Методические указания к практическим работам по курсу ''Вычислительны машины, системы и сети телекоммуникаций''

Министерство образования Российской Федерации Алтайская Академия Экономики и Права

С.В. Бутаков

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ПРАКТИЧЕСКИМ РАБОТАМ ПО КУРСУ «ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ, СИСТЕМЫ И СЕТИ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ» для студентов специальностей «Прикладная информатика в экономике» и «Прикладная информатика в юриспруденции» всех форм обучения

Барнаул 2002

2 УДК 519.8 Рецензент к.т.н., доцент каф. ИСЭ АлтГТУ Смолин Д.В.

Бутаков С.В. Методические указания к практическим работам по курсу «Вычислительны машины, системы и сети телекоммуникаций» для студентов специальностей «прикладная информатика в экономике» и «прикладная информатика в юриспруденции» всех форм обучения / Алтайская Академия Экономики и Права – 19 с.

Рассмотрены темы занятий по курсу «Вычислительные машины системы и сети телекоммуникаций». Кратко приведены основные теоретические положения, касающиеся данных работ и передоложены варианты заданий студентам для самостоятельной работы.

Методические указания рекомендованы к изданию на заседании кафедры информационных технологий.

3

ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................. 4 ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1. УСТРОЙСТВО СОВРЕМЕННОГО ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА ТИПА IBM PC. ......................................................................................................... 5 ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2. ПЕРЕВОД ЧИСЕЛ МЕЖДУ РАЗЛИЧНЫМИ СИСТЕМАМИ СЧИСЛЕНИЯ. ................................. 9 ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 3. АРИФМЕТИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ НАД ДВОИЧНЫМИ ЧИСЛАМИ. ................................ 11 ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 4. ПОСТРОЕНИЕ ТАБЛИЦ ИСТИННОСТИ ЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ. ................................... 13 ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 5. ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ ЛОКАЛЬНЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ. ................................ 15 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ................................................................ 18 ЛИТЕРАТУРА ДЛЯ ПОДГОТОВКИ И ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ..................................................................... 19

4 •••••••• Цель настоящих практических работ – получение студентами знаний и навыков по основам построения вычислительных машин, систем и компьютерных сетей, а также развитие и закрепление навыков разработки программ с использованием языка программирования Turbo Pascal. Практические занятия по данному курсу предусмотрены в объеме 17 часов. Общий план работ: 1. Ознакомление с устройством персональной ЭВМ. Сборка и настройка ПК - 6 часов. 2. Перевод целых и дробных чисел между различными системами счисления, выполнение арифметических операций над двоичными числами – 2 часа. 3. Построение таблиц истинности логических функций– 4 часа. 4. Основы построения локальных вычислительных сетей – 5 часов.

5 •••••••••••• •••••• • 1. •••••••••• •••••••••••• ••••••••••••• •••••••••• •••• IBM PC. Задание: изучить устройство современного персонального компьютера (ПК) типа IBM PC, группой из 4-5 студентов выполнить сборку ПК из предоставленных комплектующих. Порядок выполнения работы: 1. Внимательно выслушать пояснения преподавателя по устройству ПК и порядку его сборки из комплектующих. 2. Получить комплектующие для сборки ПК 3. Выполнить сборку ПК в соответствии с приведенной инструкцией.

ВНИМАНИЕ! САМОСТОЯТЕЛЬНО ВКЛЮЧАТЬ СОБРАННЫЙ СИСТЕМНЫЙ БЛОК В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ СЕТЬ ЗАПРЕЩАЕТСЯ!!! 4. Получить загрузочную дискету, выполнить загрузку ПК и проверить его работоспособность. Указания по выполнению работы: Состав персонального компьютера. ПК в целом состоит из следующих основных блоков: 1. Системный блок. 2. Монитор (устройство вывода). 3. Клавиатура (устройство ввода). Как правило, в состав ПК входит манипулятор типа «мышь» (для краткости – «мышь»). Состав системного блока. Системный блок ПК находится в корпусе. В корпусе должны быть смонтированы блок питания, внутренний динамик ПК, выключатели и ряд разъемов на задней панели. Системный блок в зависимости от параметров и конфигурации ПК может содержать различные компоненты, но ряд из них является обязательным: 1. Системная плата (рис.1). 2. Накопитель на жестких (НЖМД) и/или гибких (НГМД) дисках (в отдельных случаях вместо них может присутствовать сетевая карта с возможностью загрузки через сеть). На системной плате должны быть установлены: 1. Процессор. Внешний вид гнезда для установки – рис. 2. 2. Платы оперативной памяти ПК (в корпусах DIMM или SIMM). Образцы фотографий модулей памяти DIMM и SIMM приведены на рис. 3.

6 3. 4.

Видеоадаптер (встроенный или внешний). Контроллер НЖМД и НГМД (встроенный или внешний). Как правило, если этот контроллер внешний, то он совмещен с контроллерами последовательного (LPT) и параллельного портов (COM 1 и COM 2). Дополнительно на системной плате могут присутствовать (также встроенные или установленные в слоты для плат расширений): 5. Адаптер локальной вычислительной сети (сетевая карта). 6. Звуковая карта и дополнительные устройства.

2

1

3

4

5

Обозначения: 1 – слоты для установки плат расширения; 2 – разъемы для подключения питания (на данной плате - АТХ); 3 – гнездо для установки центрального процессора; 4 – слоты для установки модулей оперативной памяти (DIMM); 5 – разъемы для подключения дисков (HDD1, HDD2, FDD).

Рис. 1. Внешний вид системной платы (вариант).

7

1

1 – ключ Рис. 2. Внешний вид гнезда для установки процессора

а) Модуль DIMM

б) Модуль SIMM Рис. 3. Внешний вид модулей памяти Порядок сборки ПК на лабораторной работе. 1. Смонтируйте системную (материнскую) плату в корпус ПК. 2. Подключите питание от блока питания к системной плате. Обратите внимание, что при использовании корпуса типа АТ питание на разъем системной платы следует подключать черными проводами внутрь. Нарушение этого правила может вывести системную плату из строя. 3. Смонтируйте процессор и вентилятор процессора на системную плату.

8 4. 5.

Установите модуль (модули) памяти. Установите видеокарту и, если это необходимо, то контроллер дисков. 6. Установите дополнительные платы, например сетевую и звуковую, если они входят в комплект, выданный для выполнения практической работы. 7. Соедините дисковод для гибких дисков с контроллером при помощи 34-жильного ленточного кабеля (шлейфа). Порт контроллера гибкого диска обозначается, как правило, FDD. Следует обратить внимание, что к диску А: должен подходить «перевернутый» шлейф. 8. Соедините накопитель на жестком диске («винчестер») с контроллером при помощи 44-жильного ленточного кабеля. Порт контроллера гибкого диска обозначается, как правило, HDD1. 9. Соедините дисководы с блоком питания при помощи соответствующих кабелей, выходящих из блока питания. 10. Соедините внутренний динамик ПК с соответствующим разъемом на системной плате (Speaker). 11. Соедините системный блок с монитором и клавиатурой. 12. Сообщите преподавателю о том, что системный блок собран. Загрузка ПК. 1. После того, как преподаватель подключит ПК к электрической сети, включите его и зайдите в программу Setup (для этого необходимо держать клавишу Del при загрузке ПК). 2. Под руководством преподавателя установите в программе Setup порядок загрузки ПК (с гибкого либо с жесткого диска). 3. Завершите программу Setup и загрузите ПК с дискеты.

9 •••••••••••• •••••• • 2. ••••••• ••••• ••••• •••••••••• ••••••••• •••••••••. Задание: выполнить перевод заданных целого и дробного чисел между различными системами счисления. Порядок выполнения работы: 1. Выполнить перевод целого числа в системы счисления с основаниями A, B и C. 2. Выполнить перевод дробного числа в системы счисления с основаниями A, B и C с точностью 4 знака. 3. Составить отчет и представить его преподавателю. Исходные данные: 1) Число для перевода: a) Целое – год Вашего рождения + номер варианта. b) Дробное – (год Вашего рождения + номер варианта)/10000. 2) Системы счисления – см. табл.1. Таблица 1. Системы счисления для перевода по вариантам: № A B C № A B C № A B C 1) 9 33 2 11) 19 24 9 21) 28 18 2 2) 8 3 22 12) 20 23 8 22) 29 17 3 3) 11 32 4 13) 21 22 7 23) 30 16 4 4) 12 31 3 14) 22 3 6 24) 31 15 5 5) 13 30 4 15) 5 21 15 25) 32 14 6 6) 14 29 5 16) 23 6 4 26) 33 13 7 7) 15 28 6 17) 24 15 7 27) 7 12 8 8) 16 27 7 18) 25 20 3 28) 8 11 9 9) 17 26 8 19) 26 19 3 29) 14 9 8 10) 18 25 2 20) 27 4 9 30) 21 4 11 Для записи чисел в системах счисления с основанием большим 10 используйте соответствующие знаки из табл. 2. Таблица 2. Соответствие символов латинского алфавита цифрам 10 A 18 I 26 Q

11 B 19 J 27 R

12 C 20 K 28 S

13 D 21 L 29 T

14 E 22 M 30 U

15 F 23 N 31 V

16 G 24 O 32 W

17 H 25 P 33 X

10 Правила перевода приведены в учебнике [1, стр. 40 - 41]. Примеры перевода – см. рис. 4 – 5. 1974 23 1955 19

85 23 69 16

3

3 G J

G

J

Рис. 4. Пример перевода числа 1974 из системы счисления с основанием 10 в систему счисления с основанием 23 0,1974 23 4,5402 4 0,5402 23 12,4246 12 0,4246 23 9,7658 9 0,7658

0,4 C 9 C

Рис.5. Пример перевода числа 0,1974 из системы счисления с основанием 10 в систему счисления с основанием 23 с точностью 3 знака Перевод между различными системами выполняйте через десятичную систему, что позволит дополнительно контролировать полученный результат! Порядок перевода между системами счисления:

10 → A → 10 → B → 10 → C → 10.

Отчет по практической работе должен состоять из двух частей: 1. Исходные данные. 2. Решение задачи перевода чисел.

11 •••••••••••• •••••• • 3. •••••••••••••• •••••••• ••• ••••••••• •••••••. Задание: 1. Выполнить перевод двух заданных чисел в двоичную систему. 2. Выполнить над полученными двоичными числами операции сложения и вычитания. 3. Выполнить операции сдвига влево и вправо на один разряд над числами, полученными в п.1. 4. Выполнить обратный перевод чисел, проверить правильность результатов. 5. Составить отчет и предъявить его для проверки. Исходные числа: − первое – сумма года Вашего рождения, Вашего варианта и номера Вашей группы; − второе – разница года Вашего рождения, Вашего варианта и номера Вашей группы. Пример выполнения работы. 1. Перевод чисел. Первое число – 1974+13=1987 или в двоичное системе: 11111000011. Пример перевода числа 1961 приведен на рис. 6.

1974-13 = 1961

Результат

11110101001

1961 2 1960 980 2 1 980 490 2 0 490 245 2 0 244 122 2 1 122 61 2 0 60 30 2 1 30 15 2 0 14 7 1 6 1

Рис. 6. Пример перевода числа в двоичную систему.

2 3 2 1

2 1

12 2. Сложение и вычитание чисел. Сложим и отнимем эти числа: 11111000011 11111000011 +11110101001 -11110101001 111101101100 = 3948 11010 = 26 3. Сдвиг влево и вправо. Сдвиг выполним для разницы – т.е. для числа 11010. Освобождающиеся разряды при сдвиге заполняем нулям:

••••••: 11010 ⇒ 011010 = 13 ••••• :11010 ⇒ 110100 = 52 4. Обратный перевод чисел. Пример перевода обратного перевода числа 111101101100:

1⋅211+1⋅210+1⋅29+1⋅28+0⋅27+1⋅26+ +1⋅25+0⋅24+1⋅23+1⋅22+0⋅21+0⋅20= =2048+1024+512+256+64+32+8+4=3948 Обратный перевод выполните для всех результатов, полученных в пп. 1 – 3 работы. Сделайте выводы, каким арифметическим операциям соответствуют сдвиги вправо и влево соответственно. Отчет по практической работе должен состоять из следующих частей: 1. Титульный лист. 2. Исходные данные. 3. Сложение и вычитание двоичных чисел. 4. Операции сдвига над двоичными числами. Вывод по результатам операций сдвига. 5. Обратный перевод чисел из двоичной системы в десятичную.

13 •••••••••••• •••••• • 4. •••••••••• •••••• •••••••••• •••••••••• •••••••. Задание: 1. Выполнить первичное упрощение логической функции, т.е. преобразовать ее так, чтобы она содержала только операции И, ИЛИ и НЕ. 2. Написать программу вывода таблицы истинности для преобразованной функции. 3. Написать отчет по практической работе с использованием редактора MS-Word. Основные правила перевода логических функций: 1. X1↔X2=(X1→X2)∧ ∧(X2→X1) 2.  X1= X1 3. X1→X2=X1∨X2 4. X1⊕X2=(X1∧X2)∨ ∨(X1∧X2) Пример преобразования функции F=X1↔X2: F=X1↔X2=(X1→X2)∧(X2→X1)=(X1∨X2)∧( X2∨X1) = =(X1∨X2)∧(X2∨X1) Запись указанной функции с использованием синтаксиса языка Pascal: F:=(not X1 or not X2) and (X2 or X1) Таблица 1. Варианты логических функций: 1. (X1→(X2↔X3))∨X4 2. (X1∧X2↔X3)→X4 3. (X1∧X2)⊕X3∨X4 X 4. X1⊕(X2∨ 3↔X4) 5. (X1⊕X2→X3)∨X4 6. X1∨(X2→X3)↔X4 7. (X1∧X2)→(X3⊕X4) 8. (X1↔X2)↔X3∧X4 9. X1∨X2∧(X3→X4) 10. (X1∧X2↔X3)∧X4 11. X1∨X2→X3↔X4 12. (X1⊕X2↔X3)∧ X4 13. (X1⊕X2)∧(X3⊕X4) 14. (X1⊕X2)∨X3⊕X4 15. (X1→X2)↔X3∧X4 16. X1∧(X2∨(X3→X4)) 17. X1∨((X2⊕X3)↔X4) 18. X1∨(X2∧X3)↔X4 19. X1∨(X2⊕X3∧X4) 20. X1∨X2→(X3→X4) 21. X1∨(X2↔X3)∧X4 22. X1⊕(X2∨X3↔X4) 23. X1→X2∧X3⊕X4 24. X1⊕X2∧(X3∧X4) 25. X1∧X2∨(X3⊕X4) 26. X1↔X2∨(X3∧X4) 27. X1⊕X2⊕X3∧X4 28. X1∨X2⊕X3⊕X4 29. X1⊕X2∧X3∧X4 30. X1⊕X2↔X3∧X4 Обозначения в таблице 1: ∧ - логическое И (AND) ∨ - логическое ИЛИ (OR)  - отрицание НЕ (NOT)

⊕ - сложение по модулю 2 ↔ - стрелка Пирса → - штрих Шеффера

14 На рис. 7 приведена блок-схема алгоритма программы построения таблицы истинности для рассмотренной в примере функции.

начало очистка экрана X1=false, true X2=false, true F:=(not X1 or not X2) очистка экрана and (X2 or X1) Вывод на экран X1, X2, F КЦ Х1 КЦ Х2 конец Рис. 7 Алгоритм программы построения таблицы истинности для логической функции Отчет по практической работе должен состоять из следующих частей: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Титульный лист. Содержание. Постановка задачи. Перевод (упрощение) логической функции. Блок-схема алгоритма программы. Текст программы на языке Turbo Pascal. Описание переменных, используемых в программе. Распечатка результатов работы программы.

15 •••••••••••• •••••• • 5. Основы построения локальных вычислительных сетей. Задание: 1. Повторить теоретические основы построения ЛВС – основные компоненты и понятия. 2. Установить сетевую карту в ПК. 3. Отработать построение простейшей сети на базе двух ПК. 4. Получить основные навыки настройки ОС Windows 95/98 для работы в сети. 5. Настроить доступ к локальным ресурсам средствами ОС Windows. 6. Нарисовать логическую структуру ЛВС Центра компьютерных технологий ААЭП. На лабораторной работе будут рассмотрены сети с логической топологией «звезда» (рис. 8). Пример сети с более сложной топологией проведен на рис. 9 – сеть состоит из семи «звезд». Основные компоненты ЛВС: 1. Оборудование 1.1. Концентратор (hub - хаб). Хаб является центральной точкой сети, к которой подключаются компьютеры и периферийные устройства с сетевым интерфейсом (рис. 10). 1.2. Сетевые адаптеры – используется для сопряжения ПК с сетевым оборудованием (рис. 11). 2. Коммуникационные каналы 2.1. Кабели. 2.2. Разъемы. 3. Сетевая операционная система 3.1. Windows 95/98/NT. 3.2. Novell Netware. Hub

Рис. 8. Пример сети с топологией «звезда».

16

Рис. 9. Пример сети со сложной топологией.

Рис. 10. Внешний вид концентратора (Hub).

Рис. 11. Внешний вид сетевой карты (адаптера). Порядок выполнения работы: 1. Повторите основные понятия, связанные с ЛВС. Ответьте на вопросы преподавателя по компонентам сети.

17 2. 3. 4. 5.

6.

Откройте корпус ПК, смонтируйте сетевую карту в свободный ISA (PCI) слот. Получите у преподавателя специальный («перевернутый») кабель для соединения двух ПК и соедините два компьютера через установленные сетевые карты. Включите и загрузите компьютер. Под руководством преподавателя настройте сетевую карту, если в этом есть необходимость. Настройте на одном из компьютеров доступ к локальным ресурсам: 5.1. Доступ к отдельным папкам: 5.1.1. Откройте содержание диска С: (Мой компьютер / Диск С:). Вызовите нажатием правой кнопки мыши контекстное меню для папки Мои документы. Выберите пункт «Свойства». На закладке «Доступ» установите уровень доступа для папки Мои документы из сети. Проверьте доступ с другого компьютера. 5.1.2. Действуя аналогично предыдущему пункту, установите доступ на чтение к папке Windows. 5.2. Вызовите в папке Мой компьютер контекстное меню для диска С:. Воспользуйтесь пунктом «Свойства» и установите уровень доступа из сети к диску в целом. Проверьте результат на втором компьютере. 5.3. Настройте подключение сетевого диска на втором компьютере. Для этого вызовите контекстное меню для значка «Сетевое окружение» и выберите пункт «Подключить сетевой диск». Воспользуйтесь кнопкой «Обзор» и выберите, какую папку на удаленном ПК подключать в виде сетевого диска. Отключите ПК, подключите его к ЛВС центра компьютерных технологий и вновь включите ПК. Нарисуйте логическую схему ЛВС ЦКТ. Пример приведен на рис. 12.

Accessible

FServer

Teacher

Class 01 ST0101

ST0102

ST0103

ST0104

Рис. 12. Пример логической схемы ЛВС

18

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20.

Контрольные вопросы. Перечислите и охарактеризуйте основные этапы развития вычислительной техники. Охарактеризуйте базовую структуру вычислительной машины по фон Нейману. Что такое система счисления, основание системы счисления? Правила перевода целых и дробных чисел между различными системами счисления. Связь двоичной, восьмиричной и шестнадцатиричной систем счисления. Единицы измерения информации: бит, байт, килобайт и т.д. Формы представления двоичной информации в ЭВМ. Способы передачи двоичной информации: последовательный и параллельный коды. Основные элементы персонального компьютера. Характеристика процессора. Характеристика системной платы. Характеристика запоминающих устройств ПК. Характеристика дисковых накопителей ПК. Шины расширений и локальные шины. Размещение информации на магнитном диске, FAT. Основные понятия, характеризующие локальные вычислительные сети (ЛВС). Компоненты ЛВС. Топология ЛВС. Основные протоколы, используемые в ЛВС. Базовые характеристики глобальных вычислительных сетей.

19 •••••••••• ••• •••••••••• • •••••••••• •••••••••••• •••••. 1. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: Учебник / А.П. Пятибратов, Л.П. Гудынко, А.А. Кириченко; Под. ред. А.П. Пятибратова. – М.: Финансы и статистика, 1998. – 400 с: ил. 2. Информатика: Учебник / Под ред. проф. Н.В. Макаровой. – 2-е изд. – М.: Финансы и статистика, 1998. 768 с., ил. 3. Острейковский В.А., Информатика: Учеб для ВУЗов. – М.: Высш. шк., 1999. – 511 с., ил.