Методы автоматического запроса повторной передачи

В простейшем случае защита от ошибок заключается только в их обнаружении. Система должна предупредить передатчик об обнаружении ошибки и необходимости повторной передачи. Такие процедуры защиты от ошибок известны как методы автоматического запроса повторной передачи (Automatic Repeat Request - ARQ). В беспроводных локальных сетях применяется процедура "запрос ARQ с остановками" (stop-and-wait ARQ).

увеличить изображение
Рис. 1.13. Процедура запрос ARQ с остановками

В этом случае источник, пославший кадр, ожидает получения подтверждения (Acknowledgement - ACK), или, как еще его называют, квитанции, от приемника и только после этого посылает следующий кадр. Если же подтверждение не приходит в течение тайм-аута, то кадр (или подтверждение) считается утерянным и его передача повторяется. На рис. 1.13 видно, что в этом случае производительность обмена данными ниже потенциально возможной; хотя передатчик и мог бы послать следующий кадр сразу же после отправки предыдущего, он обязан ждать прихода подтверждения.

 

 

70. Файловые системы. Типы и характеристики. FAT, NTFS, ext.

 

Фа́йловая систе́ма (англ. file system) — порядок, определяющий способ организации, хранения и именования данных на носителях информации в компьютерах, а также в другом электронном оборудовании. Файловая система определяет формат содержимого и способ физического хранения информации, которую принято группировать в виде файлов. Конкретная файловая система определяет размер имен файлов и (каталогов), максимальный возможный размер файла и раздела, набор атрибутов файла. Некоторые файловые системы предоставляют сервисные возможности, например, разграничение доступа или шифрование файлов.

Существует три версии FAT — FAT12, FAT16 и FAT32. Они отличаются разрядностью записей в дисковой структуре, то есть количеством бит, отведённых для хранения номера кластера. FAT12 применяется в основном для дискет, FAT16 — для дисков малого объёма. В файловой системе FAT смежные секторы диска объединяются в единицы, называемые кластерами. Количество секторов в кластере равно степени двойки (см. далее). Для хранения данных файла отводится целое число кластеров (минимум один), так что, например, если размер файла составляет 40 байт, а размер кластера 4 кбайт, реально занят информацией файла будет лишь 1 % отведенного для него места. Пространство тома FAT32 логически разделено на три смежные области:

· Зарезервированная область. Содержит служебные структуры, которые принадлежат загрузочной записи раздела

· Область таблицы FAT, содержащая массив индексных указателей («ячеек»), соответствующих кластерам области данных.

· Область данных, где записано собственно содержимое файлов

Если кластер принадлежит файлу, то соответствующая ему ячейка в таблице FAT содержит номер следующего кластера этого же файла. Если ячейка соответствует последнему кластеру файла, то она содержит специальное значение (FFFF₁₆ для FAT16). Таким образом выстраивается цепочка кластеров файла.

NTFS (аббревиатура от англ. new technology file system — «файловая система новой технологии») — стандартная файловая система для семейства операционных систем Windows NT фирмы Microsoft.

NTFS поддерживает хранение метаданных. С целью улучшения производительности, надёжности и эффективности использования дискового пространства для хранения информации о файлах в NTFS используются специализированные структуры данных. Информация о файлах хранится в главной файловой таблице

Сравнительная таблица файловых систем FAT и NTFS[править | править вики-текст]

Ограничения / возможности	NTFS	FAT16 и FAT32
Размеры диска	2^64 байт (16 эксабайт или 18 446 744 073 709 551 616 байт)	приблизительно равняется 8 терабайт
Размер тома	Теоретически — 2^64 минус 1 кластер. Разметка диска в стиле MBR позволяет создавать разделы, размеры которых не превышают 2 ТБ. Чтобы обойти это ограничение, необходимо использование динамических дисков или разметки GPT, поддерживающей разделы диска размером до 9.4 ЗБ (9.4 × 10^21 байт). Выбор стиля разметки предоставляется при инициализации (первоначальной разметке) диска, начиная с версии Windows NT 6.0.	Запись в таблице FAT на томе с файловой системой FAT32 имеет размер 4 байта, поэтому средство ScanDisk не может работать с таблицей FAT на диске FAT32, описывающей более 4 177 920 кластеров (включая два резервных). С учетом самих таблиц FAT и при максимальном размере кластера 32 КБ размер тома может быть до 127,53 ГБ. В Windows 2000 нельзя отформатировать том размером более 32 ГБ с файловой системой FAT32. Драйвер FastFAT для Windows 2000 способен подключать и поддерживать тома размером больше 32 ГБ с файловой системой FAT32 (с определенными ограничениями), но такой том нельзя создать с помощью команды «Format».
Форматирование дискет	Windows не позволяет форматировать дискеты в NTFS (ntfsflp от Марка Руссиновича позволяет).
Поддержка типов ссылок	NTFS поддерживает жёсткие (Hardlinks) и символьные ссылки, Junctions, Volume Mount Point.	FAT не поддерживает ссылки.
Максимальный размер файла	Теоретически — 2^64 байт минус 1 килобайт. Практически — 2^44 байт минус 64 килобайта (~16384 гигабайт или ~16 терабайт)^[13].	FAT16 поддерживает файлы размером не более 2 ГБ. FAT32 поддерживает файлы размером не более 4 ГБ.
Средства безопасности.	Атрибуты файлов, авторизация с использованием DACL, шифрование с использованием EFS.	Атрибуты файлов.
Аудит	С использованием SACL.	Не поддерживается.
Поддержка сжатия.	На уровне файловой системы для файлов, каталогов и дисков.	На уровне диска (в FAT16). В FAT32 не поддерживается.
Максимальное количество файлов	4 294 967 295 (2^32 — 1).	В FAT32 не более 268 435 444 (2^28−12)

 

Extended File System (расширенная файловая система), сокращённо ext или extfs — первая файловая система, разработанная специально для ОС на ядре Linux. Представлена в апреле 1992 г.для ядра Linux 0.96c.^[1]

Используемая структура метаданных была разработана Реми Кардом (англ.), на создание которой его вдохновила Unix File System (UFS). Целью было преодолеть ограничения файловой системы Minix File System — в новой файловой системе наибольший возможный размер раздела и файла увеличен до 2 Гб, ^[1] а максимальная длина имени файла — до 255 символов.

ext является первой версией расширенной файловой системы. Впоследствии была заменена ext2 и xiafs. Со временем ext2 вытеснила xiafs благодаря долгосрочной жизнеспособности.

 

 

71. Внешние носители информации. Оптические диски.

 

См. вопр 38, 39, 40

 

Для хранения и переноса информации с одного компьютера на другие удобно использовать внешние носители. В качестве носителей информации чаще всего выступают оптические диски (CD, DVD, Blu-Ray), флеш-накопители (флешки) и внешние жесткие диски.

Внешние носители информации

 

Сейчас оптические диски постепенно отходят на второй план. Оптические диски позволяют записать относительно небольшое количество информации. Однако для длительного хранения медиаинформации (фильмов, музыки) оптические диски подходят как никакой другой внешний носитель. Все медиацентры и видеопроигрыватели по-прежнему воспроизводят оптические диски.

 

Флеш-накопители

USB флэш-накопитель (сленг. флэшка, флешка) -запоминающее устройство с интерфейсом подключения USB, в котором для хранения информации используется энергонезависимая флэш-память.

SD карта (Secure Digital Memory Card) - формат карт памяти (флэш-память), разработанный для использования в основном в портативных устройствах.

 

Устройство USB флэш-накопителя

9. USB-разъём

10. микроконтроллер

11. контрольные точки

12. микросхема флэш-памяти

13. кварцевый резонатор

14. светодиод

15. переключатель «защита от записи»

16. место для дополнительной микросхемы памяти

 

Устройство SD-карты

 

4. контроллер

5. микросхемы памяти

Контактные площадки расположены с обратной стороны платы.

 

Карта памяти Secure Digital card (SD), поддерживающая протокол SDMI, была разработана в 1999г. компаниями Toshiba, Panasonic и SanDisk.

За основу была взята карта формата ММС, в которую добавили специальный модуль памяти.

+

• Малый вес, бесшумность работы и портативность.

• Универсальность, современные компьютеры, телевизоры и DVD-проигрыватели имеют USB-разъёмы

• Более устойчивы к механическим воздействиям по сравнению с жёсткими дисками.

• Работоспособность в широком диапазоне температур

• Низкое энергопотребление

• Не подвержены воздействию царапин и пыли, которые были проблемой для оптических носителей и дискет.

-

Ограниченное число циклов записи-стирания перед выходом из строя.

Способны хранить данные полностью автономно до 5 лет. Наиболее перспективные образцы — до 10 лет.

Скорость записи и чтения ограничены пропускной способностью USB.

Чувствительны к электростатическому разряду, чувствительны к радиации.

Несимметричность интерфейса при симметрично выглядящем разъёме.

 

Внешние жесткие диски технически представляют собой жесткий диск, помещенный в компактный корпус с USB адаптером и системой защиты от вибрации. Как известно жесткие диски обладают впечатляющими объемами дискового пространства, что в купе с мобильностью делает их очень привлекательными. Однако для оптимальной работы внешнего жесткого диска требуется повышенная мощность питания. Один разъем USB не в силе обеспечить полноценное питание. Вот почему на внешних жестких дисках имеется двойной кабель USB. По габаритам внешние жесткие диски совеем небольшие, и могут легко поместиться в обычном кармане.

 

Существуют HDD боксы, предназначенные для использования в качестве носителя информации обычный жесткий диск (HDD). Такие боксы представляют собой коробку с контроллером USB, к которому подключаются самые простые жесткие диски стационарного компьютера.

 

Оптический диск (англ. optical disc) — собирательное название для носителей информации, выполненных в виде дисков, чтение с которых ведётся с помощью оптического (лазерного) излучения. Диск обычно плоский, его основа сделана из поликарбоната, на который нанесён специальный слой, который и служит для хранения информации. Для считывания информации используется обычно луч лазера, который направляется на специальный слой и отражается от него. При отражении луч модулируется мельчайшими выемками — «питами» (от англ. pit — «ямка», «углубление») на специальном слое, на основании декодирования этих изменений устройством чтения восстанавливается записанная на диск информация

Слои CD: A. Поликарбонат. диск с данными, записанными чередованием «ямок»; B. Слой, отражающий лазерный луч. C. Лаковый слой, от окисления. D. Слой для полиграфии. E. Лазерный луч, передающий полученные отражения декодеру

 

Так как лунки имеют высоту в четверть длины световой волны лазера, длина

световой волны, отраженной от выступа, составляет половину длины световой

волны, отраженной от окружающей выступ ровной поверхности. В результате,

если свет отражается от выступа, фотодетектор проигрывателя получает меньше

света, чем при отражении от площадки. Именно таким образом проигрыватель

отличает лунку от площадки.

DVD- диски в целом похожи

на компакт-диски. Как и обычные компакт-диски, они имеют 120 мм в диаметре,

создаются на основе поликарбоната и содержат лунки и площадки, которые ос-

вещаются лазерным диодом и считываются фотодетектором. Однако существует

несколько различий:

♦ меньший размер лунок 0,4 микрона вместо 0,8 микрона, как у обычного

компакт-диска);

♦ более плотная спираль 0,74 микрона между дорожками вместо 1,6 микрона);

♦ красный лазер (с длиной волны 0,65 микрона вместо 0,78 микрона).

В совокупности эти усовершенствования дали семикратное увеличение емко-

сти (до 4,7 Гбайт).

 

 

Первое поколение оптических дисков

• Лазерный диск
• Компакт-диск
• MiniDisc

Второе поколение оптических дисков

• DVD
• Digital Multilayer Disk
• DataPlay
• Fluorescent Multilayer Disc
• GD-ROM
• Universal Media Disc

Третье поколение оптических дисков

• Blu-ray Disc
• HD DVD
• Forward Versatile Disc
• Ultra Density Optical
• Professional Disc for DATA
• Versatile Multilayer Disc

Четвёртое поколение оптических дисков

• Holographic Versatile Disc
• SuperRens Disc^[1]
• Optical Disc Archive Advisory Group^[2]

 

Различия в спецификациях Blu-ray дисков [править | править вики-текст]

		Однослойный	Двухслойный	Трехслойный	Четырёхслойный
Тип диска		R, RE или ROM	R или RE	R или RE
Ёмкость		25 ГБ	50 ГБ	100 ГБ	128 ГБ
Ёмкость слоя		25 ГБ	33,4 ГБ	32 ГБ
Минимальная длина пита		0,149 мкм	0,112 мкм	0,117 мкм
Колебание дорожки		0,32 мкм
Модуляция		17PP
Коррекция ошибок		Код Рида — Соломона с подкодом выявления пакетных ошибок BIS
Размер сектора / блока		2 кБ / 64 кБ
Режим считывания		-	Режим обратного считывания
Скорость записи данных		RE: 1x^[11], 2x R: 1x. 2x. 4x(доп.), 6x(доп.)	RE: 2x R: 2x, 4x	RE:2x R: 2x, 4x
Скорость	36—216 Мб/с	72—144 Мб/с	100-? Мб/с

 

 

72. Подходы к улучшению производительности дисковой подсистемы: уровни RAID.

 

Массивы RAID были разработаны в целях повышения надежности хранения данных, увеличения скорости работы с дисками и для обеспечения возможности объединения нескольких дисков в один большой диск. Разные типы RAID решают разные задачи, здесь мы рассмотрим несколько наиболее распространенных конфигураций RAID массивов из одинаковых по размеру дисков.

 

 

RAID 0

• RAID 0 (Stripe). Режим, при использовании которого достигается максимальная производительность. Данные равномерно распределяются по дискам массива, диски объединяются в один, который может быть размечен на несколько. Распределенные операции чтения и записи позволяют значительно увеличить скорость работы, поскольку несколько дисков одновременно читают/записывают свою порцию данных. Пользователю доступен весь объем дисков, но это снижает надежность хранения данных, поскольку при отказе одного из дисков массив обычно разрушается и восстановить данные практически невозможно. Область применения - приложения, требующие высоких скоростей обмена с диском, например видеозахват, видеомонтаж. Рекомендуется использовать с высоконадежными дисками.

RAID 1

• RAID 1 (Mirror). Несколько дисков (обычно 2), работающие синхронно на запись, то есть полностью дублирующие друг друга. Повышение производительности происходит только при чтении. Самый надежный способ защитить информацию от сбоя одного из дисков. Из-за высокой стоимости обычно используется при хранении очень важных данных. Высокая стоимость обусловлена тем, что лишь половина от общей емкости дисков доступна для пользователя.

RAID 10

• RAID 10, также иногда называется RAID 1+0 - комбинация двух первых вариантов. (Массив RAID0 из массивов RAID1). Имеет все скоростные преимущества RAID0 и преимущество надежности RAID1, сохраняя недостаток - высокую стоимость дискового массива, так как эффективная ёмкость массива равна половине ёмкости использованных в нём дисков. Для создания такого массива требуется минимум 4 диска. (При этом их число должно быть чётным).
• RAID 0+1 - Массив RAID1 из массивов RAID0. Фактически не применяется из-за отсутствия преимуществ по сравнению с RAID10 и меньшей отказоустойчивости.

RAID 1E

• RAID 1E - Похожий на RAID10 вариант распределения данных по дискам, допускающий использование нечётного числа дисков (минимальное количество - 3)
• RAID 2, 3, 4 - различные варианты распределенного хранения данных с дисками, выделенными под коды четности и различными размерами блока. В настоящее время практически не используются из-за невысокой производительности и необходимости выделять много дисковой емкости под хранение кодов ЕСС и/или четности.

RAID 5

• RAID 5 - массив, также использующий распределенное хранение данных аналогично RAID 0 (и объединение в один большой логический диск) + распределенное хранение кодов четности для восстановления данных при сбоях. Относительно предыдущих конфигураций размер Stripe-блока еще больше увеличен. Возможно как одновременное чтение, так и запись. Плюсом этого варианта является то, что доступная для пользователя емкость массива уменьшается на емкость лишь одного диска, хотя надежность хранения данных ниже, чем у RAID 1. По сути, является компромиссом между RAID0 и RAID1, обеспечивая достаточно высокую скорость работы при неплохой надежности хранения данных. При отказе одного диска из массива данные могут быть восстановлены без потерь в автоматическом режиме. Минимальное количество дисков для такого массива - 3.
  "Программные" реализации RAID5, встроенные в южные мосты материнских плат, не отличаются высокой скоростью записи, поэтому годятся далеко не для всех применений.

RAID 5EE

• RAID 5EE - массив, аналогичный RAID5, однако кроме распределенного хранения кодов четности используется распределение резервных областей - фактически задействуется жесткий диск, который можно добавить в массив RAID5 в качестве запасного (такие массивы называют 5+ или 5+spare). В RAID 5 массиве резервный диск простаивает до тех пор, пока не выйдет из строя один из основных жестких дисков, в то время как в RAID 5EE массиве этот диск используется совместно с остальными HDD все время, что положительно сказывается на производительность массива. К примеру, массив RAID5EE из 5 HDD сможет выполнить на 25% больше операций ввода/вывода за секунду, чем RAID5 массив из 4 основных и одного резервного HDD. Минимальное количество дисков для такого массива - 4.

 

RAID 6

• RAID 6 - аналог RAID5 c большим уровнем избыточности - информация не теряется при отказе двух любых дисков, соответственно, общая ёмкость массива уменьшается на ёмкость двух дисков. Минимальное количество дисков, необходимое для создания массива такого уровня - 4. Скорость работы в общем случае примерно аналогична RAID5. Рекомендуется для применений, где важна максимально высокая надёжность.

RAID 50

• RAID 50 - объединение двух(или более, но это крайне редко применяется) массивов RAID5 в страйп, т.е. комбинация RAID5 и RAID0, частично исправляющая главный недостаток RAID5 - низкую скорость записи данных за счёт параллельного использования нескольких таких массивов. Общая ёмкость массива уменьшается на ёмкость двух дисков, но, в отличие от RAID6, без потери данных такой массив переносит отказ лишь одного диска, а минимально необходимое число дисков для создания массива RAID50 равно 6. Наряду с RAID10, это наиболее рекомендуемый уровень RAID для использования в приложениях, где требуется высокая производительность в сочетании с приемлемой надёжностью.

RAID 60

• RAID 60 - объединение двух массивов RAID6 в страйп. Скорость записи повышается примерно в два раза, относительно скорости записи в RAID6. Минимальное количество дисков для создания такого массива - 8. Информация не теряется при отказе двух дисков из каждого RAID 6 массива.
• Matrix RAID — технология, реализованная фирмой Intel в своих южных мостах, начиная с ICH6R, позволяющая организовать всего на двух дисках несколько массивов RAID0 и RAID1, одновременно создавая разделы как с повышенной скоростью работы, так и с повышенной надёжностью хранения данных.

 

73. Шина USB. Порты: COM, IrDa, LPT, bluetooth.

Шина USB. Общие харак-тики

Универсальная последовательная шина имеет следующие характеристики:

· Главный компьютер выполняет функции хоста.

· К хосту можно подключить до 127 устройств, либо напрямую, либо с помощью USB-концентраторов.

· Отдельные USB-кабели могут иметь длину 5 метров, а при наличии концентраторов по протоколу USB можно подключить устройства, удаленные от хост-компьютера на расстояние до 30 метров (длина 6 кабелей).

· Стандарт USB 2. предусматривает максимальную скорость передачи данных 480 мегабит в секунду.

· Кабель USB снабжен двумя проводами для подачи электропитания (5 вольт и земля), а также витой парой для передачи данных.

· По проводам электропитания компьютер может обеспечить подачу питающего напряжения 5 В при токе до 500 мА.

· Устройства с небольшим энергопотреблением могут питаться непосредственно от шины. Устройства, отличающиеся большой потребляемой мощностью (например, принтеры), имеют собственные блоки питания и потребляют от шины минимальное количество энергии. Концентраторы для питания подключенных к ним устройств могут снабжаться собственными блоками питания.

· USB-устройства допускают "горячую" замену, то есть их можно подключать к шине и отключать от нее в любое время.

· Многие USB-устройства могут переводиться хост-компьютером в спящий режим, когда сам компьютер переводится в энергосберегающий режим. Подключенные к порту USB устройства получают питание и обмениваются данными по USB-кабелю.

Шина USB. Общая архитектура

USB (Universal Serial Bus — универсальная последовательная шина) является промышленным стандартом расширения архитектуры PC. Возможности USB определяется следующими тех. хар-ками: * Дешевое решение, поддерживающее скорость передачи до 12 Мбит/с. *мах длина кабеля для высокой скорости обмена – 5м * низкая скорость обмена – 1,5 Мбит/с. *мах длина кабеля для низкой скорости обмена – 3м *мах кол-во подключенных устройств – 127 *Возможно подключение устройств с различными скоростями обмена *напряжение питания для переферийных устройств – 5В