Курсовая работа (т): Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей

Основными причинами невозможности бесконечного уменьшения размера домена является:

Размер магнитной головки. В настоящее время именно она определяет размер минимальной намагничиваемой области - домена.

Ослабление уровня считываемого сигнала и увеличения в нем уровня шума.

Спонтанное саморазмагничивание домена, вызванное воздействием температуры.

Помимо уменьшения размера доменов производители жестких дисков используют и другие технологии увеличения плотности записи:- максимальное правдоподобие при неполном отклике. Это алгоритм преобразования аналогового сигнала, записанного на магнитный диск, основанный на ряде положений теории распознавания образов. В методе PRML для декодирования применяется набор образцов, с которыми сравнивается считанный сигнал, и за результат принимается наиболее похожий. Состоит из двух частей - подсистема Partial Response (частичный отклик) переводит сигнал из аналоговой формы в цифровую, минимизируя шумы, а подсистема Maximum Likelihood (максимальное правдоподобие) производит цифровую обработку сигнала для восстановления наиболее правдоподобной его формы. Данный алгоритм и его развитие EPRML применяется практически во всех современных жестких дисках.- антиферромагнитная пара (магнитно-компенсированые пленки). Суть идеи заключается в нанесении на диск трехслойного антиферромагнитного покрытия, в котором пара магнитных слоев разделена специальной изолирующей прослойкой из рутения. За счет того, что расположенные друг под другом магнитные домены имеют антипараллельную ориентацию магнитного поля, они образуют пару, которая оказывается более устойчивой к спонтанному перемагничиванию, чем одиночный "плоский" домен.- перпендикулярный вектор намагниченности. Эта технология позволяет практически вдвое увеличить плотность записи информации и уменьшает проблемы с магнитным влиянием (интерференцией). В отличие от классической технологии записи, используются магнитные домены с перпендикулярным, а не параллельным поверхности диска вектором магнитного поля. При этом соседние и различающиеся домены уже не "глядят" друг на друга одноименными полюсами, которые, как известно, отталкиваются. Это позволяет уменьшить размер междоменного пространства по сравнению с классической технологией записи, что так же увеличивает емкость жестких дисков.

Продольная запись

Классический способ записи информации

Перпендикулярная запись

Перпендикулярный способ записи информации- термомагнитная запись. Суть идеи заключается в использовании магнитных материалов, обеспечивающих высокую термостабильность записанных участков поверхности. Для записи информации магнитный домен предварительно разогревается с помощью сфокусированного лазерного пучка. Диаметр пучка и определяет размер области, соответствующей одному биту информации. При повышении температуры домена происходит существенное изменение его магнитных свойств (уменьшается коэрцитивная сила), и, таким образом, нагретые участки становятся способными к намагничиванию. Для массового внедрения HAMR в серийное производство необходима разработка эффективного теплоотвода от магнитных пластин во время записи информации.- самоорганизующиеся магнитные решетки. Данная технология предусматривает формирование на поверхности диска монодисперсного слоя "самоорганизующихся магнитных массивов" из мельчайших однородных железно-платиновых конгломератов размером около 3 нм (3 нм - это 10-15 атомов твердого вещества, выложенных в ряд). Применение этой "нанотехнологии" позволит существенно снизить уровень нестабильности отдельных магнитных зерен и уменьшить размеры домена.

Кластер файловой системы

Кластер - несколько секторов, рассматриваемых операционной системой как одно целое. При повреждении одного сектора жесткого диска операционная система объявляет негодным для дальнейшего использования весь кластер, размер которого в NTFS (по умолчанию) составляет 4 Кб, т.е. 8 секторов.

3. Расчет сети Ethernet

Для того, чтобы сеть Ethernet, состоящая из сегментов различной физической природы, работала корректно, необходимо, чтобы выполнялись три основных условия:

1 Количество станций в сети не превышает 1024 (с учетом ограничений для коаксиальных сегментов).

2 Удвоенная задержка распространения сигнала (Path Delay Value, PDV) между двумя самыми удаленными друг от друга станциями сети не превышает 575 битовых интервалов.

3 Сокращение межкадрового расстояния (Interpacket Gap Shrinkage) при прохождении последовательности кадров через все повторители не более чем на 49 битовых интервалов (напомним, что при отправке кадров станция обеспечивает начальное межкадровое расстояние в 96 битовых интервалов).

Соблюдение этих требований обеспечивает корректность работы сети даже в случаях, когда нарушаются простые правила конфигурирования, определяющие максимальное количество повторителей и максимальную длину сегментов каждого типа.

Физический смысл ограничения задержки распространения сигнала по сети обеспечивает своевременное обнаружение коллизий.

Требование на минимальное межкадровое расстояние связано с тем, что при прохождении кадра через повторитель это расстояние уменьшается. Каждый пакет, принимаемый повторителем, ресинхронизируется для исключения дрожания сигналов, накопленного при прохождении последовательности импульсов по кабелю и через интерфейсные схемы. Процесс ресинхронизации обычно увеличивает длину преамбулы, что уменьшает межкадровый интервал. При прохождении кадров через несколько повторителей межкадровый интервал может уменьшиться настолько, что сетевым адаптерам в последнем сегменте не хватит времени на обработку предыдущего кадра, в результате чего кадр будет просто потерян. Поэтому не допускается суммарное уменьшение межкадрового интервала более чем на 49 битовых интервалов. Величину уменьшения межкадрового расстояния при переходе между соседними сегментами обычно называют в англоязычной литературе Segment Variability Value, SVV, а суммарную величину уменьшения межкадрового интервала при прохождении всех повторителей - Path Variability Value, PVV. Очевидно, что величина PVV равна сумме SVV всех сегментов, кроме последнего.

.1 Расчет PDV

Рассчитаем PDV для сети Ethernet, изображенной на рисунке 6.1.

Левым сегментом называется сегмент, в котором начинается путь сигнала от выхода передатчика (выход Tx) конечного узла. Затем сигнал проходит через промежуточные сегменты и доходит до приемника (вход Rx) наиболее удаленного узла наиболее удаленного сегмента, который называется правым.

Рисунок 6.1 - сеть Ethernet, состоящая из сегментов различных физических стандартов

С каждым сегментом связана постоянная задержка, названная базой, которая зависит только от типа сегмента и от положения сегмента на пути сигнала (левый, промежуточный или правый).

Кроме этого, с каждым сегментом связана задержка распространения сигнала вдоль кабеля сегмента, которая зависит от длины сегмента и вычисляется путем умножения времени распространения сигнала по одному метру кабеля (в битовых интервалах) на длину кабеля в метрах. Так как левый и правый сегмент имеют различные величины базовой задержки, то в случае различных типов сегментов на удаленных краях сети необходимо выполнить расчеты дважды: один раз принять в качестве левого сегмента сегмент одного типа, а во второй раз - сегмент другого типа, а результатом считать максимальное значение PDV. В нашем случае крайние сегменты сети принадлежат к одному типу - стандарту 10Base-T, поэтому двойной расчет не требуется

Общее значение PDV равно сумме базовых и переменных задержек всех сегментов сети. В соответствии с данными таблицы 1 рассчитаем значение PDV.

Левый сегмент 1: 15.3 + 130 м Ч 0.113 /м = 29,99

Промежуточный сегмент 2: 33.5 + 1015 Ч 0.1 = 135

Промежуточный сегмент 3: 24 + 523 Ч 0.1 = 76,3

Промежуточный сегмент 4: 24 + 524 Ч 0.1 = 74,4

Промежуточный сегмент 5: 24 + 612 Ч 0.1 = 85,2

Правый сегмент 6: 165 + 115 Ч 0.113 = 177,995

Сумма всех составляющих дает значение PDV, равное 578,885 .

Так как значение PDV больше максимально допустимой величины 575, то эта сеть не проходит по величине максимально возможной задержки оборота сигнала.

3.2 Расчет PVV

В соответствии с данными таблицы 2 рассчитаем значение PVV. Левый сегмент 1 10Base-T: дает сокращение в 10.5 битовых интервалов

Промежуточный сегмент 3 10Base-FB: 2

Промежуточный сегмент 4 10Base-FB: 2

Промежуточный сегмент 5 10Base-FB: 2

Сумма этих величин дает значение PVV, равное 24.5, что меньше предельного значения в 49 битовых интервалов.

В результате расчетов установили, что в данной сети количество станций не превышает 1024, сокращение межкадрового расстояния при прохождении последовательности кадров через все повторители не превышает 49 битовых интервалов, но удвоенная задержка распространения сигнала между двумя самыми удаленными друг от друга станциями сети превышает 575 битовых интервалов. Следовательно, данная сеть не соответствует стандартам Ethernet, т.е. не является работоспособной.

Для того чтобы сеть стала работоспособной, нужно уменьшить длину некоторых её сегментов.

Примем длину сегмента 1и 6 равную 100 метрам,, а длину сегментов 3 и 4 - 510 метров. Произведем расчет удвоенной задержки распространения сигнала между двумя самыми удаленными друг от друга станциями сети.

Левый сегмент 1: 15.3 + 100 м Ч 0.113 /м = 26,6

Промежуточный сегмент 2: 33.5 + 1010 Ч 0.1 = 134,5

Промежуточный сегмент 3: 24 + 510 Ч 0.1 = 75

Промежуточный сегмент 4: 24 + 510 Ч 0.1 = 75

Промежуточный сегмент 5: 24 + 609 Ч 0.1 = 84,9

Правый сегмент 6: 165 + 100 Ч 0.113 = 176,3

Сумма всех составляющих дает значение PDV, равное 572.3, т.е. меньше максимально допустимой величины.

Данный вариант сети полностью соответствует стандартам Ethernet и является работоспособным.

4. Расчет сети Fast Ethernet

Правила корректного построения сегментов сетей Fast Ethernet включают:

·    ограничения на максимальные длины сегментов, которые соединяют устройства-источники кадров (соединение DTE- DTE);

·        ограничения на максимальные длины сегментов, соединяющих устройства-источники кадров (DTE) с портом повторителя;

·        ограничения на общий максимальный диаметр сети;

·        ограничения на максимальное число повторителей и максимальную длину сегмента, соединяющего повторители.

В типичной конфигурации сети Fast Ethernet несколько устройств-источников кадров (DTE) подключается к портам повторителя, образуя сеть топологии звезда.

Соединения DTE-DTE в разделяемых сегментах не встречаются (петлевидные соединения повторителей не допустимы), а вот для мостов/коммутаторов и маршрутизаторов такие соединения являются нормой - когда сетевой адаптер прямо соединен с портом одного из этих устройств, либо эти устройства соединяются друг с другом. Спецификация IEEE 802.3u определяет следующие максимальные значения сегментов (таблица 4.1), которые соединяют устройства-источники кадров (DTE-DTE)

Таблица 4.1 - Максимальные длины сегментов DTE-DTE

Повторители Fast Ethernet делятся на два класса. Повторители класса I поддерживают все типы логического кодирования данных: как 4В/5В, так и 8В/6Т. Повторители класса II поддерживают только какой-либо один тип логического кодирования - либо 4В/5В, либо 8В/6Т. Повторители класса I могут иметь порты всех трех типов физического уровня Fast Ethernet: 100Base-TX, 100Base-FX и 100Base-T4. Повторители класса II имеют либо все порты 100Base-T4, либо порты 100Base-TX и 100Base-FX, так как последние оба используют один и тот же логический код 4В/5В.

В одном домене коллизий допускается наличие только одного повторителя класса I. Это связано с тем, что такой повторитель вносит большую задержку при распространении сигналов из-за необходимости передачи различных систем сигнализации. Величина этой задержки распространения для одного повторителя класса I равна - 70 bt.

Повторители класса II вносят меньшую задержку при передаче сигналов: 46 bt для портов TX/FX и 33,5 bt для портов Т 4. Поэтому максимальное число повторителей класса II в одном домене коллизий определили - 2. Причем допустимое расстояние между этими двумя повторителями, по соответствию выполнения условия допустимого PDV, можно выбирать не длиннее 5 метров.

Максимальное число повторителей класса II в домене коллизий - 2, причем они соединяются между собой кабелем не длиннее 5 метров. Условие не длиннее 5-ти метров на самом деле универсальное, справедливое для всех типов конфигураций, но если произвести необходимые расчеты, то можно показать, что для некоторых конфигураций это расстояние может быть и больше. С другой стороны, если просто пользоваться именно этим ограничением, то вы никогда не ошибетесь. Для того, чтобы проводить какие либо расчеты нам нужны некоторые справочные данные для стандарта Fast Ethernet.

То, что в сети Fast Ethernet можно использовать небольшое количество повторителей не является серьезным препятствием при построении больших сетей, так как применение коммутаторов и маршрутизаторов делит сеть на несколько доменов коллизий, каждый из которых будет строиться на одном или двух повторителях. Общая длина сети не будет иметь в этом случае ограничений.

Таблица 4.2 - Максимальные длины сегментов DTE-DTE

Таким образом, правило 4-х хабов превратилось для технологии Fast Ethernet в правило одного или двух хабов, в зависимости от класса хаба.

Но для определения корректной конфигурации сети можно не руководствоваться правилами одного или двух хабов, а нужно рассчитывать время двойного оборота сети, PDV, как это было показано выше для сети Ethernet 10 Мбит/с.

Как и для технологии Ethernet 10 Мбит/с, комитет 802.3 дает исходные данные для расчета времени двойного оборота сигнала. Однако при этом сама форма представления этих данных и методика расчета несколько изменились. Комитет предоставляет данные об удвоенных задержках, вносимых каждым элементом сети, не разделяя сегменты сети на левый, правый и промежуточный. Кроме того, задержки, вносимые сетевыми адаптерами, учитывают преамбулы кадров, поэтому время двойного оборота при расчете конфигурации Fast Ethernet нужно сравнивать с величиной 512 битовых интервала (bt), то есть со временем передачи кадра минимальной длины без преамбулы.

Для повторителей класса I PDV можно рассчитать следующим образом.

Задержки, вносимые прохождением сигналов по кабелю, рассчитываются на основании данных таблицы 3, в которой учитывается удвоенное прохождение сигнала по кабелю.

Задержки, которые вносят два взаимодействующих через повторитель сетевых адаптера (или порта коммутатора), берутся из таблицы 4.