Вычислительные системы сети и телекоммуникации лекции

Вычислительные системы, сети и телекоммуникации

Краткая историческая справка. Компьютер фон Неймана. Потоки информации в ЭВМ. Данные, типы элементарных данных. Структуры данных и структурированная память. Виды памяти и ее характеристики. Процессор. Мультипроцессорность. Мультизадачность, разделение времени. Реальное время. Операционные системы.

УЧЕБНЫЕ ПОСОБИЯ

1. Попов Ф.А. Вычислительные машины: общие принципы построения и архитектуры: Учебное пособие по части курса «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации» для студентов специальности 080801. Алт. гос. техн. ун-т., БТИ. – Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2006. – 151 с. 2. Попов Ф.А., Гондурова Ю.В. Локальные вычислительные сети: Учебное пособие по части курса «Вычислительные машины, сети и системы телекоммуникаций» для студентов специальности 351400.Алт. гос. техн. ун-т., БТИ. – Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2005. – 83 с.

КРАТКАЯ

Периоды создания и развития вычислительной техники

В истории развития вычислительных машин различают домеханический, механический, электрический и электронный периоды .

Домеханический период

Знаменательным событием в области усовершенствования инструментального счета было изобретение логарифмов. В 1614 г. шотландский математик Джон Непер (1550−1617 гг.) опубликовал трактат «Описание удивительных таблиц логарифмов» — первое руководство по вычислениям с помощью логарифмов. Открытие логарифмов послужило основой для создания логарифмической линейки, появление которой относят к началу XVII века. Первые логарифмические линейки были изобретены в Англии. Почти 3,5 столетия логарифмическая линейка господствовала среди всех счетных средств.

Механический период

Биографии механических вычислительных машин ведутся от машины восемнадцатилетнего французского математика и физика Блеза Паскаля (1623 — 1662 гг.). Первую модель вычислительной машины, которая могла выполнять арифметические операции сложения и вычитания, он создал в 1642 г. В 1645 г. арифметическая машина «Паскалина», или «Паскалево колесо», получает законченный вид. До настоящего времени сохранилось восемь его машин. Одна из них находится в Музее искусств и ремесел в Париже, где собрана полная коллекция математических инструментов. Первая счетная машина, которая механически производила сложение, вычитание, умножение и деление была изобретена в 1670 г. великим немецким математиком, физиком, философом и изобретателем Готфридом Вильгельмом Лейбницем (1646 — 1716 гг.). Машина получила название арифмометр , ее окончательный вариант был завершен в 1710 г. В XIX веке было сделано много открытий в области физики, станкостроения и автоматизации производства, которые положили начало интенсивному развитию вычислительной техники. В 1801 — 1804 гг. французский изобретатель Ж.М. Жаккар впервые использовал перфокарты для управления автоматическим ткацким станком.

Самым значительным событием XIX века в области создания вычислительной техники стал проект разностной машины английского математика Чарльза Бэббиджа (1791 — 1871 гг.), впервые в истории высказавшего идею создания вычислительных машин с программным управлением. Работать над машиной Ч. Бэббидж начал в 1812 г., к 1822 г. он построил небольшую действующую разностную машину и рассчитал на ней таблицу квадратов. Но более совершенную машину изготовить не удалось, поскольку в то время развитие техники находилось на недостаточно высоком уровне. Совершенствуя разностную машину, ученый увидел возможность создания нового устройства, способного выполнять сложные вычислительные алгоритмы. В 1833 г. он приступил к работе над машиной, которую назвал аналитической . Она должна была отличаться большей скоростью и иметь более простую конструкцию, чем разностная машина. Аналитическая машина состояла из трех основных блоков: устройства для хранения чисел и системы, которая передает эти числа от одного узла машины к другому ( склад ); устройства, позволяющего выполнять арифметические операции ( фабрика ); устройства для управления последовательностью действий машины. В конструкцию аналитической машины входило также устройство для ввода исходных данных и печати полученных результатов, т. е. ввод- вывод. Предполагалось, что машина будет действовать по программе, которая задавала бы последовательность операций и последовательность передач чисел со склада на фабрику и обратно.

1841 г. занялась изучением аналитической машины

Ч. Бэббиджа Ада Августа Байрон (1815-1852 гг.), по мужу Лавлейс. А. Лавлейс разработала первые программы для аналитической машины, заложив тем самым теоретические основы программирования. Она впервые ввела понятие цикла операции. Ей принадлежат некоторые термины, употребляемые программистами и сейчас, например, рабочие ячейки . В единственном своем труде – в «Комментариях» она высказала важную мысль о том, что аналитическая машина может решать такие задачи, которые из-за трудности вычислений невозможно решить вручную. Так впервые машина была рассмотрена не только как механизм, заменяющий человека, но и как устройство, способное выполнить работу, превышающую возможности человека. В наши дни А. А. Лавлейс по праву называют первым программистом в мире.

Крупнейший русский математик и механик П.Л. Чебышев создает в 1878 г. арифмометр, выполнявший суммирование и вычитание. В 1881 г. он изобрел приставку к своему прибору для умножения и деления. В 1880 г. петербургский инженер В.Т. Однер создает в России усовершенствованный арифмометр; в 1890 г. он налаживает массовый выпуск арифмометров, нашедших применение во всем мире. Данные в арифмометр вводились вручную, а привод осуществлялся вращением рукоятки. Простота работы с арифмометрами и надежность сделали их популярными. Их модификация «Феликс» выпускалась в СССР до 50-х годов XX века.

Источник

Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Лекция 1 Основные понятия вычислительных систем

Использование передовых технологий в области электроники и техники связи позволило по-новому организовать многие виды систем обработки информации. Главной особенностью при этом является объединение в одну систему большого количества сложноорганизованных и интенсивно взаимодействующих между собой устройств. Одним из таких способов интегрирования вычислительных ресурсов и являются вычислительные сети (ВС.). Главная цель интеграции в вычислительных сетях – передача, хранение и обработка информации. С точки зрения пользователя этой информации под ВС понимается такое соединение двух или более компьютеров, которое позволяет им разделять ресурсы друг друга.

Для классификации вычислительных сетей обычно используют следующие признаки:

• географический размер сети,
• способ разделения ресурсов,
• технологию передачи данных,
• топологию связи.

Географический размер сети

В зависимости от размера географической области, которую охватывают вычислительные сети, они подразделяются на три основных типа: локальные (LAN), региональные (MAN) и глобальные (WAN). Локальные сети (ЛВС) объединяют компьютеры в пределах небольшого физического пространства, например одного или нескольких рядом находящихся зданий. Они обслуживают пользователей, находящихся на расстоянии десятков и сотен метров друг от друга, и число этих пользователей, в самом лучшем случае, не превышает несколько тысяч человек. Такие маленькие размеры ЛВС позволяют работать на скоростях взаимодействия 10 Мбит в секунду и выше. Например, локальная сеть Fast Ethernet работает со скоростью 100 Мб/с. Существуют сети Ethernet на скоростях 1 Гб/с. Обмен информацией между устройствами ЛВС происходит с большой интенсивностью. Размер информационных блоков в разных сетях колеблется от 38 бит (сеть Cambridg Ring) до 8 Мбит в сетях с жезловым управлением. В качестве среды передачи данных в LAN часто используется витая пара, коаксиал, оптоволокно. Существуют беспроводные сети, использующие для передачи информации инфракрасное излучение или электромагнитное излучение СВЧ диапазона. Региональные сети (РВС) используют технологию глобальных сетей для объединения локальных сетей в конкретном регионе, например, городе. Они имеют много общего с LAN, например высокую скорость передачи и не очень высокий уровень ошибок в канале связи, но должны обладать возможностью передавать более широкий информационный спектр, не только данные и аудио, но и поддерживать видео-обмен. В качестве среды передачи в этом случае часто используются оптоволокно. Глобальные сети (ГВС) охватывают весь земной шар, для этого используются дополнительные средства коммуникаций – спутники, антенны т.д. Например, услуги сети Интернет доступны по всему миру. В качестве среды передачи данных часто используются телефонные линии, спутниковые системы и наземные микроволновые средства. Отличительной особенностью WAN являются невысокая скорость передачи и более высокий уровень ошибок передачи.

Источник