№121 Стандарт скоростной оптической магистрали fddi.

Стандарт ISO 9314 описывает МАС уровень и верхний подуровень физического уровня для скоростной кольцевой сети с маркерным методом доступа использующей в качестве физической среды волоконно оптическую линию.

Скорость передачи–100Мб/с.Максимальное кол-во абонентов–1000.Максимальная дальность- 200км .Сеть называется FDDI.

МАС уровень обеспечивает 2 режима работы:

1.синхронный

2.асинхронный

В синхронном режиме станция получившая маркер может передавать пакеты в течении определенного и равного для всех станций времени.Таким образом гарантируется время доступа ко всем станциям моно канала.

В асинхронном режиме возможны два подрежима:

-общий

-диалоговый

Общий похож на синхронный с отличием,что каждая станция получившая маркер передает пакеты в течении времени пропорциональному своему приоритету.

Диалоговый – станция получившая маркер посылает пакет и диалоговый маркер.

Станция получившая диалоговый маркер понимает,что с ней установлен диалоговый режим работы и отвечает пакетами ответа.

Сущетвуют 3 типа кадров:

-общий

-информационный

-диалоговый

Структура информационного кадра.

ПМБ

НО

УК

АП

АО

ИНФОРМ-Е

КПК

КО

СК

ПМБ-поле преамбулы.Данное поле содержит служебные символы холостого поля.Данные сим-

волы используются для синхронизации приёмника.

НО-поле начального ограничителя.Служит для обозначения начала кадра.Размер 10 бит.

УК-поле указетеля кадра.Размер 8 бит.Служит для указания типа кадра.

АП-адрес приёмника.От 2-6 байт.

АО-адрес отправителя.От 2-6 байт.

ИНФ-Е-поле переменной длины в котором упаковывается информация LLC уровня.

КПК-поле контрольной последовательности кадра.Размер 4 байта.Используется для обнаружения ошибок передачи кадров.

КО-поле конечного ограничителя.Размер 10 бит.Содержит служебные символы конца кадра.

СК-составляющие кадра.Размер15 бит.Указываются служебные символы ошибки,обнаружения адреса получателя.

Структура кадра маркера.

ПМБ

НО

УК

КО

Данный стандарт на физическом уровне определяет две возможные структуры станций.

1.одинарная станция

2.двойная станция

Одинарная станция имеет один комплект оборудования и обеспечивает подключение в режиме точка – точка.

Двойная станция имеет двойной комплект оборудования и обеспечивает подключение к кольцевому каналу в качестве которого используется двойное оптическое кольцо с противоположными направлениями передачи информации.При этом одно кольцо основное , второе резервное.

№125 Структура сетей класса Campus Network.

Учережденческие сети являются разновидностью региональных сетей и развиваются в последнее время наиболее динамично.Данные сети имеют протяженность от 1 до 10 км. Объединяют от несколько 100 до несколько 1000 абонентов.Их называют Campus Network.

Сети данного типа используют для объеденения компьютеров в учереждениях имеющих локально расположенную группу зданий в радиусе 5-10км.

Архитектура данной сети имеет трёх уровневую иерархическую структуру.На нижнем уровне находятся Л.С. рабочих групп.В качестве коммуникационного оборудования используются как правило концентраторы со скоростью передачи 10Мб/с.В качестве сетевой технологии используется Ethernet.В качестве физической среды используется витая пара категории 3. Использующаяся топологическая структура – звезда.

Следующий уровень-уровень сети одного здания.На данном уровне используются сетевые коммутаторы для объединения рабочих групп в рамках одного здания.В качестве сетевой технологии используются Switch,Ethernet.Скорость передачи 10Мб/c.Физическая среда-витая пара категории 3.Топологическая структура-звезда.

На верхнем уровне сети находится скоростная магистраль учереждения реализованная в виде оптической магистрали стандарта Fast Ethernet.Скорость передачи 100Мб/с.Топологическая структура зависит от используемой сетевой технологии.Управляет данной магистралью соответ-

ствующий коммутатор.

Данная архитектура позволяет обеспечивать каждому абоненту сети,не зависимо от его расположения ,пропускную способность при работе с любым ресурсом сети не менее 1Мб/с.

Если приложение требует более высоких пропускных способностей ,то на нижнем и среднем уровне иерархии сети возможно использование более скоростных коммутаторов.

ФС КС

1-й уровень

Оптический коммутатор межкорпусной

Коммутатор Коммутатор 2-й уровень

корпусной

Концент-р ... Концент-р ФС ФС ФС Концент-р ... Концент-р ФС 3-й уровень

этажный

РС РС...ФС РС РС ... ФС РС РС ...ФС РС....ФС

№126 Классификация глобальных сетей ЭВМ. Структура сети передачи данных глобальных сетей.

ГС делятся на частные сети и сети общего пользования. Частные сети принадлежат какой либо фирме или фирмам и их называют корпоративными. Сети общего пользования принадлежат государству. Частные сети делятся на однокорпоративные и мультикорпоративные.

Однокорпоративные сети имеют иерархическую структуру. Это связано с соответствующей структурой управления фирмы (DECNET, SNA). Данные сети используют компьютеры соответствующих фирм, и соответствующие фирменные сетевые протоколы. Данные сети строятся по технологии коммутации пакетов.

Мультикорпоративные сети имеют смешанную логическую структуру (линейную на верхнем уровне и иерархическую на нижнем). Например, межбанковская сеть SWIFT.

Коммунальные сети, как правило, имеют смешанную логическую структуру. В них реализуются связи типа "каждый с каждым" либо "каждый с несколькими". Коммунальные сети делятся на специальные (ориентированы на предоставление каких-либо определенных услуг (RelCom)) и универсальные (рассчитаны на предоставление всего возможного спектра услуг (Internet)). Коммунальные сети в качестве СПД используют сеть коммутации пакетов. В качестве сетевых протоколов используют протоколы, имеющие международный статус. Наиболее часто используются протоколы TCP IP и X.25.

Сеть передачи данных (СПД).

СПД – набор программно-аппаратных средств для передачи данных между абонентами глобальной сети.

Типичная СПД представляется в виде ЦКП, соединенных между собой с помощью модемов по телефонным каналам, либо с помощью кабельных или оптоволоконных каналов.

В качестве ЦКП используются мощные маршрутизаторы, которые организованы в виде специализированных мультипроцессорных систем. Основные задачи решаемые ЦКП – это маршрутизация и управление сетью. Задача маршрутизации сводится к определению по номеру получателя оптимального по некоторому критерию маршрута передачи информации через сеть. Для реализации алгоритма маршрутизации необходимо обладать информацией о топологии сети, о пропускной способности каждой из линий, о нагрузке на каждую из линий.

Выделяют три группы алгоритмов маршрутизации:

Простая маршрутизация – не учитывает изменения топологии и состояния СПД. В рамках данной группы существует еще два алгоритма. Случайная маршрутизация – это передача сообщения в любом случайном направлении, кроме того, откуда пришел пакет. Пакет, "блуждая" по сети, всегда достигнет адресата. Лавинная маршрутизация – передача пакета из узла во всех направлениях, кроме того, откуда он поступил. Перемещаясь во всех направлениях, пакет перемещается и по кратчайшему пути. Таким образом, данный алгоритм мог бы обеспечивать минимальное время доставки сообщения, но в силу эффекта "шторма" пакетов и связанной с этим загрузкой СПД, он также неэффективен.

Фиксированная маршрутизация – выбор направления передачи по таблице маршрутизации, устанавливающей маршрут для каждого узла назначения. Таблицы маршрутизации определяют кратчайшие пути от отправителя к получателю, и вводятся, как правило, от центра управления СПД. Фиксированная маршрутизация может строится на основе единственного пути передачи пакета между абонентами и называется однопутевой маршрутизацией. Её недостаток в неустойчивости к отказам. Для повышения устойчивости в таблицах указываются альтернативные маршруты и вводятся правила передачи по ним. Данный способ называется многопутевой маршрутизацией.

Одним из способов фиксированной маршрутизации является явная маршрутизация: маршрут задается в явном виде станцией-отправителем. Так как пакет может проходить через множество ЦКП, то задавать в каждом пакете весь набор транзитных адресов нецелесообразно. Поэтому вначале передается случайный пакет, в котором указываются все транзитные адреса ЦКП, через которые будет вестись передача пакета. Данный метод используется в сетях с неизменяемой топологией и известной иерархией сообщений (корпоративных).

Адаптивная маршрутизация, централизованный способ: в СПД выделяется специальное устройство – центр управления, куда передаются сведения о текущей загрузке и топологи. Из центра соответствующие корректирующие сообщения для изменения таблиц маршрутизации передаются во все ЦКП. Децентрализованный способ маршрутизации: сообщения о нагрузке и изменении топологии передаются непосредственно в ЦКП, и решение об изменении маршрута принимаются ими самостоятельно.

Иногда применяются комбинированные методы маршрутизации. Наиболее час­то используются централизованно-децентрализованные методы. Например, -мар­шрутизация: каждому узлу предоставляется -самостоятельность. При  →1, узлу предоставляется полная самостоятельность, то есть он сам выбирает оптимальный маршрут. При  →0, узел имеет минимальную самостоятельность и решение о выборе маршрута принимает центр управления.

№127Стандарт Х.25

Наиболее известный протокол сетевого уровня является Х.25. Данный протокол предназначен для передачи пакетов по СПД ГС и реализует следующие

проц-ры:

1.организация виртуальных каналов между абонентами СПД.

2.передача пакетов.

3.управление сетью с помощью механизма "окон"

4.востановление работаспособности сети при перегрузках.

Протокол Х.25 описывает протоколы 3 уравней:

-физического

-канального

-сетевого

На физическом уровне опред-н интерфейс для подключения аналогово либо цифрового модема.

На канальном уровне используется HDLC. На сетевом определенны процедуры маршрутизации пакетов, передачи пакетов и управление сетью.

Используются пакеты 4 типов

1.установление соединения и разъединения,

2.данные и прерывания,

3.управление и сброс,

4.пакет реестра.

1.тип- содержит пакеты 4видов.

-пакет запрос соединение

-подтверждение соединения

Данные два пакета используются для установления виртуального канала между передатчиком и приемником.

-запрос разъединение

-подтверждение разъединения

2.тип - основной вид пакетов циркулирующих СПД, при этом пакеты прерывания это информационные пакеты, которые имеют наивысший приоритет, они

обслуживаются узлами вне очереди.

3.тип - содержит следующие виды пакетов:

-пакет готовность абонента к приему

-не готовность абонента к приему

Данные два пакета используются, как положительная и отрицательная квитанция о приеме пакета в размере выделенного окна. Под окном понимается ма- ксимальное количество пакетов на которые необходимо передавать подтверждение.

-пакет запрос сброса

-подтверждение сброса

Данные два пакета используются для сбросов пакетов неверно принятых в размере окна.

4.тип - содержит два вида пакетов

-запрос реестра

-подтверждение реестра

СПД Х.25

АбонентА АбонентВ

Запр.след.

Подтвержд.

след.

Пакет1

Пакет2

Пакет3

Готовность абонента к приему

Запрос

разъед.

Подтверждение разъединения

№128Структура глобальной сети ИНТЕРНЕТ.

Глобальные сети делятся на:

-частные сети

-сети общего пользования

Коммунальные сети имеют смешанную логическую структуру, в них реализуются связи типа каждый с каждым либо каждый с несколькими

Коммунальные сети делятся на

-специализированные

-универсальные

Универсальные сети ориентированны на предоставление всего возможного спектра услуг. Примером является Интернет.

В качестве СПД используют сеть коммутационного пакета, а в качестве своих протоколов используют протоколы международного статуса. TCP/IP.

Аппаратными средствами используемыми в сети Интернет являются: АКД и СПД.

Модем представляет собой наиболее распространенное устройство АКД. Он обеспечивает стыковку цифровых устройств ООД с телефонными каналами используя телефонные каналы связи. Модем изменяет сигнал несущий на использующий для модуляции цифровой код ООД. Т.к. телефонные каналы связи обладают низким качеством передачи информации, то в них реализуются различные программно аппаратные средства передачи информации. Наи-

более известным средством является протокол MNP. Данный протокол реализует различные функции канального уравня передачи информации направле- нного на повышение ее надежности.

СПД представляется в виде сети ЦКП соединенных между собой с помощью модемов по каналам телефонной связи. В качестве ЦКП используются мо- щные маршрутизаторы, реализующие специализированными мультипроц.

Основные задачи ЦКП

-маршрутизация пакета

-управление сетью

№129 Принцип изоморфности и его использование для моделирования на ЭВМ.

Моделирование - процесс изучения одного физического явления при помощи другого, описываемого идентичными математическими зависимостями.

Моделирование физических явлений, происходящих в исследуемом объекте, осуществляется с помощью модели, являющейся аналогом физического устройства.

Моделирование может быть физическим и математическим.

При физическом моделировании, физика явлений, подлежащих изучению, в объекте и в модели одинаковы. И процессы, протекающие в объекте и модели, описываются одинаковыми математическими зависимостями.

Например: пусть есть источник сигнала, приемник сигнала, и связывающая их длинная линия с распределенными параметрами R,L и C. При физическом моделировании делают соответсвующую схему, состоящую из цепочек резисторов, катушек и конденсаторов, и после этого испытывают именно ее. То есть в модели здесь протекают те же физические процессы, но их легче измерить и проконтролировать.

При математическом моделировании, физика явлений, протекающих в модели и в объекте, различна, но математические и логические зависимости одинаковы.

Например: следующие выражения имеют одинаковый вид:

Сила трения

Тепловой поток

Ток в проводниках

Это позволяет например рассчитать тепловой поток, используя проводник с током для моделирования.

Решение математических и инженерных задач на АВМ сводится к экспериментам с нек. физ. системой, которая специально построена так, что ее мат. описание одинаково с задачей, подлежащей решению. В связи с этим решение задач на АВМ можно назвать моделированием, а саму АВМ - моделью.

Одинаковые по форме мат. выражения называются изоморфными. Принцип мат. изоморфности позволяет одни системы исследовать при помощи других.

№130 Операционные блоки, воспроизводящие нелинейные функции. Особенности построения. Примеры использования.

Устройства, воспроизводящие нелинейные функции (УНФ) классифицируются следующим образом:

• по числу аргументов:

а) УНФ одной переменной

б) УНФ многих переменных

• по принципу действия:

а) воспроизводящие заданную функцию

б)воспроизводяшие приближенную функцию, которая аппроксимирует заданную с нек. степенью точности

• по функциональным возможностям

а) специализированные - имеют постоянную структуру, но реализуют только одну функцию.

б) универсальные - реализуют несколько функций, и могут иметь переменную структуру.

• по способу представления информации

а) непрерывные

Например:

1. на основе потенциометра

2.на основе ВАХ полупроводникового диода

3.на основе нелинейных полупроводниковых сопротивлений

б) дискретные

Функция реализуется для некоторого дискретного ряда значений посредством выполнения арифметических и логических операций.

в) с импульсной модуляцией

Например: времяимпульсные устройства, преобразование в которых происходит в два этапа:

I этап - функциональная модуляция; некоторая величина преобразуется в длительность импульса.

II этап - функциональная демодуляция; длительность импулься преобразуется в напряжение.

№131 Структурные АВМ и АВМ типа модель-аналог. Примеры использования обоих типов АВМ. Достоинства и недостатки. Источники погрешностей.

Структурные АВМ моделируют процессы по операциям, присутствующим в математических уравнениях.

Как правило, состоят из блоков, коммутируемых с помощью наборного поля. В зависимости от типа задачи из функциональных блоков строится решение уравнения.

Например, решение дифференциального уравнения:

Достоинство структурных АВМ - их универсальность.

Недостаток - часто за универсальность требуется расплачиваться большей сложностью и меньшей надежностью (хотя опять-таки, они легче поддаются ремонту - заменил модуль, и все ).

АВМ модель-аналог моделируют исследуемую физическую систему по ее отдельным составным частям. То есть она воспроизводит решение задачи в ее физической постановке на основании метода аналогии, и решение задачи происходит не по математическим операциям, а по ее физическим компонентам.

Например, расчет теплового сопротивления теплопровода от ТЭЦ к потребителю производится на основе аналогии между тепловым сопротивлением и вязкостью жидкости в трубопроводе. Температура воды сопоставляется давлению жидкости.

Недостаток таких АВМ - их узкая специализация, неуниверсальность.

Достоинство - часто на производстве универсальность и не требуется, ведь устройство поставили для решения конкретной задачи. Зато они получаются в общем проще и дешевле.

Погрешность начинается в том случае, если в каком-то участке схемы ток или напряжение (или другой параметр) выходят за пределы номинальных. Если параметр мал - он теряется на уровне шумов. Если слишком велик - он обрезается.

Погрешность увеличивается с увеличением сложности АВМ, длины соединений, числа контактов, нелинейных соединений и т.д. Кроме того, она может также быть обусловлена неточным воспроизведением нелинейных функций. Поэтому в общем случае погрешность у структурных АВМ больше.

№132 Инвертирующие и неинвертирующие ОУ. Особенности. Основные характеристики.

Основные характеристики ОУ:

а)Коэф. усиления

б)Напряжение смещения - такое напряжение на входе, при котором выходное напряжение = 0 (желательно малое).

в)Переходная характеристика

г)Входное сопротивление - желательно большое

д)Выходное сопротивление - желательно малое

е)Скорость нарастания выходного напряжения - желательно большая. Измеряется подачей на вход ступенчатого напряжения.

При включении ОУ так, как показано ниже, он называется инвертирующим ОУ.

Так как сопротивление между инвертирующим входом и землей можно считать бесконечным,I₁=I₂, и коэф. передачи равен:

Так как усилитель инвертирующий,

Также при этом считается, что коэф. усиления ОУ бесконечно большой.

Как правило, К_И=-[50…200] тыс, R_вх>10⁶ Ом, поэтому эти предположения не далеки от истинных. Реальные параметры необходимо учитывать в схемах, имеющих точность лучше 0,1%.

Простейший способ скомпенсировать погрешность ОУ на 30-40% - подключить дополнительный резистор на неинвертирующий вход.

Неинвертирующий усилитель имеет следующую схему включения:

Выходной сигнал не инвертируется.

Погрешность схемы складывается из погрешности резисторов и погрешности ОУ. Если коэф. усиления ОУ >> коэф. усиления схемы, погрешность в основном определяется погрешностью резисторов.

Для инвертирующего усилителя погрешность определяется:

Для неинвертирующего:

Входное сопротивление инвертирующего усилителя:

Неинвертирующего:

где - сопротивление синфазных входов,

№133 Устройства умножения и деления, их разновидности. Особенности построения.

Наиболее простое устройство деления - делитель напряжения на резисторах. Однако нагрузочная способность такого включения невелика. Чтобы ее увеличить следует уменьшить сопротивление обоих резисторов, но это приведет к увеличению рассеиваемой мощности. Есть другой вариант - использование повторителя на ОУ:

Готовыми устройствами умножения могут служить схемы инвертирующего и неинвертирующего включения ОУ. Существуют модификации схемы, улучшающие точность умножения на ОУ. Масштабный усилитель - это решающий усилитель, обеспечивающий усиление в строго заданной число раз.

Таким образом, мы рассмотрели два типа устройств умножения - на резисторах и на ОУ. Возможно использование других устройств - полупроводниковых биполярных и полевых диодов.

№134 Интеграторы на ОУ. Принципы построения и функционирования. Примеры использования.

Интегратор - это схема инвертирующего включения ОУ, в которой резистор R₂ обратной связи заменен конденсатором С.

При подведении к входу скачка напряжения, выходное напряжение будет определяться выражением:

Так как ,

То есть, выходное напряжение есть интеграл от входного.

Часто в схемах интегратора требуется задавать начальные условия. Задача состоит в заряде конденсатора до нужного уровня. Самый простой способ задания нулевых НУ - кратковременно закоротить конденсатор, включив последовательно резистор для ограничения тока. Можно использовать механический ключ, а лучше полевой транзистор. Для задания ненулевых НУ кратковременно подключается источник напряжения.

Область применения такого интегратора - в интеграторах АВМ ;). Также применяются в активных фильтрах, схемах обработки импульсных сигналов и др.

Например

№135 Принципы построения устройств, выполняющих математические операции логарифмирования и потенцирования.

Для построения логарифмических усилителей используются элементы, имеющие логарифмический закон изменения сопротивления. Часто используют полупроводниковый диод в цепи обратной связи инвертирующего ОУ, вольт-амперная характеристика которого в некотором диапазоне описывается выражением

где -обратный ток диода; - показатель экспоненты, значение которого изменяется от 20 до 40 1/В.

После преобразования это выражение имеет вид

что показывает логарифмический закон изменения сопротивления диода.

Потенцирование - это операция, обратная логарифмирования, поэтому может быть получена с использованием того же полупроводникового диода.

№136 Программирование задач на АВМ. Язык программирования. Элементы языка, их характеристики.

Структурные АВМ, то есть АВМ, состоящие из отдельных блоков, могут быть запрограммированы на решение широкого круга задач. Каждый блок может решать только свою отдельную задачу, поэтому требуется соединить их в правильной последовательности для решения всего уравнения. Программирование АВМ состоит в соединении в нужной последовательности ее блоков с помощью так называемого наборного поля и перемычек. При программировании необходимо учитывать совместимость блоков по уровням сигнала, чтобы погрешность устройства была минимальной.

№137 Выбор масштабов переменных величин при решении задачи на АВМ. Физический смысл масштабных коэффициентов.

Пусть требуется промоделировать некоторый полином, например

,

причем сопротивления источников сигнала считаются очень малыми. Используя суммирующий усилитель, получим моделирующую схему:

В данном случае коэф. при входных напряжениях - это масштабные коэфициенты. Их физический смысл - отношение сопротивления входных резисторов к сопротивлению резистора обратной связи. Они задают отношение токов по каждой входной ветви ОУ.

Как видно, масштаб переменной величины здесь зависит от других входных переменных величин. Но требуется учитывать и другие соображение - уровень сигнала в каждой точек должен лежать в номинальных пределах, иначе уровень погрешности резко возрастет.

№138 Типы ЦАП и АЦП, используемых в АВМ.

ЦАП и АЦП необходимы для преобразования дискретных величин в непрерывные и наоборот, например для их обработке в ЭВМ.

По способу преобразования АЦП делятся на две группы:

а) итерационные

Алгоритм следящего уравновешивания заключается в том, что входная аналоговая величина сравниваеться с однородной ей величиной одноканальной регулируемой меры, изменяющейся по линейному закону. (Выходной сигнал сравнивается с входным. Если его нужно увеличить, выходному счетчику подается сигнал увеличения на 1. Если его нужно уменьшить, подается сигнал уменьшения на 1).

Достоиства: простота схемы, фильтрация импульсных и высокочастотных помех.

Недостаток: низкое быстродействие.

Алгоритм поразрядного уравновешивания основан на методе деления пополам. (То есть: требуемый выходной сигнал определяется не посредством уменьшения/увеличения счетчика на 1, а с помощью быстрого поиска значения посредством деления всего выходного диапазона пополам, потом тот отрезон опять делится пополам, и так до тех пор, пока не будет достигнута требуемая точность).

Достоинства: большее быстродействие и точность преобразования.

Недостатки: большая сложность, чувствительность к помехам.

б) однотактного преобразования

Алгоритм сопоставления: каждому выходному значению сопоставляется свой источник образцового напряжения и своя схема сравнения. Выходы всех схем сравнения заводятся на шифратор для преобразования из унитарного кода в двоичный.

Достоиство: большая скорость

Недостаток: очень большая сложность.

ЦАП тоже бывают нескольких видов. Основные - это:

а) преобразователь код - среднее напряжение.

Код преобразуется в промежуточную величину, интервал времени, который затем преобразуется в напряжение.

Достоинство: простота, высокая точность

Недостаток: инерционность.

б) преобразователь код - мгновенное напряжение

Бывает трех типов:

1) с последовательным включением разрядных сопротивлений.

2) с параллельным включением разрядных сопротивлений.

3) сеточные преобразователи код-напряжение.

№139. Структуры операционных автоматов с шинной организацией

Так можно выполнять действия, пока результат предыдущей команды является

операндом последующей. Если нет, то тогда Рг Н записывается в ЗУ.

КС выч. – вычислитель, который может выполнять как двухместные, так и

Рг ЗУ

Пр. Сч.

Одноместные операции и выдает результат и признак результат.

адрес Рг Н – накопитель; пр. сч. – программный счетчик.

Снижение производительности по отношению к 3-х адресному автомату

Получается незначительным ( только тогда нужна дополнительная перепись данных

Рг

пр.

чт /зап когда результат предыдущей команды не является операндом

X1 последующей), а упрощение операционного и управляющего

. автоматов получается значительным.

КС Выч.

.

b Xn Некоторая часть регистров жестко закреплены за опред-ми

Рг

Н

функциями, а нек. часть регистров может использоваться

a так или иначе, в зависимости от выполняемого алгоритма.

Таким образом все регистры делятся на 2 группы:

1) регистры, жестко закрепленные за функциями

2) регистры общего назначения

В МП записанный адрес может быть таким, что он позволяет обращаться только к РОН.

В МП для обращения к спец. Регистрам впереди всегда приписывается «1». Таким образом

для спец. Регистра – адрес 5-ти разрядный, следовательно для пользователя они скрыты, т.к.

y1 … yn пользователю доступен лишь 4-х разрядный адрес.

Можно также сделать 2 памяти – одну общего назначения, другую – специальной.

№140. Конвейерный операционный автомат.

Простейший конвейер первым предложил Генри Форд. У конвейерной системы очень высокая производительность. Количество операций и операторов будет таким же , как и при последовательном выполнении, но при последовательном выполнении будет низкая производительность так как в момент времени работает лишь один оператор, а при конвейерной обработке все операторы работают. Простейший конвейер – это линейный конвейер.

Он представляет собой цепочку, состоящую из звеньев каждое звено может выполнять одно действие, звено в ОА состоит из транспортера, хранилища данных – регистра.

Операнды .......

Звено ОП

Количество говорит о длине конвейера, независимо от длины конвейера на выходе будет результат при поступлении на входы входных данных, но результат будет зависеть не от поступивших только что данных, а от предыдущих. Длина будет зависеть от частоты подаваемой синхронизации, а частота подачи синхронизации зависит от того, сколько времени нужно КС для выполнения действий для которых она предназначена.

Звеном конвейера может быть все что угодно, а звеном ОА является КС и Рг. У линейного конвейера нет управления. Реализация рекурсии в таком конвейере невозможна, а организовать вычисления с ветвлениями можно, но при условии, что первое звено умеет выполнять все операции, которые могут быть выполнены в первом шаге, второе звено должно уметь выполнять операции, которые могут быть выполнены во втором шаге, независимо от ветвлений.

Работа линейного конвейера.

Для того, чтобы построить линейный конвейер, нужно записать элементы в таком виде:

Рг1=f₁(ОП1), Рг2=f₂(Рг1),..., Ргn=f_n(Рг_n-1).

Структура линейного конвейера такова, что данные необязательно поступают на вход первого регистра, а могут поступать на второй, третий регистры и т.д., по мере того, как они необходимы.

Таким образом, данные из памяти нужно пересылать комплектами, быстродействие при такой организации - это промежуток времени от подачи данных, до получения результата. Быстродействие будет nτ, а производительность - 1/τ . Следовательно, производительность высокая, а быстродействие – низкое, такое как при последовательном выполнении алгоритма. Идея обмена производительности на быстродействие заключается в том, что задача разбивается на участки(на модули), которые выполняются параллельно, за счет чего возрастает быстродействие, но падает производительность.

№142. Концепция и принципы организации распределенной памяти.

Существует идеология распределенной памяти.

Каждый абонент снабжается собственной памятью, к которой обращается только он, и хотя имеет достаточную производительность, для того чтобы не ждать. В этой памяти должно быть все, что необходимо для работы абонента, но тогда может возникнуть проблема обмена информацией, так как нет общей памяти, тогда вместо общей памяти устанавливается коммутатор, который служит для обмена информацией.

Информация пересылается из блока памяти одного абонента блок памяти другого, но удобней было бы не пересылать информацию из одного блока в другой, а обмениваться блоками. Тогда используют другой принцип:

Блоки памяти жестко не закреплены за абонентами.

А1 А2 А3 Am

.... ........

..... .......

Коммутатор устанавливает связь определенного блока памяти с определенным абонентом. Когда возникает потребность обмена, коммутатор просто меняет связи и таким образом происходит обмен блоками. В реальных условиях делают так, что один абонент пользуется несколькими блоками памяти(за ним закреплено несколько блоков). Для этого каждый блок памяти снабжается регистром, в котором записывается номер абонента, с которым этот блок должен работать. Обмен осуществляется путем перезаписи номера абонента в регистре номера абонента.

Блоки делают с запасом, чтобы если один из них вышел из строя, то его можно было бы заменить другим, тогда в регистр номера абонента неисправного блока записывается 0 – блок неисправен, а резервному блоку приписывается тот номер который обслуживал поломавшийся блок.

Делают общую память, которая служит только для обмена информацией между абонентами, потому такая общая память может быть с последовательным доступом. Память с произвольным доступом не нужна, так как запись делается всегда большими блоками в порядке возрастания адресов . Память с последовательным доступом легко реализовать и она обеспечивает быстрый обмен. Можно осуществить передачу информации путем переименования, например, если нужно переписать информацию из массива А в массив В, то можно просто изменить адрес массива В на адрес массива А. Это не всегда возможно.

№143. Понятие операционного устройства и его основные характеристики. (ЦЭВМ)

ОУ Операционныи наз. устр-во предназначеное для выполнения мн-ва операцийF, над операндами представ множеством D, сцелью вычисления слов R(результат), причем в каждый момент времени устр-во может реализовать единств оп- цию с номерм G. Под оп-цией R=fg(D) понимается вычисление ф-ции в т. D и любая вычислимая ф-ция может рассматр. какоп-ция. ОУ можно рассматривать как преобразователь цифровойинформации, т.е. D={d0,d1,…,dh}

={f1, если d0=1; f2, если d0=2, fg, если d0=G}.

Тогда ОУ будет выглядеть так.

Ф-ция ОУ определена, если заданы мн-ва D, R₀, F

Основные характеристики ОУ:

1. Быстродействие, опред. средним кол-вом оп-ций, выполняемых за 1 сек. и вычисл. как величина обратная среднему времени выполнения оп-ции в устр-ве. Среднt вычисл по ф-ле: - время выполн. g-й оп-ции. Рg-вероятность выполнения g-й оп-ции. V=1/ 

Затраты оборудования в ОУ оцениваются сумарн. стоим. составл. устр-в.

№144. Принцип микропрограммного управления. Концепция операционного и управляющего автоматов.

Принцип микропрограммного управления.

Функциональная и структурная организция устр-в, определяющая порядок функционирования устр-в базируется на принципе микропрограммного управления.

1. Любая оп-ция f_g , реализуемая устр-вом рассматр. как сложное действие, которое раздел. на несколько элементарн. действий над словами информации, наз. микрооперациями.

2. Для управл. порядком следования микроп-ций использ. логич. условия , котор. в зависим. от знач. слов преобразуемых микрооп-циями принимают значения 0 или 1.

3. Процесс выполнения микрооп-ций опис.в форме алгоритма, представленного в терминах м.оп-ций и логич. условий, наз. микропрограммой. М.пр-ма определяет пр-мы проверки логич. условий и следов. м.оп-ций. необходимых для получения требуемого рез-та.

4. М.пр-ма используется как форма представления ф-ций устр-ва, на основе которой опред. стр-ра и порядок функционирования устр-ва во времени.

Концепция операционного и управляющего автоматов.

вфункцион. и стр-м отношении ОУ раздел. на 2 части: ОА и УА

• ОА служит для хранения слов инф-ции выполнения набора м.оп-ций и вычисления логических условий. Т.е. ОА явл. стр-й организованной для выполнения действий над инф-й. М.оп-ции реализуемые ОА инициируются мн-м управляющих сигналов . Значения лог. усл. вычисляемых в ОА отображаются мн-м осведомительных сигналов, каждый из которых отождествляется с определенным л.у.

• УА генерирует послед. управляющих сигналов предписанную м.пр-й и соответств. значениям лог. усл., т.е. УА задает порядок вычисл. действий в ОА.

На данном этапе ОА и УА могут быть определены их св-ми, исходя из которых можно опред. их стр-ру.

Ф-ция ОА опред. совокупн. сведений:

1. мн-во входных слов D={d1,…dh}, вводимых в АО в кач. операндов.

2. мн-во выходных слов R={r1,…rq}, представл. результаты опрераций.

3. мн-во внутренних слов S={s1,…sn}, использ. для представ. инф-ии в процессе выполнения оп-ций. Далее будем полагать, что вх. и вых. слова совпадают с опред. внутрен. словами D S, R S.

4. мн-во м.оп-ций Y={y1,…ym}, реализ. преобразован. над словами S:= _m(S), где _{m -} вычислимая функция.

5. мн-во лог. уравнений X={x1,..x_L}, где x_L= _L(S), где _L- булева ф-ция.

Ф-ция УА - это операторная схема алгоритма, функциональными операторами которой явл. y1, …,y_m, отождествляемые с м.оп-циями и в кач. лог. условий использ. булевы переменные x1,..x_i. Операторная схема алг. чаще представл. в виде ГСА или ЛСА (лог.). В ф-ции ОА время не входит.

№145. Функциональная и структурная совместимость микроопераций.

-//- если они могут быть выполнены одновременно в одном такте.

2 м.опц-ции наз функционально совместимыми, если S1S3=0. Это или разные регистры или не должны пересекаться разряды. (S1:= 1(S2); S3:= 2(S4) )

Структурная совместимость обуславливается стр-й автомата. М.оп-ции наз. стр-но НЕсовмест., если из-за ограничений, пораждаемых стр-й ОА они не могут быть выполнены в одном такте.Стр-я несовместимось связана с использ. микрооп-ц с использ. одного и того же оборудования.

Пример: S1:= 1(S2); S3:= 2(S4) будут структурно совместимы, если в ОА будет 2 вычислителя.

Рассматр. структурн. совместим. есть смысл только для функционально совестимых оп-ций.

№146. Синтез канонической структуры операционного автомата. Свойства канонических структур операционных автоматов.

Стр-ру ОА можно синтезировать непосредственно по его функциям.

Задано: 1. мн-во слов S и их типами (I, IL, ILO, L,LO), (M)

2. мн-вом м.оп-ций Y; 3.мн-вом логич. условий.

Стр-ра ОА при синтезируется :

1. Словам S1, ..,Sn, описанными, как переменны с памятью, ставятся в соответствие регистры S1,..Sn с длинами равными разрядности соотв. слов. Если слово разделяется на поля, то в соотв. регистре выделяются подрегистры.

2. Словам S_d1,…,S_dN, описанным в кач. входных переменных ставятся в соотв. входы d1,..,dn схемы. Каждый вход соед шиной с входом соотв. регистра, либо со входом КС.

S_d1:=d1;

Sd2:=~d2;

3. Словом, описанным в кач. выходных S_R1,..,S_Rq став. в соотв. выходы r1,...,rq структурной схемы. Выход каждого регистра S_R1,..,S_Rq соед.с соотв. выходов. (либо выходом соотв КС соед. с выходом )

4. Каждой м.оп-ции ym  Y; ym=S_m(S_b1,..,S_bk) ставятся в соотв. КС входы которой подключ к регистрам, а выходы КС, подключ. управляемой шиной к входу регистра S_

5. Каждому лог. условию X_L := _p(S_b1,..,S_bk) став. в соотв.КС, ходы которой подключ. к входам соотв. регистров, а выход и есть вычисл. лог. условия.

Структура ОА полученная путем замены каждого элемента ф-ции(S,y,X) соотв-ми структурными элементами, шинами, регистрами, КС, является основополагающей для синтеза других структур и наз. канонической структурой.

Свойства канонических структур операционных автоматов

Производительность канон. стр-ры является наивысшей по сравнению со всеми остальными стр-ми ОА.

Т.к. все м.оп-ции в данной стр-ре могут выполнятся в одном такте (если они функционально совместимы). Быстродействие различн. стр-р отличается незначительно, но канонич. стр-ра чуть быстрее.

Затраты оборудования: канонич стр-ра не является минимальной по кол-ву оборуд. по причине:

1. Память ОА может быть избыточной в отношении рассматр. алгоритма, сущ. методы, котор. позволяют преобразов. алг. так, что бы минимизировать кол-во используемых слов.

2. Мн-о z=( , ) могут содержать схемы, эквивалентными по реализуемым ф-циям.

y1: Рг.А:=РгВ + РгС ; у2: РгА:= РгС + РгD - оп-ции не могут быть выполнени в одном такте, => один сумматор лишний.

3. Мн-ву Z может cоотв. эквивалент Z', по порождающее меньше затрат оборудования.

№147. Определение класса I - автоматов и этапы синтеза I - автоматов.

Определим стр-ру авт-та с производительностью не ниже канонической стр-ры и имеет min затраты оборудования. Такая стр-ра может быть построена, если она не будет носить ограничения на структурную совместимость функционально совместимых оп-ций. Это условие выполняется если каждая КС используется для выполнения эквивалентных м.оп-ций, связанных с одним и тем же словом. Такой подход приводит к построению стр-ры ОА состоящего из операционных элементов типа:

ОА, структура которых обеспечивает возможность выполнения в одном такте всех функционально совместимых м.оп-ций при использовании min возможного числа КС, выделяется в особый класс I-автоматов или автоматов с жестким закреплением м.оп-ций за регистрами.

СИНТЕЗ I - АВТОМАТОВ.

Синтез сводится к преобразованию заданного набора м..оп-ций Y в совокупность обобщенных операторов, котр. использ. в качестве структурн. формы для обобщенной схемы I - автомата.

1. Мн-во м.оп-ций Y т.е. Y={y1,..,yn} разбивается на подмн-ва Y1, Y2,..,Yn, соотв. опред. внутренним словам или регистрам. Разбиение производится след. образом: если сущ. м.оп-ция Sn=m(S_b1,..,S_bk),то она относится к мн-ву Yn. Т.е. все м.оп-ции, кот. вычисление одного и того же слова, относят к одному и тому же мн-ву.

2. На подмн-ве Yn, n=1,..N, выделяются классы эквивалентных м.оп-ций.

3. Для каждого класса, содержащего не менее 2-х эквивалентных м.оп-ций, строится обобщенный оператор. Если класс содержит только одну м.оп-цию, то обобщенным оператором явл. сама м.оп-ция. Исходя из описания слов, списков обобщенных операторов и логических условий, строится структурная схема I-авт-та, при этом структурная интерпритация слов, обобщенных операторов и лог. условий осуществляется так же, как и при синтезе канонической стр-ры.

Производительность - max, т.к. обеспечивается совместимость всех функционально совместимых м.оп-ций.

Быстродействие - незначительно отличается от канонической стр-ры за счет введения мультиплексора, т.е. ранг схемы увеличился, => увеличилась задержка, но это не сильно влияет на быстродействие.

№148. Определение класса М - автоматов. Структурная организация и свойства М - автоматов. Этапы синтеза М - автоматов.

Авт-ты с гибким закреплением м.оп-ций за регистрами.

Если на всем мн-ве Y выделить классы эквивалентных м.оп-ций и построить обобщенные операторы, то это приводит к стр-ре М-авт-та, в котр. КС обобщены для всех регистров.

Принцип отождествления м.оп-ций приводит к след. стр-ре:

Д

Ф

ля вычисления любого двоичного выражения используется одна и та же КСФ. Что ей вычислять задает сигнал_m. Сущ. 3 шины (2 - управления операндами, 3- выходная). Там, где переменная без памяти, присвоение идет в начале такта.

Производительность М-авт-та - 1 м.оп-ция за 1 такт.Быстродействие М-авт-та ухудшилось ~ на 2за счет мультиплексоров.Стр-ра М-авт-та порождает специфич. набор ф-ций :

{a_i},{b_i},{_m}, {d_к}. Передачи {A₁:=Si}{A₂:=S₂}Преобразования{z:=_m(A₁,A₂)}Сохран. рез-та{S_k:=z}

Синтез сводится к порождению на основе списка м.оп-ций Y совокупности операторов, присущих стр-ре М-авт-та - это м.оп-ции передачи, преобразования, операторы записи рез-та

Процеура синтеза:

1. Распределение регистров за шинами. Минимизация числа управляемых шин, используемых для передачи операндов на входы КС Ф сводится к разделению мн-ва слов S на 2 подмн-ва A1 и A2, котор. удовлетворяют след. требованиям:

• Если слова Si и Sj являются операндами одной и той же м.оп-ции, то эти слова должны быть включены в разные подмн-ва.

• Каждое слово должно быть включено, хотя бы в одно пдмн-во.

• Сумарные затраты оборудования в схемах передачи дан. должны быть минимальны.

2. Определение форматов и значенийслов А1 и А2. Обычно все операторы принадлежащие одному мн-ву А1 или А2 совмещаются по младшим разрядам, а кол-во разрядов в Аi равно макс. кол-ву разрядов содерж. в операндах.

3. Определение операндов реализуемых М-авт-м. При заполнении табл. используют соглашения:

• слова А1 и А2 используют только прямые значения операндов.

• неопределяемое преобразование _n , реализуемое комб. схемой Ф дает значение 0.

• младший разряд шины Z соотв. младш. разр. микрооперанда.

В табл. заносятся только попарно различные м.оп-ции. Эта табл., описание слов и список лог. условий явл. исходными данными для построения М-авт-та.

4. Кодирование м.оп-ций наборами управляющих сигналов, т.е. каждой м.оп-ции y_j ставится в соотв. набор сигналов.(a_i, b_i, _m, d_к ), т.е. y_j ->(a_i, b_i, _m, d_к)

5. Определение классов эквивалентных м.команд. Все мн-во м.оп-ций разбивается на классы эквивалентных сост.

6. Построение обобщенных авт-в. Классам эквивалентности соответствует обобщенный оператор.

Построение структурной части авт-та.

№149. Структурная организация и синтез IМ - автоматов с параллельной комбинационной частью.

К - степень обобществления операций

К=0 I-авт.;

К=1 M-авт.

IM-авт. наз. операционные авт-ты, структурая организация которых вносит ограничения на совместимость м.оп-ций и одновременно обеспеч. выполнение за 1 такт более одной оп-циифункциональной м.пр-мы.

Стр-ра IM-авт. может порождаться 2 способами:

1. Использования для выполнения м.оп-ций последов. схем

2. Использования для выполнения м.оп-ций паралельных схем

IМ - автоматы с параллельной комбинационной частью.

{ai, bj, ck, fm, ql, di, ej}

ai: A1:=Si; ck: A3:=Sk; ej: Sj:=z2

bi: A2:=Sj; di: Si:=z1;

IM-авт-т с паралельной комб. частью можно рассматривать как композицию из N М-авт-в, где N-кол-во комбинационных схем Ф1,…,Фn

Синтез IM-авт-та сводится к синтезу N авт-в. Все мн-во м.оп-ций разбивается на N подмн-в и для каждого подмн-ва строится М-авт-т. Память у всех М-авт-в должна быть общая.

Производительность IM-авт-та зависит от кол-ва КС и может достигать N м.оп-ций за 1 такт.

№150. Структурная организация и синтез IМ - автоматов с последовательной комбинационной частью.

fk: A3:=fk(A2); ai: A1:=Si;

gl: A4:=gl(A1, A3); bj: A2:=Sj; Sk:=hm(gl(A1,fk(A2))) [*]

hm: z:=hm(A4); dk: Sk:=z;

За счет такой организации до 3-х м.команд за 1 такт.

Схема Ф1 выполняет унарные оп-ции и наз. формирователем кода. Схема Ф2 выполн. бинарные оп-ции и наз.сумматором. Схема Ф3 для выполнения сдвига и наз. сдвигатель.

Синтез IМ - автоматов с последовательной комбинационной частью производится на основе функциональной м.пр-мы.путем представления последовательности м.оп-ций в виде [*]. Для этого м.пр-ма раздел. на линейные участки, котор. состоят из последовательных операторов. Линейные участки классифицируются по рангам. Ранг - кол-во операторов в линейном участке. Если ранг=1, то ост. без изменени(и вых. как в М-авт.). Если ран>=2, то опред. выражения, относ. к выислению одного и того же слова, т.е. S1:=L1(~S1+S2).0)

№151. Определение класса и структура S - автоматов. Способы повышения быстродействия S - автоматов. (!)

Операционные автоматы, в структуре которых имеются адресные ЗУ наз. S-авт.

T: t1,t2,t3,t4

t1: P1:=ЗУ[A1] t3: Z:= _m(P1,P2)

t2: P2:=ЗУ[A1] t4: ЗУ[A3]:=Z

Повышение быстродействия:

1 способ: Использование одного из регистров для записи рез-та м.оп-ции

t4: ЗУ[A3]:=Z -> P1:=Z (=> 2 обращения к ЗУ вместо 3)

2 способ: Увеличение кол-ва регистров