Архивы рубрики: Теория программирования

Беспроводная сеть

Беспроводной связь — это передача информации на расстояние без использования электрических проводников или «проводов». Это расстояние может быть как малой (несколько метров, как в телевизионном дистанционном управлении), так и очень большим (тысячи или даже миллионы километров для телекоммуникаций ). Беспроводная связь обычно рассматривается как отрасль телекоммуникаций.

Беспроводная технология в общем используется для оборудования мобильных информационных технологий. В их состав входят мобильные телефоны, наладонники (PDA) и беспроводные сети. Другие примеры беспроводных технологий включают устройства глобального позиционирования, устройства дистанционного открывания гаража, беспроводные компьютерные мыши и клавиатуры, спутниковое телевидение и мобильные и радиотелефоны.

Развитие беспроводных технологий

В последние годы направление беспроводных компьютерных сетей и удаленного доступа потерпел бурного развития. Это связано с распространением блокнотных компьютеров, систем поискового вызова (так называемых пейджеров) и появлением систем класса «персональный секретарь» (Personal Digital Assistant (PDA)), расширением функциональных возможностей сотовых телефонов. Такие системы должны обеспечить деловое планирование, расчет времени, хранение документов и поддержание связи с удаленными станциями. Девизом этих систем стало anytime, anywhere, т.е. предоставление услуг связи вне зависимости от места и времени. Кроме того, беспроводные каналы вязкую актуальные там, где невозможно или дорого прокладку кабельных линий и значительные расстояния. До недавнего времени большинство беспроводных компьютерных сетей передавала данные со скоростью от 1.2 до 14.0 Кбит / с, зачастую только короткие сообщения (передача файлов больших размеров или длинные сеансы интерактивной работы с базой данных были недоступны). Новые технологии беспроводного передачи оперируют со скоростями в несколько десятков мегабит в секунду.
Классификация беспроводных сетей

В зависимости от технологий и передающих сред, которые используют, можно определить следующие классы беспроводных сетей:
сети на радиомодема;
сети на сотовых модемах;
инфракрасные системы;
системы VSAT;
системы с использованием низкоорбитальных спутников;
системы с технологией SST;
радиорелейные системы;
системы лазерной связи.

Федеральная комиссия по электросвязи США (FCC) определила следующие категории PCS (Personal Communication Services) и соответствующие полосы частот:
узкополосные PCS (диапазон 900-901, 930-931, 940-941 МГц ) для скоростных пейджерных сетей, двунаправленного передачи сообщений, передача сообщений вещания;
широкополосные PCS (120, 1850-2200 МГц);
сотовую связь;
цифровое передачи речи и данных;
нелицензированные PCS (40 МГц, от 1890 до 1930 МГц);
беспроводные ЛМ и АТС организаций в ближайшем радиусе действия;
в пределах одного здания или группы зданий.

Нелицензированные PCS обеспечивают передачу данных со скоростью до 10 Мбит / с.
Сети на радиомодема

Для передачи данных используют полосы частот радио-и ультракоротковолнового диапазона. Каждый радиомодем имеет антенну и передатчик для направленного передачи сигналов. Самыми популярными технологиями беспроводной передачи этого класса является:
радио Ethernet ( IEEE 802.11 );
HIPERLAN ;
Bluetooth.
IEEE 802.11
Подробнее в статье IEEE 802.11

IEEE 802.11 — это семья технологий беспроводной передачи в радиодиапазоне. Сегодня самая популярная технология стандарта IEEE 802.11b; она позволяет передавать данные со скоростью 11 Мбит / с на расстояние от нескольких до десятков километров. Выходная скорость зависит от уровня помех, оборудование. На базе IEEE 802.11b строят беспроводные локальные сети Wireless LAN ( WLAN )).

Группа стандартов IEEE 802.11 фактически определяет физический и канальный уровень протоколов передачи. Стандарты отличаются реализациями физических уровней передачи, обеспечивают разные скорости.
IEEE 802.11 — это предварительная версия стандарта, известная как радио Ethernet (Wireless Ethernet); сегодня уже устарела.
IEEE 802.11b обеспечивает максимальную скорость передачи 11 Мбит / с и использует 14 каналов в диапазоне 2.4 ГГц.
IEEE 802.11a обеспечивает скорость передачи 54 Мбит / с. Работает в диапазоне 5 ГГц. Имеет 12 каналов передачи. В ней используются два поддиапазона передачи 5.15-5.25, 5.25-5.35 ГГц.
IEEE 802.11g — обеспечивает скорость передачи 22 Мбит / с. Работает в диапазоне 2.4 ГГц. Полностью совместим с IEEE 802.11b, однако предлагает три новые методыкодирования, которые позволяют увеличить скорость.

Организация Wireless Ethernet Compatibility Alliance ( WECA ) сертифицирует оборудование на соответствие IEEE 802.11b и ставит на нем отметку Wi-Fi Compatible (Wireless Fidelity).
HIPERLAN
Подробнее в статье HIPERLAN

HIPERLAN (High Performance Radio Local Area Network) разработана Европейским институтом стандартов по телекоммуникационным технологиям (European Telecommunications Standards Institute). Она является аналогом IEEE 802.11, который используется в Европе, и бывает таких разновидностей:
HiperLAN / 1 — скорость до 20 Мбит / с в диапазоне 5 ГГц;
HiperLAN / 2 — скорость до 54 Мбит / с в диапазоне 5 ГГц.
Bluetooth

Bluetooth — это интерфейсная беспроводная технология. Диаметр сети 10-30 м (в перспективе — 100 м). Работает в багатопунктовому режиме, не обязательно в зоне прямой видимости. Главное назначение — создание бытовых сетей, присоединения мультимедийной периферии, стиральных машин, холодильников и т.д.. Концепция сети Bluetooth разработала 1994 шведская фирма Ericsson. Название технологии происходит от прозвища, которое дали Викингу Геральду Блатанду, который в X в. объединил разрозненные земли, создав Датское королевство. В 1997 г. созданы первые приемники-передатчики. В 1998 г. сформирована группа SIG, в которую вошли Ericsson, IBM, Intel, Nokia, Toshiba. В 1999 p. выпущено спецификации на оборудование. Подробнее о технологии Bluetooth. Новые технологии беспроводного передачи (Ultra Wideband (UWB)) предлагают скорости передачи, превышающие 100 Мбит / с, и требуют минимальных затрат энергии.
Технология SST

В технологии SST (Spread Spectrum Technology) использовано распределение сигнала по спектру частот. Это позволяет значительно повысить пропускные способности канала благодаря большей помехоустойчивости. Технологию SST уже длительный период применяли в военных целях. Есть две разновидности сетей SST:
FH-SS. Приемник и передатчик синхронно перескакивают с частоты на частоту;
DH-SS. В каждый момент времени сигнал «размазано» по широкому диапазону частот. Технология SST позволяет не только увеличить пропускные способности сети, но и лучше реализовать защиту информации от прослушивания. Внешний наблюдатель такую информацию воспринимает как «белый шум».
Спутниковые технологии
Технология VSAT

Технология VSAT (Very Small Aperture Terminal) использует для передачи данных геостационарные спутники, размещенные над экватором Земли на высоте 40 тыс. км.Наземные станции для связи со спутником применяют эллиптические антенны диаметром 3 м. Канал VSAT:
обеспечивает скорость передачи данных до 2 Мбит / с;
позволяет реализовать сочетание на большие расстояния с переходом государственных границ;
соизмеримый по цене с кабельными каналами такой же пропускной способности. Одновременно этот канал отличается значительными задержками передачи данных, обусловленными большим расстоянием до спутника (задержка составляет примерно 250 мкс, тогда как для кабельных сетей — 15 мкс). Поэтому канал VSAT нельзя использовать в системах реального времени и оперативной связи.

Поскольку стоимость спутникового канала велика, то поставщик услуг покупает у владельца спутника канал связи большой емкости и продает части пропускной способности канала. Итак, сеть с использованием звеньев VSAT имеет звездную структуру.
Системы низкоорбитальных спутников

Системы на базе низкоорбитальных спутников LEO (Low Earth Orbit), как и системы VSAT, для передачи используют спутник. Спутник находится на высоте около 100 км на обычной, а не геостационарной орбите. В этом случае уменьшается задержка в передаче данных. Кроме того, вывести такой спутник на орбиту гораздо дешевле, чем геостационарный. Вместе с тем для поддержания постоянной связи нужно использовать большое количество таких низкоорбитальных спутников. Среди имеющихся проектов LEO можно выделить систему Iridium, которая использует 66 спутников.

В первом варианте предполагали, что в системе будет 77 спутников. Именно столько электронов содержит атом иридия. Позже оказалось, что достаточно 66. Однако название решили оставить (название элемента с 66 электронами диспрозия происходит от латинского disprosius — труднодостижимой).

Корпорация Teledesic, владельцами которой являются Bill Gates и Greg MacCaw, планирует создать всемирную систему передачи мультимедийной информации на основе LEO-технологии. Планируется, что такая сеть будет использовать 840 спутников и предоставлять пользователям каналы пере ¬ пускнои способности от 62 Кбит / с до 2 Мбит / с.
Сети на сотовых модемах

Сети на сотовых модемах используют существующую инфраструктуру сотовой телефонии. Они работают в особо тяжелых условиях больших помех, периодического пропадания сигнала.

Среди методов доступа выделяют аналоговые, использующие для передачи аналоговый сигнал. Это классические методы доступа в сотовых сетях FDMA (Frequency Division Multiple Access), TACS (Total Access Communication System).

Главный ресурс сотовой сети — это предназначенный для нее диапазон частот. Аналоговые методы доступа выделяют для каждого передачи отдельный канал — полосу частот в предназначенном для сети диапазоне. В этом случае соседние сотовые ячейки не могут работать в одном и том же диапазоне частот (иначе передачи в соседних ячейках мешали бы друг другу). Частотный диапазон делят на семь частей.

Среди методов доступа, которые используют цифровое передачи, популярны различные модификации TDMA (Time Division Multiple Access). Они применяют известный принцип распределения времени передачи на отдельные временные слоты. К этой группе методов относятся AMPS (Advanced Mobile Phone Service) (частотные каналы шириной 30 кГц делятся на три временные слоты), NAMPS (Narrowband AMPS), PDC (каналы по 25 кГц, три слота), GSM (диапазон 200 кГц, восемь слотов ).
CDMA

Передовой сегодня является технология CDMA (Code Division Multiple Access), которая использует цифровое передачи.
CDPD

Технология CDPD (Cellular Digital Packet Data) реализует как пакетное передачи (протокол TCP / IP), так и модемный интерфейс (АТ-команды). В отличие от радиомодемов, сотовые модемы используют не специальные антенны и приемники-передатчики, а соответствующие устройства сотового телефона. При передаче данных применяют протоколы MNP-10 или ETC. Протокол MNP-0 динамически оптимизирует скорость передачи данных и уровень сигнала, имеет развитые средства працювання ошибок.
ETC

Протокол ETC предложила 1993 г. фирма AT & T Paradyne. Он основывается на состояние ¬ Дарти V.32bis (14.4 Кбит / с) и позволяет поддерживать связь с другими модемами стандарта ETC и другими протоколами. По сравнению с MNP-10 совершеннее технически. Развитие технологий на более высоких уровнях протокола выраженный в организации доступа к Internet. Этот доступ возможен благодаря использованию WAP-технологий.
Системы на базе инфракрасных каналов

Системы на базе инфракрасных каналов отличаются небольшой стоимостью приемников и передатчиков (от 1.5 до 4.5 дол. США), высокими скоростями передачи. Однако инфракрасные каналы работают только в условиях прямой видимости. Ассоциация Infrared Data Communications разработала стандарт передачи инфракрасным каналом со скоростью 115.2 Кбит / с.
Радиорелейная связь

Радиорелейные станции (РРС) используют для передачи аналогового сигнала в телевидении и цифрового в последовательном коде по стандарту ITU G.703 в телефонии. Канал G.703 имеет пропускной способностью 2 Мбит / с. Его можно использовать, например, для соединения сегментов Ethernet. Современные цифровые РРС имеют полосу перепуска 2-34 Мбит / с. Поэтому часто ее разделяют на несколько каналов. Максимальное расстояние для связи РРС — 60-80 км. Для наземных РРС используют частотные диапазоны 1, 5, 7, 15, 23, 34 ГГц. Взаимодействия маршрутизатора и РРС постигают при помощи конвертера V.35/G.703.

 

Электронные вычислительные машины

Различают несколько (пять основных) поколений ЭВМ, каждое из которых свидетельствует о состоянии развития этой отрасли

Первая электронная вычислительная машина на радиолампах ENIAC изобретена в 1946 г. в США под руководством Д. Маучли и Д. Эккерта.

Прошло еще несколько лет, пока не сложились основные принципы построения ЭВМ — архитектура современных ЭВМ. Эти принципы были обоснованы выдающимся математиком Дж. фон Нейманом ( один тысяча девятьсот три — один тысяча девятьсот пятьдесят-семь ) в 1946г. Первая ЭВМ, основанная на этих принципах, — EDSAC была создана в Англии в 1949 г. М. Уилксом.

Первая ЭВМ на территории бывшего СССР — МЭСМ была создана в 1950 г. в Киеве по проекту С. А. Лебедева.
Виды
Мини-ЭВМ ( minicomputer ) — малая ЭВМ, имеющая небольшие размеры и стоимость. Появившись в конце 1960-х годов, мини-ЭВМ имеют широкие возможности в решении задач различных классов.
МикроЭВМ ( microcomputer ) — ЭВМ малых размеров, созданная на базе микропроцессора. Различают микроЭВМ встроенные и персональные, настольные и портативные, профессиональные и бытовые.
Характеристики

Быстродействие ЭВМ ( computer speed ) — характеристика ЭВМ, определяющий количество элементарных операций (сложение и др.)., выполняемых за единицу времени.

 

Механические и электромеханические вычислительные машины

Попытки создать механическую вычислительную машину осуществлялись еще в средние века. Проект одной из таких машин принадлежит Леонардо да Винчи ( 1452 — 1519 ).

Первая счетная машина, о которой сохранились сведения, было построено в 1623 г. немцем В. Шикард. В 1642 г. французский ученый Блез Паскаль сконструировал механический вычислитель, что позволяет складывать и вычитать числа. В 1673 г. немецкий ученый Г. Лейбниц (1646-1716) разработал счетное устройство — арифмометр, выполнявший не только сложение и вычитание, но и умножение и деление. М. Лейбниц говорил: «… не достойно совершенства человеческого, подобно рабам, тратить часы на вычисления». Введением в практику двоичной арифметике ученый заложил основу, на которой покоятся все киты современной вычислительной техники.

«Если бы мне пришлось выбирать в анналах истории наук святого — покровителя кибернетики, то я выбрал бы Лейбница» — так оценил заслуги немецкого ученого основоположник кибернетики Норберт Винер.

Лейбниц предложил также арифметизацию логики. Однако центральной фигурой «алгебраического этапа» логики был английский ученый Дж. Буль ( 1815 — 1864 ). Он создал свою алгебру — алгебру Буля — которая оперирует только двумя понятиями: истинные и ложные.

Работы Г. Лейбница и Дж. Буля заложили теоретическую базу для практической реализации вычислительных устройств высокой производительности.

Впервые состав и назначение функциональных средств автоматической вычислительной машины определил в 1834 г. английский математик и экономист Ч. Бэббидж ( одна тысячу семьсот девяносто два — один тысяче восемьсот семьдесят-один ) в своем неосуществленному проекте аналитической машины. Большую помощь Бэббиджу предоставила его ученица Ада Августа Лавлейс — дочь известного английского поэта Байрона. Леди Лавлейс считается первой в истории программистки. Она заложила основы теоретического программирования, написав первый учебник по этому предмету. Ей принадлежит изобретение оператора условного перехода, именно она ввела понятие рабочей ячейки и цикла.

Первая релейная вычислительная машина Z1 построена Конрадом Цюзе в 1936 г. в Германии.

 

Уровни схем контроля

Уровни представления схем контроля
уровень логических схем.
функциональный уровень.
системный уровень.
пользовательский уровень.
Методы контроля на уровне узлов вычислительной техники
контроль по паритету — чёт, нечёт ( Основу ЭВМ составляют 9-ти разрядные байты : 1 бит контроля на 8 информационных разрядов);
2 обнаруживающие и корректирующие коды (коды Хемминга, Н-матрица );
3 циклические коды (последовательная передача );

4 дублирование со сравнением (n- ирование , при n=2);
Избыточность

Избыточность — это средства построения схем контроля.
Виды:
информационная избыточность — вводятся дополнительные контрольные разряды (9-ти разрядный байт);
аппаратурная избыточность — вводится дополнительное оборудование (СВК – схемы встроенного контроля, ССВК – само проверяемые СВК, дублирование и др.);
алгоритмическая избыточность — решение по разным алгоритмам со сравнением;
временная избыточность — отводится дополнительное время на контроль (потеря рабочего времени).

В современных ЭВМ в основном используется информационно-аппаратурный метод избыточности.

Дублирование

Дублирование- это самый простой способ по структуре и самый дорогой по затратам для универсальных ЭВМ.

СК – схема контроля.
СС — схема сравнения.
Основной узел такой же, как дополнительный.
СС — строится :
линейка 2-х входовых сумматоров по модулю 2 с объединением по “ИЛИ “
компаратор с выходом =.

Система кодирования ошибок.
Сигнал ошибки=0,если ошибки нет.
Сигнал ошибки=1,если она есть.

Необходимо строить схему контроля таким образом, чтобы она удовлетворяла правилам кодирования.

 

Система автоматического контроля

Функции системы автоматического контроля
уменьшение потерь от сбоев и отказов;
предотвращение распространения ошибок в вычислительном процессе;
определение ошибки максимально близко к месту её возникновения;
Алгоритм Системы Автоматического контроля:

1) при возникновении ошибки в регистре ошибок, сервисный процессор останавливает вычислительный процесс;

2) запоминается слово состояния машины;
Читать далее