Вставская Е.В. Архитектура ЭВМ, систем, сетей, лекции

Подождите немного. Документ загружается.

ВВЕДЕНИЕ 2

1 УПРАВЛЯЮЩИЕ КОМПЛЕКСЫ 6

1.1 Классификация ЭВМ 6

1.2 Структура ЭЦВМ 8

1.2.1 Типы системных магистралей цифровых вычислительных машин 10

1.3 Характеристики ЭЦВМ 16

1.4 Типовой состав аппаратных средств ЭУМ 19

1.5 Запоминающие устройства ЭУМ 21

1.5.1 Классификация ЗУ 21

1.5.2 Иерархическая структура построения ЗУ ЭУМ 25

1.5.3 Принцип построения ОЗУ 31

1.5.4 Принцип построения ПЗУ 34

1.5.5 Структура внутренней памяти ЭУМ 35

1.6 Процессоры ЭУМ 37

1.6.1 Структура процессора 37

1.6.2 Способы адресации 40

1.6.3 Алгоритм работы процессора 49

1.6.4 Арифметико-логические устройства 55

1.6.5 Система прерываний процессора 62

1.7 Организация ввода - вывода в ЭВМ 67

1.7.1 Программный ввод-вывод 72

1.7.2 Ввод-вывод в режиме прерываний 75

1.7.3 Идентификация прерывающего устройства 81

1.7.4 Вложенные прерывания 85

1.7.5 Ввод - вывод с прямым доступом к памяти 87

1.8 Общие принципы построения и функционирования узла коммутации с

программным управлением 91

1.9 Общие принципы построения ЭУС узлов коммутации 96

1.9.1 Основы построения централизованных ЭУС квазиэлектронных узлов

коммутации 106

1.9.2 Основы построения иерархических и децентрализованных ЭУС

электронных узлов коммутации 113

1.10 Основы построения системного интерфейса ЭУС 121

1.11 Структура и режимы работы центральных управляющих устройств 128

1.12 Принципы построения периферийных управляющих устройств 137

2 ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭУМ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОЙ

КОММУТАЦИИ 152

2.1 Основные сведения о программном обеспечении ЭВМ 152

2.2 Состав программного обеспечения систем коммутации с программным

управлением 153

2.3 Этапы и средства разработки программного обеспечения СКПУ 158

2.4 Основные характеристики программного обеспечения СКПУ 162

2.4.1 Время реакции СКПУ 162

2.4.2 Эффективность сопровождения 167

2.4.3 Качество 170

2.4.4 Структурность 177

2.4.5 Адаптируемость 181

ВВЕДЕНИЕ

Общее направление научно-технического прогресса в современном

обществе неуклонно ведет к усложнению взаимосвязи между различными

звеньями общественного производства, увеличению информационных

потоков в технической, научной, политической культурной, бытовой и других

сферах общественной деятельности. Совершенно очевидно, что ни один

процесс в жизни современного общества не может происходить без обмена

информацией, для своевременной передачи которой используются различные

средства и системы электрической связи.

Развитие сети электросвязи в стране осуществляется как создание

Единой автоматизированной сети связи страны (ЕАСС), которая позволяет

повысить эффективность технических средств коммутации и каналов связи

путем максимального их объединения и многоцелевого использования.

Важнейшей частью ЕАСС является общегосударственная автоматическая

коммутируемая телефонная сеть связи, по которой осуществляется передача

большей части информации ЕАСС. Объём передаваемой информации

непрерывно и весьма интенсивно растёт. Характерными при этом являются

не только количественный рост объёмов информации, но и качественно

новые требования к процессам распределения и передачи информации.

Прогресс коммутационной техники связан с новейшими достижениями и

бурным развитием электронной и вычислительной техники и привел к

созданию качественно новых систем автоматической коммутации. К таким

системам относятся квазиэлектронные и электронные автоматические

станции и узлы, в которых система управления построена на основе

использования вычислительных средств.

Современные электронные системы коммутации строятся на основе

временного деления каналов и использования импульсно-кодовой модуляции

(ИКМ). Обычно системы такого типа называются интегрально-цифровыми

системами связи (ИЦСС), так как в основу их построения положен единый

способ, как передачи, так и коммутации дискретных сигналов.

Анализ особенностей отдельных сетей передачи информации, изучение

требований пользователей, исследование тенденций развития новых

информационных служб приводят к выводу, что средства связи могут стать

наиболее эффективными только при условии объединения (интеграции) всех

сетей связи в виде единой системы. Поэтому как у нас, так и за рубежом

ведутся разработки основных концепций организации подобной интегральной

сети, которая за рубежом по терминологии Международным

Консультативным Комитетом по Телеграфии и Телефонии (МККТТ) названа

Integrated Service Digital Network (интегральная сервисная цифровая сеть

связи). В отечественной литературе используются и другие термины, в

частности цифровая сеть интегрального обслуживания (ЦСИО). Главной

целью ЦСИО является предоставление потребителю широкого круга услуг

связи в рамках единой сети с высокими технико- экономическими

показателями.

Выпускаемые в настоящее время электронные и квазиэлектронные

системы коммутации имеют программный принцип построения

управляющих устройств. Это означает, что в указанных системах все

действия управляющих устройств заранее определены и регламентированы

алгоритмом (программой) их функционирования, хранящимся в

закодированном виде в памяти этих устройств.

В современных квазиэлектронных и электронных АТС применяются как

централизованные, так и децентрализованные системы управления. В

качестве центрального управляющего устройства (ЦУУ) используются

специализированные ЭВМ, которые в автоматической электросвязи

получили название электронных управляющих машин (ЭУМ). В

децентрализованных системах в качестве управляющего устройства

применяются в основном микропроцессорные системы.

Современные автоматические системы коммутации с программным

управлением имеют ряд важных преимуществ, среди которых, прежде всего

следует отметить высокую надежность и малый объём оборудования АТС.

Преимуществом новых систем коммутации является снижение

эксплуатационных расходов за счет автоматизации и централизации

процессов контроля за работоспособностью оборудования, поиска

неисправностей и устранения повреждений путём переключения

неисправного блока на резервный и др. Снижение эксплуатационных

расходов обеспечивается также благодаря автоматизации процессов сбора

статистических данных о параметрах поступающей телефонной нагрузки,

качестве обслуживания вызовов. На современном этапе развития

автоматической электросвязи наблюдается тенденция разделения функций

эксплуатационно-технического обслуживания узлов коммутации и функций

управления процессами обслуживания вызовов и создания специальных

центров технической эксплуатации (ЦТЭ), которые должны реализовать

дистанционное наблюдение за работоспособностью оборудования узлов и

станций, а также каналов связи.

Весьма существенной в системах коммутации с управлением по записанной

программе является возможность расширения круга телефонных услуг,

предоставляемых абонентам, т. е. предоставления дополнительных видов

обслуживания (ДВО). Введение новых ДВО представляет собой несложную

процедуру и сводится к изменению алгоритмов функционирования системы

управления путём простой замены или перезаписи программ в памяти

управляющего устройства.

На узлы коммутации с программным управлением можно также

возложить дополнительные задачи по динамическому управлению сетью.

Известно, что в различные моменты в отдельных направлениях сети могут

возникнуть перегрузки. В таких случаях чрезвычайно важно обнаружить эти

направления и передать информацию по обходным путям. Система

динамического управления сетью позволяет при занятости каналов или их

неисправности выбрать оптимальный план распределения передачи

информации через обходные направления и тем самым существенно

повысить использование каналов связи.

Потребителями информации являются не только люди, но и ЭВМ

различного назначения. Если средства электросвязи ранее предназначались

лишь для обмена информацией между людьми, то в современных условиях

они используются также для передачи информации между различными

цифровыми устройствами, между людьми и ЭВМ. Таким образом, перед

аппаратурой автоматической коммутации ставятся новые дополнительные

требования, которые сводятся к необходимости обеспечения соединения

между собой не только телефонных аппаратов для передачи речи, но и других

оконечных устройств для передачи других видов информации.

Дальнейшим совершенствованием систем автоматической коммутации

является широкое применение в них цифровой вычислительной техники с

использованием сверхбольших интегральных схем (микропроцессорной)

техники. Малые габариты и масса микропроцессоров в сочетании со

сравнительно низкой стоимостью и достаточно высокой произ-

водительностью позволили перейти к совершенно иному принципу

построения системы управления, а именно, от централизованного управления

к децентрализованному. Децентрализованная система управления

характеризуется модульным построением программных и аппаратных

средств и распределением функций обслуживания вызовов между

отдельными управляющими устройствами, построенными на основе

применения микропроцессоров.

Наиболее перспективным способом построения системы управления

является децентрализованное, при котором каждое управляющее устройство

выполняет определенный набор функций или одну функцию обслуживания

вызовов и содержит необходимый объем программного обеспечения и данные,

требуемые для выполнения этих функций. Однако внедрение

децентрализованной системы управления связано с преодолением

определенных трудностей, вызванных необходимостью решения таких

проблем, как рациональное распределение функций обслуживания вызовов

между управляющими устройствами, входящими в состав системы

управления, организация межпроцессорного обмена и др. Совершенствование

систем коммутации с целью улучшения качества обслуживания абонентов,

предоставление им дополнительных услуг и уменьшение эксплуатационных

расходов производятся, как правило, за счет усложнения оборудования АТС

и, в первую очередь, системы управления станции. Именно этим определяется

рост удельного веса и функциональной значимости управляющего обо-

рудования в новых системах АТС. Необходимо учитывать еще и то

обстоятельство, что стоимость АТС, сроки их разработки и отладки в

значительной степени определяются программным обеспечением систем

управления АТС.

Таким образом, для успешного развития ЕАСС прежде всего необходима

установка, отладка и надёжная эксплуатация автоматизированных

комплексов управления коммутацией, фундаментальными аппаратными

модулями которых являются электронные цифровые управляющие машины

и сами узлы коммутации. Автоматизированные комплексы состоят из двух

неразрывных частей - аппаратуры и программного обеспечения.

1 УПРАВЛЯЮЩИЕ КОМПЛЕКСЫ

1.1 Классификация ЭВМ

Вид перерабатываемой информации влияет на структуру вычис-

лительных машин (ВМ), которые в зависимости от этого делят на два

основных класса: аналоговые и цифровые (рис.1).

Аналоговая вычислительная машина (АВМ) - машина оперирующая

информацией, представленной в виде непрерывно изменяющихся

физических величин. В качестве физических переменных могут быть

использованы сила тока в электрической цепи, изменение скорости или

ускорения движения тела и т. п.

Многие явления в природе математически описываются одними и теми

же уравнениями. Следовательно, с помощью одного физического процесса

можно моделировать различные процессы, имеющие одно и то же

математическое описание, а электронные аналоговые вычислительные

машины, имеющие как основное преимущество быстродействие и удобство в

эксплуатации, являются универсальными моделирующими устройствами для

всевозможных применений.

Цифровая вычислительная машина (ЦВМ) - машина, оперирующая

информацией, представленной в дискретном цифровом виде.

В настоящее время в математике разработаны методы численного

решения многих видов уравнений, (следовательно, появилась возможность

решать различные уравнения и задачи с помощью набора простых

арифметических и логических операций). Поскольку все аналоговые

(непрерывные) величины определяются количественно, то есть могут

описываться в цифровой форме, то любая ЦВМ является универсальным

логическим и вычислительным средством. В противоположность этому АВМ

по своему характеру предназначены для решения каких-то классов задач.

Вычислительные машины

Аналоговые

Цифровые

Гибридные

Смешанные

Оптоэлектронные

Механические

Электронные

Рис.1 Классификация вычислительных машин

Существуют вычислительные машины, в которых совмещены

положительные качества ЦВМ (высокая точность и универсальность в

отношении классов задач) и АВМ (оперативность ввода информации и

быстродействие в выполнении операций). Такие машины получили название

комбинированных или гибридных ВМ.

По принципу действия основных узлов (по типу применяемой

элементной базы) АВМ и ЦВМ разделяют на механические, смешанные

(гидромеханические, электромеханические, пневмомеханические и т. п.),

электронные и оптоэлектронные.

В настоящее время наиболее распространены электронные цифровые

вычислительные машины (ЭЦВМ), выполненные на основе применения

новейших достижений технологии полупроводниковых приборов

(полупроводниковые интегральные схемы различной степени интеграции,

главным образом - сверхбольшие интегральные схемы (СБИС)).

Электронные вычислительные машины можно разделить на два вида:

универсальные и проблемно-ориентированные (специализированные).

Универсальная ЭВМ - машина, обладающая широкими возможностями в

решении задач для различных отраслей науки, техники и народного

хозяйства.

Среди проблемно-ориентированных машин выделяются управляющие

ЭВМ (УВМ). Проблемно-ориентированные машины отличаются от

универсальных ЭВМ тем, что путем сужения возможностей ЭВМ в

отношении классов решаемых задач удаётся существенно упростить

структуру самой машины. Ограничения касаются так же и набора языков

программирования, специализированные трансляторы для которых

выполняются схемным способом и поставляются в виде дополнительных

модулей расширения возможностей УВМ.

1.2 Структура ЭЦВМ

В настоящее время известны две структуры, служащие для построения

ЭЦВМ различного назначения:

- структура ЭЦВМ с пространственным разделением линий

межблочных связей (рис.2 а));

- структура ЭВМ с временным разделением (мультиплексированием)

линий межблочных связей (с магистральной связью) (рис.2 б)).

Первая структура служит основой для создания дорогостоящих

уникальных быстродействующих сложных ЭВМ для исследований в области

разработки новых ЭВМ. Вторая структура служит основой для построения

дешёвых ЭВМ массового применения, имеющих меньшее быстродействие,

чем ЭВМ первого типа. Для ЭВМ, имеющих системную магистраль с

временным разделением, передача цифровой информации между двумя

блоками происходит в течение выделенного интервала времени. Третий блок

в течение этого интервала простаивает. Таким образом определяется

принципиальное ограничение быстродействия ЭВМ второго типа. Структура

ЭВМ с пространственным разделением линий межблочных связей является

закрытой, не подлежащей дальнейшему наращиванию для модернизации

эксплуатируемой ЭВМ.

а)