Міністерство освіти Республіки Білорусь

Білоруський Державний Університет Інформатики і радіоелектроніки

Кафедра ЕОМ

Пояснювальна записка до курсового проекту по курсу

"Обчислювальні комплекси, системи та мережі"

на тему:

"Проектування блоку доступу до моноканалу ЛВС"

Виконав: студент групи 500501 < p> Балахонов Е.В.

Перевірив:

Лошата В.І.

Мінськ 2000
Зміст

Введення. 3
1. Постановка задачі 5
2. Розробка структурної схеми 6

2.1. Суть методу циклічного опитування з пріоритетами 6

2.2. Топологія локальних мереж 7

2.3. Базові мережеві топології 9
3. Розробка функціональної схеми 16

3.1. Структура кадру даних 16

3.2. Буфер даних. 16

3.3. Блок пам'яті. 17

3.4. Блок формування кадру 18

3.5. Декодер кадрів 19

3.6. Блок управління 20
4. Вибір і обгрунтування елементів схеми 22

4.1. Логічні елементи. 22

4.2. Регістри. 23

4.3-Схема порівняння. 24
5. Розробка принципової схеми 24
6. Висновок 25
7. Література 26
Введення.

Широке поширення комп'ютерних мереж перш за всеобумовлено їх високою економічною ефективністю. У бізнесісвоєчасне володіння необхідною інформацією - запорука успіху. Припобудові систем АСУТП використання комп'ютерних мереж дозволяє надійнопов'язувати каналами передачі інформації різнорідні пристрою, який частощо знаходяться на значній відстані один від одного і оперативно управлятитехнологічним процесом з точністю та швидкістю, недоступними длялюдини. Банківські розрахункові системи вже давно не обходяться без сервісів,що надаються комп'ютерними мережами.

Останнім часом комп'ютерні мережі в особі Internet придбаливелике значення як освітні, інформаційні та розважальнікошти, з огляду на те, що вони реалізують в собі найширший спектрможливостей. Завдяки їм Internet називають 6-м континентом, місцем, дегеографічне положення об'єктів абсолютно не важливо.

Бурхливий розвиток комп'ютерних мереж почалося на початку 80-х років.
Тільки в 1983 році було надано близько 100 типів локальнихобчислювальних мереж, що відрізняються типом абонентів (станцій) підключаються домережі, типом ЕОМ (від мікро-ЕОМ до великих обчислювальних систем),номенклатурою, що підключаються абонентських комплексів, середовищем передачі даних,вартісної продуктивністю, архітектурою і т.д. Проте багато в чому успіхрозвитку локальних обчислювальних мереж визначається їх доступністюмасовому користувачеві, з одного боку, і тими соціально-економічниминаслідками, які вони вносять в гнучкі автоматизовані комплекси в різних сферах людської діяльності, з іншого боку. Тому вданий час найбільш поширені лише декілька стандартівпобудови комп'ютерних мереж, які найбільше відповідають зазначенимвимогам. Це перш за все Ethernet і його модифікації, FDDI, Token Ringі деякі інші.
1. Постановка завдання

Завдання: Спроектувати блок керування доступом до моноканалу ЛВС.
Метод доступу до моноканалу: циклічний опитування з пріоритетами.

Топологія: кільце.

Число станцій: 25.

Довжина поля даних кадру: 32 байти.

Максимальна довжина повідомлення: 1,5 Кб.

Елементна база: ТТЛ.

2. Розробка структурної схеми

2.1. Суть методу циклічного опитування з пріоритетами

Цей метод управління застосовується в ЛОМ кільцевої конфігурації. Кадр,використовуваний тут, включає в себе всі поля звичайного кадру, а такожспеціальну службову частину, яка застосовується для управліннямоноканалом. Кожна станція, приєднана до моноканалу, володіє однимрозрядом у службовій частини, який може приймати одиничне або нульовезначення. Процедура передачі інформації включає три такти. На першому тактістанції, що мають інформацію для передачі, поміщають в свій розряд службовоїчастини одиничний біт. На другому такті станції, що помістив одиничний біт вслужбовий розряд, на всіх попередніх тактах здійснюють зчитуванняслужбової частини кадру і перевіряють помістили чи станції, які мають вищийпріоритет, одиничні біти в свої службові розряди. Якщо пріоритет поточноїстанції стає найвищим, то вона захоплює моноканал і починаєпередавати інформацію по третьому тактовою сигналу. Перевагою даногометоду: відсутність конфліктних звернень до моноканалу, простота апаратноїі програмної реалізації, невелика кількість додатковоїслужбової інформації. Основний недолік методу - низька швидкість роботистанцій під час обміну службовою інформацією.

2.2. Топологія локальних мереж

Локальна мережа являє собою систему розподіленоїобробки інформації, що складається як мінімум із двох комп'ютерів,взаємодіючих між собою за допомогою спеціальних засобів зв'язку.
Комп'ютери, що входять до складу мережі, виконують досить широке колофункцій, основними з яких є:

- організація доступу до мережі;

- управління передачею інформації;

- надання обчислювальних ресурсів і послуг абонентам мережі.
У свою чергу, засоби зв'язку покликані забезпечити надійну передачуінформації між комп'ютерами мережі.
Звичайно, комп'ютерна мережа може складатися і з двох комп'ютерів, але, якправило, їх число в мережі істотно більше. При цьому комп'ютерна мережа неє простим об'єднанням комп'ютерів, а являє собою достатньоскладну систему. Будь-яка комп'ютерна мережа характеризується топологією,протоколами, інтерфейсами, мережними технічними та програмними засобами.
Топологія комп'ютерної мережі відображає структуру зв'язків між її основнимифункціональними елементами. Залежно від розглянутих компонентів,прийнято розрізняти фізичну і логічну структури локальних мереж.
Фізична структура визначає топологію фізичних з'єднань міжкомп'ютерами. Логічна структура визначає логічнуорганізацію взаємодії комп'ютерів між собою. Доповнюючи один одного,фізична і логічна структури дають більш повне уявлення прокомп'ютерної мережі.

Під мережними технічними засобами маються на увазі різні фізичні пристрої, що забезпечують об'єднання комп'ютерів в єдину комп'ютерну мережу.

Протоколи являють собою правила взаємодії функціональних елементів мережі.

Інтерфейси - засобу сполучення функціональних елементів мережі. В якості функціональних елементів можуть виступати як окремі пристрої, так і програмні модулі. Відповідно до цього, існують апаратні та програмні інтерфейси.

Мережеві програмні засоби здійснюють управління роботою комп'ютерної мережі та забезпечують відповідний інтерфейс з користувачами. До мережевим програмним засобів відносяться мережні операційні системи та допоміжні (сервісні) програми.

Кожна з складових локальної мережі характеризує її окремі властивості, і лише їх сукупність визначає всю мережу в цілому. Таким чином, вибір локальної мережі полягає у виборі її топології, протоколів, апаратних засобів та мережевого програмного забезпечення. Кожен з цих компонентів є відносно незалежним. Наприклад, мережі з однаковою топологією можуть використовувати різні методи доступу, протоколи та мережеве програмне забезпечення. У свою чергу, в різних мережах можуть використовуватись однакові протоколи та (або) мережеве програмне забезпечення. Це, з одного боку, розширюєможливість вибору найбільш оптимальної структури мережі, а з іншого --ускладнює цей процес.

2.3. Базові мережеві топології

При створенні мережі, в якій використовуються тільки мережеві адаптери безтаких засобів, як маршрутизатори, концентратори і т.п., може бутиреалізована одна з трьох мережевих топологій: зіркоподібна, шинна абокільцева. Зіркоподібна мережа (рис 1) характеризується наявністюцентрального вузла комутації - мережевого сервера, до якого (або черезякий) посилаються всі повідомлення. У цьому випадку на мережевий сервер, крімосновні функції, можуть бути покладені додаткові функції поузгодженню швидкостей роботи станцій і перетворенню протоколів обміну.
Це дозволяє в рамках однієї мережі об'єднувати різнотипні робочі станції.
В даний час поширений дещо інший вигляд зіркоподібнійконфігурації мережі. У ньому замість мережевого сервера використовуєтьсяспеціалізоване пристрій, який може бути як простим повторювачем
(підсилювачем) сигналів, так і поєднувати в собі досить складні функціїмаршрутизатора. Така технологія використовується в мережі Ethernet приз'єднанні пристроїв через виту пару.

Рис 1. Зіркоподібна топологія

Поряд з певними перевагами, подібні локальні мережі мають іряд недоліків. Зокрема, при підключенні великої кількості робочихстанцій підтримка високої швидкості комутації вимагаєзначних апаратних затрат. Крім того, значна функціональнанавантаження центрального вузла визначає його складність, що, природно,позначається на надійності. Однак практика показує, що надійність такихпристроїв на сьогодні цілком достатня.
У мережах з шинної топологією (рис. 2) робочі станції за допомогою мережевихадаптерів підключаються до загальної магістралі (шині). Аналогічним чином дозагальної магістралі підключаються і інші мережеві пристрої. У процесіроботи мережі інформація від передавальної робочої станції поступає на адаптеривсіх робочих станцій, проте сприймається тільки адаптером тієї робочоїстанцією, якій вона адресована.
Подібна лінійна топологія характеризується простотою організації таможливістю підключення нових робочих станцій без використаннядодаткового обладнання. Однак наявність спільної передавальної середовища недозволяє абонентським системам одночасно передавати інформацію,а розрив шини призводить до поділу мережі на незалежні частини, а іноді й дозагальної її непрацездатності.

Рис 2. Шинна топологія мережі

Кільцева мережа (рис. 3) характеризується наявністю замкнутогооднонаправленої каналу передачі даних у вигляді кільця або петлі. У цьомувипадку інформація передається послідовно між адаптерами робочихстанцій до тих пір, поки не буде прийнята одержувачем і потім видалений змережі. Зазвичай за видалення інформації з мережі відповідає її відправник.
Управління роботою кільцевої мережі може здійснюватися централізовано здопомогою спеціальної моніторної станції, або децентралізоване за рахунокрозподілу функцій управління між всіма робочими станціями.
Недоліком кільцевої топології є те, що відмова однієї ланки кільцяможе вивести з ладу всю локальну мережу. З метою підвищення надійностікільцевих структур використовують спеціальні безразривние комутатори,що дозволяють автоматично відключати непрацюючі комп'ютери абоокремі сегменти мережі.

Рис 3. Кільцева топологія мережі.

Існує також безліч інших конфігурацій мереж. Однак через їхню малу поширеність, тут я не буду розглядати їх.

2.4. Склад блоку доступa до моноканалу

Рис. 4. Структурна схема блоку доступa до моноканалу.

Блок управління доступом до моноканалу (рис. 4) містить у собінаступні блоки:

- ПП - приймач;

- ДК-декодер кадрів;

- БФК - блок формування кадру;

-- БО - блок керування;

- БП-блок пам'яті;

- Вх. Буф. - Вхідний буфер;

- вих. Буф. - Вихідний буфер.

Розглянемо призначення цих блоків.

ПП приймає по моноканалу кадри, транслює в моноканал прийнятийкадр або передає в моноканал кадр, сформований БФК. визначаєзаголовок і кінцевик кадру.

ДК зчитує службову інформацію прийнятого кадру.

БФК формує під дією сигналів з БО маркер або кадр даних.

БО генерує сигнали управління в залежно від типу прийнятогокадру, приймає сигнали від вхідного буфера і декодера кадрів.

У БП заноситься і зберігаються адреси станції-відправника і станції -одержувача.

Вхідний буфер приймає дані від блоку сполучення з ЕОМ.

Вихідний буфер приймає дані від приймача-призбігу адреси одержувача і власного адреси.

Функціонує блок керування доступом до моноканалу наступнимтак:

Приймач прослуховує моноканал і при виявленні заголовкакадру завантажує в реєстр дані, наступні після заголовка до кінцевикакадру, і встановлює одиничне роль у службовій частині кадру, якщостанція має пакет на передачу. У декодер кадрів надходить службоваінформація прийнятого кадру. Декодер кадрів порівнює пріоритет своєїстанції з найвищим пріоритетом і видає результат в блок керуваннясигналом С1. Блок керування аналізує сигнал С1 і видає команду С5 якщопріоритет станції є найвищим, С2 станція хоче прийняти дані. С4сигналізує про наявність готових до передачі даних у вхідному буфері.
Сигнал С6 надходить до блоку пам'яті при ініціалізації блоку управліннядоступом, тобто при записі в блок пам'яті власного адреси, який потрібендля формування кадру. СЗ - якщо станція хоче прийняти пакет.
3. Розробка функціональної схеми

3.1. Структура кадру даних

Перш ніж розробляти функціональну схему блоку управліннядоступом до моноканалу необхідно визначити структуру кадру даних. Видкадру даних представлений на малюнку 5.

| ПНК | Служ.інф. | АП | АПР | Дані | ПКК |

Рис. 5. Структура кадру даних

ПНК - ознака початку кадру, ПКК - ознака кінця кадру, АП - адреса передавача, АПР - адреса приймача

3.2. Буфер даних.

Буферірованіе магістральних сигналів застосовується для електричногоузгодження і виконує дві основні функції: електрична розв'язка (длявсіх сигналів) і передача сигналів у потрібному напрямку (тільки длядвонаправлених сигналів). Це перший і найбільш очевидна інтерфейснафункція будь-якого УС. Іноді за допомогою буферірованія реалізується такожмультиплексування сигналів. Для буферірованія найбільш часто використовуютьсямікросхеми мігістральних приймачів, передавачів,приймачів, які називають також нерідко буферами або драйверами.

Буфер даних (рис. 6) являє собою два регістри: регістр прийомуі регістр передачі. У регістр прийому завантажуються дані по команді
«Прийняти» блоку управління. У регістр передачі завантажуються дані дляпередачі в мережу по зовнішній команді «завантажити».

Рис. 6. Функціональна схема буфера даних.

3.3. Блок пам'яті.

Рис. 7. Функціональна схема БП.

Блок пам'яті (мал. 7) зберігає адреса станції-відправника, тобто поточноїстанції, адреса станції-приймача. Адреса станції-відправника завантажується приініціалізації мережевого адаптера, до складу якого входить блок керуваннядоступом до моноканалу. Адреса станції-приймача завантажується при наявностіданих в ЕОМ для передачі,

3.4. Блок формування кадру

Рис. 8. Функціональна схема БФК.

Блок формування кадру (рис. 8) складається з чотирьох реєстрів.
Регістри адреси включаються на завантаження по команді «сформувати кадрданих »і на їх вхід даних надходять адреси станції-відправника і станції -приймача, а також пріоритет станції. Регістр даних завантажується данимидля передачі за командою "сформувати кадр даних».

3.5. Декодер кадрів

Декодер кадрів (рис. 9) працює в такий спосіб: якщо станція хочеприйняти сигнал «готовий прийняти» встановлюється в одиницю і дозволяє роботусхемами порівняння СС1 і СС2. Адреса станції-отпревітеля і станції-приймачанадходять на схеми порівняння СС1 і СС2, на другому входи схем порівнянняподаються адреси з блоку пам'яті. Якщо А1 дорівнює власним адресою станції,то на виході СС1 з'являється 1. Це означає що кадр пройшов по кільцю таповернувся до станції-відправнику. Якщо А2 дорівнює власним адресою станції,то на виході СС2 з'являється 1. Це означає що кадр адресований цієї станції.
Якщо ні на одному з виходів схем порівняння не встановилася 1, тобто А1 і А2не рівні власним адресою станції, то це означає, що кадр адресованийіншої станції. Сигнал «готовий передати» дозволяє роботу схеми порівняння
ССЗ, і якщо пріоритет станції виявився найвищим, то відбувається передачапакету в моноканал.

Рис. 9. Функціональна схема декодера кадрів.

3.6. Блок управління

Блок управління (рис. 10) отримує сигнали від декодера кадрів івхідного буфера і формує керуючі сигнали в залежності від комбінаціївхідних сигналів.

Рис. 10. Функціональна схема блоку керування.
4. Вибір і обгрунтування елементів схеми

Принципова схема блоку керування доступом до моноканалупредставлена у додатку. Згідно з завданням використані інтеграл?? ныемікросхеми ТТЛ логіки. Застосовані наступні ІС серії 555:

- Логічні елементи ЛА4, ЛІ1, ЛЕ1, ЛА12, ЛН1;

- Лічильники ІЕ8;

- Регістри ІР18, ІР22;

- тригери;

- Схема порівняння СП1.

Розглянемо ці елементи більш докладно.

4.1. Логічні елементи.

Мікросхеми типу ЛА виконують логічну функцію «І-НІ», а ІС типу ЧИ
- Логічну функцію «І». Умовні позначення і цокольовка мікросхем типу
ЛА і ЧИ показані на рис. 11.

Рис.11. Умовні позначення і цокольовка мікросхем типу ЛА12, ЛА4 і ЛІ1.

Мікросхеми типу ЛЕ виконують логічну функцію «АБО-НЕ», мікросхемитипу ЛН представляють собою інвертори і виконують логічну операцію «НЕ».
Їх умовні позначення та цокольовка представлені на рис.12.

Рис.12. Умовні позначення і цокольовка мікросхем типу ЛЕ1 і ЛН1.

4.2. Регістри.

Мікросхема ІР18 являє собою шестіразрядний паралельнийрегістр з D-тригер і буферними входами дозволу запису даних ЕI.
Якщо на вхід EI подана напруга низького рівня, то дані з входів Dбудуть завантажені в регістр при вступі позитивного перепаду тактовогоімпульсу на вхід С.

Мікросхема ІР22 - це восьмизарядний регистр на D-тригери.
Регістр забезпечений вихідними буферними підсилювачами, що мають третій z -стан, який можна встановити за допомогою за допомогою виведення дозволу
ЄВ, якщо подати на нього напругу високого рівня.

Якщо на вхід РЕ подати напругу низького рівня, дозволяється записв регістр нового восьмирозрядного коду. Умовні позначення і цокольовкарегістрів ІР18 і ІР 22 представлені на малюнку 13.

4.3-Схема порівняння.

Мікросхема СП1 - це схема порівняння двох чотирирозрядний чисел
(компаратор). Її умовне позначення і цокольовка показані на малюнку 14.
Вона має 11 входів: чотири пари (вісім входів) з них беруть по двачотирирозрядний числа А0 ... A3 і В0 ... ВЗ, а три входи I (АВ) необхідні для збільшення ємності схеми (з'єднання декількох ІСтипу СП1). Компаратор має три виходи: А> В, А = В, А