рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Контрольные суммы

Контрольные суммы - раздел История, История операционных систем Хранение Данных И Их Передача Часто Сопровождается Или Может Сопровож­даться ...

Хранение данных и их передача часто сопровождается или может сопровож­даться ошибками. Приемнику и передатчику информации необходимо знать, что данные в потоке должны соответствовать определенным прави­лам. Приводя реальный поток в соответствие с этими правилами, приемник может восстановить его исходное содержание. Количество и типы практиче­ски восстановимых ошибок определяются применяемыми правилами коди­рования. Понятно, что всегда существует (и во многих случаях может быть теоретически оценен) порог количества ошибок в сообщении, после кото­рого сообщение не поддается даже частичному восстановлению.

Простейшим способом внесения избыточности является полное дублирова­ние данных. Благодаря своей простоте, этот способ иногда применяется на практике, но обладает многочисленными недостатками. Во-первых, избы­точность этого метода чрезмерно высока для многих практических приме­нений. Во-вторых, он позволяет только обнаруживать ошибки, но не ис­правлять их: при отсутствии других правил кодирования, мы не можем знать, какая из копий верна, а какая ошибочна.

Троекратное копирование обеспечивает еще более высокую избыточность, зато при его использовании для каждого расходящегося бита мы можем проводить голосование: считать правильным то значение, которое присутст­вует минимум в двух копиях данных (в данном случае мы исходим из того, что вероятность ошибки в одном и том же бите двух копий достаточно мала).

Трехкратное копирование, таким образом, позволяет восстанавливать дан­ные, но имеет слишком уж высокую избыточность. Эти примеры, кроме простоты, любопытны тем, что демонстрируют нам практически важную классификацию избыточных кодов: бывают коды, которые только обнару­живают ошибки, а бывают и такие, которые позволяют их восстанавливать. Далеко не всегда коды второго типа могут быть построены на основе кодов пер­вого типа. Во многих случаях, например при передаче данных по сети, целесо­образно запросить повтор испорченного пакета, поэтому коды, способные толь­ко обнаруживать ошибки, практически полезны и широко применяются.

Простейший из применяемых способов кодирования с обнаружением оши­бок — это бит четности. Блок данных снабжается дополнительным битом, значение которого выбирается так, чтобы общее количество битов, равных единице, в блоке было четным. Такой код позволяет обнаруживать ошибки в одном бите блока, но не в двух битах (строго говоря — позволяет обнару­живать нечетное количество ошибочных битов). Если вероятность ошибки в двух битах достаточно велика, нам следует либо разбить блок на два блока меньшего размера, каждый со своим битом четности, либо использовать бо­лее сложные схемы кодирования.

Самая распространенная из таких более сложных схем — это CRC (Cyclic Redundancy Code, циклический избыточный код). При вычислении CRC разрядности N выбирают число R требуемой разрядности и вычисляют оста­ток от деления на R блока данных (рассматриваемого как единое двоичное число), сдвинутого влево на N битов. Двоичное число, образованное блоком данных и остатком, делится на R, и этот факт можно использовать для про­верки целостности блока (но не для восстановления данных при ошибке!).

Способность контрольной суммы обнаруживать ошибки логичнее измерять не в количестве ошибочных битов, а в вероятности необнаружения ошибки. При использовании CRC будут проходить незамеченными лишь сочетания ошибок, удовлетворяющие весьма специальному условию, а именно такие, вектор ошибок (двоичное число, единичные биты которого соответствуют ошибочным битам принятого блока, а нулевые — правильно принятым) ко­торых делится на R. При случайном распределении ошибок вероятность этого может быть грубо оценена как 1/R, поэтому увеличение разрядности контрольной суммы в сочетании с выбором простых R обеспечивает доста­точно быстрый и дешевый способ проверки целостности даже довольно длинных блоков. 32- разрядный CRC обеспечивает практически полную га­рантию того, что данные не были повреждены, а 8-разрядный — уверен­ность, достаточную для многих целей. Однако ни четность, ни CRC не мо­гут нам ничем помочь при восстановлении поврежденных данных.

Простой метод кодирования, позволяющий не только обнаруживать, но и исправлять ошибки, называется блочной или параллельной четностью и со­стоит в том, что мы записываем блок данных в виде двухмерной матрицы и подсчитываем бит четности для каждой строки и каждого столбца. При одиночной ошибке, таким образом, мы легко можем найти бит, который портит нам жизнь. Двойные ошибки такая схема кодирования может обна­руживать, но не способна восстанавливать (рис. 1.9).

Данные

Биты
                                                      четности
 
 
 
   

Биты четности

Рис.1.9- Параллельная четность

Широко известный и применяемый код Хэмминга (Hamming code) находится в близком родстве с параллельной четностью. Его теоретическое обоснова­ние несколько менее очевидно, чем у предыдущего алгоритма, но в реализа­ции он, пожалуй, даже проще [Берлекэмп 1971]. Идея алгоритма состоит в том, чтобы снабдить блок данных несколькими битами четности, подсчи­танными по различным совокупностям битов данных. При выполнении не­равенства Хэмминга (1.1) сформированный таким образом код обеспечивает обнаружение и исправление одиночных ошибок либо гарантированное об­наружение (но не исправление!) двойных ошибок. Важно подчеркнуть га­рантию обнаружения, в отличие от всего лишь высокой вероятности обна­ружения при использовании CRC.

d + p+l<2P, (1.1)

где d — количество битов данных, р — разрядность контрольного кода.

Код, использующий d и р, при которых выражение (1.1) превращается в ра­венство, называют оптимальным кодом Хэмминга.

Часто оказывается целесообразно сочетать упаковку данных с их избыточ­ным кодированием. Наиболее удачным примером такой целесообразности опять-таки являются тексты на естественных языках: статистический анализ такого текста показывает очень высокий, более чем двукратный, уровень избыточности. С одной стороны, это слишком много для большинства практически применяемых способов цифровой передачи и кодирования данных, а с другой — правила формирования этой избыточности слишком сложны и плохо формализованы для использования в современных про­граммно-аппаратных комплексах. Поэтому для длительного хранения или передачи по низкоскоростным линиям целесообразно упаковывать тексто­вые данные и снабжать их простыми средствами избыточности, например CRC.

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

История операционных систем

По тому какие из вышеперечисленных функций реализованы и каким было уделено больше внимания а каким меньше системы можно разделить на несколько... General Purpose Operating Systems ОС общего назначения... Real Time Systems ОС реального времени...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Контрольные суммы

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

История операционных систем
  История развития операционных систем насчитывает уже много лет. В следующих разделах книги мы кратко рассмотрим некоторые основные моменты этого развития. Так как операционные систе

Онтогенез повторяет филогенез
  После опубликования книги Чарльза Дарвина «Происхождение видов» немецкий зоолог Эрнст Хэккель (Ernst Haeckel) сформулировал правило: «Онтогенез повторяет филогенез». Сказав это, он

Основные функции операционных систем
По современным представлениям ОС должна уметь делать следующее. □ Обеспечивать загрузку пользовательских программ в оперативную память и их исполнение (этот пункт не относится к ОС,

ДОС (Дисковые Операционные Системы)
Это системы, берущие на себя выполнение только первых четырех функций. Как правило, они представляют собой некий резидентный набор подпро­грамм, не более того. ДОС загружает пользовательскую програ

ОС общего назначения
К этому классу относятся системы, берущие на себя выполнение всех вы­шеперечисленных функций. Разделение на ОС и ДОС идет, по-видимому, от систем IBM DOS/360 и OS/360 для больших компьютеров этой ф

Системы виртуальных машин
Такие системы стоят несколько особняком. Система виртуальных машин — это ОС, допускающая одновременную работу нескольких программ, но соз­дающая при этом для каждой программы иллюзию того, что маши

Системы реального времени
Это системы, предназначенные для облегчения разработки так называемых приложений реального времени — программ, управляющих некомпьютерным оборудованием, часто с очень жесткими ограничениями

Средства кросс-разработки
Это системы, предназначенные для разработки программ в двухмашинной конфигурации, когда редактирование, компиляция, а зачастую и отладка кода производятся на инструментальной машине (в англоязычной

Системы промежуточных типов
Существуют системы, которые нельзя отнести к одному из вышеперечис­ленных классов. Такова, например, система RT-11, которая, по сути своей, является ДОС, но позволяет одновременное исполнение неско

Семейства операционных систем
Часто можно проследить преемственность между различными ОС, необяза­тельно разработанными одной компанией. Отчасти такая преемственность обусловлена требованиями совместимости или хотя бы переносим

Выбор операционной системы
Выбор типа операционной системы часто представляет собой нетривиаль­ную задачу. Некоторые приложения накладывают жесткие требования, ко­торым удовлетворяет только небольшое количество систем. Напри

Проблема
Организация имеет двенадцать велосипедов. Стоит задача: перевезти рояль. Что делать? Грузовик не предлагать... Основная проблема MS Windows состоит вовсе не в том, что это не "насто­я

Открытые системы
Альтернативой закрытым решениям является концепция открытых систем. Идея открытых систем исходит из того, что для разных задач необходимы разные системы — как специализированные, так и системы обще

Представление данных в вычислительных системах
Современные компьютеры оперируют числовыми данными в двоичной системе счисления, а нечисло­вые данные (текст, звук, изображение) так или иначе переводят в цифровую форму (оцифровывают). В

Представление текстовых данных
Все используемые способы представления текстовых данных, так или иначе, сводятся к нумерации символов алфавита (или множества символов системы письменности интересующего нас языка,

Представление изображений
Все известные форматы представления изображений (как неподвижных, так и движущихся) можно разделить на растровые и векторные. В векторном формате изображ

Представление звуков
Два основных подхода к хранению звуковых файлов можно сопоставить с векторным и растровым способами хранения изображений: это MIDI и по­добные ему форматы, и оцифрованный звук.

Упаковка данных
Данные многих форматов имеют значительный объем, поэтому их хра­нение и передача зачастую требуют значительных ресурсов. Одним из способов решения этой проблемы является повышение емкости запоми­на

Загрузка программ
Выяснив, что представляет собой программа, давайте рассмотрим процедуру ее загрузки в оперативную память компьютера (многие из обсуждаемых да­лее концепций, впрочем, в известной мере применимы и к

Создание процессов в Unix
В системах семейства Unix новые процессы создаются системным вызовом fork. Этот вызов создает два процесса, образы которых в первый момент пол­ностью идентичны, у них различается только значение, в

Абсолютная загрузка
Первый, самый простой, вариант состоит в том, что мы всегда будем загружать программу с одного и того же адреса. Это возможно в следующих случаях. □ Система может предоставить каждом

Формат загрузочного модуля a.out
В системе UNIX на 32-разрядных машинах также используется абсолютная за­грузка. Загружаемый файл формата a.out (современные версии Unix использу­ют более сложный формат загружаемого модуля и более

Относительная загрузка
Относительный способ загрузки состоит в том, что мы загружаем программу каждый раз с нового адреса. При этом мы должны настроить ее на новые адреса. При использовании в коде программы абсолю

Оверлеи (перекрытия)
Смысл оверлея состоит в том, чтобы не загружать программу в память целиком, а разбить ее на несколько модулей и поме­щать их в память по мере необходимости. При этом на одни и те же адреса

Сборка программ
В большинстве современных языков программирования программа состоит из отдельных слабо связанных модулей. Как правило, каждому такому моду­лю соответствует отдельный файл исходного текста.

Типичный объектный модуль содержит следующие структуры данных.
□ Таблицу перемещений, т. е. таблицу ссылок на перемещаемые объекты внутри модуля. □Таблицу ссылок на внешние объекты. Иногда это называется таб

Объектные библиотеки
Крупные программы часто состоят из сотен и тысяч отдельных модулей. Кроме того, существуют различные пакеты подпрограмм, также состоящие из большого количества модулей. Один из таких пакетов

Сборка в момент загрузки
Как мы видели в предыдущем разделе, объектные модули и библиотеки со­держат достаточно информации, чтобы собирать программу не только зара­нее, но и непосредственно в момент загрузки. Этот способ,

Программные модули в N9000
В этих архитектурах каждый объектный модуль соответствует одному модулю в смысле языка высокого уровня Oberon (или NIL— N9000 Instrumental Language). Далее мы будем описывать архитектуру системы N9

Динамические библиотеки
В Windows и OS/2 используется именно такой способ загрузки. Исполняе­мый модуль в этих системах содержит ссылки на другие модули, называе­мые DLL (Dynamically Loadable Library, динамически загружае

Загрузка самой ОС
При загрузке самой ОС возникает специфическая проблема: в пустой м шине, скорее всего, нет программы, которая могла бы это сделать. В системах, в которых программа находится в ПЗУ (или другой энерг

Загрузка Sun Solaris
Полный цикл загрузки Solaris (версия Unix System V Release 4, поставляющаяся фирмой Sun) на компьютерах х86 происходит в шесть этапов. Первые три эта­па стандартны для всех ОС, работающих на IBM PC

Управление оперативной памятью
Основной ресурс системы, распределением которого занимается ОС — это оперативная память. Поэтому организация памяти оказывает большое влияние на структуру и возможности ОС. В настоящее время сложил

Открытая память
Самый простой вариант управления памятью — отсутствие диспетчера па­мяти и возможность загружать в системе только один процесс. Именно так работают СР/М и RT-11 SJ (Single-Job, однозадачная). В эти

Алгоритмы динамического управления памятью
При динамическом выделении памяти запросы на выделение памяти формируются во время исполнения задачи. Динамическое выделение, таким образом, противопоставляется статическому, когда за

Сборка мусора
Явное освобождение динамически выделенной памяти применяется во многих системах программирования и потому привычно для большинства программистов, но оно имеет серьезный недостаток: если программист

Открытая память (продолжение)
Описанные выше алгоритмы распределения памяти используются не опера­ционной системой, а библиотечными функциями, присоединенными к программе. Однако ОС, которая реализует одновременную загрузку (но

Управление памятью в MS DOS
Так, например, процедура управления памятью MS DOS рассчитана на случай, когда программы выгружаются из памяти только в порядке, обратном тому, в каком они туда загружались (на практике, они могут

Управление памятью в MacOS и Win16
В этих системах предполагается, что пользовательские программы не сохра­няют указателей на динамически выделенные блоки памяти. Вместо этого каждый такой блок идентифицируется целочисленным дескрип

Системы с базовой виртуальной адресацией
Как уже говорилось, в системах с открытой памятью возникают большие сложности при организации многозадачной работы. Самым простым спосо­бом разрешения этих проблем оказалось предоставление каждому

Компьютер и внешние события
Практически все функции современных вычислительных систем, так или иначе, сводятся к обработке внешних событий. Единственная категория приложений, для которых внешние события совершенно неактуальны

Канальные процессоры и прямой доступ к памяти
Одно из решений состоит в том, чтобы завести отдельный процессор и по­ручить ему всю работу по опросу. Процессор, занимающийся только орга­низацией ввода-вывода, называют периферийным

Централизованный контроллер, устанавливаемый на системной плате и способный работать с несколькими различными устройствами.
В качестве альтернативы ПДП можно предложить снабжение устройство буфером, который работает с частотой системной шины. Центральный про­цессор передает данные в буфер, и лишь когда

Прерывания
Альтернатива опросу, применяемая практически во всех современных процессорах, называется прерываниями (interrupt), и состоит в значительном усложнении логики обработк

ИСКЛЮЧЕНИЯ
Многие процессоры используют механизм, родственный прерываниям, для обработки не только внешних, но и внутренних событий (исключительные ситуации – отсутствие страницы, ошибки дост

Многопроцессорные архитектуры
Как уже говорилось, относительно большие накладные расходы, связанные с обработкой прерываний, нередко делают целесообразным включение в систему дополнительных процессоров. Есть и другие доводы в п

Порядок доступа к памяти в SPARC
Современные процессоры предоставляют возможность управлять порядком доступа команд к памяти. Например, у микропроцессоров SPARCv9 определены три режима работы с памятью (модели памя­ти), переключае

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги