|
Реферат: Кэш-память современных микропроцессоров фирм Intel и AMD (Программирование)
Институт Транспорта и Связи
Реферат
Учебная дисциплина: ,, Основы построения компьютеров ,,
Тема: ,, Кэш-память современных микропроцессоров фирм Intel и AMD.,,
Автор:
Р.Великанов.
Преподаватель:
Б. Цилькер.
Рига, 2004.
Оглавление.
Введение.
Стратегия размещения.
Отображение секторов ОП в кэш-памяти.
Смешанная и разделенная кэш-память.
Некоторые данные по популярным и самым новейшим процессорам от Intel
и AMD.
Сводная таблица по объемам, принципам организации и тактовым частотам
кэш-памяти у процессоров от Intel и AMD.
Сравнение некоторых новинок от Intel и AMD.
Зачем увеличивать кэш ?
Самые свежие новости от ведущих производителей процессоров(октябрь
2004г).
Выводы.
Введение
В качестве элементной базы основной памяти в большинстве ЭВМ используются
микросхемы динамических ОЗУ, на порядок уступающие по быстродействию
центральному процессору. В результате, процессор вынужден простаивать
несколько периодов тактовой частоты, пока информация из ИМС памяти
установится на шине данных ЭВМ. Если же ОП выполнить на быстрых микросхемах
статической памяти, стоимость ЭВМ возрастет весьма существенно.
Экономически приемлемое решение этой проблемы возможно при использовании
двухуровневой памяти, когда между основной памятью и процессором
размещается небольшая, но быстродействующая буферная память или кэш-память.
Вместе с основной памятью она входит в иерархическую структуру и ее
действие эквивалентно быстрому доступу к основной памяти. Использование кэш-
памяти позволяет избежать полного заполнения всей машины быстрой RAM
памятью. Обычно программа использует память какой либо ограниченной
области, храня нужную информацию в кэш-памяти, работа с которой позволяет
процессору обходиться без всяких циклов ожидания. В больших универсальных
ЭВМ, основная память которых имеет емкость порядка 1-32 Гбайт, обычно
используется кэш-память емкость 1-12 Мбайт, т.е. емкость кэш-память
составляет порядка 1/100-1/500 емкости основной памяти, а быстродействие в
5-10 раз выше быстродействия основной памяти. Выбор объема кэш-памяти –
всегда компромисс между стоимостными показателями ( в сравнении с ОП ) и ее
емкостью, которая должна быть достаточно большой, чтобы среднее время
доступа в системе, состоящей из основной и кэш-памяти, определялось
временем доступа к последней. Реальная эффективность использования кэш-
памяти зависит от характера решаемых задач и невозможно определить заранее,
какой объем ее будет действительно оптимальным.
Не всякая кэш-память равнозначна. Большое значение имеет тот факт,
как много информации может содержать кэш-память. Чем больше кэш-
память, тем больше информации может быть в ней размещено, а следовательно,
тем больше вероятность, что нужный байт будет содержаться в этой быстрой
памяти. Очевидно, что самый лучший вариант - это когда объём кэш-памяти
соответствует объёму всей оперативной памяти. В этом случае вся остальная
память становится не нужной. Крайне противоположная ситуация - 1 байт
кэш-памяти - тоже не имеет практического значения, так как вероятность
того, что нужная информация окажется в этом байте, стремится к нулю.
В процессе работы такой системы в буферную память копируются те
участки ОП, к которым производится обращение со стороны процессора. Выигрыш
достигается за счет свойства локальности, ввиду большой вероятности
обращения процессором к командам, лежащим в соседних ячейках памяти.
Кэш-память, состоящая из m слов, сохраняет копии не менее, чем m-слов из
всех слов основной памяти. Если копия, к адресу которой был выполнен доступ
ЦП, существует в кэш-памяти, то считывание завершается уже при доступе
к кэш-памяти. Отметим, что использование кэш-памяти основывается на
принципах пространственной и временной локальности. В случае
пространственной локальности основная память разбивается на блоки с
фиксированным числом слов и обмен данными между основной памятью и кэш-
памятью выполняется блоками. При доступе к некоторому адресу центральный
процессор должен сначала определить содержит ли кэш-память копию блока с
указанным адресом, и если имеется, то определить, с какого адреса кэш-
памяти начинается этот блок. Эту информацию ЦП получает с помощью механизма
преобразования адресов.
Стратегия размещения.
На сложность этого механизма существенное влияние оказывает
стратегия размещения, определяющая, в какое место кэш-памяти
следует поместить каждый блок из основной памяти.
В зависимости от способа размещения данных основной памяти в кэш-памяти
существует три типа кэш-памяти:
- кэш с прямым отображением (размещением);
- полностью ассоциативный кэш;
- множественный ассоциативный кэш или частично-ассоциативный.
Кэш с прямым отображением (размещением) является самым
простым типом буфера. Адрес памяти однозначно определяет строку
кэша, в которую будет помещен блок информации. При этом предпо-
лагается, что оперативная память разбита на блоки и каждому та-
кому блоку в буфере отводится всего одна строка. Это простой и недорогой в
реализации способ отображения. Основной его недостаток – жесткое
закрепление за определенными блоками ОП одной строки в кэше. Поэтому, если
программа поочередно обращается к словам из двух различных блоков,
отображаемых на одну и ту же строку кэш-памяти, постоянно будет происходить
обновление данной строки и вероятность попадания будет низкой.
Кэш с полностью ассоциативным отображением позволяет преодолеть
недостаток прямого, разрешая загрузку любого блока ОП в любую строку кэш-
памяти. Логика управления выделяет в адресе ОП два поля: поле тега и поле
слова. Поле тега совпадает с адресом блока ОП. Для проверки наличия копии
блока в кэш-памяти, логика управления кэша должна одновременно проверить
теги всех строк на совпадение с полем тега адреса. Ассоциативное
отображение обеспечивает гибкость при выборе строки для вновь записываемого
блока. Принципиальный недостаток этого способа – в необходимости
использования дорогой ассоциативной памяти.
Множественно-ассоциативный тип или частично-ассоциативный тип
отображения – это один из возможных компромиссов, сочетающий достоинства
прямого и ассоциативного способов. Кэш-память ( и тегов и данных)
разбивается на некоторое количество модулей. Зависимость между модулем и
блоками ОП такая же жесткая, как и при прямом отображении. А вот размещение
блоков по строкам модуля произвольное и для поиска нужной строки в пределах
модуля используется ассоциативный принцип. Этот способ отображения наиболее
широко распространен в современных микропроцессорах.
Отображение секторов ОП в кэш-памяти.
Данный тип отображения применяется во всех современных ЭВМ и состоит в
том, что вся ОП разбивается на секторы, состоящие из фиксированного числа
последовательных блоков. Кэш-память также разбивается на секторы,
содержащие такое же количество строк. Расположение блоков в секторе ОП и
секторе кэша полностью совпадает. Отображение сектора на кэш-память
осуществляется ассоциативно, те любой сектор из ОП может быть помещен в
любой сектор кэша. Таким образом, в процессе работы АЛУ обращается в
поисках очередной команды к ОП, в результате чего, в кэш загружается( в
случае отсутствия там блока, содержащего эту команду), целый сектор
информации из ОП, причем по принципу локальности, за счет этого достигается
значительное увеличение быстродействия системы.
Смешанная и разделенная кэш-память.
Внутренняя кэш-память использовалась ранее как для инструкций(команд),
так и для данных. Такая память называлась смешанной, а ее архитектура –
Принстонской, в которой в единой кэш-памяти, в соответствии с классическими
принципами фон Неймана, хранились и команды и данные.
Сравнительно недавно стало обычным разделять кэш-память на две – отдельно
для инструкций и отдельно для данных.
Преимуществом смешанной кэш-памяти является то, что при заданном объеме,
ей свойственна более высокая вероятность попаданий, по сравнению с
разделенной, поскольку в ней автоматически устанавливается оптимальный
баланс между инструкциями и данными. Если в выполняемом фрагменте программы
обращения к памяти связаны, в основном, с выборкой инструкций, а доля
обращений к данным относительно мала, кэш-память имеет тенденцию заполнения
инструкциями и наоборот.
С другой стороны, при раздельной кэш-памяти, выборка инструкций и данных
может производиться одновременно, при этом исключаются возможные конфликты.
Последнее особенно существенно в системах, использующих конвейеризацию
команд, где процессор извлекает команды с опережением и заполняет ими буфер
или конвейер.
Так,например, в процессоре Intel® 486 DX2 применялась смешанная кэш-
память,
В Intel® Pentium® и в AMD Athlon™ с их суперскалярной организацией –
раздельная. Более того, в этих процессорах помимо кэш-памяти инструкций и
кэш-памяти данных используется также и адресная кэш-память. Этот вид кэша
используется в устройствах управления памятью, в том числе для
преобразования виртуальных адресов в физические.
Благодаря использованию нанотехнологий, для снижения потребляемой
мощности, увеличения быстродействия ЭВМ( что достигается сокращением
времени обмена данными между процессором и кэш-памятью) существует
возможность, а более того имеются реальные примеры того, что кэш-память
реализуют в одном кристале с процессором. Такая внутренняя кэш-память
реализуется по технологии статического ОЗУ и является наиболее
быстродействующей. Объем ее обычно составляет 64-128 Кбайт, причем
дальнейшее увеличение ее объема приводит обычно к снижению быстродействия
из-за усложнения схем управления и дешифрации адреса.
Альтернативой, широко применяемой в настоящее время, является вторая
(внешняя) кэш-память большего объема, расположенная между внутренней кэш-
памятью и ОП. В этой двухуровневой системе кэш-памяти, внутренней памяти
отводится роль первого уровня L1, а внешней - второго L2. емкость L2
обычно на порядок и более выше, чем L1, а быстродействие и стоимость ниже.
Память второго уровня также строится обычно как статическое ОЗУ. Емкость ее
может составлять от 256 Кбайт до 1 Мбайта и технически реализуется как в
виде отдельной микросхемы, однако может размещаться и на одном кристалле с
процессором.
Самые современные процессоры от крупнейших производителей оснащаются
сегодня кэш-памятью емкостью у Intel Pentium 4 на ядре Northwood - 512
Кбайт кэш-памяти L2, а процессоры Prescott будут выпускаться по 0,09-
микронной технологии и получат кэш-память второго уровня удвоенного объема,
который составит 1 Мбайт. Intel продолжает широко рекламировать свой
"экстремальный" игровой процессор Pentium 4 Extreme Edition на основе
модифицированного серверного ядра Gallatin с тактовой частотой 3,40 ГГц и
кэш-памятью третьего уровня объемом 2 Мбайта. Она дополняет стандартный
нортвудовский кэш L2 512 Кбайт и тоже работает на частоте ядра процессора
(правда, с большей раза в два латентностью). Таким образом, в сумме новый
Pentium 4 Extreme Edition имеет кэш-память объемом 2,5 Мбайт.
Дополнительная кэш-память третьего уровня ведет начало от серверных
процессоров Xeon MP на 0,13-микронном ядре Gallatin и не имеет ничего
общего с грядущим 90-нанометровым Prescott, однако этот кристалл (ядро) все
же немного переработали с целью поддержки системной шины 800 МГц,
уменьшения энергопотребления и др. и упаковали в стандартный корпус от
текущих Pentium 4.
В свою очередь AMD Athlon 64 и AMD
Opteron работающие на более высокой частоте 2200 МГц, производятся по 0,13-
микронной технологии (SOI) и содержат 105,9 млн. транзисторов и отличаются
от предшествующих Athlon XP новым ядром с 64-битными возможностями
вычислений (наряду с улучшенными 32-битными на базе прежнего ядра Athlon
XP), кэш-памятью второго уровня объемом 1 Мбайт (причем кэш у Атлонов
инклюзивный, то есть полный объем с учетом 128 Кбайт L1 составляет 1152
Кбайт).
При доступе к памяти, ЦП сначала обращается к кэш-памяти первого уровня.
При промахе производится обращение к кэш-памяти второго уровня. Если
информация отсутствует и в L2, производится обращение к ОП, и
соответствующий блок заносится сначала в L2, а затем и в L1. Благодаря
такой процедуре, часто запрашиваемая информация может быть легко
восстановлена из кэш-памяти второго уровня.
Потенциальная экономия за счет применения L2 зависит от вероятности
попаданий как в L1, так и L2. Однако, опыт Intel и AMD показывает, что
использование кэш-памяти второго уровня существенно улучшает
производительность. Именно поэтому во всех проанонсированых производителями
новейших версиях процессоров применяется двухуровневая и даже трехуровневая
организация кэш-памяти.
Некоторые данные по популярным и новейшим процессорам от Intel и AMD:
Pentium III
Процессор Intel® Pentium® III - процессор архитектуры P6, включает в
себя: динамическое исполнение команд, системную шину с множественными
транзакциями и технологию Intel MMX™ для обработки данных мультимедиа.
Технология изготовления с разрешающей способностью 0.25 микрон позволяет
разместить на кристалле более 9.5 миллионов транзисторов.
Процессор содержит 32 Kб неблокируемой кэш-памяти первого уровня
(16Кб/16Кб) и унифицированную неблокируемую кэш-память второго уровня
емкостью 512 Кб, функционирующую на вдвое меньшей частоте, чем ядро.
Процессор Intel® Pentium® III поддерживает кэширование памяти с объемом
адресного пространства 4 Гб, и позволяет создавать масштабируемые системы с
двумя процессорами и физической памятью объемом до 64 Гб.
Pentium IV
Процессор Pentium 4 устанавливает новый уровень производительности
высокомощных микропроцессоров.
- Системная шина с частотой 800 МГц: 3,06 ГГц, 2,80 ГГц, 2,66 ГГц, 2,53
ГГц, 2,40B ГГц, 2,26 ГГц
- Технология гиперконвейерной обработки
- Механизм ускоренной обработки команд
- Кэш-память первого уровня с отслеживанием исполнения команд
- Кэш-память с улучшенной передачей данных
- Улучшенная система динамического исполнения команд
- Улучшенный блок вычислений с плавающей запятой и обработки мультимедиа
- Набор команд потоковых SIMD-расширений 2.
- У Intel Pentium 4 на ядре Northwood - 512 Кбайт кэш-памяти L2.
AMD-K6®-III
Процессор AMD-K6®-III, кодовое имя Sharptooth, в нем задействована
встроенная быстродействующая кэш-память второго уровня (L2). В процессорный
кристалл интегрированно 256 Кб кэш-памяти второго уровня, работающей на
полной тактовой частоте процессора.
Процессор AMD-K6®-III содержит 21.3 миллиона транзисторов и производится
по 0.25-микронной технологии на тактовые частоты 350, 380, 400 и 450 МГц.
Объем кэш-памяти первого уровня (L1), как у всего семейства K6, равен
64Кб. Процессор AMD-K6®-III можно устанавливать в те же системные платы
Super7™, что и AMD-K6®-2, при этом находящаяся на системной плате внешняя
кэш-память 2 уровня превращается в кэш-память 3 уровня (L3), с которой
процессор может общаться с внешней частотой 100 МГц.
AMD Athlon.
В настоящее время процессор AMD Athlon является самым быстрым процессором
в мире. Процессор имеет следующие особенности:
Микроархитектура: Особенность процессора AMD Atlon™ - это девятипоточная
суперскалярная архитектура оптимизованная для высоких частот. AMD Athlon™
содержит девять исполняемых потоков: три для адресных операций, три для
целочисленных вычислений, и три для выполнения команд x87 .
Архитектура кэш-памяти: AMD Athlon™ имеет наибольший для платформ x86 кэш
L1 (128KB) - в четыре раза превосходящий L1 кэш процессора Pentium III
(32KB). AMD Athlon™ также включает высокоскоростной, 64-битный контроллер
кэш памяти второго уровня (L2), поддерживающий объем кэш-памяти второго
уровня от 512Kб до 8Mб.
Сводная таблица по объемам, принципам организации и тактовым частотам кэш-
памяти у процессоров от Intel и AMD:
[pic]
Сравнение некоторых новинок от Intel и AMD:
По утилитам у Pentium 4 Extreme Edition четко видна кэш-память третьего
уровня объемом 2 Мбайт, хотя на месте и все прежние атрибуты Northwood.
Аналогичная информация показана для Athlon 64. Интересно, что у нового
Pentium 4 меньший степпинг, нежели у последних Northwood, — 5 против 9. По
графику теста латентности памяти для Pentium 4 Extreme Edition можно
заключить, что граница кэш-памяти L3 лежит на 2 Мбайт, L2 — на 512 кбайт.
Итак, для двух новых процессоров Intel и AMD характерна прежде всего
огромная кэш-память, которая в конце концов , и должна поднять
производительность каждого из них.
Сравним процессоры:
- AMD Athlon 64 FX-51 (тактовая частота 2200 МГц).
- AMD Athlon XP 3200+ (частота 2200 МГц, FSB 400 МГц).
- Pentium 4 (Northwood) с частотой 3,2 ГГц (FSB 800 МГц).
- Pentium 4 Extreme Edition c частотой 3,2 ГГц (FSB 800 МГц).
В данном случае абсолютное сравнение частот процессоров лишено смысла,
поскольку их микроархитектуры существенно различаются ( и даже преследуют
разные цели): в Pentium 4 производительность должна обеспечиваться
преимущественно высокой тактовой частотой (для этого и увеличили до
двадцати стадий вычислительный конвейер), а в Athlon упор делается на
другие особенности, порой в ущерб тактовой частоте.
Разные подходы в микроархитектуре не позволяют адекватно сравнивать
процессоры на одинаковой тактовой частоте.
И пример тому — разный предел частот при одинаковых технологических
нормах производства: для технологии 0,13 мкм массовым пределом ядра Pentium
4 является частота 3,2–3,4 ГГц, а в Athlon — 2,2–2,4 ГГц. Поэтому
корректнее сравнивать процессоры по пределу их частоты для той или иной
технологии производства — в данном случае 3,2 и 2,2 ГГц.
По полосе пропускания двухканальной памяти впереди, безусловно, процессор
AMD.
Хотя Пентиумы отстают от него заметно меньше, чем Athlon XP 3200+ (все
они используют двухканальную DDR400). Athlon 64 FX ближе всех подошел к
теоретическому пределом 6,4 Гбайт/с — на 86%, Пентиумы показывают примерно
три четверти в штатных режимах работы (в режимах ускорения чипсета/памяти
эффективность возрастает до более чем 80%), а Athlon XP утилизирует менее
половины (из-за узкой системной шины). По скорости чтения памяти Pentium 4
Extreme Edition почти не отличается от Northwood (небольшое падение можно
связать с недостатками метода измерения — потоки немного «застревают» в
большом кэше L3), а Athlon 64 FX и тут вне досягаемости. Зато по скорости
записи в память Pentium 4 Extreme Edition на голову опережает всех, включая
Athlon 64 FX. Видимо, благодаря именно хорошему и «большому» кэшированию.
Зато по латентности памяти Athlon 64 FX показывает просто фантастические
результаты — всего 56 нс. Интересно также, что строго синхронный чипсет
NVIDIA nForce2 обеспечивает порой лучшую латентность, чем Intel 875P.
Вместе с тем, у чипсетов Intel 875/865 может быть латентность в районе 66
нс — если они работают в специальных (нештатных) низколатентных режимах .
Зачем увеличивать кэш ?
Первичная причина увеличения объема встроенного кэша может заключаться в
том, что кэш-память в современных процессорах работает на той же скорости,
что и сам процессор. Частота процессора в этом случае никак не меньше 3200
MГц. Больший объем кэша позволяет процессору держать большие части кода
готовыми к выполнению. Такая архитектура процессоров сфокусирована на
уменьшении задержек, связанных с простоем процессора в ожидании данных.
Современные программы, в том числе игровые, используют большие части кода,
который необходимо извлекать из системной памяти по первому требованию
процессора. Уменьшение промежутков времени, уходящих на передачу данных от
памяти к процессору, - это надежный метод увеличения производительности
приложений, требующих интенсивного взаимодействия с памятью. Кэш L3 имеет
немного более высокое время ожидания, чем L 1 и 2, это вполне естественно.
Хоть он и медленнее, но все-таки он значительно более быстрый, чем обычная
память. Не все приложения выигрывают от увеличения объема или скорости кэш-
памяти. Это сильно зависит от природы приложения.
Если большой объем встроенного кэша - это хорошо, тогда что же удерживало
Intel и AMD от этой стратегии ранее? Простым ответом является высокая
себестоимость такого решения. Резервирование пространства для кэша очень
дорого. Стандартный 3.2GHz Northwood содержит 55 миллионов транзисторов.
Добавляя 2048 КБ кэша L3, Intel идет на увеличение количества транзисторов
до 167 миллионов. Простой математический расчет покажет нам, что EE - один
из самых дорогих процессоров.
Сайт AnandTech провел сравнительное тестирование двух систем, каждая из
которых содержала два процессора – Intel Xeon 3,6 ГГц в одном случае и AMD
Opteron 250 (2,4 ГГц) – в другом. Тестирование проводилось для приложений
ColdFusion MX 6.1, PHP 4.3.9, и Microsoft .NET 1.1. Конфигурации выглядели
следующим образом:
AMD
- Dual Opteron 250;
- 2 ГБ DDR PC3200 (Kingston KRX3200AK2);
- системная плата Tyan K8W;
- ОС Windows 2003 Server Web Edition (32 бит);
- 1 жесткий IDE 40 ГБ 7200 rpm, кэш 8 МБ
Intel
- Dual Xeon 3.6 ГГц;
- 2 ГБ DDR2;
- материнская плата Intel SE7520AF2;
- ОС Windows 2003 Server Web Edition (32 бит);
- 1 жесткий IDE 40 ГБ 7200 rpm, кэш 8 МБ
На приложениях ColdFusion и PHP, не оптимизированных под ту или иную
архитектуру, чуть быстрее (2,5-3%) оказались Opteron’ы, зато тест с .NET
продемонстрировал последовательную приверженность Microsoft платформе
Intel, что позволило паре Xeon’ов вырваться вперед на 8%. Вывод вполне
очевиден: используя ПО Microsoft для веб-приложений, есть смысл выбрать
процессоры Intel, в других случаях несколько лучшим выбором будет AMD.
Самые свежие новости от ведущих производителей процессоров(октябрь
2004г):
Американская компания AMD официально представила новые 64-разрядные
процессоры для настольных компьютеров Athlon 64 FX-55 и Athlon 64 4000+.
Чипы изготавливаются по нормам 130-нанометровой технологии и оснащаются 1
Мб кэш-памяти второго уровня. Как отмечается в пресс-релизе, кристаллы
Athlon 64 FX-55 ориентированы на использование, прежде всего, в мощных
мультимедийных системах, тогда как процессоры Athlon 64 4000+
позиционируются в качестве базы для создания решений бизнес-класса.
Процессор Athlon 64 FX-55 работает на тактовой частоте 2,6 ГГц, тактовая
частота чипов Athlon 64 4000+ составляет 2,4 ГГц.
Чипы Athlon 64 FX-55 и Athlon 64 4000+ позволяют работать как со
стандартными 32-разрядными приложениями, так и с 64-битными программами.
Кристаллы поддерживают технологию Cool’n’Quiet, предназначенную для
снижения уровня шума при работе компьютера, а также антивирусную защиту EVP
(Enhanced Virus Protection) для работы которой потребуется операционная
система Microsoft Windows XP Service Pack 2 или Windows XP Media Center
Edition 2005.
О намерении выпускать компьютеры на базе представленных процессоров
объявили такие известные производители как Alienware, Voodoo, Hypersonic PC
Systems, Shuttle, Systemax, Totally Awesome, Velocity Micro, Vicious PC,
Falcon Northwest и некоторые другие. Поставки процессоров уже начались.
Стали известны очередные подробности о планах Intel. Так, прояснилась
ситуация с выходом двухъядерных процессоров Smithfield, которые будут
объединять в себе два 0,09 мкм ядра, каждое из которых будет иметь 1 Мб
кэша второго уровня. Таким образом, общая кэш-память будет составлять 2 Мб.
Процессоры будут иметь поддержку не только антивирусной технологии Intel
EDB (Execute Disable Bit, бит защиты от выполнения), но 64-битные
расширения EM64T. Их выход планируется на третий квартал 2005 года.
Модельный ряд процессоров Smithfield будет представлен тремя моделями:
x20 – частота 2,8 ГГц, 2 Мб кэша, шина 800МГц, LGA 775, поддержка XD и
EM64T;
x30 – частота 3,0 ГГц, 2 Мб кэша, шина 800МГц, LGA 775, поддержка XD и
EM64T и Enhanced SpeedStep;
x40 – частота 3,2 ГГц, 2 Мб кэша, шина 800МГц, LGA 775, поддержка XD и
EM64T и Enhanced SpeedStep;
Примечательно, что только старшие модели будут иметь поддержку технологии
Enhanced SpeedStep, позволяющие динамически менять частоту процессора в
зависимости от выполняемой задачи.
Также немного прояснилась ситуация с выходом процессоров Intel Pentium
6XX. Да, они появятся в первом квартале следующего года, но массовых
поставок следует ожидать не ранее второй четверти 2005 г. Процессоры будут
иметь 2Мб кэша второго уровня и шину 800МГц.
Каждое ядро двуядерных процессоров AMD Opteron и Intel Montecito, которые
должны появиться на рынке в 2005 году, будет иметь свою собственную кэш-
память. Это следует из заявления Камерона Макнэйри, исследователя
корпорации Intel, и Мариуса Эверса, сотрудника AMD.
Использование нескольких ядер в одном процессоре позволяет повысить
вычислительную мощность чипа при одновременном ограничении потребляемой им
энергии. Ранее предполагалось, что кристаллы Intel Itanium нового поколения
(кодовое название Montecito) получат 24 Мб общей кэш-памяти. Теоретически,
наличие единого кэша увеличивает объем данных, к которым может обращаться
процессорное ядро. Однако разделение кэшей существенно упрощает работу по
проектированию кристаллов и, соответственно, сокращает время, необходимое
для вывода конечных продуктов на рынок.
Вероятнее всего, каждое ядро Montecito будет оснащено 1 Мб кэша второго
уровня и 12 Мб кэша третьего уровня. Впоследствии эти кэши могут быть
объединены. Аналогично намерена поступить и компания AMD.
Следует заметить, что раздельные кэши для различных ядер использует и
компания Sun в своих чипах UltraSparc IV.
Выводы.
Анализ изложенного выше материала позволяет сделать заключение, что в
соответствии с каноническими теориями, современные производители Intel и
AMD широко используют кэш-память при построении своих новейших процессоров.
Во многом, их превосходные характеристики по быстродействию достигаются
именно благодаря применению кэш-памяти второго и даже третьего уровня. Этот
факт подтверждает теоретические выкладки Гарвардского университета о том,
что ввиду действия принципа локальности информации в современных
компьютерах применение кэш-памяти смешанного типа позволяет добиться
превосходных результатов в производительности процессоров и снижает частоту
необходимых обращений к основной памяти.
Налицо широкие перспективы дальнейшего применения кэш-памяти в машинах
нового поколения, однако существующая проблематика невозможности
бесконечного увеличения кэша, а также высокая себестоимость изготовления
кэша на одном кристалле с процессором, ставит перед конструкторами вопросы
о некоем качественном, а не количественном видоизменении или скачке в
принципах, либо огранизации кэш-памяти в процессорах будущего.
К сожалению, никакой справочной или рекламной информации об использовании
дисковой кэш-памяти от Intel и AMD обнаружить не удалось, поэтому данному
подразделу в работе не уделено достаточного внимания.
Реферат на тему: ЛВС
Содержание
Введение…………………………………………………………………………...2
1. Понятие ЛВС…………………………………………………………………..3
2. Базовая модель OSI (Open System Interconnection)………………………….5
3. Архитектура ЛВС……………………………………………………………...8
1. Типы сетей………………………………………………………………...8
2. Топологии вычислительной сети……………………………………….11
3. Сетевые устройства и средства коммуникаций……………………….15
1. Виды используемых кабелей……………………………………...15
2. Сетевая карта……………………………………………………….16
3. Разветвитель (HUB)………………………………………………..17
4. Репитер……………………………………………………………...17
4. Типы построения сетей по методам передачи информации…………..18
4. Правила монтажа кабельной части ЛВС……………………………………19
5. Экономический расчет……………………………………………………….25
Список литературы………………………………………………………………28
Введение.
На сегодняшний день в мире существует более 130 миллионов компьютеров и
более 80 % из них объединены в различные информационно-вычислительные сети
от малых локальных сетей в офисах до глобальных сетей типа Internet.
Всемирная тенденция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом
важных причин, таких как ускорение передачи информационных сообщений,
возможность быстрого обмена информацией между пользователями, получение и
передача сообщений (факсов, E - Mail писем и прочего) не отходя от рабочего
места, возможность мгновенного получения любой информации из любой точки
земного шара, а так же обмен информацией между компьютерами разных фирм
производителей работающих под разным программным обеспечением.
Такие огромные потенциальные возможности, которые несет в себе
вычислительная сеть и тот новый потенциальный подъем, который при этом
испытывает информационный комплекс, а так же значительное ускорение
производственного процесса не дают нам право не принимать это к разработке
и не применять их на практике.
Поэтому необходимо разработать принципиальное решение вопроса по
организации ИВС (информационно-вычислительной сети) на базе уже
существующего компьютерного парка и программного комплекса отвечающего
современным научно-техническим требованиям с учетом возрастающих
потребностей и возможностью дальнейшего постепенного развития сети в связи
с появлением новых технических и программных решений.
1. Понятие ЛВС.
Что такое локальная вычислительная сеть (ЛВС)? Под ЛВС понимают
совместное подключение нескольких отдельных компьютерных рабочих мест
(рабочих станций) к единому каналу передачи данных. Благодаря
вычислительным сетям мы получили возможность одновременного использования
программ и баз данных несколькими пользователями.
Понятие локальная вычислительная сеть - ЛВС (англ. LAN - Lokal Area
Network) относится к географически ограниченным (территориально или
производственно) аппаратно-программным реализациям, в которых несколько
компьютерных систем связанны друг с другом с помощью соответствующих
средств коммуникаций. Благодаря такому соединению пользователь может
взаимодействовать с другими рабочими станциями, подключенными к этой ЛВС.
В производственной практике ЛВС играют очень большую роль.
Посредством ЛВС в систему объединяются персональные компьютеры,
расположенные на многих удаленных рабочих местах, которые используют
совместно оборудование, программные средства и информацию. Рабочие места
сотрудников перестают быть изолированными и объединяются в единую систему.
Рассмотрим преимущества, получаемые при сетевом объединении персональных
компьютеров в виде внутрипроизводственной вычислительной сети.
Разделение ресурсов.
Разделение ресурсов позволяет экономно использовать ресурсы,
например, управлять периферийными устройствами, такими как лазерные
печатающие устройства, со всех присоединенных рабочих станций.
Разделение данных.
Разделение данных предоставляет возможность доступа и управления
базами данных с периферийных рабочих мест, нуждающихся в информации.
Разделение программных средств.
Разделение программных средств, предоставляет возможность
одновременного использования централизованных, ранее установленных
программных средств.
Разделение ресурсов процессора.
При разделении ресурсов процессора возможно использование
вычислительных мощностей для обработки данных другими системами, входящими
в сеть. Предоставляемая возможность заключается в том, что на имеющиеся
ресурсы не “набрасываются” моментально, а только лишь через специальный
процессор, доступный каждой рабочей станции.
Многопользовательский режим.
Многопользовательские свойства системы содействуют одновременному
использованию централизованных прикладных программных средств, ранее
установленных и управляемых, например, если пользователь системы работает с
другим заданием, то текущая выполняемая работа отодвигается на задний план.
Все ЛВС работают в одном стандарте, принятом для компьютерных сетей - в
стандарте Open Systems Interconnection (OSI) – взаимодействия открытых
систем .
2. Базовая модель OSI (Open System Interconnection)
Для того чтобы взаимодействовать, люди используют общий язык. Если они
не могут разговаривать друг с другом непосредственно, они применяют
соответствующие вспомогательные средства для передачи сообщений.
Показанные выше стадии необходимы, когда сообщение передается от
отправителя к получателю.
Для того чтобы привести в движение процесс передачи данных, использовали
машины с одинаковым кодированием данных и связанные одна с другой. Для
единого представления данных, в линиях связи по которым передается
информация, сформирована Международная организация по стандартизации (англ.
ISO - International Standards Organization).
Международных организация по стандартизации (ISO) разработала базовую
модель взаимодействия открытых систем (англ. Open Systems Interconnection
(OSI)). Эта модель является международным стандартом для передачи данных.
Модель содержит семь отдельных уровней:
Уровень 1: физический - битовые протоколы передачи информации;
Уровень 2: канальный - формирование кадров, управление доступом к
среде;
Уровень 3: сетевой - маршрутизация, управление потоками данных;
Уровень 4: транспортный - обеспечение взаимодействия удаленных
процессов;
Уровень 5: сеансовый - поддержка диалога между удаленными процессами;
Уровень 6: представлении данных - интерпретация передаваемых данных;
Уровень 7: прикладной - пользовательское управление данными.
Основная идея этой модели заключается в том, что каждому уровню
отводится конкретная роль, в том числе и транспортной среде. Благодаря
этому общая задача передачи данных расчленяется на отдельные, легко
обозримые задачи. Необходимые соглашения для связи одного уровня, например
вышерасположенного и нижерасположенного называют протоколом.
Так как пользователи нуждаются в эффективном управлении, система
вычислительной сети представляется как комплексное строение, которое
координирует взаимодействие задач пользователей.
С учетом вышеизложенного можно вывести следующую уровневую модель с
административными функциями, выполняющимися в пользовательском прикладном
уровне.
Отдельные уровни базовой модели проходят в направлении вниз от источника
данных (от уровня 7 к уровню 1) и в направлении вверх от приемника данных
(от уровня 1 к уровню 7). Пользовательские данные передаются в
нижерасположенный уровень вместе со специфическим для уровня заголовком до
тех пор, пока не будет достигнут последний уровень.
На приемной стороне поступающие данные анализируются и, по мере
надобности, передаются далее в вышерасположенный уровень, пока информация
не будет передана в пользовательский прикладной уровень.
Уровень 1. Физический.
На физическом уровне определяются электрические, механические,
функциональные и процедурные параметры для физической связи в системах.
Физическая связь и неразрывная с ней эксплуатационная готовность являются
основной функцией 1-го уровня. Стандарты физического уровня включают
рекомендации V.24 МККТТ (CCITT), EIA RS232 и Х.21,а так же стандарт ISDN
(Integrated Services Digital Network). В качестве среды передачи данных
используют трехжильный медный провод (экранированная витая пара),
коаксиальный кабель, оптоволоконный проводник и радиорелейную линию.
Уровень 2. Канальный.
Канальный уровень формирует из данных, передаваемых 1-м уровнем, так
называемые "кадры" и последовательности кадров. На этом уровне
осуществляются управление доступом к передающей среде, используемой
несколькими ЭВМ, синхронизация, обнаружение и исправление ошибок.
Уровень 3. Сетевой.
Сетевой уровень устанавливает связь в вычислительной сети между двумя
абонентами. Соединение происходит благодаря функциям маршрутизации, которые
требуют наличия сетевого адреса в пакете. Сетевой уровень должен также
обеспечивать обработку ошибок, мультиплексирование, управление потоками
данных. Самый известный стандарт, относящийся к этому уровню, -
рекомендация Х.25 МККТТ (для сетей общего пользования с коммутацией
пакетов).
Уровень 4. Транспортный.
Транспортный уровень поддерживает непрерывную передачу данных между
двумя взаимодействующими друг с другом пользовательскими процессами.
Качество транспортировки, безошибочность передачи, независимость
вычислительных сетей, сервис транспортировки из конца в конец, минимизация
затрат и адресация связи гарантируют непрерывную и безошибочную передачу
данных.
Уровень 5. Сеансовый.
Сеансовый уровень координирует прием, передачу и выдачу одного сеанса
связи. Для координации необходимы: контроль рабочих параметров, управление
потоками данных промежуточных накопителей и диалоговый контроль,
гарантирующий передачу, имеющихся в распоряжении данных. Кроме того,
сеансовый уровень содержит дополнительно функции управления паролями,
подсчета платы за пользование ресурсами сети, управления диалогом,
синхронизации и отмены связи в сеансе передачи после сбоя вследствие ошибок
в нижерасположенных уровнях.
Уровень 6. Представления данных.
Уровень представления данных предназначен для интерпретации данных; а
также подготовки данных для пользовательского прикладного уровня. На этом
уровне происходит преобразование данных из кадров, используемых для
передачи данных в экранный формат или формат для печатающих устройств
оконечной системы.
Уровень 7. Прикладной.
В прикладном уровне необходимо предоставить в распоряжение пользователей
уже переработанную информацию. С этим может справиться системное и
пользовательское прикладное программное обеспечение.
3. Архитектура ЛВС
Сетевая архитектура сродни архитектуре строений. Архитектура здания
отражает стиль конструкций и материалы, используемые для постройки.
Архитектура сети описывает не только физическое расположение сетевых
устройств, но и тип используемых адаптеров и кабелей. Кроме того, сетевая
архитектура определяет методы передачи данных по кабелю.
3.1.Типы сетей
Одноранговая сеть.
В одноранговой сети, все компьютеры равноправны: нет иерархии среди
компьютеров и нет выделенного сервера, и, как правило, каждый компьютер
функционирует и как клиент и как сервер. Все пользователи самостоятельно
решают, какие данные на своем компьютере сделать доступными для всех.
Одноранговую сеть называют так же рабочей группой. Рабочая группа – это
небольшой коллектив, поэтому в одноранговой сети не более 10 компьютеров.
Одноранговые сети относительно просты. Поскольку каждый компьютер
является и клиентом, и сервером, нет необходимости в мощном центральном
сервере или в других компонентах, обязательных для более сложных сетей.
Одноранговые сети обычно дешевле сетей на основе сервера, но требуют более
мощных и дорогих компьютеров.
В одноранговой сети требования к производительности и к уровню защиты
для сетевого программного обеспечения, как правило, ниже, чем в сетях с
выделенным сервером. Выделенные серверы функционируют исключительно в
качестве серверов, но не клиентов или рабочих станций.
В такие операционные системы, как Microsoft Windows NT Workstation,
Microsoft Windows for Workgroups и Microsoft Windows 95, встроена поддержка
одноранговых сетей. Поэтому, чтобы установить одноранговую сеть
дополнительного программного обеспечения не требуется.
Одно ранговая компьютерная сеть выглядит так:
1. Компьютеры расположены на рабочих столах пользователей.
2. Пользователи сами выступают в роли администраторов, и сами обеспечивают
защиту информации.
3. Для объединения компьютеров в сеть применяется простая кабельная
система.
Если эти условия выполняются, то, скорее всего выбор одно ранговой сети
будет правильным.
Защита подразумевает установку пароля на разделяемый ресурс, например на
каталог. Централизованно управлять защитой в одно ранговой сети очень
сложно, так как каждый пользователь устанавливает ее самостоятельно, да и
общие ресурсы могут находиться на всех компьютерах, а не только на
центральном сервере. Такая ситуация представляет серьезную угрозу для всей
сети, кроме того некоторые пользователи могут вообще не устанавливать
защиту.
Сети на основе сервера.
Если к сети подключено более 10 пользователей, то одноранговая сеть, где
компьютеры выступают в роли клиентов, и серверов, может оказаться
недостаточно производительной. Поэтому большинство сетей используют
выделенные серверы. Выделенным называется такой сервер, который
функционирует только как сервер. Они специально оптимизированы для быстрой
обработки запросов от сетевых клиентов и для управления защитой файлов и
каталогов. Сети на основе сервера стали промышленным стандартом.
С увеличением размеров сети и объемов сетевого трафика необходимо
увеличивать количество серверов. Распределение задач среди нескольких
серверов гарантирует, что каждая задача будет выполняться самым эффективным
способом из всех возможных.
Круг задач, которые должны выполнять серверы, многообразен и сложен.
Чтобы приспособиться возрастающим потребностям пользователей, серверы в
больших сетях стали специализированными. Например, в сети Windows NT
существуют различные типы серверов:
Файл-серверы и принт-серверы управляют доступом соответственно к файлам
и принтерам, на серверах приложений выполняются прикладные части клиент-
серверных приложений, а так же находятся данные доступные клиентам.
Например, чтобы упростить извлечение данных, серверы хранят большие объемы
информации в структурированном виде. Эти серверы отличаются от файл-
серверов и принт-серверов. В принт-серверах, файл или данные целиком
копируются на запрашиваемый компьютер. А в сервере приложений на
запрашиваемый компьютер посылаются только результаты запроса. Приложение-
клиент на удаленном компьютере получает доступ к данным, хранимым на
сервере приложений. Однако вместо всей базы данных на ваш компьютер с
сервера загружаются только результаты запроса.
В расширенной сети использование серверов различных типов становится
наиболее актуальным. Необходимо поэтому учитывать всевозможные нюансы,
которые могут проявиться при разрастании сети, с тем чтобы изменение роли
определенного сервера в дальнейшем не отразилось на работе всей сети.
Основным аргументом при работе в сети на основе выделенного сервера
является, как правило, защита данных. В таких сетях, например как Windows
NT Server, проблемами безопасности может заниматься один администратор.
Поскольку жизненно важная информация расположена централизованно, то
есть, сосредоточена на одном или нескольких серверах, нетрудно обеспечить
ее регулярное резервное копирование. Благодаря избыточным системам, данные
на любом сервере могут дублироваться в реальном времени, поэтому в случае
повреждения основной области хранения данных информация не будет потеряна –
легко воспользоваться резервной копией. Сети на основе сервера могут
поддерживать тысячи пользователей. Сетью такого размера, будь она
одноранговой, невозможно было бы управлять. Так как компьютер пользователя
не выполняет функции сервера, требования к его характеристикам зависят от
самого пользователя.
3.2. Топологии вычислительной сети.
Топология типа звезда.
Концепция топологии сети в виде звезды пришла из области больших ЭВМ, в
которой головная машина получает и обрабатывает все данные с периферийных
устройств как активный узел обработки данных. Этот принцип применяется в
системах передачи данных, например, в электронной почте RELCOM. Вся
информация между двумя периферийными рабочими местами проходит через
центральный узел вычислительной сети.
[pic]
рис.1 Топология в виде звезды
Пропускная способность сети определяется вычислительной мощностью узла и
гарантируется для каждой рабочей станции. Коллизий (столкновений) данных не
возникает.
Кабельное соединение довольно простое, так как каждая рабочая станция
связана с узлом. Затраты на прокладку кабелей высокие, особенно когда
центральный узел географически расположен не в центре топологии.
При расширении вычислительных сетей не могут быть использованы ранее
выполненные кабельные связи: к новому рабочему месту необходимо
прокладывать отдельный кабель из центра сети.
Топология в виде звезды является наиболее быстродействующей из всех
топологий вычислительных сетей, поскольку передача данных между рабочими
станциями проходит через центральный узел (при его хорошей
производительности) по отдельным линиям, используемым только этими рабочими
станциями. Частота запросов передачи информации от одной станции к другой
невысокая по сравнению с достигаемой в других топологиях.
Производительность вычислительной сети в первую очередь зависит от
мощности центрального файлового сервера. Он может быть узким местом
вычислительной сети. В случае выхода из строя центрального узла нарушается
работа всей сети.
Центральный узел управления - файловый сервер может реализовать
оптимальный механизм защиты против несанкционированного доступа к
информации. Вся вычислительная сеть может управляться из ее центра.
Кольцевая топология.
При кольцевой топологии сети рабочие станции связаны одна с другой по
кругу, т.е. рабочая станция 1 с рабочей станцией 2, рабочая станция 3
[pic]
рис.2 Кольцевая топология
с рабочей станцией 4 и т.д. Последняя рабочая станция связана с первой.
Коммуникационная связь замыкается в кольцо.
Прокладка кабелей от одной рабочей станции до другой может быть довольно
сложной и дорогостоящей, особенно если географически рабочие станции
расположены далеко от кольца (например, в линию).
Сообщения циркулируют регулярно по кругу. Рабочая станция посылает по
определенному конечному адресу информацию, предварительно получив из кольца
запрос. Пересылка сообщений является очень эффективной, так как большинство
сообщений можно отправлять “в дорогу” по кабельной системе одно за другим.
Очень просто можно сделать кольцевой запрос на все станции.
Продолжительность передачи информации увеличивается пропорционально
количеству рабочих станций, входящих в вычислительную сеть.
Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что
каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации, и
в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется.
Неисправности в кабельных соединениях локализуются легко.
Подключение новой рабочей станции требует кратко срочного выключения
сети, так как во время установки кольцо должно быть разомкнуто. Ограничения
на протяженность вычислительной сети не существует, так как оно, в конечном
счете, определяется исключительно расстоянием между двумя рабочими
станциями.
Шинная топология.
При шинной топологии среда передачи информации представляется в форме
коммуникационного пути, доступного дня всех рабочих станций, к которому они
все должны быть подключены. Все рабочие станции могут непосредственно
вступать в контакт с любой рабочей станцией, имеющейся в сети.
[pic]
рис.3 Шинная топология
Рабочие станции в любое время, без прерывания работы всей вычислительной
сети, могут быть подключены к ней или отключены. Функционирование
вычислительной сети не зависит от состояния отдельной рабочей станции.
В стандартной ситуации для шинной сети Ethernet часто используют тонкий
кабель или Cheapernet-кaбeль с тройниковым соединителем. Выключение и
особенно подключение к такой сети требуют разрыва шины, что вызывает
нарушение циркулирующего потока информации и зависание системы.
Древовидная структура ЛВС.
Наряду с известными топологиями вычислительных сетей кольцо, звезда и
шина, на практике применяется и комбинированная, на пример древовидна
структура. Она образуется в основном в виде комбинаций вышеназванных
топологий вычислительных сетей. Основание дерева вычислительной сети
располагается в точке (корень), в которой собираются коммуникационные линии
информации (ветви дерева).
Вычислительные сети с древовидной структурой применяются там, где
невозможно непосредственное применение базовых сетевых структур в чистом
виде.
[pic]
рис.4 Древовидная структура
3.3. Сетевые устройства и средства коммуникаций.
В качестве средств коммуникации наиболее часто используются витая пара,
коаксиальный кабель, оптоволоконные линии. При выборе типа кабеля учитывают
следующие показатели:
. стоимость монтажа и обслуживания,
. скорость передачи информации,
. ограничения на величину расстояния передачи информации без
дополнительных усилителей-повторителей (репитеров),
. безопасность передачи данных.
Главная проблема заключается в одновременном обеспечении этих
показателей, например, наивысшая скорость передачи данных ограничена
максимально возможным расстоянием передачи данных, при котором еще
обеспечивается требуемый уровень защиты данных. Легкая наращиваемость и
простота расширения кабельной системы влияют на ее стоимость.
3.3.1. Виды используемых кабелей.
Витая пара.
[pic]
Наиболее дешевым кабельным соединением является витое двухжильное
проводное соединение часто называемое "витой парой" (twisted pair). Она
позволяет передавать информацию со скоростью до 10 Мбит/с., легко
наращивается, однако не защищена от помех. Длина кабеля не может превышать
1000 м при скорости передачи 1 Мбит/с. Преимуществами являются низкая цена
и простота установки. Для повышения помехозащищенности информации часто
используют экранированную витую пару, т.е. витую пару, помещенную в
экранирующую оболочку, подобно экрану коаксиального кабеля. Это увеличивает
стоимость витой пары и приближает ее цену к цене коаксиального кабеля.
Еthernet-кабель.
[pic]
Ethernet-кабель также является коаксиальным кабелем с волновым
сопротивлением 50 Ом. Его называют еще толстый Ethernet (thick), желтый
кабель (yellow cable) или 10BaseT5 . Он использует 15-контактное
стандартное включение. Вследствие помехозащищенности он является дорогой
альтернативой обычным коаксиальным кабелям. Максимально доступное
расстояние без повторителя не превышает 500 м, а общее расстояние сети
Ethernet - около 3000 м. Ethernet-кабель, благодаря своей магистральной
топологии, использует в конце лишь один нагрузочный резистор.
Сheapernеt-кабель.
Более дешевым, чем Ethernet-кабель является соединение Cheapernet-кабель
или, как его часто называют, тонкий (thin) Ethernet или 10BaseT2 . Это
также 50-омный коаксиальный кабель со скоростью передачи информации в
десять миллионов бит в секунду.
При соединении сегментов Сhеарегnеt-кабеля также требуются повторители.
Вычислительные сети с Cheapernet-кабелем имеют небольшую стоимость и
минимальные затраты при наращивании. Соединения сетевых плат производится с
помощью широко используемых малогабаритных байонетных разъемов (СР-50).
Дополнительное экранирование не требуется. Кабель присоединяется к ПК с
помощью тройниковых соединителей (T-connectors).
Расстояние между двумя рабочими станциями без повторителей может
составлять максимум 300 м, а общее расстояние для сети на Cheapernet-кабеля
- около 1000 м. Приемопередатчик Cheapernet расположен на сетевой плате и
как для гальванической развязки между адаптерами, так и для усиления
внешнего сигнала
Оптоволоконные линии.
Наиболее дорогими являются оптопроводники, называемые также
стекловолоконным кабелем. Скорость распространения информации по ним
достигает нескольких миллиардов бит в секунду. Допустимое удаление более 50
км. Внешнее воздействие помех практически отсутствует. На данный момент это
наиболее дорогостоящее соединение для ЛВС. Применяются они там, где
возникают электромагнитные поля помех или требуется передача информации на
очень большие расстояния без использования повторителей. Они обладают
противоподспушивающими свойствами, так как техника ответвлений в
оптоволоконных кабелях очень сложна. Оптопроводники объединяются в JIBC с
помощью звездообразного соединения.
3.3.2. Сетевая карта
Платы сетевого адаптера выступают в качестве физического интерфейса, или
соединения между компьютером и сетевым кабелем. Платы вставляются в
специальные гнезда (слоты расширения) всех компьютеров и серверов. Чтобы
обеспечить физическое соединение между компьютером и сетью, к
соответствующему разъему, или порту, платы (после ее установки) подключают
сетевой кабель. Назначение платы сетевого адаптера:
- подготовка данных, поступающих от компьютера, к передаче по
сетевому кабелю;
- передача данных другому компьютеру;
- управление потоком данных между компьютером и кабельной системой;
- плата сетевого адаптера принимает данные из сетевого кабеля и
переводит в форму, понятную центральному процессору компьютера.
Плата сетевого адаптера состоит из аппаратной части и встроенных программ,
записанных в ПЗУ (постоянном запоминающем устройстве). Эти программы
реализуют функции подуровней управления логической связью и управление
доступом к среде канального уровня модели OSI.
3.3.3. Разветвитель(HAB)
Разветвитель служит центральным узлом в сетях с топологией «звезда».
3.3.4. Репитер
При передаче по сетевому кабелю электрический сигнал постепенно ослабевает
(затухает). И, искажается до такой степени, что компьютер перестает его
воспринимать. Для предотвращения искажения сигнала применяется репитер,
который усиливает (восстанавливает) ослабленный сигнал и передает его
дальше по кабелю. Применяются репитеры в сетях с топологией «шина».
3.4. Типы построения сетей по методам передачи информации.
Локальная сеть Token Ring.
Этот стандарт разработан фирмой IBM. В качестве передающей среды
применяется неэкранированная или экранированная витая пара (UPT или SPT)
или оптоволокно. Скорость передачи данных 4 Мбит/с или 16Мбит/с. В качестве
метода управления доступом станций к передающей среде используется метод -
маркерное кольцо (Тоken Ring). Основные положения этого метода:
V устройства подключаются к сети по топологии кольцо;
V все устройства, подключенные к сети, могут передавать данные,
только получив разрешение на передачу (маркер);
V в любой момент времени только одна станция в сети обладает таким
правом.
В IВМ Тоkеn Ring используются три основных типа пакетов:
V пакет управление/данные (Data/Соmmand Frame);
V маркер (Token);
V пакет сброса (Аbort).
Пакет Управление/Данные. С помощью такого пакета выполняется передача
данных или команд управления работой сети.
Маркер. Станция может начать передачу данных только после получения
такого пакета, В одном кольце может быть только один маркер и,
соответственно, только одна станция с правом передачи данных.
Пакет Сброса. Посылка такого пакета называет прекращение любых передач.
В сети можно подключать компьютеры по топологии звезда или кольцо.
Локальная сеть Ethernet.
Спецификацию Ethernet в конце семидесятых годов предложила компания
Xerox Corporation. Позднее к этому проекту присоединились компании Digital
Equipment Corporation (DEC) и Intel Corporation. В 1982 году была
опубликована спецификация на Ethernet версии 2.0. На базе Ethernet и
нститутом IEEE был разработан стандарт IEEE 802.3. Различия между ними
незначительные.
Основные принципы работы.
На логическом уровне в Ethernet применяется топология шина:
V все устройства, подключенные к сети, равноправны, т.е. любая
станция может начать передачу в любой момент времени (если
передающая среда свободна);
V данные, передаваемые одной станцией, доступны всем станциям сети.
4. Правила монтажа кабельной части ЛВС.
10 BaseT
В 1990 году институт IEEE выпустил спецификацию 802.3 для построения
сети Ethernet на основе витой пары. 10 BaseT (10 – скорость передачи 10
Мбит с., Base – узкополосная, Т – витая пара) – сеть Ethernet, которая
для соединения компьютеров обычно использует неэкранированную витую пару
(UTP). Большинство сетей этого типа строятся в виде звезды, но по
системе передачи сигналов представляют собой шину, как и другие
конфигурации Ethernet. Обычно разветвитель сети 10BaseT выступают как
многопортовый репитер. Каждый компьютер подключается к другому концу
кабеля, соединенного с разветвителем, и использует две пары проводов: одну
для приема, другую для передачи.
Максимальная длина сегмента 10BaseT – 100 м. Минимальная длина кабеля –
2,5 м. ЛВС 10BaseT может обслуживать до 1024 компьютеров.
Для построения сети 10BaseT применяют:
- кабель категории 3, 4 лил 5 UTP;
- соединители RJ – 45 на концах кабеля.
Расстояние от рабочей станции до разветвителя не больше 100 м.
10Base2
В соответствии со спецификацией IEEE 802.3 эта топология называется
10Base2 (10 – скорость передачи 10 Мбит / с, Base – узкополосная передача,
2 – передача на расстояние, примерно в два раза превышающее 100 м
(фактическое расстояние 185 м).
Сеть такого типа ориентирована на тонкий коаксиальный кабель, или тонкий
Ethernet, с максимальной длиной сегмента 185 м. Минимальная длина кабеля
0,5 м. Кроме того существует ограничение на максимальное количество
компьютеров, которое может быть подключено на 185 – метровом сегменте
кабеля, - 30 штук.
Компоненты кабеля «тонкий Ethernet”:
- BNC баррел – коннекторы (соединители);
- BNC Т – коннекторы;
- BNC – терминаторы.
Сети на тонком Ethrnet обычно имеют топологию «шина».Стандарты IEEE для
тонкого Ethernet не предусматривают использование кабеля трансивера между
Т – коннектором и момпьютером. Вместо этого Т – коннектор располагают
непосредственно на плате сетевого адаптера.
BNC барелл – коннектор, соединяя сегменты кабеля, позволяет увеличить
его общую длину. Однако их использование необходимо свести к минимуму,
поскольку они ухудшают качество сигнала.
Сеть на тонком Ethernet – экономичный способ реализации сетей для
небольших отделений для рабочих групп. Используемый в такого типа сетях
кабель относительно не дорогой, прост в установке, легко конфигурируется.
Сеть на тонком Ethernet может поддерживать до 30 узлов (компьютеров и
принтеров) на один сегмент.
Сеть на тонком Ethernet может состоять максимум из пяти сегментов
кабеля, соединенных четырьмя репитерами, но только к трем сегментам при
этом могут быть подключены рабочие станции. | |
