4403

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. Морозова»

Вычислительная техника и сети

Методические указания для самостоятельной работы студентов по специальности

15.05.01 – Проектирование технологических машин и комплексов специализация – Проектирование машин лесного комплекса

Воронеж, 2018

УДК УДК 681.3

Юдина Н.Ю. Вычислительная техника и сети [Электронный ресурс]: методические указания для самостоятельной работы для студентов по специальности 15.05.01 – Проектирование технологических машин и комплексов, специализация – Проектирование машин лесного комплекса / Ю. Н. Юдина; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ им. Г.Ф. Морозова». – Воронеж, 2018. – 36 с.

Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВО «ВГЛТУ им. Г.Ф. Морозова» (протокол № __ от _______ 2018 г.)

Рецензент заведующий кафедрой электротехники и автоматики ФГБОУ ВПО ВГАУ д-р.техн.наук., проф. Д.Н. Афоничев

ВВЕДЕНИЕ

Методические указания подготовлены в соответствии с рабочей программой дисциплины «Вычислительная техника и сети в отрасли» для студентов по направлениям подготовки бакалавра 23.03.03 – «Эксплуатация транс- портно-технологических машин и комплексов» 23.03.01– «Технология транспортных процессов»

Целью изучения дисциплины является усвоение теоретических знаний и приобретение практических навыков по основам организации вычислительных машин, автоматизированных систем и компьютерных сетей, необходимых для построения систем автоматизации технологических процессов и производств.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

–изучение основных принципов организации ЭВМ, принципов формирования специализированных комплексов на базе ЭВМ, принципов и методов организации сетевого комплексирования ЭВМ;

–ознакомление с элементной базой и цифровой схемотехникой; архитектурой и функциональными возможностями ЭВМ, специализированных устройств и вычислительных систем; принципами организации взаимодействия ПЭВМ и периферийного оборудования; принципами проектирования и эксплуатации специализированных вычислительных устройств заданной функциональности; принципами формирования специализированных вычислительных комплексов на базе ПЭВМ; принципами и методами организации сетевого комплексирования ЭВМ.

Дисциплина «Вычислительные техника и сети в отрасли» относится к математическому и естественнонаучному циклу дисциплин, индекс по учебному плану Б2.В.ОД.2.

Требования к результатам освоения дисциплины

Студент по результатам освоения дисциплины «Вычислительные машины, системы и сети» должен обладать следующими компетенциями:

а) общекультурными (ОК):

–способностью использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования

(ОК-10);

–способен понимать сущность и значение информации в развитии современного информационного общества, сознавать опасности и угрозы, возникающие в этом процессе, соблюдать основные требования информационной безопасности, в том числе защиты государственной тайны (ОК-11);

–владеет основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, имеет навыки работы с компьютером как средством управления информацией (ОК-12);

–способен работать с информацией в глобальных компьютерных сетях

(ОК-13);

–способен приобретать новые знания, используя современные образовательные и информационные технологии (ОК-17);

б) профессиональными (ПК):

–способностью участвовать в постановке целей проекта (программы), его задач при заданных критериях, целевых функциях, ограничениях, разработке структуры их взаимосвязей, определении приоритетов решения задач с учетом правовых и нравственных аспектов профессиональной деятельности (ПК-6);

–способностью участвовать в разработке обобщенных вариантов решения проблем, связанных с автоматизацией производств, выборе на основе анализа вариантов оптимального, прогнозировании последствий решения (ПК-7);

–способностью участвовать в разработке математических и физических моделей процессов и производственных объектов (ПК-19).

–способен: к анализу существующих и разработке моделей перспективных логистических процессов транспортных предприятий; к выполнению оптимизационных расчетов основных логистических процессов (ПК-26)

В результате освоения дисциплины студент должен:

–знать: состав и назначение ПЭВМ и специальных внешних устройств, используемых при решении научнотехнических, технологических и управленческих задач, в своей профессиональной деятельности; виды и особенности ис-

пользования вычислительных комплексов различной конфигурации для решения производственных задач; принципы организации взаимодействия ПЭВМ с периферийным оборудованием; основные представления об архитектуре ЭВМ

ивычислительных систем локальной и распределенной архитектур;

–уметь: формировать структуру специализированных логических функций предназначенных для аппаратной реализации; грамотно выбирать средства вычислительной техники и информационных технологий для решения практических инженернотехнических, технологических и организационных задач; разработать структурную схему вычислительного комплекса специального назначения для решения конкретной производственной задачи;

–владеть: навыками построения по разработанной структурной схеме специального аппаратного и программного обеспечения; разработать основные положения для проверки конфигурации вычислительного комплекса специального назначения; произвести выбор оборудования для работы в сети ЭВМ.

Содержание разделов дисциплины

Раздел 1. Принципы построения вычислительных машин

Принципы построения вычислительных машин (ВМ), модели вычислений, многоуровневая организация вычислительных процессов, аппаратные и программные средства, виды обеспечения вычислительных систем, классификация, назначение. Функциональная организация ЭВМ. Структурная схема ЭВМ. Архитектура аппаратных средств ЭВМ и систем. Циклы шины. Альтернативные лидеры шины. Управление шиной.

Раздел 2. Логические основы построения компьютера.

Элементы алгебры логики, основные теоремы булевой алгебры и логические функции. Условные обозначения логических элементов и их схемотехническая реализация на дискретных элементах. Базовый элемент транзисторнотранзисторной логики. Элементы последовательностной логики, триггеры. Синтез цифровых схем. Переход от таблицы истинности логического устройства к структурной формуле и схеме цифрового устройства. Преобразование логических функций.

Раздел 3. Организация систем памяти

Характеристики и классификация запоминающих устройств. Иерархия систем памяти. Организация адресной памяти. Безадресная стековая память. Ассоциативная память. Системы памяти с расслоением. Понятие о виртуальной памяти.

Раздел 4. Организация процессоров

Основные характеристики процессора. Структура типового процессора. Логическая организация процессора общего назначения. Операционные устройства процессоров. Операционные устройства процедурного типа и с жесткой структурой. Понятие об I-процессорах и M-процессорах. Блочные операционные устройства. Конвейерные операционные устройства. Архитектура системы команд. RISC и CISC процессоры. Устройства управления процессоров. Назначение и классификация устройств управления. Архитектура простого RISC – процессора. Конвейер команд. Суперскалярные архитектуры. Процессоры с длинным командным словом (VLIW)

Раздел 5. Организация ввода-вывода

Назначение и состав системы ввода-вывода. Структуры систем вводавывода. Основные режимы ввода-вывода. Основные принципы организации передачи информации в вычислительных системах.

Раздел 6. Параллельные вычислительные системы

Классификация параллельных ВС. Параллельные вычислительные системы типа SIMD. Векторные ВС. Понятие о систолических структурах и алгоритмах. Масштабируемые параллельные системы МКМД. Потоковые вычислительные системы.

Раздел 7. Общие сведения о вычислительных сетях

Назначение вычислительных сетей. Локальные и глобальные сети. Пакет как основная единица информации в ВС. Переключение соединений. Способы организации передачи данных между ПК. Основные характеристики ВС.

Раздел 8. Принципы функционирования локальных вычислительных сетей

Основные компоненты и типы ЛВС. Одноранговые сети. Сети на основе сервера. Комбинированные сети.

Раздел 9. Компановка локальных вычислительных сетей

Понятие топологии сети и базовые топологии. Топология типа «шина». Топология типа «звезда». Топология типа «кольцо». Комбинированные топологии. Сравнительные характеристики топологий. Методы доступа.

Раздел 10. Физическая среда передачи данных

Типы линий связи. Аппаратура линий связи. Плата сетевого адаптера

(СА).

Аналоговая модуляция. Методы аналоговой модуляции. Цифровое кодирование.

Раздел 11. Беспроводные сети.

Типы и компоненты беспроводных сетей. Передача «точка-точка». Локальные вычислительные сети (беспроводные ЛВС). Инфракрасные и лазерные беспроводные ЛВС. Беспроводные ЛВС с радиопередачей данных. Мобильные сети.

Раздел 12. Функционирование сети.

Базовая эталонная модель архитектуры сети. Основные функции уровней модели OSI. Назначение протоколов. Работа протоколов. Основные типы протоколов. Передача данных по сети.

Раздел 13. Сетевые архитектуры.

Ethernet. Стандарт 10BaseT. Стандарт 10Base2. Стандарт 10Base5. Стан-

дарт 10BaseFL. Стандарт 100BaseX Ethernet. Сегментация сети. Сетевые архитектуры ArcNet и ArcNet Plus. Token Ring (Маркерное кольцо). Аппаратные компоненты. Мониторинг системы. FDDI - распределенный волоконнооптический интерфейс передачи данных. Общие характеристики. Топология и аппаратные компоненты. Мониторинг системы. Области применения FDDI.

Раздел 14. Расширение локальных сетей.

Причины расширения ЛВС и используемые для этого устройства. Репитеры. Мосты. Принципы работы мостов. Назначение мостов. Маршрутизаторы. Принцип работы маршрутизатора. Типы маршрутизаторов и их отличие от мостов. Шлюзы.

Раздел 15. Удаленный доступ к ресурсам сетей.

Модемы. Типы модемов. Асинхронные модемы. Синхронные модемы . Линии связи, используемые модемами. Методы удаленного доступа. Схемы доступа. Доступ компьютер-сеть. Удаленный доступ через промежуточную сеть. Технологии хDSL. Совместное использование модемов.

3.Контроль самостоятельного изучения дисциплины

Контролируемая самостоятельная работа проводится по следующим направлениям:

в отчеты о выполненной работе включаются письменные ответы на контрольные вопросы по теме работы;

вопросы по разделам дисциплины, выносимые на самостоятельную работу, включаются в перечень вопросов по зачету.

Перечень вопросов, выносимых для самостоятельного изучения дисциплины

Раздел 1.

1. . Принципы построения вычислительных машин

2.Факторы, определяющие принципы организации ЭВМ

3.Области применения ВТ и основные типы ЭВМ

4.ЭВМ общего назначения

5.Малые ЭВМ

6.Микропроцессоры и МИКРО-ЭВМ

7.Принцип действия ЭВМ

8.Аппаратные и программные средства реализации алгоритмов

Раздел 2.

1.Логические основы построения компьютера

2.Элементы алгебры логики, основные теоремы булевой алгебры и логические функции

3.Условные обозначения логических элементов и их схемотехническая реализация на дискретных элементах

4.Базовый элемент транзисторно-транзисторной логики

5.Элементы последовательностной логики, триггеры

6.Синтез цифровых схем. Переход от таблицы истинности логического устройства к структурной формуле и схеме цифрового устройства. Преобразование логических функций

7.Цифровые устройства – дешифратор, мультиплексор

Раздел 3.

1.Организация систем памяти

2.Характеристики и классификация запоминающих устройств. Иерархия систем памяти

3.Организация адресной памяти

4.Безадресная стековая память

5.Ассоциативная память

6.Системы памяти с расслоением

7.Понятие о виртуальной памяти

Раздел 4.

1.Основные характеристики процессора

2.Структура типового процессора

3.Логическая организация процессора общего назначения

4.Операционные устройства процессоров

5.Операционные устройства процедурного типа и с жесткой структурой. Понятие об I-процессорах и M-процессорах

6.Блочные операционные устройства

7.Конвейерные операционные устройства

8.Архитектура системы команд. RISC и CISC процессоры

9.Устройства управления процессоров

10.Назначение и классификация устройств управления

11.Архитектура простого RISC - процессора

12.Конвейер команд

13.Суперскалярные архитектуры

14.Процессоры с длинным командным словом (VLIW).

Раздел 5.

1.Назначение и состав системы ввода-вывода.

2.Структуры систем ввода-вывода.

3.Основные режимы ввода-вывода.

4.Основные принципы организации передачи информации в вычислительных системах.

Раздел 6.

5.Классификация параллельных ВС

6.Параллельные вычислительные системы типа SIMD. Векторные ВС

7.Понятие о систолических структурах и алгоритмах

8.Масштабируемые параллельные системы МКМД.

9.Потоковые вычислительные системы

Раздел 7.

1.Назначение вычислительных сетей

2.Локальные и глобальные сети

3.Пакет как основная единица информации в ВС

4.Переключение соединений

5.Способы организации передачи данных между ПК.

6.Основные характеристики ВС.

Раздел 8

1.Основные компоненты и типы ЛВС

2.Одноранговые сети

3.Сети на основе сервера

4.Комбинированные сети

Раздел 9

1.Понятие топологии сети и базовые топологии

2.Топология типа «шина»

3.Топология типа «звезда»

4.Топология типа «кольцо»

5.Комбинированные топологии

6.Сравнительные характеристики топологий.

7.Методы доступа

Раздел 10

1.Типы линий связи

2.Аппаратура линий связи

3.Плата сетевого адаптера (СА)

Раздел 11

1.Аналоговая модуляция

2.Методы аналоговой модуляции

3.Цифровое кодирование

Раздел 12

1.Типы и компоненты беспроводных сетей

2.Передача «точка-точка»

3.Локальные вычислительные сети (беспроводные ЛВС)

4.Инфракрасные и лазерные беспроводные ЛВС

5.Беспроводные ЛВС с радиопередачей данных

6.Мобильные сети

Раздел 13

1.Базовая эталонная модель архитектуры сети

2.Основные функции уровней модели OSI

3.Назначение протоколов

4.Работа протоколов

5.Основные типы протоколов

6.Передача данных по сети

Раздел 14

1.Ethernet

2.Стандарт 10BaseT

3.Стандарт 10Base2

4.Стандарт 10Base5

5.Стандарт 10BaseFL

6.Стандарт 100BaseX Ethernet

7.Сегментация сети

8.Сетевые архитектуры ArcNet и ArcNet Plus

9.Token Ring (Маркерное кольцо)

10.Аппаратные компоненты

11.Мониторинг системы