Сделай Сам Свою Работу на 5

Архитектура вычислительной сети





Брянский государственный технический университет

Кафедра: Компьютерные технологии и системы

 

Курсовой проект

 

по дисциплине «Вычислительная техника и программирование»

на тему:

 

«Разработка архитектуры вычислительного средства, его временных диаграмм, и выполнение их в программной среде OrCad для решения функции ff fff ffff »

 

 

Руководитель: Леонов Ю.А.

Студент: Кирюшин И. М.

Дата сдачи проекта «___»______________2011г.

Брянск 2011 г.

Содержание

Аннотация. 3

Введение. 4

1 . ОБЩИЙ РАЗДЕЛ.. 6

1.1. Основные понятия о компьютерных системах и информационных технологиях 6

Архитектура вычислительной сети. 6

1.2. Технические средства вычислительных систем. 16

ТВ тюнеры.. 16

2. АРИФМИТИЧЕСКИЕ И ЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭВМ.. 20

2.1. Преобразование чисел Х1 и Х2 из 16-тиричной системы счисления в двоичную и выполнение над ними вычислительных операций в двоичной системе счисления 20

2.2.Структурная схема операционного блока (ОБ) и ее компоненты для выполнения операции 24

2.3. Схема и работа ОБ и использование результата вычислений для логического умножения всех разрядов Х3 и Х4. 28



2.4. Составление временных диаграмм работы ОБ. 31

3. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОГРАММИРОВАНИЯ.. 33

3.1. Алгоритмизация процессов обработки информации. 33

Структурное тестирование программных продуктов. 33

3.2. Алгоритм поиска неисправности в ОБ. 37

Список литературы.. 40

Заключение. 41

Приложения. 42

 


Аннотация

Разработки новых технологий и методов, а так же внедрение их в структуру вычислительной техники существенно повысили работоспособность ЭВМ, так же это расширило область применения компьютеров в производственных и бытовых задачах.

Темой курсового проекта является «Разработка архитектуры вычислительного средства».

Данный курсовой проект посвящен изучению структуры и области применения информационной технологии, а так же методов тестирования программ компьютера.

В общем разделе рассматривается структура вычислительной сети, теоретические основы и область ее применения. Даются основные понятия об элементах составляющих вычислительную сеть и описан принцип действия каждого элемента. Рассматриваются технические средства вычислительных систем – ТВ – тюнеры.



Во втором разделе «Арифметические и логические основы ЭВМ» проводится перевод чисел Х1 и Х2 из 16-тиричной системы счисления в двоичную и выполнение над ними вычислительной операции вычитания в двоичной системе счисления, рассматривается схема и работа ОБ и использование результата вычислений для логического умножения всех разрядов Х3 и Х4 одновременно.

В третьем разделе «Технология программирования» описывается один из методов тестирования ПО – структурное тестирование, алгоритм поиска неисправности в ОБ, а также программное моделирование схемы ОБ и ее временных диаграмм в программной среде OrCAD.

В заключении подведен итог проведённой работы и сделаны выводы исследования проведенного в рамках курсового проекта.


Введение

В современном мире, в котором информационный поток, обрушивающийся на человека настолько велик, что людям волей приходится прибегать к помощи разнообразной техники. Сейчас трудно представить себе человека, не пользующегося телевизором и радио, компьютером и мобильным телефоном. Вся наша жизнь стала настолько от созданных нами вещей, что если бы человек вдруг лишился бы их, то долго просуществовать в этом мире он не смог бы.

Мы живем в век информации, когда области применения компьютеров непрерывно расширяются. На сегодняшний день компьютерные технологии применяются повсюду: они управляют работой кассовых аппаратов, на них разрабатываются сложные арифметические операции и т.п. Для осуществления синхронизации процессов происходящих на нескольких компьютерах используют компьютерные сети.



Компьютерные сети, называемые также вычислительными сетями, или сетями передачи данных, являются логическим результатом эволюции двух важнейших научно-технических отраслей современной цивилизации – компьютерных и телекоммуникационных технологий. С одной стороны, сети представляют собой частный случай распределенных вычислительных систем, в которых группа ком­пьютеров согласованно выполняет набор взаимосвязанных задач, обмениваясь данными в автоматическом режиме. С другой стороны, компьютерные сети мо­гут рассматриваться как средство передачи информации на большие расстояния, для чего в них применяются методы кодирования и мультиплексирования дан­ных, получившие развитие в различных телекоммуникационных системах.

Конец 90-х гг. прошлого века выявил явного лидера среди технологий локальных сетей – семейст­во Ethernet, в которое вошли классическая технология Ethernet 10 Мбит/с, а также Fast Ethernet 100 Мбит/с и Gigabit Ethernet 1000 Мбит/с. Простые алго­ритмы работы предопределили низкую стоимость оборудования Ethernet. Ши­рокий диапазон иерархии скоростей позволяет рационально строить локальную сеть, применяя ту технологию семейства, которая в наибольшей степени отвеча­ет задачам предприятия и потребностям пользователей. Важно также, что все технологии Ethernet очень близки друг к другу по принципам работы, что упрощает обслуживание и интеграцию этих сетей

Современные условия развития информационных технологий диктуют необходимость их ускоренного применения, как наиболее оперативного способа контроля, управления и обмена данными, как внутри отдельного подразделения, так и в масштабах целого производственного комплекса. В рамках этого направления требуется внедрение новых перспективных информационных технологий. Возрастающая важность проблем информатизации напрямую связана с переменами, как технологическими, так и социальными. Без информационных технологий нельзя представить ни одно современное предприятие или организацию.

Внедрение новых методов связано с развитием оптических методов, т.е. использование для передачи сигналов на различных ступенях иерархии элементов вычислительной техники оптических или гибридных (оптоэлектронных) соединений вместо обычных, менее надежных, электрических соединений. При этом в конструкции компьютера появляются новые элементы – оптоэлектронные преобразователи электрических сигналов в оптические и обратно.

Развитие компьютерных сетей происходит с большой скоростью, поэтому тема изучения архитектуры вычислительной сети является актуальной в наше время.


 

ОБЩИЙ РАЗДЕЛ

Основные понятия о компьютерных системах и информационных технологиях

Архитектура вычислительной сети

Вычислительная сеть – ВС (network) – это совокупность ЭВМ, объединённых средствами передачи данных. Средства передачи данных в ВС в общем случае состоят из следующих элементов: связных ЭВМ, каналов связи (спутниковых, телефонных, волоконно-оптических), коммутирующей аппаратуры и др.

В зависимости от удалённости ЭВМ, входящих в ВС, сети условно разделяют на локальные и глобальные.

Локальная сеть (local area network – LAN) – это группа связанных друг с другом ЭВМ, расположенных в ограниченной территории, например, в здании. Расстояния между ЭВМ в локальной сети может достигать нескольких километров. Локальные сети развёртываются обычно в рамках некоторой организации, поэтому их называют также корпоративными сетями.

Если сеть выходит за пределы здания, то такая ВС называется глобальной (wide area network –WAN). Глобальная сеть может включать в себя другие глобальные сети, локальные сети и отдельные ЭВМ.

Глобальные сети практически имеют те же возможности, что и локальные. Но они расширяют область их действия. Польза от применения глобальных сетей ограничена в первую очередь скоростью работы: глобальные сети работают с меньшей скоростью, чем локальные.

Для характеристики архитектуры локальной сети используют понятия логической и физической топологии. Физическая топология (physical topology) – это физическая структура сети, способ физического соединения всех аппаратных компонентов сети.

Существует несколько видов физической топологии. Наиболее простой является физическая шинная топология, в которой кабель идёт от ЭВМ к ЭВМ, связывая их в цепочку. Различают толстые и тонкие сети. Толстая сеть использует толстый коаксиальный кабель в качестве магистрали, от которого отходят более тонкие кабели (рис. 1.1).

В тонкой сети используется более тонкий и гибкий кабель, к которому напрямую подключены рабочий станции (рис. 1.2).

Сети, построенные по шинной топологии, более дёшевы. Однако если узлы сети расположены по всему зданию, то гораздо более удобным оказывается использование звездообразной топологии.

При физической звездообразной топологии каждый сервер и рабочая станция подключаются к специальному устройству – центральному концентратору, который осуществляет соединение пары узлов сети – коммутацию.

 

 
 

Рис. 1.1. Шинная топология – толстая сеть

Обрыв кабеля, идущего от одной рабочей станции, не повлияет на работу остальных рабочих станций. Кроме того, взаимное расположение рабочих станций совершено не важно.

Если сеть имеет много узлов, причём многие располагаются на большом удалении друг от друга, то расход кабеля при использовании звездообразной топологии будет большим. Кроме того, к концентратору можно подключить лишь ограниченное число кабелей. В таких случаях применяется распределённая звездообразная топология, при которой несколько концентраторов соединяются друг с другом (рис. 1.3).

Кроме рассмотренных видов соединений может применяться также кольцеобразная топология, при которой рабочие станции соединены в кольцо. Такая топология практически не используется для локальных сетей, но может применяться для глобальных (рис. 1.4).

Логическая топология сети определяет способ, в соответствии с которым устройства сети передают информацию от одного узла к следующему. Физическая топология не имеет прямого отношения к логической.

 

 
 

Рис. 1.3. Звездообразная топология

Различают два вида логической топологии: шинную и кольцевую.

В шинной логической топологии процесс передачи данных организован следующим образом. Если какой-либо узел сети имеет данные для другого узла, то первый узел производит «оповещение» всей сети. Все остальные узлы «слушают» сеть и проверяют, предназначены эти данные для них или нет. Если предназначены, то они оставляют их себе, если нет – игнорируют. Любые передаваемые данные «слышны» всем узлам сети. Узел, который хочет передать какие-то данные, сначала «слушает» сеть, не занята ли она. Если сеть свободна, то узел передаёт данные. Если расстояние между узлами велико, и посланный ранее кем-то сигнал ещё не успел дойти до передающего узла, то может произойти конфликт, когда в сети одновременно оказываются два сообщения. В этом случае передающие узлы сети на короткое время прекращают свою работу и через некоторый случайный промежуток времени возобновляют передаче данных.

 

 
 

Рис. 1.4. Распределённая звездообразная топология

В сети с кольцевой логической топологией данные передаются по замкнутой эстафете от одного узла к другому. Когда посланное сообщение возвращается к передающему узлу, он прекращает передачу. Кольцевая топология менее подвержена конфликтам.

Основными компонентами, составляющими любую локальную сеть, являются: кабели, сетевые интерфейсные платы, модемы, серверы.

Все соединения с сети осуществляются посредством специальных сетевых кабелей. Основными характеристиками сетевого кабеля являются скорость передачи данных и максимально допустимая длина. Обе характеристики определяются физическими свойствами кабеля.

Модем – это устройство, предназначенное для связи между ЭВМ по телефонным линиям. По телефонной сети любые данные могут передаваться лишь в аналоговой форме. Данные от ЭВМ поступают в цифровом виде. Задача модема заключается в преобразовании цифровых данных в аналоговую форму и наоборот.

Сервер – это любая сетевая ЭВМ, обслуживающая другие сетевые ЭВМ. Существуют серверы различных типов, которые определяются типом предоставляемых услуг.

Файловый сервер предоставляет другим ЭВМ (клиентам) доступ к данным, которые хранятся во внешней памяти сервера. Таким образом, на файловый сервер возложены все задачи по безопасности хранения данных, поиску данных, архивированию и др. Внешняя память сервера становится распределяемым ресурсом, так как её могут использовать несколько клиентов.

Коммуникационные серверы служат для связи локальной сети с внешним миром, например, с глобальной сетью Internet. Для этого используются модемные пулы, прокси-серверы и маршрутизаторы.

Модемный пул представляет собой ЭВМ, снабжённую особой сетевой платой, к которой можно подключить несколько модемов. Таким образом достигается определённая экономия, когда, например, десять ЭВМ работают, используя три модема.

Прокси-сервер не только использует единственное соединение с Internet, но и предоставляет свою память для хранения временных файлов, что убыстряет работу с Internet.

Главной задачей маршрутизатора является поиск кратчайшего пути, по которому будет отправлено сообщение, адресованное некоторой ЭВМ в глобальной сети. Маршрутизатор представляет собой либо специализированную ЭВМ, либо обычную ЭВМ со специальным программным обеспечением.

На практике используют два типа локальных сетей – Ethernet и Token Ring

В структуре глобальной сети можно выделить три уровня:

· Первый – внутренний уровень составляет сеть передачи данных. Она состоит из узлов связи. Каждый узел связи представляет собой совокупность средств передачи данных и состоит из коммутационной ЭВМ и аппаратуры передачи данных.

· Во второй уровень входят разнообразные серверы, называемые хост-ЭВМ которые выполняют в сети задачи по хранению и обработке данных. Такими серверами могут быть, например, серверы различных локальных сетей.

· Третий уровень – терминальный – состоит из обычных клиентных рабочих станций, которые пользуются услугами глобальной сети.

Каждая локальная сеть называется сайтом, а юридическое лицо, обеспечивающее работу сайта – провайдером. Сайт состоит из группы серверов, которая выполняет определённые задачи.

Основными характеристиками сети являются: время доставки сообщений, производительность и стоимость обработки данных. Время доставки сообщений определяется как статистическое среднее время от момента передачи сообщения в сеть до момента получения сообщения адресатом. Производительность сети представляет собой суммарную производительность серверов. Стоимость обработки данных определяется как стоимостью средств, используемых для обработки, так и временем доставки и производительностью сети.

Тип сети и все её характеристики в основном определяются строением и принципами работы сети передачи данных, которые описываются протоколом. Протокол – это система правил, определяющих формат и процедуры передачи данных по сети. Можно сказать, что протокол представляет собой язык, на котором «разговаривают» ЭВМ в сети. Протокол, в частности, определяет, как будут идентифицироваться в сети хост-ЭВМ и как можно найти их в сети, то есть определяются адресация и порядок маршрутизации.

Для организации связи между хост-ЭВМ необходима общесетевая система адресации, которая устанавливает порядок именования абонентов сети передачи данных. В IP-сетях, к которым относится сеть Internet, каждому физическому объекту (хост-ЭВМ, серверы, подсети) присваивается число, называемое IP-адресом, который обычно представляется в виде четырёх чисел от 0 до 255, разделённых точкой, например, 192.171.153.60. Сами по себе эти числа не имеют никакого значения. Адрес содержит в себе номер подсети и номер хост-ЭВМ в данной сети.

Для удобства пользователей в Internet так же используется другой способ адресации, который называется системой доменных имён (domain naming system – DNS).

Особое значение имеют организационные и географические домены – те, которые пишутся крайними справа в DNS-адресе. Имена для этих доменов зарегистрированы международной организацией InterNIC (Internet Network Information Center). Например, edu означает образовательную организацию, com – коммерческую, gov – правительственную, us – США, uk – Великобританию, de – Германию и т.д. DNS-адрес всегда действует совместно с IP-адресом.

При организации связи сеть должна по адресу получателя определить путь передачи данных – маршрут. Для определения маршрута используются различные алгоритмы маршрутизации. Эффективность алгоритма маршрутизации существенно влияет на скорость передачи данных по сети.

Вычислительная система, соответствующая архитектуре клиент-сервер состоит из трёх компонентов:

· сервера баз данных, управляющего хранением данных, доступом и защитой, резервным копированием, отслеживающего целостность данных в соответствии с бизнес-правилами и, самое главное, выполняющего запросы клиента;

· клиента, предоставляющего интерфейс пользователя, проверяющего допустимость данных, посылающего запросы к серверу;

· сети и коммуникационного оборудования.

Все компьютерные программы по логике их работы можно представить в виде, показанном на рис. 1.5.

Рис. 1.5. Архитектура приложения

 
 

Интерфейс пользователя – это набор программ, которые обеспечивают взаимодействие приложения с пользователем: графический интерфейс, система сообщений об ошибках и т.д.

Прикладная программа – это ядро приложения, которое выполняет основные функции данного приложения: перевод текста, математические расчёты и т.д.

Под логикой данных понимается набор программ, которые определяют порядок доступа к данным, контролируют целостность данных в соответствии с бизнес-правилами и допустимость данных. Эти программы обычно предоставляются используемой при разработке приложения СУБД.

Под доступом к данным понимается набор программ, которые обеспечивают запись и чтение данных с внешней памяти. Такие программы также обычно реализованы средствами СУБД.

Перечисленные составные части приложения относительно независимы друг от друга. Связь между ними исчерпывается только передачей данных. Такую передачу данных можно организовать по сети. Также функционирование частей приложения можно обеспечить на разных ЭВМ, соединённых в сети. Это даёт возможность различным образом организовать выполнение приложения. Архитектура вычислительного процесса характеризует как построение аппаратного обеспечения (ЭВМ и сети), так и способ функционирования приложений.

Различают четыре способа организации вычислительного процесса:

· централизованная архитектура;

· распределённая архитектура;

· архитектура клиент-сервер;

· многозвенная архитектура.

Центральная ЭВМ должна иметь большую память и высокую производительность, чтобы обеспечивать комфортную работу большого числа пользователей.

Основой распределённой архитектуры является файл – сервер. Он предоставляет клиентам (т.е. программам на ПЭВМ) свою дисковую память, то есть обеспечивает доступ к данным. Каждый клиент пользуется для работы своими ресурсами, поэтому требования к производительности файл – сервера невысоки.

Ядром архитектуры клиент – сервер является сервер баз данных. Поскольку многие задачи, связанные с обработкой данных возложены на сервер, то нагрузка на сеть – трафик – резко снижается по сравнению с распределённой архитектурой.

В случае большого числа пользователей возникают проблемы своевременной и синхронной замены версий клиентских приложений на рабочих станциях. Такие проблемы решаются в рамках многозвенной архитектуры. Часть общих приложений переносится на специально выделенный сервер приложений. Тем самым понижаются требования к ресурсам рабочих станций, которые будут называться «тонкими» клиентами. Данный способ организации вычислительного процесса является разновидностью архитектуры клиент – сервер (рис. 1.6).

 
 

Рис. 1.6. Многозвенная архитектура

Использование многозвенной архитектуры может быть рекомендовано также в случае, если некоторая программа требует для своей работы много ресурсов, то может оказаться дешевле построить тонкую сеть с одним очень мощным сервером, чем использовать несколько мощных клиентных рабочих станций. Особенно это имеет значение, если данной программой пользуются не постоянно, а время от времени.

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.