a-12
12. Maturitná téma
a) Zbernice počítača, RAID, TCP/IP – vrstvy, vetvenie IF a CASE
Charakterizujte zbernice počítača
Zbernica je elektrický vodič, alebo častejšie sústava vodičov, ktoré prepájajú viaceré elektrické či elektronické zariadenia a slúžia na vzájomný prenos energie, alebo údajov vo forme elektrických impulzov, medzi nimi.
Zbernica počítača
Zbernica v počítači predstavuje sústavu vodičov, pomocou ktorých je nejaká jednotka spojená s procesorom, pamäťou a vstupno / výstupnými obvodmi. Je to akási dopravná infraštruktúra, pomocou ktorej sa dopravujú údaje medzi jednotlivými prvkami osobného počítača. Zbernica v sebe zahŕňa aj spôsob komunikácie, komunikačný protokol. Zbernica býva vyvedená na konektor, port, pomocou ktorého je možné pripájať ďalšie zariadenia.
Základné typy zberníc v počítači:
⦁ Lokálna zbernica – používa signály z procesora. Obvykle sa používa pre prepojenie procesora a pamätí.
⦁ Systémová zbernica – prepája signály z mikroprocesora a periférií. Zbernica navonok je reprezentovaná normalizovaným konektorom, tzv. slotom. Do slotov sa zasúvajú karty rozširujúcich periférnych zariadení.
Rozdelenie zberníc:
⦁ adresová
⦁ dátová
⦁ riadiaca
⦁ napájacia
Podľa smeru:
⦁ jednosmerné
⦁ obojsmerné
Podľa synchronicácie:
⦁ Synchrónna zbernica – synchronizovaná s taktom procesora počítača.
⦁ Multimaster zbernica – dovoľujúca tzv. busmastering, pro ktorom môže byť zbernica riadená viacerými zariadeniami.
⦁ Pseudosynchronná zbernica – s oneskorením prenosu dát.
⦁ Asynchrónne – jednostranne riadené.
Podľa umiestnenia:
⦁ vnútorná zbernica
⦁ periférna zbernica
PCI-e:
Firma Intel, v spolupráci so spoločnosťami IBM, Dell, Compaq, HP a Microsoft predstavili nový štandard pre PC - PCI-express (skôr prezentovaný 3GIO alebo 3. generácia I/O) ktorému dal názov PCI-Sig, výbor pre dohľad nad štandardom PCI rozhrania. Tento štandard bol schválený 17.4.2002. PCI-express zbernica je navrhnutá ako vývojová aktualizácia k predchádzajúcej PCI zbernici. Má udržiavať kompletní hardvérovú a softvérovú zlučiteľnosť so všetkými predchádzajúcimi PCI zariadeniami, aj keď sa jedná o niečo úplne nové.
Ako AMD Hypertransport technológia, tak aj PCI-e je dvojcestné, sériové rozhranie, ktoré prenáša údaje v paketoch, podobným spôsobom ako Ethernetové rozhranie. PCI-e zbernica bude asi jediná údajová zbernica PC cez ktorú sú všetky údaje presmerované v stanovenom pomere. Keďže v sériovom rozhraní sa prenášajú údaje z bodu do bodu samostatne, v tomto prípade sú v každej linke dva páry vodičov, ktoré prenášajú údaje tam a späť súčasne, pričom každá z týchto ciest je schopná preniesť 2.5Gb/s obojsmerne. Reálna stabilná prenosová rýchlosť je 200MB/s.
PCI-e zbernica bola navrhnutá s podporou budúcich technológií, čo v súčasnej dobe využívajú hlavne výrobcovia grafických kariet. Vývoj práve v tejto oblasti zaznamenal u PCI-express grafických kariet radikálny a konečný prechod z AGP 8x. Prečo? Jednoduchý výpočet: Zatiaľ čo AGP 8x zbernica mala priepustnosť údajov 2.1 GB/s, PCI-e x16 ju má cca dvojnásobnú a teda 4 GB/s. Ďalšia výhoda je použitie viacerých konektorov PCI-e zbernice v rôznych formátoch a to nie len x1, x4, x8 a x16, ale aj ich násobkov. Na jednej doske môžeme teda vidieť dva PCI-e x16 konektory určené pre grafické karty, kde je možné súčasné zapojenie dvoch typovo rovnakých kariet, čo v prípade AGP nebolo možné. Má to však aj svoje nevýhody. PCI-e x16 poskytuje výkon až 75W, čo je oproti AGP 8x (25W/42W) o dosť viac a preto stúpnu aj nároky na zdroj. Počíta sa minimálne 400W pri jednom využitom konektore PCI-e x16. Aj keď sú konektory AGP a PCI-e podobné, nie sú však navzájom kompatibilné. Preto nemožno AGP grafickú kartu použiť v PCI-e x16 konektore a naopak.
AGP:
AGP (Accelerated Graphics Ports) bol vyvinutý Itelom pre zvýšenie výkonu PC v grafickom režime. Je to jednoúčelová zbernica ktorá spája grafický adaptér priamo s operačnou pamäťou PC. AGP je špeciálna rýchla zbernica vyhradená len na prenos obrazových údajov. Odľahčuje systémovú zbernicu a zároveň sa niekoľkonásobne zvýši rýchlosť údajov prenášaných do grafického adaptéra. Konektor AGP je podobný konektoru PCI len má o 8 kontaktov viac. Taktovacia frekvencia je odvodená od staršieho štandardu FSB66 a tá sa požíva dodnes. Mení sa len koeficient - násobok tejto frekvencie. V súčasnej dobe je najrýchlejší štandard AGP 8x, no nahrádza ho rýchlejšie rozhranie PCIe (PCI-Express).
Špecifikácie AGP:
AGP 1.0 - Ide o prvé AGP riešenie s podporou AGP 1x s napájaním 3.3 V definovanie konektoru zbernice AGP - 3.3 V
AGP 2.0 - rozšírenie podpory o AGP 2x a AGP 4x s napájaním 1.5 V úprava konektoru 1.5 V a univerzál
AGP 3.0 - podpora AGP 2x, AGP 4x a AGP 8x s napájaním len 1.5 V a zavedenie upraveného konektora so zaisťovacím mechanizmom na konci konektora, slúžiacim zároveň aj ako uvoľňovací mechanizmus konektora.
USB
Rozhranie USB ako aj FireWire sú sériovými rozhraniami - to znamená, že dáta sú po zbernici rozhrania posielané bit po bite. Na rozdiel od klasických sériových portov v počítači sú primárne určené ku komunikácií s externými zariadeniami ako sú tlačiarne, skenery, digitálne kamery atď.
Stále rozširujúce sa možnosti využitia PC vedú k pripájaniu nových zariadení preto vzikol nápad ako vytvoriť rozhranie na ktoré bude možné pripojiť akékoľvek zariadenie ktoré automaticky detekuje, bude sa jednoducho používať, bude variabilne rýchle a hlavne lacné. Tak sa štandardizovalo nové rozhranie Universal Serial Bus.
Veľkou výhodou USB je, že dokáže distribuovať okrem dát aj napätie , takže pripojené zariadenie už nepotrebuje externý napájací zdroj.
Max. prenosová rýchlosť 12Mb/s pri verzii USB 1.1(teda 1,5MB/s) umožňuje pripojiť z hľadiska dátovej náročnosti pripojiť pomalé, stredné aj rýchle zariadenia. Pomalé vyžadujú dátový tok 10-100KB/s, reprezentujú ich myši, klávesnice, herné zariadenia a pod.
Stredné vyžadujú 500Kb až 10Mb/s, k predstaviteľom patria modemy, audiosústavy a kamery. Medzi rýchle zariadenia patria hlavne diskové systémy, skenery či video. Ich prenosová náročnosť sa pohybuje na 25-500Mb/s. Tieto zariadenia sa dajú cez USB pripojiť len za zvláštnych podmienok v špeciálnom prenosovom režime, ktoré hlavne podporuje nová verzia USB 2.0 kde max. prenosová rýchlosť dosahuje až 480Mb/s.
-Charakterizujte diskové pole RAID
RAID alebo redundant array of independent disks (doslova redundantné (nadbytočné) pole nezávislých diskov) je súhrnný termín označujúci rôzne schémy ukladania dát používajúce viacero diskov na rozdeľovanie alebo replikáciu dát medzi jednotlivými diskami. (Niekedy sa používa namiesto slova independent pojem inexpensive, t. j. nenákladný, lacný.) Jednotlivé typy polí dosahujú v závislosti od konfigurácie rôznu úroveň zabezpečenia dát pred chybami a stratou spôsobenou zlyhaním hardwaru a rôzne veľké zvýšenie výkonu (dátovej priepustnosti) pri diskových operáciách vo vzťahu k počtu diskov, potrebe špecializovaných radičov polí a tým aj cene riešenia.
RAID 0 ● Zlyhanie jediného disku v poli RAID 0 má za následok stratu všetkých dát uložených v poli. ● Úroveň zabezpečenia dát pred stratou je preto nižšia v porovnaní so samostatným diskom.
RAID 1 ● Zrkadlená sada. ● Vytvára identickú kópiu dát na dvoch alebo viacerých diskoch. ● To je výhodné, ak redundancia má prednosť pred využitím maximálnej možnej kapacity – toto pole pri postupnom zlyhávaní diskov pracuje, kým funguje posledný z nich (samozrejme, výkon sa zníži).
RAID 2 ● RAID 2 rozdeľuje dáta na bitovej úrovni na 3 alebo viac diskov, s použitím Hammingovho kódu na opravu chýb. ● Rotácia diskov je synchronizovaná a dáta sú ukladané tak, aby každý sekvenčný bit bol na inom disku. ● Parita, s použitím Hammingovho kódu, sa počíta z príslušných bitov a ukladá sa aspoň na jeden disk, vyhradený pre paritu.
RAID 3 ● Rozdeľuje dáta na bajtovej úrovni s vyhradeným (dedikovaným) diskom na paritu. ● Rotácia diskov je synchronizovaná a dáta sú ukladané tak, aby každý sekvenčný bajt bol uložený na inom disku.
RAID 4 ● Používa rozdeľovanie dát na blokovej úrovni s vyhradeným diskom na paritu. ● Je to podobné riešenie ako RAID 3 s tým rozdielom, že disky môžu pracovať samostatne, ak je vyžadovaný iba jeden blok. ● Je to dané faktom, že prekladanie dát sa deje na úrovni blokov, nie bajtov ako pri RAID 3.
RAID 5 ● Používa rozdeľovanie dát na blokovej úrovni s paritou na každom disku. ● Takéto rozdeľovanie dát eliminuje úzke hrdlo RAID 4 tvorené preťažovaným paritným diskom. ● Je to jedno z najpopulárnejších RAID riešení a je často používané.
-Charakterizujte a popíšte model TCP/IP, popíšte jednotlivé vrstvy modelu počítačovej siete
Rodina protokolov TCP/IP (anglicky Transmission Control Protocol/Internet Protocol – „hlavný prenosový protokol/protokol sieťovej vrstvy“) obsahuje sadu protokolov pre komunikáciu v počítačovej sieti a je hlavným protokolom celosvetovej siete Internet. Komunikační protokol je množina pravidiel, ktoré určujú syntaxi a význam jednotlivých správ pri komunikácií.
Architektúra TCP/IP je rozdelená do štyroch vrstiev (na rozdiel od referenčného modelu OSI zo siedmymi vrstvami):
⦁ aplikačná vrstva (application layer)
⦁ transportná vrstva (transport layer)
⦁ sieťová vrstva (internet layer)
⦁ vrstva sieťového rozhrania (network interface)
IP
-Podrobnejšie informácie nájdete v článku Internet Protocol. Internet Protocol je základný protokol sieťovej vrstvy a celého Internetu. Vykonáva vysielania datagramov na základe sieťových IP adries obsiahnutých v ich záhlaví. Poskytuje vyšším vrstvám sieťovú službu bez spojenia. Každý datagram je samostatná dátová jednotka, ktorá obsahuje všetky potrebné údaje o adresátovi aj odosielateľovi a poradovom čísle datagramu v správe. Datagramy putujú sietí nezávisle na sebe a poradie ich doručenie nemusí zodpovedať poradie v správe. Doručenie datagramu nie je zaručené, spoľahlivosť musí zabezpečiť vyššie vrstvy (TCP, aplikácie).
IPv4
Internet protokol verzie 4
• 32 bitové adresy
• cca 4 miliardy rôznych IP adries, dnes nedostačujúca
• formát: xxx.xxx.xxx.xxx kde xxx je ľubovoľné číslo od 0 do 255 (8 bitov)
IPv6
• 128 bitové adresy
• podpora bezpečnosti • podpora pre mobilné zariadenia
• funkcie pre zaistenie úrovne služieb (QoS - Quality of Service)
• fragmentácia paketov – rozdeľovanie
• nie je spätne kompatibilný s IPv4
• ľahšie automatická konfigurácia (NDP - Neighbor discovery protocol)
-Vysvetlite príkazy vetvenia programu IF a CASE programovacieho jazyka PASCAL, popíšte ich a vysvetlite ich použitie v programe
-Príkaz CASE
Príkaz case slúži na vetvenie programu na dve a viac vetiev, pričom program využije iba jednu z nich a ostatné preskočí.
Výberový výraz, ktorému hovoríme selektor, je výraz, ktorého hodnota určuje, ktorá vetva príkazu case sa vykoná.
Podmienkou je, aby selektor bol ordinálneho typu, t.t. char, integer, interval, boolean, vymenovaný typ.
Vetvy príkazu case sú označené konštantami rovnakého dátového typu ako selektor.
Obmedzenie pre Pascal je, že hodnoty dátového typu selektora aj hodnoty konštánt označujúce vetvy, nesmú byť väčšie ako 2 B (2 bajty).
Príkaz case môže obsahovať aj nepovinnú vetvu začínajúci vyhradeným slovom else. Príkaz uvedený v tejto vetve sa vykoná práve vtedy, ak hodnota selektora nezodpovedá žiadnej z konštánt popisujúcich jednotlivé vetvy.
Vzorový príklad na Case
Napíšte program, v ktorom zisťujete, či znak je veľké, malé písmeno alebo číslica.
program znaky;uses crt;var q:char;begin ClrScr; repeat write('Zadaj znak z ASCII tabulky');readln(q);if ((q<>'k') or (q<>'K')) then case q of 'A'..'Z': writeln(q,' je velke pismeno.');'a'..'z': writeln(q,' je male pismeno.');'0'..'9': writeln(q,' je cislica.'); else writeln(q,' nie je ani pismeno, ani cislica.'); end; until ((q='k') or (q='K')); readln;end.
-Podmienený príkaz IF
Príkaz if slúži na rozvetvenie programu na dve vetvy. Program využije iba jednu z nich a druhú preskočí.
Zápis:
if (bool_vyraz) then <prikay>; { neuplny} if (bool_vyraz) then <prikazy1>else <prikazy2>; { uplny }
Ak je splnená podmienka (bool_vyraz) výrazu, vykoná sa príkaz alebo množina príkazov za kľúčovým slovom then. Ak nie je splnená podmienka (bool_vyraz), vykoná sa príkaz alebo množina príkazov za kľúčovým slovom else, ak takáto vetva existuje.
Poznámka: v prípade príkazu if pred kľúčovým slovom else nesmie byť znak bodkočiarka.
Príkazy if, then, else možno kombinovať. Nie je zriedkavosťou použiť aj:
if (B1) then if (B2) then P1 else P2;
Aby sa predišlo nejednoznačnosti vyhodnocovania príkazu if, v Pascale platí, že časť else sa vzťahuje k najbližšiemu predchádzajúcemu then.
Vzorový príklad na IF
Napíšte program na usporiadanie troch čísel načítaných z klávesnice tak, že ich vypíšeme od najmenšieho po najväčší na obrazovku.
program cisla_usporiadat;uses crt;var a,b,c:integer;pom:integer;begin writeln('Zadaj tri cisla'); readln(a,b,c); if (a>b) then begin pom:=a;a:=b;b:=pom;if (b>c) then begin pom:=b; b:=c; c:=pom;end else writeln(a,' ',b,' ',c); end else if (b>c) then begin pom:=b; b:=c; c:=pom; end; writeln('Usporiadane cisla: ',a,' < ',b,' < ',c); readln;end.