3. Задания на умение использовать полученные знания и

3. Задания на умение использовать полученные знания и
навыки для решения профессиональной задачи
1. Описание технических параметров комплектующего по данным прайслиста.
В задании будет предложено описание устройства (материнская плата или
микропроцессор) требуется указать по данному описанию основные параметры
устройства.
Пример задания:
Укажите основные параметры микропроцессора:
Процессор Intel, Celeron 2600, Socket 478, 400МГц, 128Кб (BOX)
Ответ:
1. производитель: Intel
2. торговое название процессора: Celeron
3. тактовая частота ядра: 2600 Мгц
4. тактовая частота системной шины: 400 Мгц
5. объем кэш-памяти второго уровня: 128 Кб
6. тип слота микропроцессора: Socket 478
7. вид упаковки: BOX (в коробке, вентилятор входит в комплект)
Пример задания:
Укажите основные параметры материнской платы:
Материнская плата Socket 478, Intel 865PE/ICH5, Gigabyte (GA-8IPE1000MK)
Hyper-Threading, FSB/800МГц, Dual Channel DDR/400МГц, AGP8x/1.5v, 3xPCI,
Звук/5.1, Сеть 100Мбит/с, Serial ATA/150, USBv2.0, ATA/100, mATX (Retail)
Ответ:
1. Форм-фактор: mATX;
2. Производитель: Gigabyte;
3. Вид упаковки: Retail (для розничной продажи);
4. Тип слота для установки микропроцессора: Socket 478;
5. Чипсет: Intel 865PE/ICH5
6. Тактовая частота системной шины (FSB): 800 МГц;
7. Слоты оперативной памяти: двухканальная (Dual Channel) память
DDR400/МГц;
8. Слот для видеокарты: AGP8x;
9. Слоты расширения: 3-PCI;
10.Порты USB 2.0;
11.Контроллеры HDD: Serial ATA/150, ATA/100;
12.Интегрированные устройства: Звуковая карта 5.1, Сетевая карта 100Мбит/с;
13.Дополнительно: поддержка технологии
Hyper-Threading, название
материнской платы (маркировка): GA-8IPE1000MK.
2. Представление схемы топологии интерфеса USB
Интерфейс USB (Universal Serial Bus - Универсальная Последовательная Шина)
позволяет производить обмен информацией с периферийными устройствами на
трех скоростях (спецификация USB 2.0):
 низкая скорость (Low Speed - LS) - 1,5 Мбит/с;
 полная скорость (Full Speed - FS) - 12 Мбит/с;
 высокая скорость (High Speed - HS) - 480 Мбит/с.
Интерфейс USB соединяет между собой хост (host) и устройства. Хост
находится внутри персонального компьютера и управляет работой всего
интерфейса. Для того, чтобы к одному порту USB можно было подключать более
одного устройства, применяются хабы (hub - устройство, обеспечивающее
подключение к интерфейсу других устройств). Корневой хаб (root hub) находится
внутри компьютера и подключен непосредственно к хосту.
В
интерфейсе
USB
используется
специальный термин "функция" - это
логически
законченное
устройство,
выполняющее какую-либо специфи-ческую
функцию.
Топология
интерфейса
USB
представляет собой набор из 7 уровней (tier): на
первом уровне находится хост и корневой хаб,
а на последнем - только функции. Устройство,
в состав которого входит хаб и одна или
несколько функций, называется составным
(compaund device).
Порт хаба или функции, подключаемый к хабу
более высокого уровня, называется
восходящим портом (upstream port), а порт
хаба, подключаемый к хабу более низкого
уровня или к функции называется нисходящим
портом (downstream port).
Пример задания
Восстановите топологию интерфейса USB по представленному рисунку:
Функция
__________
Хост система
Хост
_______
_______
Функция
Фцнкция
Составное устройство
__________
__________
__________
Функция
Ответ: см. описание и схему интерфейса выше.
3. Представление схемы интерфейсной системы ПК.
Интерфейсная система ПК реализует взаимодействие микропроцессора со всеми
устройствами; включает в себя внутренний интерфейс микропроцессора, буферные
запоминающие регистры и схемы управления портами ввода-вывода (ПВВ) и
системной шиной.
Внутренний интерфейс (от англ. interface – соединять) – совокупность средств
взаимосвязи устройств компьютера, обеспечивающее их эффективное
взаимодействие. Все устройства, подключаемые через интерфейсную систему,
называются средствами сопряжения. Их подключение осуществляется через порты
ввода-вывода (I/O, Input/Output port).
Взаимодействие всех устройств с центральным процессором происходит через
системную шину, к которой подключаются соответствующие адаптеры и
контроллеры.
Пример задания
Восстановите интерфейсную систему ПК по представленному рисунку
Интерфейсеая система
НЖМД
монитор
внутренний
интерфейс МП
Ñèñòåìíàÿ øèíà
адаптер
принтера
схема управления
системной шиной
адаптер НГМД
Ответ:
Интерфейсеая система
внутренний
интерфейс МП
буферные
запоминающие
регистры
схемы управления
портами
ввода-вывода
НЖМД
монитор
адаптер
НЖМД
видеоадаптер
контроллер
системной
шины
Системная шина
схема управления
системной шиной
адаптер
принтера
адаптер НГМД
принтер
НГМД
4. Определение технических параметров ПК в соответствии с его типом
(сервер, домашний ПК и так далее).
Персональные компьютеры по их техническим характеристикам можно
разделить на следующие типы (по убыванию стоимости и объема ресурсов):
1. Сервер;
2. Игровой компьютер;
3. Дизайнерский для работы с графикой;
4. Домашний;
5. Офисный;
Приблизительные данные по конфигурации каждого типа ПК представлены в
следующей таблице:
Тип
Сервер
Процессор
Xeon, Core 2
Duo
(желательно 2
штуки)
Объем ОП
От 4Гб
Игровой
компьютер
Pentium 4
От 2Гб
Объем ЖД
От 400Гб
(возможно
несколько,
RAID
массив)
От 200 Гб
Дизайнерский
для работы с
графикой
Домашний
Офисный
Pentium 4
От 2Гб
От 200 Гб
Celeron D
Celeron D
От 512Мб
От 256 Мб
От 160 Гб
От 80 Гб
Видеокарта
Встроенная
Монитор
ЖК 15-17"
От Geforce
7300 GS, 256
Мб
От Geforce
7300 GS, 256
Мб
Встроенная
Встроенная
ЖК 19"
ЖК 19-20" или
ЭЛТ 19-21"
ЖК 17"
ЖК 15-17"
Пример задания
Укажите основные технические параметры для домашнего компьютера
Ответ: см. таблицу, приведенную выше. При ответе на экзамене
дополнительно
можно
привести
техническое
описание
конкретных
комплектующих, наличие приводов CD/DVD, акустическую систему и так далее.
Также допускается указывать близкие по техническим параметрам устройства,
например, процессоры AMD, а не Intel.
5. Расчет объема графического файла по представленным данным
Объем графического файла без сжатия данных (.bmp) рассчитывается как
произведение разрешения файла на количество байт отведенных под кодирование
цвета.
Пример задания:
Рассчитать объем следующего графического файла: разрешение 800х600
пикселей, 65536 цветов.
Ответ: для кодирования 65536 цветов необходимо 2 байта (2 в степени 16).
Соответственно
получаем:
800х600=480000точек,
480000х2=960000байт,
960000/1024=937,5 Кбайт.
6. Расчет объема звукового файла по представленным данным
Объем звукового файла без сжатия рассчитывается как частота дискретизации
сигнала умноженная на количество байтов (разрядность), отводимых для
кодирования каждого сигнала и умноженное на длительность записи.
Частота дискретизации определяется в соответствии с законом Шеннона,
согласно которому она должна в два раза превышать частоту записываемого
звукового сигнала. Человек воспринимает звук в диапазоне между 20Гц и 15КГц, и
восприимчивость обычно сильно падает к 20КГц (большинство людей вообще не
воспринимает звук за этим порогом). Следовательно, любое звуковое
сопровождение должно создаваться именно в таких пределах. Поэтому
проигрыватели компакт дисков и большинство звуковых систем, работают, в
основном с частотой 44,1КГц. Разрядность современных звуковых карт не менее 16
бит.
Пример задания:
Рассчитать объем следующего звукового файла: частота дискретизации 8КГц,
разрядность 8 битов, время записи 10 секунд.
Ответ: 8000 Гц*1 байт = 8000 байт, 8000 байт*10 секунд = 80000 байт,
80000/1024=78,125Кбайт
7. Расcчет поправки к прибору.
Пример задания и его решение
Истинная величина температуры равна 36,6 градуса, а термометр показывает 36,8.
Абсолютная погрешность, взятая с обратным знаком, называется поправкой
измерительного прибора.
Следовательно r = – (36,6 – 36,8) = + 0,2.
8. Определение типов погрешностей на представленном графике.
Пример задания и его решение
Δ
3
2
1
Х
Основная погрешность измерительного прибора - погрешность,
возникающая при нормальном использовании прибора. Её можно
представить в виде суммы погрешностей - аддитивной и
мультипликативной (3).
=a+b*X,
где а – аддитивная погрешность;
b – мультипликативная погрешность;
Х – текущее значение измерений.
Аддитивная погрешность – не зависит от чувствительности прибора и
является постоянной для всего диапазона измерений (1).
Мультипликативная погрешность – зависит от чувствительности прибора
и изменяется пропорционально текущему значению входной величины (2).
Основная погрешность вольтметра
1,2
Погрешность (Вольт)
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
V (Вольт)
Задание: Определить по представленному
погрешность.
Ответ: аддитивная погрешность равна 0,5 вольта.
графику
аддитивную
Задание: Определить по представленному графику мультипликативную
погрешность.
Ответ: мультипликативная погрешность равна b = ( 1,0 – 0,5 ) / 5 = 0,1
Вольт.
9. Выбор совместимых комплектующих из предложенного списка.
В задании будет предложена пара устройств (материнская плата и процессор
или модуль оперативной памяти). Необходимо выбрать совместимые. При выборе
совместимых устройств особое внимание следует обращать на следующие
критерии:
 тип разъема для установки микропроцессора;
 тактовые частоты (системной шины, ядра процессора, оперативной памяти);
 тип разъема (для установки карт расширения, видеокарты).
Пример задания:
Выберете модуль памяти для следующей материнской платы:
Материнская плата Intel, Socket 478, D865GLCL "La Crosse" (Intel
865G/ICH5) Hyper-Threading, FSB/800МГц, 4xDDR/400МГц, AGP8x(1.5v), 3xPCI,
Видео (Intel Extreme Graphics 2), Звук 5.1, Сеть 10/100Мбит/с (Intel), 8xUSBv2.0,
2xSATA/150, 2xATA/100, mATX
a. Модуль памяти DDR 256Мб, PC2100/266МГц Kingmax;
b. Модуль памяти RIMM 256Мб, PC3200/800МГц Samsung (SEC-1);
c. Модуль памяти DDR 256Мб, PC3200/400МГц Kingston;
d. Модуль памяти DIMM 256Мб, PC133/133МГц JetRAM.
Правильный ответ: «С», т.к. совпадают тип разъема памяти – DDR и тактовая
частота - 400МГц.
10. Определение типа архитектуры ВС (по классификации Флинна).
Классификация вычислительных систем по режиму выполнения команд
была предложена Флинном (M.Flynn) в начале 60-х годов.
В ее основу заложено два возможных вида параллелизма: независимость
потоков заданий (команд), существующих в системе, и независимость
(несвязанность) данных, обрабатываемых в каждом потоке.
Согласно данной классификации существует четыре основных архитектуры
ВС:
 Одиночный поток команд - одиночный поток данных (ОКОД), в английской
аббревиатуре Single Instruction Single Data (SISD),- одиночный поток
инструкций - одиночный поток данных;
 Одиночный поток команд - множественный поток данных (ОКМД) или
Single Instruction Multiple Data (SIMD), - одиночный поток инструкций одиночный поток данных;
 Множественный поток команд - одиночный поток данных (МКОД) или
Multiple Instruction Single Data (MISD), -множественный поток инструкций множественный поток данных;
 Множественный поток команд - множественный поток данных (МКМД) или
Multiple Instruction Multiple Data (MIMD), -множественный поток инструкций
- множественный поток данных MIМD).
SISD
SIMD
MISD
MIMD
Архитектура ОКОД (SISD) охватывает все однопроцессорные и одномашинные
варианты систем, то есть ВС с одним вычислителем. Все ЭВМ классической
структуры попадают в этот класс. Здесь параллелизм вычислений обеспечивается
путем совмещения выполнения операций отдельными блоками АЛУ, а также
параллельная работа устройств ввода-вывода информации и процессора.
Архитектура ОКМД (SIMD) предполагает создание структур векторной или
матричной обработки. Системы этого типа обычно строятся как однородные, то
есть процессорные элементы, входящие в систему, идентичны, и все они
управляются одной и той же последовательностью команд. Однако каждый
процессор обрабатывает свой поток данных. Под эту схему хорошо подходят задачи
обработки матриц или векторов (массивов), задачи решения систем линейных и
нелинейных, алгебраических и дифференциальных уравнений, задачи теории поля и
др. В структурах данной архитектуры желательно обеспечивать соединения между
процессорами, соответствующие реализуемым математическим зависимостям. Как
правило, эти связи напоминают матрицу, в которой каждый процессорный элемент
связан с соседними. Векторный или матричный тип вычислений является
необходимым атрибутом любой суперЭВМ.
Архитектура МКОД (MISD) предполагает построение своеобразного
процессорного конвейера, в котором результаты обработки передаются от одного
процессора к другому по цепочке. Выгоды такого вида обработки понятны. Однако
в большинстве алгоритмов очень трудно выявить подобный, регулярный характер
вычислений. Кроме того, на практике нельзя обеспечить и “большую длину” такого
конвейера, при котором достигается наивысший эффект. Вместе с тем конвейерная
схема нашла применение в так называемых скалярных процессорах суперЭВМ, в
которых они применяются как специальные процессоры для поддержки векторной
обработки.
Архитектура МКМД (MIMD) предполагает, что все процессоры системы
работают по своим программам с собственным потоком команд. В простейшем
случае они могут быть автономны и независимы. Такая схема использования ВС
часто применяется на многих крупных вычислительных центрах для увеличения
пропускной способности центра.
Пример задания:
Схема какой архитектуры приведена на
рисунке?
a. SISD
b. SIMD
c. MISD
d. MIMD
Ответ: «B», т.е. SIMD – одна команда и множественный поток данных.
11. Определение типа микропроцессора по представленному описанию
системы его команд.
Система команд микропроцессора - перечень, вид и тип команд, автоматически
исполняемых процессором. Перечень и вид команд определяют непосредственно те
процедуры, которые могут выполняться над данными в процессоре, и те категории
данных, над которыми применимы эти процедуры. Понятие системы команд
вплотную связано с архитектурой, разрядностью, адресностью и другими
атрибутами процессора. От типа команд зависит классификационная группа
процессора:
 CISC (Complex Instruction Set Command) с полным набором системы команд;
 RISC (Reduced Instruction Set Command) с усеченным набором системы
команд;
 VLIW (Very Length Instruction Word) со сверхбольшим командным словом;
 MISC (Minimum Instruction Set Command) с минимальным набором системы
команд и весьма высоким быстродействием
Процессоры RISC были разработаны в 1986 году, когда технология
суперскалярных конвейеров только начала развиваться. Процессоры содержали
сотни тысяч транзисторов.
Микропроцессоры
типа
RISC
характеризуются
очень
высоким
быстродействием, но они программно не совместимы с CISC-процессорами: при
выполнении программ, разработанных для CISC-процессоров, они могут лишь
эмулировать (моделировать, имитировать) процесоры типа CISC на программном
уровне, что приводит к резкому уменьшению их эффективной производительности .
В конце 90-х наиболее совершенные процессоры уже содержат миллионы
транзисторов. Например, процессоры архитектуры IA-64 содержат десятки
миллионов транзисторов. В дальнейших модификациях их число, вероятно,
увеличится до сотен миллионов.
Архитектура IA-64 не является ни 64-разрядным расширением архитектуры
CISC, ни переработкой архитектуры RISC. IA-64 представляет собой новую
архитектуру, использующую длинные слова команд (LIW), предикаты команд
(instruction
predication),
исключение
ветвлений
(branch
elimination),
предварительную загрузку данных (speculative loading) и другие ухищрения для
того, чтобы обеспечить больший параллелизм выполнения программ. Но, тем не
менее, IA-64 — это компромисс между CISC и RISC, попытка сделать их
совместимыми: существуют два режима декодирования команд — VLIW и старый
CISC Программы автоматически переключаются в необходимый режим
исполнения.
Процессоры типа VLIW
- весьма перспективный тип процессоров.
Процессоры типа VLIW выпускают фирмы Transmeta, Intel и Hewlett-Packard.
Следует заметить, что при более глубоком анализе технология EPIC (Explicitly
Parallel Instruction Computing — вычисления с явной параллельностью инструкций),
которой придерживаются фирмы Intel и HP, незначительно отличается от
технологии VLIW, принятой за основу фирмой Transmeta. Но эти отличия
несущественны, поэтому микропроцессоры VLIW и EPIC можно отнести к одной
группе. К VLIW-типу можно отнести и ожидавшийся в 2002 году процессор Elbrus
2000 — E2k, разработанный российской компанией «Эльбрус».
Программисты доступа к внутренним VLIW-командам не имеют: все
программы (даже операционная система) работают поверх специального
низкоуровневого программного обеспечения (Code Morphing), которое
ответственно за трансляцию команд CISC-процессоров в команды VLIW.
Процессоры типа VLIW вместо сложной схемной логики, обеспечивающей в
современных суперскалярных процессорах параллельное исполнение команд,
опираются на программное обеспечение. Упрощение аппаратуры позволило
уменьшить габариты процессоров и потребление энергии (эти процессоры иногда
называют «холодными»).
Пример задания:
Выберете тип микропроцессора, в котором реализован усеченный набор
системных команд:
a) CISC;
b) MISC;
c) RISC;
d) VLIW
Правильный ответ: «C», т.е RISC процессор.
12. Определение принципа действия представленной ЭВМ
Вычислительные машины
Аналоговые (АВМ)
Гибридные (ГВМ)
Цифровые (ЦВМ)
Классификация ЭВМ по принципу действия
ЦВМ – цифровые вычислительные машины, или вычислительные машины
дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а
точнее, цифровой форме. Большинство современных ЭВМ являются ЦВМ.
АВМ – аналоговые вычислительные машины, или вычислительные машины
непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной
(аналоговой) форме, то есть в виде непрерывного ряда значений какой-либо
физической величины (чаще всего электрического напряжения)
ГВМ – гибридные вычислительные машины, или вычислительные машины
комбинированного действия, работают с информацией, представленной и в
цифровой и в аналоговой форме. Они совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ.
ГВМ целесообразно использовать для решения задач управления сложными
быстродействующими техническими комплексами.
Пример задания:
Определите принцип действия ЭВМ, обрабатывающей информацию,
представленную в непрерывной (аналоговой) форме, то есть в виде непрерывного
ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического
напряжения):
a) Цифровая ЭВМ;
b) Аналоговая ЭВМ;
c) Гибридная ЭВМ.
Ответ: “B”, то есть аналоговая ЭВМ.
13. Определение типа топологии информационно-вычислительной сети.
Термин «топология», или «топология сети», характеризует физическое
расположение компьютеров, кабелей и других компонентов сети. Топология — это
стандартный термин, который используется профессионалами при описании
основной компоновки сети. Кроме термина «топология», для описания физической
компоновки употребляют также следующие:




физическое расположение;
компоновка;
диаграмма;
карта.
Топология сети обуславливает ее характеристики. В частности, выбор той или
иной топологии влияет:




на состав необходимого сетевого оборудования;
характеристики сетевого оборудования;
возможности расширения сети;
способ управления сетью.
Каждая топология сети налагает ряд условий. Например, она может диктовать
тип кабеля, и способ его прокладки. Топология может также определять способ
взаимодействия компьютеров в сети. Различным видам топологий соответствуют
различные методы взаимодействия, и эти методы оказывают большое влияние на
сеть.
Базовые топологии
Все сети строятся на основе трех базовых топологий:



шина (bus);
звезда (star);
кольцо (ring).
Если компьютеры подключены вдоль одного кабеля [сегмента (segment)],
топология называется шиной. В том случае, когда компьютеры подключены к
сегментам кабеля, исходящим из одной точки, или концентратора, топология
называется звездой. Если кабель, к которому подключены компьютеры, замкнут в
кольцо, такая топология носит название кольца.
Хотя сами по себе базовые топологии несложны, в реальности часто
встречаются довольно сложные комбинации, объединяющие свойства нескольких
топологий.
Сети Ethernet и Fast Ethernet Наибольшее распространение среди
стандартных сетей получила сеть Ethernet. Впервые она появилась в 1972 году
(разработчиком выступила известная фирма Xerox). Сеть оказалась довольно
удачной, и вследствие этого ее в 1980 году поддержали такие крупнейшие
компании, как DEC и Intel (объединение этих компаний назвали DIX по первым
буквам их названий). Их стараниями в 1985 году сеть Ethernet стала
международным стандартом, ее приняли крупнейшие международные организации
по стандартам: комитет 802 IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) и
ECMA (European Computer Manufacturers Association).
Стандарт получил название IEEE 802.3 (по-английски читается как "eight oh
two dot three"). Он определяет множественный доступ к моноканалу типа шина с
обнаружением конфликтов и контролем передачи, то есть с уже упоминавшимся
методом доступа CSMA/CD. Этому стандарту удовлетворяли и некоторые другие
сети, так как уровень его детализации невысок. В результате сети стандарта IEEE
802.3 нередко были несовместимы между собой как по конструктивным, так и по
электрическим характеристикам. Однако в последнее время стандарт IEEE 802.3
считается стандартом именно сети Ethernet.
Основные характеристики первоначального стандарта IEEE 802.3:









топология – шина;
среда передачи – коаксиальный кабель;
скорость передачи – 10 Мбит/с;
максимальная длина сети – 5 км;
максимальное количество абонентов – до 1024;
длина сегмента сети – до 500 м;
количество абонентов на одном сегменте – до 100;
метод доступа – CSMA/CD;
передача узкополосная, то есть без модуляции (моноканал).
Сеть Ethernet сейчас наиболее популярна в мире (более 90% рынка),
предположительно таковой она и останется в ближайшие годы. Этому в немалой
степени способствовало то, что с самого начала характеристики, параметры,
протоколы сети были открыты, в результате чего огромное число производителей
во всем мире стали выпускать аппаратуру Ethernet, полностью совместимую между
собой.
В классической сети Ethernet применялся 50-омный коаксиальный кабель
двух видов (толстый и тонкий). Однако в последнее время (с начала 90-х годов)
наибольшее распространение получила версия Ethernet, использующая в качестве
среды передачи витые пары. Определен также стандарт для применения в сети
оптоволоконного кабеля. Для учета этих изменений в изначальный стандарт IEEE
802.3 были сделаны соответствующие добавления. В 1995 году появился
дополнительный стандарт на более быструю версию Ethernet, работающую на
скорости 100 Мбит/с (так называемый Fast Ethernet, стандарт IEEE 802.3u),
использующую в качестве среды передачи витую пару или оптоволоконный кабель.
В 1997 году появилась и версия на скорость 1000 Мбит/с (Gigabit Ethernet, стандарт
IEEE 802.3z). Помимо стандартной топологии шина все шире применяются
топологии типа пассивная звезда и пассивное дерево. При этом предполагается
использование репитеров и репитерных концентраторов, соединяющих между
собой различные части (сегменты) сети. В результате может сформироваться
древовидная структура на сегментах разных типов (рис. 1).
Рис. 1. Классическая топология сети Ethernet
В качестве сегмента (части сети) может выступать классическая шина или
единичный абонент. Для шинных сегментов используется коаксиальный кабель, а
для лучей пассивной звезды (для присоединения к концентратору одиночных
компьютеров) – витая пара и оптоволоконный кабель. Главное требование к
полученной в результате топологии – чтобы в ней не было замкнутых путей
(петель). Фактически получается, что все абоненты соединены в физическую шину,
так как сигнал от каждого из них распространяется сразу во все стороны и не
возвращается назад (как в кольце). Максимальная длина кабеля сети в целом
(максимальный путь сигнала) теоретически может достигать 6,5 километров, но
практически не превышает 3,5 километров. В сети Fast Ethernet не предусмотрена
физическая топология шина, используется только пассивная звезда или пассивное
дерево. К тому же в Fast Ethernet гораздо более жесткие требования к предельной
длине сети. Ведь при увеличении в 10 раз скорости передачи и сохранении формата
пакета его минимальная длина становится в десять раз короче. Таким образом в 10
раз уменьшается допустимая величина двойного времени прохождения сигнала по
сети (5,12 мкс против 51,2 мкс в Ethernet).
Развитие технологии Ethernet идет по пути все большего отхода от
первоначального стандарта. Применение новых сред передачи и коммутаторов
позволяет существенно увеличить размер сети. Отказ от манчестерского кода (в
сети Fast Ethernet и Gigabit Ethernet) обеспечивает увеличение скорости передачи
данных и снижение требований к кабелю. Отказ от метода управления CSMA/CD
(при полнодуплексном режиме обмена) дает возможность резко повысить
эффективность работы и снять ограничения с длины сети. Тем не менее, все новые
разновидности сети также называются сетью Ethernet.
Сеть Token-Ring Сеть Token-Ring (маркерное кольцо) была предложена
компанией IBM в 1985 году (первый вариант появился в 1980 году). Она
предназначалась для объединения в сеть всех типов компьютеров, выпускаемых
IBM. Уже тот факт, что ее поддерживает компания IBM, крупнейший
производитель компьютерной техники, говорит о том, что ей необходимо уделить
особое внимание. Но не менее важно и то, что Token-Ring является в настоящее
время международным стандартом IEEE 802.5 (хотя между Token-Ring и IEEE 802.5
есть незначительные отличия). Это ставит данную сеть на один уровень по статусу
с Ethernet. Разрабатывалась Token-Ring как надежная альтернатива Ethernet. И хотя
сейчас Ethernet вытесняет все остальные сети, Token-Ring нельзя считать
безнадежно устаревшей. Более 10 миллионов компьютеров по всему миру
объединены этой сетью. Компания IBM сделала все для максимально широкого
распространения своей сети: была выпущена подробная документация вплоть до
принципиальных схем адаптеров. В результате многие компании, например, 3СOM,
Novell, Western Digital, Proteon и другие приступили к производству адаптеров.
Кстати, специально для этой сети, а также для другой сети IBM PC Network была
разработана концепция NetBIOS. Если в созданной ранее сети PC Network
программы NetBIOS хранились во встроенной в адаптер постоянной памяти, то в
сети Token-Ring уже применялась эмулирующая NetBIOS программа. Это
позволило более гибко реагировать на особенности аппаратуры и поддерживать
совместимость с программами более высокого уровня.
Сеть Token-Ring имеет топологию кольцо, хотя внешне она больше
напоминает звезду. Это связано с тем, что отдельные абоненты (компьютеры)
присоединяются к сети не напрямую, а через специальные концентраторы или
многостанционные устройства доступа (MSAU или MAU – Multistation Access Unit).
Физически сеть образует звездно-кольцевую топологию (рис. 2). В
действительности же абоненты объединяются все-таки в кольцо, то есть каждый из
них передает информацию одному соседнему абоненту, а принимает информацию
от другого.
Концентратор (MAU) при этом позволяет централизовать задание
конфигурации, отключение неисправных абонентов, контроль работы сети и т.д.
(рис. 3). Никакой обработки информации он не производит.
Рис. 2. Звездно-кольцевая топология сети Token-Ring
Рис. 3. Соединение абонентов сети Token-Ring в кольцо с помощью концентратора
(MAU)
Для каждого абонента в составе концентратора применяется специальный
блок подключения к магистрали (TCU – Trunk Coupling Unit), который
обеспечивает автоматическое включение абонента в кольцо, если он подключен к
концентратору и исправен. Если абонент отключается от концентратора или же он
неисправен, то блок TCU автоматически восстанавливает целостность кольца без
участия данного абонента. Срабатывает TCU по сигналу постоянного тока (так
называемый "фантомный" ток), который приходит от абонента, желающего
включиться в кольцо. Абонент может также отключиться от кольца и провести
процедуру самотестирования. "Фантомный" ток никак не влияет на
информационный сигнал, так как сигнал в кольце не имеет постоянной
составляющей.
Существуют как пассивные, так и активные концентраторы MAU. Активный
концентратор восстанавливает сигнал, приходящий от абонента (то есть работает,
как концентратор Ethernet). Пассивный концентратор не выполняет восстановление
сигнала, только перекоммутирует линии связи.
Концентратор в сети может быть единственным (как на рис.3), в этом случае в
кольцо замыкаются только абоненты, подключенные к нему. Внешне такая
топология выглядит, как звезда. Если же нужно подключить к сети более восьми
абонентов, то несколько концентраторов соединяются магистральными кабелями и
образуют звездно-кольцевую топологию.
Как уже отмечалось, кольцевая топология очень чувствительна к обрывам
кабеля кольца. Для повышения живучести сети, в Token-Ring предусмотрен режим
так называемого сворачивания кольца, что позволяет обойти место обрыва. В
нормальном режиме концентраторы соединены в кольцо двумя параллельными
кабелями, но передача информации производится при этом только по одному из них
(рис. 4).
Рис. 4. Объединение концентраторов MAU в нормальном режиме
В случае одиночного повреждения (обрыва) кабеля сеть осуществляет
передачу по обоим кабелям, обходя тем самым поврежденный участок. При этом
даже сохраняется порядок обхода абонентов, подключенных к концентраторам
(рис. 5). Правда, увеличивается суммарная длина кольца.
В случае множественных повреждений кабеля сеть распадается на несколько
частей (сегментов), не связанных между собой, но сохраняющих полную
работоспособность (рис. 6). Максимальная часть сети остается при этом связанной,
как и прежде. Конечно, это уже не спасает сеть в целом, но позволяет при
правильном распределении абонентов по концентраторам сохранять значительную
часть функций поврежденной сети.
Несколько концентраторов может конструктивно объединяться в группу,
кластер (cluster), внутри которого абоненты также соединены в кольцо. Применение
кластеров позволяет увеличивать количество абонентов, подключенных к одному
центру, например, до 16 (если в кластер входит два концентратора).
Рис. 5. Сворачивание кольца при повреждении кабеля
В качестве среды передачи в сети IBM Token-Ring сначала применялась витая
пара, как неэкранированная (UTP), так и экранированная (STP), но затем появились
варианты аппаратуры для коаксиального кабеля, а также для оптоволоконного
кабеля в стандарте FDDI.
Рис. 6. Распад кольца при множественных повреждениях кабеля
Основные технические характеристики классического варианта сети TokenRing:






максимальное количество концентраторов типа IBM 8228 MAU – 12;
максимальное количество абонентов в сети – 96;
максимальная длина кабеля между абонентом и концентратором – 45 метров;
максимальная длина кабеля между концентраторами – 45 метров;
максимальная длина кабеля, соединяющего все концентраторы – 120 метров;
скорость передачи данных – 4 Мбит/с и 16 Мбит/с.
Все приведенные характеристики относятся к случаю использования
неэкранированной витой пары. Если применяется другая среда передачи,
характеристики сети могут отличаться. Например, при использовании
экранированной витой пары (STP) количество абонентов может быть увеличено до
260 (вместо 96), длина кабеля – до 100 метров (вместо 45), количество
концентраторов – до 33, а полная длина кольца, соединяющего концентраторы – до
200 метров. Оптоволоконный кабель позволяет увеличивать длину кабеля до двух
километров.
Для передачи информации в Token-Ring применяется бифазный код (точнее,
его вариант с обязательным переходом в центре битового интервала). Как и в любой
звездообразной топологии, никаких дополнительных мер по электрическому
согласованию и внешнему заземлению не требуется. Согласование выполняется
аппаратурой сетевых адаптеров и концентраторов.
В сети Token-Ring предусмотрено также использование мостов и
коммутаторов. Они применяются для разделения большого кольца на несколько
кольцевых сегментов, имеющих возможность обмена пакетами между собой. Это
позволяет снизить нагрузку на каждый сегмент и увеличить долю времени,
предоставляемую каждому абоненту. В результате можно сформировать
распределенное кольцо, то есть объединение нескольких кольцевых сегментов
одним большим магистральным кольцом (рис. 7) или же звездно-кольцевую
структуру с центральным коммутатором, к которому подключены кольцевые
сегменты (рис. 8).
Сеть Arcnet (или ARCnet от английского Attached Resource Computer Net,
компьютерная сеть соединенных ресурсов) – это одна из старейших сетей. Она была
разработана компанией Datapoint Corporation еще в 1977 году. Международные
стандарты на эту сеть отсутствуют, хотя именно она считается родоначальницей
метода маркерного доступа. Несмотря на отсутствие стандартов, сеть Arcnet до
недавнего времени (в 1980 – 1990 г.г.) пользовалась популярностью, даже серьезно
конкурировала с Ethernet. Большое количество компаний (например, Datapoint,
Standard Microsystems, Xircom и др.) производили аппаратуру для сети этого типа.
Но сейчас производство аппаратуры Arcnet практически прекращено.
Рис. 7. Объединение сегментов магистральным кольцом с помощью мостов
Рис. 8 Объединение сегментов центральным коммутатором
Сеть Arcnet Среди основных достоинств сети Arcnet по сравнению с Ethernet
можно назвать ограниченную величину времени доступа, высокую надежность
связи, простоту диагностики, а также сравнительно низкую стоимость адаптеров. К
наиболее существенным недостаткам сети относятся низкая скорость передачи
информации (2,5 Мбит/с), система адресации и формат пакета.
Для передачи информации в сети Arcnet используется довольно редкий код, в
котором логической единице соответствует два импульса в течение битового
интервала, а логическому нулю – один импульс. Очевидно, что это
самосинхронизирующийся код, который требует еще большей пропускной
способности кабеля, чем даже манчестерский. В качестве среды передачи в сети
используется коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 93 Ом, к примеру,
марки RG-62A/U.
В качестве топологии сеть Arcnet использует классическую шину (ArcnetBUS), а также пассивную звезду (Arcnet-STAR). В звезде применяются
концентраторы (хабы). Возможно объединение с помощью концентраторов шинных
и звездных сегментов в древовидную топологию (как и в Ethernet). Главное
ограничение – в топологии не должно быть замкнутых путей (петель). Еще одно
ограничение: количество сегментов, соединенных последовательной цепочкой с
помощью концентраторов, не должно превышать трех.
Концентраторы бывают двух видов:
Активные концентраторы (восстанавливают форму приходящих сигналов и
усиливают их). Количество портов – от 4 до 64. Активные концентраторы могут
соединяться между собой (каскадироваться). Пассивные концентраторы (просто
смешивают приходящие сигналы без усиления). Количество портов – 4. Пассивные
концентраторы не могут соединяться между собой. Они могут связывать только
активные концентраторы и/или сетевые адаптеры. Шинные сегменты могут
подключаться только к активным концентраторам.
Сетевые адаптеры также бывают двух видов:
 Высокоимпедансные (Bus), предназначенные для использования в шинных
сегментах:
 Низкоимпедансные (Star), предназначенные для использования в пассивной
звезде.
Таким образом, топология сети Arcnet имеет следующий вид (рис. 9).
Рис. 8. Топология сети Arcnet типа шина (B – адаптеры для работы в шине, S –
адаптеры для работы в звезде)
Основные технические характеристики сети Arcnet следующие.
 Среда передачи – коаксиальный кабель, витая пара.
 Максимальная длина сети – 6 километров.
 Максимальная длина кабеля от абонента до пассивного концентратора – 30
метров.
 Максимальная длина кабеля от абонента до активного концентратора – 600
метров.
 Максимальная длина кабеля между активным и пассивным концентраторами
– 30 метров.
 Максимальная длина кабеля между активными концентраторами – 600
метров.
 Максимальное количество абонентов в сети – 255.
 Максимальное количество абонентов на шинном сегменте – 8.
 Минимальное расстояние между абонентами в шине – 1 метр.
 Максимальная длина шинного сегмента – 300 метров.
 Скорость передачи данных – 2,5 Мбит/с.
При создании сложных топологий необходимо следить за тем, чтобы
задержка распространения сигналов в сети между абонентами не превышала 30 мкс.
Максимальное затухание сигнала в кабеле на частоте 5 МГц не должно превышать
11 дБ. В сети Arcnet используется маркерный метод доступа (метод передачи
права).
Задания:
1. Назовите главные недостатки полносвязной топологии, а также топологий
типа общая шина, звезда, кольцо.
2. Какую топологию имеет односегментная сеть Ethernet, построенная на основе
концентратора: общая шина или звезда?
14. Определение вида структуры данных по представленной информации.
Фиксируемые воспринимаемые факты окружающего мира представляют
собой данные. При использовании данных в процессе решения конкретных задач появляется информация. Информация - данные, определенным образом
организованные, имеющие смысл, значение и ценность для своего потребителя и
необходимые для принятия им решений, а также реализации других функций и
действий.
В вычислительной технике структура данных — это способ хранения
данных в компьютере, обеспечивающий её эффективное использование. Зачастую
правильно подобранная структура данных поможет использовать более
эффективный алгоритм. Выбор структуры данных обычно начинается с выбора
абстрактной структуры данных. Хорошо спроектированная структура данных
позволяет выполнять большое множество различных критичных операций,
используя как можно меньший объём ресурсов (таких как время выполнения
операций или используемый объём оперативной памяти). Структуры данных
программируются с использованием типов данных, ссылок и операций на ними,
которые выполняются выбранным языком программирования.
Различные виды структур данных подходят для различных приложений;
некоторые из них имеют узкую специализацию для определённых задач. Например,
Б-деревья обычно подходят для создания баз данных, в то время как таблицы
маршрутизации обеспечивают работу компьютерных сетей.
Разработка различных типов программного обеспечения показала, что
сложность реализации и качество работы окончательной системы существенно
зависит от выбора правильной структуры данных. После того, как выбрана
структура данных, выбор и работа алгоритма зачастую становится очевидной.
Однако иногда всё устроено наоборот — структуры данных выбираются из
соображений оптимального выполнения ключевых задач посредством
определённых алгоритмов, которые работают лучше всего со своим типом структур
данных. В любом случае, выбор адекватной структуры данных очень важен.
Такая точка зрения дала начало формальным методам разработки и языкам
программирования, в которых именно структуры данных, а не алгоритмы, являются
ключевым фактором формирования языка. Большая часть таких языков обладает
определённым типом модульной системы, позволяющей структурам данных
безопасно переиспользоваться в различных приложениях посредством скрытия их
проверенных деталей реализации за контролирующими интерфейсами. Объектноориентированные языки, такие как Java, C# и C++, являются частными случаями
такого подхода.
Поскольку структуры данных настолько критичны для профессиональных
программ, многие из них поддержаны в стандартных библиотеках современных
языках программирования и окружения, таких как STL языка C++, Java API и
Платформа .NET.
Список структур данных.
 Линейные структуры данных (Linear data structures)
 Список (List)
 Массив (Array)
 Битовые поля (Bitmaps)
 Изображения (Images)
 Поля высот (Heightfields)
 Параллельный массив (Parallel array)
 Дерево отрезков
 Связанный список (Linked list)
 Список с пропусками (Skip list)
 Развёрнутый связанный список (Unrolled linked list)
 Xor-связанный список (Xor linked list)
 V-список (VList)
 Ассоциативный массив (Associative array a.k.a. dictionary or map) — также
известен как словарь или карта
 Хеш-таблица (Hash table)
 Стек (Stack a.k.a. LIFO Last in, first out) — также известен как ЛИФО
 Очередь (Queue a.k.a. FIFO First in, first out) — также известен как ФИФО
 Приоритетная очередь (Priority queue) — иногда выполняется в виде кучи, см.
ниже
 Дек (Deque) — двусвязная очередь
 Буферное окно (Buffer gap)
 Граф (Graph)
 Список рёбер (Adjacency list)
 Представление графа в разорванном виде (Disjoint-set data structure)
 Представление графа в виде стеков (Graph-structured stack)
 Сценограф (Scene graph)
 Деревья
 M-Way Tree
 B-дерево
 Двоичное дерево поиска (Binary search tree)
 Самобалансирующееся дерево поиска (Self-balancing binary search tree)
 АВЛ-дерево (AVL tree)
 Красно-чёрное дерево (Red-black tree)
 Дерево со штрафами (Scapegoat tree)
 Косое дерево (Splay tree)
 Дерево ван Емде Боаса (van Emde Boas tree)

















Дерево остатков (Radix tree)
Интервальное дерево (Interval tree)
Куча (Heap)
Двоичная куча (Binary heap)
Биномиальная куча (Binomial heap)
куча Фибоначчи (Fibonacci heap)
2-3-куча (2-3 heap)
Мягкая куча (Soft heap)
Дерево разбора (Parse tree)
Квад-дерево (Quadtree) и Окт-дерево (Octree)
Дерево суффиксов (Suffix tree)
Бор Префиксное дерево (Trie)
Бор (Patricia trie)
Другие структуры данных
Помеченное объединение (Tagged union)
Объединение (Union)
Таблица (Table)