РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

Государственное образовательное учреждение

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт математики и компьютерных наук

ОЛЕННИКОВ Е. А.

Архитектура вычислительных систем и компьютерных сетей

Учебно-методический комплекс.

Рабочая программа для студентов очной формы обучения,

специальности 010500.62 «Математическое обеспечение и администрирование информационных систем », профили подготовки: «Технологии программирования»,
«Параллельное программирование»

Тюменский государственный университет

. Архитектура вычислительных систем и компьютерных сетей.

Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов очной формы обучения специальности 010500.62 «Математическое обеспечение и администрирование информационных систем», профили подготовки: «Технологии программирования», «Параллельное программирование». Тюмень, 2011, 13 стр.

Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению и профилю подготовки.

Утверждено проректором по учебной работе ТюмГУ

Ответственный редактор: , зав. кафедрой информационной безопасности, д. т.н., проф.

© ГОУ ВПО Тюменский государственный университет, 2014

2. Пояснительная записка

2.1. Цели и задачи дисциплины

Дисциплина «Архитектура вычислительных систем и компьютерных сетей» имеет целью дать целостное представление:

О принципах построения операционных и вычислительных систем (ОС, ВС);

Об основных функциях ОС;

Таблица 4.

Планирование самостоятельной работы студентов

5. Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами

Темы дисциплины необходимые для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин

Модуль 1.

Тема 1.1. История развития операционных систем.

Эволюция ОС. История развития Unix.

Тема 1.2. Основные понятия и концепции ОС. Функции ОС.

Архитектурные особенности ОС. Функции, принципы построения, функциональные компоненты и архитектурные особенности и классификация ОС.

Тема 1.3. Управление процессами. Гонки, синхронизация процессов. Тупики и методы борьбы с ними.

Определение процесса и понятий с ним связанных. Планирование процессов. Гонки. Синхронизация процессов. Тупики и методы борьбы с ними.

Тема 1.4. Управление памятью

Типы адресов. Методы распределения памяти. Иерархия запоминающих устройств. Принцип кэширования данных.

Модуль 2.

Тема 2.1. Управление вводом-выводом

Физическая организация устройств ввода-вывода. Организация программного обеспечения ввода-вывода

Тема 2.2. Файловые системы

Основные понятия. Логическая организация файла. Операции над файлами и каталогами. Защита файлов. Реализация файловой системы. Общая модель файловой системы. Управление свободным и занятым дисковым пространством. Структура файловой системы на диске

Тема 2.3. Организация файловой системы FAT, NTFS

Логическая организация файловых систем FAT, NTFS.

Тема 2.4. Организация файловых систем используемых в ОС Unix/Linux

Логическая организация файловых систем: S5, UFS, Ext2FS, ReiserFS, Ext3fs, XFS, JFS.

Модуль 3.

Тема 3.1. Архитектура ОС Windows XP, Seven, Windows 2003/2008.

Тема 3.2. Архитектура ОС семейст ва Unix

Тема 3.3. Архитектура ОС Linux. Дистрибутивы Linux

7. Планы семинарских занятий

Не планируется.

8. Темы практических работ

1. Создание и управление процессами с использованием средств Win API, конструкция языков программирования.

2. Разработка многопоточного приложения с использованием средств Win API, конструкция языков программирования.

3. Синхронизация процессов. Функции ожидания. Объекты ожидания: события.

4. Синхронизация процессов. Объекты ожидания: ожидаемые таймеры, семафоры

5. Синхронизация процессов. Объекты ожидания: мьютексы, критичесие секции

6. Разработка приложения моделирующего один из классических алгоритмов управления процессами в операционных системах

7. Разработка приложения для получения системной информации ОС Windows: список процессов и потоков, объем и распределение памяти.

8. Исследование распределения виртуальной памяти процесса в Windows. Разработка приложения для получения карты виртуального адресного пространства процессов.

9. Использование виртуальной памяти. Выделение регионов, передача физической памяти страницам региона в Windows. Разработка приложения для использующего виртуальную память для работы с большими структурами данных.

10. Отображаемые в память файлы. Разработка приложения для копирования файлов больших размеров с использованием механизма отображаемых в память файлов.

11. Разработка приложения моделирующего один из классических алгоритмов управления памятью в операционных системах

12. Изучение структуры файловых систем FAT с использованием редактора диска

13. Изучение структуры файловых систем NTFS с использованием редактора диска

14. Установка и конфигурирование ОС FreeBSD.

15. Работа с пользователями в ОС FreeBSD. Управление учетными записями, группами, ограничение пользователей. Выполнения команд от имени других пользователей: утилиты SU, SUDO.

16. Файловые системы в ОС FreeBSD. Управление разделами, монтирование, настройка прав доступа.

17. Сетевые настройки в ОС FreeBSD.

18. Сборка и конфигурирование ядра ОС FreeBSD.

9. Примерная тематика курсовых работ

Курсовая работа по дисциплине не предусмотрена.

10. Учебно - методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины (модуля).

Контроль качества подготовки осуществляется путем проверки теоретических знаний и практических навыков с использованием:

a) Текущей аттестации:

проверка промежуточных контрольных работ и прием лабораторных работ,

b) Промежуточной аттестации:

экзамен в конце 4 семестра (к экзамену допускаются студенты после сдачи всех лабораторных работ, решения всех задач контрольных работ).

Текущий и промежуточный контроль освоения и усвоения материала дисциплины осуществляется в рамках рейтинговой (100-бальной) системы оценок.

Пример лабораторного задания

Лабораторная работа. Конфигурирование ядра ОС FreeBSD. Установка ПО.

Задание 1. Сборка ядра.

1. Собрать свое ядро, исходя из следующих требований:

Имя ядра выбрать по своему усмотрению;

Отключить поддержку неиспользуемого оборудования;

Включить опцию запрещающую перезагружать систему с помощью сочетания клавиш ctrl-alt-del.

2. Установить ядро.

Задание 2. Установка ПО из пакетов

1. Установить любой текстовый редактор, используя утилиту sysinstall.

2. Установите текстовый редактор vim из пакета.

Задание 3. Установка ПО из портов

1. Установите файловый менеджер MC (порт: ../misc/mc).

Пример контрольной работы

Реализовать схему «оповещения» трех ожидающих потоков о помещении в очередь (произвольного формата) некоторого сообщения на основе объекта синхронизации «событие». Генерируют события в очередь два потока, которые имеют приоритет на уровень ниже, чем ожидающие. Посчитать среднее число обработанных каждым потоком сообщений. Очередь должна быть защищена критической секцией.

Вопросы к экзамену

Понятие операционной системы. Операционная система как виртуальная машина. Операционная система как система управления ресурсами. Операционная система как постоянно функционирующее ядро. Понятие операционной среды. Программная среда. Основная и дополнительная программная среда. Эволюция ОС. Основные функции операционных систем Основные принципы построения ОС Архитектура операционной системы. Общий подход. Привилегированный и пользовательский режимы работы. Архитектурные особенности современных операционных систем. Монолитное ядро. Слоеные системы. Виртуальные машины. Микроядерная архитектура. Смешанные системы. Классификация операционных систем. Особенности областей применения. Классификация операционных систем. Поддержка многозадачности. Классификация операционных систем. Вытесняющая и невытесняющая многозадачность. Классификация операционных систем. Поддержка многонитевости. Классификация операционных систем по способу взаимодействия с компьютером. Классификация операционных систем по типу централизации. Классификация операционных систем. Многопроцессорная обработка. Классификация операционных систем. Поддержка многопользовательского режима. Классификация операционных систем по типу аппаратуры. Классификация операционных систем. Особенности областей использования Классификация операционных систем. Особенности методов построения. Понятие процесса. Состояния процесса. Информационные структуры процесса. Планирование процессов. Уровни планирования. Основные цели планирования. Алгоритмы планирования процессов. Вытесняющая и невытесняющая многозадачность Синхронизация процессов. Критические ресурсы. Гонки. Критические секции. Программные алгоритмы организации взаимодействия процессов. Запрет прерываний. Блокирующие переменные. Программные алгоритмы организации взаимодействия процессов. Семафоры. Монитор. Сообщения Понятие тупика. Условия возникновения тупиков. Основные направления борьбы с тупиками. Средства синхронизации потоков в ОС Windows. Функции и объекты ожидания. Основные функции ОС по управлению памятью. Типы адресов. Методы распределения памяти без использования дискового пространства. Распределение памяти фиксированными разделами. Распределение памяти разделами переменной величины. Распределение памяти перемещаемыми разделами Понятие виртуальной памяти Методы распределения памяти с использованием дискового пространства. Страничное распределение памяти Сегментное распределение памяти Странично-сегментное распределение памяти Своппинг Понятие файловой системы. Файл. Типы и атрибуты файлов. Логическая организация файла. Операции над файлами и каталогами. Защита файлов. Общая модель файловой системы. Методы выделения дискового пространства. Управление свободным и занятым дисковым пространством. Отображаемые в память файлы Производительность файловой системы Современные архитектуры файловых систем Файловая система FAT 12/16/32 – логическая и физическая организация Файловая система NTFS – логическая и физическая организация. Файловая система NTFS – журналирование, безопасность, сжатие, шифрование. Устройство файловых систем Unix-семейства Защищенный режим работы процессора

11. Образовательные технологии.

Сочетание традиционных образовательных технологий в форме лекций, компьютерных лабораторных работ и проведение контрольных мероприятий (контрольных работ).

Аудиторные занятия:

Лекционные и компьютерные лабораторные занятия; на лабораторных занятиях контроль осуществляется при сдаче лабораторного задания. В течение семестров студенты выполняют задачи, указанные преподавателем к каждому занятию.

Активные и интерактивные формы

Компьютерное моделирование и анализ результатов при выполнении лабораторных работ

Внеаудиторные занятия:

Выполнение дополнительных заданий разного типа и уровня сложности при выполнении лабораторных работ, подготовка к аудиторным занятиям, изучение отдельных тем и вопросов учебной дисциплины в соответствии с учебно-тематическим планом, составлении конспектов. Подготовка индивидуальных заданий: контрольных работ, подготовка ко всем видам контрольных испытаний: текущему контролю успеваемости и промежуточной аттестации; индивидуальные консультации.

12. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

12.1. Основная литература:

1. Э. Таненбаум. Современные операционные системы. - СПб.: Питер, 2011

12.2. Дополнительная литература:

1. , . Сетевые операционные системы. - СПб.: Питер, 2005

2. Столингс В. Операционные системы. М.: Вильямс, 2004

3. Эбен М., Таймэн Б. FreeBSD. Администрирование: искусство достижения равновесия. - СПб.: ДиаСофтЮП, 2003

4. , FreeBSD: установка, настройка, использование. -СПб.: БХВ-Петербург, 2003

5. Гордеев системы. - СПб.: Питер, 2004

6. Кэрриэ Б. Криминалистический анализ файловых систем. - СПб.: Питер, 2007

7. Э. Таненбаум. Архитектура компьютера. - СПб.: Питер, 2010

8. Э. Таненбаум. Операционные системы: разработка и реализация. - СПб.: Питер, 2006

12.3. Программное обеспечение и Интернет-ресурсы.

Вузовские электронно-библиотечные системы учебной литературы;

База научно-технической информации ВИНИТИ РАН;

Доступ к открытым базам цитирования, в т. ч. , scholar. , math-net. ru;

Среды разработки на языках C#, C++, Pascal;

Программы для виртуализации систем: VMWare Workstation, Virtual PC.

13. Технические средства и материально-техническое оснащение.

Для организации самостоятельной работы студентов необходим компьютерный класс c установленной средой разработки на языке C#, C++, Pascal и одной из программ для виртуализации систем: VMWare Workstation, Virtual PC, с возможность запуска образов виртуальных машин под управлением ОС Windows NT, FreeBSD.

СБОРНИК

ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

По предметам

Архитектура компьютерных систем

Основы архитектуры, устройство и функционирование вычислительных систем

Лабораторные работы №1-17

Составлен в соответствии с программой, утвержденной директором Камышенковым Г.Е.

для специальностей:

230401 - «Информационные системы»

230115 - «Программирование в компьютерных системах»

работы рассчитаны на: 40 часов

Рассмотрено:

на заседании П(Ц)К «Информационных систем и технологий»

Председатель комиссии _________ Шомас Е.А.

Протокол № ____ от «___»___________ 2011 г.

Сборник лабораторных работ разработан преподавателем

Ходотовой Е.А.

Самара 2011г.

ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Лабораторная работа №1.

HАИМЕНОВАНИЕ: Основные составляющие ПК. Параметры системы

1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

1.1. Познакомиться с правилами техники безопасности при работе с ПК, с устройством ЭВМ.

1.2. Повторить приемы работы с мышью и назначения основных клавиш ПК

2.ЛИТЕРАТУРА:

2.1. http://dic.academic.ru/

3.ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ:

3.1. Изучить предложенную литературу.

3.2. Подготовить бланк отчёта.

4. ОСНОВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ:
4.1. Персональный IBM PC.

5.1. Наименование и цель работы.

5.2. Ответы на контрольные вопросы.

5.3. Описание выполненной практической работы на компьютере (далее - ПК).

5.4. Выводы о проделанной работе.

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ :

6.1. Перечислите основные составляющие ПК?

6.2. Перечислите, какие вы знаете дополнительные устройства, входящие в ПК?

6.3. Классифицируйте назначение устройств (Ввод / вывод): клавиатура, жесткий диск, CD-ROM, монитор.

6.4. Для чего служат клавиши Shift, Alt, Ctrl, Enter, Tab, Esc, Page Up, Page Down, Num. Lock, Home, End, Backspace, Delete?

6.5. Как переключиться с русского на английский алфавит и наоборот?

6.6. Как набрать следующие знаки «.», «,», «:», «;», «№», «-», «?», «--», «!»?

6.7. Что такое система, параметры системы?

6.8. Как просмотреть параметры системы (2 способа)?

7. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ:

7.1. Включить ЭВМ кнопкой «Питание».

7.2. Используя мышку открыть стартовое меню ПУСК (левая кнопка мышки). Найти стандартную программу «Калькулятор».

7.3. Запустить эту программу (левая кнопка мышки). Закрыть эту программу с помощью кнопки закрыть (слева вверху кнопка с крестиком).

7.4. Открыть «Корзину». Закрыть её клавишами Alt+F4.

7.5. Подготовить компьютер к выключению с помощью мышки, кнопки «Пуск» - Завершение работы. Нажать кнопку ОТМЕНА мышкой или нажать клавишу ESC.

7.6. Подготовить компьютер к выключению с помощью клавиш Alt+F4. Нажать кнопку ОТМЕНА мышкой или нажать клавишу ESC.

7.7. Запустить программу дата и время (двойной щелчок на часах ЭВМ).

7.8. Мышкой изменить показания часов.

7.9. На календаре мышкой установить год и месяц своего рождения, определить в какой день недели вы родились.

7.10. Отменить свои действия кнопкой ОТМЕНА на экране.

7.11. Познакомьтесь с основными клавишами клавиатуры ПК.

7.11.1 Для этого вначале загрузите текстовый редактор Microsoft Word, выполните последовательно команды

Пуск-Программы-Microsoft Word.

Вы видите на белом поле редактора мигающую с постоянной частотой вертикальную черту. Это - курсор. В позицию курсора вводится информация.

7.11.2. Определите действие клавиши Shift:

а) наберите с клавиатуры любое слово;

б) нажмите клавишу Пробел (самая длинная клавиша на клавиатуре), чтобы отделить это слово от следующего, и наберите еще одно слово, но удерживая при этом клавишу Shift. Как изменилось написание?

7.11.3. Определите действие клавиши Enter:

а) проследите, чтобы курсор стоял в конце строки;

б) нажмите клавишу Enter. Как изменилось положение курсора?

Для чего служит клавиша Enter?

7.11.4.Определите действие клавиши Caps Lock:

а) в позицию курсора введите слово;

б) сделайте пробел;

в) нажмите и отпустите клавишу Caps Lock. Обратите внимание: в правой верхней части клавиатуры загорелась лампочка напротив надписи «Caps Lock». Это значит, что режим фиксации заглавных букв включен;

г) наберите любое слово, нажмите пробел;

д) выключите режим фиксации заглавных букв, снова нажав и отпустив клавишу Caps Lock. Лампочка в правом верхнем углу клавиатуры погаснет.

е) введите новое слово. Для чего служит клавиша Caps Lock?

Чем действие клавиши Caps Lock отличается от действия клавиши Shift?

7.11.5. Самостоятельно перейдите на другую строку.

7.11.6.Определите действие комбинации клавиш левый Shift+левый Alt:

а) найдите в нижнем правом углу экрана на панели задач значок с обозначением Ru. Это означает, что в данный момент включен русский алфавит;

б) нажмите левой рукой одновременно на клавиши Shift и Alt (в дальнейшем для краткости это действие будет называть Shift+Alt) и отпустите их. Обратите внимание: значок Ru заменен на En;

в) введите в позицию курсора любые буквы.

Какая функция на данном компьютере выполняется с помощью комбинации клавиш Shift+Alt?

7.11.7.Найдите клавиши управления курсором. Нажмите на каждую из них. Для чего служат эти клавиши?

7.11.8.Передайте на новую строку (не забывайте, что курсор при нажатии клавиши Enter должен стоять в конце строки) и определите действие клавиши Num Lock на малой цифровой клавиатуре (МЦК).

а) Если вы нажмете клавишу Num Lock, то в верхней части клавиатуры загорится лампочка «Num Lock». Это означает, что МЦК работает в цифровом режиме. Включите цифровой режим и введите в позицию курсора цифры.

б) Выключите цифровой режим и снова нажмите клавиши, на которых нарисованы цифры со стрелками. Каков результат вашего действия? Как работает МЦК при включенном режиме Num Lock? При выключенном?

7.11.9. При помощи клавиши Enter перейдите на последнюю строку листа и наберите любое слово. Определите самостоятельно, для чего нужны клавиши Page Up и Page Down.

7.11.10. Определите самостоятельно действия клавиш Home и End. Чем они отличаются?

7.11.12. Установите курсор на пустую строку. Определите самостоятельно действия клавиши Tab.

7.11.13. Познакомимся со знаками

а) Включите русский алфавит. Установите курсор на новую строку и нажмите несколько раз клавишу последнюю в правом нижнем углу алфавитно-цифровой зоны клавиатуры (перед клавишей Shift). Здесь находится точка.

б) Нажмите данную клавишу с комбинацией клавиши Shift. Какой знак скрывается под этой комбинацией?

г) Дефис - клавиша с изображением минуса, тире – комбинация клавиши Ctrl+Alt+«-» (минус набирайте на МЦК). Она должна быть включена.

7.11.14. Удалите предложения. Для удаления слева от курсора служит клавиша Backspase, а справа – Delete.

7.12. Посмотрите параметры системы: «Пуск» - Панель управления. В открывшемся окошке находите ярлык «Система».

7.13. Перепишите параметры системы в отчет.

Работу составил преподаватель Ходотова Е.А.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Современные компьютерные решения могут быть классифицированы, исходя из их отнесения к той или иной архитектуре. Но что она может представлять собой? Каковы основные подходы к пониманию данного термина?

Архитектура компьютерных систем как совокупность аппаратных компонентов

В чем заключается сущность понятия «архитектура компьютерной системы»? Под соответствующим термином прежде всего можно понимать совокупность электронных компонентов, из которых состоит ПК, взаимодействующих в рамках определенного алгоритма с использованием различных типов интерфейсов.

Которые входят в состав компьютерной системы:

• устройство ввода;
• главный вычислительный чипсет;
• устройства для запоминания данных;
• компоненты, предназначенные для вывода информации.

В свою очередь, каждый из отмеченных компонентов может включать в себя большое количество отдельных устройств. Например, главный вычислительный чипсет может включать в себя процессор, набор микросхем на материнской плате, модуль обработки графических данных. При этом тот же процессор может состоять из иных компонентов: например, ядра, кэш-памяти, регистров.

Исходя, собственно, из структуры конкретных аппаратных компонентов ПК, определяется то, какая архитектура компьютерной системы выстроена. Рассмотрим основные критерии, в соответствии с которыми те или иные вычислительные решения могут классифицироваться.

Классификация компьютерных систем

В соответствии с распространенным в среде экспертов подходом, компьютерные системы по своей архитектуре могут относиться:

• к большим ЭВМ;
• к мини-ЭВМ;
• к персональным компьютерам.

Следует отметить, что данная классификация вычислительных решений, в соответствии с которой может определяться архитектура компьютерной системы, многими экспертами признается устаревшей. В частности, те же персональные компьютеры сегодня могут подразделяться на большое количество разновидностей, очень несхожих по назначению и характеристикам.

Таким образом, по мере того как развиваются компьютерные системы, может быть классифицирована с использованием меняющихся критериев. Тем не менее обозначенная схема считается традиционной. Полезно будет рассмотреть ее подробнее. В соответствии с ней, первый тип ЭВМ — те, что относятся к архитектуре больших машин.

Большие ЭВМ

Большие ЭВМ,или мейнфреймы, чаще всего используются в промышленности — как центры обработки данных по различным производственным процессам. В них могут быть инсталлированы мощные, исключительно высокопроизводительные чипы.

Рассматриваемая архитектура компьютерной системы может осуществлять до нескольких десятков миллиардов вычислений в секунду. Стоят большие ЭВМ несопоставимо дороже остальных систем. Как правило, их обслуживание требует участия довольно большого количества людей, имеющих необходимую квалификацию. Во многих случаях их работа осуществляется в рамках подразделений, организованных в качестве вычислительного центра предприятия.

Мини-ЭВМ

Архитектура вычислительных систем и компьютерных сетей на их основе может быть представлена решениями, классифицированными как мини-ЭВМ. В целом их назначение может быть аналогичным, что и в случае с мейнфреймами: весьма распространено применение соответствующего типа компьютеров в промышленности. Но, как правило, их использование свойственно для относительно небольших предприятий, средних бизнесов, научных организаций.

Современные мини-ЭВМ: возможности

Во многих случаях применение данных компьютеров осуществляется как раз в целях эффективного управления внутрикорпоративными сетями. Таким образом, рассматриваемые решения могут использоваться, в частности, как высокопроизводительные серверы. Они также оснащены очень мощными процессорами, такими как, например, Xeon Phi от Intel. Данный чип может работать со скоростью более 1 терафлопса. Соответствующий процессор рассчитан на производство по техпроцессу 22 нм и имеет пропускную способность памяти в значении 240 ГБ/с5.

Персональные компьютеры

Следующий тип компьютерной архитектуры — ПК. Вероятно, он является самым распространенным. ПК не столь мощны и высокопроизводительны как мейнфреймы и микро-ЭВМ, но во многих случаях способны решать задачи и в сфере промышленности, и в области науки, не говоря о типичных пользовательских задачах, таких как запуск приложений и игр.

Еще одна примечательная особенность, характеризующая персональные компьютеры, заключается в том, что их ресурсы могут быть объединены. Вычислительные мощности достаточно большого количества ПК, таким образом, могут быть сопоставимы с производительностью компьютерных архитектур вышестоящего класса, но, конечно, достигнуть их уровней номинально с помощью ПК весьма проблематично.

Тем не менее архитектура компьютерных систем, сетей на основе персональных компьютеров характеризуется универсальностью, с точки зрения реализации в различных отраслях, доступностью и масштабируемостью.

Персональные компьютеры: классификация

Как мы отметили выше, ПК могут быть классифицированы на большое количество разновидностей. В числе таковых: десктопы, ноутбуки, планшеты, КПК, смартфоны — объединяющие в себе ПК и телефоны.

Как правило, самыми мощными и производительными архитектурами обладают десктопы; наименее мощные - смартфоны и планшеты в связи с небольшими размерами и необходимостью существенно уменьшать ресурсы аппаратных компонентов. Но многие из соответствующих девайсов, особенно топовых моделей, по скорости работы, в принципе, сопоставимы с ведущими моделями ноутбуков и бюджетными десктопами.

Отмеченная классификация ПК свидетельствует об их универсальности: в тех или иных разновидностях они могут решать типичные пользовательские задачи, производственные, научные, лабораторные. ПО, архитектура компьютерных систем соответствующего типа во многих случаях адаптированы к использованию рядовым гражданином, не имеющим специальной подготовки, которая может потребоваться человеку, работающему с мейнфреймом или же мини-ЭВМ.

Как установить отнесение вычислительного решения к ПК?

Главный критерий отнесения вычислительного решения к ПК — факт его персональной ориентированности. То есть соответствующего рассчитан, главным образом, на задействование одним пользователем. Однако многие инфраструктурные ресурсы, к которым он обращается, носят неоспоримо социальный характер: это можно проследить на примере пользования интернетом. При том что вычислительное решение персональное, практическая эффективность в его задействовании может фиксироваться только лишь в случае получения человеком доступа к источникам данных, сформированным другими людьми.

Классификация ПО для компьютерных архитектур: мейнфреймы и мини-ЭВМ

Наряду с классификацией компьютеров, рассмотренной нами выше, существуют также критерии отнесения к тем или иным категориям программ, которые инсталлируются на соответствующие типы вычислительной техники. Что касается мейнфреймов и близких им по назначению, а в некоторых случаях и по производительности мини-ЭВМ, то на них, как правило, реализована возможность задействования нескольких операционных систем, адаптированных для решения конкретных производственных задач. В частности данные ОС могут быть приспособлены к запуску различных средств автоматизации, виртуализации, внедрения промышленных стандартов, интеграции с различными видами ПО прикладного назначения.

Классификация ПО: персональные компьютеры

Программы для обычных ПК могут быть представлены в разновидностях, оптимизированных для решения, в свою очередь, пользовательских задач, а также тех производственных, что не требуют того уровня производительности, который характеризует мейнфреймы и мини-ЭВМ. Есть, таким образом, программы для ПК промышленные, научные, лабораторные. ПО, архитектура компьютерных систем соответствующего типа зависит от конкретной отрасли, в которой они применяются, от предполагаемого уровня квалификации пользователя: очевидно, что профессиональные решения для промышленного дизайна могут быть не рассчитаны на человека, имеющего лишь базовые знания в области применения компьютерных программ.

Программы для ПК в тех или иных разновидностях имеют во многих случаях интуитивно понятный интерфейс, различную справочную документацию. В свою очередь, мощности мейнфреймов и мини-ЭВМ могут быть в полной мере использованы при условии не только следования инструкциям, но также и при регулярном внесении пользователем изменений в структуру запускаемых программ: для этого и могут понадобиться дополнительные знания, например, связанные с использованием языков программирования.

Уровни программной архитектуры ПК

Понятие «архитектура компьютерных систем» учебник информатики, в зависимости от взглядов его автора, может трактовать по-разному. Еще одна распространенная интерпретация соответствующего термина предполагает его соотнесение с уровнями программного обеспечения. При этом не имеет принципиального значения то, в какой конкретно вычислительной системе соответствующие уровни ПО реализованы.

В соответствии с данным подходом, под архитектурой компьютера следует понимать набор различных типов данных, операций, характеристик программного обеспечения, задействуемого в целях поддержания функционирования аппаратных компонентов компьютера, а также создания условий, при которых пользователь получает возможность применить данные ресурсы на практике.

Архитектуры программных уровней

Эксперты выделяют следующие основные архитектуры компьютерных систем в контексте рассматриваемого подхода к пониманию соответствующего термина:

• цифровая логическая архитектура вычислительного решения — фактически, ПК в виде различных модулей, ячеек, регистров — например, находящихся в структуре процессора;
• микроархитектура на уровне интерпретации различных микропрограмм;
• архитектура трансляции специальных команд — на уровне ассемблера;
• архитектура интерпретации соответствующих команд и их реализации в программный код, понятный операционной системе;
• архитектура компиляции, позволяющая вносить изменения в программные коды тех или иных видов ПО;
• архитектура языков высокого уровня, позволяющих приспособить программные коды к решению конкретных пользовательских задач.

Значение классификации программной архитектуры

Конечно, эта классификация в контексте рассмотрения данного термина как соответствующего уровням программного обеспечения, может быть очень условной. Архитектура компьютера и проектирование компьютерных систем, в зависимости от их технологичности и назначения, может потребовать иных подходов разработчиков в классификации уровней ПО, а также, собственно, к пониманию сущности термина, о котором идет речь.

Несмотря на то что данные представления теоретические, их адекватное понимание имеет большое значение, поскольку способствует разработке более эффективных концептуальных подходов к выстраиванию тех или иных типов вычислительной инфраструктуры, позволяет разработчикам оптимизировать свои решения к запросам пользователей, решающих конкретные задачи.

Резюме

Итак, мы определили сущность термина «архитектура компьютерной системы», то, каким образом он может рассматриваться в зависимости от того или иного контекста. В соответствии с одним из традиционных определений, под соответствующей архитектурой может пониматься аппаратная структура ПК, предопределяющая уровень его производительности, специализацию, требования к квалификации пользователей. Данный подход предполагает классификацию современных компьютерных архитектур на 3 основные категории — мейнфреймы, мини-ЭВМ, а также ПК (которые, в свою очередь, также могут быть представлены различными разновидностями вычислительных решений).

Как правило, каждый тип указанных архитектур рассчитан на решение определенных задач. Мейнфреймы и мини-ЭВМ чаще всего находят применение в промышленности. С помощью ПК также можно решать широкий круг производственных задач, осуществлять инженерные разработки — для этого также приспособлена соответствующая архитектура компьютерных систем. Лабораторные работы, научные эксперименты с такой техникой становятся понятнее и эффективнее.

Еще одна трактовка термина, о котором идет речь, предполагает его соотнесение с конкретными уровнями программного обеспечения. В этом смысле архитектура компьютерных систем — рабочая программа, обеспечивающая функционирование ПК, а также создающая условия для использования его вычислительных мощностей на практике в целях решения тех или иных пользовательских задач.

Лекция: Архитектура компьютеров и компьютерных сетей

Архитектура компьютера

Под архитектурой компьютеров понимают все их составляющие, а также принципы их работы. Если соединить между собой несколько компьютеров, то мы можем получить готовую компьютерную сеть.

Есть две основные составляющие, которые необходимы для создания компьютерной сети:

1. Специальное оборудование для образования сети;

2. Программное обеспечение, позволяющее всем компьютерам работать вместе.

Компьютерной сетью называются несколько компьютеров, соединенных между собой специальным оборудованием, управляемая специальными программами, тем самым обеспечивая обмен и общее пользование информацией, хранящейся в компьютерной сети.

Линия связи – это среда, способная объединить между собой компьютеры в компьютерную сеть, именно по средствам линий связи происходит передача информации.

Если некая информация передается непосредственно между некоторыми абонентами. То это происходит по средствам канала связи. Объединенные линии связи – это и есть каналы. Одна линия связи может принадлежать нескольким каналам связи.

Компьютерные сети могут быть локального пользования (на местах, на предприятии), региональные (принадлежащие определенному региону), глобальные сети.

Виды компьютерной сети

Давайте разберемся подробнее, что такое локальная, региональная и глобальная сеть.

Локальная сеть – это сеть, которая объединяет те компьютеры, которые находятся на небольшом расстоянии друг от друга, обычно это бывает на территории какого-то здания или даже этажа.

Большим достоинством данной сети является то, что все компьютеры находятся на небольшом расстоянии, что увеличивает скорость передачи информации, а также расширяет возможности такой сети.

Если некоторая сеть объединяет пользователей на больших расстояниях, то такая сеть называется глобальной.

Для таких сетей используют самые разнообразные линии связи, некоторые из которых изначально использовались в других целях (например, телефонные или телеграфные линии). Однако благодаря современному подходу практически все соединяющие линии заменены на радиолинии или оптоволокно.

Если несколько локальных сетей объединяется в одну сеть, то она называется региональной .

Эти сети объединяют все локальные сети города, района или региона.

Так же существуют корпоративные сети – сети, объединяющие компьютеры одной организации или отрасли промышленности для обмена рабочей информацией.

Для таких сетей компьютеры не обязательно должны находится на территории одного здания.

Архитектура сети – это набор параметров, правил, протоколов, алгоритмов, карт, которые позволяют изучать сеть.

Протокол – это набор правил, которые предполагают обозначения типов данных, которые могут передаваться по сети.

Топология сети

Топология сети – это план, описывающий места соединений компьютеров, а также их узлов.

Существует несколько видов топологий, которые определяются количеством компьютеров, какое расстояние между компьютерами, какие параметры используются, а также многие другие характеристики.

Существует несколько основных видов топологий: «Точка», «Шина». «Кольцо», «Звезда».

«Точка»

Технология «Точка» объединяет между собой два компьютера последовательно друг к другу.