Bevezetés a számítástechnikába

Átírás

1 Bevezetés a számítástechnikába Fodor Attila Pannon Egyetem Műszaki Informatikai Kar Villamosmérnöki és Információs Rendszerek Tanszék foa@almos.vein.hu november 16.

2 Input / Output műveletek Bevezetés Mai korszerű számítógépek jellemzői: Nagy műveleti sebesség Perifériás egységek viszonylagosan lassúak Megoldás: Rendszer I/O műveleteinek önálló vezérlés Megoldás előnyei Processzor tehermentesítése (I/O műveletek felügyeletétől) Áthidalható a sokféle periféria különböző műveleti sebességéből keletkező probléma Az adatok és programok átvitele a perifériás egység és a központi egység között adatátviteli berendezések segítségével Két legjellemzőbb megoldási mód: Csatornarendszer Sínrendszer Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

3 Csatornarendszerű adatátvitel Csatornarendszerű adatátvitel Információátvitel a csatornarendszer mellett, a központi egység operatív tára és a periféria között zajlik Szigorú hierarchikus átvitel Az átviteli folyamat vezérlése sok művelettel jár célszerű különválasztani a központi processzortól Az átviteli folyamat vezérlésére külön processzort építettek be, ez a csatorna Csatorna feladata: Átviteli folyamat vezérlése Nagysebességű processzor és a lassú periféria közötti kommunikáció megteremtése Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

4 Perifériavezérlő, Csatorna Csatornarendszerű adatátvitel Perifériavezérlő Perifériális egység munkáját a perifériavezérlő szervezi és irányítja Közvetlen kapcsolatban áll a csatornával Értelmezi a csatorna utasításait Végrehajtatja az utasításokat a rákötött perifériákkal Elküldi a csatornának az adatátvitelre vonatkozó információt Egy perifériavezérlő több periféria munkáját is irányíthatja és egy csatornához csatlakoznak Egy vezérlő több csatornán keresztül is elérhető akár több számítógépről is Csatorna A csatorna ugyan úgy programozható mint a központi egység A felhasználónak a csatorna programozására nincs lehetősége, mert a csatornaprogram a gép része A konkrét adatforgalom az operatív tár és a perifériák között megy végbe. A CPU az miután kezdeményezte az adatátvitelt felszabadul és más műveleteket végezhet. Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

5 Csatorna Csatornarendszerű adatátvitel Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

6 Csatorna üzemmódjai Csatornarendszerű adatátvitel Monopol üzemmód A periféria a teljes adatátvitel tartamára leköti a csatornát A csatornára más periféria nem kapcsolódhat az átvitel befejeződéséig Ha csak leköti, de tényleges adatátvitel nincs a gép hibát jelez Alkalmazása: Gyors perifériák vagy olyan periféria ahol nagy mennyiségű adatot kell továbbítani Multiplex üzemmód A csatorna több perifériát képes kiszolgálni Egy periféria csak egy rövid időintervallumra kapja meg a csatornát Egy időpillanatban csak egy periféria van kapcsolatban a csatornával Az időpillanat lejárta után a csatorna "tovább" megy, ellátja a többi perifériát Ez ciklikusan ismétlődik Alkalmazása: Lassú perifériák Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

7 Multiplex csatorna Csatornarendszerű adatátvitel Adatcsoport továbbításának befejeződését a periféria megszakításkéréssel jelzi a csatornának A csatornákat működési osztályokba sorolhatjuk: Szelektor csatorna Byte multiplex csatorna Blokkmultiplex csatorna Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

8 Szelektor csatorna Csatornarendszerű adatátvitel Csak monopol üzemmódban működik (ha valamelyik perifériával adatátvitelt kezdeményezett, akkor az a periféria "lefoglalja" monopolizálja magának a csatornát) egyszerre egész adatblokk, vagy adatblokk-sorozat átvitelére alkalmas Ez az üzemmód alkalmas a mágneses perifériák működtetésére (nagy adatsűrűség és átviteli sebesség) Megkezdett I/O műveletet nem lehet adatvesztés nélkül megszakítani Jóval nagyobb átviteli sebességet nyújt, mint a multiplex csatorna Byte multiplex csatornánál a monopol és a multiplex üzemmód is megengedett (típusát a periféria határozza meg, az átvitt információ egység a byte) Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

9 Szelektor csatorna Csatornarendszerű adatátvitel A példán látható, hogy a három periféria csak egymás után kapja meg a csatornát Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

10 Blokkmultiplex csatorna Csatornarendszerű adatátvitel Monopol és multiplex üzemmódban képes működni Legkisebb átvitt adatcsoport az adatblokk, mely akár néhány KByte is lehet Az adatblokk átvitelére a periféria monopolizálja a csatornát, majd ezután a periféria dönti el hogy folytatódik-e a multiplexelés Egy-egy periféria átviteli művelete időben szét van darabolva ezért tűnik úgy, mintha a multiplex csatorna egyidőben több perifériával dolgozna szorosabb értelemben mindig csak egy perifériával foglalkozik a csatorna Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

11 Csatornarendszerű adatátvitel Az adatátvitelt irányító felügyelő (supervisor) program Operációs rendszer központi magja Tartalmazza a megszakításkezelő rutinokat is Feladata: Programokban kezdeményezett adatátvitel megindítása Megszakítások kezelése (ezzel koordinálja a műveleteket) i hibák detektálása/javítása (ha nem lehet javítani, akkor a felhasználó értesítése) Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

12 Az input/output műveletet vezérlése Csatornarendszerű adatátvitel Csatorna címszó Operatív tár rekeszében található, az elindított csatorna mindig ennek a rekesznek a tartalmát tekinti csatorna címszónak Csatorna parancsszavak Duplaszó hosszúságú Operatív tárban bárhol lehetnek az I/O utasítást használó program területén Csatornaprogram építhető belőle (gépi kódú programhoz hasonlóan), speciálisan az I/O műveleteket irányítja Csatorna állapotszó Operatív tár megfelelő rekeszében található Hossza 8 bit Azokat az információkat tárolja itt, melyek az I/O műveletek végrehajtására jellemzőek A művelet végrehajtása során keletkező hibák ellenőrzésére használható Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

13 Csatorna címszó Csatornarendszerű adatátvitel Felépítése 0-3. bit: A csatorna program tárvédelmi kulcsának numerikus része A vezérlő egység akkor használja amikor a csatorna az operatív tárhoz fordul és a tárhivatkozás jogosultságát ellenőrzi a bit: Tárcím, ahol a csatornaprogram képződik Az első csatorna parancsszó címe Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

14 Csatorna parancsszó Csatornarendszerű adatátvitel Felépítése 0-7. bit: Parancskód (Hasonló a funkciója, mint a gépi utasításoknál a műveleti kódnak) Megadja milyen periféria műveletet kell végrehajtani bit: Adatcím: Operatív tárbeli területnek a kezdőcíme, amelyet az adatátvitel során használni akarunk (írás/olvasás) Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

15 Csatorna parancsszó 2. Csatornarendszerű adatátvitel Felépítése A jelzőbitek segítségével szervezhető és irányítható a program futása 32. bit: Adatláncolás 33. bit: Parancsláncolás 34. bit: Hosszhibaelnyomás 35. bit: Átvitelelnyomás 36. bit: Programvezérelt megszakítás bit: Az adatátvitel hossza (byte-ban) Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

16 Csatorna állapotszó Csatornarendszerű adatátvitel Felépítése 0-3. bit: Csatornaprogram tárvédelmi kulcsának numerikus része a bit: Tárcím amely 8-cal nagyobb mint az utoljára végrehajtott csatorna parancs szó Normál esetben a csatorna program vége és bit: I/O rendszer állapota Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

17 Busz rendszerű adatátvitel Busz rendszerű adatátvitel részegységei és kapcsolódásuk Sínrendszer esetén bármely, a rendszerre kapcsolódó funkcionális egység vezérelheti a rendszert (A csatornarendszerben központi, hierarchikus irányítás vezérli a műveleteket) A sínrendszer egy közös adatátviteli berendezés : Címvonalak Adatvonalak Vezérlők Sínrendszerre kapcsolódnak: Központi vezérlő egység Periféria vezérlők Egyéb egységek A sínrendszerben az átvitel (és az egész gép működésének koordinálása) a megszakítási rendszerrel történik Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

18 Busz rendszerű adatátvitel Sínrendszer és a csatornarendszer összehasonlítása A sínrendszerre csatolt összes egység funkcionálisan egyenrangú (Bármelyik irányíthatja a teljes adatátviteli folyamatot) A csatornarendszernél meglévő processzor vezérlését az egyes egységekben elosztva kell kialakítani A sínrendszer előnyei a csatornarendszerrel szemben: Csatornarendszernél az adatok az alábbi útvonalon közlekednek: Processzor Operatív tár Csatorna Periféria kezelő (mindkét irányba) Sínrendszer alkalmazása esetén lehetőség van: Központi processzor és perifériák közötti közvetlen átvitelre (operatív tár nélkül) Operatív tár és perifériák közötti közvetlen kapcsolatra a processzor igénybevétele nélkül Bizonyos perifériavezérlők közvetlenül cserélhetnek adatokat a CPU igénybevétele nélkül Az I/O utasítások megszűnnek a sínrendszerű adatátvitelnél A perifériavezérlők regiszterei ugyanúgy címezhetőek programból mint az operatív tár Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

19 Busz rendszerű adatátvitel Busz használata a számítógép részegységei között Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

20 Busz(ok) használata a CPU-ban Busz rendszerű adatátvitel Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

21 Busz rendszerű adatátvitel Számítógéphez buszon csatlakoztatható eszközök Videokártya (napjainkban az alaplapra van integrálva) Hangkártya (napjainkban az alaplapra van integrálva) Hálózati kártya (Ethernet) (napjainkban az alaplapra van integrálva) Ipari Kommunikációs kártyák (RS-232, RS-485, RS-422, CAN, LIN, GPIB, ProfiBus, ArcNet) Adatgyűjtő kártyák Multiméter kártyák Scope kártyák Függvénygenerátor kártyák Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

22 Kártyák által használt bus-ok Busz rendszerű adatátvitel ISA (Industry Standard Architecture) Régi, elavult Iparban is használt VESA Local Bus Videokártyákhoz használták Régi, elavult EISA (Extended Industry Standard Architecture) Videokártyákhoz, nem terjedt el PCI 33 MHz, perifériák közvetlen kommunikációja Iparban jelenleg is használt AGP (Accelerated Graphics Port) Videokártyákhoz PCI Express Videokártyákhoz használják a PC-k Iparban jelenleg is használt Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

23 Kártyák által használt bus-ok Busz rendszerű adatátvitel VME Bus Iparban jelenleg is használt PCMCIA Notebook-oknál használt Iparban jelenleg is használt Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

24 Háttértárakkal való kommunikáció Busz rendszerű adatátvitel IDE, ATA HDD, CD, DVD meghajtók csatlakoztatására master - slave SATA (Serial ATA) Gyorsabb, alacsonyabb feszültséggel működik SCSI (Small Computer System Interface) Rugalmas csatlakoztatás, Külső eszközökhöz is használható (nyomtató, scanner) Gyors, drága USB (Universal Serial Bus) Általános célú csatolófelület Külső eszközökhöz használható (nyomtató, scanner, ipari eszközök) Tápfeszültséget tartalmaz Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

25 i protokoll Busz rendszerű adatátvitel Feladata Az adatátvitel logikai szervezése i sebesség Vétel és nyugtázása Átviteli hibák detektálása Átviteli hibák javítása (ha lehetséges) Protokoll tervezésénél fontos szempontok Ha adás és vételi sebesség nem azonos (pufferelés, sebességkiegyenlítésről gondoskodni kell) Egyes perifériaegységek függetlenül működjenek Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

26 csoportosítása elméleti fogalmai Online adatátvitel Azonnali közvetlen kapcsolat Például: Billentyűzet, telefon, hálózati kapcsolat, stb. Offline adatátvitel Nem közvetlen és nem azonnali Adathordozón keresztül történik az adatátvitel Például: Távirat, Floppy, mágnesszallag, CD, DVD, stb. Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

27 Az adatátvitel jellemzői elméleti fogalmai i sebesség Mértékegysége: Baud [bit/s] Küldő - Fogadó Állomások közötti adatátvitel Közvetítő közegtől függ Vonalkapacitás Maximális adatátviteli sebesség Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

28 Az adatátvitel jellemzői elméleti fogalmai Nyquist Csatornán szimbólumközi áthallásmentes átvitel Maximális adatátviteli sebesség: f korlat 2 F sáv korlátozása torzítás Mintavételezés Mintavételi pontok meghatározása: sin(x x 0) x x 0 Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

29 Az adatátvitel jellemzői (telefon) elméleti fogalmai Átviteli sebesség 6 kbaud lenne a Nyquist szerint, de ma már van 160 kbaud-os is Dinamikus sávallokáció F sávkorlát lehető legnagyobbat ad (Este 30 khz is lehet, ha nincs terhelve, de ez időben változik) Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

30 Jellemző átviteli sebességek elméleti fogalmai Telex Idegszál Vonal váltásos telefon Általános telefon Datex TV csatorna Szál optika 50 baud 800 baud 2400 baud 9600 baud 6400 baud baud 10 9 baud Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

31 útja elméleti fogalmai Fizikai közeg Villamos vezetékpár Optikai kábel Elektromágneses hullámok (1m-től x km-ig) Soros Adatokat bitenként továbbítjuk Sorban (egymás után) visszük át kevés vezetéket igényel Párhuzamos Bitcsoportokat időben egyszerre visszük át (több párhuzamos közeg) Gyors Már kevés helyen alkalmazzák Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

32 Üzemmódok elméleti fogalmai Simplex Egyirányú adatáramlás Például: TV, Teletext (TOP, TOF), Személy hívó Félduplex Egyirányú adatáramlás Változtatható a küldő Például: RS-485 Duplex Külön vonal a vételre és az adásra (Rx, Tx) Például: RS-232, RS-422 Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

33 Üzemmódok elméleti fogalmai Multiplex üzemmód Időosztás Periodikus időintervallumokban történő átvitel Frekvenciaosztás Egyszerre egy időben, frekvenciában elhatárolva (Pl.: TV hálózat) Telefon Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

34 Szinkron adatátvitel elméleti fogalmai Külső ütemezés (Clock) Adó, Vevő(k) Órajelre történik a jelátvitel Például: I2C, SPI Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

35 Aszinkron adatátvitel elméleti fogalmai Nincs ütemezés Adat egységekben történik a jelátvitel (byte) Start és Stop bitek Üzembiztos, de lassú, mert az ütemezés korlátoz Oszcillátort szinkronizálja Kevesebb vezeték, viszont időt veszítünk ATM: Asynchron Transfer Mode Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

36 Amplitúdómoduláció elméleti fogalmai ASK: Amplitudo Shift Keying y(t) = x(t)cos(ωt) Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

37 Fázismoduláció elméleti fogalmai PSK: Phase Shift Keying QPSK: Quadratura Phase Shift Keying 2 bit információt továbbít. 4 különböző fázishelyzet Például: DAB, NICAM (Near Instantly Companded Audio Multiplex) y(t) = Acos(ωt + x(t)) Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

38 Frekvenciamoduláció elméleti fogalmai FSK: Frequency Shift Keying y(t) = Acos(ωt + t 0 x(t)dt) Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

39 Modem elméleti fogalmai Feladata: Moduláció segítségével adatátvitel megvalósítása Csatornától függ a jelátvitel sebessége Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

40 Átviteli hiba elméleti fogalmai Átviteli hiba, ha y(t) y (t) "0" "1" "1" "0" Átviteli hiba valószínűsége atvittadatokszama 1 (jó csatorna esetén) hibasadatokszama hibaszam p = atvittadat 10 4 telefon esetén 10 6 telex esetén 10 7 Optikai szál esetén Ha p < 10 9 akkor hibamentes az átvitel Fontos a hibák detektálása és esetleges javítása Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

41 Hibafelismerés elméleti fogalmai Paritás bit 8 bites számot egy 9. bittel egészíti ki Páros: byte-ban levő 1-esek számát páros számúvá egészíti ki p = "1" Páratlan: byte-ban levő 1-esek számát páratlan számúvá egészíti ki p = "0" Példa Páros paritás alkalmazásával p="1" páros számú egyes p="0" páros számú egyes Hiba a két paritás különböző! CRC kód Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

42 Hibajavítás elméleti fogalmai Hamming távolság 2 szám között Hány bitben tér el a két szám egymástól Jele: D 2 kód között Kód elemei közötti minimális Hamming távolság Jele: DD Példa - Két szám között Hamming távolság = 2 Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

43 Hibajavítás elméleti fogalmai ASCII kód esetén DD=1 jobb a DD2 = paritás + ASCII DD=2 DD-nél kisebb számú hiba felismerésére alkalmas DD=2 Ha DD/2-nél kisebb számú a hiba, akkor az már javítható Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

44 RS-232 Az adatok bitjeinek továbbítása egymás után történik 9 és 25 tűs változat Handshake vezetékek alkalmazására is van lehetőség Full-duplex Csak kicsi távolságokra alkalmazható Szabványos gyorsaságok: 1200, 2400, 9600, 19200, 28800, 33600, baud RS-485, RS-422 Az adatok bitjeinek továbbítása egymás után történik Több km-es távolságokra alkalmazható (csavart érpár) RS-485 Half-duplex (2 vezeték) RS-422 Full-duplex (4 vezeték) Szabványos gyorsaságok: 1200, 2400, 9600, 19200, 28800, 33600, baud Párhuzamos port Az adatok bitjeinek továbbítása párhuzamosan történik Full-duplex Csak kicsi távolságokra alkalmazható Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64 A számítógép kommunikációs lehetőségei a számítógép és a perifériák között

45 A számítógép kommunikációs lehetőségei a számítógép és a perifériák között PS/2, AT port PS/2: billentyűzet és egér csatlakozó AT: régi billentyűzet csatlakozó USB (Universal Serial Bus) USB gyökérhub maximálisan 127 eszközt tud kezelni A és B típusú csatlakozók Sokféle eszközt lehet csatlakoztatni FireWire IEEE Mbps, 800Mbps PNP Digitális kamerák jellemző csatlakozója Képernyő csatlakozás VGA analóg monitorokhoz DVI (digital Video Interface) DVI-sub: TFT monitorokhoz, átalakítható VGA-ra TV-kimenetek: Composite, S-video, HDMI Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

46 a számítógép és a perifériák között A számítógép iparban használt kommunikációs lehetőségei K-Line Az adatok bitjeinek továbbítása egymás után történik Csak kicsi távolságokra alkalmazható, lassú Autóiparban elterjedt CAN Gyors (1000Kbit/s CSAK 40m-es buszhossznál) Nagy távolságon is alkalmazható (1000m-es buszhossz esetén CSAK 60 kbit/s) Robusztus Autóiparban, épületgépészetben, hajógépészetben elterjedt LIN (Local Interconnect Network) Autóipari szabvány Lassabb átvitelt tesz lehetővé, mint a CAN Olcsóbb, mint a CAN Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

47 a számítógép és a perifériák között A számítógép iparban használt kommunikációs lehetőségei FlexRay CAN-nél gyorsabb Robusztus Drága az alkalmazása Autóiparban alkalmazzák GPIB Mérőműszereknél használják Felfűzhetőek az eszközök Párhuzamos ProfiBus Ipari folyamatirányításban használt Ethernet ArcNet Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

48 a számítógép és a perifériák között Mai elterjedt digitális távközlési lehetőségek ISDN (Integrated Service Digital Network) Már kevés helyen alkalmazzák BISDN (Brood Integrated Service Digital Network = Széles ISDN) Kábel TV VOD (Video On Demand): ADSL (Assymetric Digital Subscriber Line) Kábelhálózati modem (5,2 MHz) Műholdas összeköttetés Optikai kábeles átvitel Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

49 CAN CAN (Controller Area Network) Robert Bosch G.m.b.H fejlesztette ki 1991-ben szabványosítják 1995-ben CAN2.0 szabadalmaztatása (ISO 11898) CAN 2.0 "A fejezet" (Part A) Standard formátumú üzeneteket definiálja (CAN Specification 1.2 alapján) CAN 2.0 "B fejezet" (Part B) Standard és a kiterjesztett formátumú üzeneteket specifikálja CAN 2.0 Függelék: Útmutatást ad arra vonatkozóan, hogyan valósítsuk meg a CAN protokollt, hogy megfeleljen a szabvány A vagy B fejezetében leírtaknak Alkalmazása: autóipar, épületgépészet, stb. Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

50 CAN tujaldonságai CAN (Controller Area Network) Multimaster Üzenetközpontú Eseményvezérelt Adatkérés Flexibilis Gyors (1000Kbit/s 40m-es buszhossznál) Robusztus (6-os Hamming-távolságú CRC) Nyugtázás Teljes rendszerre nézve konzisztens üzenetátvitel (Minden csomópont megkapja az üzenetet, amit vagy egységesen elfogad/elutasít) Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

51 CAN busz használata a gépjárműben CAN (Controller Area Network) Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

52 CAN (Controller Area Network) Mérés CAN-es eszközön Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

53 Standard CAN Frame CAN (Controller Area Network) Elméleti felépítés Mért jel Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

54 Optikai távközlés optikai kábelen Optikai kábel Alapanyaga: kvarcüveg és műgyanta bevonat (A fény ne tudjon kilépni az üvegszálból.) < 0.1 mm Terjedő fény hullámhossza a vörös és az infravörös tartományba esik λ= nm (λ azért esik ebbe a tartományba, mert a kvarcüveg adszorbció (elnyelődés) minimuma esik ebbe a tartományba) Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

55 Optikai távközlés - Optikai kábel Lézer fényének terjedése optikai kábelen Optikai szál mechanikai védelme, tápellátás Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

56 Optikai távközlés - Átvihető jelek optikai kábelen Digitális: "0", "1" sorozat halad át fényimpulzusként Analóg: A/D átalakítóval digitális jelként Módosítás nélkül (nem jellemző, csak rövid távon) Modulált átvitel (nagyobb távolság esetén) amplitúdó-, fázis- és frekvenciamoduláció Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

57 optikai kábelen Optikai távközlés - Parazita jelenségek Adszorpció(elnyelődés) Az üvegszál akármilyen tiszta is találhatóak benne szennyező szemcsék. A szálba terjedő fény fotonjai ezen szemcsékbe beleütközve elveszthetik energiájukat vagy visszaverődhetnek. A visszaverődés után, ha átlépnek egy bizonyos határszöget, akkor kiléphetnek az üvegszálból. Ezen jelenség során a jel intenzitása csökken Csillapodás Oka lehet az elnyelődés és a szóródás. A szóródás felléphet a csatlakozásoknál, hiszen két kábel illesztésénél hiába vannak "tökéletesen" egymásra csiszolva a felületek mégis mikroszkopikus felületkülönbségek vannak. Az ide érkező fénysugár az egyenetlen felületen megtörhet és így szóródik. Az itt fellépő szóródás okozza a legnagyobb veszteséget Veszteség [db/km] db = 20lg I1 I 2 I 1 és I 2 adott pontokon mért fényintenzitás Tipikus érték: -0,1 db/km (az ablaküveg 1/1000-ed része) 1,1% -ot csillapodik a jel 1 km alatt Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

58 optikai kábelen Optikai távközlés - Parazita jelenségek Diszperzió Törésmutató az üvegre nézve nem konstans Terjedési sebesség az üvegben nem konstans frekvenciafüggő Diszperzió kiküszöbölés Monokromatikus fény használata (λ = konstans) LASER (monokróm és koherens: összes foton azonos fázisállapotban van) Laser fény alkalmazása esetén a sávszélesség egy részét elveszítjük (félvezető LASER LED) Szoliton: Speciális, spektrális összetevőjű fény (fordított Kerr effektus) Kompenzálja a diszperziót Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

59 Optikai távközlés - Jel erősítése optikai kábelen Közvetett erősítés (Repeater) Hátrány: Erősítés során hiba keletkezhet, valószínűsége: 10 4 Nagy a berendezés meghibásodásának a valószínűsége nagy költségű javítás Kiküszöbölés: optikai kábel minőségének javítása Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

60 Optikai távközlés - Jel erősítése optikai kábelen Közvetlen erősítés Előnye Egyszerűbb Nem hibásodik meg Hiba valószínűsége: 10 9 gyakorlatilag hibamentes átvitel Hátrány Drágább Erbium Az Erbium atomok gerjesztett állapotba kerülnek és így indukált emisszió során felerősítik a jelet. Az erősítés után a fotonok frekvenciája és fázisa ugyanaz marad, így ideális erősítésnek tekinthető Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

61 Optikai távközlés - Csatlakozás optikai kábelen Jó minőségű bontható csatlakozók drágák Rosszabb minőségű csatlakozókat optikai audio átvitel esetén használják (PCM) Ár miatt inkább hegesztik a kábeleket Hegesztés során egy "púp" keletkezik adszorbció Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

62 Optikai távközlés optikai kábelen Rendszer minősítése Maximális adatátvitel Távolság áthidalás nélkül Vonalkapacitáshossz: [baud*km] λ, spektrális szélesség, terjedés módusa Példa: 70-es évek: λ=870nm X Gbaud*km (10 km-ként repeater) Tiszta egymódusú optikai szál (nincs diszperzió) λ=870nm X*100 Gbaud*km 80-as években lefektetik az első Trans atlanti kábel X*10 erősítő telefonvonal modulált analóg átvitel (fázis modulált) Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

63 optikai kábelen Távíró kábelek 1901 Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64

64 optikai kábelen Optikai kábelek a 2007-ben (Csak internet) Fodor Attila (Pannon Egyetem) Bevezetés a számítástechnikába november / 64