Распределение дискового пространства

4 области диска размещаются последовательно, начиная с сектора 0:

1. Запись начальной загрузки всегда имеет длину 1 сектор и занимает сектор 0. Это программа, которая запускает процесс загрузки ДОС с диска в память. Запись начальной загрузки имеют все диски, даже если на них нет ОС.

2. Таблица распределения дискового пространства (File Allocation Table - FAT) содержит информацию о виде (формате) диска и выполняет роль карты расположения файлов и свободного пространства на диске. Для каждого файла поддерживается цепочка элементов FAT, каждый из которых указывает область фиксированной длины, занимаемой файлом на диске. В каталоге, содержащем файл, есть указатель на начало цепочки. При стирании файла элементы (и соответствующие области диска) освобождаются и могут быть использованы для другого файла. Плюс этой организации заключается в возможности осуществления не только последовательного, но и прямого доступа к данным файла. Недостатком является постепенное фрагментирование диска – файлы не занимают непрерывные области, а их части разбросаны по всему диску. Поскольку FAT содержит очень важную для надежности данных информацию, на диске поддерживаются две ее одинаковые копии.

3. Основной каталог – это начало (корень) древовидной файловой структуры диска. Он содержит информацию о файлах, которые ему принадлежат.

4. Область для данных занимает большую часть диска – от конца корневого каталога до последнего сектора. Секторы из области для данных выделяются файлам на базе информации в FAT о свободном пространстве на диске. Это осуществляется группами из одного или нескольких секторов, называемых кластерами. Размер кластера зависит от вида диска. Любой кластер файла может быть локализован по соответствующей цепочке элементов FAT, которая актуализируется при каждом изменении занимаемого файлом пространства. Использование кластеров уменьшает фрагментирование диска. Кроме того, уменьшается размер FAT, что увеличивает быстродействие. С другой стороны, большой размер кластера ведет к неэффективному использованию дискового пространства. Размер кластера зависит от емкости диска, а также от других факторов

 Особенности жестких дисков

Иногда приходится использовать несколько Ос на одном компьютере. Поскольку каждая система имеет свой собственный способ форматирования и использования дискового пространства, жесткий диск делится на несколько разделов, и каждый из них можно рассматривать как отдельный диск, обслуживающий только одну ОС. Раздел представляет собой множество последовательных цилиндров, размер которых определяется пользователем. Каждый раздел форматируется логически средствами соответствующей ОС.

23. Флеш-память.

Флеш-память — разновидность полупроводниковой технологии электрически перепрограммируемой памяти EEPROM. Благодаря компактности, дешевизне, механической прочности, большому объёму, скорости работы и низкому энергопотреблению, флеш-память широко используется в цифровых портативных устройствах и носителях информации. Минус данной технологии является ограниченный срок эксплуатации носителей, а также чувствительность к электростатическому разряду.

Скорость некоторых устройств с флеш-памятью может доходить до 100 Мб/с. В основном флеш-карты имеют большой разброс скоростей и обычно маркируются в скоростях стандартного CD-привода (150 Кб/с).

Элементарной ячейка хранения данных флэш-памяти представляет из себя транзистор с плавающим затвором. Особенность такого транзистора в том, что он умеет удерживать электроны (заряд). Во флэш-памяти производители используют два типа ячеек памяти MLC и SLC.

· Флэш-память с MLC (Multi-level cell - многоуровневые ячейки памяти. ячейки более емкие и дешевые, но они с большим временем доступа и меньшим количеством циклов записи/стирания (около 10000).

· Флэш-память, которая содержит в себе SLC (Single-level cell - одноуровневые ячейки памяти) ячейки имеет максимальное количество циклов записи/стирания (100000) и обладают меньшим временем доступа. Изменение заряда (запись/стирание) выполняется приложением между затвором и истоком большого потенциала, чтобы напряженность электрического поля в тонком диэлектрике между каналом транзистора и карманом оказалась достаточна для возникновения туннельного эффекта.

Принцип работы флеш-памяти основан на изменении и регистрации электрического заряда в изолированной области ("карман") полупроводниковой структуры. Чтение выполняется полевым транзистором, для которого карман выполняет роль затвора. Потенциал плавающего затвора изменяет пороговые характеристики транзистора, что и регистрируется цепями чтения. Эта конструкция снабжается элементами, которые позволяют ей работать в большом массиве таких же ячеек.

Флеш память различается методом соединения ячеек в массив.

Конструкция NOR использует классическую двумерную матрицу проводников, в которой на пересечении строк и столбцов установлено по одной ячейке. При этом проводник строк подключался к стоку транзистора, а столбцов — ко второму затвору. Исток подключался к общей для всех подложке.

Конструкция NAND — трёхмерный массив. В основе та же матрица, что и в NOR, но вместо одного транзистора в каждом пересечении устанавливается столбец из последовательно включенных ячеек. В такой конструкции получается много затворных цепей в одном пересечении. Плотность компоновки можно резко увеличить (ведь к одной ячейке в столбце подходит только один проводник затвора), однако алгоритм доступа к ячейкам для чтения и записи заметно усложняется. Также в каждой линии установлено два МОП-транзистора. Управляющий транзистор разрядной линии, расположенный между столбцом ячеек и разрядной линией. И управляющий транзистор заземления, расположенный перед землёй.

Технология NOR позволяет получить быстрый доступ индивидуально к каждой ячейке, однако площадь ячейки велика. Наоборот, NAND имеют малую площадь ячейки, но относительно длительный доступ сразу к большой группе ячеек. Соответственно, различается область применения: NOR используется как непосредственная память программ микропроцессоров и для хранения небольших вспомогательных данных.

NAND чаще всего применяется для USB флеш накопителей, карт памяти, SSD. NOR в свою очередь во встраиваемых системах.

Архитектура NOR получила название благодаря логической операции ИЛИ - НЕ (в переводе с английского NOR). Принцип логической операции NOR заключается в том, что она над несколькими операндами (данные, аргумент операции...) дает единичное значение, когда все операнды равны нулю, и нулевое значение во всех остальных операциях. Под операндами подразумевается значение ячеек памяти, в данной архитектуре единичное значение на битовой линии будет наблюдается только в том случае, когда значение всех ячеек, которые подключены к битовой линии, будут равны нулю (все транзисторы закрыты). В этой архитектуре хорошо организован произвольный доступ к памяти, но процесс записи и стирания данных выполняется относительно медленно. В процессе записи и стирания применяется метод инжекции горячих электронов. Ко всему прочему микросхема флеш-памяти с архитектурой NOR и размер ее ячейки получается большим, поэтому эта память плохо масштабируется. Флеш-память с архитектурой NOR как правило используют в устройствах для хранения программного кода. Максимальное значение объёмов микросхем NOR — до 256 Мбайт.

NAND

 Эти микросхемы благодаря своей архитектуре применяют в маленьких накопителях, которые получили имя NAND (логическая операция И-НЕ). При выполнении операция NAND дает значение нуль только, когда все операнды равны нулю, и единичное значение во всех других случаях. Как было написано ранее, нулевое значение - открытое состояние транзистора. Следовательно, в архитектуре NAND подразумевается, что битовая линия имеет нулевое значение в том случае, когда все подключенные к ней транзисторы открыты, и значение один, когда хотя бы один из транзисторов закрыт. Такую архитектуру можно построить, если подсоединить транзисторы с битовой линией не по одному (так построено в архитектуре NOR), а последовательными сериями (столбец из последовательно включенных ячеек).

Данная архитектура по сравнению с NOR хорошо масштабируется потому, что разрешает компактно разместить транзисторы на схеме. Чтобы увеличить скорость чтения, в микросхемы NAND встраивают внутренний кэш. Как и кластеры жесткого диска так и ячейки NAND группируются в небольшие блоки. По этой причине при последовательном чтении или записи преимущество в скорости будет у NAND. NAND сильно проигрывает в операции с произвольным доступом и не имеет возможности работать на прямую с байтами информации. В ситуации, когда нужно изменить всего несколько бит, система вынуждена переписывать весь блок, а это если учитывать ограниченное число циклов записи, ведет к большому износу ячеек памяти.

Для записи заряды должны попасть в плавающий затвор, однако он изолирован слоем оксида. Для перенесения зарядов может использоваться эффект туннелирования. Для разряда необходимо подать большой положительный заряд на управляющий затвор: отрицательный заряд с помощью туннельного эффекта покинет плавающий затвор. И наоборот, для заряда плавающего затвора необходимо подать большой отрицательный заряд.

Также запись может быть реализована с помощью инжекции горячих носителей. При протекании тока между истоком и стоком повышенного напряжения электроны могут преодолевать слой оксида и оставаться в плавающем затворе. При этом необходимо, чтобы на управляющем затворе присутствовал положительный заряд, который создавал бы потенциал для инжекции.

В MLC для записи разных значений используются разные напряжения и время подачи. Каждая запись наносит небольшой ущерб оксидному слою, поэтому число записей ограничено.

Запись в NOR и NAND компоновке состоит из двух стадий: вначале все транзисторы в линии устанавливаются в 1 (отсутствие заряда), затем нужные ячейки устанавливаются в 0.

· NOR

На первой стадии очистка ячеек происходит с помощью туннельного эффекта: на все управляющие затворы подаётся сильное напряжение. Для установки конкретной ячейки в 0 используется инжекция горячих носителей. На разрядную линию подаётся большое напряжение. Вторым важным условием этого эффекта является наличие положительных зарядов на управляющем затворе. Положительное напряжение подаётся лишь на некоторые транзисторы, на остальные транзисторы подаётся отрицательное напряжение. Таким образом ноль записывается только в интересующие нас ячейки.

· NAND

Первая стадия в NAND аналогична NOR. Для установки нуля в ячейку используется туннельный эффект, в отличие от NOR. На интересующие нас управляющие затворы подаётся большое отрицательное напряжение.

24. Основные принципы организации передачи информации.

В процессе работы компьютера передача информации по одному и тому же интерфейсу в один и тот же момент времени идет только между двумя устройствами (модулями) по принципу «точка-точка». При этом одно из устройств является активным (ведущим, задатчиком), другое – пассивным (исполнителем, ведомым). Активное устройство начинает процедуру обмена и управляет ею. Пассивное устройство выполняет предписания активного. В компьютере одни устройства всегда является задатчиками (активными), другие только исполнителями (пассивными), третьи в разные моменты времени могут быть как задатчиками, так и исполнителями. Процессор всегда активное устройство, оперативная память (ОЗУ) – пассивное устройство. Периферийные устройства при работе с процессором являются исполнителями, а при работе с ОЗУ (прямой доступ к памяти) – задатчиками. Возможна передача между двумя ПУ, тогда одно – задатчик, другое – исполнитель (см. рисунок 1.3а)

Таким образом, пассивными устройствами являются либо ОЗУ, либо ПУ. Со стороны процессора средства управления этими двумя типами устройств существенно различны. Это обусловлено тем, что для передач процессор-ОЗУ заранее известны все типы и параметры устройств, которые должны соединяться между собой, т.к. эти устройства однотипны, в то время как ПУ существенно различаются, как по задержке, так и по пропускной способности. Кроме того, процесс управления ПУ намного сложнее и требует большего времени и учета специфики работы.

Поэтому управление передачей процессор-ОЗУ реализуется в рамках одной компьютерной команды на уровне микрокоманд (см. рисунок 1.3б), а управление процессом ввода-вывода с учетом специфики ПУ с помощью специальной подпрограммы, которая называется драйвером и содержит как команды компьютера, так и команды управления, специфичные для каждого типа ПУ (см. рисунок 1.3в). Поэтому интерфейс, связывающий устройства при передаче данных должен учитывать эти особенности.

Передача информации от задатчика к исполнителю реализуется операцией записи, а обратная – операцией чтения. Процесс передачи между ПУ и ЦПр называют вводом-выводом информации.

Ввод реализуется с помощью операции чтения, а вывод – операцией записи.

Для минимизации загрузки процессора при выполнении процессов ввода-вывода функции управления распределяются на несколько устройств: процессор, главный контроллер (канал) ввода-вывода, контроллер ПУ и блок управления ПУ.

Главный контроллер и контроллеры различного типа ПУ вместе с соответствующим программным обеспечением образуют Систему ввода-вывода.

Процессор, главный контроллер, контроллеры ПУ находятся в системном блоке, а блок управления ПУ – в самом периферийном устройстве, в ряде случаев контроллер ПУ может находиться в самом ПУ. Такое распределение позволяет оптимизировать загрузку каждого вида устройств присущими ему функциями при мультипрограммном режиме работы компьютера. Это происходит за счет совмещения во времени работы различных по функциям устройств. Функциональная схема передачи информации в компьютере показана на рисунке 1.4.

Операцию ввода-вывода начинает процессор, выдавая в главный контроллер ввода-вывода соответствующую команду (2). Предварительно, с помощью слова состояния канала, процессор должен убедиться, что он готов к работе (1).

Канал приступает к управлению вводом-выводом с помощью специальной программы канала. После чего процессор отключается от процесса ввода-вывода и функции управления принимает на себя канал.

Канал, после анализа слова состояния (4) соответствующего контроллера о его готовности, передает ему управляющий приказ (команду канала) (6,7) и может переходить к работе с контроллером другого ПУ. Контроллер ПУ принимает эстафету управления вводом-выводом, формирует и передает в блок управления ПУ необходимый управляющий код (сигнал) (8,9), получив который ПУ преступает к процессу передачи данных (10).

Как следует из рассмотрения (см. рисунок 1.4), каждый уровень управления вводом-выводом должен иметь регистры управления, состояния и данных для реализации своих действий по передаче информации.

При реализации такой многоуровневой системы управления вводом-выводом для связи устройств между собой используется два вида интерфейсов: системные интерфейсы (внутренние) для взаимосвязи модулей в системном блоке и внешние интерфейсы ПУ (интерфейс периферийных устройств) для подсоединения ПУ к системному блоку (см. рисунок 1.4).

Для учета особенностей реализации процессов ввода-вывода и специфики различного типа ПУ используются три режима ввода-вывода информации: программный ввод-вывод, ввод-вывод в режиме прерываний и с прямым доступом к памяти.

Интерфейсы должны учитывать возможность реализации всех 3-х режимов ввода-вывода.

Программный ввод-вывод. Здесь инициализация и управление процессом ввода-вывода осуществляет процессор. Имеется три способа его выполнения (см. рисунок 1.5).

1. прямой, используется для синхронных ПУ, т.е. устройств, которые всегда готовы к работе и циклов ожидания не требуется.

2. условный с занятием цикла, когда при не готовности ПУ, процессор ждет до тех пор, пока наступит его готовность.

3. условный с совмещением. В отличие от предыдущего, процессор не ждет готовности ПУ, а переходит к продолжению программы с периодической проверкой готовности ПУ.

Ввод-вывод в режиме прерываний. В этом случае инициатором начала процесса ввода-вывода является ПУ. Оно, когда готово, подает сигнал процессору "запрос на прерывание". Процессор, если ПУ разрешен такой режим, завершает текущую команду и переходит к выполнению процесса ввода-вывода (см. рисунок 1.6). Сначала он осуществляет контекстное переключение, т.е. запоминает свое состояние, чтобы можно было после продолжить программу, идентифицирует ПУ и передает управление драйверу данного ПУ (ПП), который и осуществляет ввод или вывод информации. Идентификация ПУ производится с помощью адреса вектора прерывания, который содержит номер ячейки, где хранится первая команда этого драйвера. Адрес вектора прерывания ПУ передается процессору от контроллера прерываний (см. рисунок 1.4, сигнал 5).

Следует отметить два момента. Во-первых, ПУ должно иметь, предварительно установленное, разрешение на работу в режиме прерываний. Во-вторых, возможны коллизии, когда несколько ПУ выставляют процессору запрос прерывания. Эта коллизия разрешается с помощью механизма задания уровня приоритетов для каждого ПУ. Возможна организация вложенных прерываний, когда ПУ с большим приоритетом прерывает работу ПУ с меньшим приоритетом. Все эти моменты должен учитывать стандарт на интерфейс.

Прямой доступ к памяти (см. рисунок 1.7). Этот режим используется для высокоскоростных ПУ, имеющих скорость передачи более 50 Кбит/сек. В этом режиме активным устройством является контроллер прямого доступа к памяти (КПДП). Процессор, получив от КПДП заявку на прямой доступ, прерывает свою работу и отключается от интерфейса, передавая его задатчику, т.е. КПДП. Процессор при этом не выполняет контекстного переключения, а может продолжать свою работу, если она не требует интерфейса. Управление интерфейсом переходит к КПДП, который посредством выполнения операций чтения и записи передает информацию между ОЗУ и ПУ с соответствующим заданием адресов памяти. В этом режиме используется механизм задания уровня приоритетов для тех ПУ, которые работают с прямым доступом к памяти. Этот режим также должен быть предусмотрен в интерфейсах.

Как следует из вышеизложенного, канал ввода-вывода (главный контроллер) реализует функции управления общие для всех ПУ, а контроллер внешнего интерфейса учитывает специфику интерфейса, связывающего его с соответствующим ПУ.

При работе с высокоскоростным ПУ обычно используется режим прямого доступа к памяти. Для этого режима аппаратно реализуется специальный канал ввода-вывода в виде КПДП.

25. Последовательные интерфейсы ввода-вывода.

Асинхронный последовательный интерфейс — это основной тип интерфейса, с помощью которого осуществляется взаимодействие между компьютерами. Термин асинхронный означает, что при передаче данных не используются никакие синхронизирующие сигналы и отдельные символы могут передаваться с произвольными интервалами, как, например, при вводе данных с клавиатуры.

Каждому символу, передаваемому через последовательное соединение, должен предшествовать стандартный стартовый сигнал, а завершать его передачу должен стоповый сигнал. Стартовый сигнал — это нулевой бит, называемый стартовым битом. Он должен сообщить принимающему устройству о том, что следующие восемь битов представляют собой байт данных. После символа передаются один или два стоповых бита, сигнализирующие об окончании передачи символа. В принимающем устройстве символы распознаются по появлению стартовых и стоповых сигналов, а не по моменту их передачи. Асинхронный интерфейс ориентирован на передачу символов (байтов), а при передаче используется примерно 20% информации только для идентификации каждого символа.

Термин последовательный означает, что передача данных осуществляется по одиночному проводнику, а биты при этом передаются последовательно, один за другим. Такой тип связи характерен для телефонной сети, в которой каждое направление обслуживает один проводник. Многие компании выпускают дополнительные последовательные порты для компьютеров, обычно эти порты устанавливаются на многофункциональных платах или на плате с параллельным портом.

К последовательным портам можно подключить самые разнообразные устройства: моде­мы, плоттеры, принтеры, сканеры, другие компьютеры, устройства считывания штрих-кода или схему управления устройствами.

Основные достоинства последовательных интерфейсов:

□ большая гибкость и функциональность шин;

□ удобство отладки и использования ввиду переноса «центра тяжести» выпол­нения этих технологий на микросхемы;

□ высокая пропускная способность из-за снижения паразитных индуктивностей и емкостей в линиях связи и отсутствия сложных процедур синхронизации;

□ миниатюризация и снижение стоимости монтажа, сокращение количества контактов, проводов, экранов;

□ возможность «горячего» подключения устройств, то есть динамического кон­фигурирования системы и ее масштабирования;

□ облегчение арбитража шин и организации прерываний;

□ лучшая помехозащищенность и надежность работы.

Последовательная шина USB

Первая и самая распространенная сейчас последовательная шина — это USB (Universal Serial Bus) — универсальная последовательная шина. Она появилась в 1995 году и была призвана заменить такие устаревшие интерфейсы, как RS-232 (COM-порт) и параллельный интерфейс IEEE 1284 (LPT-порт), то есть прийти на смену последовательным и параллельным клавиатурным и «мышиным» пор­там — все устройства подключаются к одному разъему, допускающему установ­ку многочисленных устройств с легкостью технологии Plug&Play («включай и работай»), которая позволяет производить «горячую» замену устройств без не­обходимости выключения и перезагрузки компьютера.

 

26. Параллельные интерфейсы ввода-вывода.

Для компьютеров и связанных с ним устройств наиболее распространенной является задача передачи дискретных данных, и, как правило, в значительных количествах (не один бит). Самый распространенный способ представления данных сигналами — двоичный: например, условно высокому (выше порога) уровню напряжения соответствует логическая единица, низкому — логический ноль (возможно и обратное представление). Для того чтобы передавать группу битов, используются два основных подхода к организации интерфейса:

·  параллельный интерфейс — для каждого бита передаваемой группы используется своя сигнальная линия (обычно с двоичным представлением), и все биты группы передаются одновременно за один квант времени. Примеры: параллельный порт подключения принтера (LPT-порт, 8 бит), интерфейс ATA/ATAPI (16 бит), SCSI (8 или 16 бит), шина PCI (32 или 64 бита);

 

На первый взгляд организация параллельного интерфейса проще и нагляднее и этот интерфейс обеспечивает более быструю передачу данных, поскольку биты передаются сразу пачками. Очевидный недостаток параллельного интерфейса — большое количество проводов и контактов разъемов в соединительном кабеле (по крайней мере по одному на каждый бит). Отсюда громоздкость и дороговизна кабелей и интерфейсных цепей устройств, с которой мирятся ради вожделенной скорости. У последовательного интерфейса приемопередающие узлы функционально сложнее, зато кабели и разъемы гораздо проще и дешевле.                Понятно, что на большие расстояния тянуть многопроводные кабели параллельных интерфейсов неразумно (и невозможно), здесь гораздо уместнее последовательные интерфейсы.

27. История развития компьютерных сетей.

· Конец 60-х годов - Первые глобальные связи компьютеров, первые эксперименты с пакетными сетями;

·  Конец 60-х годов - Начало передачи по телефонным сетям голоса в цифровом формате;

·  Начало 70-х годов - Появление больших интегральных схем, первых мини-компьютеров, первых нестандартных локальных сетей;

· 1974 год - Стандартизация технологии Х.25 для построения сети между мэйнфреймом и пользовательскими терминалами;

· Начало 80-х годов - Создание первых персональных компьютеров, появление Интернета, установка на всех узлах стека TCP/IP;

· Середина 80-х годов - Появление стандартных технологий локальных сетей (Ethernet — 1980 г., Token Ring, FDDI - 1985 г.);

· Конец 80-х годов - Начало коммерческого использования сети Интернет;

· Конец 80-х годов - Появление первичных сетей SONET/SDH (до 155 Мбит/с);

· 1991 год - Создание WEB;

· Конец 90-х годов - Доминирование Ethernet в локальных сетях, стандартизация Gigabit Ethernet;

· Конец 90-х годов - Появление технологии плотного мультиплексирования волн (DWDM) с возможностью передачи 40/80 волн в одном волокне;

· Конец 90-х годов - Создание протокола Wireless Application Protocol или же сокращенно WAP и появление первых смартфонов с ограниченными интернет-функциями;

· Конец 90-х - начало 2000-х годов - Интернет становится мультимедийным (IP-телевидение, IP-телефония);

· Начало 2000-х годов - Создание мобильных сетей 2G, работающих на принципе коммутации каналов, протокола General Packet Radio Service или же сокращенно GPRS, со скоростью передачи данных 56-114 Кбит/сек;

· Начало 2000-х годов - Повышение скорости передачи информации до 10 Гбит/с (10G Ethernet и 10G SDH/OTN);

· 2001 год - Создание мобильных сетей 3G, работающих на принципе коммутации пакетов, благодаря чему скорость передачи данных со временем достигнет 2 Мбит/сек;

· 2003 год - Создание на базе GPRS - Enhanced Data Rate for GSM Evolution или же сокращенно EDGE, со скоростью передачи данных 236-473,6 Кбит/сек;

· Середина 2000-х годов - Смартфоны и планшетные ПК превращаются в полнофункциональные интернет-терминалы;

· Середина 2000-х годов - Увеличение скорости сетей 2.5G до 1 Мбит/сек с помощью стандарта Evolved EDGE;

· 2005 год - Внедрение в 3G пакетной передачи данных High-Speed Downlink Packet Access или же сокращенно HSDPA, со скоростью передачи данных 14,4 Мбит/сек;

· Начало 2010-х годов - Повышение скорости передачи информации до 100 Гбит/с (100G Ethernet и 100G OTN);

· 2012 год - Официальное признание беспроводного стандарта связи 4G, WiMAX со скоростью передачи данных 180 Мбит/сек и LTE со скоростью 326,4 Мбит/сек;

· 2014 год - Первое тестирование мобильной сети 5G;

· 2017 год - При испытаниях «МегаФон» совместно с Huawei достигают скорость передачи данных в сетях Pre-5G 35 Гбит/с;

· 2018 год - Официальный запуск сетей 5G в Соединенных Штатах Америки.

 

28. Основные функциональные компоненты сетевой ОС.

· средства управления локальными ресурсами компьютера реализуют все функции ОС автономного компьютера (распределение оперативной памяти между процессами, планирование и диспетчеризацию процессов, управление процессорами управление; процессорами в мультипроцессорных машинах, управление внешней памятью, интерфейс с пользователем и т. д.);

· сетевые средства, в свою очередь, можно разделить на три компонента:

o средства предоставления локальных ресурсов и услуг в общее пользование — серверная часть ОС;

o средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам — клиентская часть ОС;

o транспортные средства ОС совместно с коммуникационной системой обеспечивают передачу сообщений между компьютерами сети.

29. Задача физической передачи данных по линиям связи.

Проблемы физической передачи данных заключаются в кодировке и характеристиках физ. Каналов.

Кодировка

В вычислительной технике для представления данных используется двоичный код. Внутри компьютера единицам и нулям данных соответствуют дискретные электрические сигналы.

Существуют различные способы кодирования двоичных цифр, например потенциальный способ, при котором единице соответствует один уровень напряжения, а нулю — другой, или импульсный способ, когда для представления цифр используются импульсы различной полярности. Аналогичные подходы применимы для кодирования данных и при передаче их между двумя компьютерами по линиям связи. Однако эти линии связи отличаются по своим характеристикам от линий внутри компьютера. Главное отличие внешних линий связи от внутренних состоит в их гораздо большей протяженности, а также в том, что они проходятвне экранированного корпуса по пространствам, зачастую подверженным воздействию сильных электромагнитных помех. Все это приводит к существенно большим искажениям прямоугольных импульсов (например, «заваливанию» фронтов), чем внутри компьютера.

Поэтому для надежного распознавания импульсов на приемном конце линии связи при передаче данных внутри и вне компьютера не всегда можно использовать одни и те же скорости и способы кодирования. Например, медленное нарастание фронта импульса из-за высокой емкостной нагрузки линии требует, чтобы импульсы передавались с меньшей скоростью (чтобы передний и задний фронты соседних импульсов не перекрывались, и импульс успел «дорасти» до требуемого уровня). В вычислительных сетях применяют как потенциальное, так и импульсное кодирование дискретных данных, а также специфический способ представления данных, который никогда не используется внутри компьютера, — модуляцию (см. рис. ниже). При модуляции дискретная информация представляется синусоидальным сигналом той частоты, которую хорошо передает имеющаяся линия связи.

 

 

Потенциальное или импульсное кодирование применяется на каналах высокого качества, а модуляция на основе синусоидальных сигналов предпочтительнее в том случае, когда канал вносит сильные искажения в передаваемые сигналы. Например, модуляция используется в глобальных сетях при передаче данных через аналоговые телефонные каналы связи, которые были разработаны для передачи голоса в аналоговой форме и поэтому плохо подходят для непосредственной передачи импульсов.

На способ передачи сигналов влияет и количество проводов в линиях связи между компьютерами. Для снижения стоимости линий связи в сетях обычно стремятся к сокращению количества проводов и из-за этого передают все биты одного байта или даже нескольких байтов не параллельно, как это делается внутри компьютера, а последовательно (побитно), для чего достаточно всего одной пары проводов. Еще одной проблемой, которую нужно решать при передаче сигналов, является проблема взаимной синхронизации передатчика одного компьютера с приемником другого. При организации взаимодействия модулей внутри компьютера эта проблема решается очень просто, так как в этом случае все модули синхронизируются от общего тактового генератора.

Проблема синхронизации при связи компьютеров может решаться разными способами, как путем обмена специальными тактовыми синхроимпульсами по отдельной линии, так и путем периодической синхронизации заранее обусловленными кодами или импульсами характерной формы, отличающейся от формы импульсов данных. Несмотря на предпринимаемые меры (выбор соответствующей скорости обмена данными, линий связи с определенными характеристиками, способа синхронизации приемника и передатчика), существует вероятность искажения некоторых битов передаваемых данных.

Для повышения надежности передачи данных между компьютерами, как правило, используется стандартный прием — подсчет контрольной суммы и передача полученного значения по линиям связи после каждого байта или после некоторого блока байтов. Часто в протокол обмена данными включается как обязательный элемент сигнал-квитанция, который подтверждает правильность приема данных и посылается от получателя отправителю.