Файл: Архитектура современных компьютеров (Персональный компьютер - универсальная техническая система).pdf

Среди множества возможных подходов к решению задачи коммутации абонентов в сетях выделяют два основополагающих:

• коммутация каналов (circuit switching);
• коммутация пакетов (packet switching).

КОММУТАЦИЕЙ КАНАЛОВ называют совокупность операций, выполняемых коммутаторами для получения составного физического канала связи между двумя точками сети. При этом на время сеанса связи для пары взаимодействующих точек занимаются некоторые ресурсы сети – абонентские линии, линии или каналы связи между узлами сети, аппаратура, создающая точки коммутации в узлах. Эти ресурсы не могут использоваться для обеспечения других соединений в сети в течение сеанса связи, независимо от того, ведется передача информации по организованному каналу в данный момент или нет.

Основным достоинством этого метода коммутации является:

1. обеспечение диалога между пользователями;
2. постоянная и известная скорость передачи информации по установленному каналу;
3. низкий и постоянный уровень задержки передачи данных.

Основные недостатки:

1. сеть может отказать в обслуживании запроса на установление соединения из-за недоступности необходимых ресурсов сети на любом участке или отказа вызываемого абонента поддержать соединение;
2. низкое использование пропускной способности физических каналов связи из-за наличия пауз внутри информационных потоков;
3. невозможно динамически перераспределять пропускную способность канала связи между разными соединениями;
4. обязательная задержка перед передачей данных из-за фазы установления соединения.

Узлы с коммутацией каналов обслуживают поступающие вызовы по системе с отказами. Показателем качества обслуживания является процент отказов (или процент потерянных вызовов).

КОММУТАЦИЕЙ СООБЩЕНИЙ называется совокупность операций по приему узлом коммутации целого сообщения (файла, блока данных), хранению принятого сообщения в постоянной памяти узла и последующей передачи сообщения дальше по сети в соответствии с содержащимся в нем адресом. Таким образом, сообщение поэтапно, с переприемом, передается через ряд узлов в пункт назначения.

Каждое передаваемое сообщение снабжается заголовком (адресом) А установленного формата и передается полностью в ближайший узел коммутации сообщений УКС. Принятые узлом сообщения хранятся в устройствах долговременной памяти ВЗУ (внешние запоминающие устройства), емкость которых теоретически не ограничена. УКС анализирует адресную часть, выбирает направление дальнейшей передачи, извлекает сообщение из памяти и передает его по одному из свободных каналов нужного направления.

Основные недостатки сети с КС следующие:

• величина задержки сообщения в сети (период времени от начала передачи сообщения Хостом 1 до конца приема сообщения Хостом 2) имеет случайный характер и большой разброс относительно среднего значения.
• Невозможно организовать квазидиалог между пользователями при помощи буферизации из-за большой дисперсии задержек сообщения в сети.

Основное достоинство сети с КС заключается в высоком использовании пропускной способности каналов связи, так как в узлах УКС организуется очередь исходящих сообщений, и в устойчивости сети к перегрузкам. В периоды всплеска нагрузки в сети сообщения хранятся в памяти узлов неограниченно долго и передаются по мере освобождения линий в нужном направлении. Длина очереди сообщений, ожидающих передачи, не ограничена.

УКС обслуживает поступающие вызовы по системе с ожиданием. Вероятность того, что поступивший вызов застанет все исходящие линии нужного направления занятыми и будет ожидать обслуживания некоторое время больше нуля Р(t>0) является основной характеристикой качества обслуживания в системе с ожиданием.

МЕТОД КОММУТАЦИИ ПАКЕТОВ КП

Эта техника коммутации была специально разработана для эффективной передачи компьютерного трафика. Первые шаги на пути создания компьютерных сетей на основе техники коммутации каналов показали, что этот вид коммутации не позволяет достичь высокой общей пропускной способности сети. Типичные сетевые приложения генерируют трафик очень неравномерно, с высоким уровнем пульсации скорости передачи данных. Например, при обращении к удаленному файловому серверу пользователь сначала просматривает содержимое каталога этого сервера, что порождает передачу небольшого объема данных. Затем он открывает требуемый файл в текстовом редакторе, и эта операция может создать достаточно интенсивный обмен данными, особенно если файл содержит объемные графические включения. После отображения нескольких страниц файла пользователь некоторое время работает с ними локально, что вообще не требует передачи данных по сети, а затем возвращает модифицированные копии страниц на сервер — и это снова порождает интенсивную передачу данных по сети.

Коэффициент пульсации трафика отдельного пользователя сети, равный отношению средней интенсивности обмена данными к максимально возможной, может достигать 1:50 или даже 1:100. Если для описанной сессии организовать коммутацию канала между компьютером пользователя и сервером, то большую часть времени канал будет простаивать. В то же время коммутационные возможности сети будут закреплены за данной парой абонентов и будут недоступны другим пользователям сети.

При коммутации пакетов все передаваемые пользователем сообщения разбиваются в исходном узле на сравнительно небольшие части, называемые пакетами. Напомним, что сообщением называется логически завершенная порция данных — запрос на передачу файла, ответ на этот запрос, содержащий весь файл и т.д. Сообщения могут иметь произвольную длину, от нескольких байт до многих мегабайт. Напротив, пакеты обычно тоже могут иметь переменную длину, но в узких пределах, например от 46 до 1500 байт. Каждый пакет снабжается заголовком, в котором указывается адресная информация, необходимая для доставки пакета на узел назначения, а также номер пакета, который будет использоваться узлом назначения для сборки сообщения (рис. 3). Пакеты транспортируются по сети как независимые информационные блоки. Коммутаторы сети принимают пакеты от конечных узлов и на основании адресной информации передают их друг другу, а в конечном итоге — узлу назначения.

Коммутаторы пакетной сети отличаются от коммутаторов каналов тем, что они имеют внутреннюю буферную память для временного хранения пакетов, если выходной порт коммутатора в момент принятия пакета занят передачей другого пакета (рис. 3). В этом случае пакет находится некоторое время в очереди пакетов в буферной памяти выходного порта, а когда до него дойдет очередь, он передается следующему коммутатору. Такая схема передачи данных позволяет сглаживать пульсацию трафика на магистральных связях между коммутаторами и тем самым наиболее эффективно использовать их для повышения пропускной способности сети в целом.

Действительно, для пары абонентов наиболее эффективным было бы предоставление им в единоличное пользование скоммутированного канала связи, как это делается в сетях с коммутацией каналов. В таком случае время взаимодействия этой пары абонентов было бы минимальным, так как данные без задержек передавались бы от одного абонента другому. Простои канала во время пауз передачи абонентов не интересуют, для них важно быстрее решить свою задачу. Сеть с коммутацией пакетов замедляет процесс взаимодействия конкретной пары абонентов, так как их пакеты могут ожидать в коммутаторах, пока по магистральным связям передаются другие пакеты, пришедшие в коммутатор ранее.

Тем не менее, общий объем передаваемых сетью компьютерных данных в единицу времени при технике коммутации пакетов будет выше, чем при технике коммутации каналов. Это происходит потому, что пульсации отдельных абонентов в соответствии с законом больших чисел распределяются во времени так, что их пики не совпадают. Поэтому коммутаторы постоянно и достаточно равномерно загружены работой, если число обслуживаемых ими абонентов действительно велико. На рис. 4 показано, что трафик, поступающий от конечных узлов на коммутаторы, распределен во времени очень неравномерно. Однако коммутаторы более высокого уровня иерархии, которые обслуживают соединения между коммутаторами нижнего уровня, загружены более равномерно, и поток пакетов в магистральных каналах, соединяющих коммутаторы верхнего уровня, имеет почти максимальный коэффициент использования. Буферизация сглаживает пульсации, поэтому коэффициент пульсации на магистральных каналах гораздо ниже, чем на каналах абонентского доступа — он может быть равным 1:10 или даже 1:2.
 

Перечислим достоинства сетей с коммутацией пакетов:

1. Высокая общая пропускная способность сети при передаче пульсирующего трафика;
2. Возможность динамически перераспределять пропускную способность физических каналов связи между абонентами в соответствии с потребностями их трафика.

Недостатки сети с КП:

1. Неопределенность скорости передачи данных между абонентами сети;
2. Переменная величина задержки пакетов;
3. Возможные потери данных из-за переполнения буферной памяти коммутаторов.

Заключение

Мировая индустрия персональных компьютеров основывается на достижениях микроэлектронной техники, промышленных стандартах и постоянных технологических инновациях. Компания Intel дала массу ярких примеров стратегического планирования будущих технологий (интерфейсы, стандартные разъемы, кооперативные программы, венчурные инициативы, developer.intel.com). Новые архитектурные решения, стандартные интерфейсы и передовые связные технологии персональных компьютеров ежедневно зарождаются в лабораториях и исследовательских центрах компании.

Гибкость архитектуры современных ПК позволяет организациям и компаниям различных типов достаточно быстро и без больших финансовых затрат приспосабливаться к любым изменениям, сохраняя вложения в предыдущие технологии. Модель системы на базе ПК обеспечивает оптимальное сочетание производительности, стоимости и гибкости в рамках организаций разных типов.

Прогресс компьютерных технологий идет семимильными шагами. Новая ситуация требует новой модели взаимодействия человека с компьютером – модели упреждающих вычислений. Эта модель предполагает, что компьютеры будут предугадывать наши потребности и даже заранее реагировать на них в наших интересах. С некоторыми компьютерами мы будем продолжать взаимодействовать непосредственно, но большинство будут встроены в окружающую нас физическую среду, где они будут собирать и обрабатывать информацию без какого-либо вмешательства человека. Реализация модели упреждающих вычислений повлечет за собой новый цикл повышения продуктивности и качества нашей жизни.

Список используемой литературы

1. Экономическая информатика / Под ред. В.П. Косарева и Л.В. Еремина. - М.: Финансы и статистика, 2001. – 592 с.
2. Информатика и информационные технологии / Под ред. Ю.Д. Романовой. – М.: Эксмо, 2008. – 592 с.
3. Крайзмер Л.П. Персональный компьютер на вашем рабочем месте. – СПб.: Питер, 2006 .
4. Таненбаум Э., Остин Т. Архитектура компьютера. 6 издание – Москва, 2013г.
5. В.Мураховский, Сборка, настройка, апгрейд современного компьютера. Второе издание . 2000г
6. Пахомов С.О., Асмаков С. В., редактор: Моисеева М., Железо 2010., Изд-во: Питер, 2010 г.
7. 0. http://ru.wikipedia.org/wiki/Архитектура_персонального_компьютера.
8. Е. Рудометов, В. Рудометов., Архитектура ПК, комплектующие, мультимедиа (2000)