Прежде всего, микроконтроллер это процессор со всеми его "атрибутами", плюс встроенная, энергонезависимая память (программ и данных), что позволяет отказаться от внешней памяти программ и поместить программу в его энергонезависимую память.
Это позволяет создавать очень простые (в схемотехническом отношении) и компактные устройства, выполняющие, тем не менее, достаточно сложные функции. Иногда даже диву даешься: эта маленькая "штучка" заменяет целую "груду старого железа"
Любой микроконтроллер, по своим возможностям, конечно же, уступает процессору компьютера, но тем не менее, существует весьма обширный класс устройств, которые преимущественно реализуются именно на микроконтроллерах. И в самом деле, компьютер в карман не положишь и от батареек его не запитаешь. Поэтому, во многих случаях, микроконтроллерам просто нет альтернативы. "Сердцем" микроконтроллера является арифметико - логическое устройство (АЛУ).
Проще всего его представить в виде банального калькулятора, кнопками которого управляет программа, написанная на языке ассемблер (то есть, программист). Если вдуматься, то ничего особо сложного, в механизме управления такого рода калькулятором, нет. И в самом деле, если нужно, например, сложить числа А и В, то в тексте программы сначала задаются константы А и В, а затем дается команда "сложить". Программисту вовсе не обязательно знать, что происходит с нулями и единицами (разве только только для общего развития), ведь калькулятор он на то и калькулятор, чтобы избавить пользователя от "возни" с машинными кодами и прочими "неудобоваримостями".
Когда Вы работаете с компьютером, Вам и не нужно детально знать, что происходит в дебрях операционной системы.
Если Вы туда "полезете", то "с ума сойдете", а микроконтроллер, по своей сути, есть тот же самый компьютер, но только простой. Программисту только нужно детально знать, каким именно образом "приказать железяке" сделать то, что необходимо для достижения задуманного. Микроконтроллер можно представить себе как некий универсальный "набор" многофункциональных модулей (блоков), "рычаги управления" которыми находятся в руках программиста. Этих "рычагов" достаточно большое количество, и естественно, их нужно освоить и точно знать, что именно произойдет, если "дернуть" (дать команду на языке ассемблер) за тот или иной "рычаг". Вот здесь-то уже нужно знать, как "отче наше", каждую деталь и не жалеть на это "узнавание" времени. Только таким образом пустую "болванку" (незапрограммированый ПИК) можно "заставить"
выполнять какие-то "осмысленные" действия, результат большей части которых можно проверить в симуляторе MPLAB (об этом - позднее), даже не записывая программу в ПИК.
Итак, необходим переход к "модульному" мышлению. Любой микроконтроллер можно уподобить детскому конструктору, в состав которого входит множество всяких предметов, манипулируя с которыми, можно получить тот или иной конечный "продукт". Давайте с ними разберемся и "разложим все по полочкам". В качестве примера я буду использовать один из самых распространенных PIC контроллеров PIC16F84A. Он является как бы "проматерью" более сложных ПИКов, содержит минимальный "набор" модулей и как нельзя лучше подходит для первичного "въезда в м/контроллеры".
Энергонезависимая память.
Начнем с энергонезависимой памяти (память программ и память данных).
Информация, заложенная в энергонезависимую память, сохраняется при выключении питания, и поэтому именно в нее записывается программа.
То "место" энергонезависимой памяти, куда записывается программа, называется памятью программ. Объем памяти программ может быть различен. Для PIC16F84A, он составляет 1024 слова. Это означает, что он предназначен для работы с программами, объем которых не превышает 111024 слов.
Слово памяти программ не равно одному байту (8 бит), а больше его (14 бит). Отдельная команда, которую ПИК будет в дальнейшем выполнять, занимает одно слово в памяти программ. В зависимости от названия этой команды в ассемблере, слово принимает то или иное числовое значение в машинном коде. После записи в ПИК "прошивки" программы, слова памяти программ (машинные коды) как бы "превращаются" в команды, которые располагаются, в памяти программ, в том же порядке, в котором они следуют в исходном тексте программы, написанном на языке ассемблер, и в том же порядке им присваиваются адреса, при обращении к которым, та или иная команда "извлекается" из памяти программ для ее выполнения. Последовательность же их выполнения определяется логикой программы. Это означает то, что выполнение команд может происходить не в порядке последовательного возрастания их адресов, с шагом в одну позицию (так называемый инкремент), а "скачком". Дело в том, что только уж самые простейшие программы, в пределах одного их полного цикла, обходятся без этих "скачков", называемых переходами, и выполняются строго последовательно. В остальных же случаях, так называемая (мной) "рабочая точка программы" "мечется по тексту программы как угорелая" (как раз благодаря этим самым переходам).
Термин "рабочая точка программы" - моя "самодеятельность". В свое время, я был очень сильно удивлен отсутствием чего-то подобного в информации, связанной с объяснением работы программ. Казалось бы, чего проще, по аналогии, например, с рабочей точкой транзистора, сделать более комфортным "въезд в механику" работы программ? Так нет же, как будто специально, придумываются такие "головокружительные заменители", причем, в различных случаях, разные, что запутаться в этом очень просто. Итак, рабочую точку программы можно представить себе в виде некоего "шарика от пинг-понга", который "скачет" по командам текста программы в соответствии с алгоритмом (логикой) исполнения программы. На какую команду "шарик скакнул", та команда и исполняется. После этого он "перескакивает" на другую команду, она исполняется, и т.д. Эти "скачки" происходят непрерывно и в течение всего времени включения питания устройства (исполнения программы).
Любая более-менее сложная программа разбивается на части, которые выполняют отдельные функции (своего рода программки в программе) и которые называются подпрограммами. Атрибут любой подпрограммы - функциональная законченность производимых в ней действий.
По сути своей, эта "выдумка" введена в программирование для удобства реализации принципа "разделяй и властвуй": "врага" ведь гораздо легче "разгромить по частям, чем в общей массе". Да и порядка больше.
Безусловные переходы (переходы без условия) между подпрограммами (если они последовательно не переходят одна в другую), осуществляются при помощи команд безусловных переходов, в которых обязательно указывается адрес команды в памяти программ (косвенно - в виде названия подпрограммы или метки), на которую нужно перейти. Существуют также переходы с условием (условные переходы), то есть, с задействованием так называемого стека. Более подробно о переходах я расскажу позднее. Адреса команд определяются счетчиком команд (он называется PC). То есть, каждому состоянию счетчика команд соответствует одна из команд программы. Если команда простая, то счетчик просто инкрементируется (последовательно выполняется следующая команда), а если команда сложная (например, команда перехода или возврата), то счетчик команд изменяет свое состояние "скачком", активируя соответствующую команду.
Примечание: инкремент - увеличение на единицу величины числа, с которым производится эта операция, а декремент - уменьшение на единицу (так называемые комплиментарные операции). В простейшем случае, то есть в случае отсутствия в программе переходов, счетчик команд PC, начиная с команды "старта" (нулевой адрес), многократно инкрементируется, 12 последовательно активизируя все команды в памяти программ. Это означает, что в большинстве случаев, за каждый так называемый машинный цикл (такт работы программы: для ПИКов он равен четырем периодам тактового генератора) работы ПИКа, происходит исполнение одной команды. Есть и команды исполнение которых происходит за 2 машинных цикла (м.ц.), но их меньше. Команд, которые исполняются за 3 м.ц. и более нет. Таким вот образом, на большинстве участков программы (я их называю "линейными участками"), последовательно и перебираются адреса в памяти программ (команды последовательно исполняются).
В более сложных программах, с большим количеством условных и безусловных переходов, работу счетчика команд PC можно охарактеризовать фразой "Фигаро здесь, Фигаро там". 1 машинный цикл (м.ц.) равен 4-м периодам тактового генератора ПИКа. Следовательно, при использовании кварца на 4 Мгц., 1 м.ц.=1 мкс. Выполнение программы, в рабочем режиме (кроме работы в режиме пониженного энергопотребления SLEEP), никогда не останавливается, то есть, за каждый машинный цикл (или за 2, если команда исполняется за 2 м.ц.) должно выполняться какое-либо действие (команда). Тактовый генератор, формирующий машинные циклы, работает постоянно. Если его работу прервать, то исполнение программы прекратится.
Может сложиться ложное представление о том, что работу программы можно на какое-то время остановить, используя одну или несколько команд – "пустышек", не производящих полезных действий (есть такая команда NOP). Это представление не верно, так как в этом случае, речь идет только о задержке выполнения следующих команд, а не об остановке исполнения программы. Программа исполняется и в этом случае, так как "пустышка" есть та же самая команда программы, только не производящая никаких действий (короткая задержка). Если же нужно задержать выполнение каких-либо последующих команд на относительно длительное время, то применяются специальные, циклические подпрограммы задержек, о которых я расскажу позднее. Даже тогда, когда программа "зависает" ("глюк"), она исполняется, просто только не так, как нужно. Остановить (в буквальном смысле этого слова) исполнение программы можно только прекратив работу тактового генератора. Это происходит при переходе в режим пониженного энергопотребления (SLEEP), который используется в работе достаточно специфических устройств. Например, пультов дистанционного управления (и т.д.).
Отсюда следует вывод: программы, не использующие режим SLEEP (а таких - большинство), для обеспечения непрерывного выполнения команд программы, обязательно должны быть циклическими, то есть, иметь так называемый полный цикл программы, причем, многократно повторяющийся в течение всего времени включения питания. Проще говоря, рабочая точка программы должна непрерывно (не останавливаясь) "мотать кольца" полного цикла программы (непрерывно переходить с одного "кольца" на другое).
Общие выводы:
1. Команды программы "лежат" в памяти программ в порядке расположения команд в тексте программы.
2. Адреса этих команд находятся в счетчике команд PC и каждому адресу соответствует одна из команд программы.
3. Команда активируется (исполняется), если в счетчике команд находится ее адрес.
4. Активация команд происходит либо последовательно (на "линейном" участке программы), либо с переходом ("скачком") на другую команду (при выполнении команд переходов), с которой может начинаться как подпрограмма (переход на исполнение подпрограммы), так и группа команд, выделенная меткой (переход на исполнение группы команд, которой не присвоен "статус" подпрограммы).
5. Выполнение команд программы никогда не останавливается (за исключением режима SLEEP), и поэтому программа должна быть циклической.
Кроме памяти программ, PIC16F84A имеет энергонезависимую память данных (EEPROM память данных). Она предназначена для сохранения данных, имеющих место быть на момент выключения питания устройства, в целях их использования в дальнейшем (после следующего включения питания). Так же, как и память программ, память данных состоит из ячеек, в которых "лежат" слова. Слово памяти данных равно одному байту (8 бит). В PIC16F84A, объем памяти данных составляет 64 байта. Байты, хранящиеся в памяти данных, предназначены для их считывания в стандартные 8-битные регистры, речь о которых пойдет далее. Данные из этих регистров могут быть записаны в EEPROM память данных, то есть, может быть организован обмен данными между памятью данных и регистрами. Например, именно EEPROM память данных я использовал в своем частотомере для сохранения последних, перед выключением питания, настроек. Она же используется и для установки значений промежуточной частоты. Во многих программах, память данных вообще не используется, но это "вещь" исключительно полезная, и далее я расскажу о ней подробнее.
В данной статье приведены общие сведения об организации работы системы 1С:Предприятие с распределенной информационной базой (ИБ). Также описаны внутренние особенности организации механизма работы с распределенными данными для того, чтобы специалисты, осуществляющие конфигурирование и администрирование распределенных систем могли лучшее понимать выполняемые системой действия. Данная информация может также быть использована для оценки дополнительных затрат ресурсов системы, расходуемых на поддержание распределенной информационной базы.
Так как средства системы 1С:Предприятие для работы с распределенными информационными базами поставляются отдельно, сначала кратко остановимся на назначении и основных принципах организации работы системы 1С:Предприятие с территориально удаленными подразделениями.
Назначение и основные принципы
В тех случаях, когда предприятие представляет собой территориально распределенную структуру, зачастую сохраняется потребность в ведении единой системы учета. То есть необходимо иметь возможность работать в едином пространстве документов, получать отчеты, отражающие состояние дел как в территориально удаленных подразделениях предприятия, так и на предприятии в целом и т.п. При этом не всегда имеется возможность организовать работу всех подразделений с единой информационной базой в режиме он-лайн.
Для решения подобных задач предназначена компонента "Управление распределенными ИБ". С помощью указанной компоненты можно организовать двухуровневую структуру информационных баз (ИБ) системы 1С:Предприятие, состоящую из одной центральной и нескольких периферийных информационных баз, работающих с единой конфигурацией. При этом система будет стремиться поддерживать одинаковое состояние объектов данных во всех узлах распределенной ИБ.
Содержимое информационных баз синхронизируется путем переноса измененных объектов данных между каждой из периферийных и центральной ИБ. Для переноса данных используются так называемые файлы переноса данных. Перенос изменений выполняется только между центральной и периферийными ИБ. Перенос данных непосредственно между периферийными ИБ невозможен. Поэтому изменения данных, произведенные в одном из периферийных узлов распределенной ИБ попадают в другие периферийные узлы только через центральную ИБ.
В простейшем случае (по умолчанию) областью распространения изменений для всех объектов является вся распределенная ИБ. Таким образом, в случае если в течение какого-то времени изменения данных системы не будут производиться, и, в то же время, будут произведены все необходимые действия по обмену изменениями между узлами распределенной ИБ, то все узлы будут содержать абсолютно одинаковые данные.
В некоторых случаях может возникнуть необходимость в том, чтобы объекты того или иного типа никогда не попадали в те или иные узлы распределенной ИБ или никогда не покидали места своего создания. Для обеспечения такой возможности предназначен механизм настройки параметров миграции объектов. С его помощью можно ограничить распространение изменений объектов того или иного вида. Кроме того, в версии 7.7 системы 1С:Предприятие можно создавать периферийные ИБ, которые будут принимать информацию о измененных объектах из центральной ИБ, но не будут передавать изменения, сделанные в них самих.
Механизмы распространения изменений объектов работают полностью автоматически. Разработчик конфигурации лишен возможности вмешиваться в функционирование этих механизмов. Для того, чтобы механизмы распределенной ИБ начали работать, не нужно производить никаких специальных действий по конфигурированию системы.
Однако, для того, чтобы документы, элементы справочников и другие объекты, созданные в разных узлах распределенной ИБ, имели заведомо непересекающиеся пространства номеров, кодов и т. п., может потребоваться внести в конфигурацию некоторые изменения. Также изменения в конфигурации должны вноситься при необходимости обеспечить специальные ограничения работы пользователей на периферийных информационных базах.
Для переноса измененных объектов в распределенной ИБ и для первичного создания периферийной ИБ используется файл переноса данных. Он представляет собой упакованный (сжатый) файл, содержащий объекты информационной базы (все при создании периферийной ИБ или измененные при передаче изменений) в специальном формате. Формат данного файла не предназначен для использования его способами отличными от тех, которые предусмотрены механизмами выгрузки/загрузки и передачи изменений. Файл переноса фактически отражает содержимое объектов информационной базы в формате, не зависящем от формата базы данных. Это позволяет использовать в распределенной информационной системе в различных узлах различные форматы хранения данных, поддерживаемые системой 1С:Предприятие (DBF/CDX и MS SQL Server).
Регистрация изменений
Перенос измененных данных производится "пообъектно". То есть единицей переноса данных является так называемый ведущий объект. С точки зрения работы в распределенной информационной базе в 1С:Предприятии существуют следующие типы ведущих объектов:
константа,
элемент справочника,
документ,
календарь,
счет бухгалтерского учета,
типовая операция.
Вместе с документами переносятся все действия, выполняемые ими в процессе проведения: движения регистров, акты расчета, бухгалтерская операция, проводки. В случае, если при проведении документа производятся изменения периодических реквизитов элемента справочника, то производится перенос всего элемента справочника.
Регистрация изменений объектов производится автоматически при любом изменении объекта, независимо от того каким способом это изменение производилось (интерактивно или из встроенного языка). Кроме того в версии 7.7 системы 1С:Предприятие для таких объектов как элементы справочников и документы появилась возможность управления регистрацией изменений. Для этого у соответствующих объектов метаданных введен признак "Автоматическая регистрация изменений". Если этот признак установлен (значение по умолчанию), то автоматическая регистрация производится, а если признак сброшен, то регистрация не производится и изменения объектов в распределенной ИБ не распространяются. Но и в данном случае, при выполнении записи изменений объектов из встроенного языка можно управлять регистрацией изменений с помощью метода встроенного языка РегистрацияИзменений().
Регистрация изменений ведущих объектов производится в специальной служебной таблице. При этом фиксируются следующие данные об изменении объекта:
Сам ведущий объект;
Идентификатор той ИБ, в которую должно быть передано изменение;
Идентификатор ИБ, в которую должно быть передано изменение, служит для отслеживания переноса данных в каждую из ИБ, с которой данная ИБ обменивается данными. Таким образом, при изменении какого-либо объекта в центральной ИБ в таблицу будет помещено по одной записи для каждой из зарегистрированных периферийных информационных баз. Если же изменение объекта происходит в периферийной ИБ, то в таблицу будет занесена только одна запись, соответствующая центральной ИБ, так как каждая из периферийных ИБ непосредственно взаимодействует только с центральной.
Заметим, что удаление объекта является частным случаем изменения. Оно также помечается в таблице регистрации изменений и передается при выгрузке.
Выгрузка и загрузка изменений
Каждая выгрузка изменений осуществляется в адрес конкретной ИБ. В файл переноса, создаваемый при выгрузке попадают все объекты, записи об изменениях которых содержатся в таблице регистрации изменений для данной ИБ.
Заметим, что выгружаются не изменения объектов, а сами измененные объекты. То есть, если в документе изменилось значение одного реквизита, то будет передаваться весь документ и он будет полностью перезаписан на той ИБ, в которую переносится. Как уже отмечалось, вместе с документом будут перенесены и сделанные им движения регистров, операция и проводки. Если изменяется любой реквизит справочника, то передается полностью весь элемент. При этом история периодических реквизитов передается целиком. Последнее означает, что изменения сделанные в истории периодического реквизита элемента на в двух ИБ не будут сливаться вместе.
В процессе выгрузки в таблице регистрации изменений отмечается выгрузка изменений объектов.
При загрузке файла переноса данных помимо загрузки измененных данных выполняется так называемый прием подтверждений.
В случае, когда пришло подтверждение на получение выгрузки, содержащей последнее изменение объекта, запись об изменении удаляется из таблицы регистрации. То есть записи об изменении объектов данных хранятся в таблице регистрации до тех пор, пока не будет получено подтверждение о доставке измененного объекта по назначению.
Причем выгрузка измененного объекта будет производиться до тех пор, пока не будет получено подтверждение, о доставке изменения. Это значит, что если выполнять перенос все время в одном направлении и не выполнять обратного переноса то объем файла переноса данных будет все время расти, так как каждый раз будут передаваться все объекты, измененные после последнего полученного подтверждения.
При загрузке изменений объектов из периферийной ИБ в центральную, в таблицу регистрации изменений (если, конечно, параметры миграции настроены соответствующим образом) заносятся записи, указывающие, что загруженные из периферийной ИБ изменения объектов должны быть переданы в другие периферийные ИБ.
Изменения конфигурации
Как уже отмечалось, при работе с распределенной ИБ, конфигурация системы может быть изменена только в центральном узле.
Для регистрации изменений конфигурации и передачи ее на периферийные ИБ используется тот же механизм, что и для объектов данных. При записи измененной конфигурации, в таблицу регистрации изменений объектов по числу известных периферийных ИБ заносятся записи, фиксирующие факт изменения конфигурации.
После записи измененной конфигурации в распределенной ИБ складывается такая ситуация, что центральная и периферийные ИБ работают фактически с разными конфигурациями. В таком состоянии созданные на периферийной ИБ файлы переноса данных не могут быть загружены на центральной ИБ по той причине, что в условиях различных конфигураций содержащаяся в файле информация не может быть правильно интерпретирована. Обмен будет восстановлен только после того, как в периферийную ИБ будет загружена измененная конфигурация с центральной ИБ. То есть после изменения конфигурации требуется выполнить перенос из центральной ИБ в каждую из периферийных, а уже затем выполнять перенос из периферийных ИБ в центр.
Перенос измененной конфигурации в периферийные ИБ осуществляется тем же способом, что и перенос измененных объектов данных. В процессе очередной выгрузки из центральной ИБ, в файл переноса данных целиком включается измененная конфигурация, если, конечно, в таблице регистрации изменений содержится запись о том, что измененную конфигурацию следует передать в соответствующую периферийную ИБ. Выгрузка конфигурации также будет производиться до получения извещения о приеме измененной конфигурации.
Заметим, что конфигурация считается измененной при любых изменениях метаданных, форм, модулей, таблиц конфигурации, наборов прав, пользовательских интерфейсов, описаний. В состав конфигурации не входит список пользователей, а также внешние по отношению к файлу конфигурации (1CV7.MD) файлы (внешние отчеты, отдельно записанные таблицы и тексты). И эти внешние файлы не переносятся механизмом управления распределенной ИБ. Поэтому при конфигурировании распределенной системы не рекомендуется использовать в конфигурации находящиеся в отдельных файлах модули, таблицы и отчеты.
Для изменения уже работающей конфигурации можно рекомендовать использовать механизм загрузки измененной конфигурации. Он позволяет специалисту скопировать конфигурацию, выполнить в ней все необходимые изменения, отладить внесенные изменения (этот процесс может занять и несколько дней), а затем загрузить измененную конфигурацию в центральную ИБ, после чего изменения будут распространены на все периферийные ИБ с очередной передачей изменений. Такая последовательность позволит избежать многократной передачи измененной конфигурации в периферийные ИБ в процессе ее модернизации.
При загрузке файла переноса данных на периферийной ИБ, этап загрузки измененной конфигурации (если, конечно, она содержится в файле переноса данных) предшествует этапу загрузки измененных объектов данных. В случае неудачного завершения загрузки конфигурации, загрузка объектов данных производиться не будет и информационная база останется в том же состоянии, что и была до начала загрузки.
Загрузка измененной конфигурации может завершиться неудачей, если измененная конфигурация не соответствует существующим данным. Например, было уменьшено число уровней справочника, а новое число уровней оказывается меньшим, чем фактически содержащееся в справочнике или в других подобных случаях. Если такое произошло, то следует привести данные в соответствие с новой конфигурацией или изменить конфигурацию в центральной ИБ и заново произвести выгрузку, чтобы ликвидировать возникшее противоречие.
Коллизии
При работе в реальных распределенных ИБ один и тот же объект может изменяться одновременно в различных узлах распределенной ИБ. И при переносе измененных объектов из одной ИБ в другую может случиться так, что в какую-либо ИБ будет загружаться объект, зарегистрированный в самой этой ИБ как измененный. Такая ситуация носит название коллизии. Приведем описание действий системы в наиболее типовых вариантах коллизий.
Один и тот же объект изменен более чем в одной ИБ.
Общий принцип здесь состоит в том, что "главным" считается изменение, произведенное в центральной ИБ. Отработка ситуации различается в зависимости от того, на какой ИБ - центральной или периферийной коллизия обнаружена. Если коллизия обнаружена на центральной ИБ, то есть при загрузке файла переноса из периферийной ИБ обнаружено, что один из измененных объектов также изменен и в центральной ИБ, то изменения объекта в центральную ИБ не загружаются. При этом гарантируется, что при очередной выгрузке в адрес периферийной ИБ будет передано состояние объекта как оно есть в центральной ИБ. Если же коллизия обнаружена на периферийной ИБ, то изменения объекта, прибывшие из центральной ИБ загружаются.
Объект, измененный в одной ИБ, удален в другой.
В данном случае принцип заключается в том, что изменение всегда "главнее" удаления. В случае, если на центральную ИБ прибывает файл переноса, в котором содержится информация, что некоторый объект удален на периферийной ИБ, то в центральной ИБ объект не удаляется, а в записи таблицы регистрации изменений данный объект помечается как измененный. То есть при очередном обмене объект будет восстановлен в той ИБ, в которой он был удален, причем само содержание объекта будет соответствовать той ИБ, которая "отвергла" удаление.
Аналогичные действия производятся, если коллизия обнаружена на периферийной ИБ.
Объект, удаленный в одной ИБ, не может быть удален в другой по причине наличия ссылок на него.
При загрузке изменений, если загружается информация об удалении объектов, автоматически включается механизм контроля ссылочной целостности и выполняется проверка наличия ссылок в данной ИБ на объекты, которые переданы как удаленные.
В случае обнаружения коллизии такого рода, вне зависимости от того на какой из ИБ она была обнаружена, выполняется следующее: удаление не выполняется, а в таблицу регистрации изменений заносится запись о том, что объект должен быть перенесен в адрес той ИБ, из которой была прислана информация о его удалении.
При очередном обмене объект восстанавливается в той ИБ, в которой он был удален, однако само содержание объекта будет соответствовать той ИБ, которая "отвергла" удаление.
Таким образом, управление распределенной информационной базой имеет определенную стратегию автоматического разрешения любых коллизий с описанными приоритетами. Однако, в реальных условиях рекомендуется средствами конфигурации определить возможные действия пользователей на различных узлах таким образом, чтобы исключить или минимизировать вероятность возникновения коллизий. Основным путем является определения средствами конфигурации "ответственного" узла за каждый ведущий объект в распределенной ИБ и ограничение всем остальным возможности его редактирования и удаления. Определение "ответственных" должно происходить исходя из логики работы предприятия. Очевидно, что многие виды объектов можно разрешить изменять только в центральной ИБ (например, список складов). Для многих объектов можно рекомендовать средствами встроенного языка установить возможность изменения только на той ИБ, на которой они созданы, например для документов.
Параметры миграции
С помощью настройки параметров миграции можно ограничивать области распространения изменений объектов. Настройка параметров миграции происходит по видам "ведущих" объектов. То есть для каждого вида "ведущих" объектов можно определить конкретную настройку параметров миграции. В настройке параметров миграции объектов ведущую роль играет выбор того или иного варианта области распространения изменений объектов данного вида. Существуют три варианта настройки области распространения:
Все информационные базы. Данный вариант настройки используется по умолчанию для всех объектов. В этом случае любые изменения объектов данного типа будут распространяться по всем узлам распределенной ИБ. Этот вариант обеспечивает полную синхронизацию объектов данного вида во всей распределенной ИБ. Очевидно, что этот вариант наиболее прост для конфигурирования.
Место создания. Данный вариант настройки также является довольно простым. В этом случае изменения объекта не передаются в другие ИБ. При такой настройке параметров миграции, объект данного вида никогда не "покидает" места своего создания и не появляется в других ИБ. Однако при выборе данного варианта следует учитывать возможные ссылки на объекты данного вида из объектов других видов, имеющих другие параметры миграции. Например, если установить такой вариант для справочника, и в документах, которые участвуют в обмене, будет содержаться реквизит типа справочник данного вида, то при переносе документа получится неразрешенная ссылка.
Место создания и центр. При таком варианте настройки области распространения объектов существенную роль играет понятие места создания объекта. Местом создания объекта считается ИБ, в которой был создан конкретный объект. Естественно, что различные объекты одного вида могут быть созданы в различных ИБ. Однако место создания объекта может быть определено не для всех видов "ведущих" объектов. Для таких объектов как константы, календари или корректные проводки место создания не определено. Поэтому для этих видов объектов вариант настройки "Место создания и центр" не может быть установлен.
В случае выбора такого варианта области распространения, объекты данного вида помимо места их создания попадают еще и на центральную ИБ. То есть, в случае, если для некоторого вида объектов установлена область распространения "Место создания и центр", то для объектов этого вида, созданных на периферийной ИБ, их изменения будут передаваться между местом их создания и центральной ИБ. Для объектов того же вида, созданных на центральной ИБ, изменения не будут передаваться никуда. С помощью такого варианта области распространения можно добиться такого эффекта, что все объекты того или иного вида будут "собираться" на центральной ИБ, а на любой из периферийных ИБ будут находиться только те объекты, для которых она является местом создания.
В случае выбора области распространения "Место создания и центр", для вида объекта можно задать перечень периферийных узлов распределенной ИБ, которые дополнительно включаются в область распространения всех объектов данного вида. Этот перечень задается как список кодов периферийных ИБ, разделенный запятыми. При задании кодов ИБ допускается использование символов-заменителей '*'. Символ-заменитель должен завершать последовательность символов, образующих код одной или нескольких периферийных ИБ. Таким образом, "A*" представляет собой обозначение всех периферийных ИБ, коды которых начинаются символом 'А'. Последовательность "A*B" является ошибочной, так как символ '*' не завершает последовательность символов, представляющих код периферийной ИБ.
Кроме того, как отмечалось выше, дополнительной возможностью управлять распространением изменений объектов в версии 7.7 системы 1С:Предприятие является особый вид периферийных ИБ, которые получают изменения из центральной ИБ, а сами информацию о сделанных в них изменениях не передают. Для создания периферийной ИБ такого рода, надо при ее инициализации указать признак "Только получатель".
Отдельно стоит рассмотреть случай, когда параметры миграции объектов изменяются в процессе изменения конфигурации уже работающей системы. Изменения параметров миграции для каждого из объектов производится независимо от других. То есть, Конфигуратор не отслеживает ссылки между объектами при настройке параметров миграции. Таким образом, при определенных вариантах настройки параметров миграции у некоторых объектов могут появиться ссылки, указывающие "никуда". Ответственность за сохранение ссылочной целостности в распределенных ИБ возлагается на лицо, занимающееся конфигурированием системы. Общим правилом настройки параметров миграции является определение области миграции для конкретного вида объектов равной более широкой, чем область миграции ссылающихся на него объектов. Например, для справочника область миграции должна быть определена не уже, чем области миграции документов и справочников, в которых есть реквизиты типа "справочник" данного вида. Если, например, измерение регистра имеет тип "справочник" данного вида, то область миграции справочника должна покрывать области миграции всех документов, которые могут записать движения данного регистра.
При изменении параметров миграции того или иного объекта система старается привести имеющиеся данные в соответствие с новыми параметрами. Общим принципом здесь является то, что при изменении параметров миграции объекты никогда ни в каком узле распределенной ИБ не удаляются. Даже в том случае, если в соответствии с вновь установленными параметрами миграции их там быть не должно. Изменения производятся лишь в таблице регистрации изменений. Рассмотрим случаи изменения параметров миграции объектов подробнее.
Наиболее простой случай - это смена любого из вариантов области распространения на вариант "Место создания". В этом случае из таблицы регистрации изменений удаляются все записи по данному виду объектов. То есть все изменения объектов, еще не переданные в другие ИБ, не будут переданы. При этом, все объекты для которых данная ИБ не является местом создания, не будут удалены. Просто их изменения (как и изменения других объектов данного вида) не будут больше передаваться в другие ИБ.
Следующий случай - это смена области распространения "Место создания" на варианты "Все информационные базы" или "Место создания и центр". В этом случае в таблицу регистрации изменений заносятся записи для передачи всех объектов, для которых текущая ИБ является местом создания во все ИБ, в которые должны передаваться изменения в соответствии с вновь заданной настройкой. В случае, если такая смена производится для объектов, для которых место создания не определено (константы, календари, корректные проводки), то записи в таблицу регистрации изменений будут произведены только в центральной ИБ. Этими двумя вариантами и ограничиваются возможные случаи изменения параметров миграции для такого рода объектов. Все остальные случаи возможны только для тех объектов, для которых место создания можно определить.
При изменении области распространения объектов с "Место создания и центр" на "Все информационные базы", какие-либо действия предпринимаются только в центральной ИБ. В этом случае определяется список периферийных ИБ, попавших в список дополнительно включаемых в область распространения, но ранее в него не входивших. После этого производится обход всех объектов данного вида и для каждого из объектов в таблицу регистрации изменений вносятся записи для передачи состояния объекта в каждую из попавших в список периферийных ИБ, за исключением ИБ места создания объекта.
Последний и самый сложный случай - это изменение области распространения объектов с "Все информационные базы" на "Место создания и центр" или изменение списка дополнительных ИБ в варианте "Место создания и центр". Действия, производимые в данном случае различаются в зависимости от того, производятся они в центральной ИБ или в периферийной. В центральной ИБ для каждой из периферийных ИБ, не попавших в новый перечень дополнительно включаемых в область распространения, выполняется удаление из таблицы регистрации изменений записей соответствующих данному виду объектов, но только для тех объектов, для которых эта периферийная ИБ не является местом создания. Затем определяется список периферийных ИБ, попавших в список дополнительно включаемых в область распространения, но ранее в него не входивших. Естественно, что в случае, если предыдущим вариантом настройки области распространения было "Все информационные базы", то этот список окажется пустым. Затем, как и в предыдущем случае, производится обход всех объектов данного вида и для каждого из объектов в таблицу регистрации изменений вносятся записи для передачи объекта в каждую из попавших в список периферийных ИБ, за исключением ИБ места создания объекта.
Проблемы конфигурирования и администрирования
При разработке конфигурации для распределенной ИБ проявляется ряд объективно существующих проблем, которые решаются как средствами конфигурации, так и административными решениями.
Очевидной проблемой, которая уже упоминалась выше, является уникальная и последовательная нумерация документов и элементов справочников. Для организации уникальной нумерации используется механизм префиксов. Для его включения в конфигурацию, прежде всего, следует выработать некоторую дисциплину, зависимости префикса от ИБ, в которой создается объект. В простейшем случае это может быть собственно код ИБ. Однако часто префикс может автоматически определяться на каждой ИБ, но не являться ее кодом, так как он может участвовать в печатных формах документов и должен быть понятным для пользователей системы. Более сложной задачей является обеспечение сквозной нумерации объектов без префиксов в случае, когда такая нумерация регламентируется нормативными документами. Особенно сложным является обеспечение строго последовательной нумерации. Очевидно, что полного решения данной проблемы не может быть в принципе, так как объекты создаваемые динамически в независимых системах не могут иметь строгой сквозной нумерации. Отчасти данная проблема решается с помощью введения диапазонов номеров, выделяемых для каждой ИБ. Следует заметить, что номера документов и коды справочников не являются внутренними идентификаторами и их уникальность для системы не обязательна. Это значит, что поддержку уникальность номеров и кодов можно отключить для тех видов, объектов, для которых она не нужна. Кроме того, средствами конфигурации можно организовать перенумерацию объектов, например в центральной ИБ. Однако следует иметь ввиду, что эти изменения будут передаваться как и любые другие изменения, что может вызвать достаточно большой объем передаваемых между узлами данных.
Более сложной проблемой является ситуация, когда возникает необходимость использования некоторого нового объекта в двух и более узлах одновременно, до осуществления передачи данных. Например, новый товар должен быть введен и на центральной ИБ и на периферийной. Важно понимать, что созданный ведущий объект системы 1С:Предприятие обладает некоторой сущностью - внутренним идентификатором, который уникален во всей распределенной системе. То есть один и тот же объект не может быть введен в двух узлах. Даже при полном соответствии кодов, номеров и всех данных это будут два разных объекта. Такой принцип необходим для четкой работы системы со всех точек зрения.
Заметим, что возможные варианты ввода двух объектов и затем автоматической замены на центральной ИБ всех ссылок на один из объектов, достаточно сложны в реализации и весьма ненадежны.
Поэтому, на наш взгляд, решение проблемы должно лежать в области администрирования системы. Технология работы пользователей должна быть построена таким образом, чтобы ввод объекта производился на одном узле.
В отдельных случаях может использоваться следующее решение. В справочник заранее вносится некоторое количество новых элементов со специальными кодами или в специальную группу. При появлении необходимости ввода нового товара реально не вводится новый элемент, а изменяется один этих элементов. При этом административными силами должно быть обеспечено идентичное изменение одного и того же "зарезервированного" объекта в тех узлах распределенной ИБ, в которой он должен быть использован до обмена данными. При обмене данными сами реквизиты элемента будут системой синхронизированы, а ссылки в других объектах, разумеется будут идентичными, так как использовался один и тот же объект.
В любых случаях следует учитывать, что раздельный ввод и использование объектов потребует от пользователей правильного ввода данных. Так, например, при вводе нового товара в двух узлах с разными ценами могут иметь место серьезные ошибки в оформлении документов.
Еще одна проблема, с которой приходится сталкиваться при конфигурировании распределенной ИБ, это правильное поддержание механизмов учета компонент при неполной миграции объектов. Следует учитывать, что итоги оперативного и бухгалтерского учета не являются самостоятельными объектами. Они не переносятся, а рассчитываются на основании перенесенных движений регистров и проводок. Движения регистров и проводки переносятся соответственно только вместе с документами. Таким образом, для правильного состояния итогов на некоторой ИБ, на нее должны переноситься все документы, осуществляющие движения регистров или записывающие проводки влияющие на эти итоги. С другой стороны, это не означает, что переноситься должны все документы, записывающие движения конкретного регистра и проводки. Например, если на периферийной ИБ вводятся документы, выполняющие движения по одному складу, и итоги регистра учета товарного запаса в данной ИБ нужны только по данному складу, то, разумеется, в данном узле будет достаточно наличия всех документов выполняющих движения регистров по данному складу. Это достигается установкой параметра миграции "Место создания и центр".
Лазерные диски – не слишком-то надежные носители информации. Даже при бережном обращении с ними вы не застрахованы от появления царапин и загрязнения поверхности (порой диск фрезерует непосредственно сам привод и вы бессильны этому противостоять). Но даже вполне нормальный на вид диск может содержать внутренние дефекты, приводящие к его полной или частичной нечитаемости на штатных приводах.
Особенно это актуально для CD-R/CD-RW дисков, качество изготовления которых все еще оставляет желать лучшего, а процесс записи сопряжен с появлением различного рода ошибок. Однако даже при наличии физических разрушений поверхности лазерный диск может вполне нормально читаться за счет огромной избыточности хранящихся на нем данных, но затем, по мере разрастания дефектов, корректирующей способности кодов Рида-Соломона неожиданно перестает хватать, и диск безо всяких видимых причин отказывается читаться, а то и вовсе не опознается приводом.
К счастью, в подавляющем большинстве случаев хранимую на диске информацию все еще можно спасти, и эта статья рассказывает как.
Общие рекомендации по восстановлению
Не всякий не читающийся (нестабильно читающийся) диск – дефектный. Зачастую в этом виновен отнюдь не сам диск, а операционная система или привод. Прежде чем делать какие-либо заключения, попробуйте прочесть диск на всех доступных вам приводах, установленных на компьютерах девственно-чистой операционной системой. Многие приводы, даже вполне фирменные и дорогие (например, мой PHILIPS CD-RW 2400), после непродолжительной эксплуатации становятся крайне капризными и раздражительными, отказывая в чтении тем дискам, которые все остальные приводы читают безо всяких проблем. А операционная система по мере обрастания свежим софтом склонна подхватывать различные глюки подчас проявляющиеся самым загадочным образом (в частности, привод TEAC, установленный в систему с драйвером CDR4_2K.SYS, доставшемся ему в наследство от PHILIPS'a, конфликтует с CD Player'ом, не соглашаясь отображать содержимое дисков с данными, если тот активен, после удаления же CDR4_2K.SYS все идет как по маслу).
Также не стоит забывать и о том, что корректирующая способность различных моделей приводов очень и очень неодинакова. Как пишет инженер-исследователь фирмы ЕПОС Павел Хлызов в своей статье "Проблема: неисправный CD-ROM": "…в зависимости от выбранной для конкретной модели CD-ROM стратегии коррекции ошибок и, соответственно, сложности процессора и устройства в целом, на практике тот или иной CD-ROM может либо исправлять одну-две мелкие ошибки в кадре информации (что соответствует дешевым моделям), либо в несколько этапов восстанавливать, с вероятностью 99,99%, серьезные и длинные разрушения информации. Как правило, такими корректорами ошибок оснащены дорогостоящие модели CD-ROM. Это и есть ответ на часто задаваемый вопрос: "Почему вот этот диск читается на машине товарища, а мой ПК его даже не видит?".
Вообще-то, не совсем понятно, что конкретно господином инженером-исследователем имелось ввиду: корректирующие коды C1, C2, Q- и P- уровней корректно восстанавливают все известные мне приводы, и их корректирующая способность равна: до двух 2 ошибок на каждый из C1 и C2 уровней и до 86- и 52-ошибок на Q- и P- уровни соответственно. Правда, количество обнаруживаемых, но уже математически неисправимых ошибок составляет до 4 ошибок на C1 и C2 уровней и до 172/104 ошибок на Q/P, но… гарантированно определяется лишь позиция сбойных байт во фрейме/секторе, а не их значение. Впрочем, зная позицию сбойных байт и имея в своем распоряжении исходный HF-сигнал (т. е. аналоговый сигнал, снятый непосредственно со считывающей головки), кое-какие крохи информации можно и вытянуть, по крайней мере теоретически… так что приведенная выше цитата в принципе может быть и верна, однако, по наблюдениям автора данной статьи, цена привода очень слабо коррелирует с его "читабельной" способностью. Так, относительно дешевые ASUS читают практически все, а дорогие PHILIPS'ы даже свои родные диски с драйверами опознают через раз.
Другая немаловажная характеристика – доступный диапазон скоростей чтения. В общем случае – чем ниже скорость вращения диска, тем мягче требования, предъявляемые к его качеству. Правда, зависимость эта не всегда линейна. Большинство приводов имеют одну или несколько наиболее предпочтительных скоростей вращения, на которых их читабельная способность максимальна. Например, на скорости 8x дефектный диск читается на ура, а на всех остальных скоростях (скажем, 2x, 4x, 16x, 32x) – не читается вообще. Предпочтительная скорость легко определяется экспериментально, необходимо лишь перебрать полный диапазон доступных скоростей.
При покупке CD-ROM'a выбирайте тот привод, у которого скоростной диапазон максимален. Например, уже упомянутый выше PHILIPS CDRW 2400 умеет работать лишь на: 16x, 24x, 38x и 42x. Отсутствие скоростей порядка 4x – 8x ограничивает "рацион" привода только высококачественными дисками.
По непонятным причинам, штатные средства операционной системы Windows не позволяют управлять скоростью диска и потому приходится прибегать к помощи сторонних утилит, на недостаток которых, впрочем, жаловаться не приходится. Вы можете использовать Slow CD, Ahead Nero Drive Speed и т. д. Вообще-то, большинство приводов самостоятельно снижают скорость, натолкнувшись на не читающиеся сектора, однако качество заложенных в них алгоритмов все еще оставляет желать лучшего, поэтому "ручное" управление скоростью дает значительно лучший результат.
Если же ни на одном из доступных вам приводов диск все равно не читается, можно попробовать отшлифовать его какой-нибудь полировальной пастой. Технике полирования оптических поверхностей (и лазерных дисков в частности) посвящено огромное количество статей, опубликованных как в печатных изданиях, так и в Интернете (особенно полезны в этом смысле астрономические книги по телескопостроению), поэтому здесь этот вопрос будет рассмотрен лишь кратко. Да, действительно, поцарапанный диск в большинстве случав можно отполировать, и если все сделать правильно, диск с высокой степенью вероятности возвратится из небытия, но… Во-первых, полировка восстанавливает лишь царапины нижней поверхности диска и бессильна противостоять разрушениям отражающего слоя. Во-вторых, устраняя одни царапины, вы неизбежно вносите другие - после иной полировки лазерному диску может очень сильно поплохеть. В-третьих, полировке дисков невозможно научиться за раз, – вам понадобиться уйма времени и куча "подопытных" дисков. Нет уж, благодарю покорно! Лучше мы пойдем другим путем!
А вот что вашему диску действительно не помешает – так это протирка обычными салфетками, пропитанными антистатиком (ищите их в компьютерных магазинах). Прежде чем вытирать диск, сдуйте все частицы пыли, осевшие на него (иначе вы его только больше поцарапаете) и ни в коем случае не двигайтесь концентрическими мазками! Вытирать поверхность диска следует радиальными движениями от центра к краям, заменяя салфетку на каждом проходе.
Вторая часть серии статей "Использование регулярных выражений в PHP" посвящена решению ряда проблем обработки сложных текстов с помощью "продвинутых" операторов регулярных выражений.
Несмотря на то, что термины данные и информация используются взаимозаменяемо, между ними есть существенная разница. Данные существуют реально. Данные — - это список температур, перечень недавних продаж или опись товара, имеющегося в наличии. Информация — это прогнозы. Информация — это предсказание погоды, прогноз прибылей и убытков и тенденции сбыта. Данные записываются в виде нулей и единиц, в то время как информация обрабатывается мозгом.
Между данными и информацией располагается приложение: механизм, который преобразует одно в другое и наоборот. Например, при покупке книги в Интернете это приложение преобразует вашу информацию — название книги, идентификатор, информацию о банковском счете — в данные: номер заказа, цену со скидкой, характеристики транзакции с использованием кредитной карточки и количество оставшихся в наличии экземпляров книги. Аналогичным образом, приложение преобразует данные в запрос на выборку со склада, отметку об отгрузке и номер отслеживания — информацию, необходимую для реализации продажи.
В действительности сложность создания приложения прямо пропорциональна преобразованиям, которые оно выполняет. Гостевая книга Web-сайта, передающая имя и адрес в поля базы данных, устроена элементарно. С другой стороны, онлайновый магазин, который передает большое количество видов информации в модель данных коммерческой сделки и преобразует данные в информацию для реализации процесса принятия решений, достаточно сложен с точки зрения разработки. Искусство программирования заключается в умелом манипулировании данными и информацией — мастерство, схожее с фиксацией света в живописи.
Как было сказано в первой части, регулярные выражения являются одним из самых мощных средств манипулирования данными. Регулярные выражения лаконично описывают форму данных и раскладывают их на составляющие. Например, следующее регулярное выражение можно использовать для обработки температуры, заданной в градусах по Цельсию или по Фаренгейту: /^([+-]?[0-9]+)([CF])$/.
Регулярное выражение сравнивает начало строки (отображается знаком "крышка" (^), за которым идет знак "+", знак "-", или ничего ([+-]?), за которым следует целое число ([0-9]+), обозначение шкалы — Цельсия или Фаренгейта ([CF]) — и заканчивается концом строки (обозначается знаком доллара $).
В данном регулярном выражении операторы начала строки и конца строки представляют собой примеры операторов нулевой ширины или совпадений по положению, а не по символам. Круглые скобки также не указывают на символы. Зато, если заключить шаблон в круглые скобки, то будет извлечен текст, соответствующий шаблону. Следовательно, если текст полностью сопоставим с шаблоном, то первая пара круглых скобок выдаст строку, представляющую собой положительное или отрицательное целое число, например, +49, а вторая пара круглых скобок - или букву C, или F.
В первой части серии представлено понятие регулярного выражения и были описаны PHP-функции для сравнения текста с шаблонами, а также для извлечения совпадений. А теперь давайте углубимся в изучение регулярных выражений и посмотрим на некоторые "продвинутые" операторы и средства.
Круглые скобки опять приходят на помощь
В большинстве случаев пара круглых скобок используется для описания части шаблона и получения текста, соответствующего этой части. Однако от круглых скобок не всегда требуется получение части шаблона. Как и в сложной арифметической формуле, круглые скобки можно использовать для группировки условий.
Приведу пример. Догадаетесь, какому типу данных соответствует данное выражение?
/[-a-z0-9]+(?:\.[-a-z0-9]+)*\.(?:com|edu|info)/i
Как можно догадаться, это регулярное выражение определяет имена Интернет-сайтов (только для доменов .com, .edu, и .info). Отличием является использование дополнительного оператора ?:. Квалификатор части шаблона ?: отключает функцию извлечения данных, и тем самым дает круглым скобкам возможность обозначать последовательность действий. Например, в данном случае фраза (?:\.[-a-z0-9]+)* соответствует нулю или более элементам строки, например, ".ibm." Аналогично, фраза \.(?:com|edu|info) обозначает последовательность символов, за которой идет одна из строк com, edu, или info.
Отключение функции извлечения информации может показаться бессмысленным, если не подумать о том, что извлечение информации требует дополнительной обработки. Если программа обрабатывает большое количество данных, то отказ от извлечения может быть целесообразным. Кроме того, если вы имеете дело со сложным регулярным выражением, то отключение функции извлечения информации в некоторых частях шаблона может упростить извлечение тех частей шаблона, которые реально нужны.
Примечание: Модификатор i в конце регулярного выражения делает все сопоставления с шаблоном нечувствительными к регистру. Следовательно, подмножество a-z будет сопоставимо со всеми буквами, независимо от регистра.
В PHP есть и другие модификаторы частей шаблона (subpattern). Используя отладчик регулярных выражений, показанный в первой части данной серии (повторно показан в листинге 1), попробуйте сопоставить регулярное выражение ((?i)edu) со строками "EDU," "edu," и "Edu." Если в начале части шаблона задать модификатор (?i), то сопоставление с шаблоном не будет зависеть от регистра. Чувствительность к регистру восстанавливается, как только заканчивается данная часть шаблона. (Сравните с модификатором / ... /i, который применяется ко всему шаблону.)
Листинг 1. Простой отладчик регулярных выражений
Еще один полезный модификатор части шаблона - это (?x). Он позволяет добавлять в шаблон пробелы, что упрощает чтение регулярных выражений. Таким образом, часть шаблона ((?x) edu | com | info) (обратите внимание на пробелы между операторами дизъюнкции, которые добавлены для удобочитаемости) аналогична (edu|com|info). Для того, чтобы добавлять пробелы и комментарии в регулярное выражение, можно использовать глобальный модификатор / ... /x, см. листинг ниже.
Листинг 2. Добавление пробелов и комментариев
Как видно из листинга, при необходимости модификаторы можно объединять. Если необходимо включить в регулярное выражение символ пробела при использовании модификатора (?x), используйте метасимвол \s для поиска любого пробельного символа и \ (обратный слеш с пробелом) для поиска одного пробела, например, ((?x) hello \ there).
Оглядываемся вокруг
В подавляющем большинстве случаев регулярные выражения используются для проверки или декомпозиции входной информации на отдельные "лакомые кусочки", которые записываются в архив данных или сразу же обрабатываются приложением. Общепринятыми сферами применения являются: обработка полей форм, парсинг XML-кода и анализ протоколов.
Еще одна область применения регулярных выражений - форматирование, нормализация или улучшение читаемости данных. Вместо того чтобы использовать регулярные выражения для поиска и извлечения текста, при форматировании они применяются для поиска и вставки текста в надлежащее местоположение.
Вот пример полезного применения форматирования. Предположим, что Web-форма передает приложению значение зарплаты с округлением до целого доллара. Так как зарплата хранится в виде числа целого типа, то перед сохранением переданных данных приложение должно удалять из них знаки пунктуации. Однако при извлечении данных из хранилища, возможно, понадобится изменить их формат и сделать удобочитаемыми с помощью разделителей. В листинге 3 показано, как простой PHP-запрос преобразует сумму в долларах в число.
Листинг 3. Преобразование суммы в долларах в число
Вызов функции preg_replace() заменяет знак доллара, любой пробельный символ и все запятые -- на пустую строку, возвращая то, что предположительно является целым числом. Если проверка функцией is_numeric() подтверждает правильность входных данных, их можно сохранить.
А теперь давайте выполним обратную операцию - добавим к числу знак денежной единицы и запятые-разделители сотен, тысяч и миллионов. Для добавления запятых в определенных позициях можно написать программу для поиска этих компонентов, а можно воспользоваться операторами посмотри вперед и посмотри назад. Модификатор части шаблона ?<= обозначает посмотри назад (то есть влево) от текущей позиции. Модификатор ?= означает "посмотри вперед" (то есть вправо) от текущей позиции.
[pagebreak]
Итак, какие позиции нам нужны? Любое место в строке, при условии, что есть как минимум один символ слева и одна или более групп по три символа справа, не считая десятичной точки и количества центов. Соблюдая это правило и используя два модификатора, анализирующих символы справа и слева от определенной позиции и являющихся операторами нулевой ширины, мы можем достичь цели с помощью следующей инструкции:
Как работает это регулярное выражение? Начиная с первого символа строки и обрабатывая каждый символ, регулярное выражение отвечает на вопрос: "Есть ли хотя бы один символ слева и одна или несколько групп из трех символов справа?" Если да, то наш оператор нулевой ширины заменяется запятой.
Большинство сложных сопоставлений можно реализовать, используя стратегию, аналогичную приведенной выше. Например, вот еще один вариант использования оператора "посмотри вперед", который решает широко распространенную дилемму.
Листинг 4. Пример использования оператора "посмотри вперед" ("предвидение")
Оператор preg_replace() преобразует строку данных, разделенных запятыми, в строку данных, разделенных знаком табуляции. Предусмотрительным образом, он не заменяет запятые в строке, заключенной в кавычки.
Это регулярное выражение при каждом обнаружении запятой (на это указывает запятая в самом начале регулярного выражения) проверяет утверждение: "Впереди не было кавычек или было четное количество кавычек". Если утверждение верно, то запятую можно заменить знаком табуляции (the \t).
Если Вам не нравятся операторы «посмотри вперед» и «посмотри назад» или вы работаете с таким языком, в котором их нет, можно добавить запятые в число и с помощью обычного регулярного выражения. Однако для реализации такого решения потребуется много итераций.
Листинг 5. Добавление запятых
Давайте пройдем по коду. Сначала параметр зарплаты очищается от знаков пунктуации для моделирования ситуации чтения целого числа из базы данных. Затем выполняется цикл в поисках позиций, где за одним числовым символом ((\d) идут три числовых символа ((\d\d\d\): если обнаруживается граница слова, заданная как \b, цикл прекращается. Граница слова -- это еще один оператор нулевой ширины, который соответствует следующим позициям:
* Перед первым символом строки, если это буква слова.
* За последним символом строки, если это буква слова.
* Между буквой слова и небуквенным символом, непосредственно за буквой слова.
* Между небуквенным символом и буквой слова, непосредственно за небуквенным символом.
Таким образом, примерами правильных границ слова являются пробел, точка и запятая.
Благодаря внешнему циклу регулярное выражение перемещается слева направо в поисках цифры, за которой идут три цифры и граница слова. При обнаружении совпадения между двумя частями шаблона добавляется запятая. Цикл должен продолжаться до тех пор, пока оператор preg_replace() находит совпадения, что задано в условии $old != $pretty_print.
Жадность и лень
Регулярные выражения обладают большими возможностями, иногда даже слишком большими. Например, давайте рассмотрим, что произойдет, если регулярное выражение ".*" будет обрабатывать строку "The author of 'Wicked' also wrote 'Mirror, Mirror.'" Вероятно, вы предполагаете, что preg_match() вернет два совпадения, и с удивлением обнаружите, что результат всего один: 'Wicked' also wrote 'Mirror, Mirror.'
Почему? Если не задать иное, то такие операторы как * (ноль или более) и + (один или более) -- "жадные". Если сопоставление с образцом может продолжаться, то они и будут его продолжать до тех пор, пока не будет возвращен максимальный результат из возможных. Для сохранения минимальных совпадений необходимо принудительно заставлять определенные операторы быть "ленивыми". "Ленивые" операторы находят самое короткое совпадение и на этом останавливаются. Чтобы сделать оператор более "ленивым", добавьте суффикс в виде знака вопроса. Пример показан в листинге 6.
Листинг 6. Добавление суффикса в виде знака вопроса
Регулярное выражение ".*?" расшифровывается следующим образом: "найти кавычку, за которой идет ровно столько символов с последующей кавычкой.
Однако иногда оператор * может быть слишком "ленивым". Например, посмотрите на следующий фрагмент кода. Что он делает?
Листинг 7. Простой отладчик регулярных выражений
Что вы загадали? "123"? "1"? Нет результата? На самом деле результатом будет Array ( [0] => [1] => ), означающий, что совпадение было найдено, но никаких данных извлечено не было. Почему? Вспомните, что оператор * ищет совпадения с нулем или более символов. В данном случае, выражение [0-9]* находит совпадение с нулем символов от начала строки, и обработка заканчиваетс.
Для решения данной проблемы добавьте оператор нулевой ширины для привязки совпадения, который заставляет регулярное выражение продолжать сопоставления; /([0-9]*\b/.
Советы и рекомендации
С помощью регулярных выражений можно решать как простые, так и сложные задачи при обработке текста. Начните с небольшой группы операторов и по мере того, как вы будете набираться опыта, расширяйте свой словарь. В качестве вознаграждения за ваши старания -- некоторые советы и рекомендации.
Создание переносимых регулярных выражений с помощью классов символов
Вам уже знакомы метасимволы, например, \s - соответствует любому пробельному символу. Кроме того, большинство реализаций регулярных выражений поддерживает предопределенные классы символов, которые более просты в использовании и переносимы с одного письменного языка на другой. Например, класс символов [:punct:] замещает все символы пунктуации в данном языке. Вместо [0-9] можно использовать [:digit:] и более переносимое замещение [:alpha:] вместо [-a-zA-Z0-9_]. Например, можно убрать все знаки пунктуации, используя:
Класс символов представляет собой более сжатую форму по сравнению с подробным описанием всех символов пунктуации. Полный перечень классов символов можно найти в документации по версии языка PHP.
Как исключить то, что вы не ищете
Как показано в примере с данными, разделенными символом табуляции, в качестве значений, разделенных запятыми (CSV), иногда проще и точнее задать список тех вариантов, которые не нужно находить (сопоставлять). Последовательность, начинающаяся со знака "крышка" (^) будет соответствовать любому символу, не принадлежащему данной последовательности. Например, для проверки правильности телефонных номеров для США можно использовать регулярное выражение /[2-9][0-9]{2}[2-9][0-9]{2}[0-9]{4}/. Используя набор ограничений можно написать регулярное выражение в более явном виде /[^01][0-9]{2}[^01][0-9]{2}[0-9]{4}/. Оба регулярных выражения работают, хотя смысл последнего, вероятно, более понятен.
Пропуск новой строки
Если во входных данных несколько строк, стандартного регулярного выражения будет недостаточно, так как сканирование прекращается на начале новой строки, которая обозначается $. Однако, если воспользоваться модификаторами s или m, то регулярное выражение будет обрабатывать входные данные по-другому. Первый модификатор рассматривает строковую последовательность как одну строку, где точка указывает на начало новой строки (обычно она этого не делает). Второй рассматривает строковую последовательность как несколько строк, где ^ и $ соответствуют началу и концу любой строки, соответственно. Приведем пример. Если задать $string = "Hello,\nthere";, то оператор preg_match( "/.*/s", $string, $matches) параметру $matches[0] присвоит значение Hello,\nthere. (При удалении s будет выдано Hello.)
Поиск по шаблону является настолько обычным занятием в разработке программного обеспечения, что для облегчения этой задачи была создана специальная технология — регулярные выражения. Узнайте, как можно использовать ее при написании кода, прочитав эту статью.
Все устройства получают входную информацию, выполняют какие-либо операции и выдают результат. Например, телефон во время разговора преобразует звуковую энергию в электрический сигнал и обратно. Двигатель потребляет топливо (пар, расщепление атомных ядер, бензин, мышечные усилия) и преобразует его в энергию. Блендер поглощает ром, лед, лайм и кюрасао и взбалтывает их в коктейль Mai Tai. (Или, если вам хочется чего-то изысканного, сделайте Bellini из шампанского и грушевого сока. Блендер – замечательное универсальное устройство.)
Так как программное обеспечение преобразует данные, то каждое приложение фактически является устройством (хоть и виртуальным, так как у него нет физических составляющих). Например, компилятор в качестве входной информации получает исходную программу и преобразует ее в двоичный исполняемый код. Программа прогнозирования погоды генерирует предсказания на основе результатов прошлых (исторических) замеров, а графический редактор обрабатывает пикселы, применяя правила к отдельным пикселам или их группам, чтобы, например, сделать изображение более четким или изменить его стиль.
Так же, как и любое другое устройство, программное обеспечение предназначено для работы с определенным исходным материалом, например, набором чисел, данными XML-схемы или протоколом. Если программе задать некорректную входную информацию — неподходящую по форме или типу, то существует большая вероятность того, что результат будет непредсказуемым и, возможно, даже катастрофическим. Как говорится: "Мусор заложишь - мусор получишь".
На самом деле для решения всех нетривиальных задач необходимо отделять правильные данные от некорректных и отклонять некорректные данные во избежание ошибок в результатах. Это, конечно же, актуально и для Web-приложений, написанных на языке PHP. Неважно, получены ли входные данные из формы для ввода с клавиатуры или в результате выполнения программного запроса Asynchronous JavaScript + XML (Ajax), прежде чем начать какие-либо вычисления, программа должна проверить входную информацию. Возможно, что числовые значения должны находиться в пределах определенного диапазона чисел или представлять собой только целые числа. Возможно, значение должно соответствовать определенному формату, например, почтового индекса. Например, почтовый индекс в США представляет собой пять цифр плюс дополнительный префикс "Plus 4", состоящий из дефиса и 4 дополнительных цифр. Возможно, другие строки также должны состоять из определенного количества символов, например, две буквы для указания аббревиатуры штата США. Строковые данные доставляют особенно много проблем: PHP-приложение должно быть начеку по отношению к злонамеренным программам-агентам, вложенным в SQL-запросы, код JavaScript или любой другой код, которые способны изменить поведение приложения или обойти защиту.
Однако каким образом программа может определить, являются ли входные данные числом или соответствуют ли определенным требованиям, например, к почтовому индексу? На самом деле для реализации проверки путем сопоставления с шаблоном необходим небольшой парсер, создающий конечный автомат, считывающий входные данные, обрабатывающий маркеры, отслеживающий состояние и выдающий результаты. Однако создание и обслуживание даже самого простого парсера может оказаться непростым делом.
К счастью, анализ на основе сопоставления с шаблоном настолько широко распространен в компьютерных технологиях, что с течением времени (примерно с момента появления UNIX®) были разработаны специальные технологии и, конечно же, механизмы обработки, чтобы облегчить рутинную работу. Регулярное выражение (regex) описывает шаблоны посредством лаконичных и удобочитаемых обозначений. Получив регулярное выражение и данные, механизм regex сообщает, совпадают ли эти данные с шаблоном, и если совпадение было обнаружено, что именно совпало.
Вот небольшой пример использования регулярного выражения, взятый из UNIX-утилиты, работающей в режиме командной строки, которая ищет заданный шаблон в содержимом одного или нескольких текстовых файлов UNIX. Команда grep -i -E '^Bat' ищет последовательность символов beginning-of-line (начало строки), обозначаемое "крышкой", [^]), за которым следуют буквы b, a, и t верхнего или нижнего регистра (ключ -i указывает на то, что при сопоставлении с шаблоном регистр не учитывается, таким образом, например, B и b - тождественны). Следовательно, для файла heroes.txt:
Листинг 1. heroes.txt
Вышеупомянутая команда grep выдаст два совпадения:
Batman
Batgirl
Регулярные выражения
PHP предлагает два программных интерфейса регулярных выражений: один -- для интерфейса переносимых операционных систем (POSIX), а второй - для регулярных выражений, совместимых с языком Perl (PCRE). В общем и целом второй интерфейс является более предпочтительным, так как PCRE сам по себе мощнее, чем POSIX, и предоставляет все операторы, используемые в языке Perl. Более подробная информация по обращению к regex-функциям POSIX представлена в документации по языку PHP (см. раздел Ресурсы). В данной статье мы сосредоточим свое внимание на свойствах PCRE.
Регулярные выражения PHP PCRE содержат операторы, позволяющие путем сопоставления находить конкретные символы или другие операторы, определенные местоположения, например, начало и конец строки, начало или конец слова. Регулярные выражения также позволяют описывать альтернативы, которые можно задать альтернативы типа "или"-"или"; повторения фиксированной, изменяемой или неопределенной длины; наборы символов (например, "любая буква от a до m"); и классы, или типы символов (печатаемые символы, знаки препинания). Специальные операторы также разрешают использовать группировку — возможность применить оператор к целой группе других операторов.
В таблице 1 показаны некоторые типичные операторы регулярных выражений. Для создания сложных выражений можно последовательно объединять элементарные операторы из таблицы 1 (и другие).
Таблица 1. Типичные операторы регулярных выражений
Оператор Значение
. (точка) Любой одиночный символ
^ (крышка) Пустая последовательность в начале строки или цепочки
$ (знак доллара) Пустая последовательность в конце строки
A Буква A верхнего регистра
a Буква a нижнего регистра
\d Любая цифра
\D Любой нецифровой символ
\w Любая буква или цифра; синоним - [:alnum:]
[A-E] Любая заглавная буква из A, B, C, D или E
[^A-E] Любой символ, за исключением заглавных букв A, B, C, D или E
X? Найти совпадение по отсутствию или наличию одной заглавной буквы X
X* Ни одной или любое количество заглавных букв X
X+ Одна или несколько заглавных букв X
X{n} Ровно n заглавных букв X
X{n,m} Не менее n и не более m заглавных букв X; если опустить m, то выражение будет искать не менее n заглавных букв X
(abc|def)+ По меньшей мере одно вхождение последовательности abc и def
В следующем примере показано типичное использование регулярного выражения. Например, для web-сайта необходимо, чтобы каждый пользователь регистрировался. Имя пользователя должно начинаться с буквы и содержать от 3 до 10 буквенно-цифровых символов. Для проверки имени пользователя на соответствие ограничениям при отправке данных в приложение можно использовать следующее регулярное выражение: ^[A-Za-z][A-Za-z0-9_]{2,9}$.
Знак "крышка" соответствует началу строки. Первый набор [A-Za-z] соответствует любой букве. Второй набор [A-Za-z0-9_]{2,9} соответствует последовательности, содержащей от 2 до 9 букв, цифр или символов подчеркивания. Знак доллара ($) соответствует концу строки.
На первый взгляд, знак доллара может показаться лишним, однако его использование важно. Если его пропустить, то условиям данного регулярного выражения будет отвечать любая строка, которая начинается с буквы, содержит от 2 до 9 буквенно-цифровых символов и любое количество других символов. Иными словами, если бы не было знака доллара как привязки к концу строки, то подошла бы недопустимо длинная строка с подходящим началом, например, "martin1234-cruft" .
Программирование на языке PHP и регулярные выражения
В PHP есть функции для поиска совпадений в тексте, замены каждого совпадения на другой текст (похоже на операцию "найти и заменить") и поиска совпадений среди элементов списка. Вот эти функции:
Чтобы показать, как работают эти функции, давайте создадим небольшое PHP-приложение, которое будет просматривать список слов на соответствие определенному шаблону. Слова и регулярные выражения будут вводиться из обычной web-формы, а результаты отображаться в браузере посредством функции simple print_r(). Эта программка пригодится, если возникнет желание проверить или отладить регулярное выражение.
PHP-код показан в листинге 2. Все входные данные берутся из обычной HTML-формы. (Для краткости эту форму и PHP-код, отслеживающий ошибки, опустим.)
Листинг 2. Сравнение текста с шаблоном
Вначале с помощью функции preg_split() строка из слов, разделенных запятыми, преобразуется в отдельные элементы. Данная функция разбивает строку в тех местах, которые соответствуют условиям регулярного выражения. В данном случае регулярное выражение представляет собой просто "," , (запятая - разделитель списка слов, указанных через запятую). Слэш в начале и в конце просто показывает начало и конец regex.
Третий и четвертый аргументы функции preg_split() необязательны, но полезны. Добавьте в третий аргумент число n целого типа, если необходимо вернуть только первые n совпадений, или -1, если необходимо вернуть все совпадения. Если в качестве четвертого аргумента задать идентификатор PREG_SPLIT_NO_EMPTY, то функция preg_split() не будет возвращать пустые результаты.
Затем каждый элемент списка слов, разделенных запятыми, корректируется (убираются начальные и конечные пробелы) с помощью функции trim() и сравнивается с заданным регулярным выражением. Функция preg_grep() существенно упрощает процесс обработки списка: просто укажите в качестве первого аргумента шаблон, а в качестве второго - массив слов для сравнения. Функция возвращает массив совпадений.
Например, если в качестве шаблона задать регулярное выражение ^[A-Za-z][A-Za-z0-9_]{2,9}$ и список слов разной длины, то можно получить результат, показанный в листинге 3.
Листинг 3. Результат работы простого регулярного выражения
Кстати, с помощью дополнительного маркера PREG_GREP_INVERT можно инвертировать операцию preg_grep() и найти элементы, которые не совпадают с шаблоном (аналогично оператору grep -v в командной строке). Заменяя 22 строку на $matches = preg_grep( "/${_REQUEST[ 'regex' ]}/", $words, PREG_GREP_INVERT ) и используя входные данные из листинга 3, мы получим Array ( [1] => 1happy [2] => hermanmunster ).
Разбор строк
Функции preg_split() и preg_grep() очень удобны. Первая из них может разбирать строку на подстроки, если подстроки разделяются определенным шаблоном. Функция preg_grep() позволяет быстро отфильтровать список.
Но что произойдет, если строку нужно разобрать на составные части, используя одно или несколько сложных правил? Например, в США номера телефонов обычно выглядят следующим образом: "(305) 555-1212," "305-555-1212," или "305.555.1212." Если убрать пунктуацию, то количество символов сократится до 10 цифр, что легко можно определить с помощью регулярного выражения \d{10}. Однако код и префикс (каждый из которых состоит из трех цифр) телефонного номера США не могут начинаться с нуля или единицы (так как нуль и единица используются как префиксы для междугородных звонков). Вместо того чтобы разбивать числовую последовательность на отдельные цифры и создавать сложный код, для верификации можно использовать регулярное выражение.
Фрагмент кода позволяющий решить эту задачу, показан в листинге 4.
Листинг 4. Проверка американского телефонного номера
Давайте пройдем по этому коду:
* Как показано в таблице 1, в регулярных выражениях используется ограниченный набор специальных символов, например, квадратные скобки ([ ]) для наименования последовательности. Если надо найти такой символ в тексте, необходимо "выделить" специальный символ в регулярном выражении, поставив перед ним обратный слэш (\). Когда символ выделен, можно задать его посик, как и любого другого символа. Если нужно найти символ точки, например, в полном составном имени хоста, то напишите \.. При желании строку можно подать в функцию preg_quote() которая выполняет автоматическую изоляцию всех специальных символов регулярных выражений, как показано в строке 1. Если поставить echo() $punctuation после первой строки, то вы должны увидеть \(\)\.-.
* В строке 2 из телефонного номера убираются все знаки пунктуации. Функция preg_replace() заменяет все символы из $punctuation — операторы из набора [ ] - пустой строкой, эффективно устраняя такие символы. Возвращаемая новая строка присваивается переменной $number.
* В строке 4 определен шаблон верифицируемого телефонного номера США.
* Строка 5 реализует сопоставление, сравнивая телефонный номер, который теперь состоит только из цифр, с шаблоном. Функция preg_match() возвращает 1, если есть совпадение. Если совпадения нет, функция preg_match() возвращает нулевое значение. Если во время обработки возникла ошибка, то функция возвращает значение False (ложно). Таким образом, чтобы проверить удачное завершение, необходимо посмотреть, было ли возвращено значение 1. В противном случае проверьте итоговое значение функции preg_last_error() (если используется PHP версии 5.2.0 или выше). Если оно не равно нулю, то, возможно, был превышен лимит вычислений, например, разрешенная глубина рекурсии регулярного выражения. Обсуждение констант и ограничений, применяемых в регулярных выражениях PHP, представлено на странице, посвященной функциям регулярных выражений PCRE (см. раздел Ресурсы).
Извлечение данных
Во многих случаях необходимо только получить ответ на вопрос: "Соответствуют ли данные шаблону?" – например, при проверке данных. Однако чаще регулярные выражения используются для подтверждения соответствия и получения информации о совпадении.
Вернемся к примеру с телефонным номером. Пусть при соответствии шаблону нам необходимо сохранить код, префикс и номер линии в отдельных полях базы данных. Регулярные выражения могут запоминать совпадающие с шаблоном данные с помощью оператора capture. Оператор capture обозначается круглыми скобками и может использоваться в любой части регулярного выражения. Операции capture можно делать вложенными для поиска подсегментов в извлеченных сегментах данных. Например, чтобы из 10-значного номера телефона извлечь код города, префикс и номер линии, можно использовать следующую строку:
/([2-9][0-9]{2})([2-9][0-9]{2})([0-9]{4})/
Если входные данные соответствуют шаблону, первые три цифры захватываются первой парой круглых скобок, следующие три цифры - второй парой, а последние 4 цифры - последним оператором. Модификация вызова функции preg_match() возвращает извлеченные данные.
Листинг 5. Возврат извлеченных данных функцией preg_match()
Если в качестве третьего аргумента функции preg_match() указать переменную, например, в нашем коде, $matches, то в качестве ее значения будет выступать список извлеченных результатов. Нулевой элемент списка (с индексом 0) - это все совпадение целиком; первый элемент - совпадение, относящееся к первой паре круглых скобок, и так далее.
Вложенные операторы capture извлекают сегменты и подсегменты фактически любой глубины. Сложность с вложенными операторами capture состоит в том, чтобы определить, в какой части массива соответствий находится каждое соответствие, например, $matches. Действует следующее правило: подсчитайте порядковый номер открывающей скобки в регулярном выражении — этот номер и будет индексом нужного совпадения в массиве соответствий.
В листинге 6 показан пример (немного надуманный) извлечения частей городского адреса.
Листинг 6. Код для извлечения городского адреса
Опять все совпадение целиком хранится по индексу 0. А где хранится номер улицы? Если считать слева направо, номер улицы проверяется \d+. Это вторая открывающая круглая скобка слева, следовательно, значением $matches[2] будет 123. В $matches[4] оказывается название города, а в $matches[6] - почтовый индекс.
Продвинутые технологии
Обработка текста – широко распространенная задача, и PHP предоставляет ряд функций, упрощающих выполнение большого числа операций. Обратите внимание на следующее:
* Функция preg_replace() может работать как с одной строкой, так и с массивом строк. Если вызвать preg_replace() для массива строк, замена будет выполнена во всех элементах массива. В этом случае код preg_replace() возвращает массив измененных строк.
* Как и во всех остальных реализациях PCRE, здесь для осуществления замены можно прибегать к сравнению с вложенным шаблоном. Для наглядности давайте рассмотрим проблему стандартизации формата телефонного номера. Заменим все знаки пунктуации точками. Наше решение показано в листинге 7.
Листинг 7. Замена знаков пунктуации точками
Сопоставление с шаблоном и, в случае совпадения, перевод в стандартный телефонный номер выполняется за один шаг.
Примечание - большая часть написанного здесь текста с примерами взята по памяти (пару лет назад изучал достаточно подробно, поэтому может что-то в алгоритмах не работать - я ведь их не копировал откуда-то, а прямо тут же и писал, так что за синтаксические ошибки не пинайте) - на данный момент я активно OLE не пользуюсь (не из-за каких-то проблем с самим OLE, а из-за отсутствия надобности в его использовании в текущий момент).
Основные преимущества, благодаря которым OLE активно используется:
* Для вызывающей базы "по барабану" - какой тип вызываемой базы (DBF или SQL)
* Объектами вызываемой базы можно управлять всеми известными методами работы с объектами в 1С (т.е. со справочниками работают методы ВыбратьЭлементы(), ИспользоватьДату() и т.п., с документами - ВыбратьДокументы() и т.п.), соответственно, можно напрямую решить - стоит отрабатывать конкретные объекты базы OLE или пропустить их.
Пример 1. Присоединение к базе 1С через OLE.
БазаОле=СоздатьОбъект("V77.Application"); // Получаем доступ к OLE объекту 1С
Локальная версия (на одного пользователя): V77L.Application
Сетевая версия: V77.Application
Версия SQL: V77S.Application
Далее вместо термина "вызываемая база" будет написано просто "база OLE", а вместо термина "вызывающая база" - "местная база"
Теперь, мы должны знать несколько параметров для запуска базы OLE: Каталог базы, имя пользователя и пароль. Ну, наверное, еще и желание запустить 1С в монопольном режиме :)
Комментарий: функции СокрЛП() стоят в примере на случай, если пользователь захочет указанные выше переменные сделать в форме диалога, а проблема при этом состоит в том, что в алгоритм программа передаст полное значение реквизита (т.е. допишет в конце значения то количество пробелов, которое необходимо для получения полной длины строки (указана в свойствах реквизита диалога)).
Пример 2. Доступ к объектам базы OLE.
Запомните на будущее как непреложный факт:
1. Из местной базы в базу OLE (и, соответственно, наоборот) напрямую методом присвоения можно перенести только числовые значения, даты и строки ограниченной длины!!! Т.е. местная база поймет прекрасно без дополнительных алгоритмов преобразования полученного значения только указанные типы значений. Кроме того, под ограничением строк подразумевается проблемы с пониманием в местной базе реквизитов объектов базы OLE типа "Строка неограниченной длины". К этому же еще надо добавить и периодические реквизиты. Естественно, под методом присвоения подразумеваются и попытки сравнить объекты разных баз в одном условии (например, в алгоритмах "Если" или "Пока" и т.п.).
2. Есть проблемы при попытке перенести "пустую" дату - OLE может ее конвертировать, например, в 31.12.1899 года и т.п. Поэтому вам лучше заранее выяснить те значения, которые могут появится в местной базе при переносе "пустых" дат, чтобы предусмотреть условия преобразования их в местной базе.
A) Доступ к константам базы OLE:
Б) Доступ к справочникам и документам базы OLE (через функцию "CreateObject"):
После создания объекта справочника или документа к ним применимы все методы, касающиеся таких объектов в 1С:
Заметьте, что если вместо "Сообщить(Спр.Наименование)" вы укажете "Сообщить(Спр.ТекущийЭлемент())", то вместо строкового/числового представления этого элемента программа выдаст вам в окошке сообщение "OLE". Именно это я и имел в виду, когда говорил, что напрямую мало что можно перенести. Т.е. не будут работать следующие методы (ошибки 1С не будет, но и результат работы будет нулевой). Рассмотрим следующий пример:
Однако, сработает следующий метод:
Отсюда вывод: возможность доступа к объектам базы 1С через OLE требуется, в основном, только для определенной задачи - получить доступ к реквизитам определенного элемента справочника или документа. Однако, не забываем, что объекты базы OLE поддерживают все методы работы с ними, в т.ч. и "Новый()", т.е. приведем пример противоположный предыдущему:
В) Доступ к регистрам базы OLE (Не сложнее справочников и документов):
Г) Доступ к перечислениям базы OLE (аналогичен константе):
ЗначениеПеречисленияOLE = БазаОле.Перечисление.Булево.НеЗнаю; // :)
Заметьте, что пользы для местной базы от переменной "ЗначениеПеречисленияOLE" особо-то и нет, ведь подобно справочнику и документу перечисление также напрямую недоступно для местной базы. Пожалуй, пример работы с ними может быть следующим (в качестве параметра условия):
По аналогии со справочниками и документами работает объект "Периодический", план счетов работает по аналогии с ВидомСубконто, ну и далее в том же духе… Отдельную главу посвятим запросу, а сейчас… стоп. Еще пункт забыл!
Ж) Доступ к функциям и процедурам глобального модуля базы OLE!
Как же я про это забыл-то, а? Поскольку при запуске базы автоматически компилируется глобальный модуль, то нам становятся доступны функции и процедуры глобального модуля (поправлюсь - только те, у которых стоит признак "Экспорт"). Плюс к ним еще и различные системные функции 1С. А доступны они нам через функцию 1С OLE - EvalExpr(). Приведем примеры работы с базой OLE:
На самом деле, в последней строке примера я исхитрился и забежал немного вперед. Дело в том, что как и запрос (см. отдельную главу), так и EvalExpr() выполняются внутри базы OLE, причем команды передавается им обычной строкой, и поэтому надо долго думать, как передать необходимые ссылки на объекты базы OLE в строке текста местной базы. Так что, всегда есть возможность поломать голову над этим…
Алгоритмы преобразования объектов в "удобоваримый вид" между базами.
Ясно, что алгоритмы преобразования нужны не только для переноса объектов между и базами, но и для такой простой задачи, как попытки сравнить их между собой.
И еще раз обращу внимание: ОБЪЕКТЫ ОДНОЙ БАЗЫ ПРЕКРАСНО ПОНИМАЮТ ДРУГ ДРУГА, ПРОБЛЕМЫ ВОЗНИКАЮТ ТОЛЬКО ТОГДА, КОГДА ВЫ НАЧИНАЕТЕ СВЯЗЫВАТЬ МЕЖДУ СОБОЙ ОБЪЕКТЫ РАЗНЫХ БАЗ, т.е. команда
будет прекрасно работать без ошибок. Не забывайте это, чтобы не перемудрить с алгоритмами!
Итак, повторяюсь, что напрямую перенести, да и просто сравнить можно только даты (причем не "пустые"), числа и строки ограниченной длины. Итак, как же нам сравнить объекты разных баз (не числа, не даты, не строки), т.е. как их преобразовать в эту самую строку/число/дату.
А) Преобразование справочников/документов базы OLE (если есть аналогичные справочники/документы в местной базе). В принципе, преобразование их было уже рассмотрено в примерах выше и сводится к поиску их аналогов в местной базе. Могу еще раз привести пример, заодно с использованием регистров:
Б) Преобразование перечислений и видов субконто (подразумевается, что в обоих базах есть аналогичные перечисления и виды субконто). Вся задача сводится к получению строкового или числового представления перечисления или вида субконто.
Не поймите это как прямую команду воспользоваться функцией Строка() или Число() :)) Нет. Для этого у нас есть обращение к уникальному представлению перечисления и вида субконто - метод Идентификатор() или ЗначениеПоНомеру(). Второй вариант не очень подходит, так как зачастую в разных базах даже перечисления бывают расположены в другом порядке, а вот идентификаторы стараются держать одинаковыми в разных базах. Отсюда вывод, пользуйтесь методом Идентификатор(). Кстати, не путайте вид субконто с самим субконто! Привожу пример преобразования:
То же самое относится и к плану счетов - принцип у него тот же, что и у вида субконто…
В) Преобразование счетов:
Во многом объект "Счет" аналогичен объекту "Справочник". Отсюда и пляшем:
Работа с запросами и EvalExpr().
Наконец-то добрались и до запросов. Надо пояснить несколько вещей, касаемых запросов (да и EvalExpr() тоже). Самое главное - компиляция текста OLE-запроса (т.е. разбор всех переменных внутри запроса), как и сами OLE-запросы выполняются внутри базы OLE и поэтому ни одна переменная, ни один реквизит местной базы там недоступны, да и запрос даже не подозревает, что его запускают по OLE из другой базы!!! Поэтому, чтобы правильно составить текст, иногда требуется не только обдумать, как передать параметры запроса в базу OLE, но и обдумать, что нужно добавить в глобальный модуль той самой OLE-базы, чтобы как-то собрать для запросы переменные!
1. Поскольку сам текст запроса и функции EvalExpr() является по сути текстом, а не набором параметров, то напрямую передать ему ссылку на элемент справочника, документ, счет и т.п. нельзя. Исключение может быть составлено для конкретных значений перечислений, видов субконто, констант, планов счетов и т.п.
2. Хоть и многим и так понятно, что я скажу дальше, но я все-таки уточню: при описании переменных в тексте запроса не забывайте, что объекты базы надо указывать напрямую, без всяких префиксов типа "БазаОле".
3. Отрабатывать запрос сложно тем, что ошибки, например, при компиляции напрямую не увидеть. Поэтому начинаем пошагово готовится к отработке запроса в базе OLE.
Вначале допишем в глобальном модуле базы OLE немного строк, которые нам помогут в работе:
Теперь начинаем потихоньку писать сам запрос. Что мы имеем:
В форме диалога местной базы несколько реквизитов диалога (либо местные переменные):
* Даты периода (НачДата и КонДата)
* Элементы справочников для фильтрации (ВыбТовар, ВыбФирма, ВыбКлиент, и т.д.)
* Какие-либо флажки (ТолькоЗамерзающийЗимойТовар , ..)
Мы начинаем писать запрос и сразу попадаем в такую ловушку:
ТекстЗапроса = " Период с НачДата по КонДата; ";
Вроде все в порядке, но такой запрос не выполнится в базе OLE, так как там понятия не имеют, что такое НачДата и КонДата :)) Ведь эти переменные действительны только для местной базы! Переписываем запрос заново:
Казалось бы все очень просто. По аналогии - если уникальность для товаров ведется по наименованию, то простой заменой слова "код" на "наименование" мы решаем вопрос и здесь. Теперь рассмотрим, когда мы выбрали группу, т.е. текст условия должен будет выглядеть так:
И здесь, правда можно проблему решить "двумями путями" :)) Первый пусть - когда мы имеем дело с двухуровне вымсправочником. Тогда проблема группы решается также просто, как и в 1-м варианте:
А если справочник очень даже многоуровневый? Вот для этого мы и используем написанную ранее функцию. Предположим, что список значений запроса с индексом массива " 1 " мы будем использовать для хранения подобных значений (например, хранить в нем группы товаров, клиентов) для хитрых условий. Итак, например, в ВыбТовар у нас указана группа товаров, а в ВыбКлиент - группа клиентов, которым мы товары группы ВыбТовар продавали. Кроме того, мы должны пропустить накладные возвратов поставщикам, и не забыть, что товары надо еще отбирать по флажку ТолькоЗамерзающийЗимойТовар:
Ну, а с реквизитами запроса разбираемся так же, как указано было выше в предыдущих разделах… И не забываем, что кроме хранения конкретных значений, можно использовать другие списки значений запроса. Например, можно заполнить какой-либо список значений запроса списком клиентов и использовать его в запросе:
В этой статье описываются полезные функции и процедуры, помогающие эффективно работать с различными типами данных в системе "1С:Предприятие 7.7".
* Обработка значений
* Форматирование
* Список значений
* Таблица значений
* Таблица
* Период и дата
* Календари и праздники
* Справочники
* Документы
* Предопределённые функции
* Налоговый учёт
Обработка значений в 1С
Форматирование данных в 1С
Список значений в 1С
Таблица значений в 1С
Таблица или печатная форма в 1С
Периоды и даты в 1С
Календари и праздники в 1С
Справочники в 1С
Документы в 1С
Предопределённые функции и процедуры в 1С
Налоговый учёт и первое событие в 1С
Резюме
В статье описаны функции и процедуры, используемые в программе "1С:Предприятие 7.7" для работы со справочниками, документами, списками значений, таблицами значений и с прочими агрегатными типами данных. Образцы практического применения описанных средств Вы сможете найти в статьях "Отчёты для 1С" и "Обработки для 1С".
Flash и трехмерная графика, становятся всё более популярными и востребованными. Программа Swift 3D совместила в себе обе популярные технологии. В пятой версии возможности программы вплотную приблизилась к настоящему 3D-редактору и при этом она не стала громоздкой. Программа не требует от пользователя знаний программирования так же, разработчикам удалось сделать ее легкой в освоении даже для того, кто никогда не имел дело с 3D.
Два в одном, флеш и 3D.
Flash и трехмерная графика, становятся всё более популярными и востребованными. Программа Swift 3D совместила в себе обе популярные технологии. В пятой версии возможности программы вплотную приблизилась к настоящему 3D-редактору и при этом она не стала громоздкой. Программа не требует от пользователя знаний программирования так же, разработчикам удалось сделать ее легкой в освоении даже для того, кто никогда не имел дело с 3D.
Для того чтобы начать работу с программой, необходимо знать «азбуку» создания трехмерной графики. Во-первых, на основе простейших трехмерных объектов строятся трехмерные модели. Затем, для этих моделей настраивается освещение, подбираются материалы. На следующем этапе, если это необходимо, создается анимация и, наконец, последний этап – сохранение визуализированного изображения или анимации в файл.
Scene Editor.
На этапе работы с редактором сцены, выполняется общая настройка объектов, задаются геометрические размеры, выбирается их положение и освещение.
В программе можно использовать стандартный набор простейших шаблонов. Помимо этого, в сцену можно импортировать трехмерные модели в формате 3ds, а также изображения в векторном формате. Такие изображения будут автоматически открываться как трехмерные объекты.
Один из самых востребованных типов объектов, который часто используется при создании логотипов это текст. Для получения объемного текста в каком-нибудь полноценном 3D-редакторе (например, в 3ds Max) сначала нужно создать 2D-форму, а затем придать ей объемность при помощи модификатора Bevel или Extrude. В Swift 3D этот процесс упрощен – текст становится объемным сразу же после нажатия кнопки Create Text. Используя панель свойств, можно выбрать профиль фаски, подходящую гарнитуру шрифта и задать другие параметры.
Несмотря на то, что в программе есть базовый набор 3D-объектов, разработчики также предоставили пользователю возможность создавать трехмерные модели самостоятельно. В зависимости от того, какой метод будет выбран, можно использовать одну из вкладок - Extrusion Editor, Lathe Editor или Advanced Modeler.
Extrusion Editor.
Принцип работы редактора выдавливания, прост: создается некоторая сплайновая форма, которая используется для создания трехмерного объекта с заданным сечением. Такой метод очень удобен для моделирования предметов, имеющих постоянное поперечное сечение вдоль одной из осей.
Принцип построения сплайна по точкам мало чем отличается от создания кривой в любой программе для векторной графики. Для каждой точки можно выбрать один из трех типов излома, а форму линии можно корректировать с помощью касательных. На панели инструментов редактора выдавливания можно найти инструмент для замыкания кривой, а также кнопки для быстрого создания 2D-форм самых распространенных типов: звездочки, стрелки, значка "плюс" и прочих.
Чтобы увидеть результат работы с этим инструментом, нужно вернуться на этап работы с редактором сцены.
Выдавливание можно также производить со скосом, что даст возможность получить несколько иной профиль конечной модели.
Lathe Editor
Еще один инструмент для создания трехмерных поверхностей, на этот раз образованных вращением профиля вокруг некоторой оси. Lathe Editor напоминает редактор выдавливания. Тут опять требуется создать кривую определенной формы, основные инструменты те же самые, разве что нет кнопок для быстрого создания кривых часто используемой формы.
В окне редактора поверхностей вращения следует нарисовать профиль, который будет иметь будущая трехмерная модель. Затем нужно перейти на вкладку Scene Editor и при необходимости настроить параметры созданного объекта, например, указать угол поворота профиля модели или определить число радиальных сегментов. Если в строке Sweep Angle изменить угол, заданный по умолчанию, поверхность вращения будет незамкнутой.
Интересно, что и при работе с редактором выдавливания, и при использовании редактора поверхностей вращения можно анимировать форму кривой.
Advanced Modeler
Режим Advanced Modeler – это настоящая гордость Swift 3D. Главная особенность этого режима – редактирование оболочки трехмерных объектов. Перед вами раскрываются неограниченные возможности управления их формой.
Для перехода в режим редактирования оболочки используется кнопка Edit Mesh. После этого на панели инструментов становятся активными кнопки для редактирования модели на разных уровнях подобъектов.
Можно выделять вершины, ребра, поверхности, а затем выполнять с выделенными подобъектами разные действия, такие как выдавливание, уплотнение сетки, зеркальное отражение, округление и пр.
Возможность работы в режиме редактирования поверхности дает еще одно преимущество – появляется возможность использовать разные материалы для разных частей объекта.
Добавление материалов
После завершения работы над формой объекта нужно выбрать для него материал. Материалы в Swift 3D выбираются исходя из имеющихся в наличии заготовок, которые находятся в палитре материалов. Библиотека пестрит разнообразием. Материалы разделены на несколько категорий: с прозрачностью, блестящие, имитирующие дерево, кирпич, мрамор, камень и т.д.
Назначается материал очень просто: нужно перетащить выбранный образец на объект. При необходимости, настройки материала можно подкорректировать. Для этого нужно дважды щелкнуть по образцу. Можно создать и собственный материал, используя для этого растровое изображение.
Освещение и камеры
Разработчики Swift 3D уделили достаточно много внимания системе освещения. По умолчанию, в виртуальном пространстве используется двухточечная система освещения, причем, положение источников света, добавленных программой по умолчанию, можно изменять (в большинстве 3D-редакторов такой возможности нет). Для этого используется схематический трекбол с двумя отметками источников света. Центр трекбола соответствует центру сцены. С его помощью также удобно подбирать угол освещения объектов трехмерной сцены новыми источниками.
Несмотря на то, что для такой нереалистичной визуализации, как «рисованный» флэш, освещение не очень важно, авторы Swift 3D добавили в программу четыре разных типа источника. Комбинируя их, можно имитировать освещение в разное время суток.
Для того чтобы иметь возможность точно и гибко выбрать угол съемки, в сцене можно использовать виртуальные камеры. Камеры могут быть двух видов – свободные и направленные, с мишенью.
Анимация объектов
Работа с анимацией выполняется на вкладке Scene Editor. Оживление трехмерных объектов происходит благодаря режиму автоматического создания ключей анимации. Этот режим активируется на временной шкале кнопкой Animate. Для того чтобы заставить двигаться объекты сцены, достаточно в этом режиме передвинуть ползунок на нужный кадр и попробовать изменить положение объекта в сцене, например, повернуть его на некоторый угол.
Если выделить в сцене объект, на шкале анимации отобразится список анимируемых параметров. При дальнейшем создании анимации выбранного объекта напротив каждого параметра, который будет анимироваться, будут появляться метки – ключи анимации. Ключи анимации можно перемещать и копировать. Кроме этого, есть возможность изменять характер протекания анимации.
Анимацию объектов можно также создавать, устанавливая траекторию их движения. Для этого служит режим Animation Path Mode, который также активируется кнопкой на временной шкале. Траекторию движения можно установить вручную, хотя в большинстве случаев удобнее использовать готовые варианты движений, находящиеся в библиотеке предварительных заготовок, о которой мы говорили выше.
Поскольку флэш-анимация в большинстве случаев используется для создания анимированного логотипа, как правило, движения такой эмблемы можно заранее предвидеть – логотип может вращаться, перемещаться вдоль окружности или другой геометрической фигуры.
Чтобы воспользоваться заранее заданными параметрами анимации, достаточно перетащить образец анимации из библиотеки на объект в сцене.
Сохранение проекта
Последний этап работы в Swift 3D – предварительный просмотр анимации и экспорт в выбранный формат. Все это выполняется на вкладке Preview And Export Editor. Тут можно покадрово просмотреть анимацию, задать параметры экспорта и выбрать формат файла.
Программа работает с большим числом форматов и дает возможность сохранить анимацию как файл Mov, Flv, Swf, Avi. Кроме этого, возможно сохранение в виде графического файла или в один из форматов векторной графики – Ai или Eps.
Сразу хотим отметить, что при помощи демонстрационной версии программы сохранить проект не удастся. Она дает возможность оценить все функции Swift 3D, однако результат работы можно просматривать только в окне предварительного просмотра, сохранение в файл не работает. Кроме этого, не удастся экспортировать созданные в программе модели в 3ds.
Триал-версию программы можно скачать с официального сайта. Полная версия Swift 3D оценивается в $250. Кроме версии для Windows, существует также версия для Mac OS.
Каждый абонент (узел) локальной сети должен иметь свой уникальный адрес (идентификатор или MAC-адрес), для того чтобы ему можно было адресовать пакеты. Существуют две основные системы присвоения адресов абонентам сети (точнее, сетевым адаптерам этих абонентов).
Первая система сводится к тому, что при установке сети каждому абоненту пользователь присваивает индивидуальный адрес по порядку, к примеру, от 0 до 30 или от 0 до 254. Присваивание адресов производится программно или с помощью переключателей на плате адаптера. При этом требуемое количество разрядов адреса определяется из неравенства:
2n > Nmax
где n – количество разрядов адреса, а Nmax – максимально возможное количество абонентов в сети. Например, восемь разрядов адреса достаточно для сети из 255 абонентов. Один адрес (обычно 1111....11) отводится для широковещательной передачи, то есть он используется для пакетов, адресованных всем абонентам одновременно.
Именно такой подход применен в известной сети Arcnet. Достоинства данного подхода – малый объем служебной информации в пакете, а также простота аппаратуры адаптера, распознающей адрес пакета. Недостаток – трудоемкость задания адресов и возможность ошибки (например, двум абонентам сети может быть присвоен один и тот же адрес). Контроль уникальности сетевых адресов всех абонентов возлагается на администратора сети.
Второй подход к адресации был разработан международной организацией IEEE, занимающейся стандартизацией сетей. Именно он используется в большинстве сетей и рекомендован для новых разработок. Идея этого подхода состоит в том, чтобы присваивать уникальный сетевой адрес каждому адаптеру сети еще на этапе его изготовления. Если количество возможных адресов будет достаточно большим, то можно быть уверенным, что в любой сети по всему миру никогда не будет абонентов с одинаковыми адресами. Поэтому был выбран 48-битный формат адреса, что соответствует примерно 280 триллионам различных адресов. Понятно, что столько сетевых адаптеров никогда не будет выпущено.
С тем чтобы распределить возможные диапазоны адресов между многочисленными изготовителями сетевых адаптеров, была предложена следующая структура адреса (рис. 4.7):
* Младшие 24 разряда кода адреса называются OUA (Organizationally Unique Address) – организационно уникальный адрес. Именно их присваивает каждый из зарегистрированных производителей сетевых адаптеров. Всего возможно свыше 16 миллионов комбинаций, то есть каждый изготовитель может выпустить 16 миллионов сетевых адаптеров.
* Следующие 22 разряда кода называются OUI (Organizationally Unique Identifier) – организационно уникальный идентификатор. IEEE присваивает один или несколько OUI каждому производителю сетевых адаптеров. Это позволяет исключить совпадения адресов адаптеров от разных производителей. Всего возможно свыше 4 миллионов разных OUI, это означает, что теоретически может быть зарегистрировано 4 миллиона производителей. Вместе OUA и OUI называются UAA (Universally Administered Address) – универсально управляемый адрес или IEEE-адрес.
* Два старших разряда адреса управляющие, они определяют тип адреса, способ интерпретации остальных 46 разрядов. Старший бит I/G (Individual/Group) указывает на тип адреса. Если он установлен в 0, то индивидуальный, если в 1, то групповой (многопунктовый или функциональный). Пакеты с групповым адресом получат все имеющие этот групповой адрес сетевые адаптеры. Причем групповой адрес определяется 46 младшими разрядами. Второй управляющий бит U/L (Universal/Local) называется флажком универсального/местного управления и определяет, как был присвоен адрес данному сетевому адаптеру. Обычно он установлен в 0. Установка бита U/L в 1 означает, что адрес задан не производителем сетевого адаптера, а организацией, использующей данную сеть. Это случается довольно редко.
Структура 48-битного стандартного MAC-адреса
Рис. 4.7. Структура 48-битного стандартного MAC-адреса
Для широковещательной передачи (то есть передачи всем абонентам сети одновременно) применяется специально выделенный сетевой адрес, все 48 битов которого установлены в единицу. Его принимают все абоненты сети независимо от их индивидуальных и групповых адресов.
Данной системы адресов придерживаются такие популярные сети, как Ethernet, Fast Ethernet, Token-Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN. Ее недостатки – высокая сложность аппаратуры сетевых адаптеров, а также большая доля служебной информации в передаваемом пакете (адреса источника и приемника вместе требуют уже 96 битов пакета или 12 байт).
Во многих сетевых адаптерах предусмотрен так называемый циркулярный режим. В этом режиме адаптер принимает все пакеты, приходящие к нему, независимо от значения поля адреса приемника. Такой режим используется, например, для проведения диагностики сети, измерения ее производительности, контроля ошибок передачи. При этом один компьютер принимает и контролирует все пакеты, проходящие по сети, но сам ничего не передает. В данном режиме работают сетевые адаптеры мостов и коммутаторы, которые должны обрабатывать перед ретрансляцией все пакеты, приходящие к ним.
Чаще всего аналоговое кодирование используется при передаче информации по каналу с узкой полосой пропускания, например, по телефонным линиям в глобальных сетях. Кроме того, аналоговое кодирование применяется в радиоканалах, что позволяет обеспечивать связь между многими пользователями одновременно.
Код RZ
Код RZ (Return to Zero – с возвратом к нулю) – этот трехуровневый код получил такое название потому, что после значащего уровня сигнала в первой половине битового интервала следует возврат к некоему "нулевому", среднему уровню (например, к нулевому потенциалу). Переход к нему происходит в середине каждого битового интервала. Логическому нулю, таким образом, соответствует положительный импульс, логической единице – отрицательный (или наоборот) в первой половине битового интервала.
В центре битового интервала всегда есть переход сигнала (положительный или отрицательный), следовательно, из этого кода приемник легко может выделить синхроимпульс (строб). Возможна временная привязка не только к началу пакета, как в случае кода NRZ, но и к каждому отдельному биту, поэтому потери синхронизации не произойдет при любой длине пакета.
Еще одно важное достоинство кода RZ – простая временная привязка приема, как к началу последовательности, так и к ее концу. Приемник просто должен анализировать, есть изменение уровня сигнала в течение битового интервала или нет. Первый битовый интервал без изменения уровня сигнала соответствует окончанию принимаемой последовательности бит (рис. 3.12). Поэтому в коде RZ можно использовать передачу последовательностями переменной длины.
Определение начала и конца приема при коде RZ
Рис. 3.12. Определение начала и конца приема при коде RZ
Недостаток кода RZ состоит в том, что для него требуется вдвое большая полоса пропускания канала при той же скорости передачи по сравнению с NRZ (так как здесь на один битовый интервал приходится два изменения уровня сигнала). Например, для скорости передачи информации 10 Мбит/с требуется пропускная способность линии связи 10 МГц, а не 5 МГц, как при коде NRZ (рис. 3.13).
Скорость передачи и пропускная способность при коде RZ
Рис. 3.13. Скорость передачи и пропускная способность при коде RZ
Другой важный недостаток – наличие трех уровней, что всегда усложняет аппаратуру как передатчика, так и приемника.
Код RZ применяется не только в сетях на основе электрического кабеля, но и в оптоволоконных сетях. Правда, в них не существует положительных и отрицательных уровней сигнала, поэтому используется три следующие уровня: отсутствие света, "средний" свет, "сильный" свет. Это очень удобно: даже когда нет передачи информации, свет все равно присутствует, что позволяет легко определить целостность оптоволоконной линии связи без дополнительных мер (рис. 3.14).
Использование кода RZ в оптоволоконных сетях
Рис. 3.14. Использование кода RZ в оптоволоконных сетях
Манчестерский код
Манчестерский код (или код Манчестер-II) получил наибольшее распространение в локальных сетях. Он также относится к самосинхронизирующимся кодам, но в отличие от RZ имеет не три, а всего два уровня, что способствует его лучшей помехозащищенности и упрощению приемных и передающих узлов. Логическому нулю соответствует положительный переход в центре битового интервала (то есть первая половина битового интервала – низкий уровень, вторая половина – высокий), а логической единице соответствует отрицательный переход в центре битового интервала (или наоборот).
Как и в RZ, обязательное наличие перехода в центре бита позволяет приемнику манчестерского кода легко выделить из пришедшего сигнала синхросигнал и передать информацию сколь угодно большими последовательностями без потерь из-за рассинхронизации. Допустимое расхождение часов приемника и передатчика может достигать 25%.
Подобно коду RZ, при использовании манчестерского кода требуется пропускная способность линии в два раза выше, чем при применении простейшего кода NRZ. Например, для скорости передачи 10 Мбит/с требуется полоса пропускания 10 МГц (рис. 3.15).
Скорость передачи и пропускная способность при манчестерском коде
Рис. 3.15. Скорость передачи и пропускная способность при манчестерском коде
Как и при коде RZ, в данном случае приемник легко может определить не только начало передаваемой последовательности бит, но и ее конец. Если в течение битового интервала нет перехода сигнала, то прием заканчивается. В манчестерском коде можно передавать последовательности бит переменной длины (рис. 3.16). Процесс определения времени передачи называют еще контролем несущей, хотя в явном виде несущей частоты в данном случае не присутствует.
Определение начала и конца приема при манчестерском коде
Рис. 3.16. Определение начала и конца приема при манчестерском коде
Манчестерский код используется как в электрических, так и в оптоволоконных кабелях (в последнем случае один уровень соответствует отсутствию света, а другой – его наличию).
Основное достоинство манчестерского кода – постоянная составляющая в сигнале (половину времени сигнал имеет высокий уровень, другую половину – низкий). Постоянная составляющая равна среднему значению между двумя уровнями сигнала.
Если высокий уровень имеет положительную величину, а низкий – такую же отрицательную, то постоянная составляющая равна нулю. Это дает возможность легко применять для гальванической развязки импульсные трансформаторы. При этом не требуется дополнительного источника питания для линии связи (как, например, в случае использования оптронной гальванической развязки), резко уменьшается влияние низкочастотных помех, которые не проходят через трансформатор, легко решается проблема согласования.
Если же один из уровней сигнала в манчестерском коде нулевой (как, например, в сети Ethernet), то величина постоянной составляющей в течение передачи будет равна примерно половине амплитуды сигнала. Это позволяет легко фиксировать столкновения пакетов в сети (конфликт, коллизию) по отклонению величины постоянной составляющей за установленные пределы.
Частотный спектр сигнала при манчестерском кодировании включает в себя только две частоты: при скорости передачи 10 Мбит/с это 10 МГц (соответствует передаваемой цепочке из одних нулей или из одних единиц) и 5 МГц (соответствует последовательности из чередующихся нулей и единиц: 1010101010...). Поэтому с помощью простейших полосовых фильтров можно легко избавиться от всех других частот (помехи, наводки, шумы).
Бифазный код
Бифазный код часто рассматривают как разновидность манчестерского, так как их характеристики практически полностью совпадают.
Данный код отличается от классического манчестерского кода тем, что он не зависит от перемены мест двух проводов кабеля. Особенно это удобно в случае, когда для связи применяется витая пара, провода которой легко перепутать. Именно этот код используется в одной из самых известных сетей Token-Ring компании IBM.
Принцип данного кода прост: в начале каждого битового интервала сигнал меняет уровень на противоположный предыдущему, а в середине единичных (и только единичных) битовых интервалов уровень изменяется еще раз. Таким образом, в начале битового интервала всегда есть переход, который используется для самосинхронизации. Как и в случае классического манчестерского кода, в частотном спектре при этом присутствует две частоты. При скорости 10 Мбит/с это частоты 10 МГц (при последовательности одних единиц: 11111111...) и 5 МГц (при последовательности одних нулей: 00000000...).
Имеется также еще один вариант бифазного кода (его еще называют дифференциальным манчестерским кодом). В этом коде единице соответствует наличие перехода в начале битового интервала, а нулю – отсутствие перехода в начале битового интервала (или наоборот). При этом в середине битового интервала переход имеется всегда, и именно он служит для побитовой самосинхронизации приемника. Характеристики этого варианта кода также полностью соответствуют характеристикам манчестерского кода.
Здесь же стоит упомянуть о том, что часто совершенно неправомерно считается, что единица измерения скорости передачи бод – это то же самое, что бит в секунду, а скорость передачи в бодах равняется скорости передачи в битах в секунду. Это верно только в случае кода NRZ. Скорость в бодах характеризует не количество передаваемых бит в секунду, а число изменений уровня сигнала в секунду. И при RZ или манчестерском кодах требуемая скорость в бодах оказывается вдвое выше, чем при NRZ. В бодах измеряется скорость передачи сигнала, а в битах в секунду – скорость передачи информации. Поэтому, чтобы избежать неоднозначного понимания, скорость передачи по сети лучше указывать в битах в секунду (бит/с, Кбит/с, Мбит/с, Гбит/с).
Другие коды
Все разрабатываемые в последнее время коды призваны найти компромисс между требуемой при заданной скорости передачи полосой пропускания кабеля и возможностью самосинхронизации. Разработчики стремятся сохранить самосинхронизацию, но не ценой двукратного увеличения полосы пропускания, как в рассмотренных RZ, манчестерском и бифазном кодах.
Чаще всего для этого в поток передаваемых битов добавляют биты синхронизации. Например, один бит синхронизации на 4, 5 или 6 информационных битов или два бита синхронизации на 8 информационных битов. В действительности все обстоит несколько сложнее: кодирование не сводится к простой вставке в передаваемые данные дополнительных битов. Группы информационных битов преобразуются в передаваемые по сети группы с количеством битов на один или два больше. Приемник осуществляет обратное преобразование, восстанавливает исходные информационные биты. Довольно просто осуществляется в этом случае и обнаружение несущей частоты (детектирование передачи).
Так, например, в сети FDDI (скорость передачи 100 Мбит/с) применяется код 4В/5В, который 4 информационных бита преобразует в 5 передаваемых битов. При этом синхронизация приемника осуществляется один раз на 4 бита, а не в каждом бите, как в случае манчестерского кода. Но зато требуемая полоса пропускания увеличивается по сравнению с кодом NRZ не в два раза, а только в 1,25 раза (то есть составляет не 100 МГц, а всего лишь 62,5 МГц). По тому же принципу строятся и другие коды, в частности, 5В/6В, используемый в стандартной сети 100VG-AnyLAN, или 8В/10В, применяемый в сети Gigabit Ethernet.
В сегменте 100BASE-T4 сети Fast Ethernet использован несколько иной подход. Там применяется код 8В/6Т, предусматривающий параллельную передачу трех трехуровневых сигналов по трем витым парам. Это позволяет достичь скорости передачи 100 Мбит/с на дешевых кабелях с витыми парами категории 3, имеющих полосу пропускания всего лишь16 МГц (см. табл. 2.1). Правда, это требует большего расхода кабеля и увеличения количества приемников и передатчиков. К тому же принципиально, чтобы все провода были одной длины и задержки сигнала в них не слишком различались.
Иногда уже закодированная информация подвергается дополнительному кодированию, что позволяет упростить синхронизацию на приемном конце. Наибольшее распространение для этого получили 2-уровневый код NRZI, применяемый в оптоволоконных сетях (FDDI и 100BASE-FX), а также 3-уровневый код MLT-3, используемый в сетях на витых парах (TPDDI и 100BASE-TХ). Оба эти кода (рис. 3.17) не являются самосинхронизирующимися.
Коды NRZI и MLT-3
Рис. 3.17. Коды NRZI и MLT-3
Код NRZI (без возврата к нулю с инверсией единиц – Non-Return to Zero, Invert to one) предполагает, что уровень сигнала меняется на противоположный в начале единичного битового интервала и не меняется при передаче нулевого битового интервала. При последовательности единиц на границах битовых интервалов имеются переходы, при последовательности нулей – переходов нет. В этом смысле код NRZI лучше синхронизируется, чем NRZ (там нет переходов ни при последовательности нулей, ни при последовательности единиц).
Код MLT-3 (Multi-Level Transition-3) предполагает, что при передаче нулевого битового интервала уровень сигнала не меняется, а при передаче единицы – меняется на следующий уровень по такой цепочке: +U, 0, –U, 0, +U, 0, –U и т.д. Таким образом, максимальная частота смены уровней получается вчетверо меньше скорости передачи в битах (при последовательности сплошных единиц). Требуемая полоса пропускания оказывается меньше, чем при коде NRZ.
Все упомянутые в данном разделе коды предусматривают непосредственную передачу в сеть цифровых двух- или трехуровневых прямоугольных импульсов.
Однако иногда в сетях используется и другой путь – модуляция информационными импульсами высокочастотного аналогового сигнала (синусоидального). Такое аналоговое кодирование позволяет при переходе на широкополосную передачу существенно увеличить пропускную способность канала связи (в этом случае по сети можно передавать несколько бит одновременно). К тому же, как уже отмечалось, при прохождении по каналу связи аналогового сигнала (синусоидального) не искажается форма сигнала, а только уменьшается его амплитуда, а в случае цифрового сигнала форма сигнала искажается (см. рис. 3.2).
К самым простым видам аналогового кодирования относятся следующие (рис. 3.18):
* Амплитудная модуляция (АМ, AM – Amplitude Modulation), при которой логической единице соответствует наличие сигнала (или сигнал большей амплитуды), а логическому нулю – отсутствие сигнала (или сигнал меньшей амплитуды). Частота сигнала при этом остается постоянной. Недостаток амплитудной модуляции состоит в том, что АМ-сигнал сильно подвержен действию помех и шумов, а также предъявляет повышенные требования к затуханию сигнала в канале связи. Достоинства – простота аппаратурной реализации и узкий частотный спектр.
Аналоговое кодирование цифровой информации
Рис. 3.18. Аналоговое кодирование цифровой информации
* Частотная модуляция (ЧМ, FM – Frequency Modulation), при которой логической единице соответствует сигнал более высокой частоты, а логическому нулю – сигнал более низкой частоты (или наоборот). Амплитуда сигнала при частотной модуляции остается постоянной, что является большим преимуществом по сравнению с амплитудной модуляцией.
* Фазовая модуляция (ФМ, PM – Phase Modulation), при которой смене логического нуля на логическую единицу и наоборот соответствует резкое изменение фазы синусоидального сигнала одной частоты и амплитуды. Важно, что амплитуда модулированного сигнала остается постоянной, как и в случае частотной модуляции.
Применяются и значительно более сложные методы модуляции, являющиеся комбинацией перечисленных простейших методов. Чаще всего аналоговое кодирование используется при передаче информации по каналу с узкой полосой пропускания, например, по телефонным линиям в глобальных сетях. Кроме того, аналоговое кодирование применяется в радиоканалах, что позволяет обеспечивать связь между многими пользователями одновременно. В локальных кабельных сетях аналоговое кодирование практически не используется из-за высокой сложности и стоимости как кодирующего, так и декодирующего оборудования.
Информация в кабельных локальных сетях передается в закодированном виде, то есть каждому биту передаваемой информации соответствует свой набор уровней электрических сигналов в сетевом кабеле. Модуляция высокочастотных сигналов применяется в основном в бескабельных сетях, в радиоканалах. В кабельных сетях передача идет без модуляции или, как еще говорят, в основной полосе частот.
Правильный выбор кода позволяет повысить достоверность передачи информации, увеличить скорость передачи или снизить требования к выбору кабеля. Например, при разных кодах предельная скорость передачи по одному и тому же кабелю может отличаться в два раза. От выбранного кода напрямую зависит также сложность сетевой аппаратуры (узлы кодирования и декодирования кода). Код должен в идеале обеспечивать хорошую синхронизацию приема, низкий уровень ошибок, работу с любой длиной передаваемых информационных последовательностей.
Некоторые коды, используемые в локальных сетях, показаны на рис. 3.8. Далее будут рассмотрены их преимущества и недостатки.
Наиболее распространенные коды передачи информации
Рис. 3.8. Наиболее распространенные коды передачи информации
Код NRZ
Код NRZ (Non Return to Zero – без возврата к нулю) – это простейший код, представляющий собой обычный цифровой сигнал. Логическому нулю соответствует высокий уровень напряжения в кабеле, логической единице – низкий уровень напряжения (или наоборот, что не принципиально). Уровни могут быть разной полярности (положительной и отрицательной) или же одной полярности (положительной или отрицательной). В течение битового интервала (bit time, BT), то есть времени передачи одного бита никаких изменений уровня сигнала в кабеле не происходит.
К несомненным достоинствам кода NRZ относятся его довольно простая реализация (исходный сигнал не надо ни специально кодировать на передающем конце, ни декодировать на приемном конце), а также минимальная среди других кодов пропускная способность линии связи, требуемая при данной скорости передачи. Ведь наиболее частое изменение сигнала в сети будет при непрерывном чередовании единиц и нулей, то есть при последовательности 1010101010..., поэтому при скорости передачи, равной 10 Мбит/с (длительность одного бита равна 100 нс) частота изменения сигнала и соответственно требуемая пропускная способность линии составит 1 / 200нс = 5 МГц (рис. 3.9).
Скорость передачи и требуемая пропускная способность при коде NRZ
Рис. 3.9. Скорость передачи и требуемая пропускная способность при коде NRZ
Передача в коде NRZ с синхросигналом
Рис. 3.10. Передача в коде NRZ с синхросигналом
Самый большой недостаток кода NRZ – это возможность потери синхронизации приемником во время приема слишком длинных блоков (пакетов) информации. Приемник может привязывать момент начала приема только к первому (стартовому) биту пакета, а в течение приема пакета он вынужден пользоваться только внутренним тактовым генератором (внутренними часами). Например, если передается последовательность нулей или последовательность единиц, то приемник может определить, где проходят границы битовых интервалов, только по внутренним часам. И если часы приемника расходятся с часами передатчика, то временной сдвиг к концу приема пакета может превысить длительность одного или даже нескольких бит. В результате произойдет потеря переданных данных. Так, при длине пакета в 10000 бит допустимое расхождение часов составит не более 0,01% даже при идеальной передаче формы сигнала по кабелю.
Во избежание потери синхронизации, можно было бы ввести вторую линию связи для синхросигнала (рис. 3.10). Но при этом требуемое количество кабеля, число приемников и передатчиков увеличивается в два раза. При большой длине сети и значительном количестве абонентов это невыгодно.
В связи с этим код NRZ используется только для передачи короткими пакетами (обычно до 1 Кбита).
Большой недостаток кода NRZ состоит еще и в том, что он может обеспечить обмен сообщениями (последовательностями, пакетами) только фиксированной, заранее обговоренной длины. Дело в том, что по принимаемой информации приемник не может определить, идет ли еще передача или уже закончилась. Для синхронизации начала приема пакета используется стартовый служебный бит, чей уровень отличается от пассивного состояния линии связи (например, пассивное состояние линии при отсутствии передачи – 0, стартовый бит – 1). Заканчивается прием после отсчета приемником заданного количества бит последовательности (рис. 3.11).
Определение окончания последовательности при коде NRZ
Рис. 3.11. Определение окончания последовательности при коде NRZ
Наиболее известное применение кода NRZ – это стандарт RS232-C, последовательный порт персонального компьютера. Передача информации в нем ведется байтами (8 бит), сопровождаемыми стартовым и стоповым битами.
Три остальных кода (RZ, манчестерский код, бифазный код) принципиально отличаются от NRZ тем, что сигнал имеет дополнительные переходы (фронты) в пределах битового интервала. Это сделано для того, чтобы приемник мог подстраивать свои часы под принимаемый сигнал на каждом битовом интервале. Отслеживая фронты сигналов, приемник может точно синхронизовать прием каждого бита. В результате небольшие расхождения часов приемника и передатчика уже не имеют значения. Приемник может надежно принимать последовательности любой длины. Такие коды называются самосинхронизирующимися. Можно считать, что самосинхронизирующиеся коды несут в себе синхросигнал.
Оптоволоконный (он же волоконно-оптический) кабель – это принципиально иной тип кабеля по сравнению с рассмотренными двумя типами электрического или медного кабеля. Информация по нему передается не электрическим сигналом, а световым. Главный его элемент – это прозрачное стекловолокно, по которому свет проходит на огромные расстояния (до десятков километров) с незначительным ослаблением.
Рис. 2.4. Структура оптоволоконного кабеля
Структура оптоволоконного кабеля очень проста и похожа на структуру коаксиального электрического кабеля (рис. 2.4). Только вместо центрального медного провода здесь используется тонкое (диаметром около 1 – 10 мкм) стекловолокно, а вместо внутренней изоляции – стеклянная или пластиковая оболочка, не позволяющая свету выходить за пределы стекловолокна. В данном случае речь идет о режиме так называемого полного внутреннего отражения света от границы двух веществ с разными коэффициентами преломления (у стеклянной оболочки коэффициент преломления значительно ниже, чем у центрального волокна). Металлическая оплетка кабеля обычно отсутствует, так как экранирование от внешних электромагнитных помех здесь не требуется. Однако иногда ее все-таки применяют для механической защиты от окружающей среды (такой кабель иногда называют броневым, он может объединять под одной оболочкой несколько оптоволоконных кабелей).
Оптоволоконный кабель обладает исключительными характеристиками по помехозащищенности и секретности передаваемой информации. Никакие внешние электромагнитные помехи в принципе не способны исказить световой сигнал, а сам сигнал не порождает внешних электромагнитных излучений. Подключиться к этому типу кабеля для несанкционированного прослушивания сети практически невозможно, так как при этом нарушается целостность кабеля. Теоретически возможная полоса пропускания такого кабеля достигает величины 1012 Гц, то есть 1000 ГГц, что несравнимо выше, чем у электрических кабелей. Стоимость оптоволоконного кабеля постоянно снижается и сейчас примерно равна стоимости тонкого коаксиального кабеля.
Типичная величина затухания сигнала в оптоволоконных кабелях на частотах, используемых в локальных сетях, составляет от 5 до 20 дБ/км, что примерно соответствует показателям электрических кабелей на низких частотах. Но в случае оптоволоконного кабеля при росте частоты передаваемого сигнала затухание увеличивается очень незначительно, и на больших частотах (особенно свыше 200 МГц) его преимущества перед электрическим кабелем неоспоримы, у него просто нет конкурентов.
Однако оптоволоконный кабель имеет и некоторые недостатки.
Самый главный из них – высокая сложность монтажа (при установке разъемов необходима микронная точность, от точности скола стекловолокна и степени его полировки сильно зависит затухание в разъеме). Для установки разъемов применяют сварку или склеивание с помощью специального геля, имеющего такой же коэффициент преломления света, что и стекловолокно. В любом случае для этого нужна высокая квалификация персонала и специальные инструменты. Поэтому чаще всего оптоволоконный кабель продается в виде заранее нарезанных кусков разной длины, на обоих концах которых уже установлены разъемы нужного типа. Следует помнить, что некачественная установка разъема резко снижает допустимую длину кабеля, определяемую затуханием.
Также надо помнить, что использование оптоволоконного кабеля требует специальных оптических приемников и передатчиков, преобразующих световые сигналы в электрические и обратно, что порой существенно увеличивает стоимость сети в целом.
Оптоволоконные кабели допускают разветвление сигналов (для этого производятся специальные пассивные разветвители (couplers) на 2—8 каналов), но, как правило, их используют для передачи данных только в одном направлении между одним передатчиком и одним приемником. Ведь любое разветвление неизбежно сильно ослабляет световой сигнал, и если разветвлений будет много, то свет может просто не дойти до конца сети. Кроме того, в разветвителе есть и внутренние потери, так что суммарная мощность сигнала на выходе меньше входной мощности.
Оптоволоконный кабель менее прочен и гибок, чем электрический. Типичная величина допустимого радиуса изгиба составляет около 10 – 20 см, при меньших радиусах изгиба центральное волокно может сломаться. Плохо переносит кабель и механическое растяжение, а также раздавливающие воздействия.
Чувствителен оптоволоконный кабель и к ионизирующим излучениям, из-за которых снижается прозрачность стекловолокна, то есть увеличивается затухание сигнала. Резкие перепады температуры также негативно сказываются на нем, стекловолокно может треснуть.
Применяют оптоволоконный кабель только в сетях с топологией звезда и кольцо. Никаких проблем согласования и заземления в данном случае не существует. Кабель обеспечивает идеальную гальваническую развязку компьютеров сети. В будущем этот тип кабеля, вероятно, вытеснит электрические кабели или, во всяком случае, сильно потеснит их. Запасы меди на планете истощаются, а сырья для производства стекла более чем достаточно.
Существуют два различных типа оптоволоконного кабеля:
* многомодовый или мультимодовый кабель, более дешевый, но менее качественный;
* одномодовый кабель, более дорогой, но имеет лучшие характеристики по сравнению с первым.
Суть различия между этими двумя типами сводится к разным режимам прохождения световых лучей в кабеле.
Распространение света в одномодовом кабеле
Рис. 2.5. Распространение света в одномодовом кабеле
В одномодовом кабеле практически все лучи проходят один и тот же путь, в результате чего они достигают приемника одновременно, и форма сигнала почти не искажается (рис. 2.5). Одномодовый кабель имеет диаметр центрального волокна около 1,3 мкм и передает свет только с такой же длиной волны (1,3 мкм). Дисперсия и потери сигнала при этом очень незначительны, что позволяет передавать сигналы на значительно большее расстояние, чем в случае применения многомодового кабеля. Для одномодового кабеля применяются лазерные приемопередатчики, использующие свет исключительно с требуемой длиной волны. Такие приемопередатчики пока еще сравнительно дороги и не долговечны. Однако в перспективе одномодовый кабель должен стать основным типом благодаря своим прекрасным характеристикам. К тому же лазеры имеют большее быстродействие, чем обычные светодиоды. Затухание сигнала в одномодовом кабеле составляет около 5 дБ/км и может быть даже снижено до 1 дБ/км.
Распространение света в многомодовом кабеле
Рис. 2.6. Распространение света в многомодовом кабеле
В многомодовом кабеле траектории световых лучей имеют заметный разброс, в результате чего форма сигнала на приемном конце кабеля искажается (рис. 2.6). Центральное волокно имеет диаметр 62,5 мкм, а диаметр внешней оболочки 125 мкм (это иногда обозначается как 62,5/125). Для передачи используется обычный (не лазерный) светодиод, что снижает стоимость и увеличивает срок службы приемопередатчиков по сравнению с одномодовым кабелем. Длина волны света в многомодовом кабеле равна 0,85 мкм, при этом наблюдается разброс длин волн около 30 – 50 нм. Допустимая длина кабеля составляет 2 – 5 км. Многомодовый кабель – это основной тип оптоволоконного кабеля в настоящее время, так как он дешевле и доступнее. Затухание в многомодовом кабеле больше, чем в одномодовом и составляет 5 – 20 дБ/км.
Типичная величина задержки для наиболее распространенных кабелей составляет около 4—5 нс/м, что близко к величине задержки в электрических кабелях.
Оптоволоконные кабели, как и электрические, выпускаются в исполнении plenum и non-plenum.
Те, кто устанавливают в свой компьютер источники бесперебойного питания, надеются повысить стабильность работы своего электронного монстра, а заодно и продлить ему жизнь за счёт оберегания его от скачков напряжения и работы при ненормальном режиме электроснабжения потребителей. Проще говоря, сегодня установка ИБП является синонимом повышения надёжности и никто не сомневается в том, что UPS принесёт пользу любому компьютеру. В этой маленькой статье я расскажу вам, что это не так, и прежде чем покупать источник бесперебойного питания, надо хорошо подумать, потому что он может не только не добавить стабильности вашей системе, но и наоборот - сделать работу за компьютером невозможной.
Скажу честно: я никогда не считал источник бесперебойного питания необходимой частью компьютера, а потому и не стал бы покупать его, даже если бы и имелись лишние деньги. В питании компьютера я всегда был уверен, как уверен в этом и сейчас. В моём доме напряжение практически всегда составляет 230 В, иногда поднимаясь, или опускаясь. Бывает, что напряжение скачет, это видно по миганию лампочек накаливания, или по стрелке подключённого к розетке вольтметра. Всё это никогда не отражалось ни на работе монитора, ни на работе компьютера, подключенных в розетку, без всевозможных фильтров типа "пилот", и даже без заземления. Конечно, иногда если коснуться корпуса компьютера и батареи, можно почувствовать, как через тебя проходит небольшой ток, но это не смертельно и на работу компьютера пока что никак не повлияло.
Однажды в розетке, питающей компьютер с монитором, напряжение упало почти в два раза - вольт до 120. Дело было днём, поэтому свет в комнате не горел, и определить, что упало напряжение, я смог только по замедлившему ход напольному вентилятору. Его обороты сильно упали, а когда я его выключил, а затем попытался включить, пропеллер остался неподвижен. Компьютер всё это время работал нормально. Прошло несколько минут и я его выключил. Затем включил снова, а он не включается. Тут-то я и понял, что проблема в напряжении. На щитке отключил автоматы, включил заново и напряжение в линии снова составило 230 Вольт, в чём я убедился при помощи вольтметра. Дело было в неисправности щитка, но это так, к слову. Теперь я знаю, что скачки и провалы напряжения, которыми нас так пугают производители фильтров и источников бесперебойного питания, китайскому 250 Ваттному блоку питания не страшны, ровно как и монитору LG Flatron, который тоже сделан не в Штатах. Наверное, поэтому ставить что-то защищающее компьютер по питанию домой я не хотел. Но вот недавно, во время написания очередного обзора в домеотключили электричество и тут же, где-то через секунду включили. Компьютер, естественно, этого не вынес и та часть обзора, которую я не успел сохранить, канула в лету. На личном опыте я знаю, что UPS спас бы меня и я твёрдо решился установить его в компьютер.
Какой фирмы я взял UPS, говорить не буду. Потому что никаких претензий к источнику питания я не имею, и всё, сказанное дальше будет справедливо для подавляющего большинства ИБП. В общем, компьютер был подключен к этому устройству, помогающему мне бороться с недостатками нашего электроснабжения. "Первые ласточки" появились через несколько часов после начала работы компьютера. Дело в том, что UPS действительно защищает от скачков напряжения, но делает это не выравниванием напряжения за счёт регулирования трансформатора, а за счёт переключения в Backup Mode, то есть питания компьютера от аккумуляторов. Естественно, такой способ намного дешевле, а стабилизаторы напряжения в недорогих ИБП не применяются. Дело в том, что когда источник бесперебойного питания почувствовал скачок напряжения, то он переключает компьютер в питание от батареек на некоторое время. Обычно, это несколько секунд. По истечение этого срока, если скачков напряжения, или других аномалий не было, компьютер переключается обратно, на питание от сети. В разных моделях UPS чувствительность разная. Некоторые допускают отклонение напряжения в 10 процентов, другие - в 15. Чувствительность может не совпадать с заявленной, хотя для проверки этого придётся воспользоваться измерительными приборами. Ну да разговор не об этом. Через несколько часов работы в сети начались незначительные скачки и провалы напряжения. Свет не моргал, а вот ИБП переключил компьютер в Backup режим.
Первый период запитки от аккумуляторов длился недолго - около тридцати секунд. После этого датчики источника бесперебойного питания определили, что напряжение в розетке полностью соответствует норме, и компьютер был переключён на питание от розетки, а аккумуляторные батареи стали заряжаться, восполняя частичный разряд. Прошёл час и наступило тёмное время суток, ночь. Ночью число потребителей электроэнергии значительно падает, а нагрузка на сеть сокращается за счёт прекращения работы предприятий, электротранспорта, да и обычные потребители, если они не сидят в интернете, или не работают в ночную смену, просто спят. Поэтому ночью напряжение в розетке чуть повышается. А это значит, что оно уже подходит к тому порогу, при котором источник бесперебойного питания переводит компьютер в работу от батарей аккумуляторов. И уже небольшие скачки могут запросто заставить компьютер работать от запасённой ранее энергии. Вот тут-то и началось самое интересное. UPS снова запищал, сигнализируя о том, что компьютер работает от аккумуляторов. Но на этот раз период такой запитки длился дольше - около трёх минут. UPS был слабеньким, а потому мог продержать системный блок всего несколько минут. Честно говоря, стало немного страшно. Здесь я поясню: ночью очень удобно скачивать различные большие файлы из сети, особенно по обычному модему, учитывая, что качество аналоговых линий хорошо возрастает. Тут как раз подвернулся файл размером с десяток-другой мегабайт на сервере, не поддерживающем докачку (есть ещё такие). Понятное дело, что отключение компьютера заставило бы меня заново загружать систему, устанавливать связь с провайдером и качать файл с начала. Последнее меня не пугало, так как скачено было всего процентов 10.
Шло время. Аккумуляторы источника бесперебойного питания заряжались, а я работал в интернете. И снова знакомый щелчок реле и писк источника бесперебойного питания. Но теперь я понимаю, что батареи истощены и ИБП не протянет и трёх минут. Сохраняя все данные на диск, я смотрю на статус закачки файла. Почти 90 процентов. Очень бы не хотелось качать его снова. Конечно, можно было бы заставить компьютер перейти в Sleep Mode, но винчестер бы не отключился, процессор бы стал потреблять не намного меньше. И толку это бы не дало. Всё, что остаётся - это смотреть на экран, не двигать мышь и надеяться, что напряжение восстановится раньше, чем аккумуляторы сядут. Через минуту UPS извещает, что аккумуляторы близки к разряду. Это значит, что в запасе осталась от силы минута. Самое интересное, это то, что начинаешь понимать безысходность ситуации. Напряжение в розетке есть, и оно даже нормальное, чуть выше, возможно, чем нужно, но компьютер бы от него работал как по маслу. А этот "источник" считает по-другому. И сделать ничего нельзя. Принудительной запитки от розетки в нём не предусмотрено. Переткнуть компьютер в розетку нельзя. А вытаскивание вилки UPS из розетки, а потом подключение её обратно ничего не даёт. UPS не реагирует. Примерно через минуту экран монитора гаснет. Компьютер выключился. Конечно, файл придётся качать с самого начала. Нужно ли описывать мои чувства в этот момент?
Как видно, в моей ситуации установка источника бесперебойного питания не только не повысила стабильность системы, но и наоборот - понизила её. Днём иногда ИБП также болезненно реагирует на аномалии напряжения, переключаясь на аккумуляторы. Поэтому оставлять компьютер без присмотра становится страшно. Ведь я знаю, что блоку питания ATX такие скачки не страшны, а вот UPS - вещь чувствительная, и может неправильно понять наше напряжение. Два-три переключения длительностью в две минуты, и на третьем компьютер не протянет и тридцати секунд. Вам оно надо?
Что делать?
Поэтому, прежде чем покупать источник бесперебойного питания, подумайте, так ли часто у вас отключают электричество? Именно отключают, потому что скачков напряжения вы можете и не замечать. Благо, с частотой, которую не видно даже по первому признаку - морганию света, у нас в России пока что порядок. Если свет отключают редко, прежде чем брать источник бесперебойного питания присмотритесь к напряжению. Не мигают ли лампы накаливания? Можете попросить UPS на некоторое время у друзей, живущих в другом районе. В крайнем случае, договоритесь с продавцом о возврате денег сроком на две недели. Конечно, можно найти UPS со стабилизатором напряжения, который будет стоить дороже. Можно подключить и внешний стабилизатор напряжения. Но есть и другой выход.
В источниках бесперебойного питания предусмотрена регулировка чувствительности. С помощью специальных резисторов можно выбрать нижнее и верхнее значения напряжения, при которых UPS будет срабатывать и переводить компьютер на питание от батарей. Подняв верхний предел Вольт на 10-20, и опустив нижний на столько же, можно добиться того, что ИБП не будет впустую реагировать на незначительные скачки. Лишние 10-20 Вольт компьютеру не повредят, а вот сделать вашу жизнь спокойнее смогут. Обычно, такую операцию над источниками бесперебойного питания проводят те, кто их продаёт. Вполне возможно, что покупая новый UPS, вы уже берёте себе настроенный под наши линии блок, характеристики которого отличаются от заявленных, потому что в сервис-центре фирмы-продавца над этим UPS-ом уже поработали. В случае, если вы берёте ИБП для запитки очень чувствительной к перемене напряжения электроники, вам нужно обязательно узнать, соответствует ли источник заявленным данным. Обычно, если сказать, что в случае, если что не так, то продавец будет нести ответственность за всё, они сами признаются, ковырялись в нём, или нет. Ну а напоследок хочется пожелать вам надёжного электроснабжения и качественных UPS-ов.
В этой статье я попытаюсь дать оценку быстродействию файловых систем, используемых в операционных системах WindowsNT/2000. Статья не содержит графиков и результатов тестирований, так как эти результаты слишком сильно зависят от случая, методик тестирования и конкретных систем, и не имеют почти никакой связи с реальным положением дел. В этом материале я вместо этого постараюсь описать общие тенденции и соображения, связанные с производительностью файловых систем. Прочитав данный материал, вы получите информацию для размышлений и сможете сами сделать выводы, понять, какая система будет быстрее в ваших условиях, и почему. Возможно, некоторые факты помогут вам также оптимизировать быстродействие своей машины с точки зрения файловых систем, подскажут какие-то решения, которые приведут к повышению скорости работы всего компьютера.
В данном обзоре упоминаются три системы - FAT (далее FAT16), FAT32 и NTFS, так как основной вопрос, стоящий перед пользователями Windows2000 - это выбор между этими вариантами. Я приношу извинение пользователям других файловых систем, но проблема выбора между двумя, внешне совершенно равнозначными, вариантами со всей остротой стоит сейчас только в среде Windows2000. Я надеюсь, всё же, что изложенные соображения покажутся вам любопытными, и вы сможете сделать какие-то выводы и о тех системах, с которыми вам приходится работать.
Данная статья состоит из множества разделов, каждый из которых посвящен какому-то одному вопросу быстродействия. Многие из этих разделов в определенных местах тесно переплетаются между собой. Тем не менее, чтобы не превращать статью в кашу, в соответствующем разделе я буду писать только о том, что имеет отношение к обсуждаемый в данный момент теме, и ни о чем более. Если вы не нашли каких-то важных фактов в тексте - не спешите удивляться: скорее всего, вы встретите их позже. Прошу вас также не делать никаких поспешных выводов о недостатках и преимуществах той или иной системы, так как противоречий и подводных камней в этих рассуждениях очень и очень много. В конце я попытаюсь собрать воедино всё, что можно сказать о быстродействии систем в реальных условиях.
Теория
Самое фундаментальное свойство любой файловой системы, влияющее на быстродействие всех дисковых операций - структура организации и хранения информации, т.е. то, как, собственно, устроена сама файловая система. Первый раздел - попытка анализа именно этого аспекта работы, т.е. физической работы со структурами и данными файловой системы. Теоретические рассуждения, в принципе, могут быть пропущены - те, кто интересуется лишь чисто практическими аспектами быстродействия файловых систем, могут обратиться сразу ко второй части статьи.
Для начала хотелось бы заметить, что любая файловая система так или иначе хранит файлы. Доступ к данным файлов - основная и неотъемлемая часть работы с файловой системой, и поэтому прежде всего нужно сказать пару слов об этом. Любая файловая система хранит данные файлов в неких объемах - секторах, которые используются аппаратурой и драйвером как самая маленькая единица полезной информации диска. Размер сектора в подавляющем числе современных систем составляет 512 байт, и все файловые системы просто читают эту информацию и передают её без какой либо обработки приложениям. Есть ли тут какие-то исключения? Практически нет. Если файл хранится в сжатом или закодированном виде - как это возможно, к примеру, в системе NTFS - то, конечно, на восстановление или расшифровку информации тратится время и ресурсы процессора. В остальных случаях чтение и запись самих данных файла осуществляется с одинаковой скоростью, какую файловую систему вы не использовали бы.
Обратим внимание на основные процессы, осуществляемые системой для доступа к файлам:
Поиск данных файла
Выяснение того, в каких областях диска хранится тот или иной фрагмент файла - процесс, который имеет принципиально разное воплощение в различных файловых системах. Имейте в виду, что это лишь поиск информации о местоположении файла - доступ к самим данным, фрагментированы они или нет, здесь уже не рассматривается, так как этот процесс совершенно одинаков для всех систем. Речь идет о тех "лишних" действиях, которые приходится выполнять системе перед доступом к реальным данным файлов.
На что влияет этот параметр: на скорость навигации по файлу (доступ к произвольному фрагменту файла). Любая работа с большими файлами данных и документов, если их размер - несколько мегабайт и более. Этот параметр показывает, насколько сильно сама файловая система страдает от фрагментации файлов.
NTFS способна обеспечить быстрый поиск фрагментов, поскольку вся информация хранится в нескольких очень компактных записях (типичный размер - несколько килобайт). Если файл очень сильно фрагментирован (содержит большое число фрагментов) - NTFS придется использовать много записей, что часто заставит хранить их в разных местах. Лишние движения головок при поиске этих данных, в таком случае, приведут к сильному замедлению процесса поиска данных о местоположении файла.
FAT32, из-за большой области самой таблицы размещения будет испытывать огромные трудности, если фрагменты файла разбросаны по всему диску. Дело в том, что FAT (File Allocation Table, таблица размещения файлов) представляет собой мини-образ диска, куда включен каждый его кластер. Для доступа к фрагменту файла в системе FAT16 и FAT32 приходится обращаться к соответствующей частичке FAT. Если файл, к примеру, расположен в трех фрагментах - в начале диска, в середине, и в конце - то в системе FAT нам придется обратиться к фрагменту FAT также в его начале, в середине и в конце. В системе FAT16, где максимальный размер области FAT составляет 128 Кбайт, это не составит проблемы - вся область FAT просто хранится в памяти, или же считывается с диска целиком за один проход и буферизируется. FAT32 же, напротив, имеет типичный размер области FAT порядка сотен килобайт, а на больших дисках - даже несколько мегабайт. Если файл расположен в разных частях диска - это вынуждает систему совершать движения головок винчестера столько раз, сколько групп фрагментов в разных областях имеет файл, а это очень и очень сильно замедляет процесс поиска фрагментов файла.
Вывод: Абсолютный лидер - FAT16, он никогда не заставит систему делать лишние дисковые операции для данной цели. Затем идет NTFS - эта система также не требует чтения лишней информации, по крайней мере, до того момента, пока файл имеет разумное число фрагментов. FAT32 испытывает огромные трудности, вплоть до чтения лишних сотен килобайт из области FAT, если файл разбросан разным областям диска. Работа с внушительными по размеру файлами на FAT32 в любом случае сопряжена с огромными трудностями - понять, в каком месте на диске расположен тот или иной фрагмент файла, можно лишь изучив всю последовательность кластеров файла с самого начала, обрабатывая за один раз один кластер (через каждые 4 Кбайт файла в типичной системе). Стоит отметить, что если файл фрагментирован, но лежит компактной кучей фрагментов - FAT32 всё же не испытывает больших трудностей, так как физический доступ к области FAT будет также компактен и буферизован.
Поиск свободного места
Данная операция производится в том случае, если файл нужно создать с нуля или скопировать на диск. Поиск места под физические данные файла зависит от того, как хранится информация о занятых участках диска.
На что влияет этот параметр: на скорость создания файлов, особенно больших. Сохранение или создание в реальном времени больших мультимедийных файлов (.wav, к примеру), копирование больших объемов информации, т.д. Этот параметр показывает, насколько быстро система сможет найти место для записи на диск новых данных, и какие операции ей придется для этого проделать.
Для определения того, свободен ли данный кластер или нет, системы на основе FAT должны просмотреть одну запись FAT, соответствующую этому кластеру. Размер одной записи FAT16 составляет 16 бит, одной записи FAT32 - 32 бита. Для поиска свободного места на диске может потребоваться просмотреть почти всего FAT - это 128 Кбайт (максимум) для FAT16 и до нескольких мегабайт (!) - в FAT32. Для того, чтобы не превращать поиск свободного места в катастрофу (для FAT32), операционной системе приходится идти на различные ухищрения.
NTFS имеет битовую карту свободного места, одному кластеру соответствует 1 бит. Для поиска свободного места на диске приходится оценивать объемы в десятки раз меньшие, чем в системах FAT и FAT32.
Вывод: NTFS имеет наиболее эффективную систему нахождения свободного места. Стоит отметить, что действовать "в лоб" на FAT16 или FAT32 очень медленно, поэтому для нахождения свободного места в этих системах применяются различные методы оптимизации, в результате чего и там достигается приемлемая скорость. (Одно можно сказать наверняка - поиск свободного места при работе в DOS на FAT32 - катастрофический по скорости процесс, поскольку никакая оптимизация невозможна без поддержки хоть сколь серьезной операционной системы).
Работа с каталогами и файлами
Каждая файловая система выполняет элементарные операции с файлами - доступ, удаление, создание, перемещение и т.д. Скорость работы этих операций зависит от принципов организации хранения данных об отдельных файлах и от устройства структур каталогов.
На что влияет этот параметр: на скорость осуществления любых операций с файлом, в том числе - на скорость любой операции доступа к файлу, особенно - в каталогах с большим числом файлов (тысячи).
FAT16 и FAT32 имеют очень компактные каталоги, размер каждой записи которых предельно мал. Более того, из-за сложившейся исторически системы хранения длинных имен файлов (более 11 символов), в каталогах систем FAT используется не очень эффективная и на первый взгляд неудачная, но зато очень экономная структура хранения этих самих длинных имен файлов. Работа с каталогами FAT производится достаточно быстро, так как в подавляющем числе случаев каталог (файл данных каталога) не фрагментирован и находится на диске в одном месте.
Единственная проблема, которая может существенно понизить скорость работы каталогов FAT - большое количество файлов в одном каталоге (порядка тысячи или более). Система хранения данных - линейный массив - не позволяет организовать эффективный поиск файлов в таком каталоге, и для нахождения данного файла приходится перебирать большой объем данных (в среднем - половину файла каталога).
NTFS использует гораздо более эффективный способ адресации - бинарное дерево, о принципе работы которого можно прочесть в другой статье (Файловая система NTFS). Эта организация позволяет эффективно работать с каталогами любого размера - каталогам NTFS не страшно увеличение количества файлов в одном каталоге и до десятков тысяч.
Стоит заметить, однако, что сам каталог NTFS представляет собой гораздо менее компактную структуру, нежели каталог FAT - это связано с гораздо большим (в несколько раз) размером одной записи каталога. Данное обстоятельство приводит к тому, что каталоги на томе NTFS в подавляющем числе случаев сильно фрагментированы. Размер типичного каталога на FAT-е укладывается в один кластер, тогда как сотня файлов (и даже меньше) в каталоге на NTFS уже приводит к размеру файла каталога, превышающему типичный размер одного кластера. Это, в свою очередь, почти гарантирует фрагментацию файла каталога, что, к сожалению, довольно часто сводит на нет все преимущества гораздо более эффективной организации самих данных.
Вывод: структура каталогов на NTFS теоретически гораздо эффективнее, но при размере каталога в несколько сотен файлов это практически не имеет значения. Фрагментация каталогов NTFS, однако, уверенно наступает уже при таком размере каталога. Для малых и средних каталогов NTFS, как это не печально, имеет на практике меньшее быстродействие.
Преимущества каталогов NTFS становятся реальными и неоспоримыми только в том случае, если в одно каталоге присутствуют тысячи файлов - в этом случае быстродействие компенсирует фрагментированность самого каталога и трудности с физическим обращением к данным (в первый раз - далее каталог кэшируется). Напряженная работа с каталогами, содержащими порядка тысячи и более файлов, проходит на NTFS буквально в несколько раз быстрее, а иногда выигрыш в скорости по сравнению с FAT и FAT32 достигает десятков раз.
Практика
К сожалению, как это часто бывает во всевозможных компьютерных вопросах, практика не очень хорошо согласуется с теорией. NTFS, имеющая, казалось бы, очевидные преимущества в структуре, показывает не настолько уж фантастические результаты, как можно было бы ожидать. Какие еще соображения влияют на быстродействие файловой системы? Каждый из рассматриваемых далее вопросов вносит свой вклад в итоговое быстродействие. Помните, однако, что реальное быстродействие - результат действия сразу всех факторов, поэтому и в этой части статьи не стоит делать поспешных выводов.
Объем оперативной памяти (кэширование)
Очень многие данные современных файловых систем кэшируются или буферизируются в памяти компьютера, что позволяет избежать лишних операций физического чтения данных с диска. Для нормальной (высокопроизводительной) работы системы в кэше приходится хранить следующие типы информации:
Данные о физическом местоположении всех открытых файлов. Это, прежде всего, позволит обращаться к системным файлам и библиотекам, доступ к которым идет буквально постоянно, без чтения служебной (не относящейся к самим файлам) информации с диска. Это же относится к тем файлам, которые исполняются в данный момент - т.е. к выполняемым модулям (.exe и .dll) активных процессов в системе. В эту категорию попадают также файлы системы, с которыми производится работа (прежде всего реестр и виртуальная память, различные .ini файлы, а также файлы документов и приложений).
Наиболее часто используемые каталоги. К таковым можно отнести рабочий стол, меню "пуск", системные каталоги, каталоги кэша интернета, и т.п.
Данные о свободном месте диска - т.е. та информация, которая позволит найти место для сохранения на диск новых данных.
В случае, если этот базовый объем информации не будет доступен прямо в оперативной памяти, системе придется совершать множество ненужных операций еще до того, как она начнет работу с реальными данными. Что входит в эти объемы в разных файловых системах? Или, вопрос в более практической плоскости - каким объемом свободной оперативной памяти надо располагать, чтобы эффективно работать с той или иной файловой системой?
FAT16 имеет очень мало данных, отвечающих за организацию файловой системы. Из служебных областей можно выделить только саму область FAT, которая не может превышать 128 Кбайт (!) - эта область отвечает и за поиск фрагментов файлов, и за поиск свободного места на томе. Каталоги системы FAT также очень компактны. Общий объем памяти, необходимый для предельно эффективной работы с FAT-ом, может колебаться от сотни килобайт и до мегабайта-другого - при условии огромного числа и размера каталогов, с которыми ведется работа.
FAT32 отличается от FAT16 лишь тем, что сама область FAT может иметь более внушительные размеры. На томах порядка 5 - 10 Гбайт область FAT может занимать объем в несколько Мбайт, и это уже очень внушительный объем, надежно кэшировать который не представляется возможным. Тем не менее, область FAT, а вернее те фрагменты, которые отвечают за местоположение рабочих файлов, в подавляющем большинстве систем находятся в памяти машины - на это расходуется порядка нескольких Мбайт оперативной памяти.
NTFS, к сожалению, имеет гораздо большие требования к памяти, необходимой для работы системы. Прежде всего, кэширование сильно затрудняет большие размеры каталогов. Размер одних только каталогов, с которыми активно ведет работу система, может запросто доходить до нескольких Мбайт и даже десятков Мбайт! Добавьте к этому необходимость кэшировать карту свободного места тома (сотни Кбайт) и записи MFT для файлов, с которыми осуществляется работа (в типичной системе - по 1 Кбайт на каждый файл). К счастью, NTFS имеет удачную систему хранения данных, которая не приводит к увеличению каких-либо фиксированных областей при увеличении объема диска. Количество данных, с которым оперирует система на основе NTFS, практически не зависит от объема тома, и основной вклад в объемы данных, которые необходимо кэшировать, вносят каталоги. Тем не менее, уже этого вполне достаточно для того, чтобы только минимальный объем данных, необходимых для кэширования базовых областей NTFS, доходил до 5 - 8 Мбайт.
[pagebreak]
К сожалению, можно с уверенностью сказать: NTFS теряет огромное количество своего теоретического быстродействия из-за недостаточного кэширования. На системах, имеющих менее 64 Мбайт памяти, NTFS просто не может оказаться быстрее FAT16 или FAT32. Единственное исключение из этого правила - диски FAT32, имеющие объем десятки Гбайт (я бы лично серьезно опасался дисков FAT32 объемом свыше, скажем, 30 Гбайт). В остальных же случаях - системы с менее чем 64 мегабайтами памяти просто обязаны работать с FAT32 быстрее.
Типичный в настоящее время объем памяти в 64 Мбайта, к сожалению, также не дает возможности организовать эффективную работу с NTFS. На малых и средних дисках (до 10 Гбайт) в типичных системах FAT32 будет работать, пожалуй, немного быстрее. Единственное, что можно сказать по поводу быстродействия систем с таким объемом оперативной памяти - системы, работающие с FAT32, будут гораздо сильнее страдать от фрагментации, чем системы на NTFS. Но если хотя бы изредка дефрагментировать диски, то FAT32, с точки зрения быстродействия, является предпочтительным вариантом. Многие люди, тем не менее, выбирают в таких системах NTFS - просто из-за того, что это даст некоторые довольно важные преимущества, тогда как типичная потеря быстродействия не очень велика.
Системы с более чем 64 Мбайтами, а особенно - со 128 Мбайт и более памяти, смогут уверенно кэшировать абсолютно всё, что необходимо для работы систем, и вот на таких компьютерах NTFS, скорее всего, покажет более высокое быстродействие из-за более продуманной организации данных. В наше время этим показателям соответствует практически любой компьютер.
Быстродействие накопителя
Влияют ли физические параметры жесткого диска на быстродействие файловой системы? Да, хоть и не сильно, но влияют. Можно выделить следующие параметры физической дисковой системы, которые по-разному влияют на разные типы файловых систем:
Время случайного доступа (random seek time). К сожалению, для доступа к системным областям на типичном диске более сложной файловой системы (NTFS) приходится совершать, в среднем, больше движений головками диска, чем в более простых системах (FAT16 и FAT32). Гораздо большая фрагментация каталогов, возможность фрагментации системных областей - всё это делает диски NTFS гораздо более чувствительными к скорости считывания произвольных (случайных) областей диска. По этой причине использовать NTFS на медленных (старых) дисках не рекомендуется, так как высокое (худшее) время поиска дорожки дает еще один плюс в пользу систем FAT.
Наличие Bus Mastering. Bus Mastering - специальный режим работы драйвера и контроллера, при использовании которого обмен с диском производится без участия процессора. Стоит отметить, что система запаздывающего кэширования NTFS сможет действовать гораздо более эффективно при наличии Bus Mastering, т.к. NTFS производит отложенную запись гораздо большего числа данных. Системы без Bus Mastering в настоящее время встречаются достаточно редко (обычно это накопители или контроллеры, работающие в режиме PIO3 или PIO4), и если вы работаете с таким диском - то, скорее всего, NTFS потеряет еще пару очков быстродействия, особенно при операциях модификации каталогов (например, активная работа в интернете - работа с кэшем интернета).
Кэширование как чтения, так и записи на уровне жестких дисков (объем буфера HDD - от 128 Кбайт до 1-2 Мбайт в современных дорогих дисках) - фактор, который будет более полезен системам на основе FAT. NTFS из соображений надежности хранения информации осуществляет модификацию системных областей с флагом "не кэшировать запись", поэтому быстродействие системы NTFS слабо зависит от возможности кэширования самого HDD. Системы FAT, напротив, получат некоторый плюс от кэширования записи на физическом уровне. Стоит отметить, что, вообще говоря, всерьез принимать в расчет размер буфера HDD при оценке быстродействия тех или иных файловых систем не стоит.
Подводя краткий итог влиянию быстродействия диска и контроллера на быстродействия системы в целом, можно сказать так: NTFS страдает от медленных дисков гораздо сильнее, чем FAT.
Размер кластера
Хотелось бы сказать пару слов о размере кластера - тот параметр, который в файловых системах FAT32 и NTFS можно задавать при форматировании практически произвольно. Прежде всего, надо сказать, что больший размер кластера - это практически всегда большее быстродействие. Размер кластера на томе NTFS, однако, имеет меньшее влияние на быстродействие, чем размер кластера для системы FAT32.
Типичный размер кластера для NTFS - 4 Кбайта. Стоит отметить, что при большем размере кластера отключается встроенная в файловую систему возможность сжатия индивидуальных файлов, а также перестает работать стандартный API дефрагментации - т.е. подавляющее число дефрагментаторов, в том числе встроенный в Windows 2000, будут неспособны дефрагментировать этот диск. SpeedDisk, впрочем, сможет - он работает без использования данного API. Оптимальным с точки зрения быстродействия, по крайней мере, для средних и больших файлов, считается (самой Microsoft) размер 16 Кбайт. Увеличивать размер далее неразумно из-за слишком больших расходов на неэффективность хранения данных и из-за мизерного дальнейшего увеличения быстродействия. Если вы хотите повысить быстродействие NTFS ценой потери возможности сжатия - задумайтесь о форматировании диска с размером кластера, большим чем 4 Кбайта. Но имейте в виду, что это даст довольно скромный прирост быстродействия, который часто не стоит даже уменьшения эффективности размещения файлов на диске.
Быстродействие системы FAT32, напротив, можно довольно существенно повысить, увеличив размер кластера. Если в NTFS размер кластера почти не влияет на размер и характер данных системных областей, то в системе FAT увеличивая кластер в два раза, мы сокращаем область FAT в те же два раза. Вспомните, что в типичной системе FAT32 эта очень важная для быстродействия область занимает несколько Мбайт. Сокращение области FAT в несколько раз даст заметное увеличение быстродействия, так как объем системных данных файловой системы сильно сократиться - уменьшается и время, затрачиваемое на чтение данных о расположении файлов, и объем оперативной памяти, необходимый для буферизирования этой информации. Типичный объем кластера для систем FAT32 составляет тоже 4 Кбайт, и увеличение его до 8 или даже до 16 Кбайт - особенно для больших (десяток и более гигабайт) дисков - достаточно разумный шаг.
Другие соображения
NTFS является достаточно сложной системой, поэтому, в отличие от FAT16 и FAT32, имеются и другие факторы, которые могут привести к существенному замедлению работы NTFS:
Диск NTFS был получен преобразованием раздела FAT16 или FAT32 (команда convert). Данная процедура в большинстве случаев представляет собой тяжелый случай для быстродействия, так как структура служебных областей NTFS, скорее всего, получится очень фрагментированной. Если есть возможность - избегайте преобразования других систем в NTFS, так как это приведет к созданию очень неудачного диска, которому не поможет даже типичный (неспециализированный) дефрагментатор, типа Diskeeper-а или встроенного в Windows 2000.
Активная работа с диском, заполненным более чем на 80% - 90%, представляет собой катастрофический для быстродействия NTFS случай, так как фрагментация файлов и, самое главное, служебных областей, будет расти фантастически быстро. Если ваш диск используется в таком режиме - FAT32 будет более удачным выбором при любых других условиях.
Выводы
В данной заключительной части "одной строчкой" собраны ключевые особенности быстродействия этих трех файловых систем.
FAT - плюсы:
Для эффективной работы требуется немного оперативной памяти.
Быстрая работа с малыми и средними каталогами.
Диск совершает в среднем меньшее количество движений головок (в сравнении с NTFS).
Эффективная работа на медленных дисках.
FAT - минусы:
Катастрофическая потеря быстродействия с увеличением фрагментации, особенно для больших дисков (только FAT32).
Сложности с произвольным доступом к большим (скажем, 10% и более от размера диска) файлам.
Очень медленная работа с каталогами, содержащими большое количество файлов.
NTFS - плюсы:
Фрагментация файлов не имеет практически никаких последствий для самой файловой системы - работа фрагментированной системы ухудшается только с точки зрения доступа к самим данным файлов.
Сложность структуры каталогов и число файлов в одном каталоге также не чинит особых препятствий быстродействию.
Быстрый доступ к произвольному фрагменту файла (например, редактирование больших .wav файлов).
Очень быстрый доступ к маленьким файлам (несколько сотен байт) - весь файл находится в том же месте, где и системные данные (запись MFT).
NTFS - минусы:
Существенные требования к памяти системы (64 Мбайт - абсолютный минимум, лучше - больше).
Медленные диски и контроллеры без Bus Mastering сильно снижают быстродействие NTFS.
Работа с каталогами средних размеров затруднена тем, что они почти всегда фрагментированы.
Диск, долго работающий в заполненном на 80% - 90% состоянии, будет показывать крайне низкое быстродействие.
Хотелось бы еще раз подчеркнуть, что на практике основной фактор, от которого зависит быстродействие файловой системы - это, как ни странно, объем памяти машины. Системы с памятью 64-96 Мбайт - некий рубеж, на котором быстродействие NTFS и FAT32 примерно эквивалентно. Обратите внимание также на сложность организации данных на вашей машине. Если вы не используете ничего, кроме простейших приложений и самой операционной системы - может случиться так, что FAT32 сможет показать более высокое быстродействие и на машинах с большим количеством памяти.
NTFS - система, которая закладывалась на будущее, и это будущее для большинства реальных применений сегодняшнего дня еще, к сожалению, видимо не наступило. На данный момент NTFS обеспечивает стабильное и равнодушное к целому ряду факторов, но, пожалуй, всё же невысокое - на типичной "игровой" домашней системе - быстродействие. Основное преимущество NTFS с точки зрения быстродействия заключается в том, что этой системе безразличны такие параметры, как сложность каталогов (число файлов в одном каталоге), размер диска, фрагментация и т.д. В системах FAT же, напротив, каждый из этих факторов приведет к существенному снижению скорости работы.
Только в сложных высокопроизводительных системах - например, на графических станциях или просто на серьезных офисных компьютерах с тысячами документов, или, тем более, на файл-серверах - преимущества структуры NTFS смогут дать реальный выигрыш быстродействия, который порой заметен невооруженным глазом. Пользователям, не имеющим большие диски, забитые информацией, и не пользующимся сложными программами, не стоит ждать от NTFS чудес скорости - с точки зрения быстродействия на простых домашних системах гораздо лучше покажет себя FAT32.
Поиск
