориальных сетей. Могут передавать данные
междугосударствами независимо от расстояния
2. По характеру реализуемых функций в сети.
а) вычислительные
б) информационные
в) информационно-вычислительные
3. По способу управления
а) централизованные (очень простые и небольшие)
б) децентрализованные
в) сети смешанного типа
Развитие сетей приводит к децентрализованному
управлению.Вдецентрализованной сети функции управления дублируются на
нескольких комьпьютерах и могут передаваться в случае выхода из строя
отдельных звеньев, вэтом случае получается система со смешанным
управлением.
4. По организации передачи информации
а) с селекцией информации
б) с маршрутиризацией информации
5. По типу построения маршрута
а) по выделенному каналу
б) с комутацией каналов
в) с комутацией сообщений
г) с коммутацией пакетов сообщений
6. По топологии
а) широковещательные ( в данных сетях все компьютеры могут прослушивать
информацию)
б) последовательные (обычно имеют ячеистую структуру)
В зависимости от принадлежности сетей к определенному классу обычно
рассматривают в зависимости от целей исследования аппаратурную, программную
и логическую структуру.
Аппаратурная структура очень сильно зависит от топологии
Логическая структура предполагает деление сети на определенные звенья:
главная машина сети, управляющая машина, коммуникационная.
Логическая и аппаратная структура могут отличаться друг от друга, т.к.
отдельные ф-ции могут быть рассредоточены, а другие соединены.
Особую структуру составляет программная, которая представляет 7-ми
уровневую систему протоколов ( программ обеспечивающих передачу данных
между компьютерами.
№49. Типы и виды передачи информации в вычислитльных сетях. Передача по
выделеным каналам. Коммутация пакетов сообщений.
Выделенный канал связи :
Это в самом простом виде связь, связь двух компьютеров проводом. Это
наиболее простое в техническом отношении средство передачи данных. Но
большая длина выделенного канала делает связь очень дорогой. При
использовании выделенных каналов связи приемопередающая аппаратура узлов
связи постоянно соединена между собой. Этим обеспечивается высокая степень
готовности системы к передачи информации, более высокое качество связи,
поддержка большого трафика. Из-за сравнительно больших расходов на на
эксплуатацию сетей с выделенными каналами связи их рентабельность
достигается только при условии достаточно полной загрузки канала.
Коммутация пакетов сообщений сочетает в себе преимущества коммутации
каналов и коммутации сообщений. Ее основные цели обеспечение полной
доступности сети и приемлемого времени реакции на запрос пользователей,
сглаживание асимметричных потоков между многими пользователями, обеспечение
мультиплексирования возможностей каналов связи и портов компьютеров в сети,
рассредоточение критических компонентов (коммутаторов) в сети.
При коммутации пакетов пользовательские данные (сообщения) перед началом
передачи разбиваются на короткие пакеты фиксированной длины. Каждый пакет
снабжается протокольной информацией: коды начала и окончания пакета, адреса
отправителя и получателя, номер пакета в сообщении информация для контроля
достоверности передаваемых данных в промежуточных узлах связи и в пунктах
назначения. Будучи независимыми единицами информации, пакеты, принадлежащие
оному и тому же сообщению, могут передаваться одновременно по различным
маршрутам в составе дейтаграмм. Управление передачей и обработкой пакетов в
узлах связи осуществляется центрами коммутации пакетов (ЦКП) с помощью
компьютеров.
В отличие от коммутации сообщений технология коммутации пакетов позволяет
:
- увеличить количество подключаемых станций (терминалов), так как здесь
больше коммутаторов:
- легче преодолеть трудности, связанные с подключением к коммутаторам
дополнительных линий связи
- существенно сократить время на передачу пользовательских данных,
повысить пропускную способность сети и повысить эффективность
использования сетевых ресурсов.
В настоящее время пакетная коммутация является основная для передачи
данных.
№50 Комутация каналов. Комутация сообщений
Виды передачи информации: Коммутация каналов. При коммутации каналов между
связываемыми конечными пунктами на протяжении всего временного интервала
соединения обеспечивается обмен в реальном масштабе времени, причем биты
передаются с неизменной скоростью по каналу с постоянной полосой
пропускания. Между абонентами устанавливается сквозной канал до начала
передачи информации. Этот канал формируется из участков с одинаковой
пропускной способностью. Прохождение отдельного сигнала вызова
обеспечивается с помощью последовательного включения нескольких
комутационных устройств, размещаемых в центре коммутации каналов.аждое
устройство резервирует за собой физическое соединение между одним входящим
и одним изходящим каналами. Если при установлении сквозного канала связи
заняты вызываемая сторона или хотябы одно из коммутационных устройств в
цепочке прохождения сигнала вызова, последний будет блокироваться , и
абонемент, инициировавший вызов, должен спустя некоторое время его
повторить.Недостатки:
1.большое время установления сквозного канала.
2. необходимость повторной передачи сигнала вызова
3. нельзя выбрать скорость передачи
4. возможность монополизации канала одним источником
5. наращивание функций сети ограничено
6. не обеспечивается равномерность загрузки каналов связи
Преимущества:
1. Отработанность технологий
Возможность работы в диалоговом режиме и в реальном масштабе времени
Широкая область применения
Коммутация сообщений Как и все методы коммутации с промежуточным хранением,
технология коммутации сообщений относится к технологии типа «запомнить и
послать».Кроме того, технология коммутации сообщений обычно предусматривает
отношение «главный-подчиненный»Коммутатор в центре коммутации сообщений
выполняет регистрацию и выбор при управлении входящими и выходящими
потоками. Здесь не рассматриваютсяинтерактивный режим и режим реального
времени,однако данные через коммутатор могут передаваться с очень большой
скоростью с соответствующим определением уровня приоритета для различных
типов потоков данных.Важно отметить ,что при коммутации сообщение
независимо от его длинны целиком сохраняет его целостность, как единичный
объект в процессе его прохождения от одного узла к пункту назначения.
Транзитный узел не может отправить сообщение пока целиком его не примет.
Недостатки:
Очень большие ЗУ
Недостаточные возможности по реализации диалогового режима
Выход из строя одной сети при отказе коммутатора
Коммутатор узок для прохождения
Каналы передачи данных используются мене эффективно чем другие методы
коммутации
Преимущества. Не надо заранее устанавливать сквозной канал
Формирование маршрута из отдельных участков с разной скоростью
Реализация различных систем обслуживания запросов с учетом их приоритетов
Возможность сглаживания пиковых нагрузок путем запоминания
низкоприоритетных потоков в периоды этих нагрузок.
Отсутствие потер запросов на обслуживание.
№51. Структура ПО в ВС .Протоколы
ПО имеет иерархическую структуру, соответствующую семиуровневой модели ВОС.
Это существенно облегчает стандартизацию ПО в соответствии с общепринятыми
протоколами. Известно что основная задача ЛВС- обеспечение функционирования
прикладных процессов, реализуемых в АС сети. Выполнение прикладных
процессов обеспечивается средствами прикладных программ сети , которые
реализуют протоколы верхнего (прикладного) уровня модели ВОС и
соответственно образуют верхний уровень програмной структуры.Выполнение
поцессов взаимодействия (передача сообщений) производится средствами
сетевых операционных систем(СОС),а так же аппаратными средствами сети.
Обычно программы СОС локальных сетей реализуют протоколы трех верхних
уровней модели ВОС: прикладного (вместе с ППС) представительного,
сеансового. Протоколы нижних четырех уровней (транспортного, сетевого,
канального и физического) как правило реализуются аппаратурными
средствами(сетевым адаптером), но в принципе процедуры этих уровней (кроме
физического) могут быть реализованы программно средствами СОС.
№52. ЛВС-кабельные системы в ВС
В качестве линий связи используются : кабельные(телефонные линии, витая
пара, коаксиальный кабель волокно оптические линии связи ) , радиорелейные,
радиолинии.
Среди кабельных линий наилучшие показатели имеют световоды. Основные их
преимущества: высокая пропускная способность, нечувствительность к внешним
электромагнитным полям, низкая трудоемкость прокладки, пожаробезопасность,
повышенная устойчивость к агрессивным средам, широкие области применения.
Недостатки ВОЛС: передача сигналов в одном направлении , подключение к
световоду дополнительных ЭВМ значительно ослабляет сигнал, необходимые
скоростные модемы дороги, световоды , соединяющие ЭВМ должны снабжаться
преобразователями электрических сигналов в световые и обратно.
№53. ЛВС-топология локальных сетей
Топология , т.е. конфигурация элементов в ТВС делятся на два типа
Широковещательные и последовательные. Широковещательные конфигурации и
значительная часть последовательных конфигураций (кольцо, звезда с
интеллектуальным центром, иерархическая) характерны для ЛВС. Для глобальных
и региональных сетей наиболее распространенной считается произвольная
топология а так же иерархическая конфигурация и звезда. В широковещательных
конфигурациях в любой момент времени на передачу кадра может работать
только одна РС(абонентская система) Остальные РС сети могут принимать этот
кадр, т.е. такие конфигурации характерны для ЛВС с селекцией информации.
Основные типы широковещательной конфигурации - общая шина, дерево, звезда
с пассивным центром. В последоват. конфигурациях характерных для сетей с
маршрутизацией информации , передача данных осуществляется последовательно
от одной РС к соседней, причем на различных участках сети могут
использоваться разные виды физической передающей среды. К последовательным
конфигурациям относятся : произвольная, иерархическая, кольцо, цепочка,
звезда с интеллектуальным центром, снежинка. В ЛВС наиболее широко
распространены кольцо, и звезда, а так же смешанные конфигурации-звездно-
кольцевая и звездно-шинная.
№55. ЛВС характеристика и протокол сети TokenRing
Топология-кольцо,Метод доступа-Маркерное кольцо,Среда передачи-световод или
витая пара,Скорость передачи-4,0-16 Мбит/с.Количество абонентов-для витой
пары-72, световода-260.Растояние между блоками доступа и ПК – 300 м.
Протокол: разработан IBM и расчитан на кольцевую топологию сети. Это
селективный метод доступа в кольцевой моноканал, именуемый «маркерное
кольцо». В качестве маркера используется уникальная последовательность
битов.Маркер не иметт адреса и может находиться в двух состояниях(свободном
или занятом). Если ни одна РС не готова к передаче данных, свободный маркер
циркулирует по кольцу. Станция, имеющая кадр для передачи, ждет подхода
свободного маркера, захватывает его, изменяет состояние маркера на занятый
и добавляет к нему кадр. Занятый маркер с кадром перемещаются по кольцу и
возвращается к станции отправителю, причем при прохождении через узел
назначения снимается копия кадра. Станция отправитель удаляет свой кадр из
кольца, изменяет состояние маркера на свободный и передает его дальше по
кольцу. Описанная процедура характерна для сети, в которой все станции
имеют одинаковый приоритет. В рамках метода, «маркерное кольцо»
предусматривается возможность передача кадров станции с учетом их
приоритетов. Тогда станции с низким приоритетом могут захватывать кольцо в
случае неактивности станций с более высоким приоритетом.
№54. ЛВС характеристика и протокол сети Ethernet
Топология-звезда или шина, Метод доступа-CSMA/CD,среда передачи-витая пара,
коак-сильный кабель,оптоволокно, Скорость передачи –10 Мбит/с,Количество
абонентов(ПК)-сегментов – 15,кол-во ПК на сегмент – 100 кол-во ПК в сети –
1024. Расстояние: длина сегмента-300 для коакс кабеля, 4500 для
волокнооптич, 150 для витой пары.
Протокол:(метод случайного доступа). Разрабо-тан фирмой Xerox в 1975 г. и
используется в ЛВС с шинной топологией, обеспечивает высокую скорость
передачи. Это метод множественного доступа с прослушивания несущей и
разрешением конфликтов(коллизий). Каждая РС перед началом передачи
прослушивает канал. Если канал свободен, РС начинает передачу данных
осуществляемую пакетами, упакованными в кадры.Из-за различных системных
задержек могут возникнуть коллизии. В этом случае станция задерживает
передачу не некоторое время. Для каждой РС устанавливается свое время
ожидания перед повторной передачей кадра.Коллизии приводят к снижению
быстродействия сети только при сравнительно большом количестве активных РС
(до 80-100).
№57.Сетевое оборудование Трансиверы , Повторители,Концентраторы.
Концентраторы(хабы):Эти устройства удобны для формирования сети
произвольной топологии. Выпускается ряд типов концентраторов-пассивных и
активных с автономным питанием, выполняющих роль повторителя. Они
отличаются по количеству, типу, длине подключаемых кабелей и могут
автоматически управлять подсоединенными сегментами( включать и отключать их
в случае обнаружения сбоев и обрывов).
Приемопередатчики(трансиверы) и повторители( репитеры) С помощью этих
устройств можно объединить несколько сегментов сети с шинной топологией,
увеличивая таким образом общую протяженность сети. Приемопередатчик –
устройство, предназначенное для приемов пакетов от контроллера РС сети и
передачи их в шину.Он так же разрешает коллизии в шине. Конструктивно
Приемопередатчик и конторллер могут объединяться на одной плате или
находиться в различных узлах. Повторитель – устройство с автономным
питанием обеспечивающее передачу данных между сегментами определенной
длинны.
№58. Сетевое оборудование: Мосты, маршрутизаторы, шлюзы.
Мосты используются для соединения в основном идентичных сетей, имеющих
некоторые физические отличия на физическом и канальном уровнях.Например с
помощью моста могут соединяться на третьемм уровне(сетевом) две сети с
различными более низкими уровнями , но одинаковыми более высокими уровнями.
Промышленностью выпускается широкая номенклатура мостов. Среди них
“самообучающиеся” мосты которые позволяют регулировать доступ к каждой из
объединяемых сетей и трафик обмена между ними, а так же используются для
расширения сети.
Шлюзы применяются для соединения различных сетей. Они выполняют
протокольное преобразование для всех семи уровней модели ВОС, в частности –
маршрутизацию пакетов, преобразование сообщения из одного формата в другой
или из одной системы кодирования в другую.
Маршрутизаторы(роутеры): Эти устройства устанавливают соединения на 4-м
(транспортном) уровне , при этом верхние уровни должны быть одинаковыми.
Они обеспечивают достаточно сложный уровень сервиса, т.к. могут выполнять
интелектуальные функции : выбор найлучшего маршрута,управление
балансированной нагрузкой в сети путем равномерного распределения потока
данных, защиту данных, буферизацию передаваемых данных, различные
протокольные преобразования. Такие возможности маршрутизаторов особенно
важны при построении базовых сетей крупных организаций.
№60. Маршрутизация в сетях. Классификация методов маршрутизации.
Задача маршрутизации состоит в выборе маршрута для передачи от отправителя
к получателю. Она имеет смысл в сетях, где не только необходим но и
возможен выбор оптимального маршрута.(ячеистые сети с коммутацией
пакетов).Однако в современных сетях со смешанной топологией (звездно-
кольцевой, звездно-шинной) реально стоит и решается задача выбора маршрутов
для передачи кадров, для чего используются соответствующие средсва,
например маршрутизаторы. Основные цели маршрутизации:
Обеспечение минимальной задержки пакета при его передаче от отправителя к
получателю
Обеспеч максимальной пропускной способности сети
Максимальной защиты пакета от угроз безопасности
Обеспеч надежности доставки
Обеспеч минимальной стоимости передачи пакета
Классификация маршрутизации: По способу централизации: Централлизованная,
децентраллизованная, смешанная
№59. Принципы маршрутизации. Виды пердач
Различают три вида маршрутизации – простую,фиксированную,адаптивную.
Принципеальная разница между ними – в степени учета изменений топологии и
нагрузки сети при решении задачи выбора маршрута.
Простая маршрутизация отличается тем, что при выборе маршрута не
учитывается ни изменение топологии сети, ни изменения ее состояния. Она не
обеспечивает направленной передачи пакетов и имеет низкую эффективность. ЕЕ
преимущества – простота реализации алгоритма маршрутизации и обеспечение
устойчивой работы сети при выходе из строя отдельных ее элементов. Из этого
вида практическое применение получили случайная(для передачи пакета из узла
выбирается одно случайно свободное направление. Пакет “блуждает” по сети до
тех пор пока не достигнет адресата) и лавинная
маршрутизация(предусматривает передачу пакета из узла по всем свободным
выходным линиям. Поскольку это происходит в каждом узле , имеет место
размножение пакетов, что резко уменьшает пропускную способность. Эта
проблема решается путем уничтожения в каждом узле дубликатов пакета и
продвижению по маршруту только одного пакета).
Фиксированная маршрутизация характеризуется тем, что при выборе маршрута
учитывается изменение топологии сети и не учитывается загруженность
линий.Для каждого узла назначений направление передачи выбирается по
таблице маршрутов (каталогу), кто определяет кратчайшие пути. Каталоги
составляются в центре управления сетью.Они составляются заново при
изменении топологии. Различают однопутевую(в каталоге только один путь) и
многопутевую(в каталоге несколько путей) фиксированные
маршрутизации.Фиксированная маршрутизация применяется в сетях с
малоизменяющейся топологией и установившимися потоками пакетов.
Адаптивная маршрутизация отличается тем, что принятие решения о направлении
передачи пакетов осуществляется с учетом изменения топологии и нагрузки
сети. Существует несколько вариантов адаптивной
маршрутизации:Локальная,распределенная,централизованная, и гибридная
адаптивные маршрутизации.
Локальная маршрутизация:основана на использовании информации, имеющейся в
данном узле и включающей: таблицу маршрутов,которая определяет все
направления передачи пакетов из этого узла,Данные о сост выходной линии
связи(работают или нет),длину очереди пакетов , ожидающих
передачи.Информация о сосотоянии других узлов не используется.Преимущество
в принятии решения с учетом самых последних данных о загрузке узла.
Недостаток в “близорукости”(узел не знает загруженность других узлов).
Распределенная адаптивная маршрутизация. Основана на использовании
информации ,указанной для локальной маршрутизации и данных получаемых от
соседних узлов сети о изменении топологии и загрузке соседних узлов. Это
приводит к повышению эффективности алгоритма, но сопровождается с загрузкой
сети служебной информацией.Сведения о изменении состояния узлов
распространеяется сравнительно медленно, поэтому выбор маршрута
производится по устаревшим данным.
Централлизованнаямаршрутизация:характеризуется тем, что задача
маршрутизации для каждого узла сети решается в центре
маршрутизации(ЦМ).Каждый узел периодически формирует сообщение о своем
состоянии и передает его в ЦМ. По этим данным для каждого узла составляется
таблица маршрутов. Естественно , что передача сообщений в ЦМ формирование и
рассылка таблиц маршрутов –все это сопряжено с временными затратами. Кроме
того есть опасность потери управления при отказе ЦМ.
Гибридная адаптивная маршрутизация:основана на исполтьзовании таблиц
маршрутов, рассылаемых ЦМ узлам сети в сочетании с анализом длины очередей
в узлах. Следовательно, здесь реализуются принципы централизованной и
локальной маршрутизаций. Гибридная маршрутизация компенсирует недостатки
централизованной маршрутизации(маршруты ,формируемые центром , являются
несколько устаревшими) и локальной(“близорукость” метода)и воспри-нимает их
преимущества : маршруты центра соответствуют глобальному состоянию сети, а
учет текущего состояния узла обеспечивает своевременность решения задачи.
№61. Защита информации в сетях. Помехо-защищающие коды
№62 Помехоисправляющие коды.
Для построения помехоисправляющего кода. С точки зрения теории безразлично
какой брать код. В сетях передача данных, передача нулевого байта с
дополнением до четного неотделима от обрыва связи.
Код четн/нечетн позволяет обнаруживать все нечетные ошибки, однако этот
вид не указывает местонахождение ошибочного вида. Данные коды имеют кодовое
расстояние =1. Передача без избыточной информации дает кодовое расстояние
0.Избыточность информации не очень умеренная. Во всех машинах использование
такого кода оправдано, т.к. передача данных между устройствами и регистрами
осуществляется параллельными кодами, где шины отдельных видов этих данных
автономны и не влияют друг на друга.
№62.
-----------------------
Пр-р
Пр-р
ОП
ОП
каналы
АКК
каналы
УУВП
HD HL
УУВП
HD HL
ВНУ
Пр-р
Пр-р n
Пр-р1
Пр-р
Пр-р
Пр-р
ПфУ
ЭВМ1
ЭВМ1
Пр-р1
Пр-р
ООП
Пр-р
В-n
В-2
В-1
В-1
В-2
В-n
В-n
В-2
В-1
УУ
АЛУ
Регистр
информатики
Запоминающая
среда