Kandaurova_N_Vychislitelnye_sistemy_seti_i_telekommunikatsii

разрядов этого КЧ определяются по правилам, аналогичным тем, которые использовались для определения значений контрольных символов в процессе кодирования. Разница лишь в том, что при определении значений разрядов КЧ проверяются на четность не только информационные позиции, но и контрольные (Ki+∑ni)mod2 для каждого i = 1, 2, 4, 8, где ni – значения информационных разрядов i = 3, 5, 6, 7, 9, 10, 11, 12. Например, для определения значения младшего разряда КЧ проверяются на четность позиции кодовой комбинации с нечетными номерами 1, 3, 5, 7, 9, 11. Аналогично определяются другие разряды КЧ (см. таблицу 19.2)

Таблица 19.2 – Преобразования кода для обнаружения и исправления одиночной ошибки

				Формирование кодов
	№№ разрядов	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	Кодирование
	Исходный код	1	0	1	1	1	1	0	1		Не заняты			и
	Позиции													декодирование
		К1	К2	n3	К4	n5 n6		n7	К8	n9	n10	n11	n12
	Кi и ni
	Определение	? ? 1			? 0		1	1	? 1		1	0	1	Кодирование
	Кi													( ∑ n)mod2=?
	Определение		→ 1 + 0				+ 1 + 1 + 0 +							(n3+n5+n7+n9
	К1=1 →													+n11)mod2=1
	Определение		→	1	+		1	1		+	1	0	+	(n3+n6+n7+n10
	К2=0 →													+n11)mod2=0

Определение

→

0

1

1

+

1

(n5+n6+n7

К4=1

→

+n12)mod2=1

Определение

→

1

1

0

1

(n9+n10+n11

К8=1

→

+n12)mod2=1

	Разрешѐнный	1	0	1	1	0	1	1	1	1	1	0	1	Отправленный
	код													код
														Принятый
	Запрещѐнный	1	0	1	1	0	1	1	1	1	0	0	1	код
	код													Декодирование
														(K+∑ n)mod2=?
	Определение	1 + 1 + 0 + 1 + 1 + 0 +												(К1+n3+n5+n7+n9
	КЧ=_ _ _ 0													+n11)mod2=0
	Определение	→ 0		1		+	1	1		+	0	0	+	(К2+n3+n6+n7+n10
	КЧ=_ _ 1 0													+n11)mod2=1
	Определение		→		1	0	1	1			+		1	(К4+n5+n6+n7
	КЧ=_ 0 1 0													+n12)mod2=0
	Определение				→				1	1	0	0	1	(К8+n9+n10+n11
	КЧ=1 0 1 0													+n12)mod2=1

Значение корректирующего числа КЧ=1010(2)=12(10) определяет номер позиции кодовой комбинации, в которой произошла ошибка. Для ее исправления необходимо значение кода в этой позиции изменить на

320

противоположное (0 на 1). Если КЧ=0000, то это указывает на отсутствие ошибок в принятой кодовой комбинации. Процесс декодирования завершается выделением из кодовой комбинации информационных символов.

Выполнение лабораторной работы

Для получения зачѐта по лабораторной работе необходимо:

1)знать вышеизложенный теоретический материал помехоустойчивого (избыточного) кодирования с использованием корректирующих (помехоустойчивых) кодов, которые применяется в ЭВМ и в ТКС для защиты от ошибок при передаче информации между устройствами;

2)выбрать из таблицы 19.3 код (т – исходные информационные символы) по № задания, соответствующему № студента в журнале учебной группы (или другим способом по согласованию с преподавателем);

3)определить в этом коде для обнаружения однократной ошибки

контрольный символ K1, который занимает позицию, соответствующую значению 20=1, т.е. позицию с номером 1 (нумерация позиций кодовой комбинации – слева направо);

4)определить в этом коде для исправления однократной ошибки

контрольные символы, которые занимают позиции, соответствующие значениям 20=1, 21=2, 22=4, 23=8, т.е. позиции с номерами 1, 2, 4, 8 (нумерация позиций кодовой комбинации – слева направо);

Таблица 19.3 – Варианты заданий

№	т – исходные
задания	информационные символы
1	10001001
2	10011000
3	10011010
4	10101001
5	10101011
6	10111010
7	10111100
8	11001011
9	11001101
10	11011100
11	11011110
12	11101101

5)изменить в исходном коде своего задания, выбранном из таблицы 19.1, значение любого одного разряда на противоположное (0 на 1 или 1 на 0 – имитация ошибки);

321

6)продемонстрировать обнаруживающую способность однократной ошибки кода Хэмминга в ошибочном (запрещѐнном) коде путѐм формирования корректирующего числа и его анализа (КЧ=0000 ?);

7)продемонстрировать корректирующую способность однократной ошибки кода Хэмминга в ошибочном (запрещѐнном) коде путѐм формирования корректирующего числа и его анализа (КЧ=?). Для ее исправления необходимо значение кода в этой позиции изменить на противоположное (0 на 1 или 1 на 0);

8)материалы всей работы (отчѐт о работе) оформить в электронной среде MS Word, Paint, Visio или Рисование и сохранить на логическом диске D:/Студент/№ группы/ФИО студента/№ работы (а также создать копию отчѐта о работе на любом внешнем ЗУ) и представить преподавателю для защиты;

9)защитить результаты выполненной работы, ответить на контрольные вопросы.

Примечание. Только после представления отчѐта (результатов выполненной работы) в электронном виде преподавателю и еѐ защиты она считается выполненной.

Контрольные вопросы

1.Перечислите три основных вида методов защиты от ошибок.

2.Охарактеризуйте 2 групповых метода.

3.Объясните смысл помехоустойчивого кодирования.

4.Назовите 2 метода защиты от ошибок в системах передачи с обратной связью.

5.Что предполагает использование помехоустойчивого (избыточного) кодирования?

6.Сколько существует помехоустойчивых кодов, отличающихся по своим корректирующим возможностям?

7.Перечислите наиболее важные показатели корректирующих кодов.

8.Дайте определение значности кода.

9.Дайте определение избыточности кода.

10.Что означает корректирующая способность кода.

11.От чего зависит выбор корректирующего кода для его использования в данной ТКС?

12.Дайте определение кодового расстояния.

13.Какие коды наиболее эффективны для информационных систем?

14.Какое кодовое расстояние должно быть между кодовыми словами для обнаружения однократной ошибки?

15.Какое кодовое расстояние должно быть между кодовыми словами для обнаружения для исправления однократной ошибки?

16.Какому условию должен удовлетворять контрольный разряд K1?

17.Поясните преобразования, показаные в таблице 19.1.

322

18.Какие ещѐ ошибки, кроме одиночной ошибки, позволяет обнаружить метод Хэмминга?

19.Какое количество контрольных символов в кодовой комбинации должно быть, чтобы в процессе декодирования, сформированное корректирующее число, могло указать позицию кодовой комбинации с максимальным номером?

20.В какую сторону сдвигаются разряды исходного кода при вводе избыточных контрольных разрядов?

21.Какие позиции займут контрольные разряды, сдвинув разряды исходного кода вправо?

22.Поясните преобразования, показаные в таблице 19.2.

23.Как определяются значения контрольных символов?

Лабораторная работа № 20. РАСЧЁТ ЁМКОСТИ ОЗУ С МАТРИЧНОЙ ОРГАНИЗАЦИЕЙ ПАМЯТИ

Цель:

1) закрепить теоретические знания и получить практические навыки оценки ѐмкости блока элементов памяти ОЗУ компьютера при матричной организации памяти, реализующей координатный принцип адресации, когда адрес делится на две части;

2) научиться определять ѐмкость блока элементов памяти ОЗУ компьютера с матричной организации памяти, реализующей координатный принцип адресации, при различной разрядности адреса и соответственно регистров X и Y.

Краткие теоретические сведения

Комплекс технических средств, реализующих функцию памяти, называется запоминающим устройством (ЗУ). ЗУ необходимы для размещения в них программ и данных. Они обеспечивают центральному процессору доступ к информации.

Запоминающие устройства делятся на основную память (ОП), сверхоперативные ЗУ (СОЗУ) и внешние запоминающие устройства (ВЗУ).

Основная память включает два типа устройств: оперативное запоминающее устройство (ОЗУ или RAM – Random Access Memory) и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ или ROM – Read Only Memory).

ОЗУ предназначено для хранения переменной информации. Оно допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения процес сором вычислительных операций с данными и может работать в режимах записи, хранения и чтения.

ПЗУ содержит информацию, которая не должна изменяться в ходе выполнения процессором вычислительных операций, например стандартные программы и константы. Эта информация заносится в ПЗУ перед установкой микросхемы в компьютер. Основными операциями, которые может выполнять ПЗУ, являются хранение и чтение.

Функциональные возможности ОЗУ шире, но ПЗУ сохраняет информацию при отключении питания, т.е. является энергонезависимой памятью.

В современных компьютерах микросхемы памяти (ОП и СОЗУ) изготавливают из кремния по полупроводниковой технологии с высокой степенью интеграции элементов на кристалле, что позволяет сделать установку элементов памяти в кристалле (чипе) настолько плотной, что размеры элементов памяти становятся сопоставимыми с размерами отдельных атомов.

Основной составной частью микросхемы является массив элементов памяти (ЭП), объединенных в матрицу накопителя.

324

Каждый элемент памяти может хранить 1 бит информации и имеет свой адрес. ЗУ, позволяющие обращаться по адресу к любому ЭП в произвольном порядке, называются запоминающими устройствами с произвольным доступом.

При матричной организации памяти реализуется координатный принцип адресации ЭП. В связи с этим адрес делится на две части (две координаты) – X и Y. На пересечении этих координат находится элемент памяти, чья информация должна быть прочитана или изменена (см. рисунок

20.1).

ОЗУ связано с остальным микропроцессорным комплектом компьютера через системную магистраль (СМ), состоящей из шины данных (ШД), шины управления (ШУ) и шины адреса (ША).

По ШД передается информация, записываемая в память или считываемая из нее.

По ШУ передается сигнал, определяющий, какую операцию необходимо выполнить.

Регистр X

Дешифратор X

Блок

элементов

памяти

Регистр данных	Регистр управления	Регистр адреса
Сектора	Шина управления СМ	Шина адреса СМ

Y2 a b

Рисунок 20.1 – Структурная схема ОЗУ

По ША передается адрес элементов памяти, участвующих в обмене. Поскольку данные передаются машинными словами, а один ЭП может

воспринять только один бит информации, блок элементов памяти состоит из n матриц ЭП, где n – количество разрядов в машинном слове. Максимальная емкость памяти определяется количеством линий в шине адреса системной магистрали. Если количество линий обозначить через m, то емкость памяти (т.е. количество элементов памяти, имеющих уникальные адреса) определяется как 2m. Так, в IBM РС ХТ шина адреса СМ содержит 20 линий. Поэтому максимальный объем ОП в этих машинах равен 220 = 1 Мбайт. В IBM РС АТ (с микропроцессором i80286) СМ содержит 24 линии, поэтому объем ОП может

325

быть увеличен до 16 Мбайт. Начиная с МП i80386, шина адреса содержит 32 линии. Максимальный объем ОП увеличился до 232= 4 Гбайта.

Микросхемы памяти могут строиться на статических (SRAM) и динамических (DRAM) ЭП. В качестве статического ЭП чаще всего выступает статический триггер. В качестве динамического ЭП может использоваться электрический конденсатор, сформированный внутри кремниевого кристалла.

Статические ЭП способны сохранять свое состояние (0 или 1) неограниченно долго при включенном питании. Динамические ЭП с течением времени записанную в них информацию теряют (например, из-за саморазряда конденсатора), поэтому они нуждаются в периодическом восстановлении записанной в них информации – в регенерации.

Микросхемы элементов памяти динамических ОЗУ отличаются от аналогичных ЭП статических ОЗУ меньшим числом компонентов в одном элементе памяти, в связи с чем имеют меньшие размеры и могут быть более плотно упакованы в кристалле. Однако из-за необходимости регенерации информации динамические ОЗУ имеют более сложные схемы управления.

Основными характеристиками ОЗУ являются объем и быстродействие. В современных ПК ОЗУ имеет модульную структуру. Сменные модули могут иметь различное конструктивное исполнение (SIP, ZIP, SIMM, DIMM и др.). Увеличение объема ОЗУ обычно связано с установкой дополнительных

модулей. Время доступа к модулям DRAM составляет 60 – 70 нс.

На производительность компьютера влияют не только время доступа, но и такие параметры (связанные с ОЗУ), как тактовая частота и разрядность шины данных системной магистрали. Если тактовая частота недостаточно высока, то ОЗУ простаивает в ожидании обращения. При тактовой частоте, превышающей возможности ОЗУ, в ожидании будет находиться системная магистраль, через которую поступил запрос в ОЗУ.

Разрядность шины данных (8, 16, 32 или 64 бита) определяет длину информационной единицы, которой можно обменяться с ОЗУ за одно обращение.

Выполнение лабораторной работы

Для получения зачѐта по лабораторной работе необходимо:

1)знать вышеизложенный теоретический материал по оценке ѐмкости блока элементов памяти ОЗУ компьютера при матричной организации памяти, реализующей координатный принцип адресации, когда адрес делится на две части;

2)выбрать из таблицы 20.1 регистр адреса и, соответственно, разрядность регистров X и Y по № задания, соответствующему № студента в журнале учебной группы (или другим способом по согласованию с преподавателем);

3)определить ѐмкость блока элементов памяти ОЗУ компьютера при матричной организации памяти, реализующей координатный принцип

326

адресации, когда адрес делится на две части в соответствии с методикой, изложенной в кратких теоретических сведениях и исходными данными, взятыми из таблицы 20.1;

4)провести анализ полученного показателя в зависимости от разрядности регистра адреса, а также его влияние на производительность компьютера с учѐтом тактовой частоты и разрядности шины данных;

5)провести анализ полученного показателя в зависимости от разрядности регистра адреса, а также его влияние на производительность компьютера с учѐтом тактовой частоты и разрядности шины управления;

Таблица 20.1 – Варианты заданий

№	Регистр адреса	Регистр X	Регистр Y
задания	(бит)	(бит)	(бит)
1	16	8	8
2	17	8	9
3	18	9	9
4	19	9	10
5	20	10	10
6	21	10	11
7	22	11	11
8	23	11	12
9	24	12	12
10	25	12	13
11	26	13	13
12	27	13	14
13	28	14	14
14	29	14	15
15	30	15	15
16	31	15	16
17	32	16	16

6)материалы всей работы (отчѐт о работе) оформить в электронной среде MS Word, Paint, Visio или Рисование и сохранить на логическом диске D:/Студент/№ группы/ФИО студента/№ работы (а также создать копию отчѐта о работе на любом внешнем ЗУ) и представить преподавателю для защиты;

7)защитить результаты выполненной работы, ответить на контрольные вопросы.

Примечание. Только после представления отчѐта (результатов выполненной работы) в электронном виде преподавателю и еѐ защиты она считается выполненной.

327

Контрольные вопросы

1.Что называется запоминающим устройством (ЗУ)?

2.Для чего необходимы ЗУ?

3.Кому ЗУ обеспечивает доступ к информации?

4.На какие виды делятся ЗУ компьютеров?

5.Какие 2 типа устройств включает основная память?

6.Для чего предназначено ОЗУ?

7.Какие операции может выполнять ОЗУ?

8.Для чего предназначено ПЗУ?

9.Когда информация заносится в ПЗУ?

10.Какие операции может выполнять ПЗУ?

11.Какой тип ЗУ (ОЗУ или ПЗУ) является энергонезависимой памятью?

12.По какой технологии изготавливают микросхемы памяти (ОП и СОЗУ)?

13.Что является основной составной частью микросхемы памяти?

14.Сколько бит информации может хранить каждый элемент памяти (ЭП)?

15.Какое ЗУ называются запоминающими устройствами с произвольным доступом?

16.Какой принцип адресации ЭП реализуется при матричной организации памяти?

17.Сформулируйте определение системной магистрали (СМ) компьютера.

18.Из каких шин состоит системная магистраль?

19.Какая информация передается по шине данных (ШД)?

20.Какая информация передается по шине управления (ШУ)?

21.Какая информация передается по шине адреса (ША)?

22.Из скольки матриц ЭП состоит блок элементов памяти?

23.Чем определяется максимальная емкость памяти?

24.Если шина адреса содержит 32 линии, каков будет максимальный объем ОП?

25.На каких ЭП могут строиться микросхемы памяти?

26.Что выступает чаще всего в качестве статического (SRAM) ЭП?

27.Что выступает чаще всего в качестве динамического (DRAM) ЭП?

28.Охарактеризуйте функциональные возможности статических (SRAM) и динамических (DRAM) ЭП.

29.Проанализируйте достоинства и недостатки статических (SRAM) и динамических (DRAM) ЭП.

30.Перечислите основные характеристиками ОЗУ.

31.Как при модульной структуре ОЗУ можно увеличить его объѐм?

32.Сколько нс составляет время доступа к модулям DRAM?

Лабораторная работа № 21. РАСЧЁТ ЁМКОСТИ НАКОПИТЕЛЕЙ НА ЖЁСТКИХ МАГНИТНЫХ ДИСКАХ

Цель:

1) закрепить теоретические знания и получить практические навыки оценки ѐмкости НЖМД, состоящих из множества жѐстких пластин, закреплѐнных монолитно на общей оси вращения, одноимѐнные концентрические дорожки которых на всех рабочих поверхностях образуют цилиндры;

2) научиться определять ѐмкость винчестерского НЖМД, состоящего из нескольких пластин с 2-мя рабочими поверхностями, множеством дорожек, секторов и постоянной ѐмкостью 1-го сектора.

Краткие теоретические сведения

Накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД) являются наиболее распространенными внешними запоминающими устройствами компьютеров. Для запоминания данных у них используются магнитные материалы с прямоугольной петлей гистерезиса, позволяющие фиксировать два состояния намагниченности. Каждому из этих состояний ставятся в соответствие двоичные цифры: 0 и 1.

В качестве устройств НЖМД широкое распространение в компьютерах получили накопители типа «винчестер». Термин «винчестер», возник из жаргонного названия первой модели жесткого диска емкостью 16 Кбайт (IBM, 1973 г.), имевшего 30 дорожек по 30 секторов, что случайно совпало с калибром «30/30» известного охотничьего ружья «Винчестер».

Современный винчестерский диск на самом деле является пакетом дисков, который состоит из (2-10) и более пластин из сплавов алюминия или керамических пластин. Они покрыты ферроматериалом, закреплены на общей оси и жестко соединены с механизмом вращения дисковода. Вся группа дисков вместе с блоком магнитных головок чтения/записи размещена в герметичном корпусе, из которого откачивается воздух. Такая конструкция обеспечивает высокую плотность записи информации и, следовательно, ѐмкость диска, а также позволяет значительно увеличить скорость вращения пакета дисков (5400-7200 обор/мин и более) и, следовательно, скорость передачи информации. Емкость этих накопителей достигает сотни гигабайт.

В НЖМД различных фирм используются разные материалы для магнитного покрытия. Диски ранних конструкций имели оксидное покрытие (окись железа), современные диски – кобальтовое покрытие.

Оксидное покрытие наносилось на поверхность диска в виде магнитного лака, который после высыхания образовывал довольно толстый магнитный слой. Обеспечить устойчивую запись в таком слое можно было за счет длительного воздействия электромагнитным полем. Поэтому магнитные «следы» на поверхности диска получались большого размера, что приводило

329