Совокупность технических и программных средств, предназначенных для информационного обслуживания людей и технических объектов, называют обобщающим термином система обработки данных . Другим обобщающим термином является информационная система .

Если информационная система используется для управления в технических системах, ее часто называют информационно-управляющей системой . Это наиболее общие названия для систем такого назначения.

ВМ – это один из классов информационных систем. Помимо класса ВМ к ним относятся ВК, ВС и сети. Рассмотрим основные отличительные признаки этих классов информационных систем.

ВМ предназначена для решения широкого круга задач пользователями, работающими в различных предметных областях (решение математических задач, обработка текстов, бухгалтерский учет, игры и др.). Основным блоком ВМ, осуществляющим преобразование информации и управление вычислительным процессом на основе программы, является процессор. (Слово «процессор» является производным от слова «процесс») Процессор инициализирует процесс исполнения программы и управляет им.

Вычислительный комплекс – это несколько ВМ (или вычислительных систем), информационно связанных между собой (обычно по последовательному каналу). При этом каждая ВМ самостоятельно управляет своими вычислительными процессами, и интенсивным (в сравнении с информационным взаимодействием процессоров в мультипроцессорных системах). Особенно широкое применение ВК получили в информационно-управляющих системах. Объекты управления в технических системах часто имеют значительную протяженность в пространстве и содержат большое число агрегатов, технологических установок и т.п. По мере развития средств и технологий компьютерных сетей в информационно-управляющих системах используются современные телекоммуникационные средства, и информационно-управляющая система реализуется в виде локальной вычислительной сети, а не ВК.

Вычислительной системой называют информационную систему, настроенную на решение задач конкретной области применения, т.е. в ней имеется аппаратная и программная специализация, обеспечивающая повышение производительности и снижение стоимости. Часто ВС содержит несколько процессоров, между которыми в процессе работы происходит интенсивный обмен информацией, которые имеют единое управление вычислительными процессами. Такие системы называются мультипроцессорными . Другим распространенным типом ВС являются микропроцессорные системы . Они строятся с использованием либо микропроцессора (МП), либо микроконтроллера, либо специализированного процессора цифровой обработки сигналов. Обычно такие системы специализированы для задач локального управления и контроля технологическим оборудованием в технических и бытовых системах. Соответствующие ВС часто называют встраиваемыми ВС .

Отличительной особенностью сетей как класса информационных систем являются развитые функции информационного взаимодействия.

Средства передачи и обработки информации в сети ориентированы на коллективное использование общесетевых ресурсов – аппаратных, информационных и программных. Абонентская система – это совокупность ВМ, программного обеспечения (ПО), периферийного оборудования, средств связи с телекоммуникационной подсистемой (коммуникационной подсетью). Коммуникационная подсистема – совокупность физической среды передачи информации, аппаратных и программных средств, обеспечивающих информационное взаимодействие абонентских систем.

В качестве физической среды передачи информации используют витую пару, кабель, оптоволокно, электромагнитные волны.

Аппаратуру информационных систем, включающую устройства вычислительной техники и телекоммуникаций, называют аппаратным обеспечением (hardware).

Современная информационная система даже небольшого предприятия состоит из самых различных устройств (стационарных компьютеров, серверов, мобильных устройств, сетевого оборудования, устройств контроля входа и прочее), которые должны работать согласованно, устойчиво и безопасно. Информационные системы крупных предприятий предполагают мультиплатформенную интеграцию облачных серверов, центров удаленной обработки данных, серверов шифрования и управления доступом, терминальных станций и серверов, проводных и беспроводных сетей, интернет-телефонии, систем поддержки пользователей, большого разнообразия прикладного программного обеспечения. Современный системный администратор должен обладать фундаментальными знаниями и способностью к постоянному самообразованию. Обучение по данному профилю позволяет сформировать основу для успешной профессиональной карьеры в сфере проектирования, создания, эксплуатации и развития вычислительных комплексов, систем и сетей предприятий и организаций.

Цель обучения — формирование следующих способностей:

• Проектирование (с использованием систем автоматизированного проектирования), моделирование, устройство и развитие вычислительных сетей и комплексов организаций и предприятий;
• Проведение аудита и диагностики информационно-технологических ресурсов предприятий и организаций;
• Внедрение и развитие систем информационной безопасности и надежности хранения данных;
• Администрирование локальных и распределенных вычислительных сетей;
• Настройка, тестирование и поддержание работы сетевого оборудования;
• Управление мультиплатформенной интеграцией сетей и устройств, работающих на различных операционных системах;
• Эксплуатация комплексов, систем, сетей и отдельных вычислительных устройств, включая поддержку пользователей, устранение неполадок, ремонт, оптимизацию вычислительных мощностей;
• Организация бесперебойного функционирования вычислительных устройств и сетей, включая обеспечение работоспособности необходимых устройств бесперебойного питания, кондиционирования, энергообеспечения, резервного хранения данных, быстрого восстановления работоспособности;
• Интеграция корпоративных информационных систем с внешними облачными сервисами, компьютерных систем с системами IP-телефонии, системами физической безопасности;
• Обеспечение надежного, устойчивого и безопасного функционирования прикладных программных комплексов;
• Настройка, тестирование, администрирование и поддержание работы различной организационной техники в рамках эффективных систем удаленного управления;
• Внедрение новых информационных технологий, новых аппаратных решений, новых ИТ-сервисов и новых методов управления аппаратной частью информационных систем современных предприятий;
• Оптимизация технико-экономических показателей вычислительных комплексов, систем и сетей;
• Управление проектами оптимизации вычислительных сетей и систем, внедрение новых информационно-телекоммуникационных технологий;
• Координация деятельности коллективов системных администраторов, инженеров по сетям и технической поддержке.

Дисциплины профиля:

• Сетевые технологии и системное администрирование;
• Системы и сети хранения данных;
• Системное и прикладное программное обеспечение;
• Вычислительные системы, сети и телекоммуникации;
• Защита информации;
• Сети и коммуникации;
• Диагностика и надежность автоматизированных систем.

Выпускники востребованы практически в любой организации и на любом предприятии. Особенно высокий спрос на выпускников предъявляют крупные корпорации, банки, страховые компании, государственные учреждения, органы муниципальной власти. Интенсивное профессиональное развитие ждет выпускников в информационно-телекоммуникационных компаниях, малых инновационных предприятий в ИТ-сфере, компаниях — системных интеграторах.

Выпускники занимают должности администраторов сетей, инженеров и руководителей ИТ-отделов, инженеров технической поддержки, инженеров по сетевому и телекоммуникационному оборудованию, специалистов по информационной безопасности, ИТ-консультантов. Выпускники могут строить собственный бизнес и развиваться в качестве ИТ-предпринимателя.

, Автоматизация системы противопожарной защиты технологической уст , Лекция 4 -(2.1) Подходы к понятию информации. Системы счисления , РАЗРАБОТКА МОДУЛЯ СИСТЕМЫ СОСТАВЛЕНИЯ РАСПИСАНИЙ курсовая.docx , Введение в специальность - Системы радиосвязи.docx .
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 16

Лабораторная работа № 3.Запоминающие устройства персонального компьютера 29

2.1 Запоминающие устройства 29

Лабораторная работа № 4. Внешние устройства ПК 59

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 105

Объектом изучения является программное , информационное и техническое обеспечение сетей 123

2. Изучить программное, информационное и техническое обеспечение сетей 123

Лабораторная работа № 7. Глобальная информационная сеть Интернет 124

2. Основы теории 124

2.1 Глобальная информационная сеть Интернет 124

Лабораторная работа № 8. Система коммуникаций 134

1. Цель и задачи работы 134

2. Основы теории 134

2.1. Системы ТЕЛЕКОММУНИКАЦИй 134

Системы передачи документированной информации 147

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,

и т.д.

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 , 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	Большие	Малые	МикроЭВМ
Производительность, MIPS	1 000-1 00 000	100-10 000	10-1 000	10-100
Емкость ОЗУ, Мбайт	2000-100 000	512-10 000	128-2048	32-512
Емкость ВЗУ, Гбайт	500-50 000	100-10 000	20-500	20-100
Разрядность, бит	64-256	64-128	32-128	32-128

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

и т.д.

2.2 Архитектура вычислительных систем

Специальность "Вычислительные машины, системы и сети" (ВМСиС)

Квалификация - инженер-системотехник
Форма обучения - дневная (бюджет/платно), заочная (бюджет/платно), сокращённая вечерняя форма получения высшего образования, интегрированного со средним специальным образованием (платно)

Специфика и актуальность

Благодаря бурному развитию вычислительной техники за последние 20-30 лет информационные технологии (IT-Information Technologies) стали флагманом новой экономики - экономики знаний. Более того, профессиональные навыки в IT являются универсальными и позволяют подготовленному специалисту почувствовать себя востребованным работником в любой стране мира. Благодаря грамотной политике руководства РБ в сфере высоких технологий Беларусь заслуженно заработала репутацию одной из 30 самых продвинутых в информационных технологиях стран мира. Компании-резиденты Парка высоких технологий создают программные продукты мирового уровня благодаря подготовленным в белорусских ВУЗах специалистам. Львиную долю инженеров этих компаний подготовил БГУИР.

Все эти факторы, безусловно, подстёгивают интерес абитуриентов к IT- специальностям нашей альма-матер. Однако редко кто из абитуриентов может при поступлении чётко ответить на вопросы: «- А что это такое - IT?» «- В чём разница между различными направлениями информационных технологий?». И самое главное: «- А в каком из направлений будет интересно учиться, работать и в дальнейшем развиваться именно мне?»

Мы даём ответы на эти вопросы. Причём прямо здесь и сейчас.

1. Информационные технологии проще всего представить в виде дерева. Это довольно могучее дерево с историей в пару сотен лет - от счётных машин Чарльза Беббиджа и станков Жаккара до сегодняшних мобильных устройств и социальных сетей. Если проследить взглядом ствол, то можно увидеть три основных ветви, от которых отходят все остальные. Это - аппаратное обеспечение, программное обеспечение и сетевые технологии. Иными словами, все современные узкие информационные технологии, так или иначе, но происходят от какой-либо основной ветви либо от нескольких основных ветвей одновременно.

2. Разница между различными направлениями/специальностями информационных технологий заключается в объёме часов, которые студенты тратят на изучение той или иной узкой дисциплины. К сожалению либо к счастью, но современные технологии развиваются так бурно, что все возможные направления изучить одному человеку физически невозможно. Эпоха универсальных IT-специалистов безвозвратно ушла. Так или иначе, но в какой-то определённый момент своей жизни любой IT- инженер чётко осознаёт свой спектр профессиональных интересов, нишу труда на рынке и начинает интенсивно работать над совершенствованием достаточно узких профессиональных навыков. Зачастую, если наш абстрактный IT-инженер в начале своей подготовки не освоил базовые вещи того или иного направления, то в последствии он уже не сможет просто найти времени, чтобы кардинально изменить свою карьеру IT-специалиста. Эта закономерность так же прослеживается и в карьерах, казалось бы, смежных профессионалов. Например, в рамках разработки программного обеспечения (Software Engineering): разработчики back-end решений, mobile developers, автоматизированного тестирования, SAP решений - после определённого периода своей профессиональной жизни уже не могут «перепрыгнуть» на «соседнюю ветвь» IT. Им легче вырасти в менеджера проектов либо в системного архитектора, чем освоить полный стек инструментария того или иного смежного IT-направления. В связи с этим очень остро стоит вопрос изначального выбора приоритетного направления своего личностного и профессионального роста. Иными словами - как не ошибиться в выборе специальности, которой, скорее всего, придётся заниматься лучшие годы своей жизни. Ответ довольно прост - попробовать разные технологии самому и определить, что больше нравится, что - меньше, а что - совсем не по душе.

3. В рамках обучения специальности «Вычислительные машины, системы и сети», все профессиональные предметы можно разделить в следующих пропорциях: 30% - аппаратное обеспечение ЭВМ, 30% - программное обеспечение ЭВМ, 25% - сетевые технологии. Оставшиеся 15% дисциплин - это либо базовые универсальные предметы, как например, «Дискретная математика», либо узкоспециализированные дисциплины, которые являются надстройкой высокого уровня над другими IT-направлениями, например - «Цифровая обработка сигналов и изображений». Таким образом, кафедра ЭВМ готовит своего рода «стволовые клетки» IT-специалистов, которые уже в процессе обучения начинают чётко осознавать, какие IT-направления им интересны и, начиная примерно с 3-го курса, целенаправленно совершенствуются в выбранном ими направлении.

Чему Вы научитесь

IT прогрессируют практически феноменальными темпами. Так, например, ещё 10 лет назад понятие смартфон было полной экзотикой (первый iPhone был выпущен в 2007 году!), а сегодня количество мобильных устройств, которые имеют выход в интернет, превысило количество стационарных и переносных персональных компьютеров. Всё это привело к лавинообразному росту рынка труда различных IT-специалистов, непропорционально большому по отношению к другим отраслям реальной экономики росту зарплат в IT-сфере, буму IT-стартапов и другим «детским болезням» роста аналогичных сложных систем. Так, на сегодняшний день, самой дорогой компанией мира является Google, который прошёл путь от пары основателей до мировой корпорации всего за два десятка лет! Второй компанией по капитализации является Apple - так же IT-корпорация, которая всего лишь в два раза старше Google.

С одной стороны данная динамика не может не радовать любого человека, связанного с IT, но с другой стороны - по мере усложнения систем (программных, аппаратных, сетевых либо смешанного типа) всё меньшее количество инженеров представляют себе как именно работает компьютер и каким образом выполняется его код на различных уровнях абстракции современных вычислительных систем. Мы дадим вам эти знания. Наши выпускники способны программировать все типы вычислительных систем - от микроконтроллеров, настольных ПК и ноутбуков, до сетевых маршрутизаторов, мобильных устройств и многопроцессорных вычислительных кластеров. Более того, инженеры-системотехники - выпускники кафедры ЭВМ БГУИР могут в случае необходимости не просто диагностировать неисправность в любом из перечисленных видов устройств, но и в определённых случаях самостоятельно её устранить. Мы учим наших студентов овладевать вычислительной техникой в прямом смысле этого слова!

Наряду с фундаментальной подготовкой в области физики, высшей и дискретной математики, электротехники, схемотехники, метрологии и стандартизации студент специальности ВМСиС осваивает следующие основные дисциплины:
языки программирования и объектно-ориентированное проектирование (Ассемблер, C/С++, С#, Java, Scala, JavaScript, HTML, XML, SQL и др.);
структурная и функциональная организация ЭВМ;
архитектура вычислительных машин и систем;
автоматизация проектирования ЭВМ и систем (VHDL, Altera, Xilinx);
цифровая обработка сигналов и изображений;
вычислительные комплексы, системы и сети;
системное программное обеспечение вычислительных машин;
проектирование локальных сетей, их программного и аппаратного обеспечения;
защита информации в вычислительных сетях.

Следует однако заметить, что, помимо преподавания дисциплин, предусмотренных программой обучения, мы так же ориентируем наших студентов на те специфические знания и навыки, которыми он просто обязан овладеть самостоятельно для построения удачной карьеры. Пример: перечень необходимого минимума знаний современного инженера-разработчика программного обеспечения вычислительных систем.

На кафедре ЭВМ - выпускающей кафедре, студенты могут в процессе своего обучения в рамках учебного плана получить международный сертификат CCNA филиала сетевой академии Cisco, а так же образовательного центра National Instruments, функционирующих на кафедре с 2010 года. На базе высокопроизводительного вычислительного кластера студенты ВМСиС получают практические навыки разработки параллельных алгоритмов с использованием технологий CUDA, MPI, OpenMP.

Нашей целью на ближайшие пять лет является создание из кафедры центра притяжения как студентов, так и выпускников как минимум нашей специальности. На самом деле, мы считаем что университет - это одно из немногих мест, в котором творческий и технически грамотный человек может раскрыть свой потенциал в создании чего-то нового. Пока есть возможность учиться у наших старших коллег, которые ещё хранят в себе советскую техническую школу, следует по максимуму перенять у них их знания и опыт, но прежде всего - научную культуру и жажду познания. Без этих корней наше будущее будет очень не радостным. В настоящее время лишь отдельные студенты понимают важность научно-исследовательской работы (НИР) во время их обучения в вузе. Но мы не теряем надежду значительно увеличить это число - обучаем студентов анализировать информацию и пытаемся стимулировать талантливых молодых людей к научной работе привлекая их к действительно интересным и перспективным проектам.

Перспективы выпускников

Наши инженера-системотехники обладают конкурентоспособной на мировом рынке профессией. Статистика показывает, что около 70% наших выпускников сейчас работают в сфере производства программного обеспечения, 20% - в качестве системных администраторов и инженеров технической поддержки и около 10% - занимаются разработкой аппаратных решений. В настоящее время, если посмотреть сеть профессиональных контактов LinkedIn, порядка 50% наших выпускников работают за рубежом, в том числе и в таких компаниях с мировым именем как «Twitter», «Samsung», «Amazon».

Однако, те ребята, которые остались в Беларуси, подтверждают вышеприведённый тезис об универсальности нашей подготовки - так например, в момент написания данной статьи 10 наших выпускников работали в компании «Wargaming.net» на разных позициях - QA Engineer (1), Release Manager (1), Software engineer (2), Web Developer (3), UI Developer (1), AS3 Developer(1) и IT Solutions Administrator (1). В компании «Viber Media, Inc.» - как минимум 3 человека, на должностях: Software Engineer (iOS), Android Developer (1) и Infrastructure Engineer (1). Порядка 150 человек - в самой большой IT-компании Беларуси «Epam» на всех возможных инженерных и административных должностях. Порядка 15 наших выпускников начиная с 1995 года организовали свои собственные IT-предприятия

Выпускающая кафедра - кафедра электронных вычислительных машин .
заведующий кафедрой -доцент, кандидат технических наук Никульшин Борис Викторович
тел.: +375 17 293-23-79.