Лекции по вычислительным сетям и основам телекоммуникации

Информация в современном мире Современная научно-техническая революция характеризуется гигантским возрастанием социального и экономического значения информационной деятельности как средства обеспечения научной организации, контроля, управления и осуществления общественного производства. Сформировалась и бурно развивается особая, находящаяся на самом острие научно-технического прогресса (НТП) отрасль народного хозяйства — индустрия информатики, организация которой обусловливает все в большей степени эффективное функционирование всех прочих отраслей народного хозяйства.

Меры информации В соответствии с тремя формами адекватности выполняется и измерение информации. Терминологически принято говорить о кочестве информации и об объеме данных.

Показатели качества информации Информация в СУ является предметом и продуктом труда, поэтому от ее качества существенно зависят эффективность и качество функционирования системы.

Информацию изучает наука информатика. Но слово информатика неоднозначно, и следует различать информатику — науку, информатику — информационную технологию и информатику — отрасль промышленности.

Функциональная и структурная организация информационных систем

Архитектурные особенности вычислительных систем различных классов Первые компьютеры (автоматические электронные вычислительные машины с программным управлением) были созданы в конце 40-х годов XX века и представляли собой гигантские вычислительные монстры, использовавшиеся только для вычислительной обработки информации.

Основные классы вычислительных машин Электронная вычислительная машина (ЭВМ), компьютер — комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.

Большие компьютеры за рубежом часто называют мэйнфреймами (mainframe);

Малые компьютеры (мини-ЭВМ) — надежные, недорогие и удобные в эксплуатации компьютеры, обладающие несколько более низкими по сравнению с мэйнфреймами возможностями. Мини-компьютеры (и наиболее мощные из них супермини-компьютеры) обладают следующими характеристиками:

Многомашинные и многопроцессорные ВС Вычислительные системы могут строиться на базе нескольких компьютеров или на базе нескольких процессоров. В первом случая ВС будет многомашинной, во втором — многопроцессорной.

Кластерные суперкомпьютеры Как уже упоминалось выше, в настоящее время развивается технология построения больших и суперкомпьютеров на базе кластерных решений. По мнению многих специалистов, на смену отдельным, независимым суперкомпьютерам должны прийти группы высокопроизводительных серверов, объединяемых в кластер.

Основные достоинства кластерных суперкомпьютерных систем:

Функции программного обеспечения Каждая ЭВМ имеет специальный комплекс программных средств регулярного применения. Эти средства обеспечивают взаимодействие пользователей с ЭВМ и являются своеобразным «посредником» между ними (программное обеспечение ЭВМ - ПО).

Информационно-логические основы построения вычислительных машин Информационно-логические основы построения ЭВМ охватывают круг вопросов, связанных с формами и системами представления информации в компьютерах, а также с логико-математическим синтезом вычислительных схем и схемотехникой электронных компонентов компьютера. Поскольку последние вопросы представляют интерес в основном для специалистов технического профиля, здесь - только базовые понятия.

Алгебраическое представление двоичных чисел

Выполнение арифметических операций в компьютере

Особенности представления информации в ПК Числовая информация внутри ПК кодируется в двоичной или в двоично-десятичной системах счисления; при вводе и выводе любой информации в ПК используются специальные коды представления информации — коды ASCII (American Standard Code for Information Interchange — американский стандартный код для обмена информацией). Эти же коды применяются для кодирования буквенной и символьной информации внутри ПК.

Алгебра логики — это раздел математической логики, значение всех элементов (функций и аргументов) которой определены в двухэлементном множестве: 0 и 1.

Выполнение логических операций в компьютере

Комбинационный полусумматор. Принципы его построения и работы вытекают из правил сложения двоичных цифр. При сложении одноразрядных двоичных цифр можно выявить закономерности в построении и многоразрядных сумматоров.

Схемы с памятью Более сложным преобразователем информации являются схемы с памятью.

Проблемы развития элементной базы (ЭБ) Одним из главных факторов достижения высокого быстродействия и производительности ЭВМ - построение их на новейшей элементной базе. Смена поколений ЭВМ в значительной степени связана с переходами на новые поколения ЭБ, достижения новых частотных диапазонов работы схем в рамках доступных технологий. Успехи в создании новой ЭБ определяются передовыми научными и техническими достижениями целого ряда наук (физики, химии, оптики, механики).

Функциональная и структурная организация ПК

Функциональные характеристики ПК

Микропроцессоры Intel Начнем с микропроцессоров пятого поколения

Портативные компьютеры наиболее приспособлены для работы в мобильных условиях, часто по своим возможностям они ничем не уступают настольным системам, а по ряду параметров и превосходят их. 

Портативные рабочие станции — наиболее мощные и крупные переносные ПК. Их характеристики аналогичны характеристикам стационарных ПК: мощные микропроцессоры с тактовой частотой 1500 МГц и более, оперативная память 512 Мбайт и более, 100-гигабайтные дисковые накопители, быстродействующие интерфейсы и мощные видеоадаптеры с видеопамятью более 4 Мбайт.

Микропроцессоры и системные платы Наиболее важными компонентами любого компьютера, обусловливающими его основные характеристики, являются микропроцессоры, системные платы и интерфейсы.

Микропроцессоры типа VLIW (Very long instruction word — «очень длинная машинная команда») — архитектура процессоров с несколькими вычислительными устройствами

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для выполнения арифметических и логических операций преобразования информации.

Материнская плата (motherboard)— печатная плата, на которой осуществляется монтаж большинства компонентов компьютерной системы.

Локальные шины

Периферийные шины ATA (IDE), EIDE, SCSI используются чаще всего в качестве интерфейса для внешних запоминающих устройств.

Запоминающие устройства ПК

Типы оперативной памяти Различают следующие типы оперативной памяти: DRAM; SDRAM; DDR SDRAM; DR DRAM и т.д.

Логическая структура основной памяти Структурно основная память состоит из миллионов отдельных ячеек памяти, емкостью 1 байт каждая. Общая емкость ОП современных ПК обычно 512-1024 Мбайт и более. Емкость ОЗУ обычно на 1-2 порядка превышает емкость ПЗУ: ПЗУ занимает 128 Кбайт, остальной объем — это ОЗУ. Каждая ячейка памяти имеет свой уникальный адрес.

Файлы, их виды и организация Файлом называется именованная совокупность данных на внешнем носителе информации. В ПК понятие файла применяется в основном к данным, хранящимся на дисках, и поэтому файлы обычно отождествляют с участком памяти на этих носителях.

Дисковые массивы RAID В машинах-серверах баз данных и в суперкомпьютерах часто применяются дисковые массивы RAID (Redundant Arrays of Inexpective Disk), в которых несколько запоминающих устройств на жестких дисках объединены в один большой накопитель, обслуживаемый специальным RAID-контроллером.

Накопители на оптических дисках Появившийся в 1982 году благодаря фирмам Philips и Sony оптический компакт-диск произвел кардинальный поворот в областях персональных компьютеров и индустрии развлечении. Компакт-диски инициировали появление целого набора областей использования, они оказались тем ранее недостающим звеном, которое соединило информационную технологию с потребительской электроникой. На сегодняшний день компакт-диск — лучший носитель для многочисленных применений.

Внешние устройства ПК

Видеомониторы на плоских панелях

Видеоконтроллеры (видеоадаптеры) являются внутрисистемными устройствами, преобразующими данные в сигнал, отображаемый монитором, и непосредственно управляющими мониторами и выводом информации на их экран.

Печатающие устройства (принтеры) — это устройства вывода данных из компьютера, преобразующие ASCII-коды и битовые последовательности в соответствующие им графические символы и фиксирующие эти символы на бумаге.

Сканер — это устройство ввода в компьютер информации непосредственно с бумажного документа. Можно вводить тексты, схемы, рисунки, графики, фотографии и другую графическую информацию. Сканер, подобно копировальному аппарату, создает копию изображения бумажного документа в электронном виде.

Форматы представления графической информации в ПК

Назначение и состав систем мультимедиа В технической литературе часто встречаются различные определения понятия «мультимедиа». Наиболее полно отражает существо вопроса следующее: мультимедиа — это компьютерная информационная технология, позволяющая объединять в компьютерной системе текст, звук, графические изображения и анимацию.

Физические основы генерации компьютерного звука

Курс лекций Сопротивление материалов