Дешко И.П., Ковалев С.Н. и др. Информационные и коммуникационные технологии

Подождите немного. Документ загружается.

корпоративных сетей, а также транспортных сетей для операто-

ров связи.

Также руководство компаний-партнеров планирует при-

влечь к проведению ряда дополнительных занятий в Сетевой

Академии своих сотрудников, имеющих самую высокую ступень

в квалификации - CCIE.

Курс CCNA является базовым и для его изучения не требу-

ется предварительных знаний современных технологий. Единст-

венное условие - знание

английского языка на уровне, достаточ-

ном для понимания технических текстов. Поэтому было решено

проводить собеседование со слушателями, на котором, прежде

всего, проверяется их способность переводить фрагмент техниче-

ского англоязычного текста объемом около 1500 знаков. В ре-

зультате собеседования были зачислены две группы студентов по

12 человек. Конкурс в 2004 году составил 4 человека на

место.

Сами занятия проходят в сетевой учебной лаборатории с

широкополосным выходом в Интернет (внешние каналы Gigabit

Ethernet и АТМ ) 155 Мб/c). Лаборатория оснащена необходимы-

ми комплектами коммуникационного и маршрутизационного

оборудования Cisco, измерительными приборами и инструмента-

ми, а также средствами видеоконференцсвязи и IP-телефонии.

По каждой главе курса инструкторы Академии проводят

вводное занятие, а далее слушатели

приступают к самостоятель-

ному изучению методических материалов с компьютера на анг-

лийском языке. После освоения теоретической части выполняют-

ся практические и лабораторные работы по методикам Cisco и

сдаются промежуточные тесты по каждой главе. По завершении

каждого семестра слушатели сдают экзамен.

Также в рамках расширенной программы подготовки слу-

шателей Сетевой Академии Cisco в

МИРЭА проводятся дополни-

тельные серии семинаров тесно связанных с основным курсом

программы, среди которых можно отметить семинар компании

LANMASTER (http://www.lanmaster.ru/) по вопросам построения

структурированных кабельных систем.

Возможности развития программы в части удаленного

доступа к ресурсам лабораторного оборудования. Высокая

стоимость современного телекоммуникационного оборудования

существенно ограничивает возможности его применения для за-

дач лабораторного и исследовательского практикума. В боль-

шинстве университетов оно используется только для опорных се-

тевых инфраструктур и изолировано от непосредственной учеб-

ной работы на нем.

В этих условиях представляется актуальным создание ин-

тернет - репозиториев высокотехнологичного телекоммуникаци-

онного оборудования, обеспечивающих

возможность практиче-

ской работы с ним широкому кругу студентов, аспирантов и ис-

следователей посредством удаленного доступа. Для этого необ-

ходимо разработать и внедрить соответствующий комплекс про-

граммно-аппаратных и учебно-методических средств.

Перечень решаемых задач применительно к программе Се-

тевой Академии состоит в следующем: исследование предметной

области, анализ моделей и

разработка комплекса программных

средств на основе открытых протоколов и спецификаций для ор-

ганизации удаленного доступа к репозиторию лабораторного те-

лекоммуникационного оборудования; монтаж лабораторного

стенда на базе маршрутизаторов Cisco26xx, коммутаторов

Cisco29xx и старших моделей, настройка программно-

аппаратных средств, обеспечение телекоммуникационного дос-

тупа к стенду из научно-образовательной сети RUNNet; разра-

ботка методик и учебных

темплейтов лабораторного практикума

по сетевым технологиям уровня LAN и WAN, а также тематики

исследовательского практикума и их представление на Интернет-

портале репозитория; разработка и апробация предложений по

организационному регламенту удаленного доступа к ресурсам

репозитория для образовательных и научных организаций.

Для их решения целесообразно использовать открытые про-

токолы и спецификации, а также свободно распространяемые

программные средства, в частности: Radius/Tacacs для авториза-

ции удаленных пользователей, mySQL и TFTP для хранения ин-

формационных массивов и конфигурационных файлов, Telnet и

HTTP для доступа пользователей. Ядром системы может служить

многопортовый Unix сервер, взаимодействующий по интерфей-

сам RS-232 с оборудованием стенда, соответствующий сервер

доступа, либо их сочетание. Оборудование лабораторного стенда

репозитория представлено набором модульных маршрутизаторов

и управляемых коммутаторов производства компании Cisco Sys-

tems. В качестве оконечных устройств, связанных между собой

оборудованием стенда, используются как сетевые компьютеры,

так и виртуальные машины, реализованные средствами Jail-

окружения FreeBSD или Linux. Это позволяет моделировать ос-

новной круг

сетевых топологий и исследовать работу различных

протоколов. Отдельной задачей является исследование поведения

приложений и протоколов при предельных сетевых загрузках.

Для этого будут применены как реальные источники объемного

трафика из ядра сетевой инфраструктуры МИРЭА (совокупность

цифровых спутниковых видеоканалов и потоков цифрового ви-

деоконтента), так и искусственные, генерируемые имеющимся

лицензионным комплексом Chariot v5.0.

Все действия

удаленных пользователей автоматически про-

токолируются, введенные команды конфигурации, и реакции на

них оборудования лабораторного стенда упорядоченно хранятся

и служат для анализа и разбора ошибок. Кроме того, предусмот-

рена разработка вспомогательных программных средств для пре-

подавателей, практикантов и исследователей. Состав этих

средств будет определяется правами доступа при авторизации на

Интернет-репозитории.

Во всех случаях удаленное взаимодейст-

вие с репозиторием происходит посредством стандартных бро-

узеров или через интерфейс командной строки.

Функциональные возможности разрабатываемых решений

аналогичны возможностям известных зарубежных программно-

аппаратных лабораторных комплексов для удаленного доступа

(Free-Labs.com, Free-Tests.com, Expert-Labs.com,

http://www.netdevelopgroup.com, http://www.studylabs.org,

http://www.mydesktophelp.com и др.).

СОВРЕМЕННОЕ АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ПЕРСОНАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРОВ

С.Н.Ковалев, к.т.н., доцент

Общее представление о составе и компоновке типового

офисного (домашнего) ПК. Архитектурой персонального ком-

пьютера (ПК) принято называть ее логическую организацию,

структуру и ресурсы, которые может задействовать пользователь.

Одной из наиболее популярных и распространенных архитектур

ПК является открытая архитектура, разработанная фирмой IBM.

Открытость в данном случае подразумевает совместимость ин-

терфейсов, обеспечивающую широкие

возможности модерниза-

ции (апгрейда) ПК, с использованием в его едином комплексе уз-

лов и устройств, в том числе, и от различных производителей,

основанные на этой архитектуре, принято называть IBM-

совместимыми. Именно о таких ПК пойдет речь далее в этом

разделе.

Персональный компьютер как промышленное изделие со-

стоит из нескольких агрегатов (

блоков), связанных соединитель-

ными кабелями. Номенклатура блоков может варьироваться, но в

минимальный комплект поставки входят: системный блок, мони-

тор, клавиатура, и, как правило, манипулятор. В состав перифе-

рийного оборудования могут входить: принтер, сканер, дополни-

тельные накопители и пр.

Обычно корпус системного блока имеет форму параллеле-

пипеда, причем с двумя ярко выраженными

большими гранями.

В зависимости от того, расположены ли эти грани горизонтально

или вертикально в рабочем положении, корпуса разделяются на

два типа: «ДЕСКТОП» (desktop), у которого корпус ставится на

стол большой гранью, и «Башня» (tower) с разновидностью «Ми-

ни-башня» (mini-tower), большие грани которых расположены

вертикально. Габариты «Башни» достаточно велики и позволяют

разместить в корпусе наибольшее число узлов и плат. Такой кор-

пус довольно часто устанавливают на пол. «Мини-башня» струк-

турно практически ничем не отличается от «Башни». Отличие со-

стоит в количестве свободного места и отсеков для дополнитель-

ных внутренних устройств, а также в мощности

блока электропи-

тания. Плоский системный блок «ДЕСКТОП» устанавливается на

стол наибольшей гранью и, обычно, служит подставкой для мо-

нитора, позволяя тем самым сэкономить значительную площадь

на рабочем столе. Следует иметь в виду, что вследствие плотной

компоновки узлов внутри такого корпуса, возможности установ-

ки в него дополнительных блоков практически отсутствуют.

Обеспечение

качественного электропитания ПК. Важ-

нейшим моментом организации эффективной работы комплекса

ПК является обеспечение его качественным электропитанием.

Сети электропитания мегаполисов и промышленных центров ха-

рактеризует наличие высоковольтных импульсных бросков на-

пряжения (высокочастотные помехи), долговременное изменение

уровня напряжения, выходящее за пределы эксплуатационных

требований, и кратковременные перебои подачи напряжения. Эти

факторы негативно сказываются

на работоспособности ПК и мо-

гут привести к потере информации, «зависанию» компьютера и

даже полному выходу из строя отдельных узлов.

Устранить (точнее – эффективно снизить) воздействие вы-

сокочастотных (ВЧ) помех можно, используя подключение ПК к

сети через сетевой фильтр. Сетевой фильтр представляет собой

недорогое устройство, в электрическую цепь которого включены

реактивные

элементы – конденсаторы и индуктивности, весьма

существенно понижающие уровень ВЧ помех. От других видов

перебоев электропитания сетевой фильтр не защищает!

Единственной надежной защитой комплекса ПК и перифе-

рийного оборудования от всех видов изменений и отключений

питающего напряжения являются источники бесперебойного пи-

тания (Uninterruptible Power Supply – UPS). Существует несколь-

ко различных структурных схем построения источников

беспере-

бойного питания (ИБП), отличающихся сложностью и, соответ-

ственно, эффективностью работы и ценой. Независимо от кон-

кретной структурной реализации ИБП, в основе его работы лежит

использование в случае перебоя электропитания энергии, накоп-

ленной в аккумуляторной батарее (батареях), входящей в его со-

став. Кроме того, в состав ИБП отдельным структурным звеном

обязательно входит и сетевой фильтр, защищающий от влияния

ВЧ

помех. Использование ИБП обеспечивает качественное элек-

тропитание ПК при любых изменениях напряжения электросети,

а при отключении напряжения позволяет поддержать работу ПК

в течение времени, достаточного для безопасного завершения ра-

боты всех выполняемых приложений и штатного выключения ПК

и периферийного оборудования. Время обеспечения нормального

электропитания ПК при отключении напряжения сети зависит

одной стороны от мощности ИБП (емкости встроенного накопи-

теля электроэнергии), а с другой – от мощности подключенных к

ИБП потребителей электроэнергии (системный блок, монитор,

периферийное оборудование и др.).

Системный блок ПК. Системный блок стационарного ПК

представляет собой каркас (шасси), в котором размещены все ос-

новные узлы компьютера: блок питания; системная плата

; платы

расширения (адаптеры); дисковод чтения накопителей на гибких

магнитных дисках (дискет) – НГМД; накопитель (иногда — не-

сколько) на жестком магнитном диске – НЖМД (на профессио-

нальном сленге называемый «винчестер»); дисковод чтения (или

чтения–записи) оптических дисков; звуковой динамик; органы

управления (выключатель электропитания, кнопка общего сбро-

са, индикаторы питания и режимов работы); дополнительные

разъемы (USB-шины, подключения головных телефонов, микро-

фона, аудиосистемы и т.п.). С тыльной стороны системного блока

обычно расположены штепсельные разъемы подключения шну-

ров электропитания и соединительных кабелей подключения

внешних устройств. Внутри системного блока размещаются пла-

ты расширения, то есть электронные устройства, которые могут

отсутствовать в первоначальной комплектации ПК и устанавли

ваться позже для расширения его функциональных возможно-

стей. Шасси корпуса накрывается крышкой или кожухом.

Системная плата. Системная (на сленге – материнская)

плата в «Башне» и «Мини-башне» устанавливается вертикально.

Она представляет собой большую многослойную печатную плату

определенного стандартного габарита и компоновки – форм-

фактора. Системная плата несет на себе основные компоненты

системы ПК: центральный микропроцессор (CPU); оперативную

память (RAM); микросхемы поддержки (чипсет); магистрали пе-

редачи цифровой

информации (шины); схемы управления (кон-

троллеры) узлами и системами; разъемы-гнезда (слоты) различ-

ного вида и назначения. Слоты используются для подключения к

системной плате плат расширения. Часть слотов в составе ПК

может оставаться свободной и задействоваться позже при уста-

новке дополнительных устройств. На системной плате размеще-

ны также соединители (коннекторы),

к которым с помощью спе-

циальных интерфейсных кабелей подключаются дисководы и до-

полнительные устройства, размещенные внутри корпуса.

С системной платой ПК неразрывно связано понятие шина

(bus). Этим термином принято характеризовать магистрали пере-

дачи информации, включающие в себя ряд обязательных элемен-

тов, а именно: линии передачи данных; линии передачи адресов;

линии

передачи сигналов управления и контроллер шины. Шины

характеризуются рядом параметров, основными из которых яв-

ляются разрядность (ширина), тактовая рабочая частота и пропу-

скная способность. По назначению шины ПК можно разделить на

системную шину, шины памяти и шины ввода-вывода. Тактовая

частота системной шины определяет рабочие частоты всех ос-

тальных элементов и

систем ПК, устанавливаемые кратными час-

тоте системной шины (как в большую, так и в меньшую сторо-

ны). Шины ввода-вывода определяют номенклатуру подключае-

мых устройств и плат расширения и их рабочие характеристики.

Шину, связывающую только два устройства (или системы)

ПК, принято называть портом. В состав современного ПК обыч-

но входят

несколько видов портов, различающихся по способу

передачи данных: последовательный (с побитной передачей ин-

формации) и параллельный (с побайтной передачей информации)

порты, используемые для подключения внешних и периферий-

ных устройств; ускоренный графический порт (AGP), применяе-

мый для связи системной шины с видеосистемой ПК, и некото-

рые другие, используемые значительно реже (например, инфра-

красный порт, как разновидность последовательного порта, и

др.).

Характерной особенностью современных системных плат

является наличие во многих из них встроенных (интегрирован-

ных) узлов или устройств, обычно размещаемых

на платах рас-

ширения. Интегрированными в системную плату обычно бывают

звуковая карта; сетевой адаптер локальной сети; видеоадаптер

(одно или несколько из перечисленных устройств). Такое реше-

ние имеет как свои сильные, так и слабые стороны. К числу пер-

вых относятся, прежде всего, компактность системы в целом и

возможность использования свободных слотов

для установки

других плат расширения. Кроме того, система получается дешев-

ле (до 20 – 25%), чем в случае использования плат расширения с

аналогичными характеристиками. Однако использование интег-

рированных узлов снижает возможности гибкого выбора моде-

лей, обеспечивающих желаемые характеристики и рабочие пара-

метры устройства. Это может оказаться существенным при жела-

нии установить высокие показатели

того или иного устройства

(например, обеспечение высококачественного пятиканального

звукового сопровождения и т.п.). Правда, всегда существует воз-

можность отключения встроенного устройства и установки до-

полнительного того же назначения, но экономически такое реше-

ние вряд ли целесообразно.

В корпусах типа «ДЕСКТОП» системная плата располагает-

ся горизонтально. В современных «ДЕСКТОПах» системная пла-

та устанавливается так же, как и платы расширения, в предназна-

ченный для нее слот специальной ризер-крты (Riser card), что

обеспечивает модульность конструкции в целом и удобство дос-

тупа к отдельным узлам и элементам. Для экономии внутреннего

пространства «ДЕСКТОПа» в ризер-крту обычно интегрировано

максимальное количество устройств.

Центральный процессор. Центральный процессор

(Central

Processing Unit, CPU) представляет собой, по существу, миниа-

тюрное вычислительное устройство, размещенное в одной сверх-

большой интегральной схеме (СБИС). На одном кристалле

сверхчистого кремния создано несколько миллионов (десятков

миллионов) тонкопленочных транзисторов и других схемных

элементов, соединительные проводники и точки подключения

внешних выводов. В совокупности они образуют все логические

блоки CPU, то есть арифметическое устройство, управляющее

устройство, регистры и т

.д.

На протяжении всей истории развития IBM-совместимых

ПК основным поставщиком процессоров для них являлась ком-

пания Intel. В течение довольно длительного периода времени

единственные реальные предложения по процессорам на рынке

таких ПК помимо Intel поступают от компании AMD. В настоя-

щее время процессоры от Intel и AMD несовместимы в плане

системной архитектуры: выбор процессора устанавливает жест-

кие ограничения на выбор поддерживающей его системной пла-

ты. Первое, что должно учитываться при выборе системной пла-

ты, — это поддержка ею выбранной модели процессора.

Основными параметрами микропроцессоров являются: на-

бор выполняемых команд, разрядность, тактовая частота. Такто-

вая частота указывает, сколько элементарных операции (тактов)

микропроцессор

выполняет в одну секунду. Разрядность показы-

вает, сколько двоичных разрядов (битов) информации обрабаты-

вается или передается за один такт, а также — сколько двоичных

разрядов может быть использовано в процессоре для адресации

оперативной памяти.

Следует учитывать, что тактовая частота служит лишь отно-

сительным показателем производительности процессора, по-

скольку архитектурные различия процессоров приводят

к тому,

что в некоторых из них за один такт выполняется работа, на ко-

торую другие затрачивают несколько тактов.

Традиционно для увеличения производительности CPU ПК

использовались два пути: изменение архитектуры ядра и наращи-

вание тактовой частоты. В последнем случае увеличение произ-

водительности сопровождается возникновением ряда проблем,

обусловленных, в первую очередь,

ростом энергопотребления и

100

тепловыделения. Одновременно, с усложнением архитектуры

процессоров различные команды стали выполняться разными

функциональными блоками. Характерным примером здесь могут

служить целочисленные вычисления и вычисления с плавающей

запятой: если изначально для быстрого выполнения операций над

числами с плавающей запятой использовался отдельный сопро-

цессор (Numerical Processing Unit, NPU), то в дальнейшем эти

блоки стали объединять на одном

ядре. При выполнении опера-

ций в однопоточном (поочередном) режиме, некоторые блоки

подобной архитектуры неизбежно обречены на простой. Исполь-

зование простаивающих блоков позволяет повысить производи-

тельность процессора без дополнительного увеличения тактовой

частоты. Такой подход использует компания Intel в своих совре-

менных процессорах. Технология, позволяющая разбивать вы-

полняемые команды на несколько параллельно

обрабатываемых

потоков, получила название Hyper-Threading.

Из-за сильного нагрева современных высокопроизводитель-

ных CPU в процессе работы, на них устанавливаются индивиду-

альные вентиляторы охлаждения.

Память. Память ПК можно разделить на две основные ка-

тегории – оперативная память (Random Access Memory, RAM),

информация в которой сохраняется только в процессе работы, и

постоянная память (Non Volatile Random Access Memory, NVRAM),

которой информация сохраняется и при выключенном ПК.

В свою очередь оперативная память тоже подразделяется на

несколько видов. Во-первых, следует выделить динамическую

оперативную память (DRAM), зачастую называемую основной

памятью ПК. Конструктивно DRAM выполнена в виде отдельных

модулей, устанавливаемых в специальные слоты на системной

плате. В основе ее работы лежит накопление

и рассасывание

электрического микрозаряда в некоторой области (объеме) физи-

ческой структуры памяти, отождествляемой с определенной ад-

ресуемой логической ячейкой памяти. Такая реализация опера-

тивной памяти позволяет хранить очень большие объемы инфор-

мации в весьма малых по физическим размерам структурах. Пла-

той за это является относительно низкое быстродействие DRAM,