При обращении к асинхронному (также называемому неблокирующим) примитиву, процесс не приостанавливается.
Таким образом, после того как процесс вызывает примитив Send, операционная система возвращает процессу управление сразу после установки сообщения в очередь на передачу или после создания копии сообщения. Когда сообщение передано или скопировано в безопасное место для последующей передачи, передающий процесс прерывается и, таким образом, информируется о том, что буфером сообщения можно пользоваться снова.
Если копии сообщения не создается, то любые изменения сообщения, производимые передающим процессом уже после обращения к примитиву Send, но до отправки сообщения, являются рискованными.
Аналогично, после обращения к асинхронному примитиву Receive процесс продолжает работу. Когда сообщение прибывает, процесс информируется об этом событии путем прерывания или периодического опроса.
Асинхронные примитивы обеспечивают эффективное и гибкое обращение процессов к системе передачи сообщений.
Недостаток этого подхода заключается в том, что программы, использующие подобные примитивы, трудно тестировать и отлаживать.
События, которые зависят от времени и которые невозможно воспроизвести, могут стать источником трудноразрешимых проблем.
Альтернатива заключается в использовании синхронных или, как их еще называют, блокирующих примитивов.
При вызове синхронного примитива Send управление не возвращается передающему процессу до тех пор, пока сообщение не будет передано (ненадежное обслуживание), или до тех пор, пока не будет получено подтверждение о доставке сообщения (надежное обслуживание).
Блокирующий примитив Receive не возвратит управление, пока сообщение не окажется в выделенном для него буфере.
Уделенные вызовы процедур
Уделенный вызов процедуры (Remote Procedure Call, RPC) представляет собой вариант базовой модели передачи сообщения.
Сегодня уделенные вызовы процедур являются общим и широко применяемым методом инкапсуляции взаимодействия в распределенной системе. Суть этой техники состоит в том, чтобы позволить программам на разных машинах взаимодействовать друг с другом путем простого вызова процедур, как если бы они работали на одной машине.
Таким образом, механизм вызова процедур используется для доступа к услугам, предлагаемым удаленной машиной.
Популярность этого подхода связана со следующими преимуществами:
Вызов процедуры представляет собой широко распространенную и понятную абстракцию.
Уделенные вызовы процедур позволяют специфицировать удаленный интерфейс в виде множества именованных операций с объектами указанных типов. Таким образом, интерфейс может быть четко и ясно документирован, а в распределенной программе можно выполнить статический контроль типов.
Поскольку интерфейс стандартизован и точно определен, коммуникационная программа приложения может быть сгенерирована автоматически.
Поскольку интерфейс стандартизован и точно определен, разработчики могут написать клиентский и серверный модули, для перемещения которых на другие платформы и операционные системы потребуется лишь небольшая модификация исходного текста программы.
Механизм удаленного вызова процедур может рассматриваться как усовершенствованная система надежной синхронной передачи сообщений.
Общую архитектуру иллюстрирует рис. 17.11, б, а на рис. 17.13 показана более детальная схема. Вызывающая программа выполняет на своей машине обычный вызов процедуры с параметрами.
Например: CALL P(X. Y)
Здесь ♦ Р - имя процедуры;
♦ X - передаваемые аргументы;
♦ Y - возвращаемые значения. То, что на самом деле происходит удаленный вызов процедуры на какой-то другой машине, может быть прозрачным или непрозрачным для пользователя. Так называемый исполнитель процедуры Р, или стаб, должен быть включен в адресное пространство вызывающего процесса или динамически скомпонован во время вызова.
Стаб создает сообщение, идентифицирующее вызываемую процедуру и содержащее ее параметры. Затем он посылает это сообщение удаленной системе и ждет ответа.
Когда ответ получен, стаб возвращает управление вызвавшей ее программе и передает ей возвращаемые значения. На удаленной машине с вызываемой процедурой ассоциируется другой стаб.
Когда приходит сообщение, стаб исследует его и на основе полученных имени процедуры и параметров формирует обычное локальное обращение CALL P(X, Y).
То есть удаленная процедура вызывается локально, при этом выполняется стандартная передача параметров через стек.
Рис. 17.13. Механизм удаленного вызова процедур
Привязка клиента и сервера Привязка позволяет специфицировать отношения между удаленной процедурой и вызывающей ее программой. Привязка формируется после того, как два приложения установили логическое соединение и готовы обмениваться командами и данными.
Привязка может быть постоянной и непостоянной. При непостоянной привязке логическое соединение между двумя процессами устанавливается только на время удаленного вызова процедуры.
Как только удаленная процедура возвращает значения, соединение разрывается. Активное соединение потребляет ресурсы, так как обе стороны должны хранить информацию о его состоянии.
Использование временных соединений позволяет сберечь эти ресурсы. С другой стороны, на установку соединения требуется время и обмен служебными данными по сети, поэтому данный подход неприемлем для удаленных процедур, часто вызываемых одним и тем же процессом.
При постоянной привязке соединение, устанавливаемое для удаленного вызова процедуры, сохраняется и после того, как удаленная процедура возвращает управление.
Это соединение может использоваться для последующих удаленных вызовов процедуры. Если в течение определенного интервала соединение не используется, оно разрывается. Такая схема удобна для приложений, делающих много удаленных вызовов процедур.
В этом случае постоянная привязка позволяет делать вызовы и получать их результаты через одно и то же логическое соединение.
Управляемые выпрямители однофазного тока
Мостовой управляемый выпрямитель трехфазного тока
Работа тиристорных групп /, // в реверсивном преобразователе характеризуется попеременным использованием в них режимов выпрямления и инвертирования. Различают два режима управления тиристорными группами - совместное и раздельное.
При совместном управлении отпирающие импульсы подаются на тиристоры как одной, так и другой групп во всех режимах работы привода, задавая одной группе режим выпрямления, а другой - режим инвертирования. Углы управления щ, ац соответственно тиристорами групп I и /I связаны между собой условием равенства средних значений напряжения и ал выпрямителя и ин-
Синхронные системы импульсно-фазового управления
Синхронный принцип импульсно-фазового управления преобразователями является наиболее распространенным. Его характеризует такая функциональная связь узлов СУ, предназначенных для получения управляющих импульсов, при которой синхронизация управляющих импульсов осуществляется напряжением сети переменного тока.
Сущность синхронного принципа построения СУ и функциональное назначение ее узлов покажем на примере выполнения канала управления одним тиристором преобразователя (рис. 6.36). В схему канала входят генератор опорного напряжения ГОН, нуль-орган НО и усилитель-формирователь УФ отпирающих импульсов.
Синхронные системы управления многофазными преобразователями могут быть выполнены по многоканальному и одноканальному способам.
В многоканальной системе управления (рис. 6.37) регулирование угла а осуществляется от общего управляющего напряжения при выполнении каждого канала по типу рис. 6.36.
Количество каналов равно числу тиристоров в схеме преобразователя (так, в СУ трехфазного мостового управляемого выпрямителя число каналов равно шести). При соответствующей синхро низации фазосдвигающих устройств от сети переменного тока (фази-ровки) система формирует для тиристоров в фазах а, Ь, с управляющие импульсы, симметричные относительно точек естественного отпирания (см. рис. 6.15, в), что требуется для работы схемы.
Многоканальный способ управления получил широкое распространение благодаря простоте выполнения СУ, унификации ее узлов, а также применимости для различного типа преобразователей. Вместе с тем в таких системах предъявляются повышенные требования к идентичности регулировочных характеристик фазосдвигающих устройств а = / г (%а) отдельных каналов во всем диапазоне изменения управляющего напряжения. Различие регулировочных характеристик приводит к отличию углов а по каналам управления тиристорами, асимметрии управляющих импульсов, что создает, например, в управляемых выпрямителях дополнительные низкочастотные пульсации выпрямленного напряжения.
В одноканальной системе управления регулирование фазового сдвига управляющих импульсов производится по одному каналу с помощью общего фазосдвигающего устройства, импульсы которого затем распределяются по цепям формирования запускающих импульсов для каждого из тиристоров преобразователя. Благодаря применению общего фазосдвигающего устройства одноканальная система способна обеспечить самые высокие требования в отношении симметрии управляющих импульсов. Однако из-за усложнения системы управления, особенно для реверсивных преобразователей и НПЧ, одноканальный способ построения СУ менее распространен.
Асинхронные системы импульсно-фазового управления
В рассмотренных синхронных системах управления момент получения управляющего импульса (т. е. угол управления а) отсчиты-вается от некоторой точки напряжения питающей сети (например, от момента его перехода через нуль). Такая синхронизация от напряжения питающей сети осуществляется посредством генератора опорного напряжения. Начало отсчета угла а либо совпадает с моментом синхронизации, либо сдвинуто относительно него на некоторый постоянный фазовый угол.
В асинхронных системах управления связь во времени управляющих импульсов с соответствующими точками напряжения питающей гети играет вспомогательную роль, например служит для ограничения минимальных и максимальных значений углов управления а. 2ами же управляющие импульсы получают без синхронизации узлов;истемы управления напряжением сети переменного тока. Фазосдви-гающее устройство, принципиально необходимое для синхронных систем, здесь отсутствует.
Ступенчатый метод регулирования переменного напряжения. Ступенчатый метод регулирования характеризуется ступенчатым изменением амплитуды (действующего значения) переменного напряжения, подводимого к нагрузке, без изменения формы его кривой. Этот метод осуществляется с помощью трансформатора, выводы от вторичной обмотки которого через включенные встречно-параллельно тиристоры связаны с нагрузкой (рис. 6.55, а). Отпирание тиристоров происходит при переходе переменного напряжения через нуль (рис. 6.55, б, в). Регулирование мощности в нагрузке (например, с целью изменения температуры печи в определенном диапазоне^ осуществляется системой управления, которая производит избирательную подачу отпирающих импульсов на соответствующую пару включенных встречно-параллельно тиристоров. Сложная конструкция трансформатора, наличие большого количества тиристоров, а также невозможность плавного регулирования мощности в нагрузке являются недостатками данного метода регулирования. Преимущества метода - отсутствие искажений в кривой потребляемого от сети тока, а также фазового сдвига тока относительно напряжения питающей сети (при чисто активной нагрузке).
Фазоступенчатый метод регулирования переменного напряжения. Фазоступенчатый метод регулирования основывается на совместном использовании ступенчатого и фазовых методов регулирования. Он реализуется по схеме с трансформатором на входе вида рис. 6.55, а. В зависимости от числа ступеней вторичного напряжения трансформатора и 2 (тиристорных пар) существует двух-, трех-, четырех-и многоступенчатое фазовое регулирование.
Сущность фазоступенчатого метода сводится к использованию фазового регулирования для плавного изменения действующего значения напряжения на нагрузке в пределах каждой ступени выходного напряжения
Широтно-импульсный метод регулирования переменного напряжения на пониженной частоте.
Широтно-импульсный метод регулирования на пониженной частоте основывается на изменении числа периодов переменного напряжения, подводимого к нагрузке. Для его реализации требуется схема вида рис. 6.47, а
или б, в.
Диаграммы напряжений на рис. 6.58 иллюстрируют принцип работы преобразователя переменного напряжения при данном методе регулирования. Этот метод позволяет осуществить регулирование мощности в нагрузке в диапазоне от и 2 Ш н до нуля. Его недостатком является присутствие гармонических в токе сети с частотами ниже 50 Гц, что обусловливается импульсным характером потребления энергии от сети. Указанный недостаток в значительной степени ослабляется при питании от общей сети переменного тока группы из нескольких преобразователей, когда отсутствие потребления тока одним преобразователем компенсируется потреблением тока другими преобразователями.
2.4.3. Асинхронная передача
Здесь передатчик и приемник действуют независимо и обмениваются синхронизирующей комбинацией битов в начале каждого кодового элемента (кадра) сообщения. Между одним кадром сообщения и следующим нет фиксированной зависимости. Это аналогично таким устройствам обмена информацией, как клавиатура компьютера, ввод с которой может происходить с длинными случайными паузами между нажатиями на клавиши.
Выбранная первоначально скорость передачи задает частоту опроса (за исключением систем "Autobaud"). Частота опроса канала на приемнике высока, обычно в 16 раз выше скорости передачи бит (bit rate), для точного определения центра синхронизирующей комбинации (стартового бита) и его длительности.
Затем биты данных определяются приемником путем опроса канала в моменты времени, соответствующие середине каждого передаваемого бита. Они определяются добавлением для; каждого последующего такта значения длительности бита, начиная с середины стартового бита. Для восьмибитной последовательной передачи этот опрос производится для каждого из восьми битов данных, а заключительная выборка производится во время девятого временного интервала. Последняя выборка служит для определения стопового бита и подтверждения сохранности синхронизации до конца кадра сообщения. Рис. 2.15 иллюстрирует процесс асинхронного приема данных.
2.4.4. Синхронная передача
Здесь передатчик и приемник устанавливают начальную синхронизацию, затем непрерывно передают данные, поддерживая ее на протяжении всего сеанса передачи. Достигается это посредством специальных схем кодирования данных, таких, как манчестерское кодирование (Manchester Encoding), которые обеспечивают непрерывную запись в передаваемый поток данных тактовых сигналов передатчика. Таким способом можно поддерживать синхронизацию приемника вплоть до последнего бита сообщения, которое может достигать длины 4500 байтов (36000 битов). Это позволяет эффективно передавать большие кадры данных на больших скоростях. Синхронная система упаковывает вместе множество символов и посылает их непрерывным потоком, который называется блоком. У каждого блока есть заголовок, содержащий стартовый ограничитель для начальной синхронизации и информацию о блоке, и завершающая ччасть, для проверки " ошибок и т. п. Пример блока синхронной передачи показан на рис. 2.16.
44. Интерфейсные узлы сопряжения с объектом микропроцессорных систем управления. Назначения и типы.
45. Отличительные особенности 32-разрядных мп. Стандартная архитектура 32-разрядного мп. Приведите примеры известных Вам 32 - разрядных мп.
1. в архитектуре применено RISC-ядро, позволяющее наиболее часто встречающиеся инструкции выполнять за 1 такт;
2. наличие встроенного арифметического сопроцессора;
3. наличие внутренней кэш-памяти и предусмотрены все необходимые средства для построения памяти с двухуровневым кэшированием;
4. увеличена очередь команд до 16 байт;
5. ускорено выполнение операций как в целочисленном АЛУ, так и в блоке арифметического сопроцессора;
6. используется умножение тактовой частоты системной платы (с увеличенной частотой работают только внутренние схемы микропроцессора, все внешние по отношению к микропроцессору схемы, в том числе расположенные и на системной плате, работают с обычной частотой).
Концепция RISC-микропроцессора сводится к следующим положениям:
· выполнение всех (или, по крайней мере, 75% команд) за один цикл;
· стандартная длина всех команд;
· малое число команд;
· малое количество форматов команд;
· малое число способов адресации (преимущественно регистровая и непосредственная);
· все команды, за исключением «Чтения» и «Записи», используют внутрипроцессорные межрегистровые пересылки;
· относительно большой процессорный файл РОН.
В состав структурной схемы микропроцессора входят
1. целочисленное устройство,
2. устройство с плавающей точкой,
3. устройство управления,
4. диспетчер памяти,
5. устройство команд,
6. кэш-память,
7. шинное устройство.
В состав целочисленного устройства входят АЛУ, 32-разрядные РОН и многоразрядный сдвигатель, используемый при арифметических и циклических сдвигах, операциях умножения и деления. Команды сложения, вычитания, сдвига и логические операции выполняются за один такт. Содержимое РОН используется устройством сегментации для формирования адресов.
Устройство с плавающей точкой по структуре и программному обеспечению соответствует математическому сопроцессору.
Диспетчер памяти состоит из устройства сегментации и страничного преобразования и обеспечивает двухступенчатое формирование физического адреса ячейки памяти сначала в пределах сегмента, а затем в пределах страницы. Диспетчер поддерживает реальный и защищенный режимы работы микропроцессора.
Шинное устройство поддерживает обмен микропроцессора с памятью, контроллерами ввода-вывода и другими активными внешними устройствами.
Схемы управления имеют два типа выводов:
1. сигналы управления циклами магистрали,
2. сигналы управления состоянием микропроцессора и взаимодействием микропроцессора с другими активными устройствами магистрали.
Микропроцессор имеет внутреннюю кэш-память, единую для команд и данных. Кэш-память представляет собой быстродействующую память ограниченного объема, в которой хранятся копии последних считанных команд и операндов. Когда микропроцессор обращается за командой или данными, то сначала производится поиск требуемой информации в кэш-памяти. При отсутствии необходимой информации в кэш-памяти производится обращение к оперативной памяти и одновременная запись в кэш-память. При записи соответствие содержимого оперативной и кэш-памяти достигается с помощью механизмов сквозной записи. При сквозной записи осуществляется одновременное изменение содержимого как кэш-памяти, так и оперативной памяти.
Устройство команд содержит блок предвыборки для создания очереди команд, готовых к выполнению, и дешифратор команд. Блок предвыборки позволяет с опережением получить команды из памяти перед их фактическим исполнением. Дешифратор команд получает команды от блока предвыборки и преобразует их в управляющие сигналы. В дешифраторе одновременно обрабатываются коды операций, байты адресации и смещения. Выходные сигналы дешифратора определяют аппаратные микрокоманды для устройства сегментации, целочисленного устройства и устройства с плавающей точкой.
Общий обзор структур, характеристик и архитектур 32-разрядных микропроцессоров. Cтруктуры различных типов МП могут существенно различаться, однако с точки зрения пользователя наиболее важными параметрами являются архитектура, адресное пространство памяти, разрядность шины данных, быстродействие. Архитектуру МП определяет разрядность слова и внутренней шины данных МП. Первые МП основывались на 4-разрядной архитектуре. Первые ПЭВМ использовали МП с 8- разрядной архитектурой, а современные МП основаны на МП с 16 и 32- разрядной архитектурой. Микропроцессоры с 4- и 8-разрядной архитектурой использовали последовательный принцип выполнения команд, при котором очередная операция начинается только после выполнения предыдущей. В некоторых МП с 16-разрядной архитектурой используются принципы параллельной работы, при которой одновременно с выполнением текущей команды производятся предварительная выборка и хранение последующих команд. В МП с 32-разрядной архитектурой используется конвейерный метод выполнения команд, при котором несколько внутренних устройств МП работают параллельно, производя одновременно обработку нескольких последовательных команд программы. Адресное пространство памяти определяется разрядностью адресных регистров и адресной шины МП. В 8-разрядных МП адресные регистры обычно составляются из двух 8-разрядных регистров, образуя 16-разрядную шину, адресующую 68 Кбайт памяти. В 16-разрядные МП, как правило, используются 20-разрядные адресные регистры, адресующие 1 Мбайт памяти. В 32-разрядных МП используются 24- и 32-разрядные адресные регистры, адресующие от 16 Мбайт до 4 Гбайт памяти. Для выборки команд и обмена данными с памятью МП имеют шину данных , разрядность которой, как правило, совпадает с разрядностью внутренней шины данных, определяемой архитектурой МП. Однако для упрощения связи с внешней аппаратурой внешняя шина данных может иметь разрядность меньшую, чем внутренняя шина и регистры данных. Например, некоторые МП с 16-разрядной архитектурой имеют 8-разрядную внешнюю шину данных. Они представляют собой специальные модификации обычных 16 разрядных МП и обладают практически той же вычислительной мощностью. Одним из важных параметров МП является быстродействие определяемое тактовой частотой его работы, которая обычно задается внешними синхросигналами. Для разных МП эта частота имеет пределы 0,4...33 МГц. Выполнение простейших команд (например, сложение двух операндов из регистров или пересылка операндов в регистрах МП) требует минимально двух периодов тактовых импульсов (для выборки команды и её выполнения). Более сложные команды требуют для выполнения до 10 - 20 периодов тактовых импульсов. Если операнды находятся не в регистрах, а в памяти, дополнительное время расходуется на выборки операндов в регистры и записи результата в память. Скорость работы МП определяется не только тактовой частотой, но и набором его команд, их гибкостью, развитой системой прерываний. Структуры, характеристики и архитектуры некоторых микропроцессоров. Микропроцессоры Alpha. Технологическое решение способствующее повышению производительности процессора АХР 21064 , Являются две раздельные кэш - памяти для команд и данных по 8 Кбайт каждая. Кроме того, в этом чипе применён метод предсказания ветвления (Branch Prediction), который позволяет предсказывать возможные разветвления потоков конвейерной линии. Основным преимуществом этого процессора является его высокая тактовая частота, обеспечиваемая особой структурой процессора. Микропроцессоры ARM. МП содержит АЛУ, сдвигатель, умножитель, двадцать семь 32- разрядных регистров. В МП реализован трехступенчатый конвейер (одна инструкция выполняется, вторая -декодируется третья - считывается в памяти). Обращение к памяти осуществляется только командами загрузки и запоминания регистров, обеспечивающими адресацию байта или 32-разрядного слова. МП может работать в четырех режимах (О - пользователя, 1 - прерывания. 2 - быстрого прерывания. 3 - супервизора), каждый из которых может использовать свои собственные 32-разрядные регистры.
|
Номера регистров |
|
Все команды МП имеют длину 32 разряда. Микропроцессор АМ 29000 фирмы АМD. МП содержит три устройства: предварительной выборки, исполнительное, управления памятью. Исполнительное устройство включает в себя регистровый файл, содержащий 64 регистра с фиксированным адресом (глобальные регистры) и 128 регистров с переменным адресом (локальные регистры). Глобальные регистры назначаются статически компилятором или программистом. Они могут быть использованы для размещения данных ОС, таких, как базовых адресов страниц. Локальные регистры выполняют функции регистров стека для хранения параметров процедуры обращения к подпрограмме. Все команды имеют фиксированный 32-разрядный формат, обеспечивающий упрощение организации конвейера, схемы выборки и обработки команды и др. Микропроцессоры фирмы Intel. В процессорах применяются расширенные микроканалы, характеризующиеся следующими преимуществами: поддержка параллельной многопроцессорной многозадачной работы; до 15 каналов прямого доступа; одновременная обработка и выборка данных; усовершенствованный доступ к данным; усовершенствованная диагностика и локализация ошибок; управление конфликтами при прерываниях ввода - вывода; автоматическое расширение; идентификация и интеграция. Микропроцессор i80386. В 80386 имеется 32 регистра, разделяемых на следующие группы: регистры общего назначения, сегментные, указатель команд и флаги, управления. Шесть программно доступных регистров отладки реализуют поддержку процесса отладки программ: четыре указывают четыре точки останова, управляющий используется для установки контрольных точек, а статусный показывает текущее состояние точек останова. Эти регистры обеспечивают задание контрольных точек останова по командам и данным, а также пошаговый режим выполнения программы. Микропроцессор 80386 содержит шесть блоков, обеспечивающих управление выполнением команд, сегментацию, страничную организацию памяти, сопряжение с шинами, декодирование и упреждающую выборку команд. Все эти устройства работают в виде конвейера, причем каждое из них может выполнять свою конкретную функцию параллельно с другими. Таким образом, во время выполнения одной команды производится декодирование второй, а третья выбирается из памяти. Дополнительным средством повышения производительности служит специальный блок быстрого умножения (деления). Устройство управления памятью содержит блок сегментации и блок страничной организации. Сегментация позволяет управлять логическим адресным пространством, обеспечивая переместимость программ и данных и эффективное разделение памяти между задачами. Страничный механизм работает на более низком уровне я прозрачен для сегментации, позволяя управлять физическим адресным пространством. Каждый сегмент разделяется на одну или несколько страниц размером 4 Кбайта. Память организована в виде одного или нескольких сегментов переменной длины. Максимальная длина сегмента 4 Гбайта. Каждая область адресного пространства может иметь связанные с ней атрибуты, определяющие ее расположение, размер, тип (стек, программа или данные) характеристики зашиты. Устройство сегментации обеспечивает четырехуровневую защиту для изоляции прикладных задач и операционной системы друг от друга. Микропроцессор i486. По сравнению с 80386 процессором, почти все усовершенствования сделаны на аппаратном уровне, и у нового процессора гораздо больше. На кристалле, кроме центрального процессора, были размещены: математический сопроцессор, кэш и устройство управления памятью, которое позволяло физически адресовать до 4 Гбайт ОЗУ. Микропроцессор 80486 на частоте 25 - Мгц работал в 3 - 4 раза быстрее чем микропроцессор 80386, рассчитанный на такую же частоту. В микропроцессоре используются раздельные 32 - разрядные шины адреса и данных, обеспечивающие в монопольном режиме скорость передачи данных до 106 М байт\с (при тактовой частоте 33 Мгц), а также 8 Кбайт встроенной кэш - памяти, играющей роль буфера между относительно медленной основной памятью и высокоскоростным процессором. Процессор i80486 в своё время являлся незаменимым при работе в такой многопользовательской системе как UNIX
компонент , тот, что обрабатывает запрос - сервером . "Клиент" и " сервер " в этом контексте обозначают роли в рамках данного взаимодействия. В большинстве случаев один и тот же компонент может выступать в разных ролях - то клиента, то сервера - в различных взаимодействиях. Лишь в небольшом классе систем роли клиента и сервера закрепляются за компонентами на все время их существования.Синхронным (synchronous) называется такое взаимодействие между компонентами, при котором клиент, отослав запрос , блокируется и может продолжать работу только после получения ответа от сервера. По этой причине такой вид взаимодействия называют иногда блокирующим (blocking) .
Обычное обращение к функции или методу объекта с помощью передачи управления по стеку вызовов является примером синхронного взаимодействия .
Синхронное взаимодействие достаточно просто организовать, и оно гораздо проще для понимания. Человеческое сознание обладает единственным "потоком управления", представленным в виде фокуса внимания, и поэтому человеку проще понимать процессы, которые разворачиваются последовательно, поскольку не нужно постоянно переключать внимание на происходящие одновременно различные события. Код программы клиентского компонента, описывающей синхронное взаимодействие , устроен проще - его часть, отвечающая за обработку ответа сервера, находится непосредственно после части, в которой формируется запрос . В силу своей простоты синхронные взаимодействия в большинстве систем используются гораздо чаще асинхронных.
Вместе с тем, синхронное взаимодействие ведет к значительным затратам времени на ожидание ответа. Это время часто можно использовать более полезным образом: ожидая ответа на один запрос , клиент мог бы заняться другой работой, выполнить другие запросы, которые не зависят от еще не пришедшего результата. Поскольку все распределенные системы состоят из достаточно большого числа уровней, через которые проходят практически все взаимодействия, суммарное падение производительности, связанное с синхронностью взаимодействий, оказывается очень большим.
Наиболее распространенным и исторически первым достаточно универсальным способом реализации синхронного взаимодействия в распределенных системах является удаленный вызов процедур (Remote Procedure Call, RPC ; вообще-то, по смыслу правильнее было бы сказать "дистанционный вызов процедур", но по историческим причинам закрепилась имеющаяся терминология). Его модификация для объектно-ориентированной среды называется удаленным вызовом методов (Remote Method Invocation, RMI) . Удаленный вызов процедур определяет как способ организации взаимодействия между компонентами, так и методику разработки этих компонентов.
На первом шаге разработки определяется интерфейс процедур, которые будут использоваться для удаленного вызова. Это делается при помощи языка определения интерфейсов (Interface Definition Language, IDL) , в качестве которого может выступать специализированный язык или обычный язык программирования , с ограничениями, определяющимися возможностью передачи вызовов на удаленную машину.
Определение процедуры для удаленных вызовов компилируется компилятором IDL в описание этой процедуры на языках программирования, на которых будут разрабатываться клиент и сервер (например, заголовочные файлы на C/C++), и два дополнительных компонента - клиентскую и серверную заглушки (client stub и server stub ).
Клиентская заглушка представляет собой компонент , размещаемый на той же машине, где находится компонент -клиент. Удаленный вызов процедуры клиентом реализуется как обычный, локальный вызов определенной функции в клиентской заглушке. При обработке этого вызова клиентская заглушка выполняет следующие действия.
- Определяется физическое местонахождение в системе сервера, для которого предназначен данный вызов. Это шаг называется привязкой (binding) к серверу. Его результатом является адрес машины, на которую нужно передать вызов.
- Вызов процедуры и ее аргументы упаковываются в сообщение в некотором формате, понятном серверной заглушке (см. далее). Этот шаг называется маршалингом (marshaling) .
- Полученное сообщение преобразуется в поток байтов (это сериализация, serialization ) и отсылается с помощью какого-либо протокола, транспортного или более высокого уровня, на машину, на которой помещен серверный компонент.
- После получения от сервера ответа, он распаковывается из сетевого сообщения и возвращается клиенту в качестве результата работы процедуры.
В результате для клиента удаленный вызов процедуры выглядит как обращение к обычной функции.
4.4 Сравнение синхронных и асинхронных систем связи
Как правило, при рассмотрении производительности приемника или демодулятора предполагается наличие некоторого уровня синхронизации сигнала. Например, при когерентной фазовой демодуляции (схема PSK) предполагается, что приемник может генерировать опорные сигналы, фаза которых идентична (возможно, с точностью до постоянного смещения) фазе элементов сигнального алфавита передатчика. Затем в процессе принятия решения относительно значения принятого символа (по принципу максимального правдоподобия) опорные сигналы сравниваются с поступающими.
При генерации подобных опорных сигналов приемник должен быть синхронизирован с принимаемой несущей. Это означает, что фаза поступающей несущей и ее копии в приемнике должны согласовываться. Другими словами, если в поступающей несущей не закодирована информация, поступающая несущая и ее копия в приемнике будут проходить через нуль одновременно. Этот процесс называется фазовой автоподстройкой частоты (это – условие, которое следует удовлетворить максимально близко, если в приемнике мы хотим точно демодулировать когерентно модулированные сигналы). В результате фазовой автоподстройки частоты местный гетеродин приемника синхронизируется по частоте и фазе с принятым сигналом. Если сигнал-носитель информации модулирует непосредственно не несущую, а поднесущую, требуется определить как фазу несущей, так и фазу поднесущей. Если передатчик не выполняет фазовой синхронизации несущей и поднесущей (обычно так и бывает), от приемника потребуется генерация копии поднесущей, причем управление фазой копии поднесущей производится отдельно от управления фазой копии несущей. Это позволяет приемнику получать фазовую синхронизацию как по несущей, так и по поднесущей.
Кроме того, предполагается, что приемник точно знает, где начинается поступающий символ и где он заканчивается. Эта информация необходима, чтобы знать соответствующий промежуток интегрирования символа – интервал интегрирования энергии перед принятием решения относительно значения символа. Очевидно, если приемник интегрирует по интервалу несоответствующей длины или по интервалу, захватывающему два символа, способность к принятию точного решения будет снижаться.
Можно видеть, что символьную и фазовую синхронизации объединяет то, что обе включают создание в приемнике копии части преданного сигнала. Для фазовой синхронизации это будет точная копия несущей. Для символьной – это меандр с переходом через нуль одновременно с переходом поступающего сигнала между символами. Говорят, что приемник, способный сделать это, имеет символьную синхронизацию. Поскольку на один период передачи символа обычно приходится очень большое число периодов несущей, этот второй уровень синхронизации значительно грубее фазовой синхронизации и обычно выполняется с помощью другой схемы, отличной от используемой при фазовой синхронизации.
Во многих системах связи требуется еще более высокий уровень синхронизации, который обычно называется кадровой синхронизацией. Кадровая синхронизация требуется, когда информация поставляется блоками, или сообщениями, содержащими фиксированное число символов. Это происходит, например, при использовании блочного кода для реализации схемы прямой защиты от ошибок или если канал связи имеет временное разделение и используется несколькими пользователями (технология TDMA). При блочном кодировании декодер должен знать расположение границ между кодовыми словами, что необходимо для верного декодирования сообщения. При использовании канала с временным разделением нужно знать расположение границ между пользователями канала, что необходимо для верного направления информации. Подобно символьной синхронизации, кадровая равнозначна возможности генерации меандра на скорости передачи кадров с нулевыми переходами, совпадающими с переходами от одного кадра к другому.
Большинство систем цифровой связи, использующих когерентную модуляцию, требуют всех трех уровней синхронизации: фазовой, символьной и кадровой. Системы с некогерентной модуляцией обычно требуют только символьной и кадровой синхронизации; поскольку модуляция является некогерентной, точной синхронизации фазы не требуется. Кроме того, некогерентным системам необходима частотная синхронизация. Частотная синхронизация отличается от фазовой тем, что копия несущей, генерируемая приемником, может иметь произвольные сдвиги фазы от принятой несущей. Структуру приемника можно упростить, если не предъявлять требование относительно определения точного значения фазы поступающей несущей. К сожалению, это упрощение влечет за собой ухудшение зависимости достоверности передачи от отношения сигнал/шум.
До настоящего момента в центре обсуждения находилась принимающая часть канала связи. Однако иногда передатчик играет более активную роль в синхронизации – он изменяет отчет времени и частоту своих передач, чтобы соответствовать ожиданиям приемника. Примером того является спутниковая сеть связи, где множество наземных терминалов направляют сигналы на единственный спутниковый приемник. В большинстве подобных случаев передатчик для определения точности синхронизации использует обратный канал связи от приемника. Следовательно, для успеха синхронизации передатчика часто требуется двусторонняя связь или сеть. По этой причине синхронизация передатчика часто называется сетевой.
Необходимость синхронизации приемника связана с определенными затратами. Каждый дополнительный уровень синхронизации подразумевает большую стоимость системы. Наиболее очевидное вложение денег – необходимость в дополнительном программном или аппаратном обеспечении для приемника, обеспечивающего получение и поддержание синхронизации. Кроме того, что менее очевидно, иногда мы платим временем, затраченным на синхронизацию до начала связи, или энергией, необходимой для передачи сигналов, которые будут использоваться в приемнике для получения и поддержания синхронизации. В данном случае может возникнуть вопрос, почему разработчик системы связи вообще должен рассматривать проект системы, требующий высокой степени синхронизации. Ответ: улучшенная производительность и универсальность.
Рассмотрим обычное коммерческое аналоговое АМ-радио, которое может быть важной частью системы широковещательной связи, включающей центральный передатчик и множество приемников. Данная система связи не синхронизирована. В то же время полоса пропускания приемника должна быть достаточно широкой, чтобы включать не только информационный сигнал, но и любые флуктуации несущей, возникающие вследствие эффекта Доплера или дрейфа опорной частоты передатчика. Это требование к полосе пропускания передатчика означает, что на детектор поступает дополнительная энергия шума, превышающая энергию, которая теоретически требуется для передачи информации. Несколько более сложные приемники, содержащие систему слежения за частотой несущей, могут включать узкий полосовой фильтр, центрированный на несущей, что позволит значительно снизить шумовую энергию и увеличить принятое отношение сигнал/шум. Следовательно, хотя обычные радиоприемники вполне подходят для приема сигналов от больших передатчиков на расстоянии несколько десятков километров, они могут оказаться недееспособными при менее качественных условиях.
Для цифровой связи компромиссы между производительностью и сложностью приемника часто рассматриваются при выборе модуляции. В число простейших цифровых приемников входят приемники, разработанные для использования с бинарной схемой FSK с некогерентным обнаружением. Единственное требование – битовая синхронизация и сопровождение частоты. Впрочем, если в качестве модуляции выбрать когерентную схему BPSK, то можно получить ту же вероятность битовой ошибки, но при меньшем отношении сигнал/шум (приблизительно на 4 дБ). Недостатком модуляции BPSK является то, что приемник требует точного отслеживания фазы, что может представлять сложную конструктивную проблему, если сигналы обладают высокими доплеровскими скоростями или для них характерно замирание.
Еще один компромисс между ценой и производительностью затрагивает кодирование с коррекцией ошибок. При использовании подходящих методов защиты от ошибок возможно значительное улучшение производительности. В то же время цена, выраженная в сложности приемника, может быть высока. Для надлежащей работы блочного декодера требуется, чтобы приемник достигал блочной синхронизации, кадровой или синхронизации сообщений. Эта процедура является дополнением к обычной процедуре декодирования, хотя существуют определенные коды коррекции ошибок, имеющие встроенную блочную синхронизацию. Сверточные коды также требуют некоторой дополнительной синхронизации для получения оптимальной производительности. Хотя при анализе производительности сверточных кодов часто делается предположение о бесконечной длине входной последовательности, на практике это не так. Поэтому для обеспечения минимальной вероятности ошибки декодер должен знать начальное состояние (обычно все нули), с которого начинается информационная последовательность, конечное состояние и время достижения конечного состояния. Знание момента окончания начального состояния и достижения конечного состояния эквивалентно наличию кадровой синхронизации. Кроме того, декодер должен знать, как сгруппировать символы канала для принятия решения при разветвлении. Это требование также относится к синхронизации.
Приведенное выше обсуждение компромиссов велось с точки зрения соотношения между производительностью и сложностью отдельных каналов и приемников. Стоит отметить, что способность синхронизировать также имеет значительные потенциальные последствия, связанные с эффективностью и универсальностью системы. Кадровая синхронизация позволяет использовать передовые, универсальные методы множественного доступа, подобные схемам множественного доступа с предоставлением каналов по требованию (DAMA). Кроме того, использование методов расширения спектра – как схем множественного доступа, так и схем подавления интерференции – требует высокого уровня синхронизации системы. Эти технологии предлагают возможность создания весьма разносторонних систем, что является очень важным свойством при изменении системы или при воздействии преднамеренных или непреднамеренных помех от различных внешних источников.
Заключение
В первом разделе моей работы описаны принципы построения беспроводных телекоммуникационных систем связи: приведена схема построения системы сотовой связи, указаны методы разделения абонентов в сотовой связи и отмечены преимущества (конфиденциальность и помехоустойчивость) кодового разделения по сравнению с временным и частотным, а также рассмотрены распространенные стандарты беспроводной связи DECT, Bluetooth и Wi-Fi (802.11, 802.16).
Далее рассмотрены корреляционные и спектральные свойства сигналов и, для примера, приведены расчеты спектров некоторых сигналов (прямоугольного импульса, гауссовского колокола, сглаженного импульса) и автокорреляционных функций распространенных в цифровой связи сигналов Баркера и функций Уолша, а также указаны типы сложных сигналов для телекоммуникационных систем.
В третьей главе приведены методы модуляции сложных сигналов: методы фазовой манипуляции, модуляция с минимальным частотным сдвигом (один из методов модуляции с непрерывной фазой), квадратурная амплитудная модуляция; и указаны их преимущества и недостатки.
Последняя часть работы содержит рассмотрение вероятностей ошибок различения М известных и М флуктуирующих сигналов на фоне помех, а также алгоритм расчета ошибок различения М ортогональных сигналов с неизвестным временным положением в асинхронных системах связи с кодовым разделением.
Список литературы:
1. Ратынский М.В. Основы сотовой связи / Под ред. Д. Б. Зимина – М.: Радио и связь, 1998. – 248 с.
2. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение, 2-е издание.: Пер. с англ. – М.: Издательский дом “Вильямс”, 2003. – 1104 с.
3. Шахнович И. Современные технологии беспроводной связи. Москва: Техносфера, 2004. – 168 с.
4. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы: Учеб. для вузов по спец. «Радиотехника». – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2000. – 462 с.
5. Шумоподобные сигналы в системах передачи информации. Под ред. проф. В.Б. Пестрякова. М., «Сов. радио», 1973. – 424 с.
6. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. – М.: Радио и связь, 1985. – 384 с.
7. Вишневский В.М., Ляхов А.И., Портной С.Л., Шахнович И.В. Широкополосные беспроводные сети передачи информации. Москва: Техносфера, 2005. – 592 с.
8. Радченко Ю.С., Радченко Т.А. Эффективность кодового разделения сигналов с неизвестным временем прихода. Труды 5 междунар. конф. «Радиолокация, навигация, связь» - RLNC-99, Воронеж, 1999, т.1, с. 507-514.
9. Радиотехнические системы: Учеб. для вузов по спец. «Радиотехника» / Ю.П. Гришин, В.П. Ипатов, Ю.М. Казаринов и др.; Под ред. Ю.М. Казаринова. – М.: Высш. шк., 1990. – 469 с.
