14. Прості комутатори з просторовим розділенням

Прості комутатори з просторовим розділенням дозволяють одночасно сполучати будь-який вхід з будь-яким одним виходом (ординарні) або декількома виходами (неординарні). Такі комутатори є сукупністю мультиплексорів, кількість яких відповідає кількості виходів комутатора, при цьому кожен вхід комутатора повинен бути заведений на всі мультиплексори. Структура цих комутаторів показана на рис. 7.2.

Рисунок. 7.2.  Простій коммунікатор з просторовим поділом

Переваги:

• можливість одночасного контакту зі всіма пристроями;

• мінімальна затримка;

Недоліки:

• висока складність порядку n x m, де n – кількість входів, m – кількість виходів;

• складність забезпечення надійності.

15. Складені|складові| комутатори

Прості комутатори мають обмеження на число входів і виходів, а також можуть вимагати великої кількості устаткування|обладнання| при збільшенні цього числа (у разі|в разі| просторових комутаторів). Тому для побудови|шикування| комутаторів з|із| великою кількістю входів і виходів використовують сукупність простих комутаторів, об'єднаних|з'єднаних| за допомогою ліній "крапка|точка|-крапка|точка|".

Складені|складові| комутатори мають затримку, пропорційну|пропорціональну| кількості простих комутаторів, через яких проходить сигнал від входу до виходу, тобто числу каскадів. Проте|однак| об'єм|обсяг| устаткування|обладнання| складеного|складового| комутатора менший, ніж простого з|із| тією ж кількістю входів і виходів.

Найчастіше складені|складові| комутатори будуються з|із| прямокутних комутаторів 2 х 2 з|із| двома входами і виходами. Вони мають два стани|достатки|: пряме пропускання входів на відповідні виходи і перехресне пропускання. Комутатор 2 х 2 складається з власне блоку комутації даних і блоку управління. Блок управління залежно від управляють сигналів, що поступають|надходять| на нього, визначає, який тип|типа| з'єднання|сполучення,сполуки| слід здійснити в блоці комутації - прямий або перехресний. При цьому якщо обидва входи хочуть з'єднатися з|із| одним виходом, то комутатор вирішує конфлікт і пов'язує з даним виходом тільки|лише| один вхід, а запит на з'єднання|сполучення,сполуку| з боку другого блокується або відкидається.

16. Розподілені складені|складові| комутатори

У розподілених обчислювальних системах ресурси розділяються між завданнями|задачами|, кожна з яких виконується на своїй підмножині процесорів. У зв'язку з цим виникає поняття близькості процесорів, яка є|з'являється,являється| важливою|поважною| для активно взаємодіючих процесорів. Зазвичай|звично| близькість процесорів виражається|виказує,висловлює| в різній каскадности| з'єднань|сполучень,сполук|, різних відстанях між ними.

Один з варіантів створення|створіння| складених|складових| комутаторів полягає в об'єднанні прямокутних комутаторів (v+1| x v+1|), v > 1 таким чином, що один вхід і один вихід кожного комутатора, що становить, служать входом і виходом складеного|складового| комутатора. До кожного внутрішнього комутатора під'єднуються процесор і пам'ять, утворюючи обчислювальний модуль з|із| v-каналами| для з'єднання|сполучення,сполуки| з|із| іншими обчислювальними модулями. Вільні v-входов| і v-выходов| кожного обчислювального модуля з'єднуються лініями " точка- точка" з|із| входами і виходами інших комутаторів, утворюючи граф міжмодульних зв'язків.

Найбільш ефективним графом міжмодульних зв'язків з погляду організації обміну даними між обчислювальними модулями є|з'являється,являється| повний|цілковитий| граф. В цьому випадку між кожною парою обчислювальних модулів існує пряме з'єднання|сполучення,сполука|. При цьому можливі одночасні з'єднання|сполучення,сполуки| між довільними обчислювальними модулями.

Проте|однак| зазвичай|звично| створити повний|цілковитий| граф міжмодульних зв'язків неможливо з ряду причин. Обмін даними доводиться проводити|виробляти,справляти| через ланцюжки транзитних модулів. Через це збільшуються затримки, і обмежується можливість|спроможність| встановлення одночасних з'єднань|сполучень,сполук|. Таким чином, ефективний граф міжмодульних зв'язків повинен мінімізувати час міжмодульних обмінів і максимально збільшити кількість одночасно активізованих з'єднань|сполучень,сполук|. Крім того, на вибір графа міжмодульних зв'язків впливає облік|урахування| відмов і відновлень обчислювальних модулів і ліній зв'язку.

17. Основні етапи проектування комп’ютерних систем з використанням моделей

При автоматизованому проектуванні розробник оперує не з самими об’єктами, а з їх моделями тобто моделювання виступає і як процес, і як засіб, за допомогою якого створюється проект складної системи [3, стор. 28].

Проектування як один із видів інженерної діяльності володіє рядом специфічних особливостей [3, стор. 23]:

• результатом проектування є модель об’єкта, яка ще не існує в період проектування;

• процедури проектування реального об'єкта представляються, як процедури перетворення вихідного опису в деякому скінченому просторі;

• Об'єкт, що проектується, входить у впорядковану ієрархію об'єктів і виступає, з одного боку, як частина системи більш високого рівня, а з другого – як система об'єктів більш низького рівня; в зв'язку з цим процес проектування складається з двох етапів: зовнішнього проектування і внутрішнього проектування;

Основними етапами проектування є:

1. Попереднє проектування

2. Ескізне проектування

3. Технічне проектування

Етап попереднього проектування системи можна умовно представити у вигляді наступної таблиці 2.1 :

Таблиця 2.1

Вхідні дані	Зміст	Результати
Бібліотека минулих розробок (банк даних). Характеристики систем елементів. Технічне завдання на систему (множина основних обмежень і цілей системи)	Наближена оцінка варіантів розробки; вибір системи елементів і грубої архітектоніки системи	Розраховані аналітично або за допомогою ЕОМ параметри системи елементів і грубих варіантів архітектоніки.

Основним завданням цього етапу проектування є синтез через аналіз різноманітних варіантів проекту.

На етапі ескізного проетування створюються схеми побудови системи, що проектується, проводиться поступова деталізація проекту до рівня, коли можна почати технічне проектування. Об'єм робіт, що підлягає автоматизації на цьому етапі, найбільший і разом з об'ємом другого етапу складає основну частину загального об'єму проектування.

Етап ескізного проектування є найбільш змістовними етапом. Варіанти загальної архітектоніки, на які ми орієнтуємся, які ,в свою чергу, були отримані на першому етапі, на цьому етапі підлягають подальшій деталізації. На цьому етапі створюються функціональні схеми, проводиться побудова вузлів і приладів у відповідності з прийнятими алгоритмами їх функціонування. Потім здійснюється повторне моделювання і уточнення характеристик моделі системи. Результатами даного етапу є отримання опису функцій, що виконуються окремими пристроями, створення функціональних і принципових схем приладів з урахування, наприклад, фронтів і затримок поширення сигналів, навантажувальної здатності елементів, побудова уточнених часових діаграм роботи пристроїв для самих несприятливих ситуацій, перевірка роботоздатності пристроїв і системи в цілому, розробка тестів.

Основний зміст етапу ескізного проектування можна умовно представити у вигляді таблиці 2.2

Таблиця 2.2

Вхідні дані	Зміст	Результати
Грубі варіанти структури; Елементна базу; первинні алгоритми функціонування структури.	Уточнення розрахунком і моделювання структури, створення єдиного алгоритму функціонування системи. Створення функціонального опису. Розробка функціональних і принципових схем.	Структура системи (архітектоніки, блок-схеми). Рівняння функціонування графіки, часові діаграми, тести, таблиці, система команд.

Етап технічного проектування є завершальним етапом розробки цифрової системи.

Основний зміст етапу технічного проектування можна умовно представити у вигляді таблиці 2.3

Таблиця 2.3

Вхідні дані	Зміст	Результати
Функціональні схеми, основні відомості про конструкцію системи, принципові схеми елементів і вузлів.	Компоновка, розміщення, трасування з’єднань, виготовлення технічної документації і описів	Креслення, таблиці, опис, магнітні стрічки і інші носії інформації для автоматів, які керують процесом виготовлення пристроїв.

18. Опишіть процес проектування комп’ютерних систем по HDL-технології.

Справжнього поширення мови HDL набули в результаті розвитку відповідної апаратної бази – інтегральних мікросхем (ІМС) із змінноювнутрішньою логічною структурою. Цей клас ІМС називається програмованими логічними інтегральними схемами (ПЛІС).[4, стор. 8]

У відповідності до сучасних вимог системи автоматизованогопроектування ПЛІС повинні забезпечувати:

· реалізацію однієї або більше HDL-мов з можливістю введення, редагування та відлагодження вихідного тексту програм;

· реалізацію засобів графічного введення проектної схеми, наприклад задопомогою редактора скінчених автоматів, та засобів компіляції графічного представлення в HDL-код;

· реалізацію засобів моделювання поведінки описаного об’єкта;

· реалізацію засобів синтезу бітового потоку з підтримкою широкого класу серій ІМС;

· реалізацію засобів моделювання об’єкта на рівні вентилів;

· реалізацію засобів програмування ІМС.

У процесі проектування наведеному на рис. 1. Весь процес розбито на 4 головних етапи.

• На першому етапі формується технічне завдання на проектування цифрового пристрою, зокрема, формуються інтерфейсна, продуктивна та функціональна моделі, із застосуванням яких можна постійно здійснювати перевірку на відповідність технічному завданню моделей, сформованих на наступних етапах проектування. Так продуктивна модель визначає швидкодію проектованого пристрою, інтерфейсна – спосіб його інтеграції до вищого ієрархічного рівня, а функціональна модель – алгоритм перетворення інформації в проектованому пристрої.

• На другому етапі формується поведінкова модель. У VHDL під власне поведінковою розуміється модель, що написана із застосуванням всіх наявних в цій мові конструкцій та типів даних, наприклад дійсних чисел, файлів, вказників динамічної пам’яті тощо. Поведінкова модель, яка розробляється на цьому етапі, повинна повністю відповідати вимогам та обмеженням, сформульованим на першому етапі. Саме це й перевіряється на підетапі IIb.

• Після формування остаточного вигляду поведінкової моделі проектант переходить до Етапу III – створення синтезної моделі. Синтезна модель також відноситься до класу поведінкових, однак може бути написана лише за допомогою певної підмножини конструкцій мови VHDL, які підтримуються засобами синтезу логічної структури. На сучасному етапі розвитку засоби синтезу (перетворення VHDL-програм на схеми логічних елементів) підтримують не всі наявні у VHDL мовні конструкції, зокрема, не підтримуються операції з дійсними числами та вказники. Такі конструкції як, наприклад, файли, зі зрозумілих причин відносяться до природньо-несинтезованих. Перехід від поведінкової моделі до синтезованої характеризується зниженням рівня абстракції описання цифрового пристрою.

• На четвертому етапі (етапі синтезу) здійснюється перехід від синтезної моделі до логічної структури та бітового потоку, який завантажується безпосередньо в ПЛІС. Підетап IVa представляє собою перехід від синтезної моделі до моделі рівня регістрових передач (Register Transfer Level Model – RTL-model). Така модель включає лише стандартні компоненти цифрових пристроїв, такі як регістри, лічильники, дешифратори, тригери тощо. На підетапі IVb (Place&Routing – розміщення і маршрутизація) RTL-модель розміщується на ПЛІС з формуванням зв’язків між окремими компонентами.

• На підетапі IVc формується бітовий потік, який завантажується безпосередньо до ПЛІС. Після цього проводиться остаточне тестування вже апаратно реалізованого цифрового пристрою.

Рис. 1. проектування цифрових пристроїв на базі ПЛІС

19. Відкриті системи та моделі OSI

В широкому сенсі відкритою системою може бути названа будь-яка система (комп'ютер, обчислювальна мережа, ОС, програмний пакет, інші апаратні чи програмні продукти), яка побудована відповідно до відкритих специфікацій.

Модель взаємодії відкритих систем (Open System Interconnection, OSI) визначає різні рівні взаємодії систем в мережах з комутацією пакетів, дає їм стандартні імена і вказує, які функції повинен виконувати кожний рівень.[1]

У моделі OSI (рис. 4.1) засоби взаємодії діляться на сім рівнів: прикладний, представницький, сеансовий, транспортний, мережевий, канальний і фізичний. Кожен рівень має справу з певним аспектом взаємодії мережевих пристроїв.

Рис. 4.1. Модель взаємодії відкритих систем OSI.

Модель OSI описує тільки системні засоби взаємодії, реалізовані операційною системою, системними утилітами і апаратними засобами. Модель не включає засоби взаємодії додатків кінцевих користувачів. Власні протоколи взаємодії додатки реалізують, звертаючись до системних засобів. Тому необхідно розрізняти рівень взаємодії додатків і прикладний рівень.

Слід також мати на увазі, що додаток може взяти на себе функції деяких верхніх рівнів моделі OSI. Наприклад, деякі СУБД мають вбудовані засоби віддаленого доступу до файлів. У цьому випадку додаток, виконуючи доступ до віддалених ресурсів, не використовує системну файлову службу; воно обходить верхні рівні моделі OSI і звертається напряму до системних засобів, відповідальних за транспортування повідомлень по мережі, які розташовуються на нижніх рівнях моделі OSI.

Отже, нехай додаток звертається із запитом до прикладного рівня, наприклад до файлової служби. На підставі цього запиту програмне забезпечення прикладного рівня формує повідомлення стандартного формату. Звичайне повідомлення складається з заголовка і поля даних. Заголовок містить службову інформацію, яку необхідно передати через мережу прикладному рівню машини-адресата, щоб повідомити йому, яку роботу треба виконати. У нашому випадку заголовок, очевидно, повинен містити інформацію про місцезнаходження файлу і про тип операції, яку необхідно виконати. Поле даних повідомлення може бути порожнім або містити будь-які дані, наприклад ті, які необхідно записати у віддалений файл. Але для того щоб доставити цю інформацію за призначенням, належить вирішити ще багато задач, відповідальність за які несуть нижележащие рівні.

Після формування повідомлення прикладний рівень направляє його вниз по стеку представницькому рівню. Протокол представницького рівня на підставі інформації, отриманої із заголовка прикладного рівня, виконує необхідні дії і додає до повідомлення власну службову інформацію - заголовок представницького рівня, в якому містяться вказівки для протоколу представницького рівня машини-адресата. Отримане в результаті повідомлення передається вниз сеансовому рівню, який в свою чергу додає свій заголовок, і т. д. (Деякі протоколи поміщають службову інформацію не тільки на початку повідомлення у вигляді заголовка, але і в кінці, у вигляді так званого "кінцевика". ) Нарешті, повідомлення досягає нижнього, фізичного рівня, який, власне, і передає його по лініях зв'язку машині-адресату. До цього моменту повідомлення є заголовками всіх рівнів [1].

20. Принципи побудови реконфігурованих систем

В даний час ведуться роботи по створенню комп'ютерної системи з реконфігурованою (віртуальної) архітектурою, яка являє собою проблемно - орієнтовані конфігурації стосовно до кожної конкретної задачі [3].

Р

ис7.1Реконфігурована система

Структура реконфігурованою системи складається з 2-х частин:

- постійної (або "фіксованої") частини комп'ютера (F)

- змінної частини (V), так званого "реконфігурованого" обладнання, яке можна об'єднувати в різні конфігурації.

Реконфігуроване обладнання також поділяється на дві частини: "стандартну" частину, яка підключається до фіксованої через стандартні шини host комп'ютера і представлена ​​материнською платою з локальною внутрішньою шиною для підключення "нестандартної" частини, що представляє собою широкий набір модулів розширення. Операції, що виконуються в кожній з частин, визначаються наступними характеристиками: в постійній частині: часом обчислень і вихідними даними; в змінній - також додатковим обладнанням, необхідним для виконання відповідних операцій, часом передачі інформації між обчислювальними модулями і часом реконфігурації системи (завантаження soft cores в кристали ПЛІС).

У даній системі конфігурація формується таким чином, щоб перенести основну роботу з F - частини системи на спеціалізовані блоки (V - частина), які представляють собою soft cores. Для строго сформульованої обчислювальної задачі (де однозначно визначені всі чисельні процедури) та опис характеристик операцій для F і V потрібно організувати загальну структуру і розподілити обчислення таким чином, щоб мінімізувати цільову функцію (сума вартостей реконфігурації і часу обчислень) [4].

Дана проблема є виключно складною, по суті це комбінаторна задача оптимального синтезу [4]. Обмеження, що накладаються кінцевим об'ємом реконфігурованою обладнання, не дозволяє отримати прийнятний для практики однозначний метод знаходження оптимального рішення. Тому, на сьогодні вирішення (близьке до оптимального) методом послідовних наближень.

Реконфігурація структури включає дві фази. У першій змінюється лише частина, тобто механічне зміна не допускається. Якщо не досягнуть заданий критерій оптимізації, тобто частина не має достатньої логічної потужності та пам'яті, або специфічних засобів введення-виведення інформації, то здійснюється перехід до другої фази. І подальша реконфігурація системи виконується також і механічним способом (шляхом встановлення модулів розширення у відповідні роз'єми - слоти локальної шини материнської плати).

Структурна організація реконфігурованих процесорів. Реконфігуровані процесори (РП) є в мінімальній конфігурації друковану плату з розміщеними на ній одним або декількома кристалами для користувача ПЛІС (ППЛІС), енергонезалежної пам'яті для зберігання файлів конфігурації, елементами завантаження конфігураційного файлу (файлів) і одним або декількома роз'ємами для підключення зовнішніх пристроїв ( модулів розширення). Тип незалежній пам'яті визначається областю застосування РП: для динамічного конфігурування ППЛІС в процесі функціонування доцільно використовувати Flash - пам'ять, а за відсутності такої необхідності - ППЗУ. Використання Flash - пам'яті передбачає наявність у складі РП блоку управління цією пам'яттю, що реалізує завантаження цієї пам'яті файлами конфігурації із зовнішнього джерела, а також читання з довільною вибіркою необхідного файлу та його завантаження.