100Base-t4 — 4 пари категорії 3;

l00Base-TX full-duplex — 2 пари категорії 5 (чи Type 1A STP).

Режим l0Base-T має найнижчий пріоритет у переговорному процесі, а повнодуплексний режим 100Base-T4 — найвищий. Переговорний процес відбувається при включенні живлення пристрою, а також може бути ініційований у будь-який момент модулем керування пристрою.

Пристрій, що почав процес auto-negotiation, посилає своєму партнеру пачку спеціальних імпульсів Fast Link Pulse burst (FLP), у якому міститься 8-бітне слово, що кодує запропонований режим взаємодії, починаючи із самим пріоритетним, який підтримується даним вузлом.

Якщо вузол-партнер підтримує функцію auto-negotuiation і також може підтримувати запропонований режим, він відповідає пачкою імпульсів FLP, у якій підтверджує даний режим, і на цьому переговори закінчуються. Якщо ж вузол-партнер може підтримувати менш пріоритетний режим, то він вказує його у відповіді, і цей режим вибирається як робочий. Таким чином, завжди вибирається найбільш пріоритетний загальний режим вузлів.

Вузол, що підтримує тільки технологію l0Base-T, кожні 16 мс посилає манчестерські імпульси для перевірки цілісності лінії, що зв'язує його із сусіднім вузлом. Такий вузол не розуміє запит FLP, що робить йому вузол з функцією Auto-negotiation, і продовжує посилати свої імпульси. Вузол, що одержав у відповідь на запит FLP тільки імпульси перевірки цілісності лінії, розуміє, що його партнер може працювати тільки по стандарті l0Base-T, і встановлює цей режим роботи і для себе.

Фізичний рівень 100Bose-T4 — кручена пара UTP Cat 3, чотири пари. Специфікація 100Base-T4 була розроблена для того, щоб можна було використовувати для високошвидкісного Ethernet наявну проводку на кручений парі категорії 3. Ця специфікація дозволяє підвищити загальну пропускну здатність за рахунок одночасної передачі потоків біт по всіх 4 парах кабелю.

Специфікація 100Base-T4 з'явилася пізніше інших специфікацій фізичного рівня Fast Ethernet. Розробники цієї технології в першу чергу хотіли створити фізичні специфікації, найбільш близькі до специфікацій l0Base-T і l0Base-F, що працювали на двох лініях передачі даних: двох парах чи двох волокнах. Для реалізації роботи з двох кручених пар довелося перейти на більш якісний кабель категорії 5.

У той же час розробники конкуруючої технології l00VG-AnyLAN зробили ставку на роботу з крученою парою категорії 3; сама головна перевага складалася не стільки у вартості, а в тому, що вона була вже прокладена в великій кількості будинків. Тому після випуску специфікацій l00Base-TX і l00Base-FX розробники технології Fast Ethernet реалізували свій варіант фізичного рівня для крученої пари категорії 3.

Замість кодування 4В/5В в цьому методі використовується кодування 8В/6Т, що має більш вузький спектр сигналу і при швидкості 33 Мбіт/с укладається в смугу 16 Мгц крученої пари категорії 3 (при кодуванні 4В/5В спектр сигналу в цю смугу не вкладається). Кожні 8 біт інформації рівня MAC кодуються 6-ю трійковими цифрами (ternary symbols), тобто цифрами, що мають три стани. Кожна трійкова цифра має тривалість 40 нс. Група з 6-ти трійкових цифр потім передається на одну з трьох передавальних кручених пар, незалежно і послідовно.

Четверта пара завжди використовується для прослуховування несучої частоти з метою виявлення колізії. Швидкість передачі даних по кожній із трьох передавальних пар дорівнює 33,3 Мбіт/с, тому загальна швидкість протоколу 100Base-T4 складає 100 Мбіт/с. У той же час через прийнятий спосіб кодування швидкість зміни сигналу на кожній парі дорівнює всього 25 Мбод, що і дозволяє використовувати кручену пару категорії 3.

На мал. показане з'єднання порту MDI мережного адаптера 100Base-T4 з портом MDI-X концентратора (приставка Х говорить про те, що в цього роз'єму приймача і передавача міняються парами кабелю в порівнянні з роз'ємами мережного адаптера, що дозволяє простіше з'єднувати пари проводів у кабелі — без перехрещування). Пари 1-2 завжди потрібні для передачі даних від порту MDI до порту MDI-X, пари 3-6 для прийому даних портом MDI від порту MDI-X, а пари 4-5 і 7-8 є двонаправленими і використовуються як для прийому, так і для передачі, в залежності від потреби.

Gigabit Ethernet (GbE) — термін, що описує набір технологій для передачі пакетів Ethernet зі швидкістю 1 Гбіт/с. Він визначений в документі IEEE 802.3-2005.

[ред.] Історія

В результаті дослідження зроблених в корпорації Xerox на початку 1970-х років, Ethernet став найбільш широко використовуваним на фізичному і канальному рівні протокол сьогодні. В Fast Ethernet швидкість збільшилася з 10 до 100 мегабіт в секунду (Мбіт/с). Gigabit Ethernet була наступним кроком, збільшуючи швидкість до 1000 Мбіт/с. Первинний стандарт на Gigabit Ethernet є стандартизованою в IEEE в червні 1998 року, як IEEE 802.3z. 802.3z зазвичай називаються 1000Base-X, де X-посилання на -CX,-SX,-LX або (нестандартних)-ZX.

IEEE 802.3ab, ратифікований у 1999 році, визначає Gigabit Ethernet передачі неекранованної витої пари (UTP) категорії 5, 5e або 6 кабелів і став відомий як 1000Base-T. При ратифікації 802.3ab, Gigabit Ethernet стала настільною технікою, для організації якої можуть використовувати існуючий мідній кабельної інфраструктури.

Спочатку, Gigabit Ethernet була використана для розгортання магістральних мереж зв'язку високої пропускної здатності. У 2000 році в Apple Power Mac G4 і PowerBook G4 були першими в масовому виробництві персональних комп'ютерів з 1000Base-T з'єднанням. І швидко стали використовувати в інших комп'ютерах.

З того часу, швидше 10 Gigabit Ethernet стандарти стали доступні, IEEE ратифікував волокна на основі стандарту в 2002 році, і вита пара стандарту в 2006 році. За станом на квітень 2009 року, Gigabit НІС (1000Base-T) включені у багатьох споживачів рівень комп'ютерних систем, однак у більшості систем не можуть використовувати Ethernet-мережі в повній швидкості через інші проблеми, такі, як затримка, зчитування і запис з диску, або повільніші посилання в загальній мережі.

[ред.] Резюме

Існують чотири різних фізичних шари стандартів для Gigabit Ethernet, використовуючи оптоволокні (1000Base-X) кабель, вита пара (1000Base-T), або збалансований мідний кабель (1000Base-CX).

В IEEE 802.3z стандарт включає 1000Base-SX для передачі багатомодові волокна, 1000Base-LX для передачі одномодові волокна, і майже застарілих 1000Base-CX для передачі збалансованим мідним кабелем. Ці стандарти використовують 8b/10b кодування, який розширює канал на 25%, з 1000 Мбіт / с до 1250 Мбіт / с для забезпечення DC збалансований сигнал. Символи надіслано з допомогою NRZ.

IEEE 802.3ab, який визначає широко використовуються 1000Base-T тип інтерфейсу, що використовує іншу схему кодування, з тим щоб тримати швидкість як можна більш низькому рівні, що дозволило передачі по витій парі.

Ethernet перша миля пізніше додано 1000BASE-LX10 і -BX10.

Назва		Відстань
1000BASE-CX	Збалансований мідний кабель	25 метрів
1000BASE-SX	багатомодове волокно	550 метрів
1000BASE-LX	Одномодове волокно	5 км
1000BASE-SX	Багатомодове волокно використовується 850 nm довжина хвилі	550 метрів
1000BASE-LH	Одномодове або Багатомодове волокно використовується 1310 nm довжина хвилі	10 км
1000BASE-ZX	Одномодове волокно на 1550 nm довжина хвилі	~ 70 км
1000BASE-LX10	Одномодове волокно використовується 1310 nm довжина хвилі	10 км
1000BASE-BX10	Одномодове волокно, по single-strand fiber: 1490 nm прямий канал 1310 nm зворотній канал	10 км
1000BASE-T	Вита пара (CAT-5, CAT-5e, CAT-6, or CAT-7)	100 метрів
1000BASE-TX	Вита пара (CAT-6, CAT-7)	100 метрів

Протокол І2С

Найбільш популярний протокол для мережі мікроконтролерів - І2С, що призначений для зв'язку пристроїв у багатопроцесорних системах. Цей стандарт був розроблений компанією Philips наприкінці 70-х років, як метод реалізації інтерфейсу між мікропроцесорами і периферійними пристроями, що не вимагає прокладки численних ліній для передачі між пристроями всіх розрядів адреси, даних і сигналів керування. Протокол І2С дозволяє розділяти мережні ресурси між декількома ведучими процесорами («multimastering»).

Шина І2С містить дві лінії: лінія SDA, що слугує для передачі даних, і лінія SCL, по якій передається синхросигнал, використовуваний для стробування даних. Обидві лінії підключені через резистори до шини живлення («підтягнуті» до високого рівня потенціалу), що дозволяє декільком пристроям керувати їхнім станом шляхом з'єднання за схемою «монтажне І». Шина І2С для керування стереосистемою може мати вид, показаний на рис. 11.

Рисунок 11. Приклад І2С мережі

Двопровідна лінія використовується для визначення початку передачі даних, а також для передачі самих даних. Щоб почати передачу даних, шина переводиться в стартовий стан. При відсутності переданих даних шина знаходиться в стані (пасивному), що очікує («idle»). При цьому на обох лініях сигнали не надходять, і на них встановлений високий рівень сигналу (потенціал Vcc). Щоб ініціювати передачу даних, "ведучий" пристрій, запитує керування шиною, установлює низький рівень спочатку на лінії SDA, а потім на лінії SCL (стартовий стан). У процесі пересилання даних такий стан шини є неробочим, тому що прийом переданих даних виробляється тільки при високому (активному) рівні синхросигналу на лінії SCL. Щоб закінчити передачу даних виконуються зворотні дії: на лінії SCL встановлюється високий рівень сигналу, а потім у такий же стан переводиться лінія даних SDA (рис. 12).

Рисунок 12 Форма сигналів на шині І2С

Дані передаються синхронним способом, причому першим посилається старший біт (рис. 2.40). Після передачі 8 біт ведучий пристрій переводить лінію даних у "0" стан, що плаває, очікуючи підтвердження прийому даних від відомого пристрою. Таким підтвердженням є установка відомим пристроєм низького рівня сигналу на лінії SDA. Після біта підтвердження на обох лініях встановлюється низький рівень. Потім виробляється пересилання наступного байта, чи шина переводиться в стан кінця передачі. Це означає, що передача завершена, і приймач може готуватися до наступного запиту даних.

Рисунок 13. Передача байту по шині І2С

Існує дві максимальні швидкості передачі даних по шині І2С: «стандартний режим» ~ до 100 Кбіт/с і «швидкий режим» - до 400 Кбіт/с (рис. 2.41).

Рисунок 14. Тимчасова діаграма сигналів на шині І2С

Формат команди, що надходить від ведучого пристрою до відомого, показаний на рис. 15. Адреса одержувача містить 7 біт. Існує незатверджений («вільний») стандарт, відповідно до якого чотири старших біти використовуються для вказівки типу пристрою, а наступні три біти використовуються для вибору одного з восьми пристроїв цього типу чи служать для більш точного визначення типу пристрою. Тому що цей стандарт не є обов'язковим, то деякі пристрої вимагають вказівки в якості трьох останніх адресних біт визначених кодів, тоді як інші, наприклад мікросхеми пам'яті EEPROM використовують ці біти для вибору адресата усередині пристрою. Існує також 10-розрядний стандарт для передачі адреси, у якому перші 4 біти містять 1, а біт, що випливає має значення 0, останні 2 біти є старшими бітами адреси, а завершальні 8 біт адреси передаються в наступному байті. Усе це означає, що дуже важливо розподілити адреси між пристроями, підключеними до шини.

Перші чотири біти адреси звичайно служать для визначення типу обираних пристроїв у відповідності з наступним угодою:

0000 - Зарезервована адреса

0010 - Синтезатор голосу

0011 - Аудіо - інтерфейс

0100 - Звуковий генератор

0111 - Жидкокристалічний чи світлодіодний дисплей

1000 - Відео — інтерфейс

1001 - аналогово-цифровий і цифро-аналоговий інтерфейси

1010 - Послідовна пам'ять

1100 - Керування радіоприймачем

1101 - Годинник/календар

1111 - Зарезервовано для використання 10-розрядної адреси

Рисунок 15. Формат передачі даних по шині І2С

Перш, ніж закінчити обговорення протоколу І2С, варто звернути увагу на наступні обставини. У деяких пристроях потрібна повторна посилка стартового біта, щоб скинути приймаючий пристрій у вихідний стан для прийому наступної команди. Наприклад, при читанні з EEPROM-пам'яті з послідовною вибіркою перша команда посилає адресу осередку, з якого виробляється зчитування, а друга команда виконує читання даних по цій адресі.

Варто також звернути увагу на можливість ініціювання процесу передачі даних декількома ведучими мікроконтролерами («multimastering»). Це може привести до виникнення колізій, коли два пристрої намагаються керувати шиною одночасно. Якщо один мікроконтролер взяв керування шиною, тобто встановив стартовий стан, до того, як інший спробує зробити теж саме, то це не викликає проблем. Проблема виникає, коли кілька пристроїв ініціюють стартовий стан одночасно, і потрібно зробити арбітраж їхніх запитів.

На практиці здійснити арбітраж у цьому випадку досить просто. Під час передачі даних обидва передавачі точно синхронізують тактові імпульси. Якщо при передачі адреси біт, що повинний мати значення „1”, насправді приймає значення „0”, то це вказує на те що шина зайнята іншим пристроєм. У цьому випадку ведучий пристрій відключається від шини і чекає, коли наступить стан «кінець передачі», після якого повторює запит. Можливо, це важко зрозуміти по приведеному описі. У наступному розділі «Протокол CAN» буде показано, як теж саме відбувається з використанням асинхронної шини CAN, що має багато загального із шиною І2С.

Протокол І2С може бути легко реалізований програмним шляхом. Але при цьому швидкий режим не може бути реалізований через перевантаження процесора, навіть стандартний режим 100 Кбіт/с може виявитися занадто швидким для деяких мікроконтролерів. Програмна реалізація щонайкраще підходить тоді, коли в мережі мається тільки один ведучий пристрій. У цьому випадку немає необхідності синхронізуватися з іншими пристроями чи приймати повідомлення від інших ведучих пристроїв, що працюють із занадто великою швидкістю, що не забезпечується при програмній реалізації.

БІЛЕТ № 14

Розглянути принципи будови та дії оптичних дисків.

Сегментна організація пам’яті мікропроцесора i80x86. Як утворюється фізична адреса пам’яті?

Порівняльна характеристика керуючих автоматів з програмною і жорсткою логікою.

Створити процедуру обробки події мовою Visual Basic. Процедура повинна включати введення даних за допомогою форми, обчислення заданого виразу і виведення результатів через вікно повідомлення. Складену програму виконати на комп’ютері і перевірити правильність результату.

Оптичний привід - пристрій, призначений для зчитування та запису інформації на оптичні носії (диски). Механічна частина приводу, керована його мікросхемою, забезпечує обертання в ньому диска і зчитування з нього даних за допомогою лазера і системи лінз. В залежності від типів використовуваних носіїв, бувають приводи для зчитування/запису CD, DVD і Blu-Ray.     Принцип, за яким працюють сучасні оптичні носії інформації, використовується досить давно. По своїй суті, CD, DVD та Blu-Ray - не що інше, як вдосконалена вінілова грампластинка. Дані на цих носіях зберігаються у вигляді дуже тонкої спіральної доріжки, нанесеної на спеціальний захищений шар диска, яка складається з мікроскопічних заглиблень і проміжків між ними. Ці заглиблення називаються пітами (англ. pit - заглиблення), а проміжки - лендами (англ. land - простір). Під збільшенням їх можна добре розглянути. Зчитування здійснюється за допомогою лазера, який, відбиваючись від поверхні диска, що обертається, потрапляє на фотоелемент. Відображення з величезною швидкістю змінюється у відповідності зі структурою пітів і лендів доріжки, передаючи таким чином інформацію, зашифровану у ній. Потім це "тремтіння лазера" дешифрується згідно певного алгоритму.     Першим оптичним носієм, розробленим ще в 1979 році, став компакт-диск (англ. Compact Disc, CD). Глибина пітів цього носія становить близько 100 нм, ширина - 500 нм. Мінімальна довжина піта CD - від 850 нм. Крок між доріжками спіралі - близько 1,5 мкм. У приводах для читання носіїв цього типу використовується червоний лазер з довжиною хвилі 780 нм, який фокусується на робочій поверхні в точку діаметром близько 1,2 мкм (для кращої уяви: товщина людської волосини становить близько 50 мкм або 50000 нм).     Спочатку CD створювався як носій звукової інформації (Audio CD). Трохи пізніше його почали використовувати для зберігання інших даних. Формат запису Audio CD і CD з даними відрізняється, тому звичайні програвачі не можуть зчитувати інформацію з немузичних компакт-дисків.     Перші диски були CD-ROM (Read Only Memory - тільки з можливістю читання) і виготовлялися за спеціальною технологією (можливість запису в домашніх умовах відсутня). Пізніше розробили носії, в яких піти являли собою не заглиблення, а ділянки модифікованої поверхні з високим світлопоглинанням, що виникають під спеціальним впливом лазера. Як і у випадку з заглибленими пітами, технологія забезпечувала потрібну зміну інтенсивності відображення лазера і зчитування даних, закодованих у доріжці. Завдяки цьому з’явилися диски типів CD-R і CD-RW (з можливістю запису і неодноразової перезапису користувачами відповідно).     DVD - носій, який з'явився дещо пізніше, має той же фізичний розмір і принципи роботи, що і CD, але використовує дуже щільну робочу поверхню. За рахунок більш "мініатюрної" структури доріжки і тоншого червоного лазера з довжиною хвилі всього 650 нм, DVD здатний зберігати в кілька разів більше даних.     Спочатку DVD розроблявся як альтернатива морально застарілим відеокасетами для зберігання відеоінформації і тому називався Digital Video Disc (цифровий відеодиск). Але носії цього виду чудово підійшли і для запису інших типів даних. Абревіатуру DVD при цьому почали трактувати як Digital Versatile Disc - цифровий багатоцільовий диск. Але така розшифровка не є офіційною.     В залежності від виду даних, що зберігаються, DVD бувають наступних типів: DVD відео-, DVD-Audio (якість звуку значно вище, ніж на Audio-CD), DVD-Data, DVD змішаного типу.     Сучасні DVD можуть мати одну або дві робочі сторони. При цьому кожна зі сторін може містити один або навіть два робочих шари. Завдяки цій особливості, на DVD максимального обсягу можна записати до 18 ГБ інформації.     DVD і CD, бувають для одноразової запису, або ж можуть перезаписуватися багаторазово (R і RW). При цьому, в залежності від особливостей використовуваного матеріалу і технології запису, розрізняють DVD-R(RW) , DVD+R(RW). У технічні подробиці не вдаватимуся. Скажу тільки, що DVD+R(RW) і приводи з їх підтримкою - кращий і безпроблемніший варіант. При записуванні таких носіїв виникає набагато менше помилок. Крім того, DVD+RW можна записувати поверх вже наявних на ньому даних. У випадку ж з DVD-RW попередньо потрібно провести повне очищення диска.     Blu-ray Disc (BD, англ. blue ray - синій промінь) - оптичний носій нового типу, що відрізняється ще більш високою щільністю робочої поверхні і забезпечує зберігання великого обсягу даних, у тому числі і високоякісного відео високої чіткості. У назві Blu-ray буква "e" була пропущена навмисне, щоб мати можливість зареєструвати торговий знак.     Запис і зчитування BD проводиться за допомогою надтонкого синього лазера з дуже короткою хвилею (405 нм), завдяки чому ширина доріжки на диску звужена до 0,32 мкм, що вдвічі менше, ніж на DVD. Збільшився не тільки обсяг даних, що зберігаються, але і швидкість їх зчитування. У кілька разів тоншим став і захисний шар, але завдяки використанню нових матеріалів, Blu-ray Disc боїться подряпин не більше, ніж оптичні носії інших типів.     Сучасні технології дозволяють записувати на один BD кілька шарів, кожний з яких може містити 23,3 ГБ даних. Поширеними є диски з кількістю шарів до 4. Хоча, вже створено прототипи ємністю до 500 ГБ, що містять 15-20 шарів.     Blu-ray носії продовжують розвиватися і вдосконалюватися. Існують диски для одноразового і багаторазового записування. Розроблена технологія, що дозволяє наносити на один диск шари, призначені для запису DVD і Blu-Ray.

До 16-розрядних МП першого покоління належать МП i8086/i8088 та

i80186/i80188, до МП другого покоління - i80286. Мікропроцесор має

внутрішній надоперативний запам’ятовувальниий пристрій (НОЗП) ємністю

14x16 байт. Шина адреси 20-розрядна, що дозволяє безпосередньо

адресувати до 220= 1048576 комірок пам'яті (1 Мбайт).

У МП i8086 застосовано конвеєрну архітектуру, що дозволяє

сумістити у часі цикли вибірки команди та вибірки з пам'яті кодів

наступних команд. Це досягається паралельною роботою двох

порівняно незалежних пристроїв - операційного пристрою та шинного

інтерфейсу. Структурну схему МП i8086 показано на рисунку 1. Опе-

раційний пристрій виконує команду, а шинний інтерфейс здійснює взає-

модію із зовнішньою шиною: виставляє адреси, зчитує коди команд,

записує результати обчислень у пам'ять або пристрої введення-

виведення.

Операційний пристрій складається з регістрів загального

призначення (РЗП), призначених для зберігання проміжних результатів

- даних та адрес; АЛП з буферними регістрами; регістра ознак; блока

керування та синхронізації (БК та С), який дешифрує коди команд і

генерує сигнали керування для всіх блоків схеми МП. Шинний

інтерфейс складається з шести байтової регістрової пам'яті, яка

називається чергою команд, чотирьох сегментних регістрів: CS, DS, ES,

SS, вказівника команд IP, суматора, а також допоміжних регістрів

зв'язку і буфера шин (БШ) адреси/даних. Черга команд працює за

принципом FIFO (First Input - First Output, тобто перший прийшов -

перший пішов) і зберігає на виході порядок надходження команд.

Довжина черги 6 байт.

Коли операційний пристрій зайнятий виконанням команди, шинний

інтерфейс самостійно ініціює випереджаючу вибірку кодів команд з

пам'яті у чергу команд. Вибирання з пам'яті чергового командного слова

здійснюється тоді, коли в черзі виявляється два вільні байти. Черга

збільшує швидкодію процесора у випадку послідовного виконання

команд. У разі вибирання команд переходів, викликів і повернень з

підпрограм та обробленні запитів переривань черга команд скидається і

вибирання починається з нового місця програмної пам'яті.

Рисунок 1 – Структурна схема мікропроцесора i8086

Ще одним із завдань шинного інтерфейсу є формування фізичної 20-роз-

рядної адреси із двох 16-розрядних слів. Першим словом є вміст одного з

сегментних регістрів CS, SS, DS, ES, а друге слово залежить від типу ад-

ресації операнда або коду команди. Складання 16-розрядних слів відбу-

вається зі зміщенням на 4 розряди і здійснюється за допомогою суматора, що

входить до складу шинного інтерфейсу.

Пам'ять являє собою масив ємністю 1 Мбайт (рисунок 2). У пам'яті

зберігаються як байти, так і двобайтові слова. Слова розміщуються у двох

сусідніх комірках пам'яті; старший байт зберігається у комірці зі старшою

адресою, молодший - з молодшою. Адресою слова вважається адреса його

молодшого байта. На рисунку 2 показано приклад, коли з адресою 00000

зберігається байт 35H, а з адресою 00001 - слово 784AH. Початкові (00000H-