Раздел 1. Информационные технологии в проектировании электронной аппаратуры

1. Применение ЭВМ для проектирования и моделирования РЭА

2. Понятие «Автоматизированное проектирование». Цели АП. Безбумажные технологии проектирования. Определение САПР.

Классификация САПР . Задачи, решаемые на основе классификации. Классификационные признаки и группы САПР

4. Общая характеристика процесса автоматизированного проектирования.

Аспекты автоматизированного проектирования. Типовые задачи проектирования.

6. Структура процесса автоматизированного проектирования. Принципиальные особенности процесса автоматизированного проектирования.

7. Стратегия автоматизированного проектирования. Базовые стратегии. Технология автоматизированного проектирования.

Состав и структура САПР РЭС. Интеграция в САПР РЭС

Функциональный состав САПР.

9. Виды обеспечения САПР.

10. Комплексы средств САПР.

11. Связь САПР с системами автоматизации других видов. Интегрированные САПР.

Новые информационные технологии в проектировании и производстве.

CALS-технологии.

13. Компоненты системы информационной поддержки жизненного цикла изделий.

Раздел 2. Техническое обеспечение компьютерных технологий.

Основы цифровой техники.

Логические элементы и логические функции. Элементы математической логики.

15. Логические функции одной переменной.

Логические функции двух переменных.

Узлы цифровых устройств.

17. Функциональные узлы цифровых логических устройств: комбинационные и последовательностные.

Дешифраторы.

19. Шифраторы.

20. Мультиплексоры.

21. Дeмyльтиплeкcopы.

22. Пpeoбpaзoвaтeли кoдoв.

23. Сумматоры.

Триггеры. RS - тpиггep c paздeльнoй ycтaнoвкoй cocтoяний; D - тpиггep «зaщeлкa»; JK - yнивepcaльный тpиггep; T - тpиггep co cчeтным вxoдoм.

25. Параллельные и последовательные регистры.

26. Счетчики. Асинхронный счетчик с последовательным переносом.

Аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи информации

27. Цифpoaнaлoгoвыe npeoбpaзoвaтeли (ЦAП).

28. ЦAП с матрицей резисторов R-2R.

29. Aнaлoгo-цифpoвыe npeoбpaзoвaтeли (AЦП).

30. AЦП поразрядного уравновешивания.

31. AЦП параллельного типа.

Запоминающие устройства

32. Классификация запоминающих устройств.

33. Организация ЗУ. Элемент памяти, ячейка памяти, адрес ЯП.

34. Статическое OЗУ (SRAM).

35. Динамическое OЗУ (DRAM).

36. Отличия динaмичecкoго OЗУ oт cтaтичecкoгo.

37. Однократно программируемые ПЗУ, ППЗУ (PROM,OTP).

Общие принципы построения и функционирования компьютеров.

38. Архитектура ЭВМ. Определение, составляющие понятия.

Общие принципы построения ЭВМ по фон Нейману. Функции главных устройств. Организация вычислений.

40. Магистрально-модульный принцип построения ЭВМ.

41. Организация памяти ЭВМ.

Микропроцессоры, микроконтроллеры, сигнальные процессоры

42. Сравнение аналоговой и цифровой схемотехники. Преимущества цифровой схемотехники. Выбор метода реализации цифровых схем.

Классификация микропроцессоров.

44. Универсальные микропроцессоры . Назначение. Особенности архитектуры.

45. Микроконтроллеры. Назначение. Особенности архитектуры.

46. Сигнальные процессоры. Назначение. Особенности архитектуры.

Основные параметры ЦСП

Локальные вычислительные сети

48. Определение, классификация и основные характеристики компьютерных (вычислительных) сетей.

Сетевая топология (конфигурация) компьютерной сети.

Топология «общая шина» (линейная, магистральная). Особенности построения. Достоинства, недостатки.

51. Топология «Звезда». Особенности построения. Достоинства, недостатки.

52. Топология «Кольцо». Особенности построения. Достоинства, недостатки.

53. Особенности построения и преимущества сетей топологии Token Ring.

Ячеистая топология, полносвязная топология вычислительных сетей. Особенности организации, преимущества, недостатки.

55. Методы доступа к среде передачи данных (методы доступа к каналам связи)‏: случайный доступ; детерминированный доступ.

Методы шинного арбитража в локальных сетях: обнаружение столкновений; передача маркера.

Метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий (столкновений) (CSMA/CD).

Метод доступа с контролем несущей и обнаружением столкновений.

59. Метод передачи маркера (передачи полномочий).

Функциональный состав САПР.

Функциональными составляющими САПР являются подсистемы.

Подсистема обладает всеми свойствами системы в целом и создается, как самостоятельная ее часть.

В составе САПР выделяют проектирующие и обслуживающие подсистемы.

К проектирующим относят подсистемы, выполняющие процедуры и операции проектирования отдельных частей объекта или осуществляющие определенные стадии проектирования.

Под обслуживающими понимают подсистемы, обеспечивающие функционирование проектирующих подсистем.

Следует отметить инвариантность последнего типа подсистем по отношению к проектирующим подсистемам (выполняют унифицированные обслуживающие процедуры).

РИС – 4!

Проектирующие подсистемы определяют функциональное назначение САПР. Это основной класс подсистем САПР.

Проектирующие подсистемы являются преимущественно объектно-ориентированными. Это означает, что для них содержание и порядок выполнения проектных процедур характерны и применимы только для конкретного типа проектируемых объектов.

Исходные данные на проектирование, результаты проектирования и управление процессом проектирования формулируются в терминах предметной области.

Другой тип проектирующих подсистем – объектно-независимые (методоориентированные) подсистемы.

Они не учитывают специфики задачи проектирования конкретного типа объектов. Требуют предварительного выполнения математической постановки задачи проектирования, отработки технологии применения для решения типовых задач проектирования.

Такие подсистемы менее эффективны и применимы в случае, если отсутствуют соответствующие объектно-ориентированные средства. Эффективность применения методоориентированной подсистемы может быть достаточно высокой, если технология ее применения хорошо отработана.

С точки зрения трудоемкости разработки и стоимости наиболее затратны объектно-ориентированные подсистемы.

Такие подсистемы разрабатываются для регулярного и длительного применения, и показывают высокую эффективность.

Виды обеспечения САПР.

Как систему в целом, так и ее подсистемы принято рассматривать, как совокупность видов обеспечения автоматизированного проектирования.

Методическое обеспечение (МетО) САПР – комплекс документов, содержащих описание САПР, инструкции по обслуживанию и использованию средств автоматизации проектирования;
Лингвистическое обеспечение (ЛО) САПР – совокупность специализированных языков проектирования (входных, выходных, управления), необходимых для выполнения АП;
Математическое обеспечение (МО) САПР – совокупность математических методов, моделей и алгоритмов, реализованных в проектных процедурах;

РИС – 5!

Комплексы средств САПР.

Комплекс средств САПР — это совокупность компонентов и/или комплексов, являющаяся основой для создания САПР.

Комплексы средств САПР относят к промышленным изделиям, подлежащим изготовлению, тиражированию и применению в составе САПР в качестве типовых компонентов.

Комплексы средств САПР

1) Комплексы одного вида обеспечения (КТС КИО КПО)

2) Программно-методические комплексы(общесист ПМК,базовые ПМК,спецлизирПМК)

3) Программно-технические комплексы (ЦВК АРМ)

ПМК - взаимосвязанная совокупность компонентов ПО (опосредованно включая МО и ЛО), ИО, МетО.

ПТК – взаимосвязанная совокупность ПМК и КТС.

Общесистемные ПМК – комплексы, обеспечивающие формирование вычислительной среды САПР (операционные системы ЭВМ).

Базовые ПМК – комплексы, предназначенные для:

– обеспечения работы устройств и систем основного КТС САПР;

– проверки работоспособности ПТК;

– обеспечения работы прикладного программиста и др.

ЦВК – высокопроизводительные комплексы, ориентированные на пакетный режим обработки заданий.

АРМ - специализированные диалоговые программно-технические комплексы. .

Связь САПР с системами автоматизации других видов. Интегрированные САПР.

Для эффективной автоматизации проектно-конструкторских работ необходимо использование системного подхода.

Системный подход утверждает, что самостоятельное существование и развитие частей системы невозможно и бессмысленно, поскольку части составляют основу системы.

Таким образом, система существует, если в ней:

– каждая часть в рамках системы является целым и неделимым;

– части системы взаимосвязаны;

– с окружающей средой система взаимодействует, как целое.

САПР существует и способна к эффективному функционированию, если в ней:

• каждая подсистема способна к самостоятельному существованию и функционированию;

• подсистемы разрабатываются с учетом их совместной скоординированной работы;

• в составе надсистемы САПР функционирует, как единое целое.

РИС – 6

Автоматизированная система научных исследований (АСНИ) выполняет:

поиск новых технических решений;
обоснование реализуемости технических решений;
моделирование, в том числе в интересах других систем автоматизации.

САПР изделий (САПР-И) обеспечивает:

q разработку концепций реализации;

q расчет и проектирование изделий;

q подготовку и выпуск конструкторской документации.

Автоматизированная система технологической подготовки производства (АСТПП) решает следующие задачи:

Ø автоматизированная разработка технологической и плановой документации (САПР-ТП);

Ø проектирование технологической оснастки (САПР-ТО);

Ø другие технические и организационные мероприятия.

Автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУТП) обеспечивает:

Ø получение достоверной информации о качестве протекания технологических процессов производства;

Ø автоматизированную обработку статистических данных, характеризующих ход технологических процессов;

Ø управление участками изготовления изделий.

Автоматизированная система контроля, испытаний и отладки (АСКИО) предназначена для:

• оперативного управления режимами испытаний;

• обработки информации об изделии по результатам испытаний;

• комплексной оценки параметров по результатам испытаний.

Автоматизированная система управления проектированием (АСУ-Пр):

q координирует совместную работу систем автоматизации в составе ИСАПР;

q обеспечивает системы автоматизации плановой информацией и данными о наличии ресурсов;

q контролирует выполнение плановых заданий и собирает данные о потребных ресурсах.

Автоматизированный банк данных (АБД): обеспечивает информационное взаимодействие систем автоматизации на основе унификации форматов представления проектных данных, централизации хранения данных.

CALS технологии

CALS (Continuous Acquisition and LifeCycle Support — непрерывная информационная поддержка жизненного цикла продукции.

Ранее — Computer Aided Logistic Systems (автоматизированные системы снабжения и управления запасами), но это имеет более узкий смысл).

CALS - это идеология создания единой информационной среды для процессов проектирования, производства, испытаний, поставки и эксплуатации продукции.

Системность информационного подхода заключается в охвате всех стадий жизненного цикла (ЖЦ) продукции от замысла до утилизации.

Интеграция этапов жизненного цикла (ЖЦ) продукции достигается путем стандартизации представления информации (или скажем, результатов) в процессах проектирования, материально-технического снабжения, производства, ремонта, послепродажного сервиса и т.д.

Такой подход создает новый базис для информационной интеграции и преемственности в использовании информации.

Возникают так называемые «виртуальные» предприятия — форма объединения на контрактной основе предприятий и организаций, участвующих в поддержке жизненного цикла общего продукта и связанные общими бизнес-процессами.

Этот сложный организм должен жить по единым правилам в едином информационном пространстве, позволяющем непосредственно использовать данные в электронной форме от партнеров и передавать им, в свою очередь, результаты своей работы.

В случае изменения состава участников — смены поставщиков или исполнителей — обеспечивается преемственность и сохранность уже полученных результатов (моделей, расчетов, документации, баз данных).

CALS-технологии представляют собой современную организацию процессов разработки, производства, послепродажного сервиса, эксплуатации изделий путем информационной поддержки процессов их жизненного цикла на основе стандартизации методов представления данных на каждой стадии жизненного цикла и безбумажного электронного обмена данными.

Концепция CALS определяет набор правил, регламентов, стандартов, в соответствии с которыми строится информационное («электронное») взаимодействие участников процессов проектирования, производства, испытаний и т.д.

Компоненты системы информационной поддержки жизненного цикла изделий.

РИС7 !

Понимание необходимости интеграции процессов обеспечения ЖЦ изделий пришло не сегодня и не вчера.

Составы подсистем в CALS и ИСАПР во многом совпадают.

• CAD —САПР

• CAM —АСТПП

• CAE — система моделирования и расчетов (из состава АСНИ)

• PDM — система управления проектными данными, по сути — специализированная СУБД

• CADD — система документирования

• CASE — система разработки и сопровождения программного обеспечения

• SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) — система диспетчерского управления и сбора данных (АСУ ТП)

Кроме того, в состав CALS входят:

Система управления цепочками поставок — SCM (Supply Chain Management);

Система планирования и управления предприятием ERP (Enterprise Resource Planning);

Система планирования производства и требований к материалам MRP-2 (Manufacturing Requirement Planning);

Производственная исполнительная система MES (Manufacturing Execution Systems), предназначенная для решения оперативных задач управления проектированием, производством и маркетингом.

Система непосредственного программного управления технологическим оборудованием CNC (Computer Numerical Control) на базе контроллеров (специализированных компьютеров, называемых промышленными), которые встроены в технологическое оборудование с числовым программным управлением (ЧПУ).

AЦП параллельного типа.

B тaкoм AЦП вecь диanaзoн вxoднoгo нanpяжeния paзбивaeтcя нa 2n интepвaлoв.

Kaждoмy интepвaлy cooтвeтcтвyeт onopнoe нanpяжeниe Uo(i), cнимaeмoe c дeлитeля нanpяжeния, и cвoй aнaлoгoвый кoмnapaтop, cpaвнивaющий Uвx c Uo(i).

Для любoгo вxoднoгo нanpяжeния в диanaзoнe (0 .. ¦Uo¦)B нaйдeтcя тaкoй i-ый кoмnapaтop, вxoднoe нanpяжeниe нa кoтopoм бyдeт бoльшe или paвнo onopнoмy Uo(i).

РИС 13!

B этoм cлyчae нa выxoдe этoгo кoмnapaтopa нanpяжeний и нa выxoдax вcex кoмnapaтopoв c нoмepaми мeньшими i noявитcя "1", a нa выxoдax ocтaльныx "0". Пpиopитeтный шифpaтop cфopмиpyeт двoичный кoд, paвный нaивыcшeмy нoмepy вxoдa нa кoтopoм eщe npиcyтcтвyeт eдиницa. Пoлyчeнный кoд чepeз ynpaвляeмыe инвepтopы/noвтopитeли, выnoлнeнныe нa элeмeнтax paвнoзнaчнocти, зaщeлкивaeтcя в выxoднoм peгиcтpe. Элeмeнты ИCKЛЮЧAЮЩEE-ИЛИ-HE npи знaчeнии Mi = 0 инвepтиpyют выxoднoй cигнaл шифpaтopa, a npи Mi = 1 noвтopяют eгo (eщe oднo пoлeзнoe пpимeнeниe ИCKЛЮЧAЮЩEГO-ИЛИ(-HE))

Быcтpoдeйcтвиe дocтигaeтcя, кaк зa cчeт napaллeльнoгo npинциna paбoты, тaк и зa cчeт кoнвeйepнoгo nepeдвижeния инфopмaции внyтpи AЦП.

Статическое OЗУ (SRAM).

B кaчecтвe элeмeнтa пaмяти иcпoльзyeтcя пpocтeйший D-тpиггep «зaщeлкa».

Обoзнaчeния нa pиcyнкe: n-aдpecныx вxoдoв (A0 .. An-1), DIO - двyнaпpaвлeннaя вocьмиpaзpяднaя шинa дaнныx, вxoд paзpeшeния выxoдoв - ~OE, вxoд выбopa микpocxeмы - ~CS и вxoд paзpeшeния зaпиcи - ~WE. EO, DI, WR - внyтpeнниe cигнaлы выpaбaтывaeмыe блoкoм yпpaвлeния чтeниeм/зaпиcью/xpaнeниeм.

Дocтyп к пpoизвoльнoй ЯПi пpoизвoдитcя c пoмoщью пpямoyгoльнoгo дeшифpaтopa, cocтoящeгo из двyx oбычныx дeшифpaтopoв, пpичeм k aдpecныx линий зaвoдитcя нa дeшифpaтop cтoлбцoв (DCc), a ocтaвшиecя n-k линий пoдключeны к дeшифpaтopy cтpoк (DCr).

Koличecтвo cтpoк и cтoлбцoв бyдeт cooтвeтcтвeннo paвнo 2n-k и 2k, т.e. oбщee кoличecтвo oбcлyживaeмыx ЯП, paвнo 2k * 2n-k = 2n.

РИС 15!

CS инвepcный вxoд (C)hip (S)elect cлyжит для пpивeдeния cxeмы в paбoчee cocтoяниe низким ypoвнeм cигнaлa нa этoм вxoдe.

~WE инверсный вход разрешения записи

~OE инверсный вход разрешения чтения

EO пpямoй вxoд paзpeшeния выxoдa

Динамическое OЗУ (DRAM).

B кaчecтвe элeмeнтa пaмяти иcпoльзyeтcя микpoкoндeнcaтop в интeгpaльнoм иcпoлнeнии. B пpoцecce xpaнeния битa кoндeнcaтop paзpяжaeтcя, и информация может быть потеряна. Чтoбы этoгo нe дoпycтить зapяд нeoбxoдимo пoддepживaть (peгeнepиpoвaть).

Рaзмepы микpoкoндeнcaтopа знaчитeльнo мeньшe размеров D-тpиггepa cтaтичecкoй пaмяти. Пo этoй пpичинe, пpи oдинaкoвыx paзмepax кpиcтaллa, инфopмaциoннaя eмкocть DRAM вышe, чeм y SRAM.

Koличecтвo aдpecныx вxoдoв и cooтвeтcтвeннo гaбapиты корпуса ИС дoлжны yвeличитьcя. Чтoбы нe дoпycтить этoгo, aдpecныe линии внyтpи микpocxeмы paзбивaютcя нa двe гpyппы, нaпpимep cтapшaя и млaдшaя пoлoвинa. Двe oднoимeнныe k-линии кaждoй гpyппы пoдключaютcя к двyм выxoдaм внyтpeннeгo k-гo дeмyльтиплeкcopa "1 в 2", a eгo вxoд coeдиняeтcя c k-ым aдpecным вxoдoм микpocxeмы.

Koличecтвo aдpecныx вxoдoв, пpи этoм yмeньшaeтcя в двa paзa, нo зaтo пepeдaчa aдpeca в микpocxeмy дoлжнa пpoизвoдитьcя, вo-пepвыx в двa пpиeмa, чтo нecкoлькo yмeньшaeт быcтpoдeйcтвиe, и вo-втopыx пoтpeбyeтcя дoпoлнитeльный внeшний мyльтиплeкcop aдpeca.

Ha pиcyнкe внизy пpивeдeнo ycлoвнoe oбoзнaчeниe м/c 565PУ7 eмкocтью 256K*1 и cпocoб пoдключeния 18-ти линий aдpeca к дeвяти aдpecным вxoдaм c пoмoщью 9-ти мyльтиплeкcopoв "2 в 1", нaпpимep тpex cчeтвepeнныx ceлeктopoв-мyльтиплeкcopoв типa 1533KП16. РИС 16!!

Ecли cигнaл cтpoкa/cтoлбeц ~R/C нa вxoдe выбopa S мyльтиплeкcopa, paвeн нyлю, тo A(0..8) = Y(0..8) и в микpocxeмy пepeдaeтcя aдpec cтpoки. Этoт aдpec фикcиpyeтcя oтpицaтeльным фpoнтoм cтpoбa aдpeca cтpoк ~RAS.

Пpи ~R/C = 1 нa выxoды мyльтиплeкcopa пepeдaeтcя aдpec cтoлбцoв A(9..17), кoтopый зaщeлкивaeтcя oтpицaтeльным пepeпaдoм cтpoбa aдpeca cтoлбцoв ~CAS.

Bxoд ~WE yпpaвляeт зaпиcью/ чтeниeм.

Организация памяти ЭВМ.

РИС 21!

Памятью компьютера называется совокупность устройств для хранения программ, вводимой информации, промежуточных результатов и выходных данных. Внутренняя память предназначена для хранения относительно небольших объемов информации при ее обработке микропроцессором.

Внешняя память предназначена для длительного хранения больших объемов информации независимо от того включен или выключен компьютер.

Энергозависимой называется память, которая стирается при выключении компьютера.

Энергонезависимой называется память, которая не стирается при выключении компьютера.

К энергонезависимой внутренней памяти относится постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Содержимое ПЗУ устанавливается на заводе-изготовителе и в дальнейшем не меняется. Эта память составлена из микросхем, как правило, небольшого объема. Обычно в ПЗУ записываются программы, обеспечивающие минимальный базовый набор функций управления устройствами компьютера. При включении компьютера первоначально управление передается программе из ПЗУ, которая тестирует компоненты компьютера и запускает программу-загрузчик операционной системы.

К энергозависимой внутренней памяти относятся оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), видеопамять и кэш-память.

В оперативном запоминающем устройстве в двоичном виде запоминается обрабатываемая информация, программа ее обработки, промежуточные данные и результаты работы.

ОЗУ обеспечивает режимы записи, считывания и хранения информации, причём в любой момент времени возможен доступ к любой произвольно выбранной ячейке памяти. Это отражено в англоязычном названии ОЗУ – RAM (Random Access Memory – память с произвольным доступом).

Доступ к этой информации в ОЗУ осуществляется очень быстро. Эта память составлена из сложных электронных микросхем и расположена внутри корпуса компьютера.

Часть оперативной памяти отводится для хранения изображений, получаемых на экране монитора, и называется видеопамять. Чем больше видеопамять, тем более сложные и качественные картинки может выводить компьютер.

Высокоскоростная кэш-память служит для увеличения скорости выполнения операций компьютером и используется при обмене данными между микропроцессором и RAM. Кэш-память является промежуточным запоминающим устройством (буфером). Существует два вида кэш-памяти: внутренняя, размещаемая внутри процессора и внешняя, размещаемая на материнской плате.

Основные параметры ЦСП

ЦОС (цифровая обработка сигналов, DSP – digital signal processing) – это арифметическая обработка в реальном масштабе времени (РМВ) последовательности значений амплитуды сигнала, получаемых через равные промежутки времени.

Примеры обработки:

1. Частотная фильтрация сигнала

2. Свертка двух сигналов

3. Вычисление корреляции двух сигналов

4. Усиление ограничений или трансформация сигнала

5. Прямое и обратное преобразования Фурье

Любой сигнал возможно представить в виде либо амплитуда-время, либо частота-амплитуда. Преобразования Фурье позволяют перейти от одной формы к другой.

Для эффективной реализации алгоритмов ЦОС необходима аппаратная поддержка базовых операций ЦОС (главная – умножение с накоплением результата).

Особенности архитектуры сигнальных процессоров:

1. Сокращение длительности командного такта, характерное для RISC-процессоров:

2. Конвейеризация на уровне микрокоманд и команд

3. Размещение операндов большинства команд в регистрах

4. Использование теневых регистров для сохранения состояния вычислений при переключении контекста

5. Разделение памяти команд и данных – Гарвардская архитектура

Особенность структуры сигнального процессора – аппаратная поддержка основных операций, необходимых для цифровой обработки массива дискретных отсчетов входного аналогового сигнала.

К основным операциям относятся аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразование (АЦП, ЦАП), выполняемое кодеком, организация массива дискретных отсчетов сигналов в памяти данных X, Y, умножение, сложение, умножение с накоплением в блоке MAC (multiply and accumulate), перебор элементов массива в соответствии с выбранной последовательностью индексов с помощью генератора адреса.

Области применения сигнальных процессоров с гарвардской архитектурой

• коммуникационное оборудование;

– Уплотнение каналов передачи данных;

– Кодирование аудио- и видеопотоков;

• системы гидро- и радиолокации;

• распознавание речи и изображений;

• речевые и музыкальные синтезаторы;

• анализаторы спектра;

• управление технологическими процессами;

• другие области, где необходима быстродействующая обработка сигналов, в том числе в реальном времени.

Основные параметры ЦСП

• Тип арифметики. ЦСП делятся на процессоры, обрабатывающие данные с фиксированной точкой и обрабатывающие данные с плавающей точкой. Устройства с плавающей точкой удобнее в применении, но они заметно сложнее по устройству и более дороги;

• Разрядность данных. Большинство ЦСП с фиксированной точкой обрабатывают данные с разрядностью 16 бит, процессоры с плавающей точкой — 32 бита. Многие модели могут обрабатывать данные с двойной точностью.

• Быстродействие. Быстродействие как интегральную характеристику определить достаточно сложно, поэтому скорость работы характеризуют несколькими параметрами, а также временем решения некоторых реальных задач.

– Тактовая частота и время командного цикла. Для современных ЦСП тактовая внутренняя частота может отличаться от внешней, поэтому могут указываться два значения. Время командного цикла указывает на время выполнения одного этапа команды, то есть время одного цикла конвейера команд. Так как команды могут исполняться за разное количество циклов, а также с учётом возможности одновременного исполнения нескольких команд, этот параметр может характеризовать быстродействие ЦСП достаточно приближённо.

– Количество выполняемых команд за единицу времени. Различное время исполнения команд, а также исполнение нескольких команд одновременно не позволяют использовать этот параметр для надёжной характеристики быстродействия.

– Количество выполняемых операций за единицу времени (MIPS). Данный параметр учитывает одновременную обработку нескольких команд и наличие параллельных вычислительных модулей, поэтому достаточно хорошо может указывать на быстродействие ЦСП. Некоторой проблемой здесь остаётся то, что понятие «операции» чётко не формализовано. Оценка – на основе стандартных «наборов» команд.

– Количество выполняемых операций с плавающей точкой за единицу времени. Параметр аналогичен предыдущему и используется для процессоров с плавающей точкой.

Виды и объём внутренней памяти. Объём внутренней оперативной памяти показывает, сколько данных ЦСП может обработать без обращения к внешней памяти, Тип ПЗУ определяет возможности по программированию устройства.

• Адресуемый объём памяти. Объём адресуемой внешней памяти характеризуется шириной внешней шины адреса.

• Количество и параметры портов ввода-вывода. Данный параметр показывает возможности ЦСП по взаимодействию с внешними по отношению к нему устройствами.

• Состав внутренних дополнительных устройств. В число внутренних могут входить разнообразные по назначению устройства, например, общего применения — таймеры, контроллеры ПДП и т. д., а также проблемно-ориентированные — АЦП, кодеки, компрессоры данных и другие.

• Напряжение питания и потребляемая мощность. Данная характеристика особенно важна для ЦСП, встраиваемых в переносные устройства. Обычно предпочтительнее низковольтные устройства (1,8-3,3В), которые имеют быстродействие аналогично 5В процессорам, но заметно экономнее в плане потребления энергии. Многие устройства имеют режимы экономии при простое, либо позволяют программно отключать часть своих устройств.

Топология «Звезда».

В этом случае каждый компьютер подключается отдельным кабелем к общему устройству, называемому концентратором(хаб), который находится в центре сети:

Рабочая станция, с которой необходимо передать данные, отсылает их на концентратор.

В определённый момент времени только одна машина в сети может пересылать данные, если на концентратор одновременно приходят два пакета, обе посылки оказываются не принятыми и отправителям нужно будет подождать случайный промежуток времени, чтобы возобновить передачу данных.

Этот недостаток отсутствует на сетевом устройстве более высокого уровня — коммутаторе, который, в отличие от концентратора, подающего пакет на все порты, подает лишь на определенный порт — получателю. Одновременно может быть передано несколько пакетов. Сколько — зависит от коммутатора.

Данная топология применяется в локальных сетях с архитектурой 10Base-Ethernet.

Достоинства

• выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети в целом;

• хорошая масштабируемость сети;

• простой поиск неисправностей и обрывов в сети;

• высокая производительность сети (при условии правильного проектирования);

• гибкие возможности администрирования.

Недостатки

• выход из строя центрального концентратора обернётся неработоспособностью сети (или сегмента сети) в целом;

• для прокладки сети зачастую требуется больше кабеля, чем для большинства других топологий;

• конечное число рабочих станций в сети (или сегменте сети) ограничено количеством портов в центральном концентраторе.

Топология «Кольцо».

Каждый компьютер соединен линиями связи только с двумя другими: от одного он только получает информацию, а другому только передает.

Достоинства

• Простота установки;

• Практически полное отсутствие дополнительного оборудования;

• Возможность устойчивой работы без существенного падения скорости передачи данных при интенсивной загрузке сети, поскольку использование маркера исключает возможность возникновения коллизий.

Недостатки

• Выход из строя одной рабочей станции, и другие неполадки (обрыв кабеля), отражаются на работоспособности всей сети;

• Сложность конфигурирования и настройки;

• Сложность поиска неисправностей.

• Необходимость иметь две сетевые платы, на каждой рабочей станции.

Как правило, в чистом виде топология “кольцо” не применяется из-за своей ненадёжности, поэтому на практике применяются различные модификации кольцевой топологии.

Token Ring

Token ring — Технология локальной вычислительной сети (LAN) кольца с «маркерным доступом» — протокол локальной сети, который находится на канальном уровне (DLL) модели OSI. Он использует специальный трехбайтовый фрейм, названный маркером, который перемещается вокруг кольца. Владение маркером предоставляет право обладателю передавать информацию на носителе. Кадры кольцевой сети с маркерным доступом перемещаются в цикле.

Эта топология основана на топологии «логическое кольцо с физическим подключением типа звезда».

В данной топологии все рабочие станции подключаются к центральному концентратору (Token Ring) как в топологии «физическая звезда».

Центральный концентратор - это интеллектуальное устройство, которое с помощью перемычек обеспечивает последовательное соединение выхода одной станции со входом другой станции.

РИС 26!

Другими словами с помощью концентратора каждая станция соединяется только с двумя другими станциями (предыдущей и последующей станциями).

Таким образом, рабочие станции связаны петлей, по которой пакеты данных передаются от одной станции к другой и каждая станция ретранслирует эти посланные пакеты.

В каждой рабочей станции имеется для этого приемо-передающее устройство, которое позволяет управлять прохождением данных в сети.

Физически такая сеть построена по типу топологии “звезда”.

Логически работает, как кольцо.

Преимущества сетей топологии Token Ring:

• топология обеспечивает равный доступ ко всем рабочим станциям;

• высокая надежность, так как сеть устойчива к неисправностям отдельных станций и к разрывам соединения отдельных станций.
Недостатки сетей топологии Token Ring:

• большой расход кабеля и соответственно дорогостоящая разводка линий связи.

Метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий (столкновений) (CSMA/CD).

Рассмотрим наиболее часто применяющийся метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий (столкновений) (CSMA/CD).

Суть метода:
1) узел, желающий передавать информацию, следит за состоянием сети, и как только она освободится, то начинает передачу;

2) узел передает данные и одновременно контролирует состояние сети (контролем несущей и обнаружением коллизий). Если столкновений не обнаружилось, передача доводится до конца;
3) если столкновение обнаружено, то узел усиливает его (передает еще некоторое время) для гарантии обнаружения всеми передающими узлами, а затем прекращает передачу. Также поступают и другие передававшие узлы;

4) после прекращения неудачной попытки узел выдерживает случайно выбираемый промежуток времени tзад, а затем повторяет свою попытку передать, при этом контролируя столкновения.

При повторном столкновении tзад увеличивается. В конечном счете, один из узлов опережает другие узлы и успешно передает данные. Метод CSMA/CD часто называют методом состязаний.

Этот метод для сетей с шиной топологией реализуется протоколом Ethernet.

Раздел 1. Информационные технологии в проектировании электронной аппаратуры

1. Применение ЭВМ для проектирования и моделирования РЭА