Все передачи данных, кроме внутренних, осуществляются по одной или нескольким шинам, поэтому все ВУ и основную память нужно каким-либо образом подключить к этим шинам. При нескольких шинах одна используется для памяти, а другие - для ВУ. В одношинной архитектуре для связи с памятью и ВУ используется одна и та же шина. Сложные структуры преобладают в больших ЭВМ, а большинство микро-ЭВМ имеют одношинные структуры.

Память и ВУ подключаются к шинам с помощью интерфейсов (контроллеров). Часто интерфейс является составной частью ВУ. Он должен выполнять некоторую комбинацию следующих функций:

1) передавать состояние ВУ в ЭВМ; 2) обеспечивать буферное хранение данных, вводимых из ВУ в ЭВМ; 3) принимать приказы от ЭВМ во ВУ; 4) обеспечивать буферное хранение данных, выводимых из ЭВМ во ВУ; 5) сигнализировать ЭВМ о завершении операции и др.

Типичная структура с одной системной шиной показана ниже.

CPU-микропроцессор; ROM-память; I/O-устройство ввода-вывода; РВ-шина питания; ДВ-шина данных; АВ-шина адресов; СР-шина управления.

При наличии только одной шины она обычно называется системной шиной. В любом случае линии шины можно классифицировать следующим образом.

Эти линии используются для передаваемой информации. При взаимодействии с памятью этой информацией могут быть данные или команды, а при взаимодействии с ВУ -данные, состояние ВУ, приказы или информация о прерывании. Число линий данных в шине определяет число передаваемых одновременно бит и поэтому оказывает непосредственное влияние на скорость передачи информации. Обычно число линий данных совпадает с длиной слова, но иногда составляет половину длины слова, и тогда для передачи слова выполняются две передачи по шине. Микро-ЭВМ с n - линиями данных обычно называется n-битной микро-ЭВМ.

Каждая ячейка памяти или интерфейсный регистр ассоциируются с однозначной комбинацией бит, называемой адресом. Линии адреса предназначены для передачи комбинаций бит, которые дешифрируются как адреса подключенными к шине интерфейсами. В модуле памяти каждое слово (байт) имеет свой адрес, и интерфейс памяти распознает адреса всех своих слов (байт).

Если ВУ разделяют шину с памятью, некоторые адреса нужно отвести для интерфейсных регистров ВУ. Каждый регистр должен иметь свой адрес, а интерфейс должен распознавать адреса всех своих регистров. Когда интерфейс памяти или ВУ распознает один из своих адресов, он либо принимает информацию с линий данных и передает ее в нужное место, либо считывает необходимые данные и выводит их на линии данных.

В многошинной архитектуре большинство (но не обязательно все) ВУ подключаются к различным шинам, называемым шинами ввода-вывода (ВВ), а шина для модулей памяти называется шиной памяти. Число линий адреса в шине ВВ обычно меньше числа линий в шине памяти.

Линии управления.

Независимо от используемой шинной конфигурации между ЦП, модулями памяти и интерфейсами ВУ необходимо передавать некоторую управляющую информацию. Передача ее осуществляется с квитированием. Управляющая информация представляет собой некоторую комбинацию следующих сигналов:

1) запросы на использование шины, которые формируются различными интерфейсами, подключенными к шине; 2) разрешение использования шины, которое формируется в соответствии с назначенными приоритетами в схемах приоритетов. Эти схемы иногда находятся в МП, но иногда реализуются на отдельных БИС; 3) сигналы прерываний, фиксирующие внешние события, требующие внимания ЦП; 4) сигналы синхронизации для координации передач по шине адресов и данных; 5) сигналы паритетов (главным образом в мини- и больших ЭВМ); 6) сигналы о неисправностях или о выключении питания.

Линии управления значительно различаются в разных микро-ЭВМ. Так как шины должны взаимодействовать с МП, то подробное описание разводки его контактов содержит для разработчика необходимую информацию об управляющих сигналах ЦП.

Разработчикам больших программных средств приходится решать весьма специфические и трудные проблемы, особенно, если это ПС должно представлять собой программную систему нового типа, в плохо компьютеризированной предметной области. Разработка ПС начинается с этапа формулирования требований к ПС, на котором, исходя из довольно смутных пожеланий заказчика, должен быть получен документ, достаточно точно определяющий задачи разработчиков ПС. Этот документ мы называем внешним описанием ПС (спецификация требований).

Очень часто требования к ПС путают с требованиями к процессам его разработки (к технологическим процессам). Последние включать во внешнее описание не следует, если только они не связаны с оценкой качества ПС. В случае необходимости требования к технологическим процессам можно оформить в виде самостоятельного документа, который будет использоваться при управлении (руководстве) разработкой ПС.

Внешнее описание ПС играет роль точной постановки задачи, решение которой должно обеспечить разрабатываемое ПС. Более того, оно должно содержать всю информацию, которую необходимо знать пользователю для применения ПС. Оно является исходным документом для трех параллельно протекающих процессов: разработки текстов программ, входящих в ПС, разработки документации по применению ПС и разработки существенной части комплекта тестов для тестирования ПС. Ошибки и неточности во внешнем описании, в конечном счете, трансформируются в ошибки самой ПС и обходятся особенно дорого, во-первых, потому, что они делаются на самом раннем этапе разработки ПС, и, во-вторых, потому, что они распространяются на три параллельных процесса. Это требует особенно серьезных мер по их предупреждению.

Исходным документом для разработки внешнего описания ПС являются определение требований к ПС. Но так как через этот документ передается от заказчика (пользователя) к разработчику основная информация относительно требуемого ПС, то формирование этого документа представляет собой довольно длительный и трудный итерационный процесс взаимодействия между заказчиком и разработчиком, с которого и начинается этап разработки требований к ПС [4.2]. Трудности, возникающие в этом процессе, связаны с тем, что пользователи часто плохо представляют, что им на самом деле нужно: использование компьютера в "узких" местах деятельности пользователей может на самом деле потребовать принципиального изменения всей технологии этой деятельности (о чем пользователи, как правило, и не догадываются). Кроме того, проблемы, которые необходимо отразить в определении требований, могут не иметь определенной формулировки [4.1], что приводит к постепенному изменению понимания разработчиками этих проблем. В связи с этим определению требований часто предшествует процесс системного анализа, в котором выясняется, насколько целесообразно и реализуемо "заказываемое" ПС, как повлияет такое ПС на деятельность пользователей и какими особенностями оно должно обладать. Иногда для прояснения действительных потребностей пользователей приходится разрабатывать упрощенную версию требуемого ПС, называемую прототипом ПС. Анализ "пробного" применения прототипа позволяет иногда существенно уточнить требования к ПС.

В определении внешнего описания легко бросаются в глаза две самостоятельные его части. Описание поведения ПС определяет функции, которые должна выполнять ПС, и потому его называют функциональной спецификацией ПС. Функциональная спецификация определяет допустимые фрагменты программ, реализующих декларированные функции. Требования к качеству ПС должны быть сформулированы так, чтобы разработчику были ясны цели [4.2], которые он должен стремиться достигнуть при разработке этого ПС. Эту часть внешнего описания будем называть спецификацией качества ПС (в литературе ее часто называют нефункциональной спецификацией [4.1], но она, как правило, включает и требования к технологическим процессам). Она, в отличие от функциональной спецификации, реализуется неформализованно и играет роль тех ориентиров, которые в значительной степени определяют выбор подходящих альтернатив при реализации функций ПС, а также определяет стиль всех документов и программ разрабатываемого ПС. Тем самым, спецификация качества играет решающую роль в обеспечении требуемого качества ПС.

Обычно разработка спецификации качества предшествует разработке функциональной спецификации ПС, так как некоторые требования к качеству ПС могут предопределять включение в функциональную спецификацию специальных функций, например, функции защиты от несанкционированного доступа к некоторым объектам информационной среды. Таким образом, структуру внешнего описания ПС можно выразить формулой:

Таким образом, внешнее описание определяет, что должно делать ПС и какими внешними свойствами оно должно обладать. Оно не отвечает на вопрос, как должно быть устроено это ПС и как обеспечить требуемые его внешние свойства. Оно должно достаточно точно и полно определять задачи, которые должны решить разработчики требуемого ПС. В то же время оно должно быть понято представителем пользователем - на его основании заказчиком достаточно часто принимается окончательное решение на заключение договора на разработку ПС. Внешнее описание играет большую роль в обеспечении требуемого качества ПС, так как спецификация качества ставит для разработчиков ПС конкретные ориентиры, управляющие выбором приемлемых решений при реализации специфицированных функций.

ISDN - цифровая сеть с интеграцией услуг (Integrated Services Digital Network) - современное поколение всемирной телефонной сети. Поскольку ISDN использует цифровую технологию она может переносить любой тип информации, включая передачу речи высокого качества, быструю и корректную передачу данных от пользователя к пользователю.

Название сети Integrated Services Digital Network (ISDN) (Цифровая сеть с интеграцией услуг) относится к набору цифровых услуг, которые становятся доступными для конечных пользователей. ISDN предполагает оцифровывание телефонной сети для того, чтобы голос, информация, текст, графические изображения, музыка, видеосигналы и другие материальные источники могли быть переданы конечному пользователю по имеющимся телефонным проводам и получены им из одного терминала конечного пользователя. Сторонники ISDN рисуют картину сети мирового масштаба, во многом похожую на сегодняшнюю телефонную сеть, за тем исключением, что в ней используется передача цифрового сигнала и появляются новые разнообразные услуги.

ISDN является попыткой стандартизировать: абонентские услуги, интерфейсы пользователь/сеть и сетевые и межсетевые возможности.

Применения ISDN включают быстродействующие системы обработки изображений, дополнительные телефонные линии в домах для обслуживания индустрии дистанционного доступа, высокоскоростную передачу файлов и проведение видеоконференций. Передача голоса несомненно станет популярной прикладной программой для ISDN.

Многие коммерческие сети связи начинают предлагать ISDN по ценам ниже тарифных. В Северной Америке коммерческие сети связи с коммутатором локальных сетей (Local-exchange carrier) (LEC) начинают обеспечивать услуги ISDN в качестве альтернативы соединениям Т, которые в настоящее время выполняют большую часть услуг "глобальной телефонной службы" (WATS) (wide-area telephone service).

Технология ISDN была разработана в 1974 году. Первая ISDN станция была введена в эксплуатацию в 1976г. С самого начала внедрение этой технологии воспринималось как переход от существующей аналоговой телефонии к цифровой сети. Но технология ISDN изначально предполагала более широкий спектр возможностей, нежели простая замена устаревшей телефонной сети, применение её в качестве передачи голосового трафика не оправдывало финансовых затрат на организацию сети. Несмотря на первоначальный интерес к технологии ISDN, она не получила должного развития и, в течении двадцати лет человечество предпочитало жить "по старинке". Интерес к цифровой технологии возник только в последние несколько лет, в период бума развития компьютерных технологий, который в настоящий момент охватил не только сферы производства и обслуживания, но и сферу быта. Существующая аналоговая сеть уже не удовлетворяет современным требованиям по качеству и скорости передачи данных, а организация оптической линии для сетей абонентского доступа пока не является экономически целесообразным. Наиболее приемлемым выходом в этой ситуации стала технология ISDN позволяющая использовать старые медные линии для высокоскоростной передачи данных. Хотя эволюция сетевых технологий передачи данных до сих пор значительно отстаёт от темпов внедрения компьютерных технологий. В основном это объясняется отсутствием единой транспортной среды на основе технологии наложенной сети передачи данных. Технология ISDN позволит решить эту задачу в кратчайшие сроки и с высокой экономической эффективностью.

В 1988 году Комиссия Европейского экономического сообщества (ЕЭС) учредила Европейский институт стандартизации в области связи (ETSI), основной целью деятельности которого является разработка единых стандартов для всех стран ЕЭС. 22 страны ЕЭС подписали Меморандум о взаимопонимании, в соответствии с которым к концу 1993 года были выработаны стандарты, так называемой, Euro-ISDN. Что касается Росии, то позиция Министерства связи РФ заключается в аккредитации своего постоянного представителя в ETSI и выполнении разрабатываемых институтом стандартов с учетом национальных особенностей.

После появления стандартов ETSI процесс развития ISDN пошел бурными темпами.

Таким образом, ISDN доказала свое право на существование и, представляя собой в первую очередь сеть, ориентированную на потребности делового мира, является одним из основных источников доходов для Операторов.

Основное назначение ISDN - передача 64-кбит/с по 4-килогерцной проводной линии и обеспечение интегрированных телекоммуникационных услуг (телефон, факс, данные и пр.). Использование для этой цели телефонных проводов имеет два преимущества: они уже существуют и могут использоваться для подачи питания на терминальное оборудование. Выбор 64 Кбит/c стандарта определен простыми соображениями. При 4-килогерцной полосе, согласно теореме Найквиста-Котельникова, частота стробирований должна быть не ниже 8 кГц. Минимальное число двоичных разрядов для представления результатов стробирования голосового сигнала при условии логарифмического преобразования равна 8. Таким образом, в результате перемножения этих чисел и получается значение полосы B-канала ISDN. Базовая конфигурация каналов имеет вид 2*B + D = 2*64 +16 = 144 кбит/с. Помимо B-каналов и вспомогательного D-канала isdn может предложить и другие каналы с большей пропускной способностью, канал Н0 с полосой 384 Кбит/с, Н11 - 1536 и Н12 - 1920 Кбит/c (реальные скорости цифрового потока). Для первичных каналов (1544 и 2048 Кбит/с) полоса D-канала может составлять 64 Кбит/с.

ISDN предполагает, что по телекоммуникационным каналам передаются цифровые коды, следовательно аналоговые сигналы в случае телефона или факса должны быть преобразованы соответствующим образом, прежде чем их можно будет передать. При передаче цифровых сигналов используется кодово-импульсная модуляция, впервые примененная во время второй мировой войны. Широкое внедрение этого метода передачи относится к началу 60-х годов.

Чтобы обеспечить пропускную способность 64 Кбит/с по имеющимся телефонным проводам, не нарушая теоремы Шеннона, надо ставить ретрансляторы на расстоянии 2 км друг от друга (ведь ослабление сигнала в стандартном кабеле составляет около 15дБ/км). Последние достижения в телекоммуникационных технологиях существенно ослабили это ограничение.). Унификация скоростей передачи данных в ISDN способствует уменьшению объема оборудования, так как исключает необходимость межсетевых интерфейсов, согласующих быстродействие отдельных частей сети. Одной из наиболее массовых приложений ISDN является цифровая телефония. Человеческий голос можно удовлетворительно закодировать, используя лишь 6 бит, но вариации уровня входного сигнала приводит к тому, что нужно не менее 8 бит (с учетом логарифмической характеристики аналого-цифрового преобразователя - АЦП). Значения кодов, полученных в результате последовательных преобразований звука человеческой речи, сильно коррелированны, а это открывает дополнительные возможности для сжатия информации.

Сети ISDN дали толчок развитию сетевой технологии. На очереди интеграция Интернет с кабельным телевидением, а там, глядишь, появятся квартирные сети, объединяющие телевизор, ЭВМ, бытовую технику и телефон. Здесь должно быть решено несколько проблем. С одной стороны телевизионные кабели имеют полосу пропускания достаточную для передачи как аналогового (заведомо более 10 каналов), так и цифрового телевидения. Проблема возникает при совмещении передачи телевизионного сигнала и цифрового (или PCM) канала Интернет (кабельные модемы пока достаточно дороги). Современные телевизионные системы обеспечивают порядка 50 каналов одновременно, что накладывает весьма жесткие требования на кабельную разводку между локальным распределительным узлом и оконечными пользователями. Распределительные узлы сегодня объединяются с помощью ATM-каналов (~150 Мбит/с, широкополосный ISDN), что уже сегодня недостаточно. По мере удешевления можно ожидать, что в ближайшем будущем в квартиры конечных пользователей будет осуществлен ввод оптоволоконных кабелей, что решит проблему радикально (не нужен не только телевизионный, но и телефонный кабель). Попутно это решит проблему и видеотелефона. На очереди разработка новых стандартов, которые позволят осуществить такую интеграцию.

Так как первоначально ISDN создавалась для передачи голоса и изображения (факс), начнем именно с этих приложений. Для факсов сети ISDN особенно привлекательны, так как может обеспечить высокое разрешение (до 16 линий/мм и лучше) при разумном времени передачи.

Принципиально новые услуги, которые недоступны при низких скоростях обмена, например, факсимильная передача со скоростью 3-4 секунды на страницу (против 20-30 сек при низких скоростях); видеотекст (напр., Prestel в Англии, Minitel во Франции или Bildschirmtext в Германии).

Услуги, абсолютно невозможные при скоростях ниже 64кб/с. Например, видеотелефон или высококачественная передача звука (G.722; ADPCM - adaptive differential pulse code modulation). Телефония часто использует каналы со скоростью передачи 32кбит/с (G.721). Полоса звукового сигнала равна 50 Гц - 20 кГц.

Функционально здесь могут быть реализованы следующие классы услуг: Цифровая телефония; Служба коммутации каналов; Коммутация пакетов (Х.25); Cлужба данных Frame Relay; E-mail; Цифровое видео; Teletext; Факсимильная связь (группа VI); Ускоренный набор номера; Служба идентификации вызывающей стороны; Конференц-связь (групповые номера); Переадресация вызова.

Доступ к программам обработки пакетов возможен через B- или D-каналы. В зависимости от вида приложения доступ через D-канал иметь определенные преимущества. D-канал в отличии от B-канала принципиально не может быть заблокирован. Возможна работа одновременно с 8-ю терминалами, подключенными к пассивной ISDN-шине. Кроме того, работа с D-каналом оставляет B-канал свободным для задач, которые не решаемы через D из-за его малого быстродействия (16 Кбит/с). А согласно рекомендациям LAPD быстродействие D-канала не может быть увеличено (по этой же причине максимальная длина пакетов X.25 в данной схеме не может превышать 260 октетов (против 1024 для обычных каналов X.25). К недостаткам использования D-канала можно отнести возможное увеличение задержек из-за низкого быстродействия. Протокол X.25 был разработан довольно давно для “традиционных” приложений и его недостаточная гибкость (большие задержки откликов, таймауты и пр.) приводит к тому, что он совершенно не пригоден для некоторых новых приложений. Это вынудило разработку для ISDN новых режимов работы с пакетами. И первое что было сделано - это четкое разделение управляющих и информационных потоков.

ISDN может рассматриваться как две логически независимые субсети - сигнальную субсеть и коммутируемую информационную сеть (в x.25 информация и управление осуществляется по одним и тем же каналам). В соответствии с этим разделением терминология CCITT различает плоскость управления (C-plane) и пользовательскую информационную плоскость (U-plane, см. рис. 4.3.3.23). В ISDN существует два режима: frame relaying (передача кадров, наиболее простой из режимов) и frame switching (коммутация кадров). Отличительной особенностью режима frame relaying является отсутствие подтверждений получения пакета при обмене данными между ISDN-терминалами (аналог UDP в TCP/IP сетях). Для обоих режимов используется одни и те же сигнальные процедуры (Q.933), но они отличаются протоколами U-плоскости при пересылке информации. Здесь используются протоколы передачи данных, базирующиеся на усовершенствованном стандартном сигнальном протоколе LAPD слоя 2, известном как LAPF - link access procedures for frame mode bearer services (Q.922). Пользователь может установить несколько виртуальных соединений и/или постоянных виртуальных связей одновременно с несколькими адресатами.