Связь компьютера с периферийными устройствами

Содержание

1 Связь компьютера с периферийными устройствами.

2 Основные характеристики производительности сетей.

3 Что дает предприятию использование сетей.

4 Сетевые службы.

5 Кабели на основе экранированной витой пары.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Связь компьютера  с периферийными устройствами.

Для обмена данными между  компьютером и периферийным устройством (ПУ) в компьютере предусмотрен внешний интерфейс (рис. 1.1.), то есть набор проводов, соединяющих компьютер и периферийное устройство, а также набор правил обмена информацией по этим проводам (иногда вместо термина интерфейс употребляется термин протокол - подробней об этих важных терминах мы еще поговорим). Примерами интерфейсов, используемых в компьютерах, являются параллельный интерфейс Centronics, предназначенный, как правило, для подключения принтеров, и последовательный интерфейс RS-232C, через который подключаются мышь, модем и много других устройств. Интерфейс реализуется со стороны компьютера совокупностью аппаратных и программных средств: контроллером ПУ и специальной программой, управляющей этим контроллером, которую часто называют драйвером соответствующего периферийного устройства.

Со стороны ПУ интерфейс  чаще всего реализуется аппаратным устройством управления, хотя встречаются  и программно-управляемые периферийные устройства.

Программа, выполняемая процессором, может обмениваться данными с  помощью команд ввода/вывода с любыми модулями, подключенными к внутренней шине компьютера, в том числе и  с контроллерами ПУ.

Периферийные устройства могут принимать от компьютера как  данные, например байты информации, которую нужно распечатать на бумаге, так и команды управления, в ответ на которые ПУ может  выполнить специальные действия, например перевести головку диска  на требуемую дорожку или же вытолкнуть лист бумаги из принтера. Периферийное устройство использует внешний интерфейс  компьютера не только для приема информации, но и для передачи информации в  компьютер, то есть обмен данными  по внешнему интерфейсу, как правило, является двунаправленным. Так, например, даже принтер, который по своей природе  является устройством вывода информации, возвращает в компьютер данные о  своем состоянии.

Контроллеры ПУ принимают  команды и данные от процессора в  свой внутренний буфер, который часто  называется регистром или портом, затем выполняют необходимые  преобразования этих данных и команд в соответствии с форматами, понятными  ПУ, и выдают их на внешний интерфейс.

Распределение обязанностей между контроллером и драйвером  ПУ может быть разным, но обычно контроллер выполняет набор простых команд по управлению ПУ, а драйвер использует эти команды, чтобы заставить  устройство совершать более сложные  действия по некоторому алгоритму. Например, контроллер принтера может поддерживать такие элементарные команды, как  «Печать символа», «Перевод строки», «Возврат каретки» и т. п. Драйвер  же принтера с помощью этих команд организует печать строк символов, разделение документа на страницы и  другие более высокоуровневые операции. Для одного и того же контроллера  можно разработать различные  драйверы, которые будут управлять  данным ПУ по-разному - одни лучше, а  другие хуже - в зависимости от опыта  и способностей программистов, их разработавших.

Рис. 1.1. Связь компьютера с периферийным устройством

 

Рассмотрим схему передачи одного байта информации от прикладной программы на периферийное устройство. Программа, которой потребовалось  выполнить обмен данными с  ПУ, обращается к драйверу этого  устройства, сообщая ему в качестве параметра адрес байта памяти, который нужно передать. Драйвер  загружает значение этого байта  в буфер контроллера ПУ, который  начинает последовательно передавать биты в линию связи, представляя  каждый бит соответствующим электрическим  сигналом. Чтобы устройству управления ПУ стало понятно, что начинается передача байта, перед передачей  первого бита информации контроллер ПУ формирует стартовый сигнал специфической  формы, а после передачи последнего информационного бита - столовый сигнал. Эти сигналы синхронизируют передачу байта.

Кроме информационных бит, контроллер может передавать бит контроля четности для повышения достоверности  обмена. Устройство управления, обнаружив  на соответствующей линии стартовый  бит, выполняет подготовительные действия и начинает принимать информационные биты, формируя из них байт в своем  приемном буфере. Если передача сопровождается битом четности, то выполняется проверка правильности передачи: при правильно  выполненной передаче в соответствующем  регистре устройства управления устанавливается  признак завершения приема информации.

Обычно на драйвер возлагаются  наиболее сложные функции протокола (например, подсчет контрольной суммы  последовательности передаваемых байтов, анализ состояния периферийного  устройства, проверка правильности выполнения команды). Но даже самый примитивный  драйвер контроллера должен поддерживать как минимум две операции: «Взять данные из контроллера в оперативную  память» и «Передать данные из оперативной памяти в контроллер».

Существуют как весьма специализированные интерфейсы, пригодные  для подключения узкого класса устройств (например, графических мониторов  высокого разрешения фирмы Vista), так  и интерфейсы общего назначения, являющиеся стандартными и позволяющие подключать различные периферийные устройства. Примером такого интерфейса является интерфейс RS-232C, который поддерживается многими терминалами, принтерами, графопостроителями, манипуляторами типа «мышь» и многими другими устройствами.

 

 

 

 

 

2 Основные характеристики  производительности сетей.

Потенциально высокая  производительность — это одно из основных преимуществ распределенных систем, к которым относятся компьютерные сети. Это свойство обеспечивается принципиальной, но, к сожалению, не всегда практически реализуемой  возможностью распределения работ  между несколькими компьютерами сети.

Основные характеристики производительности сети:

• время реакции;
• скорость передачи трафика;
• пропускная способность;
• задержка передачи и вариация задержки передачи.

Время реакции сети является интегральной характеристикой производительности сети с точки зрения пользователя. Именно эту характеристику имеет  в виду пользователь, когда говорит: "Сегодня сеть работает медленно".

В общем случае время реакции  определяется как интервал между  возникновением запроса пользователя к какой-либо сетевой службе и  получением ответа на него.

Очевидно, что значение этого  показателя зависит от типа службы, к которой обращается пользователь, от того, какой пользователь и к  какому серверу обращается, а также  от текущего состояния элементов  сети — загруженности сегментов, коммутаторов и маршрутизаторов, через  которые проходит запрос, загруженности  сервера и т.п.

Поэтому имеет смысл использовать также и средневзвешенную оценку времени реакции сети, усредняя этот показатель по пользователям, серверам и времени дня (от которого в значительной степени зависит загрузка сети).

Время реакции сети обычно складывается из нескольких составляющих.

В общем случае в него входит:

• время подготовки запросов на клиентском компьютере;
• время передачи запросов между клиентом и сервером через сегменты сети и промежуточное коммуникационное оборудование;
• время обработки запросов на сервере;
• время передачи ответов от сервера клиенту и время обработки получаемых от сервера ответов на клиентском компьютере.

Очевидно, что разложение времени реакции на составляющие пользователя не интересует — ему  важен конечный результат. Однако для  сетевого специалиста очень важно  выделить из общего времени реакции  составляющие, соответствующие этапам собственно сетевой обработки данных, — передачу данных от клиента к  серверу через сегменты сети и  коммуникационное оборудование.

Знание сетевых составляющих времени реакции позволяет оценить  производительность отдельных элементов  сети, выявить узкие места и  при необходимости выполнить  модернизацию сети для повышения  ее общей производительности.

Производительность сети может характеризоваться также  скоростью передачи трафика. Скорость передачи трафика может быть мгновенной, максимальной и средней.

средняя скорость вычисляется  путем деления общего объема переданных данных на время их передачи, причем выбирается достаточно длительный промежуток времени — час, день или неделя;

мгновенная скорость отличается от средней тем, что для усреднения выбирается очень маленький промежуток времени — например, 10 мс или 1 с;

максимальная скорость —  это наибольшая скорость, зафиксированная  в течение периода наблюдения.

Чаще всего при проектировании, настройке и оптимизации сети используются такие показатели, как  средняя и максимальная скорость. Средняя скорость, с которой обрабатывает трафик отдельный элемент или  сеть в целом, позволяет оценить  работу сети на протяжении длительного  времени, в течение которого в  силу закона больших чисел пики и  спады интенсивности трафика  компенсируют друг друга. Максимальная скорость позволяет оценить, как  сеть будет справляться с пиковыми нагрузками, характерными для особых периодов работы, например в утренние часы, когда сотрудники предприятия  почти одновременно регистрируются в сети и обращаются к разделяемым  файлам и базам данных. Обычно при  определении скоростных характеристик  некоторого сегмента или устройства в передаваемых данных не выделяется трафик какого-то определенного пользователя, приложения или компьютера — подсчитывается общий объем передаваемой информации. Тем не менее, для более точной оценки качества обслуживания такая  детализация желательна, и в последнее  время системы управления сетями все чаще позволяют ее выполнять.

Пропускная способность  — максимально возможная скорость обработки трафика, определенная стандартом технологии, на которой построена  сеть. Пропускная способность отражает максимально возможный объем  данных, передаваемый сетью или ее частью в единицу времени.

Пропускная способность  уже не является, подобно времени  реакции или скорости прохождения  данных по сети, пользовательской характеристикой, так как она говорит о скорости выполнения внутренних операций сети — передачи пакетов данных между  узлами сети через различные коммуникационные устройства. Зато она непосредственно  характеризует качество выполнения основной функции сети — транспортировки  сообщений — и поэтому чаще используется при анализе производительности сети, чем время реакции или  скорость.

Пропускная способность  измеряется либо в битах в секунду, либо в пакетах в секунду.

Пропускная способность  сети зависит как от характеристик  физической среды передачи (медный кабель, оптическое волокно, витая пара) так и от принятого способа  передачи данных (технология Ethernet, FastEthernet, ATM). Пропускная способность часто  используется в качестве характеристики не столько сети, сколько собственно технологии, на которой построена  сеть. Важность этой характеристики для  сетевой технологии показывает, в  частности, и то, что ее значение иногда становится частью названия, например, 10 Мбит/с Ethernet, 100 Мбит/с Ethernet.

В отличие от времени реакции  или скорости передачи трафика пропускная способность не зависит от загруженности  сети и имеет постоянное значение, определяемое используемыми в сети технологиями.

На разных участках гетерогенной сети, где используется несколько  разных технологий, пропускная способность  может быть различной. Для анализа  и настройки сети очень полезно  знать данные о пропускной способности  отдельных ее элементов. Важно отметить, что из-за последовательного характера  передачи данных различными элементами сети общая пропускная способность  любого составного пути в сети будет  равна минимальной из пропускных способностей составляющих элементов  маршрута. Для повышения пропускной способности составного пути необходимо в первую очередь обратить внимание на самые медленные элементы. Иногда полезно оперировать общей пропускной способностью сети, которая определяется как среднее количество информации, переданной между всеми узлами сети за единицу времени. Этот показатель характеризует качество сети в целом, не дифференцируя его по отдельным  сегментам или устройствам.

Этот параметр производительности по смыслу близок ко времени реакции  сети, но отличается тем, что всегда характеризует только сетевые этапы  обработки данных, без задержек обработки  конечными узлами сети.

Обычно качество сети характеризуют  величинами максимальной задержки передачи и вариацией задержки. Не все типы трафика чувствительны к задержкам  передачи, во всяком случае, к тем  величинам задержек, которые характерны для компьютерных сетей, — обычно задержки не превышают сотен миллисекунд, реже — нескольких секунд. Такого порядка  задержки пакетов, порождаемых файловой службой, службой электронной почты  или службой печати, мало влияют на качество этих служб с точки  зрения пользователя сети. С другой стороны, такие же задержки пакетов, переносящих голосовые или видеоданные, могут приводить к значительному  снижению качества предоставляемой  пользователю информации — возникновению  эффекта "эха", невозможности разобрать  некоторые слова, вибрации изображения  и т. п.