N r 9-10
M ie się c z n ik R o k X X I W rz e sie ń -p a ź d z ie r n ik 1986
Organ K om itetu Informatyki MNSZWiT oraz Komitetu Naukowo-Technicznego NOT ds. Inform atyki
K O L E G IU M R E D A K C Y J N E :
D r i n i . W a c ła w I S Z K O W S K I, m g r T e r e s a J A B Ł O Ń S K A ( s e k r e t a r z r e d a k c j i ) , W ł a d y s ła w K L E P A C Z ( r e d a k t o r n a c z e l n y ) , d r l n i . M a r e k M A C H U R A , M a r l a P A W L A K ( s e k r e t a r z r e d a k c j i ) , m g r ln ż . J a n R Y Ż K O , d r I n i . W i k t o r R Z E C Z K O W S K I , m g r H a n n a W Ł O D A R S K A , d r in ż . J a n u s z Z A L E W S K I ( z a s t ę p c a r e d . n a c z e l n e g o )
P R Z E W O D N IC Z Ą C Y R A D Y P R O G R A M O W E J :
P r o f . d r h a b . J u l i u s z L e c h K U L IK O W S K I
M a t e r i a ł ó w n i e z a m ó w i o n y c h r e d a k c j a n i e z w r a c a
R e d a k c j a : 01-517 W a r s z a w a , u l . M ic k i e w ic z a 18 m . 17, t e l . 39-14-34
Z a k ł . G r a f . „ T a m k a ” . Z a m . 0G77-1300/8G.
O b J. 4,0 a r k . d r u k . N a k ł a d 8330 e g z . P-75.
I S S N 0542-9951, I N D E K S 3C124
C e n a e g z e m p l a r z a 120 z ł P r e n u m e r a t a r o c z n a 1440 z ł
W Y DA W N ICTW O
g ,
00-350 Warszawa skrytka pocztowa 1004
ui Biała 4
W NUMERZE: Strona
L o k aln a sieć k o m p u te ro w a ETH ER N ET (1)
V a s i li i Z a k h a r o v 1
Cm* — p rzy k ła d k o m p u te ra w ieloprocesorow ego o s tru k tu rz e h ierarch iczn ej
J a r o s ł a w D e m i n e t 4
L ite ry polskie dla IBM PC
A n d r z e j G e c o w 9
S ystem o p era cy jn y P C —DOS (2)
R o m a n G r a b o w ic z , J a n u s z Z a l e w s k i 12
K o m p u te ry osobiste IBM P C (2)
W a l d e m a r D w o r a k o w s k i 15
In te ra k c y jn e środow isko ję z y k a L isp (2)
E d m u n d P ie r z c h a ła 18
G enerow anie p lan ó w w y k o n y w an ia tra n s a k c ji w sy stem ach rozproszonych baz d an y c h (3). N ow y k ie ru n e k b a d a ń
Z b y s z k o K r ó l i k o w s k i 20
Z KRAJU 24
In s ty tu t In fo rm a ty k i P o lite ch n ik i W arszaw skiej
ZE ŚW IATA 27
D A TA PO IN T i co dalej?
K to je s t k im w IF IP . K a o ru A ndo
TERMINOLOGIA 29
P olskie n azew nictw o zn ak ó w kodu A SC II (ISO) — cz. 1
W N A J B L I Ż S Z Y C H N U M E R A C H :
• W o jc ie c h C e l l a r y o s y s t e m a c h w l e l o m i k r o p r o c e s o r o w y c h
• K r z y s z t o f Z i e l i ń s k i , J a d w i g a I n d u l s k a i R o m a n K r a s o w s k i o l o k a l n e j s i e c i k o m p u t e r o w e j U M M L A N -2
• P a w e ł M a ć k ó w o k o m u n i k a c j i s z e r e g o w e j w m i k r o k o m p u t e r a c h IB M P C 1 k o m p a t y b i l n y c h
® J a c e k A m b r o z i a k o s y s t e m a c h e k s p e r t o w y c h
O S t a n i s ł a w W r y c z a o p r z e s ł a n k a c h i u w a r u n k o w a n i a c h m o d e l o w a n i a k o n c e p t u a l n e g o
« P i o t r S t r u t y ń s k i o w i e l o d o s t ę p n y c h s y s t e m a c h o p e r a c y j n y c h d l a IB M P C /X T O D a n ie l T a b a k o m i k r o p r o c e s o r a c h I n t e l 80386 i n o w y c h m i k r o p r o c e s o r a c h 3 2 -b ito w y c li
VASILII ZAKHAROV Uniwersytet Genewski Genewa
Szwajcaria
Lokalna sieć komputerowa ETHERNET (I)
C elem tego a rty k u łu je st om ów ienie w łaściw ości, e lem e n tów sk ładow ych i obecnego sta n u ro zw o ju lo k a ln ej sieci kom p u tero w ej E th e rn e t, zgodnej zarów no z m odelem a r c h ite k tu ry sy stem u o tw arte g o ISO (ang. I n te rn a tio n a l O r
gan izatio n fo r S tan d ard izatio n ), ja k i z n o rm ą IEEE 802.3, P o d staw ą tego p rzeg ląd u b ęd ą rze czyw iste pro b lem y p ra k tyczne w y stę p u ją c e w dużych środow iskach użytkow ników . P rzed p rzejściem do zag ad n ień technicznych, celow e jest je d n ak k ró tk ie p rz e d staw ie n ie szerszego k o n te k stu i u w a ru n k o w a ń ro zw o ju technologii lo k a ln y ch sieci k o m p u te ro w ych, n a tle całej dziedziny te lek o m u n ik acji.
Z d efiniow anie lo k a ln ej sieci k o m p u te ro w e j je st znacznie tru d n ie jsze niż zdefin io w an ie sieci ęozległej. R ozległa sieć k o m p u te ro w a (ang. w ide a re a n etw o rk , WAN) ob ejm u je szerszy obszar geograficzny, środow isko je j u ży tkow ników je st duże i zróżnicow ane, a tra n sm isja d an y c h n a s tę p u je n a w spólnej częstotliw ości nośnej, zarów no n a poziom ie usług (ang. services), ja k i rzeczy w isty ch o śro d k ó w tran sm isji, k tó ry m i są zazw yczaj linie te lefoniczne lu b k a n a ły ak u s- ' tyczne jakiegoś innego m u ltip lek so w an eg o ośrodka. T ypo
w a sieć lo k a ln a o b e jm u je znacznie m niejszy obszar o m a k sym alnych odległościach nie p rze k ra c z a ją c y c h 10 km , lecz nie je st to zasadnicze ograniczenie. W tedy szybkość tr a n s m isji je st znacznie w iększa, rz ę d u 10—100 M b/s, choć is t
n ie ją sieci lo k a ln e o znacznie m n iejszy ch szybkościach.
W ydaje się, że n ajw a żn iejsz y m czynnikiem o d ró ż n ia ją cym sieci lo k a ln e od sieci ro zległych i in n y c h sieci k o m p u tero w y ch je s t cel ich sto so w an ia oraz pro b lem często
tliw ości nośn ej. Sieci ro zległe pow stały , ab y zaspokoić p o trzebę te rm in alo w eg o d ostępu do oddalonych, dużych k o m p u teró w m a cie rz y sty c h (ang. m a in fra m e hosts), a w y m a g a n ia n a u słu g i pocztow e p o w sta ły później. W rzeczyw istości, odkrycie, że u sługi pocztow e zdom inow ały cały ru c h siecio
wy, było zaskoczeniem n a w e t d la tw órców ta k ic h sieci, ja k np. A R PA . Z d ru g ie j stro n y , c a ła technologia i a rc h ite k tu ra sieci ro zległych je s t o p a rta n a zn an y ch w łaściw ościach k a nałów te lek o m u n ik ac y jn y ch z la t siedem dziesiątych, z u w zględnieniem ich stopy błędów . W czasie ro zw o ju te j te c h nologii w y ło n iła się z n a n a n o rm a X.25 i a r c h ite k tu ra sieci z k o m u ta cją p akietów .
C elem tw o rze n ia lo k aln y ch sieci k o m p u tero w y ch je st oczywiście ta k ż e zd aln y dostęp te rm in alo w y i u sługi pocz
towe, ale ró w n ie w aż n a je st p o trze b a w spółdzielenia zaso
bów i łą cz en ia u rzą d zeń in te lig e n tn y c h — nie tylk o te rm i
nali. T a k w ięc, w y m a g a n ia zw iązane z tra n s fe re m plików’
nie są nieodzow ne. Je śli p o n ad to p rz y jm u je się, że d la sie
ci lo k aln y ch n ie je st konieczne sto so w an ie k an a łó w o w spólnej częstotliw ości nośnej, to n ie m a pow odu, ab y w tych sieciach stosow ać bardzo sk o m p lik o w an e protokoły używ ane w sieciach rozległych.
Do p o dstaw ow ych w y m ag ań , k tó re po w in n y być spełnio
ne przez lo k a ln ą sieć k o m p u te ro w ą n ależy zaliczyć:
® dużą szybkość tra n sm isji i przepustow ość,
© m ały koszt dołączan ia u rzą d zeń i p ro sty sposób re a li
zacji połączeń,
• m ożliwość dołączenia dużej liczby u rzą d zeń o ró w n o p raw n y m d ostępie do k an a łu .
Do te j listy m ożna dodać jeszcze w ym aganie, ab y rzeczy
w isty ośrodek tra n s m is ji b y ł ta n i i p rosty, lecz to nie m u si być zaw sze spełnione, ja k choćby w w y p a d k u n ie k tó ry ch system ów szerokopasm ow ych (ang. b ro ad b an d ). W y
m ienione cechy są całkow icie o dm ienne od w łaściw ości rozległych sieci k o m p u te ro w y c h o w sp ó ln ej częstotliw ości nośnej. O dpow iedź n a p y ta n ie : czy p ro to k ó ł X.25 z p r z e łączeniem p a k ie tó w b y łb y odpow iedni dla sieci lo k a ln ej —
jest zdecydow anie n eg a ty w n a.
P od je d n y m w zględem je d n ak , lo k a ln e i rozległe sieci k o m p u te ro w e są podobne. M ianow icie, w obu w y p ad k a ch w y k o rz y stu je się a rc h ite k tu rę w arstw o w ą m odelu r e fe r e n cyjnego O SI (ang. o pen sy stem interco n n ectio n ). J e s t to sp ra w a n iezw y k le w aż n a i w y n ik a n ie ty lk o z p o trze b y z a p ew n ie n ia m o d u la rn o ści i k o m p aty b iln o ści w e w n ą trz ok reślo n e j sieci, lecz ta k że z konieczności łą czen ia sieci, tzn.
sp rzę g an ia je d n e j sieci z in n ą w celu u m ożliw ienia w z a je m n e j w y m ia n y usług..
Do w yliczonych cech sieci lo k a ln y ch n ależy dodać u za
sadnienie, dlaczego te cechy są ta k isto tn e w e w spółczes
n y ch sy stem a ch in fo rm ac y jn y ch . P o pierw sze: w szy stk ie te w łaściw ości są pożądane ze w zględu n a p o trzeb ę p o ro zu m ie w an ia się ludzi i u rzą d zeń w o k reślo n y m środow isku.
D obrym p rz y k ła d e m ta k ie j p o trze b y są u słu g i pocztow e.
Po d rugie: p o w stało całkow icie now e w y m ag a n ie w sp ó ł
dzielen ia zasobów , np. dużej m aszy n y obliczeniow ej, bazy danych, c e n traln e g o a rc h iw u m p lików lu b w y so k iej jakości d ru k a rk i, w y n ik a ją c e głów nie z p rzy c zy n ekonom icznych.
Z podobnych przy czy n w y n ik a trzecie, choć całkow icie od
m ien n e w ym aganie, p o leg ające n a p o trze b ie w spółd zielen ia jednoużytkow ego o p ro g ra m o w an ia w środow isku w ielo u ży t- kow ym . G w ałto w n y w zro st liczby k o m p u te ró w osobistych i in d y w id u a ln y ch sta n o w isk roboczych (ang. p erso n a l w o rk stations) spow odow ał znaczne zw iększenie kosztów po n o szonych n a ' o p rogram ow anie, p oniew aż obecnie w y m ag a się z a k u p u oddzielnej lic e n c ji d la każdej in sta lo w a n e j kopii tego o p ro g ram o w an ia. Je d n o z ro zw ią zań tego p ro b lem u polega na użyciu sieci lo k a ln e j w celu p ołączenia u ży tk o w nik ó w i w spółd zielen ia tego sam ego opro g ram o w an ia, do czego w y sta rc z a zak u p po jed y n czej lic en c ji lu b n ie w ielu w ięcej. W śro d o w isk ach u n iw ersy te ck ich je st to je d en z głów nych czyn n ik ó w p rze m aw ia jąc y ch za w p ro w ad zen iem lo k a ln y ch sieci kom p u tero w y ch .
WYBÓR SIECI LOKALNEJ
Choć istn ie je w iele ró żn y ch re a liz a c ji lo k a ln y ch sieci kom p u tero w y ch , w y b ó r ich a r c h ite k tu ry , o śro d k a tra n sm isji lu b m etody d o stęp u je st dość ograniczony. Je śli chodzi o to p o g rafię sieci lok aln y ch , to sto su je się s tr u k tu r y p u n k tow e (ang. p o in t-to -p o in t), gw iazdow e, p ierścieniow e i m a g istralo w e. N ieograniczone s tr u k tu r y h y b ry d o w e i sia tk o w e n ależy w yelim inow ać, p oniew aż w y m a g a ją użycia w ęzłów p rzełączający ch w celu d o k o n an ia tra so w a n ia (ang. rou tin g ), co w p ro w a d za z b y t duże o g ran ic ze n ia szybkościow e i w y dajnościow e. S tru k tu ra p u n k to w a je st n ie ty lk o ogrom nie kosztow na dla dużej liczby u rządzeń, lecz w y m ag a d o d an ia n połączeń d la każdego now ego u rzą d zen ia dołączanego do sieci złożonej z n jednostek. Z tego w zględu nie n a d a je się do sto so w an ia w sieciach lokaln y ch . K o n fig u ra c ja gw iazdo
w a, choć w y m ag a ty lk o jednego połączen ia d la każdego no w ego urządzenia, n a rz u c a zależność od ce n traln e g o ste ro w a nia, co w y k lu cza jej stosow anie w sieciach lo k a ln y ch , ze w zględu n a o g ran iczen ia p rzepustow ości i niezaw odności. W p rak ty c e , w now oczesnych sieciach lo k a ln y ch p rz y ję to ty l
ko s tr u k tu rę m a g istralo w ą i p ierścieniow ą, choć sto su je się w iele ró żn y c h m eto d dostępu, ośrodków i ro d za jó w tr a n s m isji.
W ybór m iędzy m a g istra lą a p ierścien iem je s t dość tr u d ny, p oniew aż o b a ro d z a je s tr u k tu ry m a ją sw oje zalety.
P ierścien ie z pew nością u m o ż liw ia ją — w sp rz y ja ją c y c h w a ru n k a c h — lepsze w y k o rz y sta n ie dostępnego p asm a niż w ielo d o stęp n a m a g istra la , ta k a ja k E th e rn e t, lecz m a ją i in n e w ady. P ierścien ie z p rze k azy w a n iem zn a m ie n ia lu b szczelin (ang. to k e n -p a ssin g rin g , slo tte d rin g ) są w ra żliw e n a p rz e rw a n ie lin ii i ro zsy n c h ro n izo w an ie (ang. cu m u la tiv e
tim in g jitter). T en d ru g i czy n n ik o g ranicza w p ra k ty c e liczbą w ęzłów w k ażdym p ierścien iu . S ystem y m a g istralo w e są p ro stsze i n a rz u c a ją m n ie j ograniczeń, co w zupełności k o m p e n su je ich w ad ę poleg ającą n a gorszym w y k o rz y sta n iu dostępnego pasm a. W chw ili obecnej w y d aje się, że sy stem y m a g istralo w e są b ard z iej p rz y d a tn y m rozw iązan iem 1 p o zostaną ta k im jeszcze przez k ilk a la t. D zieje się ta k z dw óch pow odów . Po pierw sze, p rzy szybkości tra n sm isji 10 M b/s sy stem m a g istralo w y je st zdolny do obsługi p raw ie w szy stk ich żądań, oprócz zu p ełn ie w y jątk o w y c h . Po d ru gie: są ju ż h andlow o d ostępne elem en ty o p a rte j n a m agis
tr a li sieci lo k a ln e j E th e rn e t. Z u w agi n a dłuższe dośw iad
czenie w e k sp lo atacji sieci E th e rn e t, system y p ierścieniow e n ie są obecnie d la n ie j k o n k u re n c y jn e pod w zględem te c h nicznym , lecz m ogą stać się ta k im i w ciągu ro k u lu b dw óch la t. A by uzasadnić to stw ierdzenie, w y sta rc zy podać, że w chw ili obecnej istn ie je p o n ad 10 000 in sta la c ji sieci E th e rn e t.
Choć w p ły w firm y IBM je st przem ożny i m ożna oczekiw ać coraz szerszego rozpo w szech n ien ia je j ro zw ią zan ia pie rśc ie
n ia z p rze k azy w a n iem znam ienia, tzw . IBM T oken Ring, w y d a je się, że z pow odu obecnego o g raniczenia szybkości do 4 M b/s i b ra k u pełnego z a k resu elem en tó w n a ry n k u , do m in u jąc a pozycja sieci E th e rn e t jeszcze p rzez ja k iś czas będzie niezagrożona.
M imo że p re fe ro w a n y m ro d z a je m sieci je st E th e rn e t, w ciąż o tw a rta pozostaje k w estia podziału p a sm a (rodzaju tran sm isji) i w y b o ru ośro d k a tran sm isji. Je śli chodzi o ro dzaj tra n sm isji, to w g rę w chodzą dw ie m ożliw ości: sy s
te m szerokopasm ow y lu b tra n s m is ja w p aśm ie p o d sta w o w ym . T ra n sm isja w paśm ie podstaw ow ym (ang. b aseband system ) polega n a bezp o śred n im p rz e sy ła n iu in fo rm ac ji p rzez o środek (kabel w spółosiow y lu b w łókno św iatłow o
dowe) w p ostaci cy fro w e j z w y k o rz y sta n iem całego d o stęp nego p asm a k an a łu . W sy stem ach szerokopasm ow ych (ang.
b ro ad b a n d system s) sto su je się podział częstotliw ości n a p asm a i używ a m odem ów cyfrow ych. W n o rm ie IEEE 802, d la system ów szerokopasm ow ych zaleca się użycie 75-omo- w ego k a b la w spółosiow ego jako ośrodka tra n sm isji oraz p odział pasm a n a k a n a ły w edług zasad obow iązujących w te lew iz ji kab lo w ej (ang. C om m unity Access TV, CATV), tzn . szerokość k a n a łu 6 M Hz i odstęp m iędzy k a n a ła m i 192 MHz. S y g n ał je st m odu lo w an y zw y k le m etodą A M /PSK (ang. am p litu d e m o d u la tio n — p h ase s h ift keying, m o d u la c ja a m p litu d y z kluczo w an iem fazy).
P o d staw o w a z a le ta system ów szerokopasm ow ych polega n a szerokim ro zpow szechnieniu te c h n ik i CATV i n a m oż
liw ości m ieszan ia różn y ch u słu g w ty m sam y m ośrodku tra n sm isji. P rz y k ład o w o — je d n a g ru p a k a n a łó w może służyć do przek azó w telew izy jn y ch , in n a do p rze sy łan ia sygnałów aku sty czn y ch , a jeszcze in n a do tra n sm isji cy fro w ej w sieci lo k a ln ej. W p ra k ty c e je d n a k zb y t duży je st k oszt m odem ów , a ich m a k sy m a ln a szybkość tra n sm isji n a ogół n ie p rze k ra cza 2 M b/s. N iekiedy tw ierd zi się, że sys
te m y szerokopasm ow e um ożliw iają w iększy zasięg niż traris- m isja w p aśm ie podstaw ow ym , lecz różnica je st m in im a l
n a i w y n ik a z nieco szybszej p ro p ag a cji sygnałów przez 75-om owy k ab e l CATV niż przez 50-om owy k ab e l sieci E th e rn e t. Z dru g iej stro n y , je śli sto su je się sta n d a rd o w y m e
chanizm d ostępu do ośro d k a w edług n o rm y IEEE 802.3, to ograniczenie długości sieci je s t ta k ie sam o d la obu sy ste
m ów i w ynosi ok. 2,8 km dla pojedynczej sieci E th e rn e t.
S ystem y tra n sm isji w p aśm ie po d staw o w y m są ła tw ie j
sze do zain stalo w an ia, ich ośrodek tra n sm isji je s t ta n i, a koszty sp rzę g an ia są znacznie m n iejsze niż dla system ów szerokopasm ow ych, szczególnie dlatego, że w iększość e lek tro n ik i je st cy fro w a i m oże być z in teg ro w an a w u k ła d y o dużym sto p n iu scalenia. O becnie znacznie ła tw ie j dostępne są elem en ty sieci E th e rn e t do tra n sm isji w p aśm ie p o d staw ow ym , dlatego m e należy się dziwić, że w łaśn ie ta te c h n ik a w te j chw ili d o m in u je w re a liz a c ji lo k a ln y ch sieci kom puterow ych.
SYSTEM TRANSM ISJI W PAŚMIE PODSTAWOWYM W chw ili obecnej istn ie ją trz y w e rsje sp e cy fik ac ji sieci E th e rn e t:
— w ersja 1, o p u b lik o w a n a przez firm y DEC, In te l i X erox, w sie rp n iu 1980 ro k u [la],
— w ersja 2, o p u b lik o w a n a przez te sam e firm y w listo- . padzie 1982 ro k u [lb],
— norma IEEE 802.3 dotycząca w rażliw ego n a n o śn ą do
s tę p u w spólnego z w y k ry w a n iem kolizji (ang. c a rrie r-se n se m u ltip le access w ith collision d etection CSMA/CD), o p u b li
k o w an a w 1985 ro k u [2] i sta n o w iąc a p rzed m io t p ra c ISO jako DIS 8802/3 (D raft I n te rn a tio n a l S tan d a rd ).
W e rsja pierw sza je s t o ry g in aln ą sp e cy fik ac ją o p rac o w a
ną przez trz y w y m ienione firm y, lecz o p a rtą n a w cześniej
szych b ad a n ia ch p row adzonych w X e ro x P alo A lto R esearch C enter.
D ruga w ersja , n iew iele ró żn ią ca się od pierw szej, tym n ie m n ie j niezgodna z nią, p o w sta ła aby uprzedzić w y n ik i p ra c n a d n o rm ą IEEE, lecz nie za stę p u je te j norm y.
N orm a IEE 8C2.3 ró żn i się od obu p o przednich w e rsji pod w zględem zalecanych u k ład ó w k o d ow ania i n a d a jn ik ó w - -o d b io rn ik ó w (ang. tran sceiv ers). Choć zasadnicza idea po
zostaje niezm ieniona, in n a je st rea liza cja.
W dalszej części a rty k u łu będzie m ow a ty lk o o n orm ie IEEE 802.3.
W sieci E th e rn e t w szystkie w ęzły (urządzenia użytkow e, k o m p u te ry m acierzy ste — ang. hosts, itd.) są dołączone do w spólnego k an a łu , k tó ry m je s t 50-omowy k ab e l w spółosio
w y. K ażde dołączone urząd zen ie m a m ożliwość sp raw d ze
nia, czy k a n a ł je s t w olny, p rzez w y k ry c ie obecności lu b nieobecności ru c h u w k an a le . J e s t to w rażliw ość n a nośną (litery CS w skrócie CSMA/CD), poleg ająca n a ciągłym n asłu ch u sy g n ału częstotliw ości nośnej p rzed rozpoczęciem tra n sm isji. Je że li k a n a ł je s t w olny (b ra k sy g n ału nośnej), to dow olne u rzą d zen ie żą d ające transrriisji m oże ją w yko
nać. O znacza to w spólny dostęp do k a n a łu (lite ry MA w skrócie CSMA/CD). O czywiście, w y sy ła n a in fo rm a c ja za
w ie ra a d re s docelow y i a d re s źródłow y.
P o niew aż w szystkie sta c je w spółzaw odniczą w dostępie do tego sam ego o śro d k a i w ięcej niż je d n a sta c ja m oże rozpocząć tra n sm isję w tym sam y m odcinku czasow ym , m usi istnieć m echanizm ro zstrz y g an ia k o n fliktów . T en m e
chanizm polega n a w y k ry w a n iu obecności w ięcej niż je d n e go k o m u n ik a tu (tzn. kolizji), w y co fan iu się w ta k im w y p ad k u w szystkich n ad a ją cy c h sta cji i pon o w n y m ro zp o częciu tra n sm isji po u p ły w ie losowego opóźnienia.
A by um ożliw ić w szystkim w ęzłom w y k ry w a n ie kolizji, ograniczono od dołu długość p a k ie tu danych, w p ro w a d za jąc tzw. m in im aln ą długość ra m k i ró w n ą 512 bitów . P rz y szybkości tra n sm isji 10 M b/s n a p rzebiegnięcie ra m k i przez całą sieć E th e rn e t p o trz e b a 51 |xs. B iorąc pod uw agę czas p ro p ag a cji sygnałów w ośrodku, o trz y m u je się ograniczenie n a m a k sy m a ln ą długość sieci E th e rn e t, w ynoszące ok.
2,8 km .
W rzeczyw istości u sta le n ia z a w a rte w n o rm ie IEE E 802.3 u w zg lę d n ia ją w iele w ięcej szczegółów. P rzykładow o, k aż
da sta c ja w y k ry w a ją c a k olizję pow oduje zagłuszenie k a n a łu przez p ew ie n okres. D la stacji, k tó ra skończyła tr a n s m isję, isto tn a je st in fo rm a c ja , że w in n y m m iejscu o środ
k a n a s tą p iła kolizja. Choć W ty m a rty k u le n ie m a m iejsca n a głębsze w n ik a n ie w szczegóły, należy w iedzieć, że in fo rm a c ja je s t p rz e sy ła n a w ra m k a c h (pakietach), k tó re op
rócz d an y c h z a w ie ra ją a d re s źródłow y i docelowy, try b a d re so w a n ia (przesyłanie jednoadresow e, w ieloadresow e lu b rozgłaszanie), pole ty p u oraz ciąg k o n tro ln y CRC. M iędzy k o le jn y m i ra m k a m i m usi istn ieć m in im a ln y odstęp 9,6 ns.
S y g n ał cyfrow y je st k o dow any bifazow o (ang. M an ch ester encoding) ze w zględu n a sa m o ta k to w an ie (ang. self-clo ck ing) i przechodzenie sy g n a łu przez poziom zerow y w każ
dym bicie (w połow ie okresu).
S p ecy fik a cja sieci E th e rn e t za w ie ra szereg isto tn y ch og
ran iczeń , ja k np. o g raniczenie m in im aln ej odległości m ię
dzy dw om a sąsiednim i n a d a jn ik a m i-o d b io rn ik a m i do 2,5 m.
P o n ad to k ażdy seg m en t m oże łączyć co n ajw y ż ej 1024 w ęz
ły, choć nie je st to k ry ty c z n e ograniczenie, gdyż pojedynczy w ęzeł m oże obsłużyć w iele u rzą d zeń dołączonych przez k o n c e n tra to r. Je śli chodzi o s tru k tu rę sieci, to oprócz o g ranicze
n ia długości n ajisto tn iejszy m ograniczeniem je st zakaz tw o rz e n ia za m k n ię ty c h pętli. W p ra k ty c e sieci lo k a ln e E th e rn e t m a ją s tru k tu r ę d rze w iastą , co om ów im y d o k ła d n iej w je d n y m z n a stę p n y c h p u n k tó w .
ZGODNOŚĆ Z ARCHITEKTURĄ OSI
K ażda now oczesna sieć E th e rn e t działa w ed łu g p ro to k o łów zgodnych z w a rstw o w ą s tru k tu r ą m odelu OSI. D otąd om ów iono jed y n ie n ajn iższy poziom , tj. w a rstw ę fizyczną (ang. p h y sical layer), o b ejm u ją cą zasady d ostępu do o środ
ka, zd e fin io w an e w n o rm ie IEEE 802.3. P ow yżej te j w a r s t
w y, n a poziom ie łącza, obow iązu ją zasady ste ro w a n ia o k reś
lone w n o rm ie IEEE 802.2 (ang. logical lin k control, LLC).
P ro to k o ły w yższych w a rs tw nie są jeszcze zn orm alizow ane w ty m sensie, że n ie m a odpow iednich uzgodnień m iędzy
narodow ych, w n o rm ac h IEEE lu b ISO, lecz część z nich
je st już zdefiniow ana, a o p u b lik o w an ia d o k u m en tó w n o r
m alizacyjnych oczekuje się w ciągu n ajbliższych la t. W ch w ili obecnej sto su je się k ilk a różn y ch proto k o łó w o z n a
czeniu w ew n ętrz n y m .
W n ie k tó ry c h sieciach, n a poziom ie tra n sp o rto w y m sto su je się proto k o ły X.25, lecz n ie są one dobrze dostosow a
n e do sieci E th e rn e t. F irm a DEC m a w łasn y zbiór p ro to kołów w ysokiego poziom u, a firm a X e ro x uży w a św ietnego p ro to k o łu XN S (ang. X ero x N etw o rk S ystem ). N iestety oba te ro d z a je protokołów w rzeczyw istości nie p o zw a lają n a tw orzenie system ów o tw arty c h , tj. łączenie sieci w h e te ro geniczne środow iska z m ieszanym i k o m p u te ra m i m a cie rz y s
ty m i (ang. hosts). W p ra k ty c e n a jsze rz ej sto su je się p ro to koły T C P /IP (ang. T ra n sm issio n C ontrol P ro c e d u re s — In te rn e tw o rin g Protocols), op raco w an e przez am e ry k a ń sk ą agen cję D A R PA (ang. D efense A dvanced R esearch P ro je c t Agency).
P ro to k ó ł IP odpow iada w a rstw ie sieciow ej w a rc h ite k tu rze ISO. J e s t w yw oły w an y przez proto k o ły w yższych w a rstw k o m u n ik a cji m iędzy k o m p u te ra m i m acierzy sty m i i w p ra k ty c e za p ew n ia tzw . usługi d atag ram o w e (ang. d a ta gram service) m iędzy źródłem i m iejscem p rzezn aczen ia d a nych. P ro to k ó ł IP o b ejm u je ta k że m echanizm fra g m e n ta c ji i m o n to w a n ia dłuższych datag ram ó w , lecz nie za p ew n ia s te ro w a n ia p rze p ły w em an i in te g raln o śc i danych.
N a w yższym poziom ie niż o bsługiw any przez IP , p ro to kół T C P um ożliw ia niezaw o d n ą k o m u n ik a cję m iędzy p ro cesam i w ró żn y ch k o m p u te ra c h m acierzystych i odpow iada w przy b liżen iu w a rstw ie tra n sp o rto w e j, a częściowo także w a rstw ie sesji m odelu ISO. P ro to k ó ł T C P um ożliw ia ró w nież k o n tro lę p rze p ły w u ste ro w a n ia, zarząd zan ie tra n sm isją bloków d an y c h (takich ja k re k o rd y ),-m u ltip le k so w a n ie k il
k u procesów w celu w spółbieżnego k o rzy sta n ia z k a n a łu k o m u n ik a cy jn eg o i — u trz y m a n ie in fo rm a c ji o stanie.
O pro g ram o w an ie zgodne z p ro to k o łam i T C P /IP istn ie je już dla szerokiego z a k resu system ów operacy jn y ch , m .in.
firm DEC i IBM, sta n o w i sta n d a rd k o m u n ik a c y jn y dla U n ix a w w e rsji BSD4.2 i je st ro z w ija n e dla szeregu in d y w id u aln y ch sta n o w isk roboczych. D la w yższych poziom ów niż obsługiW ane przez T C P /IP istn ie ją proto k o ły odpow ia
dając e poszczególnym usługom , ja k np. T e ln e t — zapew n ia ją c y dostęp odległych te rm in a li (ang. re m o te te rm in a l access), F T P — u m ożliw iający p rze sy łan ie p lik ó w (ang.
file tra n sfe r) i proto k o ły poczty elek tro n ic zn e j.
P rz e w id u je się, że w odpow iednim czasie specyfikacje w szystkich p rotokołów pow yżej w a rstw y sieciow ej zo sta
n ą o p rac o w a n e pirzez ISO. N araz ie je d n a k n ie m a w p o w szechnym użyciu p rotokołów a lte rn a ty w n y c h w obec T C P / /IP . Je d y n a ew en tu aln o ść m oże dotyczyć p rotokołów SNA (ang. system n e tw o rk arc h itec tu re), lecz nie ze w zględu n a pow szechność ich sto so w an ia w sieciach lo k aln y ch , a z u - w agi n a silne w p ły w y firm y IBM, w k tó re j je opracow ano.
ŁĄCZENIE SIECI ETHERNET
P o d staw o w y m celem budow y sieci lo k a ln ej ETHER NET je st w za jem n e sp rzęg an ie u rzą d zeń przy użyciu fizycznego ośrodka tran sm isji. Ł ączonym i u rząd zen iam i m ogą być ter-*- m inale, k o m p u te ry osobiste, sta n o w isk a robocze, w spółdzie
lone k o m p u te ry obliczeniow e, różnego ro d z a ju sta cje obsługi lu b b ram y do in n y c h sieci. W edług n o rm y IEEE 802.3 oś
ro d k iem tra n sm isji m oże być tylk o 50-om owy k ab e l w spół
osiowy, choć w p ra k ty c e istn ie je p e w n a dow olność w y b o ru kabla. N orm a IEEE zaleca użycie k a b li szty w n y ch o m in i
m a ln y m p ro m ie n iu zgięcia 25 cm. S to su je się je d n a k ró w nież cieńsze k ab le ty p u RG58, k tó re są b ard z iej elastyczne i dziesięć ra z y ta ń sze od zalecanych, tw orząc tzw . sieci C h e ap e rn e t. K ab le RG58 m a ją je d n a k w iększą tłum ienność, w sk u te k czego m a k sy m a ln a długość lin ii bez re p e te ró w (ang.
re p e a te rs) je st ograniczona do 200 m, a nie do 500 m ja k w w y p a d k u k ab li sztyw nych.
rozw iązanie, w k tó ry m oddzielny odczep łączy się z n a d a j- n ik ie m -o d b io rn ik ie m opcjonalnie d o b ie ra n y m złączem . Z dru g iej stro n y n a d a jn ik -o d b io m ik m a 15-stykow e złącze ty p u D do k a b la dołączeniow ego (ang. drop cable), tzw . A U I (ang. a tta c h m e n t u n it interface). T en k ab e l dolącze- niow y o ' m a k sy m a ln e j długości 50 m je st częścią seg m en tu sieci i m usi być uw zględniony w obliczeniach długości całej sieci.
S ta n d a rd o w y n ad a jn ik -o d b io rn ik sp e łn ia fu n k c je n a d a w a n ia i o d b ie ra n ia danych, w y k ry w a n ia kolizji przez b a d a nie sy g n a łu SQE (ang. signal q u a lity e rro r) i zabezpieczenia sieci p rzed zb y t długim i p a k ie ta m i d an y c h (ang. ja b b e r function). O statnio opracow ano rozszerzenie typow ego ro z w iąz an ia u m o żliw iające dołączenie (przez kab le dolączenio- we) ośm iu je d n o ste k do pojedynczego n ad a jn ik a -o d b io rn ik a z je d n y m odczepem (rys. 1). Z a le tą tego ro zw ią zan ia je s t m niejszy koszt jed n o stk o w y d o łączania u rzą d zeń i u n ik n ię cie w ielokrotnego uszkodzenia głów nego kabla. P o n ad to u n ik a się w te n sposób 2,5-m etrow ego ogran iczen ia n a m i
n im a ln ą odległość sąsiednich n ad a jn ik ó w -o d b io rn ik ó w .
J ' — N a d a j n ik - o d io r n ik
ł
K a b e l w s p ó ło s io w y
R y s . 1. W i e l o k r o t n y n a d a j n i k - o d b i o r n i k s ie c i E t h e r n e t
Repeter
M ak sy m aln a długość k a b la dla seg m en tu sieci E th e rn e t w ynosi 500 m. A by um ożliw ić zw iększenie całej długości sieci, n o rm a IEEE zezw ala n a połączenie pięciu ta k ic h seg
m e n tó w sprzężonych przez tzw . re p e te ry (ang. rep e ate rs).
R e p eter p rze sy ła w obu k ie ru n k a c h zsynchronizow ane p a k ie ty danych, re g e n e ru je p re a m b u łę ra m k i i um ożliw ia a u to m aty cz n y podział oraz re k o n fig u ra c ję segm entów sieci.
K a b le w sp e to sio w e
I " " " ] " * — N a d a jn ik - o d b io r m k
R e p e t e r w ieto po rto w y
N a d a j n i k - o d b i o r n i k
K a b e l w s p o ło s io w y
R y s. 2. W i e l o p o r t o w y r e p e t e r s ie c i E t h e r n e t
Nadajnik-odbiornik
K ażde urząd zen ie łączy się z k a b le m sieci E th e rn e t przez odczep (ang. tap) i n a d a jn ik -o d b io rn ik (ang. tran sceiv er).
W sieci C h e a p e rn e t n a d a jn ik -o d b io rn ik je st zw ykle częścią p ły ty sp rzę g ają ce j (ang. in te rfa c e board), n a to m ia st p raw ie w e w szy stk ich połączeniach ze szty w n y m k ab lem stan o w i oddzielną jed n o stk ę. Ja k o odczepu u ży w a się zw ykle złącza ty p u N lu b in n y c h ro d za jó w złącz, k tó re p rz e b ija ją kab el i m ogą być u su n ię te w ra z ie p otrzeby. P ra w ie w e w szy st
kich w y p a d k a c h odczep sta n o w i in te g ra ln ą je d n o stk ę z n a - d ajn ik ie m -o d b io rn ik iem , choć istn ie je jed n o bardzo dobre
D zięki użyciu rep e teró w , sp rzęg ający ch k ab le sieci E th e r
n e t w zw ykły sposób za pom ocą n a d a jn ik ó w -o d b io rn ik ó w , m ożna zw iększyć ca łk o w itą długość sieci do 5X500 m. W li
czając dodatkow o 8 k ab li dołączeniow ych po 50 m, o trz y m u je się całk o w itą długość sieci ró w n ą 2900 m (w rze czy w istości je st to nieco m niej, ze w zględu na opóźnienia po
w sta ją c e w re p e terac h ).
N ie w szyscy zd a ją sobie sp raw ę, że fak ty c zn ie istn ie ją dw a ro d z a je n ad a jn ik ó w -o d b io rn ik ó w . P o n iew aż re p e te r je st w istocie przed łu żen iem k ab la, m u si przesy łać w szy st
kie sygnały, w łącznie z w y stę p u jąc y m i w czasie p rze rw y
m ięd zy ram k o w ej o długości 9,6 ns. T ak w ięc każdy re p e te r w y m ag a dw óch sp ecjaln y ch n ad a jn ik ó w -o d b io rn ik ó w , k tó re n ie b a d a ją sy g n ału SQE.
P odobnie ja k w w y p a d k u n ad a jn ik ó w -o d b io rn ik ó w n ie k tó rzy prod u cen ci w y tw a rz a ją w ieloportow e r e p e te ry um o
żliw iając e łączenie k ilk u segm entów w k o n fig u ra c ję gw iaz
dow ą (rys. 2). Je d n a k ż e globalne ograniczenie długości sieci pozostaje n a d a l obow iązujące. W d ru g iej części a rty k u łu om ów im y m .in. re p e te ry odległe, k tó re um ożliw iają tw o rz e n ie tzw . bezw ęzłow ych segm entów sieci.
L I T E R A T U R A
[1] D E C , I n t e l , X e r o x : T h e E t h e r n e t — A L o c a l A r e a N e t w o r k D a t a L i n k L a y e r a n d P h y s i c a l L a y e r S p e c i f i c a t i o n s . M a y n a r d (M A ). S a n t a C l a r a (C A ), S t a m f o r d (C T ), S e p t e m b e r 1980 ( V e r s io n 1), N o v e m b e r 1982 ( V e r s i o n 2)
[2] I E E E : S t a n d a r d s f o r L o c a l A r e a N e t w o r k s — C a r r i e r S e r s e M u l t i p l e A c c e s s w i t h C o l l i s i o n D e t e c t i o n (C S M A /C D ) A c c e s s M e th o d a n d P h y s i c a l L a y e r S p e c i f i c a t i o n s . A N S I/I E E E S t d 802.3, N e w Y o r k (N Y ), 1985.
O p r a c o w .il: Janusz ZALEWSKI
P O L S K I E T O W A R Z Y S T W O I N F O R M A T Y C Z N E
Pierw sza w ersja artykułu została przedstawiona podczas Szkoły Jesiennej PT I „Współczesne kierunki rozwoju inform atyki” — Mrągowo, 4—8 listopada 1985 r.
JAROSŁAW DEMINET Instytut Informatyki Uniwersytet Warszawski
C m * — przykład komputera
wieloprocesorowego o strukturze hierarchicznej
Cm* je st w ielom ikroprocesorow ym k o m p u te rem , zbudo
w a n y m w la ta c h 1975—1980 n a U niw ersy tecie C arn eg ie- -M ellon (CMU) w P itts b u rg h u (sta n P en sy lw a n ia, USA) i uży w an y m do ch w ili obecnej. P rz ez te 10 la t sta n o w ił p odstaw ę w ielu ek sp ery m en tó w zarów no sprzętow ych, ja k i p rogram ow ych. W a rty k u le p rzedstaw iono n ajciek aw sze z nich.
Historia
C zynne za in te re so w an ie sy stem a m i w ieloprocesorow ym i w CMU zaczęło się n a p o czątk u la t siedem dziesiątych w ra z z p o ja w ien ie m się m in ik o m p u te ró w P D P 11/20. P o w stały w ów czas k o m p u te r C .m m p m iał 16 procesorów i 16 bloków p am ięci połączonych ze sobą poprzez p ełn ą krzyżow nicę (ang. crossbar).
C.m m p był bardzo in te n sy w n ie w y k o rz y sty w an y . P o czą t
kow o liczono w ręcz n a to, że sta n ie się p o dstaw ow ym n a
M g r J A R O S Ł A W D E M IN E T u k o ń c z y ł w 1978 r . W y d z i a ł M a t e m a t y k i , I n f o r m a t y k i 1 M e c h a n i k i U n i w e r s y t e t u W a r s z a w s k i e g o . P r a c u j e w I n s t y t u c i e I n f o r m a t y k i U W , w Z a k ł a d z ie S y s t e m ó w 1 O p r o g r a m o w a n i a . W l a t a c h 1979—1980 b y ł n a 1 8 -m le - s i ę c z n y m s t a ż u w C a r n e g i e - M e l l o n U n i v e r s i t y w P i t t s b u r g h u , g d z ie z a j m o w a ł s i ę o p r o g r a m o w a n i e m s y s t e m o w y m 1 e k s p e r y m e n t a l n y m d la k o m p u t e r a C m » .
rzęd ziem pracy . B ardzo dużo tru d u w łożono w o p ro g ram o w an ie narzędziow e (co n a jm n ie j k ilk a n aście osób przez przeszło 5 lat); stw orzono k o m p le tn y sy stem o p era cy jn y H y d ra , sk ro śn y k o m p ilato r języka Bliss-11, sk ro śn y asem bler, sp e cja ln y p ro g ra m k o nsolidujący, p ro g ra m obsługi łą cza sieci A rp a n e t itp . N iestety, je d n a k w m om encie, gdy cały s p rz ę t i o p ro g ra m o w an ie były ju ż gotow e, sta ły się p rze starza łe . P o d staw o w ą w a d ą k o m p u te ra była m a ła p rze s
trz e ń ad re so w a (64 KB). W p raw d zie ca łk o w ita pam ięć p r o g ram ó w m ogła być w iększa, ale w ym agało to skom p lik o w anego p ro g ra m o w an ia . W ty m czasie p o ja w iły się now e, duże k o m p u te ry i C.m m p pozostał je d y n ie n arz ęd ziem Eks
p ery m e n taln y m . W 1980 ro k u został ro ze b ra n y .
W w y n ik u b a d a ń n a d C.m m p sfo rm ułow ano k ilk a w nios
ków, k tó re w y k o rz y sta n o p rzy n a stęp n y c h p ro je k ta c h b a daw czych. Oto n a jb a rd z ie j in te resu ją ce :
• M ożna zbudow ać k o m p u te r w ieloprocesorow y przy w y k o rzy sta n iu gotow ych u k ła d ó w m in ik o m p u tero w y ch , lecz należy liczyć się z koniecznością znacznych m o d y fik a cji (150 dodatk o w y ch u k ła d ó w scalonych do 400-układow ego p ro ce
sora). T ak ie m o d y fik a cje są ty m tru d n ie jsze , im w iększy je st sto p ień sc ale n ia uży ty ch u k ła d ó w (jest tru d n ie j dostać się „do śro d k a ”).
• W p ra k ty c e nie d a się w y k o rz y sta ć z a ch w a lan e j często cechy system ów w ieloprocesorow ych, ja k ą je st rzekom o m ożliw ość d zielenia ko d u p ro g ra m u m iędzy k ilk a p ro c e sów. W rzeczyw istości je d e n b lo k pam ięci był zdolny ob
służyć co n ajw y ż e j 4 p ro g ra m y rów nocześnie. T a n a u k a je s t ch y b a w aż n a do dziś. W praw dzie dzisiejsze p am ięci są szybsze, a le i p rocesory k o rz y sta ją z p am ięci w k ró tszy ch o d stęp ach czasu.
• P o o d rzu cen iu dzielen ia ko d u o k az u je się, że zdecydo
w a n a w iększość o dw ołań do p am ięc i dotyczy kodu, zm ien
n y ch lo k a ln y ch i stosu, a w ięc obszarów n ie jak o p ry w a t
nych dla zad an ia. Je d y n ie 3— 10°/o odw ołań dotyczy p a m ię ci dzielonej m iędzy k ilk a program ów .
• W system ie w ieloprocesorow ym n ie zb ę d n e o k az u je się
„zaszycie” n ie k tó ry c h o p era cji w m ik ro p ro g ra m ac h proceso
rów . W początkow ej w e rsji C.m m p procesory nie b y ły m i- kro p ro g ram o w a n e. G dy ty lk o p o ja w iły się m ik ro p ro g ra m o - w a n e k o m p u te ry P D P 11/40, zm odyfikow ano je ta k , ab y um ożliw ić dop isy w an ie fra g m e n tó w m ik ro p ro g ra m u , i zdefi
niow ano — n a p rz y k ła d — now e in s tru k c je p rze słań g ru pow ych oraz in s tru k c je m a n ip u lo w an ia p ew n y m i sp e c ja ln y m i, ch ro n io n y m i o biektam i. P rzyspieszyło to p rac ę całego system u.
G dy p rac e n a d C.m m p dobiegały końca, zaczęto p ro w a dzić p rzy g o to w a n ia do now ego p ro je k tu , k tó ry szedłby d a lej w podobnym k ie ru n k u . Założono, że a rc h ite k tu ra n o w e
go k o m p u te ra p o w in n a um ożliw ić połączenie n a w e t kilk u tysięcy p ro ceso ró w i g ig a b ajtó w pam ięci o p era cy jn e j, p rzy czym pow inno być m ożliw e stosunkow o ła tw e dodaw anie now ych p ro ceso ró w i pam ięci.
W ty m sa m y m czasie (1975 r.) firm a DEC o p racow ała p ierw sze m ik ro k o m p u te ry LSI-11 (na k tó ry ch je st w zoro
w a n a M era 60). S ą to m ik ro k o m p u te ry 16-bitow e, n a p o je dynczej p ły tc e d ru k o w a n ej, z m ożliw ością zaad reso w a n ia do 56 K B pam ięci, bez żadnych m echanizm ów sp rzę to w ej och
ro n y zasobów . K o m u n ik a cja z p am ięcią i u rzą d zen iam i od by w a się przez asy n ch ro n iczn ą m a g istra lę Q -bus. N a p ły t
ce pro ceso ra z n a jd u ją się 4 u k ła d y scalone, tw o rzące w sp ó l
nie k o m p le tn y p rocesor oraz u k ła d y o m ały m i śred n im sto p n iu scalen ia odpow iedzialne p rzed e w szy stk im za w spół
p rac ę z m a g istralą. S am p ro c e s o r,m a 8-bitow ą budow ę w e w n ę trz n ą , co p o w oduje dość w o ln ą p ra c ę (przy cyklu zega
r a ok. 400 ns, w y k o n an ie ty p o w ej in s tru k c ji tr w a od 3 do 10 ns). P am ię ć u ż y ta w Cm* b y ła zb u d o w a n a z u k ła d ó w dynam icznych o pojem ności 4 K b, później w y m ienionych n a u k ła d y 16 Kb.
P rz y o p raco w y w an iu szczegółów a rc h ite k tu ry Cm*, k ie ro w a n o się łatw o ścią za im p lem e n to w an ia system u o p e ra cyjnego, zbliżonego w sw ej k o ncepcji do H y d ry . N ad ta k im system em , o n azw ie S tarO S , praco w an o pod k ie ru n k ie m A nity Jones. Po p ew n y m czasie g ru p a podzieliła się: pięć osób pozostało w o ry g in aln y m zespole, trz y — p rzy stą p iły do p ra c n a d m n iejszy m i p ro stszy m system em , n az w an y m M edusa. Z ałożeniem tw órców M edusy było m ak sy m a ln e w y k o rz y sta n ie m ożliw ości a rc h ite k tu ry Cm*. O dm ienność obu system ów rz u c a św iatło n a p ro b le m a ty k ę specyfiko- w an ia p ro d u k tó w sprzęto w y ch i program ow ych.
Struktura komputera
P rz y o p raco w y w an iu a rc h ite k tu ry now ego k o m p u te ra, trz e b a było p rzed e w szy stk im ro zw iązać pro b lem s tru k tu ry sieci połączeń m iędzy p rocesoram i a p am ięcią. P e łn a k rz y - żow nica zu p ełn ie się nie n a d a w a ła do tego celu. Liczba po
łączeń je st w n ie j bow iem rz ę d u n 2, gdzie n je s t liczbą składników . Ju ż w C.m m p dla 16 p rocesorów złożoność krzyżow nicy b y ła ta k a , ja k całej re sz ty k o n fig u ra c ji (5 tys.
u k ła d ó w scalonych).
K aż d a w e r s ja s tr u k tu r y stan o w i p e w ie n ko m p ro m is ze w zględu n a ró żn e k ry te ria : liczbę w ęzłów , czas połączenia, stopień zrów noleglenia, p ro sto tę u sta le n ia tra s y połączenia itp. W w y n ik u d o k ła d n ej an a liz y zdecydow ano się w y b rać stru k tu rę h ie ra rc h ic zn ą. W te n sposób p o w sta ła k o ncepcja Cm*. Cm je st sk ró tem od ang. Computer m odule, n a to m ia st gw iazdka oznacza ite ra c ję (teoretycznie — nieograniczoną).
Pam ięć
6 6 6 ó " *
U rz ą d z e n ia . R y s. 1. E l e m e n t s t r u k t u r y k o m p u t e r a C m *
P o d staw o w y m ele m e n te m s tr u k tu r y je s t m oduł (Cm), s k ła d ający się z p ro ceso ra, p am ięci i ew e n tu a ln y c h u rzą d zeń do
łączonych do m a g istrali, ta k ja k w zw ykłym m ik ro k o m p u terze (rys. 1). M iędzy procesor a m a g istra lę w łączono do
d atk o w y e le m e n t — S local (ang. local sw itch). Slocal p ełn i dw ie ró żn e fu n k cje . P o pierw sze, w spom aga procesor, n a d -
L S I 11
r a b ia ją c n ie k tó re jego b ra k i (np. pozw ala n a rozróżnienie try b u p rac y pro g ram ó w system ow ych i użytkow ych, p rzy czym te d rugie nie m a ją p ra w a w y konyw ać n ie k tó ry ch p o te n c ja ln ie niebezpiecznych in stru k c ji). N ależy podkreślić, że p rzy dużym sto p n iu sc ale n ia m o d y fik a cja pro ceso ra b y ła bardzo tr u d n a (potrzebne było do tego 80 u k ła d ó w scalo
nych).
S local rozszerza ta k że m ożliw ości ad reso w e LSI-11. P rz e strz e ń ad reso w a je s t podzielona n a 16 stro n w irtu a ln y c h po 4 K B każda. K ażda s tro n a m oże być odw zo ro w an a n a do w olny b lok p am ięci o ta k im sam y m rozm iarze, leżący w ty m sa m y m m odule. S local z a w iera r e je s try ste ru ją c e tym odw zorow aniem . P o d o b n ie ja k w in n y c h k o m p u te rach , is t
n ie ją osobne zestaw y re je s tró w d la program ów , p r a c u ją cych w try b ie sy stem o w y m i w try b ie użytkow ym .
Po drugie, S local u m ożliw ia k o m u n ik a cję m odułu z Tesztą k o m p u te ra. W szczególności o d w ołania do n ie k tó ry ch stro n (niektórych adresów ) są k ie ro w a n e n a w yższe p ię tro h ie ra rc h ii.
N astęp n y m poziom em w h ie ra rc h ii je st k la ste r (ang. clu- ster). O b ejm u je on do 14 m odułów połączonych z w y sp e c ja lizow anym procesorem k o m u n ik a cy jn y m , zw a n y m K m ap (ang. m a p p in g co n tro ller, ry s. 2). K m ap pośredniczy w w y m ia n ie in fo rm a c ji m iędzy m odułam i. W ograniczonym zak resie K m ap m oże też n adzorow ać p ra c ę procesorów LSI-11, n a p rzy k ła d , zgłaszając p rz e rw a n ia .
Czas cyklu pro ceso ra K m ap w yn o si 160 ns. K m ap je st m ik ro p ro g ra m o w an y poziomo, a m ik ro ro zk az m a 80 bitów szerokości i je st zap isa n y w p am ięci RAM , d o stę p n ej z
zew nątrz.
K m ap m a dw a p o rty , do k tó ry c h m ożna dołączyć szybkie m a g istra le pro w ad zące do in n y c h k la stró w (zw ane Linc).
M a g istralam i ty m i są p rze sy łan e k ilkusłow ow e p a k ie ty d a nych, z szybkością ok. 2 M b/s. K oncep cja Cm* n ie n a k ła d a żadnych o g raniczeń n a liczbę różn y ch m a g istra li L inc ani n a ich k o n fig u ra cję. O granicza się n a to m ia st do 64 liczbę k la stró w dołączonych do jed n ej m a g istrali. P rz y k ła d o w y m ro zw iązan iem je st m acierz 32X32 k la stry , po
łączone 32 m a g istra la m i poziom ym i i 32 pionow ym i. W ta k ie j k o n fig u ra c ji k aż d a tra n s m is ja m iędzy k la s tra m i w y m ag a co n ajw y ż ej jednego „ p o śre d n ik a” . K o n fig u ra c ja m ia ła b y ok. 13 tys. procesorów i do 4 GB pam ięci o p era cy jn e j.
Rzeczyw istość je st b a rd z ie j prozaiczna. U ruchom iona k o n fig u ra c ja Cm* sk ła d a się z 5 k la stró w , 50 procesorów i 3 MB p am ięci (rys. 3). N a ry s u n k u 4 przed staw io n o sposób o d w o ły w an ia się pro ceso ra do pam ięci. A dres je s t p o ró w n y w an y p rzez S local z re je s tra m i ste ru jąc y m i. Je śli ich za
w arto ść w skazuje, że n a stą p iło odw ołanie do stro n y um iesz
czonej w lo k a ln e j p am ięci m odułu, to Slocal w yznacza a d r e s fizyczny i p rze k azu je go bezpośrednio n a m a g istralę.
D alej o p e ra c ja przeb ieg a ta k sam o, ja k w w y p a d k u zw y k łego m ik ro k o m p u te ra .
(ft.C») (j) o o
R y s . 3. U r u c h o m i o n a k o n f i g u r a c j a C m *
Je śli n astąp iło odw ołanie do stro n y oznak o w an ej u p rz e d nio jako n ie lo k aln a, to S local p rze k azu je w szystkie in fo r
m a cje (adres i e w e n tu a ln e dane) do p ro ceso ra K m ap. T en z kolei d ec y d u je o dalszym losie o p eracji, n a pod staw ie sw o
jego m ik ro p ro g ra m u i' p o sia d an y c h danych. N a ogół K m ap określa, w k tó ry m m odule leży a d re so w a n a p am ięć i p rze -
k az u je do niego odpow iednie żądanie. S local docelowego m o d u łu p rze k azu je a d re s i ew e n tu a ln e d an e n a m a g istra lę. W ynik o p era cji (potw ierdzenie zapisu lu b przeczy tan e dane) w ra c a tą sam ą drogą, przez K m ap, do p rocesora-zlece- niodaw cy.
R y s. i . S p o s ó b o d w o ł y w a n i a s ię d o p a m i ę c i
Je śli K m ap uznał, że odw ołanie dotyczy pam ięci, leżącej w in n y m klas trze, to tw orzy p a k ie t za w ie ra ją c y opis o p e r a c ji i p rz e sy ła te n p a k ie t przez L inc do docelow ego k la - s tra . T am tejszy K m ap o d b ie ra p ak iet, in te rp re tu je jego za w artość i zleca w y k o n an ie o p era cji u sta lo n e m u m oduło
w i. W ynik zo staje także p rze k aza n y poprzez Linc.
Cechą c h a ra k te ry sty c z n ą tego m echanizm u je s t jego cał
k o w ita przezroczystość d la pro g ram u , z którego pochodzi o dw ołanie do pam ięci. N ie m a ża d n ej różnicy jakościow ej m iędzy o dw ołaniem do pam ięci lo k a ln ej, w e w n ą trz k la stru i m iędzy k la stra m i. Różni się n a to m ia st czas, w k tó ry m żą
d a n a o p e ra c ja zo stanie zakończona. O dw ołanie do pam ięci lo k a ln ej trw a ok. 3 |is; do pam ięci w e w n ą trz k ła s tra — m in im u m 9 ns; do p am ięci w in n y m k la strz e — pow yżej 27 ns. D w a o sta tn ie p a ra m e try dotyczą w a ru n k ó w o p ty m a l
n ych; gdy liczba n ie lo k aln y ch odw ołań rośnie, w ted y n a s tę p u je „ z a tk a n ie ” p ro c e so ra K m ap i o p e ra c je m ogą trw a ć n a w e t 200 ns. W p ra k ty c e z a rc h ite k tu ry Cm* w y n ik a, że m ożliw ie duża część odw ołań p o w in n a odnosić się do p a m ięci lo k aln ej. W szczególności, ta m pow inien znajdow ać się kod p ro g ra m u i jego stos z a w ie ra ją c y d an e lokalne.
K m ap z założenia m ia ł być bardzo elasty czn y i u n iw e r
sa ln y ; m ożliw ość m ik ro p ro g ra m o w an ia za p ew n iła sp e łn ie n ie tego założenia. Z m ia n a m ik ro p ro g ra m u pozw ala z re a li
zow ać ró żn e stra te g ie ad reso w an ia. W szczególności K m ap m oże rozpoznaw ać o dw ołania do n ie k tó ry c h adresów , jako ż ą d an ia w y k o n an ia sp e cja ln y ch fu n k cji. W n ajp ro stszy c h w y p a d k a c h m ogą to być żą d an ia zm iany zaw arto ści w ew n ę trz n y c h re je s tró w o pisujących p rze k szta łc an ie adresów . W b ard z iej sk om plikow anych — żą d an ia p rz e sła n ia b lo k u k ilk u s e t słów pod w sk az an y ad re s, być m oże w odległym m odule. W reszcie, K m ap m oże sam obsługiw ać s tru k tu ry danych, np. k o lejk i i stosy: zap isan ie słow a pod w sk az an y a d re s p o w oduje d odanie go do stosu, a p rze czy tan ie spod tego a d re su — p o b ran ie z w ierzch o łk a stosu.
Istn ie ją co n a jm n ie j trz y w p ełn i spraw d zo n e m ik ro p ro g - ra m y . Jed en , b ardzo p ro sty , sto so w an y do te sto w an ia sp rz ę tu i do p ro sty ch e k sp ery m en tó w p ro gram ow ych, um ożliw ia ad re so w a n ie dow olnych słów p am ięci w e w szy stk ich m o d u łach, bez ż a d n ej ochrony. D w a pozostałe są zw iązane z dw om a system am i o p eracy jn y m i, op isan y m i poniżej. I s t
n ia ły także in n e m ik ro p ro g ra m y , m a ją c e c h a ra k te r e k sp e
ry m e n ta ln y , np. sy m u lu jąc e sieć bez m ożliw ości dzielenia p am ięci lu b zw iązane z k o n k re tn y m językiem (np. A lgol 68).
Cm* został o b udow any a p a r a tu r ą w sp o m ag ającą u ru c h a m ia n ie sp rzę tu i opro g ram o w an ia. P rz ed e w szy stk im do p rocesorów K m ap są d o staw ian e d odatkow e m ik ro k o m p u te ry LSI-11, k tó re um ożliw iają zap isan ie ich m ik ro p ro g ra m u , ogląd an ie sta n u re je s tró w w ew n ętrz n y ch , zapisyw anie do n ich now ych w arto ści, u sta w ia n ie p u n k tó w p rz e rw a ń i p ra c ę krokow ą.
U żytk o w n ik k o m u n ik u je się z m o dułam i przez 10 lin ii szeregow ych (po 2 n a k laster). W szystkie te lin ie są s te
ro w a n e przez specjalizow any k o m p u te r P D P 11/20, zw any Cm* H ost. H o st pozw ala dodatkow o zatrzy m ać i u ru c h o m ić procesory w poszczególnych m odułach, a ta k ż e załad o w ać do nich program y.
O p ro g ram o w an ie i m ik ro p ro g ra m y dla Cm* p rzygotow y
w an o skrośnie, n a k o m p u terze DEC-10, a n a s tę p n ie tr a n s m itow ano — początkow o przez lin ie szeregow e, a potem przez d w a szybkie łącza pam ięciow e. W m ia rę u p ły w u czasu Cm* był ro zb u d o w y w an y o now e urządzenia, m a ją ce często c h a ra k te r e k s p e ry m e n ta ln y (np. in te lig e n tn y , m i- k ro p ro g ram o w a n y ste ro w n ik dyskow y, b ard z o szybki m o n ito r ekran o w y , łącze sieci lo k a ln ej E th e rn e t).
System StarOS
S tarO S je st sy stem em o p era cy jn y m , o p a rty m n a d o jś
ciach (ang. capability). D ojście m ożna in te rp re to w a ć jako w sk aź n ik obiektu, o k re śla ją c y dodatkow o ty p o b ie k tu i zbiór op eracji, k tó ry m i d y sp o n u je posiadacz dojścia. W szczególności posiadacz m oże (ale nie m usi) m ieć praw o p o w ielan ia dojścia oraz u su w a n ia go. D ojścia są przech o w y w a n e w pam ięci, ale dostęp do nich je st m ożliw y tylk o za po śred n ic tw em o p era cji zaim p lem en to w an y ch w procesorze k o m u n ik a cy jn y m K m ap. K ażdy o b ie k t m oże składać się z części dan y ch d o stę p n y ch bezpośrednio i z części dojść.
S tru k tu ra zbioru obiek tó w sy stem u S tarO S o dzw iercied
la s tr u k tu r ę k o m p u te ra. K ażdy k la s te r je s t tra k to w a n y j a ko osobna je d n o stk a o rg an izacy jn a, m a ją c a w łasn y program , tw orzący ob iek ty i za rząd z ający p o sia d an ą p am ięcią. K ażdy tw orzony o b ie k t je st op isy w an y przez pozycję w słow niku.
Położenie o b ie k tu w sło w n ik u je s t sta łe przez cały czas istn ie n ia obiektu, m im o że o b ie k t m oże zostać przesu n ięty , choćby do innego m o d u łu (pozostając je d n a k w e w n ą trz k la s- tra). D ojścia w sk a z u ją obiekt, p o d ając n u m e r k la s tra oraz n u m e r pozycji w słow niku.
P od staw o w y m i o b ie k tam i są stro n y pam ięci. T ylko do nich p ro g ra m może m ieć szybki dostęp za p o śred n ictw em zw ykłych in s tru k c ji procesora. Je śli stro n a p am ięci z n a jd u je się w m odule w y k o n u jąc y m p ro g ra m , to K m ap p rzy p ie r
w szym odw ołaniu za p isu je odpow iednią w a rto ść do re je s tru w e w n ą trz p rze łąc zn ik a Slocal, ta k a b y n a s tę p n e odw o
ła n ia b y ły w y k o n y w an e całkow icie lokalnie. W o dw oła
niach do stro n położonych w in n y c h m odułach oraz do w szelkich in n y c h obiektów , n iezależnie od ich położenia, m usi pośredniczyć K m ap. J e d n a k i tu sto su je się ró żn e fo rm y o p tym alizacji, n a p rz y k ła d K m ap za p isu je w sw ojej szybkiej p am ięci roboczej pom ocniczą in fo rm ac ję o fizycz
n y m położeniu obiektu.
K o m u n ik a cja m iędzy p ro g ra m am i odbyw a się za p o śre d n ictw em tzw. sk rzy n e k pocztow ych (ang. m ailbox). P oszcze
gólne p ro g ra m y m ogą m ieć dojścia do różn y ch sk rzy n ek , z p ra w e m w y sy ła n ia lu b o d b ie ra n ia kom un ik ató w . K ażdy k o m u n ik a t m oże zaw ierać zarów no zw ykłe zm ienne, dostępne bezpośrednio dla procesora, ja k i dojścia.
P oczątkow o w sy stem ie istn ie je k ilk a p ro g ra m ó w u słu gow ych, np. p ro g ra m tw o rzący obiekty, p ro g ra m ła d u ją c y i sy stem plików . K ażdy p ro g ra m sam je st o b iektem ; część p am ięciow a z a w iera p a ra m e try , n a to m ia st część dojściow a
— dojścia do stro n pam ięci, z a w ierając y ch kod i d an e p ro g ram u oraz d ojścia do sk rzy n e k pocztow ych.
A by u ży tk o w n ik m ógł skorzystać z system u, S tarO S tw o rz y dla niego p ro g ra m — in te rp re te r kom end. P o z id e n ty fi
k o w an iu użytk o w n ik a, n a p o d sta w ie uprzed n io zapisanych in fo rm acji, p ro g ra m te n tw o rzy in ic ja ln y zbiór dojść posia
dan y ch przez u ży tk o w n ik a, d efin iu jąc y zbiór d ostępnych dla niego obiektów . N iek tó re obiekty, np. sk rz y n k i poczto
w e p ro g ra m ó w usługow ych, zaw sze są do stęp n e d la w szy st
k ich użytkow ników .
Je śli u ży tk o w n ik żądał u tw o rze n ia now ego pro g ram u , to in te rp re te r kom end p rz e k a z u je to żąd an ie przez sk rzy n k ę do p ro g ra m u ładu jąceg o . Ż ąd a n ie m usi o kreślać, do' jak ich obiek tó w now y p ro g ra m m a m ieć dostęp, a- ta k ż e m usi za
w ierać dojście do skrzy n k i, przez k tó rą p ro g ra m ła d u ją c y m a potw ierdzić w y k o n an ie zlecenia.
Po p rzy ję ciu żąd an ia p ro g ra m ła d u ją c y m usi zająć od pow iedni obszar p am ięci n a sam p ro g ra m o raz n a jego sk rzy n k i i stro n y pam ięci. W, ty m celu w y sy ła żąd an ie do p ro g ra m u obsługi obiek tó w i p o w ro tn ą pocztą o trzy m u je dojścia do now ych obiektów . P o u tw o rze n iu i w y p ełn ien iu in ic ja ln ą za w arto ścią stro n now ego p ro g ra m u , p ro g ra m ła
