Computers and Computing Works

1. Лекція №9
Для спеціальності 151 “Автоматизація та комп’ютерно-
інтегровані технології”
141 «Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка»
КНУБА, 2016
Соболевська Л.Г. sobolevska@atp.in.ua +38 066 251 89 80

2.  стандарт інтерфейсу обміну даними між двома пристроями
шляхом послідовної передачі даних (асинхронний зв'язок
або синхронний зв’язок).
 Офіційна назва «Інтерфейс між кінцевим обладнанням
обробки інформації і кінцевим обладнанням каналу
передачі даних, що використовує послідовний обмін
двійковими даними» (Interface Between Data Terminal
Equipment and Data Circuit-Terminating Equipment Employing
Serial Binary Data Interchange).
 Історія
 Цей стандарт з'єднання устаткування було розроблено в
1969 році рядом великих промислових корпорацій і
опубліковано Асоціацією електронної промисловості США
(Electronic Industries Association — EIA).

3.  Стандарт визначає номенклатуру ланцюгів та технічні вимоги до
них (типи з'єднувачів, призначення їх контактів, робочі напруги і
т.д.), що використовуються для з'єднання двох класів пристроїв:
 Кінцеве обладнання обробки інформації (data terminal equipment,
DTE), наприклад, термінал чи послідовний порт COM1
персонального комп'ютера;
 Кінцеве обладнання каналу передачі даних (data circuit-terminating
equipment, DCE), наприклад, модем.
 Стандарт не визначає швидкості передачі. Загальноприйнята
швидкість передачі для RS-232 — 9600 біт/сек на відстань до 15 м.
Сучасні пристрої підтримують швидкість 115 кбіт/сек та більше.
Існує в 8-, 9-, 25- і 31-контактних варіантах роз'ємів. У даний
момент найчастіше використаються 9-контактні роз'єми.
У загальному випадку описує чотири інтерфейсні функції:
 визначення керуючих сигналів через інтерфейс;
 визначення формату даних користувача, переданих через
інтерфейс;
 передачу тактових сигналів для синхронізації потоку даних;
 формування електричних характеристик інтерфейсу.

4. Рівень Передатчик Приймач
Логічний 0 (SPACE) від +5 В до +15 В від +3 В до +25 В
Логічний 1 (MARK) від -5 В до -15 В від -3 В до -25 В
Не визначений від -3 В до +3 В
Сигнал На виході пристрою (Driver) На вході пристрою (Terminator)
"Off" від -5 В до -15 В від -3 В до -25 В
"On" від 5 В до 15 В від 3 В до 25 В

5.  DTE-пристрій повинен
оснащуватися вилкою
(male - "тато")
 DCE-пристрій -
розеткою (female -
"мама")
 найбільш поширені в
даний час 9-контактні
з'єднувачі DЕ-9.

6. Кон
так
т
Напрямок передачі та назва сигналу
1 < Carrier Detect (CD) Наявність несучої частоти
2 < Received Data (RD) Дані, що приймаються
3 > Transmitted Data (TD) Дані, що передаються
4 > Data Terminal Ready (DTR) Готовність КООІ
5 - Signal Ground Загальний
6 < Data Set Ready (DSR) Готовність КОПД
7 > Request To Send (RTS) Запит на передачу
8 < Clear To Send (CTS) Готов передавати
9 < Ring Indicator (RI) Наявність сигналу виклику

10.  Recommended Standard 485, EIA-485 (Electronic
Industries Alliance-485) - стандарт фізичного
рівня для асинхронного інтерфейсу. Регламентує
електричні параметри полудуплексної
багатоточечноїй диференціальної лінії зв'язку
типу «загальна шина».
 Стандарт RS-485 спільно розроблений двома
асоціаціями: Асоціацією електронної
промисловості (EIA - Electronics Industries
Association) і Асоціацією промисловості засобів
зв'язку (TIA - Telecommunications Industry
Association).

11.  У стандарті RS-485 для передачі і прийому даних
використовується одна вита пара проводів, іноді
супроводжувана екрануючої опліткою або
загальним проводом.
 Передача даних здійснюється за допомогою
диференціальних сигналів.
 Різниця напруги між провідниками однієї
полярності означає логічну одиницю, різниця
іншої полярності - нуль.
 Стандарт RS-485 обумовлює тільки електричні і
часові характеристики інтерфейсу.
 Стандарт RS-485 не обумовлює:
 параметри якості сигналу (допустимий рівень
спотворень, відображення в довгих лініях),
 протокол обміну.

12.  До 32 прийомопередавачів в одному сегменті мережі.
 Максимальна довжина одного сегмента мережі: 1200 метрів.
 Тільки один передавач активний.
 Максимальна кількість вузлів в мережі - 256 з урахуванням
магістральних підсилювачів.
 Характеристика швидкість обміну / довжина лінії зв'язку:
 62,5 кбіт / с 1200 м (одна кручена пари),
 375 кбіт / с 500 м (одна кручена пари),
 500 кбіт / с,
 1000 кбіт / с,
 2400 кбіт / с 100 м (дві кручених пари),
 10000 кбіт / с 10 м.
 Тип прийомопередавачу - диференційний, потенційний.
 вихідний каскад повинен витримувати режим короткого замикання, мати
максимальний вихідний струм 250 мА, швидкість наростання вихідного
сигналу 1,2 В / мкс і схему обмеження вихідної потужності.
 вхідний каскад являє собою диференційний вхід з високим вхідним
опором і пороговою характеристикою від -200 мВ до +200 мВ:
 допустимий діапазон вхідних напруг Uag (Ubg) щодо землі (GND) від -7 В
до +12 В;

13. Інтерфейс є напівдуплексним: вузол не
може одночасно і приймати, і передавати
дані.
Передача даних йде по двох лініях, A і B.
Логічна одиниця: (AB)> +200 мВ.
Логічний нуль: (AB) <-200 мВ.

14. Роз'єм складається з двох або трьох
контактів:
• A або '+' (TxD + / RxD +), не
інвертований.
• B або '-' (TxD- / RxD-), інвертований.
• Опційний загальний провід.

15.  Мережеві протоколи, що використовують
RS-485
 LanDrive
 ProfiBus DP
 ModBus
 DMX512
 HDLC
Промислові мережі, побудовані на основі RS-
485
 LanDrive
 ProfiBus DP
 ModBus

16. Комп’ютерна мережа – це сукупність
комп’ютерів, які з’єднані лініями зв’язку і
оснащені комунікаційним обладнанням
та комунікаційним програмним
забезпеченням.
Середовище передачі – це фізичне
середовище, в якому відбувається
поширення інформаційних сигналів у
вигляді електричних імпульсів.

17.  Лінія зв’язку – це обладнання, за допомогою якого
здійснюється об’єднання комп’ютерів у мережу. Лінії
зв’язку залежно від середовища передачі даних
поділяються на:
 повітряні – традиційно по таких проводах передають
телефонні або телеграфні сигнали, але за відсутності
інших можливостей ці лінії використовуються також
і для передачі комп’ютерних даних;
 кабельні – представляє складну конструкцію, яка
складається із провідників; використовуються такі
типи: вита пара, коаксіальний кабель, волокняно-
оптичний кабель;
 радіоканали наземного та супутникового зв’язку –
створюються за допомогою передавача і приймача
радіохвиль. Типи радіоканалів відрізняються
частотним діапазоном і дальністю каналу.

18.  Мережевий адаптер (або мережева інтерфейсна
плата) – спеціальний апаратний засіб для
взаємодії персональних комп’ютерів у мережі.
 Мережевий адаптер використовуються при
кабельних лініях зв’язку.
 Адаптер повинен ідентифікувати ПК у мережі і
виконувати буферизацію даних між комп’ютером
і кабелем. З погляду комп’ютерної мережі, ця
плата повинна генерувати електричні сигнали,
що проходять по мережі, управляти доступом до
мережі і забезпечувати фізичний контакт з
кабелем.

19.  комутатори (Switch – перемикач) – обладнання, яке
призначене для об’єднання декількох комп’ютерів до
комп’ютерної мережі у межах одного сегмента мережі.
 концентратори – об’єднуючий компонент, до якого
підключаються всі комп’ютери в мережі. Нині майже не
використовуються – їх змінили комутатори, які виділяють
кожен підключений пристрій в окремий сегмент;
 мости – це пристрої, що з’єднують дві мережі, які побудовані
за різними технологіями. Міст виконує перерозподіл
інформаційних потоків між мережами;
 повторювач – мережевий пристрій, який відновлює
сигнали, спотворені при передачі;
 маршрутизатори – мережеве обладнання, яке на основі
інформації про топологію мережі і визначених правил
приймає рішення про пересилання пакетів мережевого
рівня між сегментами мережі. Маршрутизатор визначає
оптимальний маршрут передачі даних. Застосовують для
об’єднання мереж різних типів.

20.  програми, які працюють з мережею на
низькому рівні, вони забезпечують
управління мережевим обладнанням з
метою перетворення сигналів з одного виду
на інші;
 програми, які працюють з мережею на
високому рівні, вони призначені для
розпізнавання та опрацювання інформації
залежно від її характеру та способу
організації.

21. мережеві операційні системи – забезпечують
доступ користувачів до ресурсів
комп’ютерної мережі (Windows NT, UNIX,
Netware та ін);
програми управління мережами
(Proxy, Anyplace Control, MyChat та ін.).

22.  Міжнародною
організацією
стандартизації ISO в
1978 році була
затверджена модель
OSI (Open System
Interconnection) -
взаємодія відкритих
систем, що описує
об'єднання
комп'ютерів у мережу.

23.  Фізичний рівень складається з фізичних елементів, які використовуються
безпосередньо для передачі інформації по мережевим каналам зв’язку. До
фізичного рівня відносяться також методи електричного перетворення
сигналів, що залежать від мережевої технології, яка застосовується.
 Рівень з’єднування призначений для передачі даних від фізичного рівня до
мережевого та навпаки. Мережева плата в комп’ютері – приклад
реалізації рівня з’єднування.
 Мережевий рівень визначає шлях переміщення даних по мережі,
дозволяючи їм знайти отримувача. Мережевий рівень можна розглядати
як службу доставки.
 Транспортний рівень пересилає дані між самими комп’ютерами. Після
доставки даних мережевим рівнем комп’ютеру-отримувачу активізується
транспортний протокол, доставляючи дані до прикладного процесу.
 Сеансовий рівень використовується як інтерфейс користувача і вирішує
такі завдання, як обробка імен, паролів, прав доступу.
 Рівень уявлення створює інтерфейс мережі до ресурсів комп’ютера:
принтерів, моніторів, дисків; виконує перетворення форматів файлів.
 Прикладний рівень забезпечує виконання прикладних задач користувачів.

24.  Протокол – це набір правил, які визначають
взаємодію комп’ютерів мережі і описують спосіб
виконання визначеного класу функцій.
 Ресурс мережі – це пристрої, які входять до
апаратної частини деяких комп’ютерів мережі,
доступні і можуть використовуватися будь-яким
користувачем мережі (принтери, сканери).
 Сервер (serve – постачати, обслуговувати) –
комп’ютер, ресурси якого призначені для
спільного використання. Призначення сервера –
доставляти програми до робочих станцій.
 Робочі станції – комп’ютери, які
використовують ресурси мережі. Призначення
робочої станції – виконувати програми, одержані
з мережі.

25.  Топологія комп’ютерної мережі – це її
геометрична форма або фізичне
розташування комп’ютерів по відношенню
один до одного.
 Топологія визначає вимоги до устаткування,
тип кабелю, який використовується,
можливі й найбільш зручні методи
керування обміном, надійність роботи,
можливості розширення мережі.

27.  всі комп’ютери паралельно
підключаються до однієї лінії зв’язку й
інформація від кожного комп’ютера
одночасно передається всім іншим
комп’ютерам

28.  ідентичність мережевого устаткування комп’ютерів;
 рівноправність всіх абонентів;
 дані передаються тільки по черзі, тому що лінія зв’язку єдина;
 відсутній сервер.
 Переваги топології «шина»:
 додавання нових абонентів у «шину» просте і можливе навіть під час
роботи мережі;
 при використанні «шини» потрібна мінімальна кількість кабелю, проте
до кожного комп’ютера (крім двох крайніх) підходить два кабелі, що не
завжди зручно;
 вартість мережевого устаткування є невисокою;
 відмова окремих комп’ютерів не впливає на роботу мережі;
 простота налаштування мережі.
 Недоліки топології «шина»:
 при розриві або ушкодженні кабелю порушується узгодження лінії
зв’язку, і припиняється обмін даними навіть між тими комп’ютерами, які
залишилися з’єднаними між собою;
 коротке замикання в будь-якому сегменті кабелю «шини» виводить із
ладу всю мережу;
 складна локалізація та діагностика несправностей.

29.  до одного центрального
комп’ютера
приєднуються інші
периферійні
комп’ютери, причому
кожний з них
використовує свою
окрему лінію зв’язку

30.  весь обмін інформацією відбувається через центральний комп’ютер;
 необхідно вживати спеціальні заходи щодо підвищення надійності
центрального комп’ютера і його мережевої апаратури;
 ніякі конфлікти у мережі з топологією «зірка» неможливі, тому що
керування повністю централізоване.
 Переваги топології «зірка»:
 вихід з ладу периферійного комп’ютера ніяк не відбивається на
функціонуванні частини мережі, що залишилася, але будь-яка відмова
центрального комп’ютера робить мережу повністю непрацездатною;
 пошкодження будь-якого кабелю або коротке замикання в ньому порушує
роботу тільки одного комп’ютера;
 висока продуктивність мережі;
 для з’єднання використовується дві лінії зв’язку, кожна з яких передає
інформацію тільки в одному напрямку, це істотно спрощує мережеве
обладнання.
 можливість легко контролювати роботу мережі, локалізувати
несправності шляхом простого відключення від центра абонентів.
 Недоліки топології «зірка»:
 жорстке обмеження кількості абонентів.
 Значно більша витрата кабелю, ніж при інших топологіях, це істотно
впливає на вартість всієї мережі в цілому.

31. активна «зірка» – у центрі мережі
міститься комп’ютер, який виступає у
ролі сервера;
пасивна «зірка» – у центрі мережі
міститься не комп’ютер, а концентратор
або комутатор, який відновлює сигнали і
відправляє їх в інші лінії зв’язку.

32.  кожний комп’ютер
передає інформацію
завжди тільки одному
комп’ютеру, наступному
в ланцюжку, а одержує
інформацію тільки від
попереднього
комп’ютера в ланцюжку,
і цей ланцюжок
замкнутий в «кільце».

33.  Переваги топології «кільце»:
 додавання нових абонентів у «кільце» досить просте, хоча й
вимагає обов’язкової зупинки роботи всієї мережі на час
підключення;
 максимальна кількість абонентів у «кільці» може бути
досить велика;
 кільцева топологія є досить стійкою до перевантажень, вона
забезпечує впевнену роботу із великими потоками
переданої по мережі інформації, тому що в ній, як правило,
немає конфліктів, а також відсутній центральний абонент;
 відсутність додаткового обладнання.
 Недоліки топології «кільце»:
 вихід з ладу хоча б одного з комп’ютерів (або ж його
мережевого обладнання) порушує роботу всієї мережі;
 будь-яке пошкодження або коротке замикання в кожному з
кабелів «кільця» робить роботу всієї мережі неможливою;
 складність пошуку несправностей.

34.  Подвійне «кільце» – це
топологія, побудована
на двох «кільцях»,
перше «кільце»
використовується як
основний шлях для
передачі даних, друге –
резервний шлях, який
використовується при
виході з ладу першого
«кільця».

35.  «дерево» (tree) – топологія, яка є комбінацію
декількох топологій «зірка». Перевага
деревоподібних мереж - простий спосіб
нарощування потужності мережі

36.  «решітка» – топологія, у якій комп’ютери
утворюють багатомірну решітку, при цьому
кожне ребро решітки паралельне її осі і з’єднує
два суміжних вузли вздовж цієї осі.

37.  обчислювальні – призначені для розв’язання завдань
користувачів з обміном даними між їх абонентами;
 інформаційні – орієнтовані на представлення
інформаційних послуг користувачам;
 змішані – поєднують функції обчислювальних та
інформаційних комп’ютерних мереж.

38. однорідні – комп’ютерні мережі, які
складаються із програмно-спільних ЕОМ;
неоднорідні – комп’ютерні мережі, до
складу яких входять програмно-несумісні
комп’ютери.

39. Контролюючі мережі
Локальні мережі
Регіональні мережі
Глобальні мережі

40.  CAN – Controller Area Network – стандарт мережі,
орієнтований перш за все на об’єднання в єдину мережу
різного виконавчого обладнання і датчиків. CAN розроблені
в середині 1980р. і нині широко використовується в
промисловій автоматизації, технологіях «розумного
будинку», автомобільній промисловості.
 Переваги CAN:
 можливість роботи у режимі жорсткого реального часу;
 простота реалізації і мінімальні затрати на використання;
 висока стійкість до перешкод;
 надійний контроль помилок передачі і прийому;
 широкий діапазон швидкостей;
 велика поширеність технології.
 Недоліки CAN:
 максимальна довжина мережі обернено пропорційна
швидкості передачі;
 великий розмір службових даних у пакеті;
 відсутність єдиного загальноприйнятого стандарту.

41.  LAN – Local Area Network – об’єднують комп’ютери, які
розташовані на невеликій відстані один від одного. Локальні
мережі є мережами закритого типу, доступ до них дозволений
лише обмеженому контингенту користувачів, для яких робота у
такій мережі безпосередньо пов’язана з їхньою професійною
діяльністю.
 Склад локальної мережі: комп’ютери; мережеві
адаптери; периферійні пристрої; середовище передачі; мережеві
пристрої (комутатори, маршрутизатори, мости, повторювачі).
 Різні середовища доступу: мідні провідники, оптичні кабелі і
радіоканал (безпровідні технології). Провідний зв’язок
установлюється через Ethernet, безпровідний – через Wi-
Fi,Bluetooth, GPRS та ін.
 Сучасні локальні мережі будуються на основі топології «зірка» з
використанням концентраторів (хабів), комутаторів та кабелю.
 Комп’ютери, що входять у локальну мережу, поділяються на два
типи: робочі станції, призначені для користувачів і сервери, які, як
правило, недоступні для звичайних користувачів.

42. Переваги локальних мереж:
 розподіл даних (Data Sharing). Дані в мережі зберігаються на сервері та
можуть бути доступні для будь-якої робочої станції, підключеної до
мережі;
 розподіл ресурсів (Resource Sharing). Периферійні пристрої можуть бути
доступні для всіх користувачів мережі (наприклад, факс або лазерний
принтер);
 розподіл програм (Software Sharing). Усі користувачі мережі можуть мати
доступ до програм, які були один раз централізовано встановлені. При
цьому повинна працювати мережева версія відповідних програм;
 електронна пошта (Electronic Mail). Усі користувачі мережі можуть
передавати або приймати повідомлення;
 висока швидкість передачі даних та низький рівень помилок при
передачі даних.
Недоліки локальних мереж:
 використання локальної мережі обмежується невеликими географічними
відстанями;
 обмежене число комп’ютерів, що підключаються до мережі.

43. (MAN – Metropolitan Area Network) – міські мережі між
закладами в межах одного або декількох міст, які об’єднують
багато локальних обчислювальних мереж.

44.  WAN –
Wide Area Network –
це сукупність
віддалених один від
одного комп’ютерів,
сумісна взаємодія яких
забезпечується
комунікаційною
мережею передачі
даних і спеціальними
програмами мережевої
операційної системи.

45. Дякую за увагу!
45