Билет 10

question-10

Вопрос 10

Организация вычислений в БЭВМ. Сдвиги, арифметические и логические операции. Цикл выборки команды

В БЭВМ данные представляются 16-разрядными двоичными числами.  

• Беззнаковые числа используются для представления чисел: $[0,2^{16}-1]$. 
• Знаковые числа представляются в дополнительном коде в промежутке $[-2^{15},2^{15}-1]$, что позволяет выполнять операции сложения и вычитания с помощью одного и того же сумматора АЛУ.

Основные арифметические операции выполняются арифметико-логическим устройством (АЛУ). 

ADD — выполняет сложение содержимого аккумулятора и операнда. 

INC / DEC — увеличивает / уменьшает содержимое аккумулятора на единицу

SUB — выполняет вычитание операнда из содержимого аккумулятора (сложение аккумулятора с доп. кодом операнда)

NEG — изменяет знак (доп. код: инвертирует все биты числа и прибавляет 1)

AND — выполняет побитовую логическую операцию «И» над содержимым аккумулятора и операнда.

OR — выполняет побитовую логическую операцию «ИЛИ» над содержимым аккумулятора и операнда ( NOT( NOT(A) AND NOT(B)) )

NOT — выполняет побитовую инверсию содержимого аккумулятора.

ROL и ROR  — выполняют циклический сдвиг содержимого аккумулятора и регистра переноса (Carry), которые рассматриваются как единое кольцо. 

ASL и ASR — выполняют арифметические сдвиги влево и вправо соответственно.

Арифметические сдвиги позволяют реализовать умножение и деление на степени двойки.

Цикл выборки команды

Перед выполнением команды процессор должен считать её из памяти и определить её тип. В БЭВМ цикл выборки команды описывается следующей последовательностью микрокоманд:

IP → BR, AR
BR + 1 → IP; MEM(AR) → DR
DR → CR
if CR(15) = 1 then GOTO CHKBR @ 09
if CR(14) = 1 then GOTO CHKABS @ 0C
if CR(13) = 1 then GOTO CHKABS @ 0C
if CR(12) = 0 then GOTO ADDRLESS @ 78
GOTO IO @ C2

На первом этапе содержимое счетчика команд IP передается в буферный регистр BR и регистр адреса AR. Затем счетчик команд увеличивается на единицу, а из памяти по адресу, находящемуся в AR, считывается команда и заносится в регистр данных DR. После этого команда переписывается в регистр команд CR. Далее устройство управления анализирует старшие биты команды и определяет её тип, после чего осуществляется переход к соответствующей микропрограмме выполнения команды.

Ссылка на оригинал

---

question-32

Вопрос 32

Модель TCP/IP: передающая среда, канальный и сетевой уровень. Адресация, передача и маршрутизация пакетов.

TCP/IP — это сетевая модель передачи цифровых данных, описывающая способ передачи информации от источника к получателю:

Передающая среда (Физический уровень) — это среда, по которой передаются биты. Основные типы:

Тип среды	Характеристики
Коаксиальный кабель (устарел)	«Толстый» 10Base-5 — до 500 м; «тонкий» 10Base-2 — до 50 м
Витая пара (UTP)	Кат.3: до 100 Мбит/с (100 м); Кат.5е: 100 Мбит/с (2 пары), 1 Гбит/с (4 пары); Кат.6: 10 Гбит/с (55 м); Кат.7а: 40 Гбит/с (50 м), 100 Гбит/с (15 м)
Оптоволокно	ST, SC, LC (лазер в SFP). Многомодовое (MMF) — ~500 м, одномодовое (SMF) — до 80 км
Беспроводные (Wireless)	Wi-Fi (802.11), WiMAX (802.16), 3G, 4G. Частоты 2.4, 5, 60 ГГц, скорость до 15 Гбит/с

Физический уровень описывает электромеханические параметры: уровни напряжений, типы разъемов, спецификации кабелей.

Адресация — это присвоение каждому устройству в сети уникального идентификатора, по которому его можно найти. Два типа: MAC-адрес, IP-адрес

Передача — это процесс отправки данных от источника к получателю. Данные проходят через уровни модели TCP/IP, на каждом уровне добавляется свой заголовок (инкапсуляция). На приёмной стороне происходит обратный процесс — деинкапсуляция.

---

Канальный уровень

Главная задача — передавать данные внутри одной локальной сети (LAN). Он работает с MAC-адресами — это уникальные номера, которые находятся в сетевой карте каждого устройства на заводе.

Задачи:

• Управляет доступом к физической среде (кабелю или радиоканалу) — чтобы устройства не «мешали» друг другу при передаче.
• Использует MAC-адреса для определения, кому именно отправить данные.
• Проверяет, не испортились ли данные при передаче.
• Разбивает поток данных на кадры и собирает их обратно, буферизует при необходимости.
• Учитывает топологию сети.
• Регулирует скорость потока, чтобы приёмник успевал обрабатывать данные.

Как выглядит кадр Ethernet (основные поля):

Поле	Размер	Для чего нужно
Преамбула	7 байт	Сигнал для синхронизации приёмника
SFD	1 байт	Отмечает точное начало кадра, ( конец преамбулы/ начало полезной части)
MAC-адрес получателя	6 байт	Кому. Уникальный адрес сетевой карты
MAC-адрес отправителя	6 байт	Кто
Тип	2 байта	Указывает, какой протокол используется внутри кадра (например, IP)
Данные	46–1500 байт	Информация
Контрольная сумма	4 байта	Проверка, на ошибки при передаче

MAC-адресация

• Длина: 48 бит (6 байт), записывается в 16CC виде (XX:XX:XX:XX:XX:XX).
• Структура:

• OUI (22 бита) — уникальный идентификатор производителя, выделяется IEEE.

• OUA (24 бита) — уникальный номер устройства, присваивается производителем (серийный номер платы).

• Управляющие биты:

• I/G (Individual/Group): 0 — индивидуальный адрес, 1 — групповой/
• U/L (Universal/Local): 0 — универсальный (заводской), 1 — локальный (задан администратором).
• Гарантия уникальности: достигается за счет того, что IEEE регистрирует каждого производителя и выделяет ему свой OUI, а производитель сам обеспечивает уникальность младших 24 бит.

---

Сетевой уровень IP

Отвечает за логическую адресацию (IP-адреса) и маршрутизацию — доставку пакетов между разными сетями через маршрутизаторы.

Задачи:

• Работа с логическими адресами (IP-адресами).
• Объединение разнородных локальных сетей в единую составную сеть.
  • Протокол ненадёжный (не гарантирует доставку, не проверяет ошибки, не сохраняет порядок пакетов).
  • Основные протоколы: IP (передача дейтаграмм) и ICMP (диагностика, сообщения об ошибках).

Маршрутизация (Routing) — это процесс определения/вычисления наилучшего пути для передачи данных в сетях связи. Другое определение — это передача пакетов от отправителя к получателю. Бывает: Прямая (Direct delivery) — внутри LAN. Косвенная (Indirect delivery) — получатель в другой сети.

Ф-цию роутинга могут выполнять:

1. Аппаратные маршрутизаторы — оптимальный вариант, позволяют обрабатывать большие потоки данных, работают быстрее.
2. Настроенные компьютеры с несколькими сетевыми интерфейсами и специализированным ПО. Используется, если конфигурация не слишком сложная.

Маршрутизатор — устройство, которое собирает информацию о топологии межсетевых соединений и пересылает пакеты в сеть назначения, выбирая оптимальный маршрут.

Таблица маршрутизации — это файл, электронная таблица или база данных, которая располагается на маршрутизаторе или специально настроенном компьютере. В ней описывается соответствие адресов назначения с интерфейсами, через которые нужно отправлять данные до следующего маршрутизатора.

Содержит:

• Адрес сети или узла
• Маску подсети назначения
• Сетевой шлюз — адрес маршрутизатора, на который будут направлены данные
• Интерфейс, через который можно связаться со шлюзом
• Метрика (не всегда) — показатель, задающий предпочтительность пути.

Ссылка на оригинал