Лекция по информатике на тему: Архитектура ПК

Лекция № 1.   Тема занятия: Тема 1.1. Архитектура персональных компьютеров.  Обучающая:   обобщение,   систематизация   и   расширение   знаний   об Цели   занятия:  устройстве   компьютера;     формирование   навыков   использования   Интернет­ресурсов   в учебной деятельности.  Развивающая: развитие логического мышления и аналитических способностей:   сравнивать,   сопоставлять,   делать   выводы   по   теме;     формирование навыков ИКТ ­ компетентности. Воспитательная: воспитание аккуратности, точности, самостоятельности;  повышение познавательного интереса к предмету.  ЭВМ как средство обработки информации Понятие архитектуры ЭВМ. При рассмотрении ЭВМ как средства обработки информации важную роль играют понятие архитектуры ЭВМ, классификация ЭВМ, структура и принципы функционирования ЭВМ, а также основные характеристики вычислительной техник. С середины 60-х годов существенно изменился подход к созданию вычислительных машин. Вместо независимой разработки аппаратуры и некоторых средств математического обеспечения стала проектироваться система, состоящая из совокупности аппаратных (hardware) и программных (software) средств. При этом на первый план выдвинулась концепция их взаимодействия. Так возникло принципиально новое понятие — архитектура ЭВМ. Под архитектурой ЭВМ понимается совокупность общих принципов организации аппаратно-программных средств и их характеристик, определяющая функциональные возможности ЭВМ при решении соответствующих классов задач. Архитектура ЭВМ охватывает широкий круг проблем, связанных с построением комплекса аппаратных и программных средств и учитывающих множество факторов. Среди этих факторов важнейшими являются: стоимость, сфера применения, функциональные возможности, удобство эксплуатации, а одним из главных компонентов архитектуры являются аппаратные средства. Основные компоненты архитектуры ЭВМ можно представить в виде схемы, показанной на рис. 1.2. Рис. 1.2. Основные компоненты архитектуры ЭВМ Архитектуру вычислительного средства следует отличать от его структуры. Структура вычислительного средства определяет его конкретный состав на некотором уровне детализации (устройства, блоки узлы и т. д.) и описывает связи внутри средства во всей их полноте. 1 Иными словами, Архитектура же определяет правила взаимодействия составных частей вычислительного средства, описание которых выполняется в той мере, в какой это необходимо для формирования правил их взаимодействия. Она регламентирует не все связи, а наиболее важные, которые должны быть известны для более грамотного использования данного средства. Так, пользователю ЭВМ безразлично, на каких элементах выполнены электронные схемы, схемно или программно реализуются команды и т. д. Важно другое: как те или иные структурные особенности ЭВМ связаны с возможностями, предоставляемыми пользователю, какие альтернативы реализованы при создании машины и по каким критериям принимались решения, как связаны между собой характеристики отдельных устройств, входящих в состав ЭВМ, и какое влияние они оказывают на общие характеристики машины. архитектура ЭВМ действительно отражает круг проблем, относящихся к общему проектированию и построению вычислительных машин и их программного обеспечения. Классификация ЭВМ. Чтобы судить о возможностях ЭВМ, их принято разделять на группы по определенным признакам, т. е. классифицировать. Сравнительно недавно классифицировать ЭВМ по различным признакам не составляло большого труда. Важно было только определить признак классификации, например: по назначению, по габаритам, по производительности, по стоимости, по элементной базе и т. д. С развитием технологии производства ЭВМ классифицировать их стало все более затруднительно, ибо стирались грани между такими важными характеристиками, емкость внутренней и внешней памяти, габариты, вес, энергопотребление и др. Например, персональный компьютер, для размещения которого достаточно стола, имеет практически такие же возможности и технические характеристики, что и достаточно совершенная в недавнем прошлом ЭВМ Единой системы (ЕС), занимающая машинный зал в сотни квадратных метров. Поэтому разделение ЭВМ по названным признакам нельзя воспринимать как классификацию по техническим параметрам. Это, скорее, эвристический подход, где большой вес имеет предполагаемая сфера применения компьютеров. С этой точки зрения классификацию вычислительных машин по таким показателям, как габариты и производительность, можно представить следующим образом: как производительность, сверхпроизводительные ЭВМ и системы (супер-ЭВМ); большие ЭВМ (универсальные ЭВМ общего назначения); средние ЭВМ; малые или мини-ЭВМ; микро-ЭВМ; персональные компьютеры; микропроцессоры.        Отметим, что понятия «большие», «средние» и «малые» для отечественных ЭВМ весьма условны и не соответствуют подобным категориям зарубежных ЭВМ. Исторически первыми появились большие ЭВМ (универсальные ЭВМ общего назначения), элементная база которых прошла путь от электронных ламп до схем со сверхвысокой степенью интеграции. В процессе эволюционного развития больших ЭВМ можно выделить отдельные периоды, связываемые с пятью поколениями ЭВМ. 2 Поколение ЭВМ определяется элементной базой (лампы, полупроводники, микросхемы различной степени интеграции), архитектурой и вычислительными возможностями. Основное назначение больших ЭВМ — выполнение работ, связанных с обработкой и хранением больших объемов информации, проведением сложных расчетов и исследований в ходе решения вычислительных и информационно-логических задач. Такими машинами, как правило, оснащаются вычислительные центры, используемые совместно несколькими организациями. Большие машины составляли основу парка вычислительной техники до середины 70-х годов и успешно эксплуатируются поныне. К ним относятся большинство моделей фирмы IBM (семейства 360,370,390) и их отечественные аналоги ЕС ЭВМ. В настоящее время высказываются полярные мнения о перспективах развития больших машин. Согласно одному из них, возможности больших машин полностью перекрываются, с одной стороны, супер-ЭВМ, а с другой — мини-ЭВМ и, выработав свой ресурс, этот класс прекратит свое существование. Другая сторона убеждает в необходимости развития универсальных больших и супер-ЭВМ, которые обладают способностью работать одновременно с большим количеством пользователей, создавать гигантские базы данных и обеспечивать эффективную вычислительную работу. К этому следует добавить, что большие ЭВМ обеспечивают устойчивость вычислительного процесса, безопасность информации и низкую стоимость ее обработки. Производительность больших ЭВМ порой оказывается недостаточной для ряда приложений, таких как прогнозирование метеообстановки, ядерная энергетика, оборона и т. д. Эти обстоятельства стимулировали создание сверхбольших или суперЭВМ. Такие машины обладают колоссальным быстродействием в миллиарды операций в секунду, основанном на выполнении параллельных вычислений и использовании многоуровневой иерархической структуры ЗУ(запоминающих устройств), требуют для своего размещения специальных помещений и крайне сложны в эксплуатации. Стоимость отдельной ЭВМ такого класса достигает десятков миллионов долларов. Представители этого класса ЭВМ — компьютеры фирм Cray Research, Control Data Corporation (CDC) и отечественные супер-ЭВМ семейства Эльбрус. Средние ЭВМ представляют некоторый интерес в историческом плане. На определенном этапе развития ЭВМ, когда их номенклатура и, соответственно, возможности были ограниченными, появление средних машин было закономерным. Вычислительные машины этого класса обладают несколько меньшими возможностями, чем большие ЭВМ, но зато им присуща и более низкая стоимость. Они предназначены для использования всюду, где приходится постоянно обрабатывать достаточно большие объемы информации с приемлемыми временными затратами. В настоящее время трудно определить четкую грань между средними ЭВМ и большими с одной стороны и малыми — с другой. К средним могут быть отнесены некоторые модели ЕС ЭВМ, например: ЕС- 1036, ЕС-1130, ЕС-1120. За рубежом средние ЭВМ выпускают фирмы IBM (International Business Machinary), DEC (Digital Equipment Corporation), Hewlett Packard, COMPAREX и др. составляют самый многочисленный и быстроразвивающийся класс ЭВМ. Их популярность объясняется малыми Малые ЭВМ например, 3 размерами, низкой стоимостью (по сравнению с большими и средними ЭВМ) и универсальными возможностями. Класс мини-ЭВМ появился в 60-е годы (12-разрядная ЭВМ PD5-5 фирмы DEC). Их появление было обусловлено развитием элементной базы и избыточностью ресурсов больших и средних ЭВМ для ряда приложений. Для мини-ЭВМ характерно представление данных с узким диапазоном значений (машинное слово — 2 байта), использование принципа магистральности в архитектуре и более простое взаимодействие человека и ЭВМ. Такие машины широко применяются для управления сложными видами оборудования, создания систем автоматизированного проектирования и гибких производственных систем. К мини-ЭВМ относятся машины серии PDP (затем VAX) фирмы DEC и их отечественные аналоги — модели семейства малых ЭВМ (СМ ЭВМ). При переходе от схем с малой и средней степенями интеграции к интегральным микросхемам с большой и сверхбольшой степенями интеграции оказалось возможным создание на одной БИС или СБИС функционально законченного устройства обработки информации, выполняющего функции процессора. Такое устройство принято называть микропроцессором. Изобретение микропроцессора привело к появлению еще одного класса ЭВМ — микро-ЭВМ. Определяющим признаком микро-ЭВМ является наличие одного или нескольких микропроцессоров. Создание микропроцессора не только изменило центральную часть ЭВМ, но и привело к необходимости разработки малогабаритных устройств ее периферийной части. Микро-ЭВМ, благодаря малым размерам, высокой производительности, повышенной надежности и небольшой стоимости нашли широкое распространение во всех сферах народного хозяйства и оборонного комплекса. С появлением микропроцессоров и микро-ЭВМ становится возможным создание так называемых интеллектуальных терминалов, выполняющих сложные процедуры предварительной обработки информации. Успехи в развитии микропроцессоров и микро-ЭВМ привели к появлению персональных ЭВМ (ПЭВМ), предназначенных для индивидуального обслуживания пользователя и ориентированных на решение различных задач неспециалистами в области вычислительной техники. Все оборудование персональной ЭВМ размещается в пределах стола. ПЭВМ, выпускаемые в сотнях тысяч и миллионах экземпляров, вносят коренные изменения в формы использования вычислительных средств, в значительной степени расширяют масштабы их применения. Они широко используются как для поддержки различных видов профессиональной деятельности (инженерной, административной, производственной, литературной, финансовой и др.), так и в быту, например для обучения и досуга. Персональный компьютер позволяет эффективно выполнять научно- технические и финансово-экономические расчеты, организовывать базы данных, подготавливать и редактировать документы и любые другие тексты, обрабатывать графическую информацию и т. д. Выполнение многих из указанных функций поддерживается многочисленными эффективными универсальными функциональными пакетами программ. На основе ПЭВМ создаются автоматизированные рабочие места (АРМ) для представителей разных профессий (конструкторов, технологов, административного аппарата и др.). вести делопроизводство, 4 С устройством компьютера вы уже знакомились на уроках информатики в более младших классах и выяснили, что компьютер выполняет такие же функции по работе с информацией как и человек. У компьютера есть для этого определённые устройства ввода, вывода, хранения и преобразования информации. Сегодня познакомимся с тем, как устроен системный блок и какими характеристиками обладают входящие в него устройства. Описание устройства и принципов работы компьютера, достаточное для пользователя и программиста называют архитектурой ЭВМ. Архитектура не включает в себя конструктивных подробностей устройства машины, электронных схем. Эти сведения нужны конструкторам, специалистам по наладке и ремонту ЭВМ. К архитектуре относится именно логическое построение вычислительных средств, без учета конкретных деталей их реализации. Схема устройства компьютера впервые была предложена в 1946 году американским ученым Джоном фон Нейманом. Дж. фон Нейман сформулировал основные принципы работы ЭВМ, которые во многом сохранились и в современных компьютерах 1. Принцип программного управления. Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определённой последовательности. 2. Принцип адресности. Основная память состоит из понумерованных ячеек; процессору в определенный момент времени доступна одна любая ячейка с определенным адресом. 3. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. В основу архитектуры современных ПК положен магистрально- модульный принцип. Модульность позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости её модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами. К магистрали, которая представляет собой три различные шины, подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные которые устройства ввода, вывода и хранения информации. 5 обмениваются информацией в форме последовательностей нулей и единиц, реализованных электрическими импульсами. Многие необходимые дополнительные устройства интегрированы в современные материнские (системные) платы: сетевая карта, внутренний модем, сетевой адаптер беспроводной связи Wi-Fi,звуковая плата и т.д. Раньше эти устройства подключались к материнской плате с помощью слотов расширения и разъемов. Важнейшей частью материнской платы является чипсет, который во многом определяет архитектуру современного ПК. Современные компьютеры содержат две основные большие микросхемы чипсета:  контроллер-концентратор памяти, или Северный мост, который обеспечивает работу процессора с оперативной памятью и с видеоподсистемой;  контроллер - концентратор ввода/вывода, или Южный мост, обеспечивающий работу с внешними устройствами. Между Северным мостом и процессором данные передаются по системной шине. Обмен данными между Северным мостом и оперативной памятью производится по шине памяти. По   мере   усложнения   графики   приложений   требования   к   быстродействию   шины, связывающей видеопамять с процессором и оперативной памятью, возрастают. В настоящее время   для   подключения   видеоплаты   к   Северному   мосту   все   большее   распространение получает шина PCI Express (ускоренная шина взаимодействия периферийных устройств). К видеоплате с помощью аналогового разъема VGA или цифрового разъема DVI подключается электронно­лучевой или жидкокристаллический монитор или проектор.  Устройства внешней памяти (жесткие диски, CD- и DVD-дисководы) подключаются к Южному мосту по шине SATA (последовательная шина подключения накопителей). Для   подключения   принтеров,   сканеров,   цифровых   камер   и   других   периферийных устройств   обычно   используется  шина   USB  (универсальная   последовательная   шина).   Эта шина   обеспечивает   подключение   к   компьютеру   одновременно   до   127   периферийных устройств. Схема материнской платы 6 Современные   программы   и   приложения   предъявляют   все   большие   требования   к производительности   процессора.   На   сегодняшний   день   этот   вопрос   решается   за   счет увеличения количества ядер процессора (арифметико­логических устройств). Вместо одного ядра   процессора   используются   два,   четыре   и   более   ядер,   что   позволяет   распараллелить вычисления и повысить производительность процессора. Давайте проверим свои знания. 7 8 9 10 Лекция № 2. Тема занятия: Тема 1.2. Виды вычислительных сетей. Цели   занятия: Обучающая:  познакомить   курсантов   с   основными   понятиями   по   теме: Компьютерные  сети;  развитие познавательного интереса, логического мышления; развитие памяти,   внимательности.  Развивающая:  воспитывать   интерес   к   структуре   компьютерных сетей.  Воспитательная:  воспитывать добросовестное отношение к труду, инициативность, уверенность в своих силах. 1. Основные определения и термины. Сеть  –   это   совокупность   объектов,   образуемых   устройствами     передачи     и обработки   данных.   Международная     определила вычислительную  сеть  как  последовательную   бит­ориентированную   передачу информации между связанными друг с другом независимыми устройствами.   стандартизации     организация     по   Сети обычно  находится  в  частном  ведении  пользователя  и  занимают некоторую территорию и по территориальному признаку разделяются на:   Локальные     вычислительные     сети     (ЛВС)     или     Local     Area     Network     (LAN), расположенные   в   одном   или   нескольких   близко     расположенных     зданиях.     ЛВС обычно     размещаются     в       рамках       какой­либо       организации       (корпорации, учреждения), поэтому их называют корпоративными.  Распределенные   компьютерные   сети,   глобальные   или   Wide   Area   Network   (WAN), расположенные     в     разных     зданиях,     городах     и     странах,     которые     бывают территориальными,     смешанными     и     глобальными.     В     зависимости     от     этого глобальные   сети   бывают   четырех   основных   видов:     городские,     региональные, национальные и  транснациональные.  В  качестве  примеров  распределенных    сетей очень большого масштаба можно  назвать:  Internet,  EUNET,  Relcom,    FIDO. В состав сети в общем случае включается следующие элементы:   сетевые компьютеры (оснащенные сетевым адаптером);  каналы   связи   (кабельные,   спутниковые,     телефонные,     цифровые,     волоконно­ оптические, радиоканалы и др.);  различного рода преобразователи сигналов;  сетевое оборудование. 2. Виды сетей. Различают два понятия сети: коммуникационная сеть и информационная сеть. Коммуникационная   сеть  предназначена   для     передачи     данных,     также     она   сети выполняет   задачи,   связанные   с   преобразованием   данных.   Коммуникационные   различаются по типу используемых физических средств соединения. Информационная   сеть  предназначена   для   хранения   информации   и   состоит   из информационных систем. На базе коммуникационной сети   может   быть   построена группа информационных сетей. Под   информационной   системой   следует   понимать   систему,   которая   является поставщиком или потребителем информации. Компьютерная   сеть   состоит   из   информационных   систем   и   каналов   связи.   Под информационной  системой  следует  понимать   объект,   способный осуществлять  хранение, обработку   или   передачу     информация.     В     состав информационной системы входят: компьютеры,   программы,   пользователи   и     другие   составляющие,   предназначенные   для процесса   обработки   и     передачи     данных.     В   дальнейшем     информационная     система, предназначенная  для   решения   задач пользователя, будет называться – рабочая станция (client).  Рабочая  станция в  сети  отличается  от  обычного  персонального  компьютера  (ПК) наличием сетевой карты (сетевого адаптера), канала для   передачи   данных   и   сетевого программного обеспечения.  11 Под каналом связи следует понимать  путь  или  средство,  по  которому передаются сигналы. Средство передачи  сигналов  называют  абонентским,  или физическим, каналом. Каналы   связи   (data   link)   создаются   по   линиям   связи   при   помощи   сетевого оборудования  и  физических  средств  связи.   Физические   средства   связи построены на   или   эфира.   Между основе   витых   пар,   коаксиальных   кабелей,   оптических   каналов   взаимодействующими   информационными   системами     физические   каналы коммуникационной сети и узлы  коммутации  устанавливаются  логические каналы.   через   Логический канал – это путь для передачи данных  от  одной  системы  к другой. Логический   канал   прокладывается   по   маршруту   в   одном     или     нескольких   физических каналах. Логический канал можно   охарактеризовать,   как   маршрут, проложенный через физические каналы и узлы коммутации.  Информация   в   сети   передается   блоками   данных   по   процедурам   обмена   между объектами.   Эти   процедуры   называют   протоколами   передачи   данных.  Протокол  –   это совокупность правил, устанавливающих формат и процедуры обмена информацией между двумя или несколькими устройствами. Компьютерные   сети   представляют   собой   вариант     сотрудничества     людей     и компьютеров, обеспечивающего  ускорение  доставки  и  обработки  информации. Объединять компьютеры в сети начали более 30 лет  назад.  Когда  возможности компьютеров выросли и ПК стали доступны каждому, развитие сетей  значительно  ускорилось.  Соединенные в сеть компьютеры     обмениваются     информацией     и     совместно   используют   периферийное оборудование и устройства хранения  информации. С   помощью   сетей   можно   разделять   ресурсы   и   информацию.   Ниже     перечислены основные задачи, которые решаются   с   помощью   рабочей   станции   в   сети,   и которые трудно решить с помощью отдельного компьютера. Компьютерная сеть позволит совместно использовать  периферийные  устройства, включая:   принтеры;  плоттеры;   дисковые накопители;   приводы CD­ROM;   дисководы;   стримеры;   сканеры;   факс­модемы; Компьютерная сеть позволяет совместно использовать информационные ресурсы:   каталоги;   файлы;   прикладные программы;   игры;   базы данных;   текстовые процессоры. Компьютерная сеть позволяет работать с   многопользовательскими   программами, обеспечивающими  одновременный  доступ  всех  пользователей  к  общим  базам данных с блокировкой файлов и записей,  обеспечивающей  целостность  данных.  Любые программы, разработанные для стандартных  ЛВС,  можно  использовать  в других   сетях.   Совместное   использование   ресурсов   обеспечит   существенную   экономию средств  и времени. Например, можно  коллективно  использовать  один  лазерный  принтер вместо   покупки     принтера     каждому     сотруднику     или     беготни     с     дискетами     к единственному принтеру при отсутствии сети. Организация электронной почты. Можно использовать ЛВС как почтовую службу  и рассылать служебные записки, доклады и сообщения другим пользователям. Архитектура сетей 12 3. Архитектура сетей. Архитектура   сети  определяет   основные   элементы   сети,     характеризует     ее   общую логическую       организацию,       техническое       обеспечение,       программное   обеспечение, описывает     определяет   принципы функционирования и интерфейс пользователя.   кодирования.     Архитектура     методы     также   В данном курсе будет рассмотрено три вида архитектур:  архитектура терминал – главный компьютер;  одноранговая архитектура;  архитектура клиент – сервер. Архитектура терминал – главный  компьютер  (terminal  –  host  computer architecture) – это концепция информационной сети, в которой  вся  обработка данных осуществляется  одним или группой главных компьютеров. Рассматриваемая архитектура предполагает два типа оборудования:   Главный  компьютер,  где  осуществляется  управление  сетью,  хранение  и   обработка данных.  Терминалы,   предназначенные   для   передачи     главному     компьютеру     команд     на организацию сеансов и выполнения заданий,  ввода  данных  для  выполнения заданий и получения результатов. Главный     компьютер     через       мультиплексоры       передачи       данных       (МПД) взаимодействуют с терминалами. Классический  пример  архитектуры  сети  с  главными  компьютерами   – системная сетевая архитектура (System Network Architecture – SNA). Одноранговая   архитектура  (peer­to­peer   architecture)     концепция информационной сети, в которой ее ресурсы рассредоточены по   всем   системам. Данная архитектура характеризуется тем, что в ней все системы равноправны.    это     –   К одноранговым сетям относятся малые сети, где любая   рабочая   станция может выполнять одновременно функции файлового сервера и рабочей станции.   В одноранговых ЛВС дисковое пространство и файлы  на  любом  компьютере  могут быть общими.  Чтобы ресурс   стал   общим,   его   необходимо   отдать   в   общее пользование,   используя   службы удаленного  доступа  сетевых   одноранговых операционных систем. В зависимости от того, как  будет  установлена  защита данных, другие пользователи смогут пользоваться файлами сразу  же  после  их создания. Одноранговые ЛВС достаточно хороши только  для  небольших рабочих групп. Одноранговые сети имеют следующие преимущества:  ­ они легки в установке и настройке;  ­ отдельные ПК не зависят от выделенного сервера;  ­ пользователи в состоянии контролировать свои ресурсы;  ­ малая стоимость и легкая эксплуатация;  ­ минимум оборудования и программного обеспечения;  ­ нет необходимости в администраторе;  ­ хорошо подходят для сетей с  количеством  пользователей,  не  превышающим десяти.  Архитектура   клиент   –   сервер   (client­server   architecture)   –     это концепция информационной  сети,  в  которой  основная  часть  ее   ресурсов сосредоточена  в  серверах, обслуживающих   своих     клиентов. Рассматриваемая архитектура   определяет   два   типа компонентов:  серверы  и клиенты. Сервер ­ это объект, предоставляющий сервис другим объектам сети по их запросам. Сервис – это процесс обслуживания клиентов. Сети клиент – серверной архитектуры имеют следующие преимущества:   ­ позволяют организовывать сети с большим количеством рабочих станций;   безопасностью и доступом, что упрощает сетевое администрирование; ­   обеспечивают   централизованное   управление   учетными   записями   пользователей, 13 ­ эффективный доступ к сетевым ресурсам;   ­ пользователю нужен один пароль для входа в сеть и для   получения   доступа ко всем ресурсам, на которые распространяются права пользователя. Наряду с преимуществами сети клиент – серверной  архитектуры  имеют  и ряд недостатков:  ­ неисправность сервера может сделать сеть неработоспособной,  как  минимум    потерю сетевых ресурсов;  ­ требуют квалифицированного персонала для администрирования;  ­ имеют более высокую стоимость сетей и сетевого оборудования. Виды сетей. По типу используемых ЭВМ выделяют однородные и неоднородные сети. В  неоднородных сетях содержатся программно несовместимые компьютеры. По территориальному признаку сети делят на локальные и глобальные.                                     Глобальные   сети (WAN,   Wide   Area   Network)объединяют   абонентов, расположенных   друг   от   друга   на   значительных   расстояниях:   в   разных   районах   города,   в разных городах, странах, на разных континентах (например, сеть Интернет). Топология локальных сетей. Под топологией компьютерной сети обычно понимают  физическое расположение компьютеров сети относительно друг друга и способ соединения  их линиями. Топология определяет требования к оборудованию, тип используемого кабеля, методы управления обменом, надежность работы, возможность расширения сети. Существует три  основных вида топологии сети: шина, звезда и кольцо. Шина (bus),   при   которой   все   компьютеры параллельно подключаются к одной линии связи, и информация   от   каждого   компьютера одновременно   передается   ко   всем   остальным компьютерам. Согласно этой топологии создается одноранговая   сеть.   При   таком   соединении компьютеры   могут   передавать   информацию только   по   очереди,   так   как   линия   связи единственная. Звезда (star),   при   которой   к   одному   центральному   компьютеру   присоединяются остальные периферийные компьютеры, причем каждый из них использует свою отдельную линию связи. Весь обмен информацией идет исключительно через центральный компьютер, на который   ложится   очень   большая   нагрузка,   поэтому   он   предназначен   только   для обслуживания сети. 14 Кольцо (ring), при котором каждый компьютер передает информацию всегда только одному компьютеру, следующему в цепочке, а получает информацию только от предыдущего в цепочке компьютера, и эта цепочка замкнута. Особенностью кольца является то, что каждый компьютер восстанавливает приходящий к нему сигнал, поэтому затухание сигнала во всем кольце не имеет никакого значения, важно только затухание между соседними компьютерами. 15 16 Практическое занятие  № 1. Тема занятия: Виды сетей. Цели занятия: Обучающая:  развитие познавательного интереса, логического мышления; развитие   памяти,   внимательности.  Развивающая:  воспитывать   интерес   к   структуре компьютерных   сетей.  Воспитательная:  воспитывать   добросовестное   отношение   к   труду, инициативность, уверенность в своих силах. Задание №1. Ответьте на вопросы: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Указать основное назначение компьютерной сети. Указать объект, который является абонентом сети. Указать основную характеристику каналов связи. Что такое локальная сеть, глобальная сеть? Что понимается под топологией локальной сети? Какие существуют виды топологии локальной сети? Охарактеризуйте кратко топологию «шина», «звезда», «кольцо». 8. 9. 10. 11. Что такое протокол обмена? Как можно передать информацию от компьютер к Какой случай наиболее удобный? Можно ли объединить компьютеры в сеть? компьютеру? 12. Что необходимо, чтобы сеть работала? Задание №2. Определение общих ресурсов компьютера. Для этого:    В операционной системе Windows найти на рабочем столе значок Сеть. Открыть папку, где будут видны все компьютеры, которые подключены в одну сеть. В данном окне появятся все компьютеры, которые подключены к сети. Открыть один из них. Посмотреть ресурсы компьютера, которыми можно  воспользоваться. Такие ресурсы называются общими.   Задание № 3. Предоставить доступ для пользователей локальной  сети к папке на своем компьютере, подключенном к  локальной сети. Для этого:  В операционной системе Windows открыть  окно папки Компьютер и на одном из дисков С:  или D: создать свою папку. Назвать ее номером  своей группы. Щелкнуть правой кнопкой мыши по значку     папки и в контекстном меню папки выберите  команду Общий доступ. В появившемся диалоговом окне  Дополнительный общий доступ установить  флажок Открыть общий доступ к этой папке. Если все правильно сделано, то на диске (у  17 вашей папки) появится значок, который  показывает, что папка является общей. Задание №4. Осуществить проверку возможности доступа к ресурсам компьютеров,  подключенных к локальной сети. Для этого:  Щелкнуть по значку Сеть, в окне появится список компьютеров, подключенных к   локальной сети (смотри задание 1.) Открыть свой компьютер и внимательно посмотреть: какие из ресурсов доступны  пользователям. Если название Вашей папки есть в перечне, то все сделано правильно.  Задание №5. Максимальная скорость передачи данных в локальной сети 100 Мбит/с.  Сколько страниц текста можно передать за 1 сек, если 1 страница текста содержит 50 строк и на каждой строке ­ 70 символов? Творческое задание 1. • У вас в компьютерном классе находится девять компьютеров. Придумайте различные способы соединения их в сеть. • Нарисуйте рисунки. • Найдите способ, обеспечивающий самый короткий маршрут передачи информации между любыми двумя абонентами. Обобщение: 1. Последовательное, по общей шине - все компьютеры подключены к одному кабелю 2. Последовательное кольцом - каждый компьютер, соединён друг с другом, сигнал, несущий информацию идёт по кругу . 3. Соединение звездой - используется отдельный кабель для каждого компьютера, проложенный от центрального устройства. 4. Древовидное соединение - имеется один центральный сервер для всей сети и несколько файловых серверов для разных рабочих групп. 18 Практическое занятие  № 2. Тема занятия: Топология сетей. Цели занятия: Обучающая:  развитие познавательного интереса, логического мышления; развитие   памяти,   внимательности.  Развивающая:  воспитывать   интерес   к   структуре компьютерных   сетей.  Воспитательная:  воспитывать   добросовестное   отношение   к   труду, инициативность, уверенность в своих силах. Задание 1. Создайте на локальном диске Z аудитории папку под именем Почта_1 (цифра в имени соответствует номеру вашего компьютера). С   помощью   текстового   редактора Word или WordPad создайте   письмо   к одногруппникам. Сохраните данный текст в папке Почта_1 своего компьютера в файле письмо1.doc, где 1 – номер компьютера. Откройте папку другого компьютера, например, Почта_2 и скопируйте в него файл письмо1 из своей папки Почта_1. В   своей   папке   Почта_1   прочитайте   письма   от   других   пользователей,   например письмо2. Допишите в них свой ответ. Переименуйте файл письмо2 .doc в файл письмо2_ответ1.doc Переместите файл письмо2_ответ1.doc в папку Почта _2 и удалите его из своей папки Далее повторите п.2­4 для других компьютеров. Прочитайте сообщения от других пользователей в своей папке и повторите для них действия п.5­8. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.   Задание 2. Решите задачу. Максимальная скорость передачи данных в локальной сети 100 Мбит/с. Сколько страниц текста можно передать за 1 сек, если 1 страница текста содержит 50 строк и на каждой строке ­ 70 символов.   3. Контрольные вопросы 1. Укажите основное назначение компьютерной сети. 2. Укажите объект, который является абонентом сети. 3. Укажите основную характеристику каналов связи. 4. Что такое локальная сеть, глобальная сеть? 5. Что понимается под топологией локальной сети? 6. Какие существуют виды топологии локальной сети? 7. Охарактеризуйте кратко топологию «шина», «звезда», «кольцо». 8. Что такое протокол обмена? 9. Для чего нужны компьютерные сети? (Для обмена информацией и совместного её использования). 10. Как классифицируются компьютерные сети по способу взаимодействия компьютеров? (одноранговые и клиент- серверные). 11. Что такое топология сети? (схема соединения компьютеров каналами связи). 19 12. 13. Какие виды кабелей используются для соединения компьютеров в сети? (витая пара, коаксиальный, оптоволоконный). К какому типу сети относится локальная сеть в нашем кабинете? (одноранговая сеть). 20 4. Письменно ответьте на вопросы Для чего нужны 1. компьютерные сети? 2. Как классифицируются компьютерные сети по способу взаимодействия компьютеров? 3. Что такое топология сети? 4. Какие виды кабелей используются для соединения компьютеров в сети? 5. К какому типу сети относится локальная сеть в нашем кабинете? 21 Практическое занятие  № 3. Тема занятия: Работа в локальной сети, резервирование. Цели занятия: Обучающая:  развитие познавательного интереса, логического мышления; развитие   памяти,   внимательности.  Развивающая:  воспитывать   интерес   к   структуре компьютерных   сетей.  Воспитательная:  воспитывать   добросовестное   отношение   к   труду, инициативность, уверенность в своих силах. 1.ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗАДАНИЕ (1 вариант): Подготовить проект сети с выделенным сервером для кабинета 310. Рис. 1. Количество компьютеров Преподаватель – 1 Курсант – 12 2.Функциональная модель процесса проектирования сети Отдел обеспечивает сохранность МПЗ и оптимизацию деятельности по обеспечению производственных   и   управленческих   процессов   необходимыми   материальными   ресурсами. Прием,   хранение,   отпуск   и   учет   материальных   запасов   на   складе   возлагаются   на соответствующие  должностные  лица  (заведующего  складом,  кладовщиков),  которые  несут ответственность за правильное и своевременное оформление операций по приему и отпуску, а также обеспечивают сохранность и учет вверенных им запасов. С указанными должностными лицами заключаются договоры о полной материальной ответственности в соответствии с законодательством РФ. 22 MS Access MS Excel MS Word Преподаватель №310 Курсанты Рис.2 База данных Электронные таблицы Текстовый документ 3.Технико­экономическое обоснование разработки сети В   кабинете   №   310   проводится   обучение   курсантов   компьютерным   дисциплинам, связанным с графической работой, созданием текстовых документов и базами данных. Для быстрого   обмена   информации   с   сервера   на  ПК  одного   из   студентов   или   наоборот,   было предложено установить локальную сеть с выделенным сервером. Совместная обработка информации пользователями (совместное использование 1. файлов). 2. 3. 4. Централизованное резервное копирование всех данных. Контроль за доступом к важным данным. Совместное использование оборудования и программного обеспечения. Рис.1 23 Рис. 3. Проектирование структурной схемы сети 5. Перечень функций пользователей сети Таблица 1 1.  Пользователь 2.  Администратор 3.  Курсант 4.  Преподаватель 5.  1.  Выполняемые функции 2.  Имеет   все   права   на   работу   с   компьютером.   Он настраивает   и   ремонтирует   все   проблемы компьютера. 3.  Выполняет   выданные   практические   работы,   не списывать,  следовать   правилам  установленными  в компьютерном   классе,   не   обмениваться   готовыми работами по ЛС.  4.  Выдает   практические   задания   курсантам   для выполнения   той   или   иной   задачи.   В   процессе выполнения   работ,   преподаватель   подходит   к курсантам   и   помогает   им   в   заданиях. Преподаватель контролирует работы компьютеров для бесперебойной работы курсантом. 6. Разработка конфигурации сети Сеть   будет   проектироваться   на   базе   стандарта  Ethernet  10/100  Base­T.Применение этого стандарта позволяет относительно простыми средствами добиться стабильной работы сети.   Режим  и   безопасность   доступа,  хранения  и   обмена  информацией  по  сети   в  данном случае   требует   выделения   для   этих   целей   сервер,   поэтому   нужно   организовать   сеть   с выделенным сервером. 1.  Компонент/характеристика 2.  Топология 3.  Линия связи 4.  Сетевые адаптеры 5.  Коммуникационное оборудование 1.  Реализация 2.  Звезда 3.  Неэкранированная   витая   пара категории 5е  4.  Ethernet 10/100 Base­T 5.  КоммутаторEthernet 10/100 Base­ T Таблица 2 6.  Управление использованием ресурсов совместным 6.  Все   компьютеры   подчиняются одному серверу.     7.  Совместное использование периферийных устройств 8.  Поддерживаемые приложения   7.  Подключение сетевых принтеров через   компьютеры   к   сетевому кабелю. Управление очередями к принтерам   осуществляется   с помощью программного обеспечения 8.  Организация коллективной работы   в   среде   электронного документооборота,   работа   с базой   данных   и   графическими программами.   7. Выбор сетевых компонентов 24 При   выборе   сетевых   компонентов   необходимо   придерживаться   следующих   общих требований: поскольку в данной сети все компьютеры равноправны, то они должны обладать хорошим быстродействием, чтобы обеспечить работу всех сетевых служб и приложений в реальном времени без заметного замедления работы; жесткие диски компьютеров должны быть максимально надежными для того, чтобы   обеспечить   работу   всех   сетевых   служб   и   приложений   безопасность   и   целостность хранимых данных;  сетевые принтеры должны устанавливаться в зависимости от местоположения    пользователей, активно использующих их коммутатор, являющийся центральным устройством данной сети необходимо располагать в легкодоступном месте, чтобы можно было без проблем подключать кабели и следить за индикацией. Спецификация сети составлена на основе прайс­листа торговой компании «Бизнес­ Техника». Конфигурация компьютеров приведена в следующей таблице: 1.  Наименование товара 1.  Кол­во, 1.  Цена   за 1.  Сумма Таблица 3 2.  Монитор   Samsung   SyncMaster 723N   (17",   1280x1024,   800:1,   300 кд/м2,   d­Sub, серебристый) [723N AKS/KSU]   170/160,   5ms, 3.  Системная   плата  ASUS  (G41, LGA775,   1333MHz,  Dual  DDR2, PCIEx16,  Video,  LAN1Gb,  mATX) [P5QPL­AM] 4.  Pentium   DC   E5400   (2.70   GHz, LGA775, 2MB L2 Cache, 800 MHz FSB,   EM64T,   ESS,   XD,ОЕM) [AT80571PG0682M] 5.  HDD SEAGATE Barracuda 7200.10 [ST3250310AS]   250   Gb   (S­ ATA/300, 7200 rpm, 8 Mb, NCQ)  6.  Модуль  памяти  1024MB   DDRII­ 800   PC6400   SDRAM   DIMM Transcend / Kingston 7.  Корпус InWin C720BS (MidiTower,  Audio, [IW­ ATX,   450   Вт, серебристо­черный) C720BS/S450T7]  USB,   8.  FDD (1.44 MB, 3.5", серебристый) 9.  DVD­E818A2   (U­ATA,  белый) [DVD­E818A2]   A4Tech 10.  (mini,   USB, серебристо­черная) [KL­5 BS] 11.  О ИТОГ шт. 2.  11 ед., руб руб 2.  5 535 2.  60885 3.  11 3.  2070 3.  22770 4.  11 4.  2565 4.  310365 5.  11 6.  11 7.  11 8.  11 9.  11 10.  11 11.  5.  1 500 5.  16500 6.  915 6.  10065 7.  1 995 7.  21945 8.  315 9.  585 10.  240 11.  15720 8.  3465 9.  6435 10.  2640 11.  455070 Характеристики периферийного оборудования приведены в следующей таблице: 25 1.  Наименование товара 1.  Кол­во, шт. 1.  Цена   за ед., руб 2.  Коммутатор  D­Link  DGS­1008D 2.  1 2.  1350 (UTP, 8x 10/100/1000) 3.  Кабель  UTP 3.  90 (Alcatel/Nexans,категория 5е) 4.  Коннектор RJ­45 (категория 5)  5.  Розетка   настенная  RJ­45  Heperline категория 5 (двойная) 6.  Клещи для обжима разъемов в RJ­45 (AESP, HT­2198) 7.  ИТОГО 4.  12  5.  3 6.  2 7.  3.  9,5 4.  8 5.  90 6.  450 Таблица 4 1.  Сумма руб 2.  1350 3.  855 4.  96 5.  270 6.  900 1.  1 907,5 7.  3 471 Характеристики периферийного оборудования приведены в следующей таблице: 1.  Наименование товара 2.  Принтер  Hewlett   Packard   LaserJet P1005   (A4,   1200dpi,   14   ppm,   2Mb, USB 2.0) [CB410A] 3.  Сканер  Hewlett   Packard   ScanJet G2410   (A4,   1200x1200dpi,   48   bit, USB) [L2694A] 4.  Итого Таблица 5 1.  Кол­во, 1.  Цена   за 1.  Сумма шт. 2.  1 ед., руб 2.  4350 руб 2.  4350 3.  1 3.  2565 3.  2565 4.  1.  6915 4.  6915 Характеристики программного обеспечения приведены в следующей таблице: 1.  Наименование товара 2.  Windows   7   Professional   32­bit Russian (лицензия) [FQC­00790] 3.  Office Professional 2007 Win32 Rus (Word,   Exel,   PowerPoint,   Outlook, Publisher,   Access),   OEM,  лицензия [269­13752] 4.  Антивирус Касперского 2010 (DVD   лицензия   на   2   ПК,   мес.) коробка, подписка на [KL1131RXBFS]     12 Таблица 6 1.  Кол­во, шт. 2.  11 1.  Цена   за ед., руб 2.  4565 1.  Сумма руб 2.  50215 3.  11 3.  11116 3.  122276 4.  6 4.  1200 4.  7200 5.  ИТОГО 5.  1.  16881 5.  179691 Общая сумма затрат составляет 645 147рублей. Наладка, монтаж и пуск сети составляет 34 250 рублей. 8. Планирование информационной безопасности 26 Приведем   список   угроз   информационной   безопасности   в   рамках   проектируемой локальной сети:    неквалифицированное вмешательство в систему; несчастный случай : пожар, кража и т. д.; отказы   источников   питания,   отключение   электроэнергии,   перепады напряжения;   отказы компонентов системы; природные явления и катаклизмы; 27 1.  Название группы 1.  Внутренние ресурсы 1.  Уровни   доступа внутренним ресурсам   к 2.  Администрато 2.  Все   сетевые ры (Преподавате ли) ресурсы 3.  Разработчики 3.  Базы данных разрабаты­ ваемых документов 4.  Студенты 4.  Работа   в определенны х программах 2.  Права   администратора   в каталогах, в т.ч, изменение уровня и прав доступа 3.  Создание,   чтение   файлов, запись   в   файл,   создание подкаталогов   и   файлов, удаление каталогов, поиск файлов, изменение каталогов   4.  Ограничение   доступа   к системным   файлам   и папкам (по   необходимости) Таблица 7   1.  Доступ   Internet электронная почта в и 2.  Все   сетевые ресурсы 3.  Все   сетевые ресурсы 4.  Ограничение пользования Internet 9. Расчет капитальных вложений и эксплуатационных расходов 1.  № 1.  Статья расходов 1.  Наименование 1.  Значение Таблица 8 2.  Затраты на обучения персонала 3.  Цена   оборудования   2.  Роб 3.  Цоб 2.  3 000 3.  679 424 программного наладка, монтаж и пуск сети   и обеспечения, 4.  Норма амортизации 5.  Стоимость расходных материалов 4.  а 5.  Цп для принтера 6.  Цена 1 Квт.* ч электроэнергии 7.  Мощность ЭВМ 8.  Мощность принтера 9.  Мощность UPS 10.  Время работы ЭВМ в сутки 11.  Время   работы   принтера   в сутки 6.  Цэн 7.  Nэвм 8.  Nпр 9.  Nups 10.  Tэвм 11.  Тпр 12.  Время работы UPS в сутки 12.  Тэвм 4.  12 % 5.  2 430 6.  1,50 7.  350 Вт 8.  300 Вт 9.  650 Вт 8 ч 10.  11.  12.  8 ч 8 ч 2.  1 3.  2 4.  3 5.  4 6.  5 7.  6 8.  7 9.  8 10.  9 11.  10 12.  11 Капитальные вложения при внедрении сети рассчитываются по формуле  К = Као+ Кпо + Кпл + Кмн + Кпп В данном случае Као + Кпо = 645 174руб., Кпл =0, Кмн = 34 250руб., Кпп=0. Тогда, К = Као + Кпо + Кмн = 679 424руб. 28 Эксплуатационные расходы определяются формулой  Рэ = Рзп + Ротч + Рнакл + Рао + Рэл + Ррм + Роб + Раб Исходные   данные   для   расчета   сведены   в   таб.8,   обслуживание   сети   будет осуществляться собственными силами, поэтому Рзп = 0, Ротч = 0,Рнакл = 0. Рао = Цоб*а/100=679 424*0,12 = 81 530,88руб. Рэл = N *Рд* Цен = (350*6+300*2+650*6)/1000*250*8*1,5 =19 500руб. где Цен = 1,5руб., D =250дней, Fд = 8часов, N – мощность оборудования. Ррм = Цп*m = 1 500*2 = 3 000руб. Рэ = 81 530,88 + 19 500 + 3 000 + 3 000 = 107 030,88руб. в год. 29