Priprava na statnice - PKSS 2015 Vsetkyotazkysuskoprirovanezostrankyhttp://www.fiit.stuba.sk/sk/zaverecneprojekty/diplomovyprojekt/okruhytempresirsiuodbornurozpravupriobhajobediplomovejpracebrstudijnyprogrampocitacoveakomunikacnesystemyasiete.html?page_id=1837,//plspouzivajteasponheading1a2naprehladnevyhladavanie,zdrojoznacitnakonciblokuv[]//neviemcistezohnalialemamvypracovanezfiitkaratuhttps://dl.dropboxusercontent.com/u/52336762/Statnicove%20otazky.rar//MP:vsetkypouzitelnesuuzzapracovanevtomtodokumentehttp://download.matus.in/skola/FIIT%20STU/statnice///MP:tieotazky.txtsutuzapracovanektomacasbolobymoznofajnsiprejsttendocarchitekturahardverovychsystemov

1.Koncepciaprdovhospracovaniavpotaovchsystmoch2.Hierarchickpamovsystmpotaovhosystmu,jehosprvaaochrana3.Multiprocesorysospolonoupamou,modelyatruktra4.VektorovpotaeaSIMDpotae5.Superskalrne,superprdovaVLIWprocesory7.Mechanizmyzaisteniadvernosti,integrityadostupnostiaktvpotaovchsystmov8.Bezpenosoperanchsystmovaprogramovbezpenos9.Prostriedkyamechanizmysieovejbezpenosti10.Typymultiplexu.RozdielymedziPAN,LAN,MANaWANvbezdrtovchsieach11.adhockomunikciaajejpouitie12.Generciemobilnchsiet13.Formlnapecifikciasprvaniasaslicovchsystmov14.truktrnaimplementciaoptimlnychoperanchast15.truktrnaimplementciaoptimlnychriadiacichast

Porucha(angl.fault)jedefinovnajakojevspovajcvukonenschopnostiobjektuplnitpoadovanoufunkcipodletechnickchpodmnek(vykonvatfunkci,kekterbyluren).Chyba(angl.error)jenaprotitomurozdlmezisprvnouaskutenouhodnotounjakveliiny,zjitnmenmnebopozorovnm.Latentnporuchajetakovporucha,ktersejetneprojevilachyboufunkcezazen.[http://www.umel.feec.vutbr.cz/bdts/index.php/multimedialniucebnicemenu/poruchanebochyba]

1

2

1. Koncepcia prdovho spracovania v potaovch systmoch

IF,ID,Exec,Mem,WB pipelining standardpreRISCaSPARCprocesory implementaciavhardveri pridavazaIDajThreadSel hazardy StavyvUltraSPARC(totorozcislovanedalej)

1.naciatanie2.dekodovanie3.frontazoskupvetkyintrukcie,ktorjemonpodavykonvajcimjednotkm.

pokianiejeobsahregistrovkdispozcii,zdrvykonvanievetkchintrukci,ktorsnatejtohodnotezvisl.(stavMEM)nespracovvaintrukciemimoporadia.Vkadomtaktehodnmubyvykonanmaximlne

2celoselnopercievpohyblivejrdovejiarke2grafickoperciejedenprstupdopamtijednovetvenie.

4.frontaintrukcisadelnadvaasticeloselnintrukcieaprcuspamouopercievpohyblivejrdovejiarkeagrafiku.

5.vykonanieIntrukciespohyblivourdovouiarkouputujtrojstavovoufrontou,

ktorzvldnevetkookremdelenieadruhejodmocniny.Tietoopercievykonvazvltnafunknjednotka.

Dobavykonvaniazkladnchceloselnchopercijejedentakt.In,zloitejieintrukcie,naprkladceloselnnsobenieadelenie,majdkuvykonvaniapremenliv.

6.writebackKesaintrukciadokon,procesorsprstupnjejvsledkyokamite,neaksaana

fzusptnhozpisunatanieaukladanieoperandovrieizbytokceloselnejfrontytietoopercietrvajrovnakodlhoakooperciespohyblivourdovouiarkou,takesa

nakoncitietofrontymuspojiNatanieaukladanieunemusprebiehavprogramompredpsanomporad.

[otazky.txt]

3

Zretazenia1. aritmetickezretazeniedosiahnutevALUrozbytieopeaciinaelementarneoperacie2. instrukciijedosiahnutevzretazenejinstrukcnejjednotke,ktorejcinnostjerozdelenna

natanieintrukciezpamti,dekdovanie,vberoperandovintrukciezMEMasamotnvykonanieintrukcie.

3. procesovodpovedzreazenmuspracovaniutohoisthodtovhotokukaskdovprocesorovdtavM1sspracovannaP1avsledokjeulozendoM2kdesaalejspracovvamaP2aat...

CPUveobecnemebyrozbitna:

1. intrukn(riadiaca)jednotkamebyzloensnalsledovnchjenotiek:modulnataniaintrukcizMEMmoduldekdovaniaintrukciemodulvpotuadriesoperandovmodulnataniaoperandovzMEM

1. frontapripravenychintrukciFIFOfrontaupripravenchintrukci,ktorsdekdovanapripravennakrealizciunavkonovejjednotkeobsahujetedadekdovanintrukcieajejoperandy

2. vkonovjednotka(ALU)mesatierozkladananiekokoelementrnychjednotiekPodlaLacavysvetlovalnakoncepciiDLXaposupnostspracovania:

1. vberintrukcieIF2. dekdovanieintrukcieID3. vykonanieintrukcieEX4. prstupdoMEMMEM5. zpisspWB

Zretazenieinstrukcii:ProblmyHAZARDY:

trukturlnyhazardvzniksperenmozdrojeakjadtovaintruknMEMrovnak

DtovhazardAkintrukciezaseboupracujsrovnakmregistromalebobunkouvoperanejMEM:

ZpispotanWARpretasanesprvnahodnotaprepsalasaskrakojuintrukciastihlapreta

taniepozpiseRAWtaniepredtmakosazapsalasprvnehodnota ZpispozpiseWAWdruhintrukciasapokazapsapreprvou(ibaaksa

mezapisovavoviacerchstupoch) Riadiacihazardmensaobsahtaaintrukcivetvenie,preruenie,vnimka,...

Rieenie: Technickmiprostredkamivyuitiealternatvnehozavdzaaintrukcitenje

aktivovanaksadekdujeintrukciavetveniamvlastnprstupdoOP.MEMavlastnfrontuintrukci,tzn.lensanaprepne.

Programovmiprostriedkamitzv.Oneskorenskok[DropBox01.doc]

4

2. Hierarchick pamov systm potaovho systmu, jeho sprva a ochrana (DPS20041258)

registre,L1cache,L2cache,RAM,HDD,Paska(+fileserver) PanthermalajL2cache2MBaL332MB UltraSPARCT1mnaipespriamointegrovan4radieDDR2 procesorySPARCsasstreujnamaximlnupriepustnos,kliktorejslepujprstup

dtkjadrm,oumujeradiompracovanarovnakejfrekvenciiakoprocesor. kvlitomutoprstupuuniespotrebnvekL2cache(T1m3MB,T2m4MB) pristupykpamati:RAM,SAM,CAM(ContentAddressableMemory) cachesapouzivajunaoptimalizaciupristupukpamati najcastejsiealgoritmynavyberprazdnychstranokLRU,LFU,nahodne vsolarisemakazdyprocessvojkuspamatiidentifikovanysegmentami oprekladsastaraHardwareAddressTransalation implementaciastrankovaniavSolarise

LRU,twohandedclock zoznamy

hashedlist vnodelist freelist

pagefault ochrana

predictiveselfhealing prevenciabufferoverflow

[otazky.txt]

registreCPU CACHEL1naipe CACHEL2mimoipu hlavnMEMoperan pevndisk pskaainvekokapacitnmdi

KlasifikciaMEMpodaprstupovejmetdy:

MEMsubovolnmprstupomRAM MEMsosekvennmprstupomSAM MEMspriamymprstupomDASD MEMadresovanobsahomCAMasociatvnaMEM

5

KomunikciamedziCPUaCACHE: poslovch

KomunikciamedziCACHEaHP:

poblokoch vediesaadresrktorblokyHPmmvCACHEmapovanieblokovje:

plneasociatvneblokzHPmebyhocikdevCACHE priamemapovnieblokzHPmpevneurenmiestovCACHE iastoneasocitvnezavedenieskupnakombinciapredolch sektorovmapovaniezavdzajsadoCACHEsektorysektorjeposebe

idcichniekokoblokov. obetnblokakpotrebujemzCACHEnieovyhodi:

nhodne poslednpouvanLRU

zapisovanie: writethroughzpiscezCACHEzapesahneajdoCACHEajdoHP writebackzapesalendoCACHEakejetozCACHEvyhadzovantaksa

toHPzapeaktobolovnejzmenen.KomunikciamedziHPadiskomVAPvirtualnyadresovypriestor:

virulneMEMsystmystrnkovanieasegmentciaastrnkovsegment prekladvirtulnejadresynafyzickzabezpeujeMMU(memmanagmentunit) strnkovanieVAPsarozdelnastrnky(rovnakovekbloky). SegmentciaVAPsadelnalogickblokysegmentymajrznudku strnkovsegmentdoHPsanatiahneibachbajcastrnkasegmentu.Spojenie

predolch vyluovaniezHP:

LRU FIFO LIFO LFUlastfrekvently random

[DropBox02.doc]

6

3. Multiprocesory so spolonou pamou, modely a truktra (DPS20041248)Symmetricalmultiprocessingstarsityp,do8procesorov,hlavneUMA

UMAvsetkyprocakymajurovnakypristup NUMAkazdyprocesormavlastnupamat+pristupujecezzbernicuajdopamati

ostatnychprocesorov datasamedzipamatamijednotlivychprocesorovkopiruju pouzitavNiagarach(8jadier,4L2cache) NiagaraII(8jadier,8L2cache)

ccNUMAcachecoherentNUMA MPOMemoryPlacementOptimalizationvceprocesorovsystmySunjsou

eenyobdobnjakouarchitekturyccNUMA(CacheCoherentNonUniformMemoryAccess).Kadprocesormusebestsdlenhlavnpamti,copinnutnostoptimalizovatrozvrenprocesnaprocesory,kterjsouconejblejejichdatm.

COMACacheonlymemoryarchitecture datasamedzipamatamijednotlivychprocesorovpresuvaju.Whenprocessors

accesssomedata,acopyismadeintheirlocalcache,butspaceremainsallocatedinthehomenode.Instead,withCOMA,thereisnohome.Anaccessfromaremotenodemaycausethatdatatomigrate

HybridNUMACOMAorganizationshavealsobeenproposed,suchasReactiveNUMA,whichallowspagestostartinNUMAmodeandswitchtoCOMAmodeifappropriateandisimplementedintheSunWildFire.

Asymetrickymultiprocessing

niektoreulohysavykonavajulennaniektorychprocesoroch grafickeakceleratory kryptografickechipysunapr.vnovychUltraSPARC,aletobysomnepovazoval

zaASMP SMPnaSolarise vOStrebariesitskutocny(HW)paralelizmus,semafory,mutexy riesisaspotreba

SWaP(space,wattageandperformance) OpenSPARCmazaujimavetechnologienaznizovaniespotreby

technologiacoolthreadslen2Wnavlakno(spolu72W:)),konkurenciamaaj40W/vlakno

dynamickevypinaniecastiprocesoraktoreniesuvprevadzke pouzivanielenniektorychsegmentovL2cache nizkutaktovaciufrekvenciu(zameranynaIOoperacie,nieje

vhodnynaklasickevypocty(datawarehouse))

7

optimalizaciacasovaciehosignalu UltraSPARCT2

8x8x900MHz1,4GHz priamointegrujevznamnfunkcieserveraakossieovsluby,

HWifrovanie,I/Osystm,akcelerovanprstupdopamte,2x10GEthernet,PCIE

moduly integerunit coprocessor floatingpoint

?threadyversusjadrhttp://en.wikipedia.org/wiki/Symmetric_multiprocessing[otazky.txt]Modely:

UMArovnakprstupprocesorovkMEM NUMACPUvid2typyMEMkuktormmepristupova COMApouvasaibaCACEMEM CCNUMAchachecoherentNUMAspolondistribuopvanMEMaadresrCACHE

pamtExistujtrizkladnkoncepcieprstupudopamti

1.1.1.1.UMA(UniformMemoryAccess)Procesorymajrovnocennprstupdozdieanejpamte(SharedMemory)azarovnak

dobuTtoarchitektrajelogickmpokraovanmjednoproc.systmovPokiakadprocesormprstupkI/Ozariadeniam,hovormeosymetrickom

multiprocesore,pokianiekadmprstup,ideoasymetrickprocesor,kdemasterprocesorymajprstupkI/O(zvyajnevykonvajkernelOS),attachedprocesorysriadenmasterprocesormi

8

1.1.1.2.NUMA(NotUniformMemoryAccess)

Kadprocesorpristupujekloklnympamtiamcez

prepnaciusieJednotlivloklnepamtevytvrajgloblnupam

(zdiean)Danprocesorvidgloblnupamakoshrnvetkch

loklnychpamtTentomodelsapouvanaprkladvBBNButterflyTC

2000amspsobomrealizcieNUMAsklusterovarchitektry.VetkyprocesoryvidiaGSM

(GlobalSharedMemory)ObrzokCEDARmultiprocesor

9

VrmciclusterasamesamepouvanaprkladarchitektraUMA,NUMAprocesoryvidiasvojuklustrovzdieanpam

Existujajsystmy,kdeprocesormajobmedzenprstupkpamtiinhoklusteraNorieenie,ejednotlivklustremukomunikovaibacezGSM(procesornevidpam

inchkllustrov)jejednoduchierealizovaten

1.1.1.3.COMA(CacheOnlyMemoryAccess)Nachdzjsatutrivrstvyprocesor,cahceadirectoryGloblnazdieanpamjetvorenjednotlivmicache

pamamiPokiasapoadovandajnenachdzavcacheprocesora,

ktorhohad,prehadsadirectory,kdezistme,vcachektorhoinhoprocesorajedajuloen.

PredstaviteomjeKSR1Existujajkombinovanarchitektry,napr.CCNUMA(CacheCoherent),StandfordDASH,

MITAlewifeHlavnureniemultiprocesorovsozdieanoupamoujeveobecnaplikcie.Maj

problmysoklovatenosou(rozritenosou),vcelkuahko(jednoducho)saprogramuj[DropBox03.doc]

10

4. Vektorov potae a SIMD potae

SIMD singleprocesormultipledatainstructiontrebavsetkoskontrolovat jednariadiacajednotkariadiviacerovykonnychjednotiek napr.vektoroveprocesyoperacianadcelymvektorom(mnohymihodnotami)sa

vykonavjednominstrukcnomcykle pocetvykonnychjednotiekradovo~10^3 pouzivasaspecialnyhadrver,VLIW synchronnespracovavanieinstrukcii procesysustriktnesynchronizovane kazdyspracuvarovnakuinstrukciu kazdymasvojevlastnedata kvazivektorovyvypocet implementovaneexplicitneoperacienarozoslanieazberdat PrikladUltraSPARCu

Vprpadestaniaobrazovchbodovipprosteignorujeprenoskadch8,16nebo32bitov

mevynsobityri16bitovslatyrmi8bitovmislamiafrontaintrukcipritomzostanepriechodn.(dvojtaktnintrukcie)

Prikompresiadekompresivideajeuitonschopnosprocesoravykonvaaosemintrukcisasne.

kodovanieMPEGUltraSparcjevybavenpecilnouintrukciou,ktorsamavykonosemodtan,osemprevodovnaabsoltnuhodnotuaosemstov,tedavetkoojepotrebnkporovnvaniu,vrtanezverenhovyhodnoteniazskanchinformci.pecilnypamovsystmautomatickynahrvaobrazovbodyv8bajtovchblokochbeznutnostizvltnejintrukcie.Pokiapecializovanintrukciaprechdzaintruknoufrontouprocesora,ipvykonvkadomcykleprvejednuznich

Vektorovpotae astosvystavannaskalrnychprostriedkoch(skalrnychprocesoroch) Dkavektorovhoregistrabvavinoupevn Poetvektorovchregistrovjepevn,rovnakoakopoetfunknchblokov Vyskytujsaajarchitektrystzv.superslovom,ktorpristupujkviacerm

bajtomnaraz MIMDasynchronnekazdyprocesormozevykonavatinyprogramnavlastnychdatach http://en.wikipedia.org/wiki/Vector_processing Generalpurposecomputingongraphicsprocessingunits(GPGPU,alsoreferredtoas

GPGPandtoalesserextentGP),http://en.wikipedia.org/wiki/GPGPU[otazky.txt]

11

Charakteristika:oprivektorovomspracovanpouvaprocesorpecilnyintruknsborktorumouje

pracovasvektormioprvkyvektorasskalrneveliinyv=(v1,v2,v3,...,vn),ointrukcie:

of1:VV(normavektora,sinus,...)of2:VS(max.prvokvektora)of3:VxVV(set.sin,...)of4:VxSV(setvektoraaskalra)

oprirealizciisaastovyuvazreazenie,oformtintrukcie:

ooperankddruhopercieobzovadresaaksapracujesOPMEMadresavstupnchvektorovch

aleboskalrnychoperandovavstupnchoperndovoinkrementadresydefinujevekosjednhoprvkuvektoraorelatvnaadresaspolusbzovouadresouurujeefektvnuadresuvektalebo

skaloperanduorozmervektoraukonenievektorovejintrukcie,meurovaajvektormasky

oarchitektra:opamovvetkyvektorovoperciesvykonvannadvektormivOPMEMoregistrovvektorovoperciesvykonvannaddajmivregistroch

procesoraoarchitektravektorovhopotaa:oIntrukcievektorovhopotaamubyvektorovajskalrne.Jednotka

spracovaniaintrukcizavdzaadekdujejakvektorovtakskalrneintrukcie.Vetkyskalrneintrukciesposlandoskalrnehoprocesoratentomebydekomponovannaniekokozreazenchjednotiek.Akjedekdovanvektorovintrukciavetkoaliespracovaniejezabezpeovansprvcomrealizcievektorovintrukci.Tenvykonvanasledujceopercie:

dekdovanievektorovejintrukcievpoetefektvnejadresyvektorovchopernadovinicializciuradiaprstupukvektorom.Tentozavdzavektorov

operandyzOPMEMprealiespracovanie.inicializciuanastavenievejktorovhoprocesoramonitorovanierealizcievektorovejintrukcie

VektorovregistreumoujpreklenrozdielyvrchlostiprstupukvektorovmoperandomumiestenmvOPMEM.

opipelining:Vektorovpotaobsahujemnoinuzvltncharitmetickchjednoteknazvanchpipeline.Tytopipeline(ny)pekrvajsputnrznchstaritmetickchoperacnaprvcchvektoru,abyzvilyvkonaritmetickoperace.

12

ovektorovregistre:Nktervektorovpotae,jakoCrayYMP,obsahujvektorovregistry.Obecnregistrneboregistrpohyblivdovrkydrjenjednuhodnotu.Vektorovregistryobsahujvjednomokamikunkolikprvkvektoru.NapkladCrayYMPm64prvkvevektorovmregistru,zatmcoCrayC90128prvk.Obsahtchtoregistrmebtodeslndo(nebopijatz)pilelinevjednomokamiku.

oskalrneregistre:Skalrnregistrysechovajjakoobecnregistryneboregistryspohyblivoudovourkou,tedyudrujjednuhodnotu.Ovemjsounavrenytak,abymohlybtpouityvevektorovmpipelinu.Hodnotajetenajednouzaastauavloenadopipelinujakoprvekvektoru.Toumoujepotatsvektoryaskalry.Napkladpivpotuy=2.5*xje2.5uloenodoskalrnhoregistruajednouzaastaujensobenosprvkemx.

oReazenie:Vtinavektorovcharchitekturmvcenejedenpipeline(mohouobsahovattakrzntypy).Nktervektorovarchitekturyumoujvstupzjednohopipelinuzetzitpmosjinmpipeline.Tatometodasenazvetzenaodstraujepotebuukldatvsledekprvnhopipelinepedposlnmdodruhho.Napkladpioperacia*x+y,kdexayjsouvektoryaajeskalr,jevsledeka*xhnedzetzenprostnsvektoremy.Tmdojdekzdvojnsobenpotuoperaczaastau.

oOperacescatteragather:Nkdyjsoukvpotupotebajenuritprvkyvektoruatakjevtinavektorovchprocesorschopnavybratvhodnprvkyoperacgather(shromdn)apidatjidovektorunebovektorovhoregistru.Pokudjeprostormeziprvkypravideln,nazvmejejkrok(stride).Napkladpokudchcemevybratprvkyx1,x5,x9,x13,...zvektoru(x1,x2,x3,...,xn),ekneme,ekrojje4.Operacescatter(rozptlen)peformtovvvstuptak,abyprvkybylysprvnrozloeny(oddlenymezerami).Scatteragatheroperacemohoubtpouityinanepravidelnrozloendata.

oVektorovprocesoryvektorregistr:Pokudvektorovprocesorobsahujevektorovregistry,prvkyvektorujsounatenyzpamtipmodovektorovhoregistruoperacloadvector.Vsledekvektorovoperacejepakuloendovektorovhoregistrupeduloenmdopamtioperacstorevector.Tohozpstupujejinmvpotmbezpotebyoptovnhotenzpamtiaumoujepekrtukldnjinouoperac.Natchtostrojchjsouvechnyaritmeticknebologickvektorovoperacetypuregistrregistr.Prototmtostrojmkmeprocesoryvektorregistr

oVektorovprocesorypampam:Jintypvektorovchprocesordovolujevektorovoperandytahatpmozpamtidorznchpipelinavsledkyzapisovatpmodopamti.Tysenazvajvektorovprocesorypampam.Protoeprvkyvektorupichzejzpamtimstozregistru,trvponkuddle,neoperacezane.PklademtakovhoprocesorujeCDCCyber205.Takovprocesorysehodproprcisdlouhmivektory

oPamsprokldanmicykly(interleavedmemory):Prorychlejpstupkprvkmvektoruvuloenchpamti,jepamvektorovchprocesorastorozdlenanapamovbloky(memorybanks).Vloenpamovblokycyklickyspojujadu

13

adrespamtisadoublok,takeslovo0jeuloenovbloku0,slovo1vbloku1,...,slovon1jevblokun1,slovonjevbloku0,atd.jakukazujeobrzek2.9.1(njeobvyklemocnina2).Jedenpstupdopamtikdatmvpamovchblocchzaberenkoliktakt.Kadpamovblokdovolujestnebozapisovatjenjednuhodnotuvjednompstupudopamti,alevestejnasmepistupovatdovcenejednohobloku.Pitenprvkvektoruzpamtidovektorovhoregistruseprovedetenzbloktak,ejedenprvekvektorujepetenzajedentakt.Pokudpstupdopamtitrvjedentakt,paknprvkmebtzsknobhemjedinhopstupudopamtijetotedynkrtrychlejnejedenpamovblok

1 2 3 4 5 6 7 8x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8x9 x10 x11 x12 x13 x14 x15 x16x17 x18

spsobprogramovania:Vektorovpotaemohouprovdtoperacespohyblivou

rkounavektoruonprvcchefektivnjinenanskalrnchpromnnch.Protojepotebaorganizovatsvdatajakovektoryapouvatvektorovoperace,jakjetojenmon.Vrobcivektorovchpotaobvykleposkytujpekladaespidanmikonstrukcemiprogramovachojazykanavrenmiproprcisvektoryapoli.Navektorjepotebanahletjakonajedinouentituanejakoseznamsamostatnchprvk.Pestoesepekladaesnapevstskalrnkddovektorovhokdu,neznajprogramadatatakjakoprogramtoratakjelepexplicitnvektorovoperaceoznait:

vektorizcia:pracovaniasvektoromakosjednoupremennou Stripmining(dolovnprouk):vekvektorovoperciasamerozbina

meniekskyavykonsavoviacerchkrokoch Rekurencia:vsledekjednohokrokujepouitvpozdjmkroku reduknopercia:vraciaskalrnyvsledokzopercienadvektorom analzazvislosti:pokudpromnnvjednompkazujepouitavjinmpkazu

oblasnasadenia:Vektorovpotaejsounasazovnypisloitchvpotech,jakojepotnmodelpoas.KtomutoelujepouitnapkladCrayC90vNCAR(NationalCenterforAtmosphericResearch).OrganizacejakoamerickNationalCancerInstitutevyuvajsystmyCraySV1kzskvninformacolidskmgenomu.AutomobilkaVolvovyuvvektorovsuperpotaNECSX4ksimulacinraz.Jakodalpkladyvyuitlzeuvstsimulaciaerodynamikytryskovchmotornebobiologickvzkumprotein

Maticovprocesory:Prooperacesmaticemijecharakteristick,evtpoetprvkmaticesezpracovvsouasn,anavcsesevemiprovdstejnoperace.Promaticovoperaceseprotonejlpe

14

hodarchitekturatypuSIMD,kterumouje,abykadprocesorzpracovvaljinprvekmatice,apitomabyvechnyprocesorysynchronnprovdlytutoperaci.VmaticovmprocesorujejednazpracovvajcjednotkanazvanadiankolikdatovchjednotekznacchsePE(ProcessorElement).dicjednotkajeodpovdnzanatenainterpretaciinstrukce.Kdynaraznaaritmetickounebojinouinstrukcipracujcsdaty,vyleinstrukcivemdatovmjednotkm,ktervykonajstejnouoperaci.Skalrnadcinstrukcesevykonvajpmovadii.Kaddatovjednotkamsvouloklnpam.adimuszajistitrozmstnpotebnchoperanddoloklnchpamt.Procesorymohoumeziseboukomunikovat(poslatsidata)prostednictvmmeziprocesorovkomunikanst(vizkapitola1.4).Zjednoduenblokovschmamaticovhoprocesorujeznzornnnaobr.1.1.Protoevpotyastovyaduj,abyuritinstrukceprobhlapouzevnkterchprocesorech,mprogramtormonostblokovatfunkcivybranchprocesornadobujedninstrukcemaskou.Maticovprocesorobvyklepracujepodzenmuniverzlnhopotae,kterovldvelkokapacitnvnjpamtiapedvprocesorulohy.Zvltnostttoarchitekturyje,eprocesorybvajastojenjednobitovpracujcsesvmidatybitovbezohledunajejichtyp.Takenapkladoperacescelmislyseprovdjsriov.Zpracovn32bitovchseljedvakrtrychlejnezpracovn64bitovchsel.Pomalejoperacejsoubohatkompenzovnyvelkmpotemprocesor,kterchbv1024avc.Prepojovaciesiete:SIMDkomernrieeniapremultimedilneaplikcie:Modernmultimedilneakomunikanaplikciekladvysoknrokynarchlosspracovaniaobrazovch,zvukovchagrafickchdt.Analzaukzala,epretietoaplikciestypicknasledujceprznaky:

aplikciepracujprevanes8bitovmi(obrazovbody)a16bitovmi(zvuk)dajmi, pravidelneaopakovanepristupujdopamti, astosaopakujrovnakoperciesdajmi(stanie,nsobenie).

NaprincpeSIMD(SingleInstruction,MultipleData),ktorspovavparalelnomvykonanjednejoperciesviacermidtovmipolokami,IntelvytvoriltechnolgieMMX,SSEaSSE2.TechnolgiaMMX(MultimediaExtension)pozostvazsmich64bitovchregistrovanovchintrukcipreprcustmitoregistrami.64bitovregistresadajrozloina8nezvislchbajtov,4nezvislslovalebo2dvojslov,ktorobsahujcelsla.Novintrukcieumouj,abysaaritmetickalebologickoperciavykonvalaparalelnenavetkchastiachdvochregistrov.Potomnapr.vjednomhodinovomcyklemonopripotaobsahy16bajtovkinm16bajtom.SSE(StreamingSIMDExtension)intrukcievykonvajparalelnoperciesslamivpohyblivejrdovejiarkevjednoduchejpresnostiuloenv128bitovchregistroch.PretoerelneslovjednoduchejpresnostipodatandarduIEEEzaber32bitov,mejednaSSEintrukcianarazspracova4sla.TechnolgiaSSE2(StreamingSIMDExtension2)podporujeIEEEdvojnsobnpresnosaceloselnopercienad128bitovmiregistrami.IntrukcieMMX,SSEaSSE2savykonvajvjednotkchpreprcusslamivpohyblivejrdovejiarke(FPU).SSE:jeinstruknsadanavrenIntelemvroce1999proprocesorPentiumIIIjakoodpovdnainstruknsadu3DNow!odkonkurennAMD(kterdebutovalaorokdve).SSEobsahuje70novchinstrukc.

15

SSEbylapvodnznmpodjmnemKNIcobylazkratkaproKatmaiNewInstructions(KatmaibyloprvnjdroPentiaIII).Tatosadainstrukcbylajednouzmlavc,kterodliovalaPentiumIIIodPentiaII.SSEpozdjiimplementovaloiAMDvesvchprocesorechAthlonXP.SSEpidalo8novch128bitovchregistrznmchjakoXMM0aXMM7.Kadznichobsahovaltyi32bitovregistryproslasplovoucdesetinnourkou.IntelpozdjiuvedldalrevizeSSE2(uPentia4sjdremNorthwood),SSE3(uPentia4sjdremPrescott)aSSE4(dosudneimplementovno).MMXjenzevmultimedilntechnologievytvoenfirmouIntelpronovvlastnprocesoryPentiumMMX,kterbylyuvedenynatrh8.ledna1997.PodzkratkouMMX,ktersevtinouvysvtlujejakoMultiMediaeXtensions,seskrvajdvzsadnvylepenarchitekturyprocesoru.PrvnvylepenjevelmijednoduchdolokezvtenvnitnL1cachenadvojnsobek(ze16na32KB).Druhvylepenjevraznsloitjadleitj.Technologieroziujekadprocesoroosmnovch64bitovchregistr(MM0aMM7).NovregistryvyuvajcchtechnologiiSIMD(SingleInstruction,MultipleData)aplnpodporujparalelnzpracovndat.Navcbylstandardnsoubor220instrukcrozeno57novchmultimedilnchinstrukc.HlavnmomezenmtechnologieMMXjeskutenost,epracujepouzescelmisly.Tentonedostatekprolomilamultimedilntechnologie3DNow!konkurennfirmyAMD,kterbylauvedenanatrh28.kvtna,1998.Zamotanie:procesor

Termnvektorovprocesorjenkdytakpouvnvesmyslumaticovchprocesor.Hovosepakoparalelnmvektorovmprocesoru,kdetoproudovpracujcprocesor(oktermjeevttokapitole)jeoznaovnjakosriovvektorovprocesor.NaopaknkdyjsouobtytoarchitekturyoznaovanjakoSIMDahovoseoSIMDsesdlenoupamt(vektorovprocesor)aSIMDsdistribuovanoupamt(maticovprocesor).

SISDZaazenvektorovchprocesorzvisnatom,jaksedvmenadata,kterprocesorzpracovv.Podvmelisenato,coprocesordlvjednomokamikubhemprovdnvektorovoperace,uvidmenkoliknajednouzpracovvanchstidat.Zdse,jakobyjednainstrukcezpracovvalavcedat,coodpovdarchitektueSIMD.Dynamitjpohleduke,eexistujejenjedendatovproudajezpracovvnpostupnskrzproudovpracujcjednotku,coadvektorovprocesorymeziSISD.Dobaprovedenvektorovoperacenavektorovmprocesorujezvislnavelikostivektoru.Tojedaldvod,projsoujsouvektorovprocesoryazenmeziSISD.Namaticovmprocesoru(SIMD)dobaprovedenvektorovoperacenezvisnadlcevektoru.

[DropBox04.doc]

16

17

5. Superskalrne, superprdov a VLIW procesory Superskalrne

viacnasobnevyuzitiejednotkyaritmetickejaFPUspracovavanieviacerychpipelinesucastne

programovaniesekvencneparalelizaciazaistenapomocouhardveru vyuvasasystmparalelnhospracovaniaviacerchintrukcinarazvprpade,es

nasebenezvisl.Riadeniespracovaniaintrukciriadijednotkaschedulerplnova.VeryLongInstructionWord

podkontrolouprekladaca instruckiamazlozityzapis,avsakprispracovanisarozpadnenamensieajednoduche

operaciesaspracuvajuvsamostatnychpipeline pouvasadlhintruknslovofixnejdky,ktorpozostvazviacerch

jednoduchchintrukci.Intrukciesvykonvansastneviacermijednotkamimikroprocesora.Poasjednhointruknhocyklujetakvykonanchviaceroiastkovchintrukci,mdosiahnemenrastvkonu.VLIWmikroprocesoryneobsahujplnovavtakomzmysleakosuperskalrne.VobanasledovaniavkonuintrukcisadejepriprekladeprogramupreVLIWmikroprocesor

[otazky.txt]

Skalrnyprdovstroj(kstupovspracovania)

1.1.1.SuperskalrneprdovspracovaniePOZN.:

oNamiestojednejPIPEjepouitchviaceroPrklad:mprdovprostriedok,m=3

1.1.2.SuperprdovspracovaniePOZN.:

oexistujceprdovstupneeteviacrozsekmrozdelmnampodstupovompomalnbehakopredchdzajciovaadujemenejtranzistorovakopredchdzajci

18

Superprdovprostriedokstupan=3

1.1.3.Symetriaaporovnaniesuperskalrnehoasuperprdovhospr.Superprdovspracovaniepomalnbeh

(viestratyvovkonnostiprivetven)Prklad:Porovnaniepresuperskalrny(1m

4)asuperprdov(1n6)stroj

VLIWPostupypouitvarchitektreRISCsdovedendodokonalostiarchitektrouVLIW(angl.VeryLongInstructionWord,vemidlhintruknslovo).Vyuvasanezvyajneirokintruknslovo(128256bitov),vktoromkadsasintrukcie(typ,operandy,podmienky,skokovadresa)mpresnevyhradenmiestoajzatcenu,enievovetkchintrukcichsavyuijvetkytietosasti(t.j.saplytvbitmi).Dsledkomjemimoriadnejednoduchtruktrasamotnhoprocesora,ktortaktomebyonieovkonnej(prp.pritejistejvkonnostimemameniuspotrebu).TtoarchitektrajevakkvliirokmzberniciamnepraktickprepouitievzloitejomsystmeapraktickpouitiemlenvniektorchzvltnychaplikcichPOZN.:

otruktruneviemnaAPSsomvtedynebolnaprednakeoChapemtomutakyejenaVLIWintrukciamemaajnejakykusokucelenho

programuoVzoitemmnapsanvtomtospojenohorioznintlnomavertiklnom

mikroprogramovan:oHorozontlnevykonvanieparalelnenasebanezvislchmikrooperci

zvyujesatmrchlosoVertiklnemikroopercieidzasebouminimumparalelizmu.

oOdlinostiVLIWodsuperskalrnehostrojaoDekdovanieintrukciejejenoduhiekadintrukciampolektorsa

vykonajopernadyoHustotasuperskalrnehostrojajelepiaoSSstrojmebykompatibilnsvekoutriedouneparalelnchstrojov

[DropBox05.doc]

19

6. Mechanizmy realizcie vpotu, potae s tokom dt Mechanizmyrealizcievpotu

Tokriadenia(ControlFlow)klasickpotanie,VonNeumanovakoncepcia,tokenriadenia(PC)

Tokdajov(DataFlow) Tokpoiadaviek(DemandFlow)prstupZhoraNadol,t.j.vpoetsaspustapri

potrebedanhovsledkuDataflowvyuvaprstupZdolaNahorvokamihu,kejeprstupnoperand,zanesavyhodnocovaprslunvraz

aktivantoken[otazky.txt]

ControlFlowklasickmodel(VonNeuman)Prklad:

inputd,e,fc0=0forifrom1to8begin

ai=di/eibi=ai*fici=bi+ci1

endoNechstanietrv1takt,nsobenie2taktyadelenie3taktyoTokprogramupotommemeznzorninsledovnouschmou

o Trvanienasekvennomstroji:8.1+8.2+8.3=48taktov

20

DataFlowSchmatickymememodeltchtopotaov

znzornivi.obr.Prklad:Dataflowso4CPU(vi.predolprklad)

oCelkovotrvvpoetvtomtoprpade14taktovPrklad:4procesorovsystmsospolonoupamou

oZavemensledovn:

POZN.: intrukciasavykonibavtedyakmplatnvetkyopernady.VrajpodaLacaexistuje

nejakaktivantoken,ktornezodpovedriadeniualenesienasebedaje.Aknemplatnoperandymusaka.

podaobrzkuasiexistujeviaceroFJnavykonanieopercie. Vrajposkytujeparalelizmusnarovniintrukci(paralelizmusjemnejgranularity)tzn.

nemonototozaradipodaflinovejtaxonmie(klasifikcie).

21

inaktomumocnerozmiemDataflowvyuvaprstupZdolaNahorvokamihu,kejeprstupnoperand,zanesa

vyhodnocovaprslunvraz

DemandFlowIdevlastneodataflowmodelsprstupom

ZhoraNadol,t.j.vpoetsaspustapripotrebedanhovsledku.Napr.

Strojeriadenpoiadavkom

Porovnanietokovchmechanizmov

Modelstroja Tokriadenia(ControlFlow) Tokdajov(DataFlow) Tokpoiad.(DemandFlow)

Zkladndefincia klasickpotanie,VonNeumanovakoncepcia,tokenriadenia(PC)

intrukciesavykonvajvtedy,akmmeplatn

operandyrchlevyhodnocovanie

intrukciesvyhodnocovanibavtedy,kesich

vsledkypotrebnpreaiepotaniepomal

vyhodnocovanie

Vhody plnriadenie,zloitdatovariadiacetruktryahkoimplementovaten

vysokpotencilpreparalelizmus,vysok

priepustnos,oslobodenieodbonchefektov

ibavyadovanintrukciesavykonvaj,

vysokstupeparalelizmu,ahk

manipulciasdatovmitrukt.

Nevhody mloefektvne,problmypriprogramovan,akostiprizamedzenruntime

chb

asovstratypriakannanepotrebn

argumenty,vysokriadiacaria,akostiprimanipulciisdatovmi

trukt.

nepodporujezdieanieobjektovsmeniacimsa

loklnymstavom,jepotrebnasnareniepoiadavkov.tokenov

[DropBox06.doc]

22

7. Mechanizmy zaistenia dvernosti, integrity a dostupnosti aktv potaovch systmov INTEGRITAaktivummozebytmodifikovaneibadefinovanymsposobomDOVERNOSTpristupkaktivumaibaopravnenaosobaDOSTUPNOSTakopravnenaosobapozadujeudajdostanehovrozumnomcaseZabezpecenieintegrity:Musimezabezpecitabynamniktonemodifikovalaktivum,t.j.akniektoodchitidataabyichnemoholzmenitanatopouzijemesifrovanieatosymetrickeaasymetricke.AkofungujesymetrickeaasymetrickesifrovaniejejaseJ.Aleakosadistribuujukluceasinie,takzetakto:Vymenasymetrickychklucovbezservera:ObestranyAaBmajuspolocnytzv.MASTERKEY,AvugenerujeSESSIONKEYzasifrujehosMASTERKEYaposleBtansitofesifrujesMASTERKEYadostaneSESSIONKEY.RovnakosimozuvygenerovatajnovyMASTERKEY.SESSIONKEYsapocaskomunikaciecastomenikolibezpecnosti!Vymenasymetrickychklucovsoserverom:JetamDC(distribucnecentrum)atovlastnisymetrickeklucevsetkychjehoklientov.AkchceakomunikovatsBtakpolsespravunaDCaDCmuvygenerujesymetrickyklucaposlehoajBVymenasasymetrickymiklucmibezservera:Velmijednoduche,AvygenerujesymetrickykluczasifrujehosverejnymklucomBaposlemuto,Bsitodesifrujeamasymetrickykluc,identituasiBoveryucartifikacnejautorityVymenasasymetrickymiklucmisoserverom:OpetjetoDCaprebihatorovnakoaprisymetrickychklucoch,tedaDCgenerujesymetrickykluc.Sifrovaciealgoritmi:AES,Blowfish,CAST5,Serpent,TripledES,Twofish,AESTwofish,AESTwofishSerpent,SerpentAES,SerpentTwofishAES,TwofishSerpent(netrebaichvedietvsetkyauzvobecnieakofunguju,tosudetajliktoresanebudeniktopitat)Zabezpeceniedovernosti:Dosahjesaautentifikaciouatosilnou:Jednorazoveheslozoznamretazcov(cisla,pismenavelkemale,specialneznaky)ktorymaklientajserverakazdyznichvieakeheslosaocakava

23

GridkartaidentifikovanajeseriovymcislomaserversivypitanejakupoziciuzkartySpolocnetajomstvoklientajservermajuspolocnetajomstvoktoresavsaknikdyneposielacezsiet.ServervyzveklientanaautentifikaciuaposlemuCHALLANGE,klienpripojikCHALLANGEzdielanetajomstvoavytvoriztohohashatenposlenaserver,serverurobitoisteapotonaheshe(sha1,MD5(uznie),Whirpool,RIPEMD160)Autentifikacnekalkulatorymozusapouzivatibanaautentifikaciualeajnaautorizaciu,priautentifikaciisavygenerujehelonazakladespolocnehotajomstaaaktualnehocasu,zahesujesatoausertonatukadoautentifikacnehodialogu(casnaserveryanakalkulatoreniejeexaktnepresnepretosatamdavanejakerozpetiecasuradovodesiatkysekund)AutentifikaciaceznezavislekanalyvyzvudostanemSMSaspojimjustajomstvomaposlemcezpocitacovusietnaserverRekurentnyalgoritmusvyhodazeservernepoznatajomstvomaibavysledokfunkcieF1000(tajomstvo_usera),kedsaideuserautentifikovattakservermuposlevyzvudajmivysledokfunkieF999ausermusacochce,serverspravyF1000(F999)adostanevysledokakokedbyspravilF1000(tajomstvo_usera)aporovnatostymcomavdatabazepredanehousera,potomsivdatabazeodloziF999apridalsejautentifikaciauserabudeziadatF998Zabezpeceniedostupnosti:Touzsuvisisosamotnouaplikaciouabysanezrubalakednanejniektoniecorobi,amechanizmisunatoakurattakezemusibytdobrynavrhktorypocitasovsetkymatouzsuvisiskvalitnymnavrhomsystemuadefinovaniupolitiky[DropBox07.doc]

24

8. Bezpenos operanch systmov a programov bezpenos

CertifikanmclemjevsouladusCommonCriteria(ISO15408)zvenbezpenostnrovnpodleprofilu

?ControlledAccessProtectionProfile(CAPP) RoleBasedAccessControlProtectionProfile(RBACPP) zony SolarisCryptographicFrameworksjednocenpodlePKCS#11v.2. BARTBasicAuditingandReportingTool ?ProcessRightsManagement(PRM)asinejvznamnjnovinkavoblasti

bezpenosti,protoemnkonceptbezpenostizprivilegovanhokontanadefiniciexplicitnchoprvnn,kterjemonpidatiubratlibovolnmuprocesu.

IPFilter patchovanie zaverdokumentu:http://www.nostalgianet.org/readarticle.php?article_id=3

[otazky.txt]Programovabezpecnost:podpisanykoddoveryhodnykodtedaniejetoziaden: Skodlivykodpotichuaposkodzujepc Virusparizitktoryposkodzujesystem Trojskykonskodlivacinnostnapozdadi(spionaz) Nemaziadnezadnevratka(poznaichibatvorca) Cerv(sirisasamahladahostitela) KralikrychlosiriacisavirusvseobecneskodlivykodutocinadatasnazisaichznicitaleboodcudzitObranaprevyrusmi:antivirovyprogram: 1Analyzujesuboryahladavnichcharakteristickecrtyvirusov 2 Heuristicak metoda snazi sa vykonat program v emulacii co je izolovana oblast pamati kde ma antivirak pod kontrolou vstupy a vystupy programu a na zaklade vyhodnotenia sytupovprogramuuriccisajednaovirusOchranapredzadnimivratkami:je snaha aby softver realizovalo viacero nezavislych timov, ktore o sebe nevedia a tym je mensiapravdepodobnostzetamvytvoriazadnevratkaBezpecnostOS:ochranapamatiasuborov

25

Zakladomjeseparaciaobjektov: FyzickaseparaciakazdyusersvojOSsvojHW Casovaseparaciavintervalemozepouzivatpcibadanyuser Logickaseparaciaobjektysufyzickynatomistompcalesulogickyoddelene KryptografickaseparaciafyzickynatomistommiestealeobjektypreuserovsusifrovanePrincipi:(AAAAuthenticationAuthorizationAccounting)autentifikaciakontrolakazdehopristupu(autorizacia)povolenienajnizsichprivilegiizaznamenavanievykonanychakcii(accounting)=>bezpecnostmusibytzapracovauzdonavrhu=>definovatbezpecnostnupolitiku=>vkazdomkrokuimplementacietrebaoverovatcisplnavysledokbezpecnostnepozidavky=>implementaciazalozenanaotvorenomnavrhunienazakladetajomstvaBezpecnostnepolitiki:Najdolezitejsie pravidlosubjekt S ma pristup k subjektu O vtedy a iba v tedy ak subject S dominujeobjektuO,amozehomodifikovat[DropBox08.doc]

26

9. Prostriedky a mechanizmy sieovej bezpenosti

IPFilter NAT IDS

[otazky.txt]AAAAuthenticationAuthorizationAccountingzabezpecenienavsetkychvrstvachOSImodelu=>fyzickavrstvapouzivatoptikujekomplikovanejsienapiochnutsanaoptickykabelneznametalicky=>datovavrstvatamniejenic=>sietovavrstvasifrovanieatoIPSec(rozoberiemnizsie)=>transportnavrstvaSSLresp.TSLprotocol=>relacnavrstvatamniejenic=>prezentacnavrstvatamniejenic=>aplikacnavrstvarealizujesasifrovanievaplikaciitedasuchranenesamotneprenasanedata,nezavislenaprenosovomprotokoleDalejjedolezitezabezpecitsietvsetkymidostupnymiprostriedkami:firewallyciuzunixmasinyalebospecializovaneciscopixfirewally(chraniapredutokminaaplikacnejvrstve,DOSutokmi,mailovymutokom,DNSzaplavouafalsovanim,AAAzaplava,SYNzaplava,antispoofing)ISD sensory pouva na odhalenie prienikov signatru danho toku. Signatra je mnoina pravidiel prislchajcich k typickm aktivitm prieniku. Mnoina sa vytvra sledovanm a odhaovanm signatr pre jednotliv typy tokov. IDS je pasivne zariadenie t.j iba pocuva komunikaciu v sieti a nezasahuje do komunikacie v pripade ze zaregistruje prienik, vysiela alarmnafirewallabyblokovaldanukomunikaciuAccesslistypouzivajusanaroutrochnafiltrovaniekomunikacieod3po4vrstvuatostandartne(od1do99),rozsirene(od100do199a1300po1399)apomenovanekdesadajumazatapridavatriadkynalubovolnyriadokSifrovanieprotiodpocuvaniuvsietiaprotimodifikaciidatSpravnynavrhsietetrebaoddelitservreodlokalnychuserovajodvonkajsich(zinternetu)=>vytvoritDMZ(demilitarizovanuzonu)doktorejsakadyprivstupemusiautentifikovata

27

autorizovatnafirewalleakeibavytvoritpristupcezrouteraaplikovatnajehointerfaceAccesslisty=>aksarealizujekomunikaciasneznamymserverompozadovatautentifikaciuserveracertifikatomIPSecFungujevdvochrezimoch:TUNELREZIM>(|IPh.|IPsech.|data|)IPsecjevdatovejcastiIPpacketu(pouzitieHOSTHOST)TRANSPORTNYREZIM>(|IPh.*|IPsechl.|orig.IPh.|data|)vytvaranovuIPhlavicku(pouzitiesmerovacsmerovac)

AHjeauthenticationheadertedaautentifikacnyprotkol(nerobisifrovanie)ESPjeEncapsulationSecurityPayloadrobisifrovanieajautentifikaciu=>priIPSecsavytvarajednosmernaasociaciazAdoBadruhaacociaciazBdoA=>kazdykoniectunelamavlastnudatabazuISAKMPt.j.definovanieklucov,informaciedruhomkoncitunela,akyprotocolsapouziva,vseobecnepovedaneobsahujepouzivanubezpecnostnupolitiku=>tunelisamozudosebavnaratt.j.nacestezAdoBmozenamivytvorenytunelprechadzatcezxdalsichtunelovaletienesmubytdlhsieakocestazAdoB=>tunelysarealizujunafirewalloch,routrochaVPNkoncentratoroch

28

[DropBox09.doc]Integrita

Dtanemubyubovonezmenen.

Dvernos

dajesprstupnibaoprvnenmosobm.

Autentifikcia

Autentifikciajemechanizmusidentifikcieaovereniaidentity,pozostvazdvochzloiek:a)

Identifikcialogin,menopouvatea,prihlasovacie"ID",predstaveniesa.Otzka:"Ktosi?"

Identifikcia:"SomuvateJoko."b)Autentizciaoverenieidentityjedinenmprznakom,

osobnheslo,osobncertifiktvystavennakonkrtnuosobu,odtlaokprsta.Autentizcia:

"Tvrd,esiJoko.Alesitonaozajty?Preuksasvojmjedinenmheslom/certifiktom

at."

Autorizcia

Autorizciaznamenoverioprvneniaosb,iobjektovnaprcusdtami.

Nepopieratenos

Nepopieratenospvodudt(taktiemonouvaovanepopieratenossamotnhopodania,

prenosuiprijatiadt).

[http://sk.wikipedia.org/wiki/Bezpe%C4%8Dnos%C5%A5_%C3%BAdajov]

29

10. Typy multiplexu. Rozdiely medzi PAN, LAN, MAN a WAN v bezdrtovch sieach

[BKSWiFi_prednaska]

30

11. ad-hoc komunikcia a jej pouitie AdHoc siete s tak siete, ktor sa vytvraj doasne za nejakm elom, o je obsiahnut aj v ich samotnom nzve, ktor v preklade znie za elom. Tieto siete neobsahuj iadne centrlne prvky, ale kad prvok je samostatn jednotka, ktor si udruje svoje tabuky o sieti. Tento typ siete bol pvodne vyvinut pre vojensk ely a v prpade pohotovost, ako s prrodn katastrofy, kde je potrebn zriadipohotovostnsiete. V dnenej dobe sa s nstupom mobilnch zariaden, ako s notebooky, inteligentn telefny a tablety vyuvaj na mnostvo inch vec. Z mobilnch telefnov vieme zdiea internetov pripojenie, na notebookoch vieme kdekovek vytvori sie pomocou, ktorej meme prena sbory a naprklad aj hra potaov hry po sieti. In vyuitie je na vzjomn komunikciu medzi idcimi vozidlami, alebo v inteligentnch domcnostiach s pomocoutchtosietprepojenjednotlivspotrebie. Kee v tchto sieach nie je iadny hlavn a vedaj prvok, treba tu implementova vlastn smerovacie algoritmy, ktor zabezpeia doruenie sprvy do ciea. Toto si iada upraven kvalitu sluieb (QoS), ktor nebude bra ohad len na jednotliv sluby, ale kvli obmedzenmbatrimvzariadeniach,ajnaspotrebuelektrickejenergie. Kvli vlastnostiam tejto siete vznikaj aj nov bezpenostn problmy, ktor by sa inak v klasickch sieach nevyskytovali a tmto sa treba venova, aby sa niekto vaka nim nedostal naprkladdozabezpeeniavozidlaanespsobildopravnnehodu.

Monosti vyuitia VtejtokapitolesopsanprkladyvyuitiaAdHocsietvrelnomivote.

VANET VANET (Vehicular AdHoc networks) s automobilov AdHoc siete, pomocou ktorch medzi sebou mu komunikova aut. Toto umouje vznik mnohch novch sluieb, ako s naprklad, varovania o zrke, aktulne dopravn informcie, aktvny navigan systm a mnohoinch[1].

Na komplexn rieenie a fungovanie VANET siet musme uvaova o tyroch zkladnchkomponentoch.

1. Automobily: Automobily s vybaven mnohmi komunikanmi zariadeniami (naprklad router a vstavan pota) na komunikciu s inmi zariadeniami a cestnou infratruktrou. Tieto moduly maj prstup do CAN siete vozidla a tie k inm dtam vo vozidle, ktor mu by uiton. Tieto zbieraj, spracovvaj a posielaj okolitm vozidlm, cestnej infratruktre a centrlnemu systmu. Presn hardvrov konfigurcia nie je pevne definovan a me pozostva z jednej centrlnej jednotky alebo viacerch navzjomkomunikujcichjednotiek,ktortvoriasievovntrivozidla.[11]

2. Cestn komponenty: Medzi tieto komponenty patria rzne oznamovacie tabule, semafory a in jednotky s komunikanmi schopnosami. Takto me cestn

31

komponent komunikova s okoloidcimi autami a posiela im informcie alebo fungova ako extender cestnej siete. Naviac tieto komponenty mu sprostredkovva komunikciu medzi automobilmi, cestnmi komponentami a centrlnym komponentom. Takto sa odstrauje potreba internetu v autch a informcie sa aj tak dostan do centrlneho uzla. Tieto stanice mu ma tie internetov pripojenie a toto poskytova automobilom.[11]

3. Osobn komponent: Tento komponent patr medzi viac premenliv. Nakoko ide o zariadenia ktor nos lovek so sebou a strieda sa v rznych dopravnch prostriedkoch. sem patria naprklad smartfny a in zariadenia ktor s schopn komunikova s okolitm prostredm. Pri pouvan navigci v telefnoch tieto mu nahlasova daje o jazde vodia a tak pomha pri zlepovan informovanosti o dopravnej situcii v jeho okol.[11]

4. Centrlny komponent: Hlavnm komponentom je verejn autorita alebo cestn opertor ktor spravuje spolupracujce aplikcie a sluby. prkladom takhoto komponentu je centrum na sprvu dopravy, ktor pouva cestn tabule na informovanie vodiov o stave dopravy, dopravnch nehodch na pecifickch miestach a navrhn im alternatvne cesty. Centrlny komponent me prijma informcie z ut alebo cestnej infratruktryaajnaopakimichposiela.[11]

Obrzok1:PrkladvyuitiaVANET[1]

PAN PAN (Personal Area Network) je osobn sie, ktor spja zariadenia typicky patriace jednej osobe alebo do jednej domcnosti. Vyuitie AdHoc siete v PAN je naprklad v inteligentnch domcnostiach, kedy jednotliv inteligentn prvky domcnosti, ako s spotrebie a rzne senzory, spolu komunikuj pomocou AdHoc siete. Tieto prvky, naprklad zdravotn senzory na osobe sa mu neustle presva a s nm aj opa tto domcnos. AdHoc sie v takejto domcnostirupotrebucentralizovanejsieovejinfratruktry.

32

Obrzok2:PrkladPAN[2]

Vojensk, pohotovostn AdHoc siete s idelne pre vyuitie v situcich, ke nie je dostupn iadna infratruktra aleboexistujcainfratruktrajepokodenanefunkn. V prpade pohotovost sa me rchlo vytvori sie, pomocou ktorej mu zchrann, alebopomocnzlokyspolukomunikova. V armde sa AdHoc siete mu vyuva na komunikciu medzi vojakmi, alebo na komunikciu s automatizovanmi zariadeniami. Pomocou takchto siet by sa dal monitorova aktulnystavvojakovnabojisku,ichivotnfunkcie,okolieain.

Obrzok3:PrkladvyuitiaAdHocsietevarmde[3]

Typy smerovania VtejtokapitolesaopisujsmerovaciealgoritmypouvanvAdHocsieach.

33

Tabukovo riaden (proaktvne) Tieto protokoly si udruj aktulnos zoznamu cieov a ciest k nim pomocou periodickho distribuovania svojich smerovacch tabuliek do siete. Vyaduj, aby kad uzol udroval jednu alebo viac tabuliek, v ktorch uchovva smerovacie informcie. Na zmeny v topolgii reaguj svojmpropagovanm,abysitakmohliudraaktulnyvzhadsiete.

DSDV (Destination-Sequenced Distance-Vector Routing) Tento algoritmus je zaloen na BelmanFordovom algoritme njdenia najkratej cesty. Kad uzol v sieti si uchovva smerovaciu tabuku so vetkmi destinciami v sieti a vzdialenosti k nim. Kad zznam je oznaen sekvennm slom, ktor vytvoril cieov uzol. Pomocou tchto siel vedia uzly rozli star cesty od novch a tak sa vyhn smerovacm slukm. Tieto tabuky s periodicky posielan do siete, aby sa zachovala ich konzistencia. Na uetrenie sieovej premvky s tieto aktualizcie realizovan dvoma typmi paketov. Prvm je takzvan full dump paket, ktor v sebe nesie vetky dostupn smerovacie informcie a me by kvli svojej vekosti rozdelen medzi viacero sprv. Druh typ s menie pakety, ktor prenaj iba informcie zmenen od poslania poslednho full dump paketu. Uzly si uchovvaj aliu tabuku,kdesiuchovvajdaje,ktoraktualizovalitmitomalmisprvami. V smerovan je vdy pouit cesta s najaktulnejm sekvennm slom. Ak sa stane, e dve sla s rovnocenn, tak sa zvol to s najmenou vzdialenosou. Uzly si tie uchovvaj asy ustlenia ciest. Oneskorenm vyslania smerovacej aktualizcie o trvanie tohto ustlenia sa vie zni sieov premvka a optimalizova trasa zruenm broadcastov, ktor by nastali v prpadeobjavenialepejcestyvblzkejbudcnosti.[2]

CGSR (Clustered Gateway Switch Routing) Tento protokol pouva ako zklad svojho smerovania algoritmus DSDV, ktor upravuje pridanm hierarchickho usporiadania, ako je vidie na obrzku 4. Hlavn uzol zoskupenia (Cluster head) je zvolen a vetky uzly, ktor s naho priamo napojen, patria do jeho zoskupenia. Brnov uzol (Gateway node) je tak, ktor je medzi dvoma hlavnmi uzlami zoskupenia. CGSR pouva LCC (Least Cluster Change) algoritmus, z ktorho vyplva, e nov hlavn uzol zoskupenia sa bude voli iba ak sa dva takto uzly dostan zmenou v topolgii do priamehokontaktu. Paket poslan uzlom je najskr poslan do hlavnho uzla a odtia je potom nasmerovan cez brnu do alieho zoskupenia. Toto sa opakuje pokia sa nedosiahne cieov hlavnuzol,zktorhosapaketpoledocieovhouzla. Kad uzol mus ma tabuku lenov zoskupenia, aby vedel, ktor je hlavn. Tto tabuku periodicky vysielaj s pouitm princpu DSDV, aby sa udrala aktulnos dajov. Okrem tabuky lenov, m kad uzol aj smerovaciu tabuku, na zklade ktorej sa uruje al uzolnacestedocieovhozoskupenia.[3]

34

Obrzok4:Smerovaniezuzla1douzla12pomocouCGSR[4]

WRP (Wireless Routing Protocol) Tento smerovac protokol je zaloen na tyroch tabukch, ktor mus ma kad uzol v sieti. Tietotabukys:

SmerovaciaVzdialenost(Distancetable)Cenylinky(Linkcosttable)RetransmisisprvMRL(Messageretransmissionlist)

Kad zznam v MRL obsahuje poradov slo aktualizanej sprvy, potadlo retransmisi, flag o potrebe potvrdenia s jednm zznamom pre kadho suseda a zoznam aktualizci poslanch v aktualizanej sprve. MRL zaznamenva, ktor aktualizcie v aktualizanej sprve samajposlaalejaktorsusediamajttoretransmisiupotvrdi.Aktualizan sprvy o zmene linky sa posielaj iba medzi susednmi uzlami. Tieto sprvy obsahuj zoznam aktualizci a zoznam odpoved, ktor hovor ak stanice maj potvrdi tto aktualizciu. Stanice pol aktualizciu po spracovan aktualizci od susedov alebo po zisten zmeny spojenia na suseda. V prpade straty spojenia medzi dvomi uzlami pol tieto uzly aktualizan sprvu svojm susedom. Susedia si upravia poda tejto sprvy svoju tabuku vzdialenost a hadaj in cestu do stratenho ciea. Ak sa nejak cesta njde, tak sa pole spdopvodnhouzla,abysiajtenmoholupravisvojusmerovaciutabuku. Uzly si v pravidelnch asovch intervaloch posielaj hello sprvy ak nemaj o aktualizova. Pomocou absencie tchto sprv vedia zisti preruenie spojenia a naopak, ak sa pripojdosietenovuzol,takpolehellosprvuatouinformujeosvojejexistencii. Oproti ostatnm smerovacm protokolom, tento odliuje to, e pri kadej zmene spojenia kontroluje aj konzistenciu vetkch susedov. Tto kontrola pomha v odstrnen smerovacch sluiekatieurchujekonvergenciu.[4]

Riaden dopytom (reaktvne)

35

V tomto smerovan sa vytvraj cesty iba na poiadanie zdrojovho uzla, ktor svojou sprvou spust proces hadania cesty v sieti. Tento proces skon, ke sa njde cesta do ciea alebo ak sa preli vetky monosti a cie sa nenaiel. Ke sa njde takto cesta, tak sa udruje nejakou procedroudovtedy,kmsanepreruspojeniealebopokiauniejepotrebn.

AODV (Ad-Hoc On-Demand Distance Vector Routing) Tento protokol je vylepenm DSDV opsanho v predchdzajcej asti. Namiesto udrovania tabuky vetkch ciest si AODV vytvra cestu iba na poiadanie. Tmto spsobom minimalizuje poet broadcastov v sieti, lebo uzly, ktor nie s po ceste do ciea si neuchovvaj hadan cestuvtabuke. Ke chce uzol posla sprvu a nem ete objaven cestu do ciea, tak zane proces hadania cesty. Vyle route request paket (alej RREQ) vetkm susedom, ktor ho pol alm a tak alej, pokia sa nenjde uzol, s u njdenou cestou k tomuto cieu, alebo cie. Tento postup je vidie na Obrzku 5 as a. AODV pouva poradov sla cieov, aby zaistil bezslukov smerovanie a aby obsahoval najaktulnejie smerovacie informcie. Kad uzol si udruje svoje poradov slo a identifikan slo broadcastu (BID). BID sa zvuje s kadm zaatm RREQ. BID spolu s IP adresou uzla jednoznane identifikuje RREQ paket. Zdrojov uzol do RREQ paketu prid aj poradov slo, ktor m pre cieov uzol. Prechodn uzly mu na RREQ odpoveda, iba ak maj cestu do ciea s poradovm slom rovnm alebo vm ako tovRREQ. Poas posielania paketu RREQ alej si uzly zapisuj adresu prvho uzla odkia tento paket dostali, m si zachov informciu o sptnej ceste. Ak RREQ prijme od nejakho alieho uzla, tak ho zahod. Ak sa naraz na uzol, ktor pozn cestu do ciea alebo cieov uzol, tak tento pole nasp route reply (RREP) sprvu. Tuto sprvu pole po ceste, ktor m zaznamenan. Poas posielania RREP si jednotliv uzly zaznamenvaj tto cestu do svojich tabuliek. Tento postup je znzornen aj na Obrzku 5 asti b. AODV podporuje iba symetrick cesty,pretoeRREPjeposlanpotejceste,zktorejpriloRREQ. AODV pouva aj hello pakety, pomocou ktorch zisuje existenciu svojich susedov. Tieto sprvy mu obsahova informcie o inch uzloch, o ktorch odosielate poul, m zvyujeinformovanosuzlovosvojomokol.[5]

36

Obrzok5:zisovaniecestyvAODV[5]

DSR (Dynamic Source Routing) Uzly v tomto protokole si udruj pam, ktor obsahuje zdrojov cesty, o ktorch vie dan uzol. Zznamy v tejto pamti s aktualizovan vdy, ke sa uzol nau nov cestu. Tento protokol pozostvazdvochhlavnchinnostatozisovaniecestyajejudriavanie.

37

Obrzok6:VytvoreniecestyvDSR[6]

Ke chce uzol posla paket a nem v pamti neprepadnut cestu do ciea, tak zane proces zisovania cesty. Vyle broadcastovo route request paket. Tento obsahuje adresu ciea, adresu zdroja a uniktne identifikan slo. Kad uzol, ktor dostane tento paket, skontroluje, i nepozn cestu do tohto ciea a ak nie, tak prid svoju vlastn adresu do zznamu cesty v pakete a pole ho alej. Ak uzlu prde znova tak ist paket z inho smeru, tak ho jednoducho zahod. Ke sa njde uzol, ktor m neprepadnut cestu do ciea alebo je cieov, tak pole route reply paket po ceste, ktor bola zaznamenan v route request pakete. Ak uzol, ktor odpoved je hadan cieov uzol, tak vlo zaznamenan cestu z route request paketu do jeho odpovede. Ak to nie je cieov uzol, tak do odpovede spoj cestu z route request spolu s jeho cestou v pamti. Odpove cestuje bu po symetrickej ceste k iadosti, alebo ak m odpovedajci uzol v pamti cestu k zdrojovmu, uzlu pole odpove tou. Tento proces je zobrazenajnaobrzku6. drba njdench ciest sa rob pomocou route error paketov, ktor uzly posielaj ke narazia na problm v prenose. Ke uzol prijme takto paket, tak vetky cesty, ktor obsahuj dan problmov uzol sa upravia, tak e cesta v pamti sa od tohto bodu alej usekne. alej sanaovereniesprvnehofungovaniapouvajpotvrdzovaciepakety.[6][7]

38

SSR (Signal Stability Routing) Tento protokol vyber cesty na zklade sily signlu a stability uzla. Takto sa zvol cesta, ktor je potencilne stabilnejia. SSR sa d rozdeli na dva spolupracujce protokoly. Dynamick smerovacprotokol(DRP)astaticksmerovacprotokol(SRP).

DRP je zodpovedn za drbu tabuky stability signlu (SST) a smerovacej tabuky (RT). V SST sa zaznamenva sila signlu k susednm uzlom. Sila signlu je zisten periodickmi signalizciami na linkovej vrstve od susednch uzlov a m hodnotu siln alebo slab. Vetky prenosy s prijat a spracovan pomocou DRP. Ke sa aktualizuj vetky potrebnzznamyvtabukch,takprevezmeprijatpaketSRP.

Ak uzol, ktor paket prijal, nie je cieom paketu, tak prehad svoju smerovaciu tabuku a paket potom pole alej poda zznamu v nej. Ak v tabuke nenjde iadny vyhovujci zznam, tak zane proces hadania cesty. Do siete sa rozria iadosti o njdenie cesty, ale pol sa alej iba ak boli prijat po silnej linke a neboli u raz spracovan. Ke cie prijme tuto iados, pole nasp odpove. Uzly, cez ktor odpove cestuje si upravia smerovacie tabuky. Ak sa do uritho asu nenjde iadny cie, tak sa pole nov iados o njdenie cesty, tento raz s flagomznaiacim,esamupouvaajlinkysoslabmspojenm.

Ak sa po ceste zist preruen spojenie, tak uzol, ktor toto preruenie zistil pole chybov sprvu zdroju s informciou, ktor uzol zlyhal. Zdroj potom zane nov proces hadania cesty a tie pole aj mazaciu sprvu. Tto sprva upozorn vetky uzly na toto preruenspojenie.[8]

Porovnanie smerovacch protokolov Vo veobecnosti s reaktvne smerovacie protokoly efektvnejie ako proaktvne. Reaktvne protokoly minimalizuj premvku a spotrebu energie, nakoko cesty s vytvran, iba ke s potrebn. Proaktvne protokoly vyaduj periodick aktualizcie, aby si udrali aktulnos svojichzznamov,vktorchmubyajcesty,ktornikdynebudpotrebn. Proaktvne protokoly poskytuj lepiu kvalitu sluieb, lebo ich cesty s udrovan a vdy aktulne. Pri reaktvnych mus zdrojov uzol aka, km sa zist cesta k cieu. Toto oneskorenie jeneiaduceprikomunikciivrelnomase,akojevideohovoralebotelefont.

QoS Na to, aby sa umonilo QoS v AdHoc sieach je potrebn spoluprca ich viacerch komponentov. QoS model pecifikuje, ktor sluby maj by v sieti dostupn. QoS smerovac protokol had cestu s dostatonmi podmienkami pecifikovanmi QoS modelom. QoS MAC protokol riei problmy sporov na prenosovom mdiu. QoS signalizan protokol rezervuje zdrojepocestevybranejsmerovacmprotokolom.CiemiQoSsmerovaniaje:

Vybranie jednej alebo viac ciest, ktor maj dostaton zdroje, aby splnili poiadavky QoSnaspojenia

39

PoskytninformcieocestepremechanizmusriadeniaprstupuDosiahnuceloplonefektvnevyuitiezdrojov

Vzvou QoS v AdHoc sieach je implementovanie tejto funkcionality s obmedzenmi zdrojmi v neustle sa meniacom prostred. Na podporu QoS musia by dostupn informcie o oneskoren, rke psma, stratovosti paketov, kolsavosti odozvy a chybovosti spojenia. Zskanie tchto informci a ich spravovanie nie je jednoduch, pretoe, naprklad, kvalita signlu sa men s okolitm prostredm a jednotliv uzly s v pohybe. m via je tto sie, tm je aie zisti potrebn a aktulne informcie. alm problmom je obmedzenos zdrojov, ako s vdr batrie a rka prenosovho psma. QoS smerovanie me by efektvnejie v sieachsnerovnomernouzaou. Aj ke QoS zv vkon siete, je mon, e cena tohto zlepenia je privysok. Oproti klasickm QoS, maj QoS v AdHoc sieach dva cenov faktory naviac. Konkrtne je to vpotov cena a reijn nklady. Vpotov cena preto, lebo zariadenia maj obmedzen vpotov kapacitu a tieto vpoty s aj energeticky nron. Reijn nklady s dleitm faktorom,kvlivekmpotomaktualizanchsprvpotrebnchnaudranieQoS.[9]

QoS a spotreba energie Sprva spotreby energie je dleitou sasou v AdHoc sieach. V sasnosti kontrola spotrebyenergiejevAdHocsieachrealizovantromaspsobmi[10]:

NjdenieoptimlnejsilyvysielanianazachovaniespojeniaNavrhnutieefektvnehosmerovaciehoprotokoluUmonenieuspaniauzlovsietevprpadeneinnosti

Broadcast odosielanievetkmismermiFlag zznam,ktormemahodnotu0alebo1AODV AdHocsmerovaniepodavzdialenostnhovektoranapoiadanie(AdHoc

OnDemandDistanceVectorRouting)BID Identifikanslobroadcastu(BroadcastID)CGSR Prepnansmerovaniezvzkovchbrn(ClusteredGatewaySwitchRouting)DRP Dynamicksmerovacprotokol(dynamicroutingprotocol)DSDV Cieovosekvennsmerovaniepodavzdialenostnhovektora

(DestinationSequencedDistanceVectorRouting)DSR Smerovaniedynamickhozdroja(Dynamicsourcerouting)IP InternetprotocolLCC najmeniazmenazhluku(LeastClusterchange)MRL Zoznamretransmisisprvy(Messageretransmissionlist)QoS Kvalitasluieb(Qualityofservice)PAN Osobnsie(Personalareanetwork)RREP Odpovenacestu(RouteReply)RREQ iadosnacestu(RouteRequest)RT Smerovaciatabuka(RoutingTable)SRP Staticksmerovacprotokol(staticroutingprotocol)

40

SSR Smerovaniepodastabilitysignlu(signalstabilityrouting)SST Tabukastabilitysignlu(signalstabilitytable)VANET AutomobilovAdHocsie(VehicularAdHocnetwork)WRP Bezdrtovsmerovacprotokol(Wirelessroutingprotocol)Rezervovaniekanlapomocoukontrolnchsprv:

RTS (request to send) sprvy vysiela iada prijma o prvo vysiela pomocou krtkehoRTSpaketupredvyslanmdtovhopaketu

CTS (clear to send) sprvy prijma garantuje prvo vysiela, akonhle je pripraven naprjem

Problmyprstupuvadhocsieti problmskrythouzla(hiddennodeproblem)

problmblokovanhouzla(exposednodeproblem)

uzolDchcevysladajedouzlaC,pretovyleRTSdouzlaC uzolCodpovedsprvouCTS,mzablokujeuzolB uzolAchcevysladajedouzlaB,vyleRTSdouzlaB uzolBnemeodpovedasprvouCTS uzolAtedanemeposladajedouzlaBnapriektomu,eby neruilkomunikciuzDdoC

problmblzkehoalebovzdialenhouzla

uzolAajBvysielarovnakmvkonom signluzlaBprehlusignloduzlaA uzolCnemmonoszistittokolziu

41

ak by bol uzol C zkladov stanica, nedoke uplatni princp spravodlivho zdieaniakanla

problm je kritick pri CDM potreba riadi vkon (UMTS ho prispsobuje 1500 krt/s)

[BKSprednaskyhlavne3]

42

12. Genercie mobilnch siet [https://dl.dropboxusercontent.com/u/22911024/12.otazka.docx]jetokusokzmojejDP

GSM GloblnysystmpremobilnkomunikcieGSM(GlobalSystemforMobileCommunication)sazaraujemedzinajpouvanejieanajpopulrnejiesvetovtandardypremobilnkomunikcie.

Tento tandard bol navrhnut intittom ETSI (European Telecommunications Standards Institute) a opisuje vetky protokoly vyuvan v druhej generci digitlnych celulrnych sieach. Bol navrhnut, aby nahradil prv generciu analgovch celulrnych siet. VrmciEurpybolipreGSMvylenenfrekvennpsma900MHza1800MHz[8].

Mobiln sie 2G Klasick 2G je charakteristick prepnanm okruhov v sieti optimalizovanm pre plne duplexn telefnne hovory. V priebehu asu zaznamenal tento tandard viacer rozrenia hlavne v rmci dtovej komunikcie. Jednalo sa predovetkm o transport dtovch paketov cez GPRS (General Packet Radio Services) a neskr EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution). Pre2Gmobilnsiestypick3tandardy:

CSD (Circuit Switched Data) je najstarou z uvedench metd v 2G sieach na prenos dt.Naprenosdtvyuvatechnolgiuprepojovaniaokruhov.

GPRS predstavuje technolgiu, ktor zabezpeuje prenos dt a pripojenie k Internetu pre pouvateov GSM mobilnch telefnov. Podstatou tejto sluby je u paketov prepnaniev sieti. GPRS je asto oznaovan ako 2,5G technolgia na rozhran 2G a 3Gsieti.

EDGE je povaovan za al vvojov stupe, respektve technolgiu v GSM sieach. Oproti GPRS poskytuje viacero vylepen, vaka ktorm poskytuje efektvnej prenos dt. Hlavnm vylepenm je pouitie 8PSK modulcie, ktor umouje prenos a troch informanch bitov pomocou jednho symbolu na rdiovej vrstve, nakoko modulcia v GPRS umoovala prenos iba jednho informanho bitu. Rozdiel v modulci je vidno naobrzku1[8].

43

Obr.1porovnaniemodulcisystmovGPRSaEDGE

truktra 2G siet 2G sie sa sklad z niekokch funknch blokov, ktor maj pecifick funkcie a rozhrania (Mobile Station, Access Network, Core Network). Na obrzku 2 je znzornen 2G mobiln sie, uspodporouGPRS.

Ako vidno z obrzku as Mobile Station predstavuje koncov zariadenia zo strany pouvatea. Pozostva z mobilnho zariadenia (MT) terminlu a z ipovej karty SIM (Subscriber Identity Module). Mobiln GSM zariadenie je jednoznane identifikovaten na zklade jeho IMEI (International Mobile Equipment Identity). SIM karta taktie obsahuje jedinen identifiktor IMSI (International Mobile Subscriber Identity). Niie je uveden truktrajednotlivchidentifiktorov.

TAC(TypAppprovalCode) FAC(FinalAsseblycode) SNR(SerialNumber) SP(Spare)

IMEI

MCC(MobileCountryCode)

MNC(MobileNetworkCode)

MSIN(MobileSubscriberIdentificationNumber)

IMSI

Obr.2truktra2GsietispodporouGPRS

alm modulom siete je Access Network, ktor zabezpeuje rdiov spojenie s mobilnm zariadenm. Poskytuje rozhranie medzi modulmi Mobiln zariadenie (Mobile Station) a Jadro

44

siete (Core Network). Prstupov sie sa nazva v tomto prpade GERAN. Ako vidno z obrzku 2,jezloenzdvochast(BTSaBSC).BTS (Base Transceiver Station) zariadenie, ktor zabezpeuje bezdrtov komunikciu medzi Mobile Station (v tomto prpade Mobile Equipment) a Core Network. Konkrtne sa jedn o zariadenie, ktor ifruje a deifruje komunikciu, filtruje spektrum. Typicky m viacero vysielaov (najastejie 3 v 120stupovch uhloch, aby sa pokrylo celch 360 stupov v okol BTS),ktordokuobsluhovaastibunkynarznychfrekvencich[8].BSC (Base Station Controller) zariadenie, ktor riadi a spravuje rdiov zdrojeviacerch BTS stanc. Taktie preklad 13 kilobitov hlasov kanl rdiovho spojenia na tandardn 64 kilobitov kanl vyuvan v ISDN alebo PSTN (Public Switched Telephone Network). Uvouje a prirauje frekvencie a asov seky pre MS. Vyleuje potrebn asov seky medzi BTS a MS. Taktie prerozdeuje frekvenciu medzi viacer BTS. Zabezpeuje asov a frekvenn synchronizciuameriaasovoneskorenieprijmanchsignlovodMS[8].

Tretm modulom siete je Core Network. Predstavuje hlavn as, v ktorej sa vykonva prepnanie hovorov medzi mobilnm pouvateom a inm mobilnm alebo pevnm pouvateom. Taktie zabezpeuje manament mobilnch sluieb. Pozostva z nasledujcich ast:MSC (Mobile Switching Service Center) stredn sas danej asti siete. Vykonva spomnan prepnanie hovorov medzi mobilnmi a inmi mobilnmi i pevnmi astnkmi v sieti. Okrem prepnania vykonva riadenie mobilnch sluieb ako registrcia, autentifikcia, smerovaniehovorovnaroamingovchpouvateov,aktualizciapolohyasignalizcia[8].VLR (Visitor Location Register) predstavuje databzu s doasnmi informciami o astnkovi / predplatiteovi (subscriber), ktor s potrebn pre MSC. VLR je takmer vo vine prpadov integrovan do MSC. Ak sa MS presunie do oblasti s inm MSC, VLR z novej oblasti poiada HLR (Home Location Register) o daje pre dan MS. Neskr, ak MS bude chcie vyuva sluby siete, bude ma VLR dostaton daje pre nastavenie danej sluby bez toho, aby op museloiadainformciezHLR[7].HLR (Home Location Register) predstavuje databzu pre ukladanie a manament astnkov /predplatiteov. S v nej uloen trval daje o astnkoch, vrtane ich profilov pre jednotliv sluby, informcie o polohe a in. Preto sa povauje za najdleitejiu databzu v jadre sieti. Naprklad ak jednotlivec kpi sluby v podobe SIM karty, vetky informcie o om sa zapu do HLRjehoprevdzkovateadanejsluby[7].EIR (Equipment Identity Register) databza, ktor obsahuje zoznam vetkch platnch MS v sieti.MSsjednoznaneidentifikovanprostrednctvomichIMEI[8].

45

AuC (Authentication Center) predstavuje databzu, ktor obsahuje kpiu skromnho ka uloenho na SIM karte kadho astnka. Nakoko tento k sa pouva na overenie a ifrovanierdiovhokanla,musbydatabzadostatonechrnen[8].CSMGW (Circuit Switched Media Gateway) Zariadenie zodpovedn za riadenie bearerov (nosiov). Bearer v telekomunikanom odvetv je najastejie protokol alebo sluba, ktor umouje prenos informanch signlov medzi sieovmi rozhraniami. Poiadavky na riadenie bearerov s nastaven v MSC. CSMGW dostane tto informciu cez ich vzjomn rozhranie a nsledne mus uri, i je mon vytvori bearer v slade s parametrami stanovenmi v QOS. Okrem riadenia bearerov taktie ukonuje kanly jednotlivch bearerov. To sa hlavne pouva v sieti, kedy s pouit viacer technolgie (napr. ATM a IP cez Ethernet ATM bearer kon MGW a nsledne tu zana IP bearer). alou lohou je konverzia mdi, hlavne hlasu pri prstupovej sieti UTRAN, kde hlas me by vysielan pri 64kbps, ale rdiov rozhraniejeschopnpracovalens12kbps[8].GMSC (Gateway Mobile Switching Service Center) uzol, ktor sli na prepojenie dvoch siet (opertorov).Uzly SGSN a GGSN boli neskr doplnen ako rozrenie funkcionality pre GPRS a EDGE technolgie.Ichdetailnejpopisjeuvedenniievopisetruktry3Gsieti.

Mobiln sie 3G 3G je skratka pre tretiu generciu mobilnch telekomunikanch technolgi. Je zaloen na skupine tandardov vyuvanch pre mobiln zariadenia a mobiln telekomunikan sluby. Hlavnm rozdielom oproti klasickej 2G sieti je paketov prepnanie v sieti. Uplatnenie dosahuje hlavne v hlasovej telefnii, mobilnom internete a dtovch slubch ako naprklad TV v mobile i video hovory. tandard poskytuje v rmci sieti vmenu dt s minimlnou rchlosou aspo 200 kbit/s. Maximlna rchlos dosahuje hranice niekokch Mbit/s. Pre 3G bola vymedzen rka psma v rozsahu od 400 MHz do 3 GHz. 3G siete nevyuvaj rovnak frekvencie ako 2G, take opertory pri nasadzovan 3G technolgi musia stava nov asti siet a tm aj zska licenciunanovfrekvencie[7].Pre3Gstypick2tandardy:

UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) vyvinut a spravovan intitciou 3GPP. Vyuva technolgiu irokopsmovho CDMA (Code Division Multiple Access) na rdiovom rozhran, a preto ponka vyiu spektrlnu innos a rku psma pre mobilnch opertorov. UMTS pecifikuje sie, ktor zaha prstupov sie typu UTRAN. Na rozdiel od EDGE, UMTS vyaduje nov zkladov stanice a nov prideovanie frekvenci. Maximlna rchlos dtovho prenosu sa odhaduje na pribline 42Mbps.

HSDPA (High Speed Download Packet Access) znmy tie ako 3.5G. Vyvinul sa s jeho predchodcu UMTS. V sasnosti rchlos HSDPA sa v rmci Slovenskej republiky pohybuje okolo 42 Mbit/s. Vyuva technolgie ako FDD (Frequency Division Duplex) a TDD (Time Division Duplex). Disponuje HARQ (hybridn automatick poiadavka na

46

opakovanie prenosu). Zsadn zmeny v porovnan s UMTS sa vykonali v rdiovej asti siete. Hlavnou z menou, ktor prispela k zneniu latencie a zrchleniu toku dt bolo presunutie niektorch loh z RNC na NodeB. Nakoko je v sieti pouit irokopsmov viacnsobn prstup s kdovm delenm (WCDMA Wideband Code Division Multiple Access) je mon ponka maximlnu rchlos pre jednu bunku do 14,4 Mbit/s. Tto rchlos je vak teoretick a mon dosiahnu iba ak by bol v bunke jeden mobiln terminl a naraz pouval vetkch 15 dostupnch asovch slotov a tm by vyuval cel kapacitu danho sektoru. V sasnosti vaka zvenm modulcia a vkonnejm antnam je v rmci HSDPA mon dosahova aj vie rchlosti, no vsledky experimentovuspadajpodtvrtgenerciusiet.

truktra 3G siet Na obrzku 3 je zobrazen truktra 3G siete. Na prv pohad sa vemi neli od 2G s podporou GPRSaleboEDGE.RozdieljehlavnevnovejprstupovejsietiUTRAN[16].

Obr.3truktra3Gsieti

Modul prstupovej siete (Access Network) je v naom prpade UTRAN a pozostva z dvoch ast:NodeB predstavuje zkladov stanicu, ktor komunikuje priamo s MS cez rdiov rozhranie a tm tvor rozhranie medzi MS a jadrom siete. Na rozdiel od BTS v 2G,NodeB vyuva WCDMA ako technolgiu vzdunho rozhrania. Rovnako ako v 2G BTS, tak aj NodeB obsahuje rdiov vysiela aj prijma. NodeB m minimlnu funkcionalitu a je riaden RNC (Radio Network Controller). Vo vvojovom stupni HSPDA je vak u as funkcionality rieen priamovNodeBkvliniejdobeodozve[7].NodeBvykonokremtohonasledujcefunkcie:

Distribcia makrodiverzity (kombinovanie signlov prichdzajcich z viacerch ciest vplyvom viaccestnho renia signlu) / Soft Handover (prechod medzi bunkami siete, priomsafrekvencianemen)

Detekciachybovostinatransportnchkanlochaindikciavymvrstvm FECkdovanie/dekdovanie Multiplexovanie/demultiplexovanie

47

Modulcia/demodulcia Kombinovaniefyzickchkanlov Frekvennaasovsynchronizcia Rdiovmeraniaaindikciedovychvrstiev

RNC (Radio Network Controller) ovlda jeden alebo viacero NodeB. Je porovnaten s BSC v 2Gsieach.MebypripojenkMSCalebokSGSN.RNCvykonvanasledujcefunkcie:

RiadeniejednotlivchNodeB(prevdzkaadrbazdrojov) Plnovaniesystmovchinformci Manamentpremvkyspolonchkanlov KombinovanieMakrodiverzitytokovdtcezniekokoNodeB RiadenieDLvkonu Riadeniereportov Manamentpremvkyzdieanchkanlov[7]

SGSN (Serving GPRS Support Node) centrlny uzol v paketovoprepnanej sieti. Obsahuje dvatypyinformci:

Informciepredplatitea:oIMSIodoasnidentityoPDPadresy

InformcieopoloheoVLRslooadresukadejGGSNprekadexistujciPDPkontextobunkualeboslosmerovacejoblasti,kdejeMSregistrovan

SGSN doruuje pakety do jednotlivch mobilnch stanc v nadvznosti na ich prevdzkov zemie. SGSN posiela dotazy do registra databz HLR kvli zskaniu dt o profile GPRS uvatea. SGSN njde nov mobiln stanicu v nadvznosti na zemie, v ktorom sa uvate nachdza, nsledne prebehne registrcia novho mobilnho uvatea a zpis jeho polohy v danejlokalite.TietofunkcievykonvaSGSNvmomente,akosauvateprihlsi,iodhlsi.SGSN star sa o mobilitu, manament IP relci, smerovanie paketov z RAN na GGSN pripojeniepouvateovdoexternchsiet.Medzijejhlavnfunkciepatr:

NAC (Network Access Control) registrcia, autentizcia, autorizcia, kontrola oprvneniaprstupu,zbieraniedveryhodnchinformci

Riadeniemobility(MobilityManagement)oudrujeinformcieoaktulnejpoloheMSvrmciPLMNo zkladn procedry mobility (attach, detach, RAupdate, Service request, Security

functions)o rozren procedry mobility (SRNS relocation (Serving radio network subsystem),

InterSGSNRAUpdate) Zabezpeovanie spojenia (Session Handling) PDP Context

aktivcia/deaktivcia/aktualizcia,zabezpeovanieQOS prenospaketovasmerovanieprekladadries,mapovanie,zapuzdrenie,tunelovanie

48

spoplatovaniesluieb+predplatensluby SMS zkonnodpovanie(lawfulInterception)[7]

GGSN (Gateway GPRS Support Node) zodpoved GMSC v okruhovoprepnanch sieach. Zatia o GMSC smeruje iba prichdzajcu premvku, GGSN mus smerova aj odchdzajcu premvku. GGSN predstavuje prepojenie paketovch dtovch siet s ostatnmi sieami na bze IP cez PLMN chrbticov sie. GGSN zskava tieto informcie od HLR a z SGSN. Jej lohou je prenos paketov a smerovanie, preklad adries, mapovanie, zapuzdrovanie, tunelovanie a presadzovanie politiky v sieti. Prostrednctvom nej s realizovan fakturovan a predplatnsluby.[7]Udriavanasledujcedta:

InformciepredplatiteaoIMSIoPDPadresy

InformcieopoloheoadresuSGSN,kdejeMSregistrovan[7]

HSS(HomeSubscriberServer)plnrovnaklohyakoHLRv2Gsieach.

Mobiln sie LTE (Long Term Evolution) Technolgia bene oznaovan ako 4G. Jedn sa o tandard pre vysokorchlostn bezdrtov komunikciu pre mobiln telefny a dtov terminly. Zklady m postaven na existujcich 3G tandardoch ako UMTS a HSDPA. V porovnan s nimi m vak zven kapacitu a rchlos a to vaka novmu rdiovmu rozhraniu a celkovmu zlepeniu mobilnej siete. Technolgia LTE je nezluiten s 2G a 3G, a preto mus by prevdzkovan na odlinom bezdrtovom spektre. LTE pecifikcia poskytuje vrchol tania dajov a do 300 Mbit/s a zapisovania dajov (uploadovania) do 75 Mbit/s. QOS stanovuje prenosov latenciu meniu ako je 5 ms. LTE podporuje multicastov a broadcastov streamovanie, taktie vborne zvlda spravovanie rchlo pohybujcich sa mobilnch zariaden. rka psma pre LTE sa pohybuje v rozmedz 1,4MHz a 20MHz. Taktie podporuje FDD (Frequency division duplexing). Jadro siete zaloen na bze IP sa nazva EPC (Evolved Packet Core) a je navrhnut tak, aby nahradilo jadro siete v GPRS. Prstupov sie v LTE m nzov eUTRAN. Rdiov rozhranie je taktie paketovoprepnan. Podstatnou zmenou oproti 3G je oddelenie toku riadiacich a signalizanchinformciodtokuuvateskchdt[6].

truktra LTE siet PrstupovsieeUTRANpozostvaibazpozemnchstancnazvancheNodeB.SpracovvardiovkomunikciumedzimobilnmizariadeniamiaEPC.KadeNodeBjezkladovstanica,ktorriadimobilnstanicevjednejaleboviacerchbunkch.Mobilkomunikujeibasjednouzkladovoustanicouajednoubunkouvase,takeeUTRANniejeekvivalentnsosofthandoverzUMTS[15].eNodeB pln dve zkladn funkcie. Odosiela rdiov prenosy vetkm jeho mobilnm zariadenia na downlinku a prijma prenosy od nich na uplinku. Vyuva funkcie analgovho a

49

digitlneho spracovania signlu. Druhou funkciou je riadenie prevdzky svojich pripojenm zariaden na nzkej rovni. To znamen, e zasiela im signalizan sprvy ako s handover prkazy, ktor sa vzahuj tmto rdiovm prkazom. Pri vykonvan tchto funkci eNodeB kombinuje funkcie svojho predchodcu NodeB a RNC kvli zneniu latencie, ktor vznik vmenouinformcimedzimobilnmzariadenmasamotnousieou[6].

Obr.4truktraLTEsiete

HSS (Home Subscriber Server) centrlna databza, ktor obsahuje informcie o vetkch astnkochprevdzkovateasiete.Plnrovnaklohuakov3Gsieach.PGW (Packet Data Network Gateway) bod, ktor tvor brnu medzi EPC a vonkajm svetom. Cez rozhranie SGi sa vymieaj dta s externmi zariadeniami alebo inmi paketovodtovmi sieami ako je naprklad internet alebo nejak IP multimedilna podsie. Kad pripojen paketov dtov sie je identifikovan svojim APN (Access Point Name). Opertor siete zvyajne pouva hstku odlinch APN, naprklad pre jeho vlastn serveri a jeden pre internet. Kadmu mobilu je priraden predvolen PGW, ke sa prvkrt zapne, m si zska vdy konektivitu k vchodiskovej PGW ako je internet. Neskr me by priraden k alm PGW ako naprklad skromn i firemn siete. Kad PGW zostva rovnak po cel as dtovho pripojenia. V rmci PGW je uskutoovan riadenie prstupu, filtrovanie paketov pre pouvatea, tovanie (za tmto elom komunikuje s uzlom PCRF aby sa zistilo, ak oprvnenia konkrtny zkaznk m). PGW zodpoved entite GGSN v architektre preRelease8[6].SGW (Serving Gateway) navonok sa jav ako smerova, pretoe posiela dta medzi zkladovmi stanicami a PGW. Predstavuje rozhranie medzi jednotlivmi eNodeB a samotnm jadrom siete. Typick LTE sie me obsahova viacero SGW, z ktorch kad sa star o mobiln zariadenia v uritej geografickej oblasti. Kad mobil je priraden k jednej SGW, no poas zmeny polohy sa me meni aj SGW pre dan mobil. SGW m na starosti uvatesk rovinu prenosu dt a taktie zodpoved za handover medzi susednmi eNodeB. Monitoruje a spravuje kontext informci spojench s mobilnm zariadenm poas kudovho

50

reimu, ale i prpade e sa vytvra spojenie smerom k mobilnmu zariadeniu. V prpade, e spojeniekmobilujepreruen,lohouSGWjezreplikovauvateskprenosdt[6].MME (Mobile Management Entity) riadi prevdzku na vysokej rovni (highlevel). Posiela signalizan sprvy o otzkach ako je bezpenos a riadenie dtovch tokov, ktor s nezvisl na rdiovej komunikcii. Typick LTE sie me obsahova viacero MME uzlov, z ktorch kad sa star o urit geografick oblas. Kad mobil je priraden prve k jednmu MME uzlu. MME taktie riadi ostatn prvky siete signalizanmi sprvami. Star sa o signalizan a riadiace funkcie dleit pre pripojenie mobilnho zariadenia do siete, prideovanie zdrojov siete a riadenie mobility zariaden v sieti, teda paging, roaming a handover. Podliehaj mu vetky zkladov stanice eNodeB a to je podstatn rozdiel oproti 2G a3G,kdesaotostaralaplatformaRNCaleboSGSN.MedzihlavnfunkcieMMEpatr:

Bezpenostn postupy, predovetkm autentifikcia koncovho pouvatea, inicializciaazjednvanieifrovaniaaintegritaochrannchalgoritmov.

Riadenie relci (sessions) medzi mobilnm zariadenm a sieou, tka sa to vetkch signalizanch procedr pouvanch k zostaveniu paketovho dtovho kontextu a vyjednaniestmsvisiacichparametrovakojeQOS.

Manament polohy mobilnho zariadenia v stave IDLE. Sledovanie jeho pohybu v oblasti[6].

PCRF (Policy and Charging Rules Functions) zabezpeuje funkcie pre tovanie a riadenie prstupukslubm.

51

13. Formlna pecifikcia sprvania sa slicovch systmov Metodikanvrhusystmov:

zadanietvorbapecifikciesozadanmiparametramipecifikciafunkcieasovaniaverifikciapecifikcietvorbaimplementanejtruktryvdanomprostredimplementciaverifikciaimplementcie

Nvrhzhoranadol:systmovrovejazykySDL(HSSL,SystemC,HandelC)RTLroveRegisterTransferLevelnvrhovjazyky(Verilog,VHDL)

pecifikciad.s.formlnyopissprvaniasaalebotruktryTransformcie:analzazotruktrnejnabehavioristickSyntzazbehavioristickejnatruktrnuHSSLjazykagentreprezentciaFSM,opisujeiastkovsprvanievd.s.vkonenomasovomintervaleprocesvyjadrujespriahnutieagentov

[otazky.txt]Charakteristikadigitlnehosystmud.s.jedynamicksystmsovstupnmi,vasepremennmiveliinami,vstupnmipremennmiveliinamiasprostredkujcimivntornmi(stavovmi)premennmi.Udalostizmenyhodntpremennchupto,downfromasovacieudalostidefinujdiskrtnabodyasu(up(CLK=1,i)presynchrnne,ubovonpreasynchrnne)asovankomunikanslovo(v1e1h1)...(vieihi)vivstupnvektor,hivstupnvektor,eiasovaciaudalosKomunikanmnoinaobsahujevetkykomunikanslov,ktorvsystmemunastapecifikcia:sprvania,truktryProcesord.s.,ktorprijmaintrukcieadajezokoliaaspracujeprijata/alebovlastndajepredpsanmspsobom(algoritmom).Vsledndajesavracajdookolia.Obrzokriadiacejaoperanejasti(2.slajddruhejastiprednokzNDS)Aktvny/pasvnyprocesorRJaktvnehovyberintrukciezvonkajejpamti,pasvnydostvaintrukcieMetodikanvrhusystmov:zadanie>tvorbapecifikciesozadanmiparametrami>pecifikciafunkcieasovania>verifikciapecifikcie>tvorbaimplementanejtruktryvdanomprostred>implementcia>verifikciaimplementcieNvrhzhoranadol:systmovrovejazykySDL(HSSL,SystemC,HandelC) RTLrovenvrhovjazyky(Verilog,VHDL)pecifikciad.s.formlnyopissprvaniasaalebotruktryTransformcie:analzazotruktrnejnabehavioristick

52

SyntzazbehavioristickejnatruktrnuHSSLagentreprezentciaFSM,opisujeiastkovsprvanievd.s.vkonenomasovomintervale procesvyjadrujespriahnutieagentovAlgebraagentovmnoinaagentovMA,opercie.zreazenie,+alternatva,||paralelnspriahnutie,NAnulovagent:NA.A=A.NA=A,A+B=B+A,A.(B+C)=A.B+A.C,(B+C).A=B.A+C.A,A.(B||C)=A.B||A.CAgent:KMkomunikanmnoina,operanstav,koncovoperanstav,gfunkcianastavujcakoncovoperanstavpodrobnejiesamidotohonechcelovtaAkcievektory(veh)vagentoviFormulapostupnosakciivagentovi?dsaznejvytvoriprechodovtabuka,asovpriebehastavovstrojJednoduchagentmprveibajedenvstupnvektoramax.jedenvstupnvektorJednocyklovagentjednoduchagent,ktorhokomunikanslovmajdku2PrzdnyagentEAjednocyklovagent,ktornevykoniadnespracovanieinformcieProcesyprocesnformulydefinciajerekurzvna(aleprlimatematick,takejunejdempsa,prednkyNDS4.as2.slajd)InterpretciaformulyvvojovmdiagramomVzahagentproces:KonenprocesPimplementujeagentAanaopakagentAjepecifikciouprocesuP.ProgramovschmakonenpostupnosoznaenchprkazovZreazenieagentovobrzok(prednkyNDS4.as10.slajd)pecifikciaasovaniadisciplnaasovaniaasovaciepravidl:

oneskorenie(del,delm) Obmedzenia(aft,afto,bef,befo) Stabilitasignlu(stb,stbi,stbe)Zpispecifikciesystmudajovtypy,porty,operstav,start...procesy,agenty,retrikciaMetdanvrhuodpecifikciekrovniRTLPrstupknvrhurozkladnamoduly(napr.RaO)Zjemovanieprimrnejpecifikcie>mikrooperciemikroprogramu>syntzanarovniRTL,prikadomzjemnenverifikciaGTUgraftokudajovGTRgraftokuriadeniavyjadrujespriahnutieoperciidogloblnehoprocesuMikroporogamovriadiacejednotkavykonvajprogramuloenvpamtivoformepostupnostiexplicitnevytvorenchmikrointrukcii[DropBox14.doc]

53

14. truktrna implementcia optimlnych operanch ast //MP:potomsemnepatriatievecicosuvypracovanev15.doc>tamjetozleakomisiavrajnechcepocutveciodtial(platiajpreotazku15)Metda nvrhu operanej asti (O) a riadiacej as5 (R) sa znane odliuje. Pri nvrhu O vychdzame z tzv. toku dajov (dt), v ktorom je explicitne, vhodnm spsobom, vyjadren sekvencia a sbenos exekcie agentov (alebo operci nad ich vstupnmi a operanmi stavovmi premennmi) v jednotlivch riadiacich cykloch prebiehajcich v O pri exekci jednotlivch procesov. Z toku dajov priamo vyplvaj dajov (vstupnovstupn) prepojenia agentov (operci). Z poznania toku dajov a jeho zpisu (obvykle vo forme grafu) mono zostavi truktru O (t.j. vybra prslun funkn a in prvky a zostavi ich prepojenie) a optimalizovasyntzuOacelejprimrnejarchitektry.Syntza operanch ast (O) predstavuje npl jednej asti procesu nvrhu truktrnej implementcie primrnych architektr pozostvajcej z dvojice (O, R). Vchodiskom je (cieov) pecifikcia systmu, cieom je truktrna implementcia O. Vstupnou informciou nvrhu takejto implementcie je mnoina procesov, alebo tzv. globlny proces, ktor sa inicializuj zo tartovacieho mechanizmu pecifikcie. Pri vykonvan PS sa na O dosahuje pecifikovan spracovanie informcie. V naich prkladoch mono globlny proces extrahovaazostavizopecifikcie.GloblnyprocesPSvyjadrujecelkovsprvaniesystmudancieovoupecifikciouatoopisnmiprostriedkamijednhoprocesu.Obsahujeagenty(obvyklemikroopercie)definovannasystme(akocelku,iernejskrinke,bezvyjadreniainformcieoobvodovejtruktre).

ProstriedkamireprezentcietruktryOagloblnehoprocesuPs,sktormisaprinvrhuvpraxinajastejiepracuje,sdvaorientovangrafy,vyjadrujcepriamotzv.tokdajovatokriadeniavnavrhovanomsystme.Tokdajovchpemeakosborfunknchzvislostmedzipremennmi,nositemidajov(t.j.medzioperandamivstupnmidajmialebodajovmikontantamiavsledkamivstupnmidajmi)atedasborvziebmedzipremennmi,dajovmikontantamiaoperciami.Opercieobsiahnutvtokudajovsobyajnealebojednoduchfunkcie(vyjadrenopertormi+,,*,/apod.)nadprslunmidajmi,alebopriamoagenty(najastejie,mikroopercie).Vstupmi(vstupnmipremennmi)danhoagentaAvtokudajovsprvetievstupnaoperanstavovpremennsystmu,ktorchhodnotysavAnastavuj.Vstupy(vstupnpremenn)agentaAvtokudajovspritomtievstupnastavovpremennsystmuadajovkontanty,odktorchpriamozvisiahodnotynastavovanchpremennchvA.Taknapr.agentAddzVSYS2mtietovstupyavstupy:stavovpremennM,IaDO,resp.stavovpremennDO.Znametotakto:Add(M,I,DODO)

54

Graftokudajov(GTU)sazostavtak,epremennm,kontantmaoperciamvdanejpecifikcisapriradiavrcholyorientovanhografu.Orientovanhranysausporiadajtak,abyvyjadrovalirealizovandajovvzbymedzivstupmi,operciami(agentmi)aichvstupmi.

Vgrafesnaznaenajoperanvrcholy(funkcie)generujcehodnotyprediktov.(napr.(I=0):ideobinrnufunkciu,ktornastavvstupnpremennpna0alebo1,nositeahodnotyprediktu,nahodnotu1prvevtedy,ak=0).Nositemiprediktov(ACK=1),(RD=1)a(CO=1),ktormajhodnotu0alebo1,spriamovstupnboolovskpremennsystmu(niestutedauvedeniadnevstupnpremennpretietopredikty).ValomvyuijemeGTUibasjednoduchmiagentmi(mikrooperaciami),vktorchmebyzahrnuturitparalelizmusvrealizciifunkciivnichobsiahnutch(napr.agentResetzahruje4funkciepriradeniahodnoty0operanmstavovmpremennmDO,I,RR,CR,osavykonvasbene).Spsobzostaveniajezrejm.UvedengrafmonoahkozostaviakvychdzamezopecifikcieVSYS2azjednotlivchagentovastanovmeichvyiedefinovanvstupyavstupyvGT.Napr.agentAddzVSYS2mtietovstupyavstupstavovpremennM,Ia

55

DO,resp.stavovpremennDO.Medzitietovrcholyvlomevstupujceorientovanhrany,respvystupujcuhranudo,respzvrcholuAdd.NasledujciGTUreprezentujetokdajovsjednoduchmioperciamivyjadrenmipriamoznmymisymbolmioperci(opertormi)+(setdajov),+1(inkrementovaniedaja),(priamepriradenieurithodajapremennej).

56

GrafzostavmezpredchdzajcehoGTUstm,eanalyzujemejednotlivagenty(tumikroopercie)azistmeakjednoduchoperciesavnichrealizujnadvstupnmioperandamiprivedenmikvrcholupriradenmujednoduchejoperci(funkci)avsledkysaobjavujnavstupochtchtovrcholov.Napr.vmikrooperciAddsarealizujejednoduchopercia"+"naddajmi(hodnotami)premennchM,I,aDOsnastavenmvsledkuako(novej)

57

hodnotyDO{t.j.DO:=DO+M[I]}.Symbolomsavyznaujpriraovacieopercie:=preoperanstavovpremenn.astoichvynechvame. NaostatokuvedenGTUsjednoduchmioperciami(funkciami)jevhodnpreextrahovanietruktryoperanejastisystmu.GTUsagetmipouijeme(vzjednoduenejformepriplnovanvykonvaniaopercivriadiacichcyklochR.Tokriadeniaajehografickformagraftokuriadenia(GTR)vyjadrujespriahnutieoperci(agentov,jednoduchchfunkci)dogloblnehoprocesu(ov)prebiehajceho(prebiehajcich)vdanomsystme.VrcholomvGTRpriraujememnoinyoperci(niektorpodmnoinymnoinyoperci).Orientovanehranyopisujvyadovanspriahnutieopercivase.PrtomnosdvochopercivjednomvrcholeGTRvyjadrujeichsben(paraleln)exekciu.GTRextrahovanzopecifikcieVSYS2opisujespriahnutieagentov,ktorvsystmenastvaprijehofungovanv"nekonenom"cyklevzvilostiodvstupnchainchudalost.GTR(tu

teda)predstavujeuritgrafickformuzpisugloblnehoprocesu(mikroprogramu)Ps.Vnasledujcomobr.jeGTR,ktorzodpovedvchodiskovmuPSvoVSYS.

58

ZgragfuGTU,ktorobsahujejednoduchfunkciemonovychdzaprizostaventruktryOsystmu(narovniregistrov,funknchjednotiekamultiplexorov(zbernc)t.j.narovniRT).Postupujemetakto:Operanmstavovmpremennmpriradmezodpovedajcepamovprostriedky.Aksavcieovejpecifikcinachdzajstavovpremennsnasledujcimidajovmitypmi(kuktormprivvojipecifikcienajastejiesmerujeme):

1.konenmnoinasymbolov,podmnoinamnoinycelchsel, boolovskvektory

2.jednorozmernpoledajovtypu3.zznamspolokamitypu,

potomstavovejpremennejtypu1,2,3priradmepamovprvky1,2,3takto:

59

1.Registersvhodnoudkou,ktorhoobsah(boolovskvektor)zodpoved binrnezakdovanmdajomdanhotypupriomzvolmetypregistrapoda potreby.2.Sborregistrovsrovnakoudkouakov1,priomzvolmepoadovanspsob prstupukjednotlivmprvkompoa,kregistrom(napr.,priamyprstupmiestas danouadresoupamtitypuRAM,aleboprstupkvrcholovmumiestuakopri pamtitypuzsobnkstackapod.).3.Sborregistrov,zktorchkadmpotrebn(spravidlaindku,dan prslunmdajovmtypomprpadneregistersvymedzenmivntornmi poamipotrebnejdkyprejednotlivpoloky.

2. Funkcim (jednoduchm priamo operciam, ktor mono jednoducho implementova) priradme funkn jednotky. Na zklade vzahu medzi poiadavkami na rchlos spracovania informcie a cenu, prpadne spotrebu energie urobme rozhodnutie o sbenom alebo sekvennom vykonvan operci a poda neho prideujeme funkn jednotky (vrtime sa k tomuneskorie).Dvaextrmneprpadys:a/bezparalelizmov,spravidlasnajnioucenouarchlosoub/smaximlnymmonmparalelizmom,spravidlasnajvyoucenou

archlosou3.VytvoreniedajovchciestpodaGTUpodapotrebypomocoumultiplexnchobvodov(t.j.tandardnchmultiplexorov,alebozberncsriadenouselekciouprstupuklinkmzbernice).Ideoprepojenievstupovfunknchjednotieksovstupmipamovchprostriedkov(registrovalebosboruregistrov),t.j.tzv.vstupnchvzieb(fanout)resp.oprepojenievstupovpamovchprostriedkovsovstupmifunknchjednotiek,t.j.tzv.vstupnchvzieb(fanin).InformciaopoadovanchprepojeniachjeexplicitneobsiahnutvGTU.Poznmka:Vjednoduchchprpadochniejepotrebnvberovprepnaniedajovchciest,t.j.prepojeniadanvGTUsfixn.Voveobecnosti,aksavyskytnepotrebapouitiaviacerchmultiplexorov(zbernc),monopoetmuxoptimalizovapodakritriaminimlnenehopotuvberovchspojen(dojednohovstupuniektorhoHWprostriedkuzviacerchvstupovinchprostriedkov),zktorchkadvyadujejedenmultiplexor.Akoukazovateoptimlnostirieeniatumesliminimlnypoetmultiplexorovaleboajminimlnycelkovpoetvstupovvetkchmultiplexorov

60

Poznmka:DekdovanieIR.opkodapodobneajvyhodnotenieprediktupmonopresundoR,ourobme.TedavstupmiRbudeprslunpolevIRpreopkoda(vzhadomnadoplnkovkd)znamienkovbitzAC,ktorjenositeomhodnotyprediktup.

61

ZbernicaZsosystmomspnacchhradieljevlastnedistribuovan(netandardn)multiplexorsfunkciou,ktormonovidienaobr.Ideomultiplexovanie5vstupovzbernice(vstupovuvedenchHWprostriedkov)najedenvstupZ(naobr.sznzornenbitovrez),ktorjenositeomdajanazberniciaktorsavdanomprpaderozvetvujedovstupovHWprostriedkov(PC,IR,,vstupBstaky,aMAR).Vdanomprpadeplatxi=1takvstupijeprepojennaZ,tedaZ=vstupiVdanomprpadejepoetriadiacichvstupovxirovnpotudajovchvstupovTrebapoznamena,eozbernicisanevhodnehovorajvprpadochaksamultiplexovanienerob,ojenesprvneaneprofesionlne.Jezrejm,esbenos(paralelizmus)prenosovmedziregistraminie