Некоммерческое акционерное общество
НЕКОММЕРЧЕСКОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО
АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра КОМПЬЮТЕРНОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Организация вычислительных систем и сети
Методические указания к выполнению расчетно-графической работы
(для студентов очной формы обучения специальности 050704 - Вычислительная техника и программное обеспечение)
Алматы 2012
СОСТАВИТЕЛ: Г.С. Нурмагамбетов
Организация вычислительных систем и сети. Методические указания к выполнению расчетно-графической работы (для студентов всех форм обучения специальности 050704 - Вычислительная техника и программное обеспечение).- Алматы: АИЭС, 2012.- 35с.
Методические указания содержат задания к трём расчетно-графическим работам. Настоящие методические указания включают краткие теоретические сведения, вариант заданий, рекомендации к их выполнению, контрольные вопросы по трём темам, а также требования к содержанию и оформлению РГР. Кроме того, дан перечень рекомендуемой литературы.
Методические указания предназначены для студентов специальности 050704 - Вычислительная техника и программное обеспечение.
Рецензент
Содержание:
Введение ……………………………………..…………3
1.Требования к уровню освоения содержания дисциплины…………………………………………………….5
1.1 Выбор варианта……………………………………7
1.2Требования к выполнению заданий РГР…………7
1.3 Требования к выполнению РГР………………….7
2. Задания расчетно-графических работ и методические указания к ним……………………….……….9
2.1 Задания к РГР №1…………………………..……..9
2.2 Методические указания к заданию №1…….….12
2.3 Задание к РГР №2………………………………..37
2.4 Методические указания к заданию №2………..41
2.5 Задание к РГР №3………………………………..46
2.6 Методические указания к заданию №3………..48
Список литературы………………………………………….
Приложение А……………………………………….
Введение
Дисциплина «Организация вычислительных систем и сети» относится к числу фундаментальных дисциплин для подготовки бакалавров, владеющих современными знаниями аппаратного и программного обеспечения, анализа и синтеза систем и устройств связи различного назначения.
Современный бакалавр, проектируя систему сети, удовлетворяющей конкретным техническим требованиям, должен уметь также оценить, достаточно ли полно в проектируемой системе сети реализуются потенциальные возможности выбранных способов передачи, модуляции, кодирования, работу вычислительной техники, принципы работы конечных автоматов и определить пути улучшения характеристик системы для приближения их к потенциальным.
В курсе «Организация вычислительных систем и сети» рассматриваются характеристики сигналов используемых для передачи сообщений, способы математического представления сообщений, сигналов и помех, методы формирования сигналов и их преобразования в электрических цепях, вопросы анализа помехоустойчивости и пропускной способности систем электросвязи, методы помехоустойчивого кодирования, оптимального приема сообщений, принципы маршрутизации пакетов, вопросы оптимизации систем сети.
Дисциплина «Организация вычислительных систем и сети» изучается студентами на третьем курсе в шестом семестре. В результате изучения этой дисциплины студенты получают знания по построению вычислительной системы, сети, анализу эффективности этих систем, выбору методов передачи и приема сигналов в системах сети, а также по повышению помехоустойчивости их приема.
По дисциплине «Организация вычислительных систем и сети» выполняется расчетно-графическая работа.
Расчетно-графическая работа, выполняемая студентами впроцессе учебы, поможет студентам более основательно освоить разделы курса.
РГР «Организация вычислительных систем и сети» позволит получить навыки в решении задач, встречающихся в практике.
РГР включает три задания: в первое задание входит разработка и расчёт ускоренного умножения и деления с фиксированной точкой, во второе – разработка граф схемы на основе таблицы переходов ,в третье заданье входит разработка и расчётконфигурации сети Ethernet Совместное их решение раскрывает выполнение основной цели задания – моделирование вычислительной системы. Прежде чем приступить к выполнению заданий по «Организация вычислительных систем и сети» ознакомьтесь целью и с требованиями к выполнению и оформлению РГР а также с порядком выбора варианта.
1 Цель и задачи дисциплины
Целью дисциплины является формирование у студентов системного мышления, теоретической и практической базы системного исследования при анализе проблем и принятии решений в области профессиональной деятельности, а также изучение основных структур вычислительной техники закономерностей и методов передачи информации по каналам сети, способов приема и повышения верности передачи.
Преподавание предмета «Организация вычислительных систем и сети» осуществляется в едином комплексе дисциплин учебного плана и ведется в тесной взаимосвязи с другими дисциплинами.
В каждом разделе предусмотрены:
· теоретическая часть;
· практические занятия.
Программа дисциплины «Организация вычислительных систем и сети» рассчитана на 138 час, из которых 38 часа – лекции и 100 часов составляют практические занятия. Сюда входят лабораторные работы, РГР, а также СРСП.
Практические занятия проводятся с целью закрепления теоретических знаний и приобретения необходимых практических умений.
- Требования к уровню освоения содержания дисциплины
В результате изучения дисциплины «Организация вычислительных систем и сети» студенты должны
з н а т ь:
основы вычислительной и телекоммуникационных систем при решении научно-исследовательских и практических задач;
основные понятия и определения теории вычислительной и телекоммуникационных систем систем, моделирования как метода исследования систем;
методологические основы формированиятеории вычислительной и телекоммуникационных системы целей и средств достижения при исследовании систем;
основы построения математических моделей для анализа эффективности и принятия решений;
у м е т ь:
проводить анализ и синтез структур систем;
формулировать цели исследования и совершенствования функционирования систем;
выполнять постановку и формализацию задач оптимизации и принятия решений при исследовании систем;
и м е т ь п р е д с т а в л е н и е:
о способах классификации и видах систем;
о направлениях развития системных исследований;
о направлениях вычислительной и телекоммуникационных системы в задачах анализа и принятия решений.
1.1Выбор варианта
Номер варианта соответствует двум последним цифрам (предпоследнейи последней) номера зачетной книжки. Например, если номер зачетной книжки 200002, то номер варианта будет 02.
1.2Требования к выполнению заданий РГР
Решение каждой задачи следует начинать с изучения относящегося к теме задания теоретического материала. В этом поможет учебная литература, приведенная в списке рекомендованной литературы. Выполнять задания нужно вдумчиво, четко представляя ход решения, обосновывая полученный результат.
Проверенная работа должна быть защищена. После допуска к защите студент в назначенное преподавателем время защищает её. Для успешной защиты необходимо внести исправления по замечаниям преподавателя, уметь полностью объяснить ход решения задач, обосновать правильность использования расчетных формул, знать смысл входящих в них символов.
Во время защиты РГР каждый студент должен быть готов дать пояснения по решению задач заданий.
Следует помнить, что РГР, выполненная небрежно, не полностью, или не по своему варианту, не принимается и подлежит переоформлению, доработке или переделке.
1.3 Требования к оформлению РГР
Пояснительная записка расчетно-графической работы составляется и оформляется, согласно фирменному стандарту по учебным работам [11].
1.3.1 Расчетно-графическая работа выполняется на листах белой или в клетку бумаги формата А4. Она должна быть аккуратно оформлена, текст разборчиво написан или напечатан (компьютерный набор) на одной стороне листа. Другая сторона листа предназначена для внесения студентом исправлений и дополнений по результатам проверки работы.
1.3.2 В начале каждого задания приводятся условие задачи и исходные данные для своего варианта.
1.3.3 Страницы текста, рисунки, таблицы и формулы нумеруются. Все вычисления приводятся достаточно полно, чтобы можно было проверить их правильность, и сопровождаются необходимыми пояснениями.
1.3.4 Расчетные формулы записываются в общем виде с расшифровкой буквенных обозначений и указанием размерностей. Все числовые значения необходимо подставлять только в основных единицах.
В тексте работы должны быть краткие пояснения решения задачи, а также ссылки на использованную литературу при приведении формул, схем, теоретического материала.
Расчетно-графическая работа, выполненная без соблюдения перечисленных требований, возвращается на доработку.
Задания расчётно-графических работ и методические указания к ним
Задание к РГР №1
Задание 1
Разработать структурные схемы реализации методов умножения и деления чисел с ФТ на основе заполненной таблицы выполненной по заданию с варианта.
Цель работы- научиться использовать машинные коды при разных методах умножения и деления с ФТ.
Необходимо:
а) выбрать один из четырёх методов умножения, для реализации любого метода схема включает в себя регистр множимого Мм, регистр множителя Мт, сумматор с регистром сумматора для накопления суммы ЧП и блок управления БУ.(таблица 1 в методических указаниях).
б) определённым образом корректировать результат в зависимости от сочетания знаков сомножителей(значения поправок приумножении дробных чисел с ФТ приведены в методических указаниях).
в)выполнить для повышения быстродействия операции над числами, с использованием логического и аппаратного метода умножения. Применить более эффективные методы с одновременным анализом нескольких цифр множителя, где уменьшается число сложений, так и сдвигов- это методы Бута и умножения с расшифровкой двух разрядов множителя. Показать структурно аппаратный метод ускорения умножения реализованный с использованием матричных или древовидных схем.
г) выполнить деление чисел с фиксированной точкой используя два алгоритма деления: с восстановлением остатка и без его восстановления ,а также для ускорения деления использовать логические и аппаратные методы. Применить более эффективные методы ускорения деления: с анализом двух старших цифр остатка и делителя и с использованием модифицированного дополнительного кода.
д). построить схемы реализации методов умножения по выбранному варианту
е) построить схему умножения со сдвигом суммы ЧП вправо по выбранному варианту
ж) построить схему умножения со сдвигом суммы ЧП влево по выбранному вариант
з) построить структурную схему деления
и) построить структурную схему операционного блока умножения –деления.
к) построить схему блока матричного деления при аппаратном методе.
Варианты деления чисел с восстановлением остатка
| Варианты | Делимое | Делитель | Частное |
| А10 =+149 | В10= -16 | С10= -9 | |
| А10= +148 | В10= -17 | С10= -8 | |
| А10= +147 | В10= -15 | С10= -9 | |
| А10= +146 | В10= -14 | С10= -10 | |
| А10= +145 | В10= -12 | С10= -12 | |
| А10= +144 | В10= -11 | С10= -13 | |
| А10= +143 | В10= -9 | С10= -15 | |
| А10 =+142 | В10= -8 | С10= -17 | |
| А10 =+141 | В10= -7 | С10= -20 | |
| А10 =+140 | В10= -6 | С10= -22 |
Варианты деления чисел без восстановления остатка
| Варианты | Делимое | Делитель | Частное |
| А10 =+149 | В10= -16 | С10= -9 | |
| А10= +148 | В10= -17 | С10= -8 | |
| А10= +147 | В10= -15 | С10= -9 | |
| А10= +146 | В10= -14 | С10= -10 | |
| А10= +145 | В10= -12 | С10= -12 | |
| А10= +144 | В10= -11 | С10= -13 | |
| А10= +143 | В10= -9 | С10= -15 | |
| А10 =+142 | В10= -8 | С10= -17 | |
| А10 =+141 | В10= -7 | С10= -20 | |
| А10 =+140 | В10= -6 | С10= -22 |
Варианты деления с ускорением
| Варианты | Делимое | Делитель |
| +112 | +8 | |
| +113 | +9 | |
| +114 | +10 | |
| +115 | +11 | |
| +116 | +12 | |
| +118 | +14 | |
| +119 | +15 | |
| +120 | +16 | |
| +121 | +17 | |
| +122 | +18 |
Варианты деления с анализом двух старших цифр остатка и делителя
| Варианты | Делимое | Делитель |
| +112 | +8 | |
| +113 | +9 | |
| +114 | +10 | |
| +115 | +11 | |
| +116 | +12 | |
| +118 | +14 | |
| +119 | +15 | |
| +120 | +16 | |
| +121 | +17 | |
| +122 | +18 |
Варианты умножения чисел с ФТ
| Варианты | Множимое | Множитель |
Варианты умножения в дополнительном коде
| Варианты | Множимое | Множитель |
Варианты умножения по алгоритму Бута
| Варианты | Множимое | Множитель |
| +27 | -18 | |
| +28 | -19 | |
| +29 | -20 | |
| +30 | -21 | |
| +31 | -22 | |
| +32 | -23 | |
| +33 | -24 | |
| +34 | -25 | |
| +35 | -26 | |
| +36 | -27 |
Варианты умножения с расшифровкой двух разрядов множителя
| Варианты | Множимое | Множитель |
| +27 | -18 | |
| +28 | -19 | |
| +29 | -20 | |
| +30 | -21 | |
| +31 | -22 | |
| +32 | -23 | |
| +33 | -24 | |
| +34 | -25 | |
| +35 | -26 | |
| +36 | -27 |
Варианты анализа пары разрядов
| Варианты | Множимое | Множитель |
| +27 | -18 | |
| +28 | -19 | |
| +29 | -20 | |
| +30 | -21 | |
| +31 | -22 | |
| +32 | -23 | |
| +33 | -24 | |
| +34 | -25 | |
| +35 | -26 | |
| +36 | -27 |
Задание к РГР №2
Задание 1
Построить граф переход на основе таблицы перехода по варианту.
Цель работы: научиться выполнять процессы путем преобразования информаций в соответствии с заложенной в него программой.
Необходимо:
а) выбрать из варианта последовательность кодовых кнопок
б) внести ее в таблицу входа и выхода комбинационного автомата
в) составить таблицу состояния переходов
г) построить наглядный способ описания автомата с помощью графа переходов
Примеры информационных автоматов: справочные автоматы на вокзалах, электронные табло на стадионах, светофоры, устройства аварийной сигнализации. К управляющим автоматам можно отнести уже упоминавшийся кодовый замок, устройства управления лифтом, автоматическим шлагбаумом, различными типами станков. Примеры вычислительных автоматов: микрокалькулятор, процессор ЭВМ. В сложных системах-автоматах, таких, как ЭВМ или пульт управления энергосистемой, выполняются все три указанных вида деятельности.
Для иллюстрации основных способов описания автоматов рассмотрим кодовый замок с 5 кнопками (А, Б, В, Г, Д), который открывается при наборе нужной последовательности кнопок, причем две кнопки одновременно нажать нельзя. Множество А входных сигналов содержит 6 сигналов: А, Б, В, Г, Д, * ; сигнал, обозначенный буквой, означает, что соответствующая кнопка нажата, сигнал * означает, что ни одна кнопка не нажата.Множество V выходных сигналов содержит два сигнала: 0, 1; 0 означает, что замок закрыт; 1 — что замок открыт. Число состояний зависит от длины и числа кодовых последовательностей, открывающих замок. Если замок открывается при нажатии одной определенной кнопки (скажем, кнопки Б), то выходной сигнал зависит только от текущего входного сигнала, и функция выходов λ задается таблицей:
| Вход | А Б В Г Д * |
| Выход | 0 1 0 0 1 1 |
Последовательность: Б, *, Д.
Состояния в таком автомате вообще не играют роли; поэтому принято считать, что он имеет только одно состояние, которое в процессе его функционирования не меняется. Автоматы с одним состоянием называются комбинационными. Если же замок открывается при нажатии определенной последовательности кнопок, то выход зависит не только от текущего, но и от предыдущих входных сигналов. Такой автомат называется последовательностным. Для обеспечения зависимости от прошлого необходимо "запоминать" предыдущие входные сигналы. С этой целью и вводятся состояния. Пусть замок открывается последовательностью Б, *, Д и открыт, пока нажата кнопка Д. Функции δ и λ такого автомата зададим одной объединенной таблицей:
| С о с т о я н и е | Вход | А Б В Г Д * |
| q1 q2 q3 q4 | q1,0 q2,0 q1,0 q1,0 q1,0 q1,0 q1,0 q2,0 q1,0 q1,0 q1,0 q3,0 q1,0 q1,0 q1,0 q1,0 q4,1 q3,0 q1,0 q1,0 q1,0 q1,0 q4,1 q1,0 |
В этой таблице на пересечении строки qi и столбца aj указаны значения функций
δ (qi , aj) и λ(qi , aj ). Например:
δ (qз,*) = qз , λ(qз,*) = 0.
Такая таблица является стандартным описанием конечного автомата и называется таблицей переходов. Ее большое достоинство в том, что при ее заполнении приходится рассмотреть все ситуации, которые могут встретиться при работе автомата (т. е. все возможные пары "входной сигнал — состояние"), и определить поведение автомата в этих ситуациях. Главный недостаток — тот, что при большом числе состояний и входных сигналов эта таблица становится плохо обозримой и неудобной в работе.
Более компактный и наглядный способ описания автомата — с помощью графа (или диаграммы) переходов.Вершины графа q соответствуют состояниям автомата; стрелка (дуга), ведущая из вершины qi в вершину qj, обозначает переход автомата из состояния qj в состояние qj, на этой же стрелке указан входной сигнал, вызывающий данный пере ход, и — после вертикальной черты — выходной сигнал, который при этом выдается. Если несколько входных сигналов вызывают один и тот же переход и выходной сигнал, они перечисляются на одной стрелке через запятую.
*| 0
Б | 0 Д | 1
Г,Д,*| 0
В, * | 0
|
А, Д | 1
|
|
|
Б | 0  | |||
 | |||
А,В,Г,Д| 0
А,Б,В,Г | 0
А,Б,В,Г,*|0
Рис.2
Граф переходов для табл. 2 приведен на рис. 2. На этом рисунке наглядно видно, что отпирающей последовательности соответствует путь из q1 в q4, где и открывается замок.
Формальное определение автомата, проиллюстрированное табл. 2 и рис. 2, предполагает, что время действия входного сигнала примерно равно времени смены состояний и следующий входной сигнал автомат получает после перехода в следующее состояние. Однако на практике может оказаться, что согласовать эти длительности трудно, так как время смены состояний зависит от физической природы и устройства автомата и, как правило, ограничено долями секунды. Длительность же входного сигнала зависит от внешних источников и не всегда подвластна разработчику.
Задания по варианту:
| Вход | А | Б | В | Г | Д | * | ||||
| Вариант 1 | ||||||||||
| Вариант 2 | ||||||||||
| Вариант 3 | ||||||||||
| Вариант 4 | ||||||||||
| Вариант 5 | ||||||||||
| Вариант 6 | ||||||||||
| Вариант 7 | ||||||||||
| Вариант 8 | ||||||||||
| Вариант 9 | ||||||||||
| Вариант 10 | ||||||||||
| Вариант 11 | ||||||||||
| Вариант 12 | ||||||||||
| Вариант 13 | ||||||||||
| Вариант 14 | ||||||||||
| Вариант 15 | ||||||||||
| Вариант 16 | ||||||||||
| Вариант 17 | ||||||||||
Задание к расчетно-графической работе №3
Задание на РГР
1. Ознакомиться с теоретическим материалом.
2. Произвести оценку конфигурации сети в соответствии с вариантом:
- по физическим ограничениям: на длину сегмента, на длину сети, прави-
ло «4 хаба» («5 хабов» для 10Base-FB);
- по времени двойного оборота сигнала в сети;
- по уменьшению межкадрового интервала.
3. По результатам расчетов сделать вывод о корректности конфигурации
сети Ethernet.
4. По результатам работы оформить отчет. Содержание отчета: исходные
данные, расчеты указанных параметров, выводы.
Студенты выбирают варианты по списку журнала с указанием преподавателя.
Вариант 1
|
Сегмент1 Сегмент 3
Сегмент 2
 |  |  | |||
Сегмент 4 Сегмент 5 Сегмент 6
 | |||||
 |  |
Сегмент 7 Сегмент 8 Сегмент 9
 |
|  |
| 10 Base-FB | 10 Base-FL | 10 Base-T | Длина, м | |
| Сегмент 1 | + | |||
| Сегмент 2 | + | |||
| Сегмент 3 | + | |||
| Сегмент 4 | + | |||
| Сегмент 5 | + | |||
| Сегмент 6 | + | |||
| Сегмент 7 | + | |||
| Сегмент 8 | + | |||
| Сегмент 9 | + |
Вариант 2
|
Сегмент1 Сегмент 3
Сегмент 2
| |  |  |
Сегмент 4 Сегмент 5 Сегмент 6
 |  |  |
Сегмент 7 Сегмент 8 Сегмент 9
|
|
|
| 10 Base-FB | 10 Base-FL | 10 Base-T | Длина, м | |
| Сегмент 1 | + | |||
| Сегмент 2 | + | |||
| Сегмент 3 | + | |||
| Сегмент 4 | + | |||
| Сегмент 5 | + | |||
| Сегмент 6 | + | |||
| Сегмент 7 | + | |||
| Сегмент 8 | + | |||
| Сегмент 9 | + |
Вариант 3
|
Сегмент1 Сегмент 3
Сегмент 2
| | |  |
Сегмент 4 Сегмент 5 Сегмент 6
| | | |
Сегмент 7 Сегмент 8 Сегмент 9
|
|
|
| 10 Base-FB | 10 Base-FL | 10 Base-T | Длина, м | |
| Сегмент 1 | + | |||
| Сегмент 2 | + | |||
| Сегмент 3 | + | |||
| Сегмент 4 | + | |||
| Сегмент 5 | + | |||
| Сегмент 6 | + | |||
| Сегмент 7 | + | |||
| Сегмент 8 | + | |||
| Сегмент 9 | + |
Вариант 4
|
Сегмент1 Сегмент 3
Сегмент 2
| | | |
Сегмент 4 Сегмент 5 Сегмент 6
| | | |
Сегмент 7 Сегмент 8 Сегмент 9
|
|
|
| 10 Base-FB | 10 Base-FL | 10 Base-T | Длина, м | |
| Сегмент 1 | + | |||
| Сегмент 2 | + | |||
| Сегмент 3 | + | |||
| Сегмент 4 | + | |||
| Сегмент 5 | + | |||
| Сегмент 6 | + | |||
| Сегмент 7 | + | |||
| Сегмент 8 | + | |||
| Сегмент 9 | + | |||
Вариант 5
|
Сегмент1 Сегмент 3
 | | ||
Сегмент 4 Сегмент 5 Сегмент 6
| | | ||||
 |
Сегмент 7 Сегмент 8 Сегмент 9
| |  | |
| 10 Base-FB | 10 Base-FL | 10 Base-T | Длина, м | |
| Сегмент 1 | + | |||
| Сегмент 3 | + | |||
| Сегмент 4 | + | |||
| Сегмент 5 | + | |||
| Сегмент 6 | + | |||
| Сегмент 7 | + | |||
| Сегмент 8 | + | |||
| Сегмент 9 | + |
Вариант 6
|
Сегмент1 Сегмент 3
| | | ||
Сегмент 4 Сегмент 5 Сегмент 6
| | | ||||
| |
Сегмент 7 Сегмент 8 Сегмент 9
|
|
|
| 10 Base-FB | 10 Base-FL | 10 Base-T | Длина, м | |
| Сегмент 1 | + | |||
| Сегмент 3 | + | |||
| Сегмент 4 | + Наши рекомендации |