СБОРНИК

ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

По предметам

Архитектура компьютерных систем

Основы архитектуры, устройство и функционирование вычислительных систем

Лабораторные работы №1-17

Составлен в соответствии с программой, утвержденной директором Камышенковым Г.Е.

для специальностей:

230401 - «Информационные системы»

230115 - «Программирование в компьютерных системах»

работы рассчитаны на: 40 часов

Рассмотрено:

на заседании П(Ц)К «Информационных систем и технологий»

Председатель комиссии _________ Шомас Е.А.

Протокол № ____ от «___»___________ 2011 г.

Сборник лабораторных работ разработан преподавателем

Ходотовой Е.А.

Самара 2011г.

ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Лабораторная работа №1.

HАИМЕНОВАНИЕ: Основные составляющие ПК. Параметры системы

1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

1.1. Познакомиться с правилами техники безопасности при работе с ПК, с устройством ЭВМ.

1.2. Повторить приемы работы с мышью и назначения основных клавиш ПК

2.ЛИТЕРАТУРА:

2.1. http://dic.academic.ru/

3.ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ:

3.1. Изучить предложенную литературу.

3.2. Подготовить бланк отчёта.

4. ОСНОВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ:
4.1. Персональный IBM PC.

5.1. Наименование и цель работы.

5.2. Ответы на контрольные вопросы.

5.3. Описание выполненной практической работы на компьютере (далее - ПК).

5.4. Выводы о проделанной работе.

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ :

6.1. Перечислите основные составляющие ПК?

6.2. Перечислите, какие вы знаете дополнительные устройства, входящие в ПК?

6.3. Классифицируйте назначение устройств (Ввод / вывод): клавиатура, жесткий диск, CD-ROM, монитор.

6.4. Для чего служат клавиши Shift, Alt, Ctrl, Enter, Tab, Esc, Page Up, Page Down, Num. Lock, Home, End, Backspace, Delete?

6.5. Как переключиться с русского на английский алфавит и наоборот?

6.6. Как набрать следующие знаки «.», «,», «:», «;», «№», «-», «?», «--», «!»?

6.7. Что такое система, параметры системы?

6.8. Как просмотреть параметры системы (2 способа)?

7. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ:

7.1. Включить ЭВМ кнопкой «Питание».

7.2. Используя мышку открыть стартовое меню ПУСК (левая кнопка мышки). Найти стандартную программу «Калькулятор».

7.3. Запустить эту программу (левая кнопка мышки). Закрыть эту программу с помощью кнопки закрыть (слева вверху кнопка с крестиком).

7.4. Открыть «Корзину». Закрыть её клавишами Alt+F4.

7.5. Подготовить компьютер к выключению с помощью мышки, кнопки «Пуск» - Завершение работы. Нажать кнопку ОТМЕНА мышкой или нажать клавишу ESC.

7.6. Подготовить компьютер к выключению с помощью клавиш Alt+F4. Нажать кнопку ОТМЕНА мышкой или нажать клавишу ESC.

7.7. Запустить программу дата и время (двойной щелчок на часах ЭВМ).

7.8. Мышкой изменить показания часов.

7.9. На календаре мышкой установить год и месяц своего рождения, определить в какой день недели вы родились.

7.10. Отменить свои действия кнопкой ОТМЕНА на экране.

7.11. Познакомьтесь с основными клавишами клавиатуры ПК.

7.11.1 Для этого вначале загрузите текстовый редактор Microsoft Word, выполните последовательно команды

Пуск-Программы-Microsoft Word.

Вы видите на белом поле редактора мигающую с постоянной частотой вертикальную черту. Это - курсор. В позицию курсора вводится информация.

7.11.2. Определите действие клавиши Shift:

а) наберите с клавиатуры любое слово;

б) нажмите клавишу Пробел (самая длинная клавиша на клавиатуре), чтобы отделить это слово от следующего, и наберите еще одно слово, но удерживая при этом клавишу Shift. Как изменилось написание?

7.11.3. Определите действие клавиши Enter:

а) проследите, чтобы курсор стоял в конце строки;

б) нажмите клавишу Enter. Как изменилось положение курсора?

Для чего служит клавиша Enter?

7.11.4.Определите действие клавиши Caps Lock:

а) в позицию курсора введите слово;

б) сделайте пробел;

в) нажмите и отпустите клавишу Caps Lock. Обратите внимание: в правой верхней части клавиатуры загорелась лампочка напротив надписи «Caps Lock». Это значит, что режим фиксации заглавных букв включен;

г) наберите любое слово, нажмите пробел;

д) выключите режим фиксации заглавных букв, снова нажав и отпустив клавишу Caps Lock. Лампочка в правом верхнем углу клавиатуры погаснет.

е) введите новое слово. Для чего служит клавиша Caps Lock?

Чем действие клавиши Caps Lock отличается от действия клавиши Shift?

7.11.5. Самостоятельно перейдите на другую строку.

7.11.6.Определите действие комбинации клавиш левый Shift+левый Alt:

а) найдите в нижнем правом углу экрана на панели задач значок с обозначением Ru. Это означает, что в данный момент включен русский алфавит;

б) нажмите левой рукой одновременно на клавиши Shift и Alt (в дальнейшем для краткости это действие будет называть Shift+Alt) и отпустите их. Обратите внимание: значок Ru заменен на En;

в) введите в позицию курсора любые буквы.

Какая функция на данном компьютере выполняется с помощью комбинации клавиш Shift+Alt?

7.11.7.Найдите клавиши управления курсором. Нажмите на каждую из них. Для чего служат эти клавиши?

7.11.8.Передайте на новую строку (не забывайте, что курсор при нажатии клавиши Enter должен стоять в конце строки) и определите действие клавиши Num Lock на малой цифровой клавиатуре (МЦК).

а) Если вы нажмете клавишу Num Lock, то в верхней части клавиатуры загорится лампочка «Num Lock». Это означает, что МЦК работает в цифровом режиме. Включите цифровой режим и введите в позицию курсора цифры.

б) Выключите цифровой режим и снова нажмите клавиши, на которых нарисованы цифры со стрелками. Каков результат вашего действия? Как работает МЦК при включенном режиме Num Lock? При выключенном?

7.11.9. При помощи клавиши Enter перейдите на последнюю строку листа и наберите любое слово. Определите самостоятельно, для чего нужны клавиши Page Up и Page Down.

7.11.10. Определите самостоятельно действия клавиш Home и End. Чем они отличаются?

7.11.12. Установите курсор на пустую строку. Определите самостоятельно действия клавиши Tab.

7.11.13. Познакомимся со знаками

а) Включите русский алфавит. Установите курсор на новую строку и нажмите несколько раз клавишу последнюю в правом нижнем углу алфавитно-цифровой зоны клавиатуры (перед клавишей Shift). Здесь находится точка.

б) Нажмите данную клавишу с комбинацией клавиши Shift. Какой знак скрывается под этой комбинацией?

г) Дефис - клавиша с изображением минуса, тире – комбинация клавиши Ctrl+Alt+«-» (минус набирайте на МЦК). Она должна быть включена.

7.11.14. Удалите предложения. Для удаления слева от курсора служит клавиша Backspase, а справа – Delete.

7.12. Посмотрите параметры системы: «Пуск» - Панель управления. В открывшемся окошке находите ярлык «Система».

7.13. Перепишите параметры системы в отчет.

Работу составил преподаватель Ходотова Е.А.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Компью́тер (англ. computer - «вычислитель») - устройство или система, способная выполнять заданную, чётко определённую последовательность операций. Это чаще всего операции численных расчётов и манипулирования данными, однако сюда относятся и операции ввода-вывода. Описание последовательности операций называется программой. Электро́нная вычисли́тельная маши́на, ЭВМ - комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач. Название «ЭВМ», принятое в русскоязычной научной литературе, является синонимом компьютера. В настоящее время оно почти вытеснено из бытового употребления и в основном используется инженерами цифровой электроники, как правовой термин в юридических документах, а также в историческом смысле - для обозначения компьютерной техники 1940-1980-х годов и больших вычислительных устройств, в отличие от персональных. Электронная вычислительная машина подразумевает использование электронных компонентов в качестве её функциональных узлов, однако компьютер может быть устроен и на других принципах - он может быть механическим, биологическим, оптическим, квантовым и т. п. (подробнее: Классы компьютеров По виду рабочей среды), работая за счёт перемещения механических частей, движения электронов, фотонов или эффектов других физических явлений. Кроме того, по типу функционирования вычислительная машина может быть цифровой (ЦВМ) и аналоговой (АВМ).

Схема ПК: 1. Монитор 2. Материнская плата 3. Процессор 4. Порт ATA 5. Оперативная память 6. Карты расширений 7.Компьютерный блок питания 8. Дисковод 9. Жёсткий диск 10. Клавиатура 11. Компьютерная мышь

Современные компьютерные решения могут быть классифицированы, исходя из их отнесения к той или иной архитектуре. Но что она может представлять собой? Каковы основные подходы к пониманию данного термина?

Архитектура компьютерных систем как совокупность аппаратных компонентов

В чем заключается сущность понятия «архитектура компьютерной системы»? Под соответствующим термином прежде всего можно понимать совокупность электронных компонентов, из которых состоит ПК, взаимодействующих в рамках определенного алгоритма с использованием различных типов интерфейсов.

Которые входят в состав компьютерной системы:

устройство ввода;
главный вычислительный чипсет;
устройства для запоминания данных;
компоненты, предназначенные для вывода информации.

В свою очередь, каждый из отмеченных компонентов может включать в себя большое количество отдельных устройств. Например, главный вычислительный чипсет может включать в себя процессор, набор микросхем на материнской плате, модуль обработки графических данных. При этом тот же процессор может состоять из иных компонентов: например, ядра, кэш-памяти, регистров.

Исходя, собственно, из структуры конкретных аппаратных компонентов ПК, определяется то, какая архитектура компьютерной системы выстроена. Рассмотрим основные критерии, в соответствии с которыми те или иные вычислительные решения могут классифицироваться.

Классификация компьютерных систем

В соответствии с распространенным в среде экспертов подходом, компьютерные системы по своей архитектуре могут относиться:

к большим ЭВМ;
к мини-ЭВМ;
к персональным компьютерам.

Следует отметить, что данная классификация вычислительных решений, в соответствии с которой может определяться архитектура компьютерной системы, многими экспертами признается устаревшей. В частности, те же персональные компьютеры сегодня могут подразделяться на большое количество разновидностей, очень несхожих по назначению и характеристикам.

Таким образом, по мере того как развиваются компьютерные системы, может быть классифицирована с использованием меняющихся критериев. Тем не менее обозначенная схема считается традиционной. Полезно будет рассмотреть ее подробнее. В соответствии с ней, первый тип ЭВМ — те, что относятся к архитектуре больших машин.

Большие ЭВМ

Большие ЭВМ,или мейнфреймы, чаще всего используются в промышленности — как центры обработки данных по различным производственным процессам. В них могут быть инсталлированы мощные, исключительно высокопроизводительные чипы.

Рассматриваемая архитектура компьютерной системы может осуществлять до нескольких десятков миллиардов вычислений в секунду. Стоят большие ЭВМ несопоставимо дороже остальных систем. Как правило, их обслуживание требует участия довольно большого количества людей, имеющих необходимую квалификацию. Во многих случаях их работа осуществляется в рамках подразделений, организованных в качестве вычислительного центра предприятия.

Мини-ЭВМ

Архитектура вычислительных систем и компьютерных сетей на их основе может быть представлена решениями, классифицированными как мини-ЭВМ. В целом их назначение может быть аналогичным, что и в случае с мейнфреймами: весьма распространено применение соответствующего типа компьютеров в промышленности. Но, как правило, их использование свойственно для относительно небольших предприятий, средних бизнесов, научных организаций.

Современные мини-ЭВМ: возможности

Во многих случаях применение данных компьютеров осуществляется как раз в целях эффективного управления внутрикорпоративными сетями. Таким образом, рассматриваемые решения могут использоваться, в частности, как высокопроизводительные серверы. Они также оснащены очень мощными процессорами, такими как, например, Xeon Phi от Intel. Данный чип может работать со скоростью более 1 терафлопса. Соответствующий процессор рассчитан на производство по техпроцессу 22 нм и имеет пропускную способность памяти в значении 240 ГБ/с5.

Персональные компьютеры

Следующий тип компьютерной архитектуры — ПК. Вероятно, он является самым распространенным. ПК не столь мощны и высокопроизводительны как мейнфреймы и микро-ЭВМ, но во многих случаях способны решать задачи и в сфере промышленности, и в области науки, не говоря о типичных пользовательских задачах, таких как запуск приложений и игр.

Еще одна примечательная особенность, характеризующая персональные компьютеры, заключается в том, что их ресурсы могут быть объединены. Вычислительные мощности достаточно большого количества ПК, таким образом, могут быть сопоставимы с производительностью компьютерных архитектур вышестоящего класса, но, конечно, достигнуть их уровней номинально с помощью ПК весьма проблематично.

Тем не менее архитектура компьютерных систем, сетей на основе персональных компьютеров характеризуется универсальностью, с точки зрения реализации в различных отраслях, доступностью и масштабируемостью.

Персональные компьютеры: классификация

Как мы отметили выше, ПК могут быть классифицированы на большое количество разновидностей. В числе таковых: десктопы, ноутбуки, планшеты, КПК, смартфоны — объединяющие в себе ПК и телефоны.

Как правило, самыми мощными и производительными архитектурами обладают десктопы; наименее мощные - смартфоны и планшеты в связи с небольшими размерами и необходимостью существенно уменьшать ресурсы аппаратных компонентов. Но многие из соответствующих девайсов, особенно топовых моделей, по скорости работы, в принципе, сопоставимы с ведущими моделями ноутбуков и бюджетными десктопами.

Отмеченная классификация ПК свидетельствует об их универсальности: в тех или иных разновидностях они могут решать типичные пользовательские задачи, производственные, научные, лабораторные. ПО, архитектура компьютерных систем соответствующего типа во многих случаях адаптированы к использованию рядовым гражданином, не имеющим специальной подготовки, которая может потребоваться человеку, работающему с мейнфреймом или же мини-ЭВМ.

Как установить отнесение вычислительного решения к ПК?

Главный критерий отнесения вычислительного решения к ПК — факт его персональной ориентированности. То есть соответствующего рассчитан, главным образом, на задействование одним пользователем. Однако многие инфраструктурные ресурсы, к которым он обращается, носят неоспоримо социальный характер: это можно проследить на примере пользования интернетом. При том что вычислительное решение персональное, практическая эффективность в его задействовании может фиксироваться только лишь в случае получения человеком доступа к источникам данных, сформированным другими людьми.

Классификация ПО для компьютерных архитектур: мейнфреймы и мини-ЭВМ

Наряду с классификацией компьютеров, рассмотренной нами выше, существуют также критерии отнесения к тем или иным категориям программ, которые инсталлируются на соответствующие типы вычислительной техники. Что касается мейнфреймов и близких им по назначению, а в некоторых случаях и по производительности мини-ЭВМ, то на них, как правило, реализована возможность задействования нескольких операционных систем, адаптированных для решения конкретных производственных задач. В частности данные ОС могут быть приспособлены к запуску различных средств автоматизации, виртуализации, внедрения промышленных стандартов, интеграции с различными видами ПО прикладного назначения.

Классификация ПО: персональные компьютеры

Программы для обычных ПК могут быть представлены в разновидностях, оптимизированных для решения, в свою очередь, пользовательских задач, а также тех производственных, что не требуют того уровня производительности, который характеризует мейнфреймы и мини-ЭВМ. Есть, таким образом, программы для ПК промышленные, научные, лабораторные. ПО, архитектура компьютерных систем соответствующего типа зависит от конкретной отрасли, в которой они применяются, от предполагаемого уровня квалификации пользователя: очевидно, что профессиональные решения для промышленного дизайна могут быть не рассчитаны на человека, имеющего лишь базовые знания в области применения компьютерных программ.

Программы для ПК в тех или иных разновидностях имеют во многих случаях интуитивно понятный интерфейс, различную справочную документацию. В свою очередь, мощности мейнфреймов и мини-ЭВМ могут быть в полной мере использованы при условии не только следования инструкциям, но также и при регулярном внесении пользователем изменений в структуру запускаемых программ: для этого и могут понадобиться дополнительные знания, например, связанные с использованием языков программирования.

Уровни программной архитектуры ПК

Понятие «архитектура компьютерных систем» учебник информатики, в зависимости от взглядов его автора, может трактовать по-разному. Еще одна распространенная интерпретация соответствующего термина предполагает его соотнесение с уровнями программного обеспечения. При этом не имеет принципиального значения то, в какой конкретно вычислительной системе соответствующие уровни ПО реализованы.

В соответствии с данным подходом, под архитектурой компьютера следует понимать набор различных типов данных, операций, характеристик программного обеспечения, задействуемого в целях поддержания функционирования аппаратных компонентов компьютера, а также создания условий, при которых пользователь получает возможность применить данные ресурсы на практике.

Архитектуры программных уровней

Эксперты выделяют следующие основные архитектуры компьютерных систем в контексте рассматриваемого подхода к пониманию соответствующего термина:

цифровая логическая архитектура вычислительного решения — фактически, ПК в виде различных модулей, ячеек, регистров — например, находящихся в структуре процессора;
микроархитектура на уровне интерпретации различных микропрограмм;
архитектура трансляции специальных команд — на уровне ассемблера;
архитектура интерпретации соответствующих команд и их реализации в программный код, понятный операционной системе;
архитектура компиляции, позволяющая вносить изменения в программные коды тех или иных видов ПО;
архитектура языков высокого уровня, позволяющих приспособить программные коды к решению конкретных пользовательских задач.

Значение классификации программной архитектуры

Конечно, эта классификация в контексте рассмотрения данного термина как соответствующего уровням программного обеспечения, может быть очень условной. Архитектура компьютера и проектирование компьютерных систем, в зависимости от их технологичности и назначения, может потребовать иных подходов разработчиков в классификации уровней ПО, а также, собственно, к пониманию сущности термина, о котором идет речь.

Несмотря на то что данные представления теоретические, их адекватное понимание имеет большое значение, поскольку способствует разработке более эффективных концептуальных подходов к выстраиванию тех или иных типов вычислительной инфраструктуры, позволяет разработчикам оптимизировать свои решения к запросам пользователей, решающих конкретные задачи.

Резюме

Итак, мы определили сущность термина «архитектура компьютерной системы», то, каким образом он может рассматриваться в зависимости от того или иного контекста. В соответствии с одним из традиционных определений, под соответствующей архитектурой может пониматься аппаратная структура ПК, предопределяющая уровень его производительности, специализацию, требования к квалификации пользователей. Данный подход предполагает классификацию современных компьютерных архитектур на 3 основные категории — мейнфреймы, мини-ЭВМ, а также ПК (которые, в свою очередь, также могут быть представлены различными разновидностями вычислительных решений).

Как правило, каждый тип указанных архитектур рассчитан на решение определенных задач. Мейнфреймы и мини-ЭВМ чаще всего находят применение в промышленности. С помощью ПК также можно решать широкий круг производственных задач, осуществлять инженерные разработки — для этого также приспособлена соответствующая архитектура компьютерных систем. Лабораторные работы, научные эксперименты с такой техникой становятся понятнее и эффективнее.

Еще одна трактовка термина, о котором идет речь, предполагает его соотнесение с конкретными уровнями программного обеспечения. В этом смысле архитектура компьютерных систем — рабочая программа, обеспечивающая функционирование ПК, а также создающая условия для использования его вычислительных мощностей на практике в целях решения тех или иных пользовательских задач.

КУРС «КОМПЬЮТЕРНЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ»

ТЕМА 5a

СЕТЕВЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Понятие компьютерных сетей

Компьютерная сеть (КС) – это совокупность нескольких компьютеров или вычислительных систем, объединенных между собой средствами телекоммуникаций в целях эффективного использования вычислительных и информационных ресурсов при выполнении информационно-вычислительных работ.

Задачи, которые решаются с помощью персональных компьютеров, работающих в локальной сети:

1. Разделение файлов. (позволяет многим пользователям одно временно работать с одним и тетм же файлом, который хранится на цен тральном файл-сервере);

2. Передача файлов (позволяет быстро копировать файлы любого размера с одного компьютера на другой);

3. Доступ к информации и файлам (позволяет запускать прикладные программы с любой рабочей станции компьютерной сети);

4. Разделение прикладных программ (дает возможность двум пользователям применять одну и ту же копию программы);

5. Одновременный ввод данных в прикладные программы (сетевые прикладные программы позволяют нескольким пользователям одновременно вводить данные, необходимые для работы этих программ);

6. Разделение принтера, накопителя и т.д.

В глобальном масштабе компьютерные сети позволяют решить следующие задачи:

1. Обеспечение информацией по всем областям человеческой деятельности;

2. Электронные коммуникации (электронная почта, телеконференции и т.д.).

В настоящее время компьютерные сети делят по территориальному размещению на:

1. Локальные компьютерные сети, LAN-сети (Local Area Network);

2. Региональные компьютерные сети, MAN-сети (Metropolitan Area Network);

3. Глобальные компьютерные сети, WAN-сети (Wide Area Network).

Корпоративная сеть – это, как правило, закрытая компьютерная сеть, в состав которой могут входить сегменты LAN-сетей малых, средних и крупных отделений корпорации, объединенные с центральным офисом MAN и WAN компьютерными сетями с использованием сетевых технологий глобальных компьютерных сетей.

Компьютерные сети – это сложный комплекс., включающий в себя технические, программные и информационные средства.

Технические средства составляют:

1. ЭВМ различных типов (от супер до компьютеров малой мощности);

2. Транспортная (телекоммуникационная) среда передачи данных, связывающая вычислительные центры или сервера сети и клиентские машины;

3. Адаптеры (сетевая карта), коммутаторы, концентраторы, шлюзы, маршрутизаторы и другое сетевое оборудование для подключения компьютеров к транспортной телекоммуникационной среде и организации топологии компьютерной сети.

Концентратор (HUB) предназначен для распознавания конфликтов между элементами сети и их ликвидации, а также синхронизации информационных потоков внутри сети.

Коммутатор – аппаратное средство, обеспечивающее прием, контроль поступления и маршрутизацию информационных пакетов.

Маршрутизатор предназначен для организации взаимосвязи между несколькими локальными сетями, объединения их в сети более высокого уровня, распределения потоков информации между сегментами сетей.

Программные средства компьютерных сетей состоят из трех частей: общего, специального и системного программного обеспечения.

Общее программное обеспечение КС включает:

1. Операционную систему (отвечает за распределение потоков заданий и данных между серверами и клиентскими машинами сети, управление подключением и отключением отдельных серверов сети, обеспечение динамики координации работы сети);

2. Систему программирования (включает средства автоматизации составления программ по технологии клиент/сервер, их трансляции и отладки);

3. Систему технического обслуживания (представляет собой комплекс программ для осуществления проверки и профилактики работы технических и программных средств связи).

Архитектура компьютерных сетей

Архитектура компьютерных сетей может рассматриваться с двух точек зрения:

1. С точки зрения топологии КС, т.е. каким образом организована сеть на физическом уровне;

2. С точки зрения ее логической организации, которая включает такие вопросы, как организация доступа пользователей к информационным ресурсам КС, их иерархия, взаимоотношения между компьютерами, сегментами КС, распределения информационных ресурсов по сети (сервера, базы данных и т.д.), управления сетью в целом и др.

При построении компьютерных сетей важным является выбор физической организации связей между отдельными компьютерами, т.е. топологии сети. Топология – описание физических соединений в LAN (или логических связей между узлами), указывающее, какие пары узлов могут связываться между собой.

Наиболее распространены следующие топологии:

1. Шина – кабель, объединяющий узлы в сеть (компьютеры подключаются к одному общему кабелю (шине), по которому и происходит обмен информацией между компьютерами, преимущества - дешевизна и простота разводки кабеля по отдельным помещениям, недостатки - низкая надежность, так как любой дефект общего кабеля полностью парализует всю сеть, а также невысокая производительность, поскольку в любой момент только один компьютер может передавать данные в сеть);

2. Звезда – узлы сети соединены с центром кабелями-лучами (предусматривает подключение каждого компьютера отдельным кабелем к концентратору, который находится в центре сети, преимущества - высокая надежность, недостатки – дороговизна);

3. Кольцо – узлы объединены в сеть замкнутой кривой (данные передаются по кольцу от одного компьютера к другому, как правило, в одном направлении, если компьютер распознает данные как "свои", то он их принимает, такие сети используются, если требуется контроль предаваемой информации, так как данные, сделав полный оборот, возвращаются к компьютеру-источнику);

4. Смешанная топология – комбинация топологий, перечисленных выше.

Наряду с топологией компьютерной сети, определяющей на физическом уровне построение КС, архитектура компьютерной сети определяет на логическом уровне структуру взаимодействия пользователей, компьютеров и ресурсов КС. Именно на этом уровне руководитель концептуально определяет, кто из пользователей или групп пользователей имеет право доступа к тем или иным ресурсам компьютерной сети (компьютерам, сетевым устройствам, файлам и т.д.) и где находятся эти ресурсы. Администратор компьютерной сети реализует выбранную политику с помощью средств администрирования сети.

На логическом уровне локальные сети могут быть:

1. Одноранговые LAN – это сеть, в которой все компьютеры равноправны и могут выступать в роли как пользователей (клиентов) ресурсов, так и их поставщиков (серверов), предоставляя другим узлам право доступа ко всем или к некоторым из имеющихся в их распоряжении локальным ресурсам (файлам, принтерам, программам);

2. LAN с выделенным сервером. Для эффективного администрирования компьютерных сетей используются сети со специальным компьютером (выделенным сервером).

Существует много серверов компьютерной сети, например, сервер печати, сервер баз данных, сервер приложений, файл-сервер и т.д. В отличие от перечисленных выше сервер компьютерной сети осуществляет управление сетью и на нем, в частности, находятся базы данных, содержащие учетные записи пользователей сети, определяющих их политику доступа к ресурсам КС.

В компьютерных сетях с выделенным сервером рабочие станции подключаются к выделенным серверам, а серверы в свою очередь группируются в домены.

Домен (Domain) – группа компьютеров и периферийных устройств, с общей системой безопасности. В OSI (ниже рассматривается эта модель) термин "домен" используется применительно к административному делению сложных распределенных систем. В сети Internet-часть иерархии имен.

Доменная организация сети позволяет:

1. Упростить централизованное управление сетью;

2. Облегчить создание сетей методом объединения существующих сетевых фрагментов;

3. Обеспечить пользователям однократную регистрацию в сети для доступа ко всем серверам и ресурсам информационной системы независимо от места регистрации.

Важным фактором, определяющим архитектуру компьютерной сети, является ее масштабируемость и, в частности, доменной архитектуры.

При объединении доменов следует выделить три основные модели отношений:

1. Модель мастер-домена (один из доменов объявляется главным, и в нем хранятся записи всех пользователей сети, остальные домены являются ресурсными, все ресурсные домены доверяют главному домену, который является главным мастер-доменом, такая архитектура плохо масштабируется (изменяется число доменов));

2. Модель с несколькими мастер-доменами (несколько доменов объявляются главными, и в каждом из них хранятся учетные записи подмножества пользователей сети, остальные домены являются вторичными, данная модель хорошо масштабируется);

3. Модель полностью доверительных отношений (не существует главного домена, и каждый из них может содержать как учетные записи, так и ресурсы, данная модель хорошо подходит для создания сколь угодно больших сетей, однако чрезвычайно сложна для администрирования сети).

5.3. Internet\Intranet технологии

Интернет изначально строилась как сеть, объединяющая большое количество существующих локальных, и ее предшественницей, как уже упоминалось, являлась сеть ARPANET. Идея создания Интернет возникла в связи с необходимостью построения отказоустойчивой сети, которая могла бы продолжать работу, даже если большая часть ее стала неработоспособной. Решение состояло в том, чтобы создать сеть, где информационные пакеты могли бы передаваться от одного узла к другому без какого-либо централизованного контроля. Если основная часть сети не работает, пакеты самостоятельно должны передвигаться по сети до тех пор, пока не достигнут точки своего назначения. Одновременно сеть должна быть достаточно устойчивой к возможным ошибкам при передаче пакетов, т.е. обладать механизмом контроля пакетов и обеспечить наблюдение за доставкой информации.

Основой сети Интернет является стек проколов TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). TCP обеспечивает на передающем компьютере разбивку отправляемого сообщения на куски, так называемые дейтаграммы, восстановление на принимающем компьютере сообщения из поступающих дейтаграмм в нужном порядке, повторную отправку не доставленных или поврежденных дейтаграмм. IP выполняет функции маршрутизации и доставки по адресу отдельных дейтаграмм. Стек TCP/IP изначально был разработан для сети ARPANET и рассматривался как экспериментальный протокол для сети с коммутацией пакетов. Эксперимент дал положительный результат и этот протокол был принят в промышленную эксплуатацию, а в дальнейшем расширялся и совершенствовался в течение нескольких лет. В 1983 г. министерство обороны США объявило о переходе к технологии Интернет. Это означало, что с данного момента все компьютеры, присоединенные к глобальной сети, должны использовать стек TCP/IP.

Существует много причин, почему протоколы TCP/IP были выбраны за основы сети Интернет. Это прежде всего возможность работы с указанными протоколами как в локальных, так и глобальных сетях. Кроме того, эти протоколы обеспечивают взаимодействие компьютеров, работающих под управлением различных операционных систем.

Как уже указывалось выше, задачей протокола IP является маршрутизация пакетов сообщений. Маршрутизация между локальными сетями осуществляется в соответствии с IP-адресами. IP-адрес назначается администратором сети во время конфигурации компьютеров и маршрутизаторов. IP-адрес состоит из двух частей: номера локальной сети и номера хоста в ней. Хост представляет собой объект сети, который может передавать и принимать IP-адреса, например, компьютер или маршрутизатор.

Номер локальной сети как составной части Интернет назначается по рекомендации специального подразделения Интернет- Internet Network Information Center (InterNIC). Обычно диапазоны адресов у InterNIC получают специальные организации, занимающиеся поставкой услуг Интернет, - провайдеры. Последние распределяют IP-адреса между своими абонентами. Номер хоста в локальной сети администратор назначает произвольно. IP-адрес имеет длину 4 байта и обычно записывается в виде четырех чисел, представляющих значение каждого байта в десятичной форме и разделенных точками (например, 128.9.1.28). Все IP-адрееа, а значит, и подключаемые к Интернет сети, делятся на четыре класса: класс А, класс В, класс D и класс Е. Сети класса А предназначены главным образом для использования крупными организациями, так как количество таких сетей- 126. Но количество хостов в них составляет 16 777 216. Класс В имеет 65 536 сетей и такое же количество хостов. Класс С определяет 16 777 216 сетей и всего лишь по 256 компьютеров в каждой сети. Сети класса D - это особый класс, т.е. такие IP-адреса присваиваются специфическим сетям, а класс Е зарезервирован для будущих применений.

Поскольку при работе в сети Интернет использовать цифровую адресацию сетей крайне неудобно, то вместо цифр используются символьные имена, называемые доменными именами.

Доменом называется группа компьютеров, объединенных одним именем. Символьные имена дают пользователю возможность лучше ориентироваться в киберпро-странстве Интернет, поскольку запомнить имя всегда проще, чем цифровой адрес. Для преобразования имен в цифровой адрес разработана специальная система DNS (Domain Name System), для реализации которой был создан специальный сетевой протокол DNS. Кроме того, в сети созданы специальные информационно-поисковые компьютеры-серверы (DNS-серверы). DNS-серверы обеспечивают однозначное соответствие между символьными адресами и физическими цифровыми IP-адресами, передаваемыми по сети Интернет. Каждый домен должен иметь свой DNS-сервер. В результате этого в сети Интернет функционирует огромное количество DNS-серверов, которые хранят имена хостов (поддоменов) своего домена. Как и цифровой IP-адрес, имя сервера разделяется точками для удобства построения иерархии в домене на основании имен. По правилам построения имени иерархия задается справа налево. Например, в адресе www.microsoft.com домен верхнего уровня com. По имени можно получить информацию о профиле организации или ее местоположении. Шесть доменов высшего уровня определены следующим образом: gov - правительственные организации, mil - военные организации, edu - образовательные организации, com - коммерческие организации, org - общественные организации, net - организации, предоставляющие сетевые услуги, как правило, региональные сетевые организации.

Кроме того, все страны мира имеют свое собственное символьное имя, обозначающее домен верхнего уровня этой страны. Например, by-Беларусь, de-Германия, us-США, ru-Россия и т.д.

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Тульский государственный университет»

Кафедра «Робототехника и автоматизация производства»

Сборник методических указаний к лабораторным работам

по дисциплине

Вычислительные машины, системы и сети

Направление подготовки: 220400 «Мехатроника и робототехника»

Специальность: 220402 «Роботы и робототехнические системы»

Формы обучения:очная

Тула 2012 г.

Методические указания к лабораторным работам составлены доцент, к.т.н. Шмелев В.В. и обсуждены на заседании кафедры факультета кибернетики ,

протокол №___ от "___"____________ 201 г.

Методические указания к лабораторным работам пересмотрены и утверждены на заседании кафедры робототехники и автоматизации производства факультета кибернетики ,

протокол №___ от "___"____________ 20___ г.

Зав. кафедрой________________Е.В. Ларкин

Лабораторная работа № 1. Классификация ЭВМ и архитектура вычислительных систем 4

2.1 Классификация ЭВМ 4

Лабораторная работа № 2. Состав и устройство персонального компьютера 9

2.1 Структура персонального компьютера 9

Основные устройства ПК 15

Лабораторная работа № 3.Запоминающие устройства персонального компьютера 29

2.1 Запоминающие устройства 29

Лабораторная работа № 4. Внешние устройства ПК 58

Лабораторная работа № 5. Локальные вычислительные сети 79

2.1 Локальные вычислительные сети 79

Лабораторная работа № 6. Программное, информационное и техническое обеспечение сетей 91

2.1. Программное и информационное обеспечение сетей 92

2.2 Основные принципы построения компьютерных сетей 93

2.3. Техническое обеспечение информационно-вычислительных сетей 104

Объектом изучения является программное, информационное и техническое обеспечение сетей 122

2. Изучить программное, информационное и техническое обеспечение сетей 122

Лабораторная работа № 7. Глобальная информационная сеть Интернет 123

2. Основы теории 123

2.1 Глобальная информационная сеть Интернет 123

Лабораторная работа № 8. Система коммуникаций 133

1. Цель и задачи работы 133

2. Основы теории 133

2.1. Системы ТЕЛЕКОММУНИКАЦИй 133

Системы передачи документированной информации 146

Лабораторная работа № 1. Классификация эвм и архитектура вычислительных систем

1. Цель и задачи работы.

В результате выполнения данной работы студенты должны

знать классификацию ЭВМ и архитектуру вычислительных систем

2.Основы теории.

2.1 Классификация ЭВМ

ЭВМ – комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения различных задач.

Существует несколько признаков, по которым можно разделить ВМ. В частности:

по принципу действия,

по элементной базе и этапам создания,

по назначению,

по размеру и вычислительной мощности,

по функциональным возможностям,

По принципу действия ВМ: аналоговые, цифровые и гибридные.

Аналоговые, или ВМ непрерывного действия , работают с информацией представленной в непрерывной (аналоговой форме), т.е. в виде непрерывного потока значений какой-либо физической величины (чаще всего напряжения электрического тока)

АВМ просты и удобны в эксплуатации. Скорость решения задач регулируется оператором и может быть очень высокой, но точность вычислений очень низкая. На подобных машинах эффективно решаются задачи дифференциального исчисления, не требующие сложной логики.

Цифровые, или ВМ дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее в цифровой форме.

Гибридные, или ВМ комбинированного действия сочетают в себе возможности работы как с цифровой, так и с аналоговой информацией. Обычно применяются в автоматизации задач управления техническими и технологическим процессами.

В экономике и повседневной деятельности получили широкое распространение ЦЭВМ, чаще называемы просто ЭВМ или компьютерами.

По элементной базе и этапам создания выделяют:

1-е поколение, 50-е годы ХХ века: ЭВМ на электронных вакуумных лампах.

2-е поколение, 60-е годы: ЭВМ на полупроводниковых устройствах (транзисторах).

3-е поколение, 70-е годы: ЭВМ на полупроводниковых интегральных схемах с малой и средней степенью интеграции (сотни-тысячи транзисторов в одном корпусе, на кристалле).

4-е поколение, 80-90-е годы: компьютеры на больших и сверхбольших ИС, основная из которых – микропроцессор (десятки тысяч-миллионы активных элементов на одном кристалле).

Если электронное оборудование ЭВМ 1-но поколения занимало зал площадью 100-150 кв. м, то СБИС 1-2 кв. см и расстояние между элементами на ней 0,11-0,15 микрона (толщина человеческого волоса – несколько десятков микроном)

5-е поколение, настоявшее время: вычислительные системы с несколькими десятками параллельно работающих микропроцессоров.

6-е и последующие поколения: компьютеры с массовым параллелизмом и оптико-электронной базой, в которых реализован принцип ассоциативной обработки информации; т.н. нейронные компьютеры.

Важно знать:

Каждое последующее поколение превышает производительность системы и емкость запоминающих устройств более чем на порядок.

По назначению принято выделять универсальные компьютеры, проблемно-ориентированные и специализированные.

Универсальные предназначены для решения широкого круга инженерно-технических, экономических, математических и др. задач, для которых характерны большие объемы обработки данных и сложность алгоритмов.

Проблемно-ориентированные предназначены для решения более узкого круга задач, связанных с управлением технологическими процессами (объектами), с регистрацией, накоплением и переработкой относительно небольших объемов данных, выполнением расчетов по относительно несложным алгоритмам. Они включают ограниченные по своим возможностям аппаратные и программные ресурсы.

Специализированные предназначены для решения специфических задач по управлению работой технических устройств (агрегатов). Это могут быть контроллеры – процессоры, управляющие работой отдельных узлов вычислительной системы.

По размерам и вычислительной мощности компьютеры можно разделить на сверхбольшие (суперЭВМ, суперкомпьютеры), большие, малые и сверхмалые (микроЭВМ, микрокомпьютеры).

Сравнительная характеристика классов компьютеров

Параметры	СуперЭВМ	МикроЭВМ
Производительность, MIPS
Емкость ОЗУ, Мбайт
Емкость ВЗУ, Гбайт
Разрядность, бит

При рассмотрении функциональных возможностей компьютеров оценивают:

быстродействие процессора,
разрядность регистров процессора,
формы представления чисел,
номенклатура, емкость и быстродействие запоминающих устройств,
номенклатура и технические характеристики внешних устройств,
способность выполнять несколько программ одновременно (многозадачность),
номенклатура применяемых операционных систем,
программная совместимость – возможность выполнять программы, написанные для других типов компьютеров,
возможность работы в вычислительной сети

Лекция: Архитектура компьютеров и компьютерных сетей

Архитектура компьютера

Под архитектурой компьютеров понимают все их составляющие, а также принципы их работы. Если соединить между собой несколько компьютеров, то мы можем получить готовую компьютерную сеть.

Есть две основные составляющие, которые необходимы для создания компьютерной сети:

1. Специальное оборудование для образования сети;

2. Программное обеспечение, позволяющее всем компьютерам работать вместе.

Компьютерной сетью называются несколько компьютеров, соединенных между собой специальным оборудованием, управляемая специальными программами, тем самым обеспечивая обмен и общее пользование информацией, хранящейся в компьютерной сети.

Линия связи – это среда, способная объединить между собой компьютеры в компьютерную сеть, именно по средствам линий связи происходит передача информации.

Если некая информация передается непосредственно между некоторыми абонентами. То это происходит по средствам канала связи. Объединенные линии связи – это и есть каналы. Одна линия связи может принадлежать нескольким каналам связи.

Компьютерные сети могут быть локального пользования (на местах, на предприятии), региональные (принадлежащие определенному региону), глобальные сети.

Виды компьютерной сети

Давайте разберемся подробнее, что такое локальная, региональная и глобальная сеть.

Локальная сеть – это сеть, которая объединяет те компьютеры, которые находятся на небольшом расстоянии друг от друга, обычно это бывает на территории какого-то здания или даже этажа.

Большим достоинством данной сети является то, что все компьютеры находятся на небольшом расстоянии, что увеличивает скорость передачи информации, а также расширяет возможности такой сети.

Если некоторая сеть объединяет пользователей на больших расстояниях, то такая сеть называется глобальной.

Для таких сетей используют самые разнообразные линии связи, некоторые из которых изначально использовались в других целях (например, телефонные или телеграфные линии). Однако благодаря современному подходу практически все соединяющие линии заменены на радиолинии или оптоволокно.

Если несколько локальных сетей объединяется в одну сеть, то она называется региональной .

Эти сети объединяют все локальные сети города, района или региона.

Так же существуют корпоративные сети – сети, объединяющие компьютеры одной организации или отрасли промышленности для обмена рабочей информацией.

Для таких сетей компьютеры не обязательно должны находится на территории одного здания.

Архитектура сети – это набор параметров, правил, протоколов, алгоритмов, карт, которые позволяют изучать сеть.

Протокол – это набор правил, которые предполагают обозначения типов данных, которые могут передаваться по сети.

Топология сети

Топология сети – это план, описывающий места соединений компьютеров, а также их узлов.

Существует несколько видов топологий, которые определяются количеством компьютеров, какое расстояние между компьютерами, какие параметры используются, а также многие другие характеристики.

Существует несколько основных видов топологий: «Точка», «Шина». «Кольцо», «Звезда».

«Точка»