Архитектура ЭВМ. Учебное пособие (лабораторный практикум)

Разработано компанией RAMBUS. Стандартизована как «закры- тый стандарт», что означает: производители модулей памяти этого стандарта должны перечислять компании RAMBUS «лицензионные отчисления» за предоставление права производства модулей.

По конструкции сильно отличается от SDRAM и DDR. Харак- терные особенности:

1)каждый канал RAMBUS имеет узкую шину – 16 бит;

2)RAMBUS позволяет устанавливать параллельно 2 или 4 кана- ла памяти. Современные контроллеры позволяют работать только с двумя каналами.

3)модули памяти бывают трех типов:

∙16-битные (1 канал);

∙32-битные (2 канала);

∙64-битные (4 канала).

Каждый из этих типов требует своего разъема: Rimm-16, Rimm32, Rimm-64.

4)если материнская плата рассчитана на 1-канальные модули, и на ней стоят разъемы Rimm-16, то для получения двух каналов необходимо установить либо 2, либо 4 модуля.

5)применяют несколько систем маркировки, для 16-разрядных

модулей наиболее распространена маркировка по тактовой частоте

(вида Rambus-800)

XDR

Дальнейшее совершенствование RAMBUS. В отличие от SDRAM / DDR / DDR2 / DDR3 развитие осуществляется не за счёт роста коэффициента форсировки (и соответственно роста ширины слова данных, выбираемого за один такт), а за счёт применения но- вых технологий передачи данных (запатентованных RAMBUS) и роста тактовой частоты модуля.

Оборудование и материалы

Для выполнения лабораторной работы необходим персональный компьютер со следующими характеристиками:

-процессор Intel Celeron G1850 OEMс,

-оперативная память не менее 512 Мбайт,

-свободное дисковое пространство не менее 320 Гбайт,

-устройство для чтения компакт-дисков,

41

- монитор типа Super VGA (число цветов 256) с диагональю не менее 17².

Программное обеспечение – операционная система WINDOWS XP, пакет MathCAD, MicroSoft Office.

Указания по технике безопасности

См. Лабораторная работа 1.

Задания к лабораторной работе

Задание 1. Определить характеристики быстродействия для сле- дующих видов памяти:

а) SD DRAM, PC-133; б) DDR-333;

в) Rambus-800 для двух каналов;

г) DDR2 200Мнг для одного канала.

Задание 2. Требуется память с параметрами быстродействия не хуже: производительность не менее 3000 МБ/с; tд(с) не более 30 нс.

Определить модули, на какую тактовую частоту должны быть куплены для двух случаев:

а) приобретается DDR;

б) приобретается DDR2; в) приобретается Rambus.

Содержание отчета и его форма

Отчет по лабораторной работе должен включать:

1)название лабораторной работы;

2)ответы на контрольные задания;

3)формулировки индивидуального задания и порядка его вы- полнения.

Отчет о выполнении лабораторной работы в письменном виде сдается преподавателю.

Контрольные вопросы

1.Перечислите основные характеристики конвейерной памяти.

2.Что понимается под производительностью памяти?

3.Какое время называется временем последовательного доступа?

4.Какой параметр называют «латентностью памяти»?

42

5.Приведите расчетные формулы для вычисления значений вре- мени случайного доступа.

6.Какие компоненты входят в общую систему организации ма- теринской платы ПЭВМ?

7.Перечислите современные модули памяти.

8.Дайте характеристику модулю памяти SDRAM.

9.Какими параметрами характеризуется модуль памяти DDR RAM?

10.Охарактеризуйте модуль памяти DDR 2 (DDR 3) DRAM.

11.Модуль памяти RAMBUS. Общая характеристика.

12.Что понимается под модулем памяти XDR?

Литература по данной теме

Основная: 1, 2, 3, 4, 5,

Дополнительная: 2, 4, 3.

8.ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ

ИСИСТЕМ ТЕЛЕОБРАБОТКИ

Цели работы: усвоить основные понятия и определения пред- метной области «Компьютерные сети и системы телеобработки»,

ознакомиться с техническими средства построения компьютерной сети, представленными в лаборатории, и получить начальные све- дения для дальнейшего изучения предмета.

Формируемые компетенции

проектно-конструкторская деятельность – ПК-1; проектно-технологическая деятельность – ПК-12; производственно-технологическая деятельность – ПК-18; организационно-управленческая деятельность – ПК-19.

Теоретическая часть

Назначение компьютерных сетей

Объединение компьютеров в сеть (network), предназначено для решения следующих пользовательских задач:

-коллективное использование данных;

-коллективное использование устройств;

-коллективное использование программ;

43

-поддержка электронная почта и коммуникации пользователей сети;

-коллективное решение задач;

-поддержка удалённого решения задач. «Удалённый ввод зада- ний» – решение задачи с компьютера, недостаточно приспособлен- ного для решения данной задачи, переносится на другой компьютер (другой хост) сети.

Разновидности компьютерных сетей

В зависимости от территориальной локализации сети и произво- дительности, используемых в сети каналов передачи данных, сети принято делить.

Локальные сети – относительно ближнее расположение компь- ютеров (хостов) сети при высоких скоростях передачи сетевых дан- ных по сетевым каналам передачи данных; позволяют решать лю- бые пользовательские сетевые задачи, в том числе и требующие вы- соких скоростей передачи данных (высокой производительности использованных сетевых каналов).

Глобальные сети – дальнее расположение компьютеров сети, не-

ограниченность территориального расположения хостов сети вплоть до объединения в общемировые сети, но при этом им харак-

терны умеренные скорости передачи сетевых данных по сетевым каналам передачи данных. Как правило, используются только для решения пользовательских задач, не требующих высокой произво- дительности сетевых каналов, таких как электронная почта и другие задачи коммуникации пользователей, работающих в сети.

Как промежуточные вариант между глобальными и локальными сетями, иногда в классификациях также выделяют так называемые «региональные сети» и «учрежденческие сети».

Понятия «сетевой станции» и «сетевого сервера»

Сети принято делить на одноранговые и сети с выделенными серверами.

Водноранговых сетях все компьютеры, объединённые в сеть, потенциально равноправны, и любой из них при необходимости может быть использован как для работы в сети пользователей, так и для размещения ресурсов общего пользования, например:

а) устройств общего пользования; б) программ и данных общего доступа.

Всетях с выделенными файл серверами отличают:

44

1)сетевые станции (клиенты) – компьютеры в сети, используе- мые для работы пользователя сети и не предназначенные для раз- мещения ресурсов общего пользования;

2)серверы – компьютеры в сети, предназначенные для размеще- ния ресурсов общего пользования и редко (в качестве исключения) используемые для организации работы пользователей сети.

Разновидности серверов

Вкрупных сетях часто используют «специализированные серве- ры», например:

а) «Файл-сервер» (предназначен для размещения «файлов обще- го доступа», таким образом, реализует в сети простейший способ коллективного использования данных);

б) «Сервер приложений» (на серверах выполняются серверные части ПО, так называемых «клиент-серверных приложений» – про- граммного комплекса, включающего «клиентские» и «серверные» части. При этом ПО «клиентской части» не имеет прямого доступа

кфайлам, размещённым на сервере приложений, но зато может об- ращаться к ПО «серверной части» с запросами на поиск необходи- мых данных и выполнение других требующихся клиенту операций); в) «Коммуникационный сервер» (управляет потоками данных между данной сетью и другими сетями, обеспечивая, таким обра-

зом, «межсетевое взаимодействие»); г) «Принт-сервер» (используется для подключения «принтеров об-

щего пользования», управляя «потоком заданий» на принтеры, посту- пающим с других компьютеров сети, формируя и поддерживая «оче- реди печати» и выполняя другие функции, необходимые для поддерж- ки коллективного использования принтеров. Аналогично для под- держки других устройств общего пользования могут быть использова- ны другие «выделенные серверы», например для организации коллек- тивного использования модемов – «факс-серверы»);

д) «Почтовые серверы» (для поддержки использования в сети «электронной почты» и других технологий «электронной коммуни- кации пользователей»);

Внебольших сетях функции всех вышеперечисленных (а также и других возможных, но неупомянутых специализированных) сер- веров могут реализоваться с использованием единственного серве- ра, который в таком случае часто называют «главный сервер сети».

45

Понятие системы телеобработки

Система телеобработки может рассматриваться как частный слу- чай сети, в которой степень централизации ресурсов особенно вы- сока, и особая роль состоит не только в организации коллективного использования сетевых ресурсов, но и в «диспетчеризации работы хостов сети», «организации коллективного доступа к среде переда- чи» – лежит на так называемом «сервере системы телеобработки».

В классических сетях решение данных задач разделяется между всеми хостами, входящими в состав сети (реализуется с использо- ванием «сетевых контроллеров» и других специализированных ап- паратных устройств, не обязательно привязанных к серверу сети).

Введение в «сетевую модель OSI»

OSI – Open System Interconnect (в русском переводе – Модель Открытых Систем).

OSI – международный стандарт ISO. Принят в 1990 г. Описывает:

-терминологию, рекомендованную к употреблению при описа- нии сетей и сетевых технологий;

-стандартное разбиение всех средств сетевой работы по функ- циям на семь уровней: от нижних, тесно связанных с аппаратурой, до верхних, связанных с прикладным ПО и методами работы с при- кладным ПО;

-интерфейсы между уровнями.

На момент принятия OSI существовало множество различных ком- мерческих стандартов на построение сетей, не совместимых между собой, и существовали большие проблемы с организацией взаимодей- ствия различных сетей, построенных по разным стандартам.

OSI задал направление, в котором развиваются коммерческие стандарты в плане унификации, обеспечения интерфейсов межсете- вого взаимодействия, унификации терминологии.

Понятия о сетевом протоколе

Протокол – это детальное формализованное описание того, ка-

ким образом выполняется та или иная функция и каким образом сопрягаются те или иные компоненты.

Стопка протоколов – это набор протоколов, полностью описы- вающий какую-либо сложную систему.

46

Известны несколько популярных стопок протоколов (часто их называют просто протоколами), описывающих различные между- народные и фирменные стандарты на построение сети, например:

1.TCP/IP. Родился как часть ОС UNIX, но за 30 лет получил огромное распространение. Реализован в большинстве компьютер- ных систем, и является основой построения Internet.

2.Apple Talk. Стандартный протокол для сети компьютеров Apple Macintosh. Интересен тем, что значительно лучше TCP/IP под- держивает передачу непрерывных данных.

3.NetBIOS. Стандарт времен DOS. В настоящее время, поддерж- ка NetBIOS необходима для программ DOS.

4.NPX. Стандарт фирмы Novell. В начале 90-х гг. конкурировал

сTCP/IP. До сих пор на основе его использования построено мно- жество локальных сетей.

Общая структура OSI

Все задачи, выполняемые при передаче сообщений по сети, мо- дель OSI разбивает на семь уровней (layers).

Уровни 6 и 7 относят к «верхним».

Уровни 3, 4 и 5 – «средние» – уровни системного программного обеспечения, обеспечивающего работу сети. Системное ПO в иных системах также может быть поддержано специализированными ап- паратными средствами.

Уровни 1–2 – «нижние» – уровни, реализуемые сетевой аппара- турой.

Уровни 1–4 называются транспортной службой.

Сообщения в процессе передачи переходят с одного уровня на другой (проходят по стеку). При прохождении по стеку на каждом уровне выполняются специфические для данного уровня операции.

47

В процессе передачи сообщения то опускаются с верхних уров- ней к нижним, то поднимаются с нижних к верхним. Процесс про- движения к нижним уровням называется «конвертацией сообще- ний», а процесс продвижения к верхним уровням – «деконвертаци- ей сообщений».

Если компьютер А передает данные компьютеру В, на компью- тере А происходит конвертация, на компьютере В – деконвертация.

Функции отдельных уровней

Прикладной уровень

Никаких преобразований сообщений уровень не предписывает. Стандарты уровня описывают:

а) логическую структуру сети, т. е. то, как пользователь видит сеть. Логическая структура – это виртуальный объект, реальное устройство сети может значительно отличаться от логической структуры;

б) способы реализации тех или иных функций в прикладных программах;

в) способы реализации тех или иных функций в сетевых ОС и браузерах.

Уровень представления данных

На данном уровне описаны:

1)рекомендованные для передачи по сети форматы данных;

2)рекомендованные алгоритмы трансляции данных из форматов, не стандартизированных для передачи по сети – в стандартные;

3)методы шифрования данных: имеется в виду т. н. высокоуров- невое шифрование, осуществляемое прикладными программами или средствами шифрования ОС. Следует отличать от т. н. низко- уровневого шифрования, которое осуществляет аппаратура переда- чи данных по сети;

4)высокоуровневое помехозащищенное кодирование. Следует отличать от низкоуровневого помехозащищенного кодирования.

Сеансовый уровень

Стандарты описывают способ подключения прикладных про- грамм и высокоуровневых средств операционной системы к транс- портной службе сети, в том числе такие вопросы, как:

а) инициация сеанса связи; б) разрыв сеанса связи;

в) приостановка / возобновление сеанса связи.

48

Транспортный уровень

Программное обеспечение транспортного уровня решает две важнейшие задачи:

–коммутация сообщений;

–трансляция адресов.

Коммутация сообщений. Существуют различные технологии пе- редачи сообщений. Например, в одних случаях сообщения переда- ются целиком, в других – разбиваются на части (пакеты). Кроме того, в одних случаях коммутация ведется по заранее не подготов- ленному каналу связи, в других – по заранее подготовленному (скоммутированному) каналу связи. То, как будет происходить коммутация сообщений, зависит от настройки транспортной служ- бы, а конкретно от настройки программ коммутации.

Трансляция адресов. Пользователь, работающий в сети, видит логическую структуру сети и пользуется т. н. «логическими» сете- выми адресами. Логические сетевые адреса не отражают структуру сети. В дальнейшем для передачи данных необходимо преобразо- вать логические адреса в т. н. физические адреса. Физические адре- са менее понятны и менее информативны для пользователя, но в них отражена физическая структура сети.

Сетевой уровень

На данном уровне решаются две главные задачи: а) маршрутизация; б) преобразование физических адресов в канальные.

Маршрутизация. Если сеть достаточно сложна и в ней возможна передача сообщений по более чем одному альтернативному марш- руту, требуется «маршрутизация», а именно определение опти- мального маршрута из числа возможных.

Преобразование адресов. Аппаратура канала (сетевая плата, мо- дем, телефонная линия и другие аппаратные средства, связывающие два компьютера) при передаче данных по каналу используется т. н. канальные адреса, которые никак не связаны с общей структурой сети и используются только в данном конкретном канале.

Таким образом, физические адреса, связанные с общей структу- рой сети, перед передачей по каналу преобразуются в канальные адреса (другое название канальных адресов – локальные физиче- ские адреса).

49

Канальный уровень

На канальном уровне описана аппаратура, осуществляющая пе- редачу данных по каналу, и все специфические алгоритмы, которые используются для передачи данных, например:

а) алгоритмы разделения линий связи; б) алгоритмы коллективного использования линий связи;

в) алгоритмы замены неправильно переданных данных; г) алгоритмы низкоуровневого шифрования;

д) алгоритмы низкоуровневого помехозащищенного кодирования. Часть этих алгоритмов специфична для компьютерных сетей, а

часть общеупотребительна на любых компьютерных интерфейсах.

Физический уровень

На этом уровне описываются:

1)стандарты на параметры используемых кабельных систем;

2)стандарты на разъемы, врезки и другие средства подключения кабельных систем;

3)электрические характеристики используемых сигналов;

4)алгоритмы синхронизации передачи данных (поскольку зави- симы от типа используемого кабеля).

Модель OSI применительно к локальным сетям

Протокол IEEE802.0 уточняет модель OSI для случая локальных сетей.

Важнейшее уточнение – алгоритмы и протоколы канального уровня разбиты дополнительно на 2 подуровня: LLC и MAC

7

LLC

MAC

где LLC (logical link connect) – протокол связи логического звена; MAC (medium access control) – контроль доступа к среде.

К подуровню LLC относятся алгоритмы, реализация которых не зависит от типа сетевого контроллера, например: низкоуровневое шифрование, помехозащищенное кодирование, замена неправильно переданных данных.

50