БІЛЕТ № 17

№1

Кожний з 8 портів 10Base-T обслуговується одним процесором пакетів Ethernet - ЕРР (Ethernet Packet Processor). Крім того, комутатор має системний модуль, що координує роботу всіх процесорів ЕРР. Системний модуль веде загальну адресну таблицю комутатора й забезпечує керування комутатором по протоколі SNMP. Для передачі кадрів між портами використається комутаційна матриця, подібна тим, які працюють у телефонних комутаторах або мультипроцесорних комп'ютерах, з'єднуючи кілька процесорів з декількома модулями пам'яті.

Комутаційна матриця працює за принципом комутації каналів. Для 8 портів матриця може забезпечити 8 одночасних внутрішніх каналів при напівдуплексному режимі роботи портів й 16 - при повнодуплексному, коли передавач і приймач кожного порту працюють незалежно друг від друга.

При надходженні кадру в який-небудь порт процесор ЕРР буферизує декілька перших байт кадру, щоб прочитати адресу призначення. Після одержання адреси призначення процесор відразу ж ухвалює рішення щодо передачі пакета, не чекаючи приходу інших байт кадру. Для цього він переглядає свій власний кеш адресної таблиці, а якщо не знаходить там потрібної адреси, звертається до системного модуля, що працює в багатозадачному режимі, паралельно обслуговуючи запити всіх процесорів ЕРР. Системний модуль робить перегляд загальної адресної таблиці й повертає процесору знайдений рядок, що той буферизує у своєму кеші для наступного використання.

Після знаходження адреси призначення процесор ЕРР знає, що потрібно далі робити із приходящим кадром (під час перегляду адресної таблиці процесор продовжує буферизацію приходящих у порт байтів кадру). Якщо кадр потрібно відфільтрувати, процесор просто припиняє записувати в буфер байти кадру, очищає буфер і чекає надходження нового кадру.

Якщо ж кадр потрібно передати на інший порт, то процесор звертається до комутаційної матриці й намагається встановити в ній шлях, що зв'язує його порт із портом, через який іде маршрут до адреси призначення. Комутаційна матриця може це зробити тільки в тому випадку, коли порт адреси призначення в цей момент вільний, тобто не з'єднаний з іншим портом.

Якщо ж порт зайнятий, те, як й у будь-якому пристрої з комутацією каналів, матриця в з'єднанні відмовляє. У цьому випадку кадр повністю буферизується процесором вхідного порту, після чого процесор очікує звільнення вихідного порту й утворення комутаційною матрицею потрібного шляху.

Після того як потрібний шлях установлений, в нього направляються буферизовані байти кадру, які приймаються процесором вихідного порту. Як тільки процесор вихідного порту одержує доступ до підключеного до нього сегменту Ethernet по алгоритму CSMA/CD, байти кадру відразу ж починають передаватися в мережу. Процесор вхідного порту постійно зберігає трохи байт прийнятого кадру у своєму буфері, що дозволяє йому незалежно й асинхронно приймати й передавати байти кадру (мал. 4.24).

Після того як технологія комутації привернула загальну увагу й отримала високі оцінки фахівців, багато компаній зайнялися реалізацією цієї технології у своїх пристроях, застосовуючи для цього різні технічні рішення. Багато комутаторів першого покоління були схожі на маршрутизатори, тобто ґрунтувалися на центральному процесорі загального призначення, пов'язаному з інтерфейсними портами по внутрішній швидкісній шині. Однак це було скоріше пробні пристрої, призначені для освоєння самою компанією технології комутації, а не для завоювання ринку. Основним недоліком таких комутаторів була їхня низька швидкість. Універсальний процесор ніяк не міг впоратися з великим обсягом спеціалізованих операцій по пересиланню кадрів між інтерфейсними модулями.

Для прискорення операцій комутації потрібні були спеціалізовані процесори з спеціалізованими засобами обміну даними, як у першому комутаторі Kalpana, і вони незабаром з'явилися. Сьогодні всі комутатори використовують замовлені спеціалізовані ВІСА - ASIC, які оптимізовані для виконання основних операцій комутації. Часто в одному комутаторі використовується декілька спеціалізованих ВІСА, кожна з яких виконує функціонально закінчену частину операцій. Порівняно низька вартість сучасних комутаторів у порівнянні з їхніми попередниками 3-5-літньої давнини порозумівається масовим характером виробництва основних ВІС, на яких кожна компанія будує свої комутатори.

Крім процесорних мікросхем для успішної роботи, що не блокує, комутатору потрібно також мати швидкодіючий вузол для передачі кадрів між процесорними мікросхемами портів.

Сьогодні комутатори використовують в якості базової одну із трьох схем, на якій будується такий вузол обміну:

комутаційна матриця;

поділювана багатовхідна пам'ять;

загальна шина.

Часто ці три способи взаємодії комбінуються в одному комутаторі.

№2

Практично жодна мікропроцесорна система (МПС) не може обійтися без таких елементів, як виконавчі пристрої. Головне призначення будь-якої системи – це управління яким-небудь зовнішнім механізмом. Це можуть бути електродвигуни, нагрівачі, електромагнітні клапани і т.п. Тому, окрім датчиків, кнопок управління і елементів індикації до мікроконтролера (МК) обов'язково доведеться підключати і виконавчі пристрої. Для управління зовнішніми пристроями використовуються ті ж самі порти введення/виведення МК, які працюють на виведення. Сигнали з будь- якої лінії будь-якого порту легко можуть бути використані для включення і виключення зовнішнього пристрою. Необхідно лише підсилити керуючий сигнал за потужністю до необхідного рівня. Для цього застосовуються різні схеми узгодження. Вибір схеми залежить від типу виконавчого пристрою.

У найпростішому випадку можна застосувати транзисторний ключ (рисунок 1.1). При використанні транзистора КТ315Г можна керувати зовнішніми колами із струмом споживання до 100 мА і напругою UЖ до 15 В [5, 6]. Транзистор допускає також високу напругу, проте підвищення напруги можливе при зменшенні струму.

Гальванічна розв'язка між всіма колами МПС і силовою мережею 220 В забезпечує безпеку роботи з цією схемою. Діод VD1 призначений для захисту елементів схеми від напруги ЕРС самоіндукції, що виникає в котушці реле К1 у момент закривання ключа VT1. При виборі електромагнітного реле необхідно звертати увагу на такі параметри. По-перше, напруга спрацьовування реле. Для прикладу на рисунку 1.2 вона має бути рівна 12 В. По-друге, максимально допустимий струм комутації і максимально допустима напруга для виконавчих контактів реле. Вони повинні відповідати реальним значенням струму і напруги в колі навантаження.

У випадку, якщо необхідно керувати великим числом реле, або інших потужних навантажень, зручно застосовувати мікросхеми ULN2003 або ULN2803 [1, 12]. Ці мікросхеми містять відповідно, 7 і 8 транзисторних ключів на складених транзисторах (схема Дарлінгтона). Вони дозволяють керувати навантаженням до 500 мА при напрузі до 50 В. При цьому входи цих мікросхем можна підключати безпосередньо до ліній портів введення/виведення МК.

№3

Операційна система — це програмний комплекс, що забезпечує керування апаратними засобами комп'ютера, а також надає середовище для виконання прикладних програм. ОС приховує від користувача складні подробиці роботи апаратного і програмного забезпечення. Це надає користувачу більше часу для творчої діяльності. Щоб розпочати роботу з будь-якою прикладною програмою, її необхідно запустити на виконання, тобто вказати процесору, що ця програма має бути виконана. Але як це зробити? Адже користувач не може спілкуватися з процесором безпосередньо. Людина не знає мови машинних команд, а процесор «не розуміє» людської мови. Отже, між користувачем та процесором має існувати посередник-перекладач. Він необхідний і тоді. коли ви хочете переписати дані з диска на диск, переслати їх мережею тощо. Роль такого посередника відіграє операційна система.

З іншого боку, коли прикладні програми взаємодіють з пристроями. їм потрібен посередник-командувач. Ним також є операційна система. Жодна прикладна програма не зможе записати дані на жорсткий диск або зчитати їх «в обхід» функцій, що надаються для цього операційній системі; спроби зробити це більшість ОС заблокує.

Найбільш популярні три сімейства операційних систем: Windows (випускається корпорацією Microsoft) і UNIX для IBM-сумісних комп’ютерів та MacOS (поставляється фірмою Apple) для комп’ютерів Makintosh. ОС сімейства UNIX розробляються різноманітними виробниками; серед них є і безкоштовні; одна з найвідоміших – Linux. Найбільшими недоліками систем UNIX є складність установки та налаштування і, порівняно з Windows, мала кількість програмного забезпечення.

Основні функції операційної системи:

створення середовища, в якому виконуються та взаємодіють прикладні програми;

розподіл апаратних ресурсів комп'ютера між прикладними програмами;

надання прикладним програмам засобів для ефективного використання пристроїв та виконання типових операцій з введення-виведення даних;

організація зберігання даних на запам'ятовуючих пристроях;

надання інтерфейсу, за допомогою якого користувачі керуватимуть ви конанням прикладних програм та вмістом запам'ятовуючих пристроїв;

забезпечення взаємодії комп'ютерів у мережах.

Основними складовими операційної системи є:

базова система введення/виведення – BIOS – незалежний від конкретної версії операційної системи набір базових команд, які використовуються для забезпечення обміну даними між пристроями;

ядро операційної системи – центральна частина операційної системи, що керує процесом виконання програм та їх доступом до ресурсів комп'ютера;

файлова система – структура збереження даних на зовнішніх носіях і сукупність програм, які забезпечують роботу з цією структурою. Як правило, операційна система може працювати з кількома файловими системами;

драйвери (від англ. driver – водій) – програми, які керують роботою периферійних пристроїв комп’ютера;

інтерфейс користувача — сукупність засобів, які забезпечують обмін даними між користувачем і ОС.

Інтерфейс користувача операційної системи може як входити до складу ОС, так і створюватися службовими програмами — операційними оболонками і файловими менеджерами.

В однозадачних ОС (наприклад, MS DOS) у кожен момент часу може виконуватися лише одна програма, у багатозадачних (наприклад, Windows XP Professional) — кілька.

Протягом останніх 15 років розрядність процесора типового комп'ютера збільшилася з 16 до 64. Проте потужності сучасних процесорів не можуть бути використані програмами автоматично, адже розроблена для 16-роз-рядного процесора програма одночасно обробляє лише 16 розрядів даних, навіть якщо вона виконується на 32- або 64-розрядному процесорі. Тому для повного використання можливостей потужних процесорів програмне забезпечення, зокрема й ОС, має розроблятися з урахуванням їхніх особливостей. Отже, розрядність операційної системи — це розрядність процесорів, на роботу з якими розраховане її ядро.

Залежно від способу організації обміну даними між користувачем і комп’ютером розрізняють операційні системи з текстовим (командним) і графічним інтерфейсом (англ. interface – засоби узгодження).

В ОС з текстовим інтерфейсом обмін даними між користувачем і комп’ютером реалізується з використанням команд, які користувач уводить із клавіатури у вигляді тексту. До операційних систем з текстовим інтерфейсом відносяться MS DOS та окремі версії Unix і Linux, які не мають інтегрованих графічних оболонок.

В ОС з графічним інтерфейсом обмін даними між користувачем і комп’ютером реалізується з використанням маніпулятора або клавіатури. Цей вид інтерфейсу значно спрощує взаємодію користувача і комп’ютера. В основу цього виду інтерфейсу покладена ідеологія WIMP (англ. Windows, Icons, Menus, Pointer – вікна, значки або піктограми, меню, вказівник). Її суть полягає в тому, що користувач працює з моделями об’єктів операційної системи – значками, які відображаються у вікнах на екрані. Дії над об’єктами здійснюються командами меню, які вибираються вказівником. Це робить «спілкування» з комп’ютером простим і зручним. До операційних систем з графічним інтерфейсом належать операційні системи Windows, MacOS та ін.

Залежно від можливостей організації роботи комп’ютерної мережі та керування її ресурсами виділяють серверні операційні системи, наприклад Unix, Linux, Windows 2003 Server, Windows 2008 Server, Solaris, та операційні системи, що призначені для забезпечення потреб індивідуальних користувачів, наприклад MS DOS, Windows 98, Windows XP Home Edition та ін. Деякі серверні операційні системи (наприклад, Unix, Linux) можуть використовуватися і в персональних комп’ютерах.

Властивості ОС Windows

графічний інтерфейс;

багатозадачна;

розрядність — 32 або 64 біти;

підтримка режиму Plug and Play (англ. plug and play — приєднуй і працюй) — автоматичного розпізнавання додаткових пристроїв, що підключаються до комп’ютера;

наявність розвинених засобів міжкомп’ютерного обміну даними;

можливість установити індивідуальні значення параметрів роботи операційної системи для кожного користувача.