За счет наличия каких устройств в компьютере реализуется ппу

Обновлено: 07.07.2024

В основу построения подавляющего большинства компьютеров положены принципы, сформулированные американским ученым Джоном фон Нейманом в 1945 г.

Принцип программного управления. Основным принципом построения всех современных ЭВМ является принцип программного управления. Этот принцип обеспечивает универсальность использования компьютера: в определенный момент времени решается задача соответственно выбранной программе. После ее завершения в память загружается другая программа.

Программа, требуемая для работы ЭВМ, предварительно размещается в памяти компьютера, а не вводится команда за командой. Память строится по принципу иерархии: для часто используемых данных выделяется память меньшего объема, но большего быстродействия; для редко используемых данных выделяется память большего объема, но меньшего быстродействия.

Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды.

А так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти.

Если нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к другой, используются команды условного и безусловного переходов, которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды «стоп».

Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.Принцип программного управления реализуется за счет наличия в компьютере устройства управления и развитого запоминающего устройства.

Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти, поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти – число, текст или команда.Память компьютера построена из двоичных запоминающих элементов – бит, объединенных в группы по 8 бит, которые называются байтами. Все байты пронумерованы. Номер байта называется его адресом. Байты могут объединяться в ячейки, которые называются также словами. Для каждого компьютера характерна определенная длина слова – чаще всего четыре байта. Как правило, в одном машинном слове может быть представлено одно целое число, либо одна команда. Широко используются более крупные единицы объема памяти: Килобайт, Мегабайт, Гигабайт, Терабайт, Петабайт.

Принцип адресности. Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек. Процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.

Компьютеры, построенные на этих принципах, называются фон-неймановские.

Архитектурой компьютера называется его описание на некотором общем уровне, включающее описание системы команд, системы адресации, организации памяти и т.д.

Структура компьютера – это совокупность его функциональных элементов и связей между ними. Элементами выступают самые различные устройства – от основных логических узлов компьютера до простейших схем.

Связь между устройствами компьютера осуществляется с помощью сопряжений, которые в вычислительной технике называются интерфейсами. Интерфейс представляет собой совокупность стандартизированных аппаратных и программных средств, обеспечивающих обмен информацией между устройствами. В основе построения интерфейсов лежит унификация и стандартизация.

Классическая архитектура (архитектура фон Неймана) –одно АЛУ, через которое проходит поток данных, и одно УУ, через которое проходит поток команд – программа. Это однопроцессорный компьютер (см. рис.20).


Рис.20 Классическая архитектура ЭВМ

К этому типу архитектуры относится и архитектура персонального компьютера с общей шиной, называемой также системной магистралью(см. рис.21). Физически магистраль представляет собой многопроводную линию с гнездами для подключения электронных схем. Совокупность проводов магистрали разделяется на три группы: шину адреса, шину команд, шину данных. Количество проводов в системной шине, предназначенных для передачи данных, называется разрядностью шины. Разрядность определяет число битов информации одновременно передаваемых по шине. Количество проводов для передачи адресов, или адресных линий, определяет, какой объем оперативной памяти может быть адресован.

Рис. 21Архитектура ЭВМ с общей шиной

Периферийные устройства подключаются к компьютеру через специальные микросхемы – контроллеры. Контроллер – устройство для управления периферийным устройством. Контроллеры освобождают процессор от непосредственного управления функционированием данного оборудования.

Единая система аппаратных соединений значительно упростила структуру, сделав ее более децентрализованной. Все передачи данных по шине осуществляются под управлением сервисных программ.

Децентрализация построения и управления вызвала к жизни такие элементы, которые являются общим стандартом структур современных компьютеров: модульность построения, магистральность, иерархия управления.

Модульность построения предполагает выделение в структуре компьютера достаточно автономных, функционально и конструктивно законченных устройств (процессор, модули памяти, накопитель на жестком диске, видеокарта и другие).

Модульная конструкция компьютера превращает его в открытую систему, способную к адаптации и совершенствованию. К компьютеру можно подключать дополнительные устройства, улучшая его технические и экономические показатели. Появляется возможность увеличения вычислительной мощности, улучшения структуры путем замены отдельных устройств на более совершенные, изменения и управления конфигурацией системы, приспособления ее к конкретным условиям применения в соответствии с требованиями пользователя.

Контрольные вопросы для самоподготовки студентов

1. Что является основным принципом построения современных компьютеров?

2. Что обеспечивает принцип программного управления?

3. За счет наличия каких блоков в компьютере реализуется принцип программного управления?

4. Приведите классическую архитектуру компьютера.

5. Какие устройства имеются в архитектуре любого компьютера? Как они взаимодействуют?

В 1945 году математик Джон фон Нейман разработал основные принципы функционирования ЭВМ. С той поры компьютерные технологии прошли огромный путь и достигли совершенства по многим направлениям развития, как аппаратных, так и программных средств.В последнее десятилетие в России бурно осуществляется информатизация и компьютеризация всех сфер человеческой деятельности. Компьютеры или электронные вычислительные машины (ЭВМ), оснащенные специальным программным обеспечением, являются технической базой и инструментом для вычислительных, информационных и автоматизированных систем во всех сферах жизни. Это предопределило запуск в реализацию нацпроекта "Цифровая экономика".

В нацпроекте "Цифровая экономика" выделяются девять "сквозных" цифровых технологий: "большие данные" (big data), нейротехнологии и искусственный интеллект, системы распределенного реестра (блокчейн), квантовые технологии, новые производственные технологии, промышленный интернет, компоненты робототехники и сенсорика, технологии беспроводной связи (в частности, 5G), технологии виртуальной и дополненной реальности (VR и AR). Эти технологии считаются наиболее перспективными, их применение ведет к радикальным изменениям существующих рынков, а также к появлению новых. Президентом России поставлена очень амбициозная задача вхождения России в число стран широко использующих перечисленные технологии, включая искусственный интеллект. Основой реализации всех этих программ является использование компьютеров. Рассмотрим их характеристики, существенные параметры и принципы выполнения программ.

Схема построения и принципы работы ЭВМ

Любая ЭВМ неймановской архитектуры содержит следующие основные устройства:

  • • арифметико-логическое устройство (АЛУ);
  • • устройство управления (УУ)
  • • запоминающее устройство (ЗУ, ОЗУ, ПЗУ, ВЗУ);
  • • устройства ввода-вывода (УВв, УВыв);
  • • систему управления (ПУ).

В современных ЭВМ АЛУ и УУ объединены в общее устройство, называемое центральным процессором. Обобщенная структурная схема ЭВМ первых поколений, отвечающая программному принципу управления, представлена на рис. 1.

Структурная схема ЭВМ первого и второго поколений

Рис. 1. Структурная схема ЭВМ первого и второго поколений

В любой ЭВМ имеются устройства ввода информации (УВв), с помощью которых пользователь вводит в ЭВМ программы и данные. Введенная информация полностью или частично сначала запоминается в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ), а затем переносится во внешнее запоминающее устройство (ВЗУ) - жесткий диск, предназначенное для длительного хранения информации в виде файла. Кроме того, для хранения и первоначальной загрузки операционной системы информация хранится в постоянных запоминающих устройствах (ПЗУ).При использовании файла в вычислительном процессе его содержимое переносится в ОЗУ. Затем программа команда за командой считывается в устройство управления (УУ). Устройство управления предназначается для автоматического выполнения программ путем синхронизации всех остальных устройств ЭВМ. Управляющие сигналы показаны на рис.1 малыми штриховыми линиями. Вызываемые из ОЗУ команды дешифрируются устройством управления: определяется код операции, которую необходимо выполнить следующей, и адреса операндов, принимающих участие в данной операции. Ядро ЭВМ образуют: процессор и основная память (ОП) (поскольку на их основе реализуется ППУ), состоящая из оперативной памяти и постоянного запоминающего устройства (ПЗУ). ПЗУ предназначается для записи и постоянного хранения наиболее часто используемых программ управления. Подключение всех внешних устройств (ВнУ), дисплея, клавиатуры, внешних ЗУ и других обеспечивается через соответствующие контроллеры - специальные устройства управления периферийными устройствами. При построении и обеспечения взаимодействия между различными устройствами в современных ЭВМ используется система шин. Большинство технологических усовершенствований определяющих в значительной степени поколения процессоров, связано прежде всего именно с изменениями в шинной организации. Схема поясняющая место системной шины в общей иерархии приведена на рис.2.

Структурная схема ЭВМ

Рис. 2. Структурная схема ЭВМ

Децентрализация построения и управления вызвала к жизни такие элементы, которые являются общим стандартом структур современных ЭВМ: модульность построения, магистральность, иерархия управления.Модульность построения предполагает выделение в структуре ЭВМ достаточно автономных, функционально и конструктивно законченных устройств (процессор, модуль памяти, накопитель на жестком диске и другие).Модульная конструкция ЭВМ делает ее открытой системой, способной к адаптации и совершенствованию. К ЭВМ можно подключать дополнительные устройства, улучшая ее технические и экономические показатели. Появляется возможность увеличения вычислительной мощности, улучшения структуры путем замены отдельных устройств на более совершенные, изменения и управления конфигурацией системы, приспособления ее к конкретным условиям применения в соответствии с требованиями пользователей. В современных ЭВМ принцип децентрализации и параллельной работы распространен как на периферийные устройства, так и на сами ЭВМ (процессоры). Появились вычислительные системы, содержащие несколько вычислителей, работающих согласованно и параллельно. Все существующие типы ЭВМ выпускаются семействами, в которых различают старшие и младшие модели. Всегда имеется возможность замены более слабой модели на более мощную. Это обеспечивается информационной, аппаратурной и программной совместимостью. Программная совместимость в семействах устанавливается по принципу снизу- вверх, т. е. программы, разработанные для ранних и младших моделей, могут обрабатываться и на старших, но не обязательно наоборот. Процессор, или микропроцессор, является основным устройством ЭВМ. Он предназначен для выполнения вычислений по хранящейся в запоминающем устройстве программе и обеспечения общего управления ЭВМ. Быстродействие ЭВМ в значительной мере определяется скоростью работы процессора. Для ее увеличения процессор использует собственную намять небольшого объема, именуемую местной, или сверхоперативной, или регистровой. Использование такой памяти в процессе выполнения команд исключает необходимость обращения к запоминающему устройству ЭВМ.Микропроцессоры отличаются друг от друга прежде всего типом, разрядностью, быстродействием, системой организации внутренних шин и процессов обработки и взаимодействия. Наиболее распространены модели процессоров компании Intel, выпускающей уже несколько поколений процессоров. Одинаковые модели микропроцессоров могут иметь разную тактовую частоту - чем выше тактовая частота, тем выше производительность. Тактовая частота указывает, сколько элементарных операций(тактов) микропроцессор выполняет в одну секунду. Следует заметить, что разные модели микропроцессоров выполняют одни и те же операции (например, сложение или умножение) за разное число тактов. Чем выше модель микропроцессора, тем меньше тактов требуется для выполнения одних и тех же операций.

Устройства ввода-вывода служат соответственно для ввода информации в ЭВМ и вывода из нее, а также для обеспечения общения пользователя с машиной. Процессы ввода-вывода протекают с использованием внутренней памяти ЭВМ. Иногда устройства ввода-вывода называют периферийными, или внешними, устройствами ЭВМ. К ним относятся, в частности, дисплеи (мониторы), клавиатура, манипуляторы типа «мышь», алфавитно-цифровые печатающие устройства (принтеры), графопостроители, сканеры и др. Для управления внешними устройствами (в том числе и ВЗУ) и согласования их с системным интерфейсом служат групповые устройства управления внешними устройствами, адаптеры или контроллеры. Связь между устройствами ЭВМ осуществляется с помощью сопряжений, которые в ВТ называются интерфейсом. Интерфейс представляет собой совокупность стандартизованных аппаратных и программных средств, обеспечивающих обмен информацией между устройствами. В основе построения интерфейсов лежит унификация и стандартизация. Системный интерфейс - это конструктивная часть ЭВМ, предназначенная для взаимодействия ее устройств и обмена информацией между ними. В больших, средних и супер-ЭВМ в качестве системного интерфейса используются сложные устройства, имеющие встроенные процессоры ввода-вывода, именуемые каналами. Такие устройства обеспечивают высокую скорость обмена данными между компонентами ЭВМ. Отличительной особенностью малых ЭВМ является использование в качестве системного интерфейса системных шин. Различают ЭВМ с многошинной структурой и с общей шиной. В первых для обмена информацией между устройствами используются отдельные группы шин, во втором случае все устройства ЭВМ объединяются с помощью одной группы шин, в которую входят подмножества шин для передачи данных, адреса и управляющих сигналов. При такой организации системы шин обмен информацией между процессором, памятью и периферийными устройствами выполняется по единому правилу, что упрощает взаимодействие устройств машины. В персональных компьютерах, относящихся к ЭВМ четвертого поколения, используется структура с шинным интерфейсом: все устройства компьютера обмениваются информацией и управляющими сигналами через шину. Шина представляет собой систему функционально объединенных проводов, обеспечивающих передачу трех потоков: данных, адресов и управляющих сигналов (рис. 2). Количество проводов в системной шине, предназначенных для передачи данных, называется разрядностью шины. Разрядность шины определяет число битов информации, которые могут передаваться по шине одновременно. Количество проводов для передачи адресов, или адресных линий, определяет, какой объем оперативной памяти может быть адресован. Единая система аппаратурных соединений значительно упростила структуру, сделав ее более децентрализованной. Все передачи данных по шине осуществляются под управлением сервисных программ.

Как уже было отмечено выше ядро вычислительной системы, наряду с процессором входит электронная память. Внутренняя, или основнаяу память - это запоминающее устройство, напрямую связанное с процессором и предназначенное для хранения выполняемых программ и данных, непосредственно участвующих в вычислениях. Обращение к внутренней памяти ЭВМ осуществляется с высоким быстродействием, но она имеет ограниченный объем, определяемый системой адресации машины. Внутренняя память, в свою очередь, делится на оперативную (ОЗУ) и постоянную (ПЗУ) память. Оперативная память, по объему составляющая большую часть внутренней памяти, служит для приема, хранения и выдачи информации. При выключении питания ЭВМ содержимое оперативной памяти в большинстве случаев теряется. Постоянная память обеспечивает хранение и выдачу информации. В отличие от содержимого оперативной памяти, содержимое постоянной заполняется при изготовлении ЭВМ и не может быть изменено в обычных условиях эксплуатации. В постоянной памяти хранятся часто используемые (универсальные) программы, и данные, к примеру, некоторые программы операционной системы, программы тестирования оборудования ЭВМ и др. При выключении питания содержимое постоянной памяти сохраняется. Для построения ОЗУ, ПЗУ, регистровых ЗУ в настоящее время широко применяют полупроводниковые интегральные микросхемы, выполняемые по специальной полупроводниковой технологии с применением интегральных схем (ИС). Принципы организации элементов памяти на базе ИС приведены на рис.3.

На рисунках 3 и 4 изображены микросхемы памяти как функциональных узлов: рис.3 ОЗУ, рис. 4 ПЗУ. Основной составной частью микросхемы ОЗУ является массив элементов памяти, объединённых в матрицу накопителя. Элемент памяти (ЭП) может хранить один бит информации. Каждый ЭП обязательно имеет свой адрес. Для обращения к ЭП необходимо его “выбрать” с помощью кода адреса, сигналы которого подводят к соответствующим выводам микросхемы. ПЗУ построено аналогично, а функции ЭП в микросхемах ПЗУ выполняют перемычки в виде проводников. Понимание процессов хранения и считывания данных в памяти машины является важнейшим условием для понимания принципов программного управления ЭВМ.

Принцип программного управления

Вычислительные процессы в любой ЭВМ представлены в виде программы, представляющей собой - последовательности инструкций (команд), записанных в требуемом порядке выполнения в память машины. В процессе выполнения программы ЭВМ выбирает очередную команду, расшифровывает ее, определяет, какие действия и над какими операндами следует выполнить. Эту функцию осуществляет УУ. Оно же и выбирает из из ЗУ необходимые данные – операнды, подлежащие обработке. Таким образом формируется так называемое машинное слово, содержащее несколько различных полей данных. Несколько вариантов различных машинных слов и общий вид команды приведены на рис.5.

В основе построения большинства ЭВМ лежат три общих принципа, сформулированных Дж. фон Нейманом (1945): программное управление, однородность памяти, адресность.

Принцип программного управления заключается в том, что выполнение программ процессором осуществляется автоматически без вмешательства человека. Реализуется этот принцип за счет того, что программа, состоящая из набора команд, выполняется в строго определенной последовательности. Порядок выполнения команд обеспечивается счетчиком команд, который производит выборку команд из памяти, где они расположены в порядке следования друг за другом.

Принцип однородности памяти заключается в том, что в памяти компьютера хранятся как программы, так и данные. Принцип позволяет создавать более гибкие программы, которые в процессе выполнения могут подвергаться переработке.

Принцип адресности состоит в том, что все ячейки основной памяти компьютера пронумерованы и процессору доступна любая ячейка памяти..

В основе принципа программного управления лежит представление алгоритма решения любой задачи в виде программы вычислений.

Исторически сложилась тенденция к увеличению количества команд в машинном языке. Разработчики считали, что чем больше в нем команд, тем шире возможности по обработке данных. В настоящее время совершается переход на RISC-процессоры, основной характеристикой которых является сокращение набора команд и упрощение их структуры.

Суть принципа программного управления заключается в следующем:

2. Классификация программного обеспечения ПК

ПО современных компьютеров включает множество разнообразных программ, которое можно условно разделить на три группы (рис.31):

1. Системное программное обеспечение (системные программы);

2. Прикладное программное обеспечение (прикладные программы);

3. Инструментальное обеспечение (инструментальные системы).

Этот класс программного обеспечения носит общий характер применения и не зависит от предметной области. К системному программному обеспечению предъявляются высокие требования надежности работы, удобства и эффективности использования. Как правило, компьютер приобретается с установленным системным программным обеспечением. Системное программное обеспечение включает в себя базовое и сервисное программное обеспечение.

Базовое программное обеспечение - набор программных средств, обеспечивающих работу компьютера.

Сервисное программное обеспечение представляет собой набор обслуживающих (служебных) программ утилит (лат. utilitas - польза) для вспомогательных операций, связан ных с управлением ресурсами, настройками и контролем ра- ботоспособности компьютера. Утилиты входят в состав опе- рационной системы или устанавливаются дополнительно.

Прикладное программное обеспечение предназначено для обработки данных в определенной области применения, выполняет функции, необходимые пользователю для решения практической задачи. Прикладная программа (или приложение) разрабатывается для конкретной операционной системы.

Пакет прикладных программ - несколько программ для решения задач определенного класса в конкретной предметной области.

Приведем примеры прикладного программного обеспечения.

Офисные программы предназначены для основной массы пользователей. Сюда относятся: текстовые и табличные процессоры, графические редакторы, средства презентаций, системы управления базами данных, а также их интегрированные пакеты. Эти программы готовят документы для пе- чати и чтения с экрана, выполняют расчеты массивов числовых данных (Microsoft Word, Microsoft Excel, Lotus Smart Suite, Open Office, Libre Office).

Финансовые и бухгалтерские программы (бухгалтерского и финансового учета) для крупных, средних и мелких предприятий: 1С: Предприятие, 1С: Бухгалтерия, 1С: Деньги, БЭСТ, Парус и др.

Программы автоматизации делопроизводства и документооборота и архива организаций помогают в управлении персоналом, подготовке отчетности, составлении договоров, контрактов, писем (1С: кадры, Евфрат).

Лингвистические программы контролируют правописание, готовят аннотации, определяют ключевые слова, проводят лингвистический анализ текстов.

Программы словари содержат толкования терминов, дают перевод слов и словосочетаний (Lingvo, Multilex, Bridge to English, Сократ и др.).

Программы машинного перевода переводят тексты доку- ментов, электронной почты и вебстраниц (Promt, Сократ, сайты переводов).

Графические программы готовят и обрабатывают изображения, редактируют, сканируют и печатают графические изображения, повышают их качество.

Издательские системы - программы компьютерной верстки и графики для типографской печати (Quark XPress, Adobe Page Maker, Adobe InDesign).

Статистические программы анализируют массивы числовых данных с выдачей статистических показателей, проведением прогнозирования, визуализацией данных (Statistica и др.). Математические программы представляют собой многофункциональные вычислительные системы решения разно-

образных математических задач (MathLab, Maple).

Системы автоматизированного проектирования (САПР), такие как AutoCad, MathCAD, предназначены для проектирования изделий разной сложности.

Базы знаний - экспертные системы, системы поддержки принятия решений в конкретной области: бизнес планировании, диагностике заболеваний и неисправности техники, расследовании преступлений, финансовом аудите.

Инструментальное программное обеспечение - программы для создания новых приложений (разработки программ) и информационных систем. Применяется программистами в качестве инструмента на технологических этапах процессов проектирования, программирования, отладки, тестирования создаваемых программ. В инструментальное программное обеспечение входят языки и системы программирования, интегрированные среды разработки программных продуктов, а также CASE средства (Computer Aided Software Engineering) - программные комплексы, автоматизирующие процесс разработки программ.

Откомпилированные программы работают быстрее, но интерпретируемые проще исправлять и изменять.

Обычно пакеты прикладных программ имеют средства настройки, что позволяет при эксплуатации адаптировать их к специфике предметной области.




Впервые в одном корпусе объединён функционал сразу нескольких устройств, необходимых для обеспечения жизнедеятельности шкафа: контроллера для мониторинга шкафа, источника бесперебойного питания и вводно-распределительного устройства, который является, по сути, блоком розеток со счётчиком.

Именно благодаря такому конструктивному исполнению достигается экономия места внутри телекоммуникационного шкафа, снижается количество проводов, а значит, увеличивается надёжность и ремонтопригодность системы и снижаются трудозатраты на её монтаж и обслуживание.

НО, ДАВАЙТЕ, НАЧНЁМ СНАЧАЛА…

Постановка задачи к нам пришла из нашей специальной области – телекоммуникаций и связи. Вот уже несколько лет мы производим недорогие контроллеры для шкафчиков, обеспечивающих широкополосный доступ в интернет по технологии «оптика до дома» (FTTB). FTTB является одной из самых распространённых и эффективных технологий, позволяющей провайдеру быстро и без больших капитальных вложений «достучаться» до клиента.

К сожалению, в некоторых случаях простота реализации технических средств оборачивается определённым упрощенчеством, когда оборудование собирается «с бору по сосенке», монтируется в подходящий железный ящик – и готово.

Справедливости ради следует отметить, что фактически на рынке отсутствует оборудование, которое требуется оператору данной услуги. Столь безрадостная картина объясняется просто: до последнего времени никто не разрабатывал технику специально под данную задачу.


Действительно, что представляет собой современное оконечное оборудование FTTB, размещаемое в жилых домах? В самом «аскетичном» варианте это более или менее вандалоустойчивый железный ящик конструктива 19”, включающий оптический кросс, медиаконвертер, коммутатор (один или несколько), «патч-панель», от которой кабели UTP 5 идут к абонентам. И всё (см. рис. 1).

Рис. 1. «Аскетичный» вариант компоновки шкафа FTTB


В самом «богатом» варианте – это шкафы, которые комплектуются (в том числе, и при нашем участии как производителя средств мониторинга) дополнительными компонентами (см. рис. 2). Здесь, кроме обязательного телекоммуникационного оборудования, присутствуют три компонента, которые обеспечивают жизнедеятельность шкафа: источник бесперебойного питания (ИБП), вводно-распределительное устройство (ВРУ) и микропроцессорный контроллер (МК).

Рис. 2. «Богатый» вариант компоновки шкафа FTTB

Таким образом, все задачи обеспечения жизнедеятельности шкафа FTTB решаются тремя разнородными устройствами, выпускаемым тремя разными производителями. А что, если объединить все эти функции в одном блоке? Данная простая и логичная мысль легла в основу нового решения технических специалистов ООО «Технотроникс» – устройства под названием Панель Питания и Управления — ППУ.

ПАНЕЛЬ ПИТАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ (ППУ) – ТРИ В ОДНОМ!


Итак, ППУ действительно совмещает в себе функции ИБП, ВРУ и МК (см. рис. 3). «Синергетический эффект» (модное словечко!) от такого объединения очевиден. Уменьшается количество отдельных блоков, экономится пространство в шкафу (минимум на пару «юнитов»), минимизируются связи и т.п. В конечном счёте, кардинально повышается надёжность выполняемых функций. А ещё появляется возможность повысить их качество и «глубину».


Рис. 3. Структурная схема ППУ

МОДИФИКАЦИИ УСТРОЙСТВА

Доступны 2 модификации устройства:
ППУ без блока для установки счётчика электроэнергии. Данная модификация устройства предполагает установку внешнего счётчика электроэнергии либо в том же шкафу FTTB, либо в отдельном щитке, расположенном рядом с основным шкафом;


Рис. 4. Внешний вид ППУ

ППУ-С с блоком для установки счётчика электроэнергии. В корпусе устройства предусмотрен специальный отсек, в который монтируется УЗО и счётчик электроэнергии.


Рис. 5. Внешний вид ППУ-C

CОСТАВ УСТРОЙСТВА

  • Источник бесперебойного питания для коммутаторов;
  • Блок измерений основных параметров: наличие входного напряжения, его величина и частота, уровень заряда батареи, температура внутри шкафа;
  • Блок климат-контроля с возможностью управления внешним обогревателем и/или кондиционером для поддержания рабочей температуры оборудования;
  • Блок контроля доступа, который позволяет установить наблюдение за шкафом FTTB, и в случае несанкционированного доступа принять необходимые меры;
  • Звуковая сигнализация при несанкционированном проникновении на объект;
  • Блок «жизнеобеспечения» оборудования, который выполняет постоянную диагностику канала связи при помощи запросов PING и в случае отсутствия ответа выполняет перезапуск коммутаторов для восстановления функциональности;
  • Блок сбора показаний со счётчика электроэнергии;
  • Встраиваемый счётчик электроэнергии (в модификации устройства ППУ-С).

ИНТЕГРИРОВАННЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ППУ

Опишем работу нового устройства в привычных для нас, разработчиков, понятиях: «постановка задачи — реализация функции».

1. ОХРАНА.

Постановка задачи: Излишне говорить про современный разгул воровства и вандализма…


Реализация функции: Кроме датчиков открытия двери шкафа и удара (вибрации), устройство располагает узлом авторизации доступа (ЧИП-считыватель) и тревожным звуковым оповещателем (сирена). Сирена включается автоматически при сработке датчика удара либо при открывании двери шкафа и не выполненной субъектом авторизации. Интенсивность звукового давления, развиваемая сиреной, весьма высока – на уровне болевого порога. Благодаря наличию узла ИБП, сирена будет работать даже при полном обесточивании шкафа, обрыве канала связи и т.п. В результате, шкаф приобретает функции самостоятельной активной защиты от хищения (вандализма).
Кроме того, ППУ позволяет контролировать межподъездный медный кабель. Чтобы поставить кабель под охрану, нужно выделить в кабеле свободную пару, замкнуть её накоротко на обратном конце и включить в разрыв шлейфа дверного датчика. Дело сделано.

2. КЛИМАТИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ И ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ.

Постановка задачи: Как известно, шкафы FTTB часто размещают на чердаках и в подвалах жилых домов, где они «мёрзнут» зимой и перегреваются летом. А там и до пожара недалеко.


Реализация функции: ППУ комплектуется цифровым датчиком температуры со штеккерным разъёмом и гибким проводным соединителем длиной 50 см. Такая конструкция позволяет размещать датчик непосредственно в точке возможного максимального нагрева. Цифровое значение измеренной температуры передаётся в центр. Кроме того, ППУ содержит специальную «климатическую» управляемую розетку

220 Вольт, в которую могут быть включены либо электровентиляторы (охлаждение), либо ТЭНы (нагрев). Пороговые значения температур, по достижении которых автоматически включается нагрев либо вентиляция, могут задаваться и изменяться пользователем из ДЦ. Таким образом, ППУ способна самостоятельно регулировать температуру внутри шкафа, не допуская перегрева или переохлаждения оборудования.

3. ОРГАНИЗАЦИЯ КАЧЕСТВЕННОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ С РЕЗЕРВИРОВАНИЕМ.

Постановка задачи: Состояние электропитающих вводов в жилых домах общеизвестно. Они, как правило, спроектированы по нормам 60-х годов и не выдерживают нагрузок, создаваемых современной бытовой техникой. Как следствие — броски и провалы в силовой сети, питающей шкаф. И соответствующее качество интернета – низкое, далеко не достигающее заявленных скоростей. Или полное его (интернета) пропадание.


  • форма выходного сигнала нашего ИБП не создаёт помех, способных снизить скорость обмена данными. В то же время ИБП, не специализированные для работы с коммутаторами, имеют выходной сигнал в форме так называемой «модифицированной синусоиды». Под этим красивым названием скрывается тот факт, что устройство, фактически, представляет собой генератор прямоугольных импульсов амплитудой 220 Вольт и частотой 50 Гц. Соседство такого источника помех с Ethernet весьма нежелательно, поскольку никто не знает, в каком спектре и с какой амплитудой возникнут наводки, способные серьёзно снизить скорость обмена данными;
  • все параметры нашего узла ИБП измеряются и передаются в Диспетчерский Центр (ДЦ) в общем пакете сигнализации, то есть никакого конвертирования интерфейсов в данном случае не требуется. Неспециализированные же ИБП, как правило, работают по протоколу RS232, следовательно, для обмена с ДЦ через Ethernet необходим дополнительный «посредник».
  • наличие достаточного количества розеток для подключения всех резервируемых и нерезервируемых потребителей. У ИБП, не проектировавшихся специально для шкафа FTTB, элементарно не хватает силовых розеток.


Рис. 6. ППУ спроектирован специально для шкафов FTTB, поэтому его выходной сигнал не создаёт помех работе коммутаторов


Рис. 7. Отображение данных о работе ИБП в ПО «КУБ-ТТх»

4. БОРЬБА С «ЗАВИСАНИЯМИ» ЭЛЕКТРОННОЙ «НАЧИНКИ» ШКАФА. ДИСТАНЦИОННОЕ И АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ КОММУТАТОРАМИ.

Постановка задачи: «Зависание» оборудования и, как следствие, временная потеря его работоспособности отчасти объясняется низким качеством электропитания, отчасти – конструктивными недоработками. Ведь не секрет, что главным критерием выбора конкретного типа приборов является цена. И это отнюдь не способствует их надёжной работе. Способ «лечения» данной болезни также общеизвестен – кратковременное снятие силового питания с последующей повторной подачей. Если для подобной процедуры требуется визит техника, то «удовольствие» получается дорогим. А на период ожидания «реаниматора» все абоненты остаются без услуги. Таким образом, весьма желательно сделать перезагрузку по питанию дистанционной (если оборудование не потеряло способность воспринимать команды) либо автоматической (если перезагрузить коммутаторы можно только «изнутри»).


Реализация функции: ППУ способна выполнять оба перечисленных вида перезапуска по питанию коммутаторов – как внешний (дистанционный), так и внутренний. В составе ППУ имеются управляемые розетки

220 Вольт, обеспечивающие физическую реализацию разрыва/подачи питания. В эти розетки и включаются коммутаторы. Более никаких внешних коммутирующих элементов не требуется.

5. ДИСТАНЦИОННОЕ СНЯТИЕ ПОКАЗАНИЙ С ПРИБОРОВ УЧЁТА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ.

Постановка задачи: Полезность данной функции особых комментариев не требует. Понятно, что ежемесячно обходить все дома и подъезды, где установлены шкафы FTTВ и вручную списывать показания счётчика – дело малоприятное и хлопотное. С другой стороны, совсем не устанавливать счётчик и вслепую оплачивать счета, выставляемые ТСЖ и управляющими компаниями – значит многократно переплачивать за недостоверные цифры.


Реализация функции: Существует отдельная модификация устройства под наименованием ППУ-С, которая содержит встроенный счётчик электроэнергии. Данные с импульсного (телеметрического) входа счётчика суммируются, хранятся и передаются в общем пакете в ДЦ. Если по ТУ Заказчика требуется устанавливать отдельный внешний счётчик, то и в этом случае обеспечивается снятие показаний с него.


Фото 8. Шкаф FTTB на два коммутатора с ППУ

ТАКИМ ОБРАЗОМ….