Основные термины вычислительных сетей Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительная сеть (ВС) это сеть обмена и распределенной. - презентация

1 Основные термины вычислительных сетей Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Вычислительная сеть (ВС) это сеть обмена и распределенной обработки информации, образуемая множеством взаимосвязанных компьютеров и средств связи; средства передачи и обработки информации ориентированы в ней на коллективное использование общесетевых ресурсов аппаратных, информационных, программных

2 Основные термины вычислительных сетей Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Абонент (узел, хост, станция) это устройство, подключенное к сети и активно участвующее в информационном обмене Сервер абонент (узел) сети, который предоставляет свои ресурсы другим абонентам, но сам не использует их ресурсы Выделенный (dedicated) сервер это сервер, занимающийся только сетевыми задачами Невыделенный сервер может помимо обслуживания сети выполнять и другие задачи

3 Принципы организации вычислительных сетей Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 ЭВМ, находящиеся в составе разных абонентских систем одной и той же сети или различных взаимодействующих сетей, связываются между собой автоматически (в этом заключается сущность протекающих в сети процессов) каждая ЭВМ сети должна быть приспособлена как для работы в автономном режиме под управлением своей операционной системы (ОС), так и для работы в качестве составного звена сети

4 Назначение компьютерных сетей Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 обеспечение совместного использования аппаратных, информационных и программных ресурсов сети обеспечение совместного доступа к ресурсам данных

5 Назначение компьютерных сетей Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Интерактивная связь внутри фирмы и за ее пределами Повышение оперативности принятия решений данных (в т. ч. БД и БЗ) программ (в т.ч. различных сетевых приложений) периферийных устройств (диск, принтер, модем и т. д.) Совместное использование ресурсов Сокращение затрат за счет совместного использования дорогостоящих программ и периферийных устройств 1) Эффективность взаимодействия между собой и партнерами по бизнесу 2) Упрощение планирования и корректировки деятельности всей компании Использование программ: электронной почты планирования и др.

6 Эволюция компьютерных сетей Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008

7 Эволюция компьютерных сетей. Этапы развития Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 переход от пакетной обработки к многотерминальному режиму работы ЭВМ связь удаленный терминал-компьютер связь суперкомпьютеров или мэйнфреймов (1969 год - сеть APRANET, 1974 год – IBM, сеть SNA-системная сетевая архитектура) переход от аналоговых к цифровым телефонным сетям мини-компьютеры предвестники локальных сетей персональные компьютеры основные элементы компьютерных сетей эволюция операционных систем, многоплатформенность, сетевые операционные системы

8 Эволюция компьютерных сетей. «Точка-точка» Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Связь двух компьютеров

9 Эволюция компьютерных сетей. «Точка-точка» Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Протокол взаимодействия приложений 1.Приложение А формирует очередное сообщение (содержащее, например, строку, которую необходимо вывести на принтер) приложению В, помещает его в буфер оперативной памяти и обращается к ОС с запросом на передачу содержимого буфера на компьютер В 2.ОС компьютера А обращается к драйверу COM-порта, который инициирует работу контроллера 3.Действующие с обеих сторон пары драйверов и контроллеров COM-порта последовательно, байт за байтом, передают сообщение на компьютер В

10 Эволюция компьютерных сетей. «Точка-точка» Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Протокол взаимодействия приложений 4.Драйвер компьютера В периодически выполняет проверку на наличие признака завершения приема, устанавливаемого контроллером при правильно выполненной передаче данных, и при его появлении считывает принятый байт из буфера контроллера в оперативную память, тем самым делая его доступным для программ компьютера В. В некоторых случаях драйвер вызывается асинхронно, по прерываниям от контроллера. Аналогично реализуется и передача байта в другую сторону от компьютера B к компьютеру A

11 Эволюция компьютерных сетей. «Точка-точка» Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Протокол взаимодействия приложений 5.Приложение В принимает сообщение, интерпретирует его, и в зависимости от того, что в нем содержится, формирует запрос к своей ОС на выполнение тех или иных действий с принтером. В нашем примере сообщение содержит указание на печать текста, поэтому ОС передает драйверу принтера запрос на печать строки

12 Эволюция компьютерных сетей. «Точка-точка» Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Протокол взаимодействия приложений 6.Далее выполняются все действия 1-6, описывающие выполнение запроса приложения к ПУ в соответствии со схемой «локальная ОС драйвер ПУ контроллер ПУ устройство управления ПУ» (см. предыдущий раздел). В результате строка будет напечатана

13 Эволюция компьютерных сетей. Клиент, редиректор, сервер Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Специальный программный модуль, который (вместо приложения А) будет выполнять формирование сообщений- запросов к удаленной машине и прием результатов для всех приложений называется клиентом

14 Эволюция компьютерных сетей. Клиент, редиректор, сервер Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 На стороне компьютера В (на месте приложения В) должна работать другая специализированная программа сервер, постоянно ожидающий прихода запросов на удаленный доступ к принтеру (или файлам, расположенным на диске) этого компьютера Сервер, приняв запрос из сети, обращается к локальному ПУ, возможно, с участием локальной ОС

15 Эволюция компьютерных сетей. Клиент, редиректор, сервер Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Очень удобной и полезной функцией клиентской программы является способность отличить запрос к удаленному файлу от запроса к локальному файлу Если клиентская программа умеет это делать, она сама распознает и перенаправляет (redirect) запрос к удаленной машине. Отсюда и название, часто используемое для клиентской части редиректор

16 Эволюция компьютерных сетей Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Схема взаимодействия клиента и сервера с приложениями и локальной операционной системой

17 Вычислительные сети. Основные компоненты ВС Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Серверы это аппаратно-программные комплексы, которые исполняют функции управления распределением сетевых ресурсов общего доступа Рабочие станции это компьютеры, осуществляющие доступ к сетевым ресурсам, предоставляемым сервером Физическая среда передачи данных (сетевой кабель) это коаксиальные и оптоволоконные кабели, витые пары проводов, а также беспроводные каналы связи (инфракрасное излучение, лазеры, радиопередача) Средства связи приемопередатчики (трансиверы), повторители (репитеры), мосты, концентраторы (хабы), маршрутизаторы и коммутаторы, модемы (модуляторы демодуляторы)

18 Аппаратное обеспечение ВС. Способы передачи сигналов Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Симплексная передача (однонаправленная) Дуплексная (полнодуплексная) (одновременная передача в двух направлениях, не менее двух витых пар или оптоволокон) Полудуплексная (в разное время передача ведется в разном направлении, может быть только один канал передачи) TxRx Tx, Rx Rx, Tx Rx Tx Tx - передатчик Rx - приемник Передача данных между компьютерами и прочими устройствами происходит параллельно или последовательно

19 Аппаратное обеспечение ВС. Типы последовательной передачи сигналов Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Асинхронная передача посимвольная: старт бит, данные, бит четности, стоп бит(ы), невозможность отследить множественные ошибки, простая, отработанная, недорогая, треть пропускной способности канала теряется на передачу служебных битов Синхронная передача передача блоками, последовательность синхронизующих битов и закрывающих битов, высокая скорость передачи информации (до неск. Гб/с), надежный механизм обнаружения ошибок (протокольный), более дорогая аппаратура

20 Аппаратное обеспечение ВС. Физическая среда передачи данных Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Проводные коаксиальный кабель витая пара (экранированная, неэкранированная) (Shielded (Unshielded) Twisted Pair, STP, UTP) оптоволокно (Fiber) Беспроводные инфракрасное излучение (прямое, рассеянное, отраженное) лазер (прямая видимость) радиопередача в узком спектре радиопередача в рассеянном спектре

21 Аппаратное обеспечение ВС. Физическая среда передачи данных Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Витая пара (экранированная, неэкранированная) (Shielded (Unshielded) Twisted Pair, STP, UTP) Категории UTP: 1 - телефонный кабель Мбит/с Мбит/с Гбит/с Витая пара – это изолированные проводники, попарно свитые между собой некоторое число раз на определенном отрезке длины, что требуется для уменьшения перекрестных наводок между проводниками Параметры: диаметр жилы, шаг скрутки, диаметр изоляции, материал изоляции

22 Аппаратное обеспечение ВС. Физическая среда передачи данных Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Оптоволокно. Физические особенности Широкополосность оптических сигналов, несущая f= Гц. Следовательно в такой среде можно передавать полезный сигнал с частотой 1012Гц, или Тбит/с Скорость передачи может быть увеличена вдвое за счет того, что по одному волокну можно передавать одновременно в двух направлениях Скорость можно поднять еще в два раза благодаря использованию волн перпендикулярных друг другу поляризаций Частотное уплотнение по оптоволоконным линиям связи - передача разных сигналов на разных длинах волн Очень малое затухание светового сигнала в среде передачи (до 0.15 dB/км, теоретический предел для фторцирконатных волокон 0.02 dB/км) Неподверженность электромагнитным помехам Химическая стойкость

23 Аппаратное обеспечение ВС. Физическая среда передачи данных Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Оптоволокно. Технические особенности Основа оптоволокна - кварц (SiO2), самый распространенный в природе материал, недорогой в отличие от меди Оптические волокна имеют диаметр менее 100 микрон, имеют малый вес, могут применяться в авиации, приборостроении, кабельной технике Оптоволокно - гальваническая развязка между контурами, существует возможность встраивать оптоволоконные кабеля в высоковольтные линии (человеку сложно навредить, и для волокна не надо делать подвесов - висит на силовом кабеле) Долговечность (более 25 лет) Возможность наращивать пропускную способность постоянно благодаря смене оконечного оборудования Сложно «подслушать» передачу неразрушающим среду способом, т.к целостность оптоволокна постоянно контролируется

24 Аппаратное обеспечение ВС. Физическая среда передачи данных Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Оптоволокно. Технические особенности Лучи, входящие под разными углами в оптоволокно называются модами, а волокно, поддерживающее несколько мод - многомодовым По одномодовому волокну распространяется только один луч Одномодовое оптоволокно Многомодовое оптоволокно

25 Аппаратное обеспечение ВС. Физическая среда передачи данных Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Бескабельные каналы связи. Радиоканал WLAN (Wireless LAN) – подключения по радиоканалу В настоящее время на небольших расстояния (обычно до 100 метров) и в пределах прямой видимости Два частотных диапазона – 2,4 ГГц и 5 ГГц Скорость передачи – до 54 Мбит/с. Распространен вариант со скоростью 11 Мбит/с Популярная технология Wi-Fi (Wireless Fidelity) позволяет организовать связь между компьютерами числом от 2 до 15 с помощью концентратора (называемого точка доступа, Access Point, AP)

26 Аппаратное обеспечение ВС. Физическая среда передачи данных Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Бескабельные каналы связи Объединение компьютеров с помощью технологии Wi-Fi

27 Информационное обеспечение сети Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 представляет собой единый информационный фонд, ориентированный на решаемые в сети задачи и содержащий массивы данных общего применения, доступные для всех пользователей (абонентов) сети, и массивы индивидуального пользования, предназначенные для отдельных абонентов; базы знаний, автоматизированные базы данных локальные и распределенные, общего и индивидуального назначения

28 Программное обеспечение (ПО) вычислительных сетей Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 автоматизирует процессы программирования задач обработки информации, осуществляет планирование и организацию коллективного доступа к телекоммуникационным, вычислительным и информационным ресурсам сети, динамическое распределение и перераспределение этих ресурсов с целью повышения оперативности и надежности удовлетворения запросов пользователей и т.д.

29 Группы программного обеспечения сетей Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Общесетевое ПО, образуемое распределенной операционной системой (РОС) сети и программными средствами, входящими в состав комплекта программ технического обслуживания сети (это контролирующие тест- программы для контроля работоспособности элементов и звеньев сети и ее ТКС и диагностические тест-программы для локализации неисправностей в сети); Специальное ПО, представленное прикладными программными средствами: функциональными и интегрированными пакетами прикладных программ и прикладными программами сети, библиотеками стандартных программ, а также прикладными программами, отражающими специфику предметной области пользователей при реализации своих задач Базовое программное обеспечение ЭВМ абонентских систем, включающее операционные системы ЭВМ, системы автоматизации программирования, контролирующие и диагностические тест- программы

30 Классификация ВС. По степени территориальной рассредоточенности Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 глобальные вычислительные сети региональные вычислительные сети локальные вычислительные сети корпоративные вычислительные сети

31 Классификация ВС. По степени территориальной рассредоточенности Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Глобальная вычислительная сеть (ГВС) (WAN Wide Area Network) объединяет абонентские системы, рассредоточенные на большой территории, охватывающей различные страны и континенты. ГВС решают проблему объединения информационных ресурсов всего человечества и организации доступа к ним. Взаимодействие АС осуществляется на базе различных территориальных сетей связи, в которых используются телефонные линии связи, радиосвязь, системы спутниковой связи

32 Классификация ВС. По степени территориальной рассредоточенности Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Региональная вычислительная сеть (РВС) объединяет абонентские системы, расположенные друг от друга на значительном расстоянии: в пределах отдельной страны, региона, большого города

33 Классификация ВС. По степени территориальной рассредоточенности Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Локальная вычислительная сеть (ЛВС) (LAN Local Area Network) связывает абонентские системы, расположенные в пределах небольшой территории К классу ЛВС относятся сети предприятий, фирм, банков, офисов, учебных заведений и т.д. Протяженность ЛВС ограничивается несколькими километрами

34 Классификация ВС. По степени территориальной рассредоточенности Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Корпоративная вычислительная сеть техническая база корпорации

35 Классификация ВС. По способу управления Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 с централизованным управлением (в сети имеется один или несколько управляющих органов) с децентрализованным управлением (каждая АС имеет средства для управления сетью) со смешанным управлением

36 Классификация ВС. По организации передачи информации Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 с селекцией информации с маршрутизацией информации

37 Классификация ВС. По типу организации передачи данных Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 с коммутацией цепей (каналов) коммутацией сообщений коммутацией пакетов

38 Классификация ВС. Вычислительные сети с коммутацией цепей (каналов) Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 При коммутации каналов коммутационная сеть образует между конечными узлами непрерывный составной физический канал из последовательно соединенных коммутаторами промежуточных канальных участков

39 Классификация ВС. Вычислительные сети с коммутацией цепей (каналов) Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Достоинства коммутации каналов Постоянная и известная скорость передачи данных по установленному между конечными узлами каналу Низкий и постоянный уровень задержки передачи данных через сеть

40 Классификация ВС. Вычислительные сети с коммутацией цепей (каналов) Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Недостатки коммутации каналов Отказ сети в обслуживании запроса на установление соединения Нерациональное использование пропускной способности физических каналов Обязательная задержка перед передачей данных из-за фазы установления соединения

41 Классификация ВС. Вычислительные сети с коммутацией сообщений Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Под коммутацией сообщений понимается передача единого блока данных между транзитными компьютерами сети с временной буферизацией этого блока на диске каждого компьютера. Сообщение имеет произвольную длину

42 Классификация ВС. Вычислительные сети с коммутацией пакетов Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Под коммутацией пакетов понимается передача единого блока данных между транзитными компьютерами сети с временной буферизацией этого блока на диске каждого компьютера Пакет имеет стандартную длину

43 Классификация ВС. Вычислительные сети с коммутацией пакетов Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Достоинства коммутации пакетов Высокая общая пропускная способность сети при передаче пульсирующего трафика Возможность динамически перераспределять пропускную способность физических каналов связи между абонентами в соответствии с реальными потребностями их трафика

44 Классификация ВС. Вычислительные сети с коммутацией пакетов Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Недостатки коммутации пакетов неопределенность скорости передачи данных между абонентами сети, обусловленная тем, что задержки в очередях буферов коммутаторов сети зависят от общей загрузки сети переменная величина задержки пакетов данных, которая может быть достаточно продолжительной в моменты мгновенных перегрузок сети возможные потери данных из-за переполнения буферов

45 Вычислительные сети. Понятие топологии сети и базовые топологии Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 «Топология» характеризует физическое расположение компьютеров, сетевых сред передачи данных и других компонентов сети Топология – это стандартный термин, который используется при описании основной компоновки сети; дает способ сравнивать и классифицировать различные сети Топология сети обуславливает ее технические характеристики. В частности, выбор той или иной топологии влияет на: состав необходимого сетевого оборудования и его характеристики возможность расширения сети и ее надежность способ управления сетью

46 Классификация ВС. По топологии Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 широковещательные последовательные

47 Вычислительные сети. Базовые топологии сети Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Топология типа «шина» используется один сетевой кабель, именуемый магистралью или сегментом, вдоль которого подключены все РС сети Топология типа «звезда» все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному компоненту – концентратору (Hub) или коммутатору (Switch) Топология типа «кольцо» сеть замкнута, образуя неразрывное кольцо, данные в кольце движутся всегда в одном направлении Комбинированные топологии

48 Вычислительные сети. Топология типа «шина» Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП При передаче пакетов данных каждый компьютер адресует его конкретному компьютеру ЛВС, передавая его по сетевому кабелю в виде электрических сигналов 2.Пакет в виде электрических сигналов передается по шине в обоих направлениях всем компьютерам сети 3.Однако, информацию принимает только тот адрес, который соответствует адресу получателя, указанному в заголовке пакета 4.Данные в виде электрических сигналов распространяются по всей сети от одного конца кабеля к другому, и, достигая конца кабеля, будут отражаться и занимать шину, что не позволит другим компьютерам осуществлять передачу 5.Чтобы предотвратить отражение электрических сигналов, на каждом конце кабеля устанавливаются терминаторы (Т), поглощающие сигналы, прошедшие по шине 6.При значительном расстоянии между РС (например, 180 м для тонкого коаксиального кабеля) в сегменте шины может наблюдаться ослабление электрического сигнала, что может привести к искажению или потере передаваемого пакета данных

49 Классификация ВС. По топологии Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Широковещательная конфигурация: общая шина

50 Вычислительные сети. Топология типа «шина» Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 репитер (усилитель- повторитель) компьютеры терминатор коакс. кабель 1 BNC коннектор

51 Классификация ВС. По топологии Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Широковещательная конфигурация: дерево

52 Вычислительные сети. Топология типа «звезда» Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП Пакеты данных от каждого компьютера направляются к центральному концентратору, который перенаправляет пакеты к месту назначения 2.Управление конфигурацией сети централизовано, а также просто конфигурировать сеть при добавлении новых РС 3.Так как все РС подключены к центральной точке, то для больших ЛВС значительно увеличивается расход кабеля 4.Если поврежденным оказался сам концентратор, то нарушится и работа всей сети, хотя РС останутся работоспособными

53 Классификация ВС. По топологии Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Широковещательная конфигурация: звезда с пассивным центром

54 Вычислительные сети. Топология типа «звезда» Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 витая пара каскадное включение репитеров (хабов)

55 Классификация ВС. По топологии Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Последовательная конфигурация: звезда с «интелектуальным» центром

56 Вычислительные сети. Топология типа «кольцо» Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП Каждый компьютер выступает в роли репитера, усиливая сигналы и передавая их следующему компьютеру 2.«Кольцу» необходим неразрывный путь между всеми сетевыми РС, при выходе из стоя какой-либо одной РС сеть прекращает функционировать. 3.Данные проходят через каждый сетевой компьютер, давая возможность "не очень хорошим" людям заниматься перехватом информации, не предназначенной посторонним. 4.Изменение конфигурации сети или подключение новой РС требует остановки всей сети

57 Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Два способа физического представления сигналов: импульсный и потенциальный Представление информации в ЭВМ: а – импульсные сигналы, б – потенциальные сигналы

58 Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Коды передачи и представления информации в ЭВМ: последовательный (а) и параллельный (б) а б

59 Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 По своему назначению элементы делятся на: формирующие логические запоминающие

60 Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 К формирующим элементам относятся различные формирователи, усилители, усилители-формирователи и т.п. Логические элементы преобразуют входные сигналы в соответствии с логическими функциями Запоминающим элементом называется элемент, который способен принимать и хранить код двоичной цифры (1 или 0)

61 Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Комбинационные схемы (КС) это схемы, у которых выходные сигналы Y = (у 1, у 2, …,у m ) в любой момент дискретного времени однозначно определяются совокупностью входных сигналов X = (x 1, x 2, …,x n ), поступающих в тот же момент времени t Комбинационные схемы подразделяют на регулярные и нерегулярные структуры

62 Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Дешифраторы (ДШ) это комбинационные схемы с n входами и m = 2 n выходами. Единичный сигнал, формирующийся на одном из m выходов, однозначно соответствует комбинации входных сигналов

63 Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Таблица истинности дешифратора ВходыВыходы x1x1 x2x2 x3x3 y0y0 y1y1...y5y5 y7y

64 Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Логические зависимости дешифратора

65 Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Структурная схема дешифратора (а) и обозначение дешифратора на принципиальных электрических схемах (б)

66 Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Шифратор (ШР) решает задачу, обратную схемам ДШ, т. е. по номеру входного сигнала формирует однозначную комбинацию выходных сигналов

67 Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Таблица истинности шифратора Входы x0x0 x1x1 x2x2 x3x3 x4x4 x5x5 x6x6 x7x Выходы Y0Y0 y1y1 y2y

68 Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Логические зависимости шифратора

69 Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Структурная схема шифратора (а) и обозначение шифратора на принципиальных электрических схемах (б)

70 Элементная база ЭВМ. Схемы сравнения или компаратор Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Таблица истинности компаратора Входы Выходы aiai bibi YiYi

71 Элементная база ЭВМ. Схемы сравнения или компаратор Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Логическая зависимость компаратора

72 Элементная база ЭВМ. Схемы сравнения или компаратор Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Структурная схема компаратора (а) и обозначение компаратора на принципиальных электрических схемах (б)

73 Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Комбинационный сумматор Комбинационный полусумматор обеспечивает сложение двух двоичных цифр a 1 и b 1, считая, что переносы из предыдущего разряда не поступают

74 Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Таблица истинности комбинационного полусумматора Входы Выходы aiai bibi SiSi PiPi где S i функция одноразрядной суммы P i функция формирования переноса

75 Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Логические зависимости комбинационного полусумматора

76 Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Структурная схема полусумматора (а) и обозначение полусумматора на принципиальных электрических схемах (б)

77 Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Таблица истинности сумматора Входы Выходы aiai bibi pipi SiSi PiPi где S i функция одноразрядной суммы P i функция формирования переноса

78 Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Логические зависимости сумматора

79 Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Структурная схема одного разряда комбинационного сумматора:а структурная схема одного разряда, b условное обозначение

80 Элементная база ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Структурная схема многоразрядного комбинационного сумматора

81 Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Выходные сигналы Y=(y 1, y 2, …,y m ) формируются: по совокупности входных сигналов X=(x 1, x 2, …,x n ) по совокупности состояний схем памяти Q=(q 1,q 2, …,q k ) Текущий дискретный момент времени t и последующий (t+1) момент времени

82 Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Обобщенная структура схемы с памятью

83 Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Триггер простейший запоминающий элемент Триггер автомат памяти, имеющий входы R (Reset сброс), для установки элемента в «нулевое состояние» S (Set установка) для установки элемента в «единичное» состояние. При отсутствии сигналов R=S=0 элемент должен сохранять свое состояние до тех пор, пока не будут получены новые сигналы на входе R или S.

84 Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Таблица переходов триггера ВходыСостояние q t+1 RSqtqt qtqt Режим ?001? 101?101? Хранение Установка 0 Установка 1 Запрещенное состояние

85 Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Диаграмма Вейча для таблицы переходов триггера **** * - запрещенное состояние, * - значение функции 1

86 Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Диаграмма Вейча для таблицы переходов триггера С использованием запрещенных ситуаций, т.е. получаем В базисе И-НЕ

87 Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Схема асинхронного RS-триггера: a – схема б – обозначение на принципиальных электрических схемах в – временная диаграмма

88 Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью. Синхронные RS-триггеры Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Схема синхронного однотактного RS-триггера

89 Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью. Т-триггер Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Таблица переходов T-триггера Входные сигналы Состояние q t Режим XtXt Хранение Инверсия Логическая функция, реализуемая Т-триггером:

90 Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью. Т-триггер Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Схема триггера со счетным входом: a – функциональная схема б – условное обозначение в – временная диаграмма

91 Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью. JK-триггер Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Таблица переходов JK-триггера Входные сигналы Состояние q t Режим JK Хранение Установка 0 Установка 1 Инверсия

92 Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью. JK-триггер Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 JK-триггер: a – функциональная схема б – условное обозначение б

93 Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью. D-триггер Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Таблица переходов D-триггера Входные сигналы Состояние q t Режим D Установка 0 Установка 1

94 Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью. D-триггер Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 D-триггер: a – функциональная схема на основе RS-триггера б – функциональная схема на основе JK-триггера в – условное обозначение

95 Элементная база ЭВМ. Схемы с памятью Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Типовые узлы ЭВМ: регистры счетчики сумматоры

96 Элементная база ЭВМ. Типовые узлы ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Регистром называется узел, предназначенный для приема, временного хранения и выдачи машинного слова Регистры могут также использоваться для некоторых операций преобразования данных: для сдвига кода числа (слова) на определенное число разрядов влево или вправо, для преобразования последовательного кода числа в параллельный и наоборот и т.д.

97 Элементная база ЭВМ. Типовые узлы ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 a – функциональная схема n-разрядного регистра, построенного на RS-триггерах б – условное обозначение регистра а б

98 Элементная база ЭВМ. Типовые узлы ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Функциональная схема регистра с выходными сигналами в «прямом» и «обратном» кодах. Схема выдачи информации из регистра

99 Элементная база ЭВМ. Типовые узлы ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Счетчик это узел ЭВМ, позволяющий осуществлять подсчет поступающих на его вход сигналов и фиксацию результата в виде многоразрядного двоичного числа

100 Элементная база ЭВМ. Типовые узлы ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Таблица переходов трехразрядного счетчика ВходСостояния Режим x Хранение Счет

101 Элементная база ЭВМ. Типовые узлы ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Организация счетчика на Т-триггерах: a – функциональная схема б – временная диаграмма

102 Элементная база ЭВМ. Типовые узлы ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Сумматор это узел ЭВМ, в котором суммируются коды чисел Сумматоры: накапливающего типа комбинационного типа

103 Элементная база ЭВМ. Типовые узлы ЭВМ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации © МЦИТ ГУАП 2008 Упрощенная схема сумматора ЭВМ