Kandaurova_N_Vychislitelnye_sistemy_seti_i_telekommunikatsii

спутниковых, кабельных и радиорелейных линий связи. Развитием и эксплуатацией сети Relcom занимается АО «Релком», получившее статус провайдера (поставщика услуг) Internet.

Развитие технологии цифровых сетей с интеграцией обслуживания

(ISDN). Основной целью создания такой технологии было объединение в одной сети трафиков цифровых телефонных сетей и компьютерных данных. Успешная реализация этой цели позволила широко использовать технологию ISDN в таких областях, как: передача данных; телефония; доступ к сети Internet; передача трафика, чувствительного к задержкам (звук, видео); интеграция различных видов трафика; объединение удаленных ЛВС.

В России внедрение технологии ISDN находится в начальной стадии. Построение сети ISDN в России связывается с необходимостью внедрения созданного российского стандарта ISDN, наличия цифровых трактов международной, междугородной и городской связи между цифровыми АТС, установки сертифицированных цифровых АТС и наличия рынка таких АТС, а также рынка сетевых терминалов, терминального оборудо вания и средств доступа у конечных пользователей.

Инфраструктура сетей ISDN создана и развивается в десятках крупных городов России. Цифровые АТС, способные поддерживать сервис ISDN, работают в сотнях городов страны.

Развитие технологии Frame Relay (FR). Технология ретрансляции кадров FR появилась как средство реализации преимуществ пакетной коммутации на скоростных каналах связи (≥2 Мбит/с). Она требует использования достаточно качественных каналов связи: вероятность ошибки в канале должна быть ≤10-6-10-7, что обеспечивается только цифровыми каналами (аналоговые линии на 1-3 порядка ниже).

Основная область применения сетей и технологий FR – организация обмена данными между ЛВС. Кроме этого, технология FR является эффективной для реализации доступа к высокоскоростным сетям на базе ATM. Для обеспечения передачи речи современное оборудование сетей FR реализует следующие функции: компрессию речи и передачу оцифрованного голоса, подавление пауз в телефонном разговоре, переменную скорость оцифровки.

В России по мере развития магистральной междугородной сети цифровых высокоскоростных каналов технология FR получает всѐ большее распространение, заменяя сети Х.25.

Развитие технологии высокоскоростных SDH-сетей. Цифровые линии и узлы высокоскоростной сети стандарта SDH, построенные на базе оптоволоконных кабельных линий или цифровых радиорелейных линий, составляют основу инфраструктуры современных магистральных, региональных и городских телекоммуникационных сетей. В России внедрением SDH-сетей наиболее успешно занимается АО «Ростелеком».

Создание современной городской телекоммуникационной сети на базе технологии SDH связано с решением двух самостоятельных задач: построения первичной кольцевой оптоволоконной сети и сети абонентского

230

доступа. При решении первой задачи осуществляется прокладка оптических кабелей в кабелепроводах городской телефонной сети. Здесь есть возможность довести высокоскоростные симметричные и асимметричные каналы до абонентов по существующей телефонной проводке.

Многие крупные компании – операторы связи («Ростелеком», Golden Line, Sovam Teleport, «KOMKOP», MetroCom и др.) в России имеют собственные мощные городские высокоскоростные цифровые инфраструктуры на базе технологии SDH.

Развитие технологии ATM. Технология асинхронного режима передачи ATM является новой, бурно развивающейся, получающей все большее распространение. В развитых странах она становится основой построения современных магистральных телекоммуникационных сетей. Для ATM стандартом на физические каналы выбран стандарт на оптоволоконные каналы связи синхронной цифровой иерархии SDH. Технология мультиплексирования и коммутации, используемая в SDH-сетях, стала АТМтехнологией.

Высокая скорость передачи данных (до 10 Гбит/с) – главное отличие технологии ATM от других телекоммуникационных технологий. В отличие от других стандартов в ATM-сетях отсутствует привязка к какой-либо одной скорости передачи.

На российском рынке в настоящее время имеется довольно полный набор продуктов зарубежных фирм, необходимых для построения магистральных и опорных городских ATM-сетей. Их типовая топология строится на основе структур различной топологии. В SDH-узлах сети устанавливаются высокопроизводительные АТМ-коммутаторы, соединяющиеся высокоскоростными цифровыми оптоволоконными или радиорелейными линиями.

В России осуществляется опытное внедрение технологии ATM. Работы ведутся различными компаниями: «Ростелеком», Роспак, Информсвязь и др. При этом успешно решается проблема совмещения разнородных телекоммуникационных сетей, построенных на базе различных технологий (Х.25, IP, FR, телефонных сетей и др.).

Общие тенденции развития современных телекоммуникационных технологий в России состоят в следующем.

1.Стагнация рынка услуг Х.25 на фоне стремительного роста услуг на базе технологии FR.

2.Рост услуг Internet объясняется открытостью сети, простотой

доступа, информационной насыщенностью.

3.Рост услуг на базе технологии FR определяется следующим:

технология FR успешно заменяет технологию Х.25;

пропускная способность сети FR в три раза выше, чем сети Х.25;

FR-технология дает возможность использовать больший набор ПО, чем технология Х.25;

через FR-сеть с развитием алгоритмов и аппаратной реализации

231

можно передавать речь, аудиоинформацию и видеоизображения. 4. Созданы предпосылки для внедрения технологии ATM. Успешное

распространение этой технологии связывается с широким внедрением сетей на базе оптоволоконного кабеля и средств синхронной цифровой иерархии SDH, дальнейшим снижением ошибок в канале, достижениями в разработке интегральных схем.

На мировом и российском рынке первенство принадлежит трафику разнообразных видов данных, объем которого превзошел объем чисто голосового трафика и составляет до 90% общего мирового объема передаваемой информации. Именно поэтому, существующие и проектируемые ТКС представляют интерес, прежде всего, с точки зрения их пропускной способности для трафика данных. Процесс цифровизации сетей связи с акцентом на сети передачи данных во многом унифицировал эти сети. Терминальное оборудование становится все более универсальным и интеллектуальным. Одно из перспективных направлений – разработка средств и технологий для беспроводного доступа абонентов.

Литература

Список основной литературы

1.Бройдо В.Л., Ильина О.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. – 3-е изд. – СПб.: Питер, 2008.

2.Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. – СПб.: Питер, 2005.

3.Олифер В.Г., Олифер Н.А. Новые технологии и оборудование IP -сетей. – СПб.: Питер, 2000.

4.Олифер В.Г., Олифер Н.А. Сетевые операционные системы. – СПб.: Питер,

2002.

5.Пятибратов А.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебник / А.П. Пятибратов, Л.П. Гудыно, А.А. Кириченко; под ред. А.П. Пятибратова. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Финансы и статистика; ИНФРА-М, 2008.

Список дополнительной литературы

1.Бройдо В.Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебник. – 2-е изд. – СПб.: Питер, 2005.

2.Галкин В.А., Григорьев Ю.А. Телекоммуникации и сети: учеб. пособие

для вузов. – М.: Изд-во МГТУ им Н.Э. Баумана, 2003.

3. Компьютерные сети. Устройство, подключение и использование / М. Левин. – М.: Оверлей, 2000.

4.Олифер В.Г. Основы сетей передачи данных / В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. – М.: ИНТУИТ.РУ «Интернет-Университет информационных технологий», 2005.

232

5.Пятибратов А.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебник / А.П. Пятибратов, Л.П. Гудыно, А.А. Кириченко; под ред. А.П. Пятибратова. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Финансы и статистика,

2005.

6.Пятибратов А.П. и др. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебник / А.П. Пятибратов, Л.П. Гудыно, А.А. Кириченко; под ред. А.П. Пятибратова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Финансы и статистика, 2002.

7.Танненбаум Э. Компьютерные сети. – СПб.: Питер, 2003.

РАЗДЕЛ 2. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

Лабораторная работа № 1. ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ СИСТЕМ СЧИСЛЕНИЯ

Цель:

1)закрепить теоретические знания и получить практические навыки перевода чисел из 10-ой системы счисления в 2-, 8-, 16-, (2-10)-ую системы и обратно;

2)получить и закрепить практические навыки работы с цифровой информацией в электронном виде в различных программных средах.

Краткие теоретические сведения

Системой счисления (СС) называется способ изображения чисел с помощью ограниченного набора символов, имеющих определенные количественные значения.

В позиционных системах каждая цифра числа имеет определенный вес, зависящий от позиции цифры в последовательности, изображающей число. Позиция цифры называется разрядом. В позиционной системе счисления любое число можно представить в виде:

A

а

a

...a ...a a a

a

2

...a

k

a

m 1

Pm 1

a

m 2

Pm 2...a

k

P k .

(n)

m 1 m 2

i 1 0

1

m 1

Или сокращенно

A

a Pi .

(1.1)

(n)

i k

i

где:

аi – i-я цифра числа;

к – количество цифр в дробной части числа; т – количество цифр в целой части числа; Р – основание системы счисления.

Целая часть числа отделяется от дробной части точкой (запятой).

В соответствии с формулой (2.1) это число A(10)=37.25 формируется из цифр с весами разрядов:

A(10) 3 101 7 100 2 10 1 5 10 2 .

Теоретически более экономичной системой счисления является система с основанием е =2,71828..., находящимся между числами 2 и 3.

Во всех современных компьютерах для представления числовой информации используется двоичная система счисления.

При Р=2 число различных цифр (алфавит) составит (0 и 1). Рассмотрим производные системы и их алфавиты:

двоичная – {0, 1};

восьмеричная – {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7};

десятичная и двоично-десятичная – {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};

шестнадцатеричная – {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, А, В, С, D, E, F}. Здесь шестнадцатеричная цифра А=10, В=11, C=12, D=13, E=14, F=15.

234

Далее в таблице 1.1 приведено соответствие чисел и алфавиты (выделено серым цветом) компьютерных систем счисления.

Восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления являются производными от двоичной, так как 8 = 23 и 16 = 24. Они используются для более компактного изображения двоичной информации.

Пример. Число А(10) = 100.625 в двоичной, восьмеричной и шестнадцатеричной системах счисления имеет следующее представление:

А(2) 1100100.101 1 26 1 25 0 24 0 23 1 22 0 21 0 201 2 1 0 2 2 1 2 3;

А(8) 144.5 1 82 4 81 4 80 5 8 1; А(16) 64. А 6 161 4 160 10 16 1.

Таблица 1.1 – Соответствие чисел в компьютерных системах счисления

	Двоичная	Восьмеричная	Десятичная	Шестнадцатеричная
	0	0	0	0
	1	1	1	1
10		2	2	2
11		3	3	3
100		4	4	4
101		5	5	5
110		6	6	6
111		7	7	7
1000		10	8	8
1001		11	9	9
1010		12	10	A
1011		13	11	B
1100		14	12	C
1101		15	13	D
1110		16	14	E
1111		17	15	F

Перевод целых и дробных чисел из одной системы в другую осуществляется по разным правилам.

Перевод целых чисел. Для перевода целой части необходимо 10-ое число многократно делить на основание Р, получая остатки от каждого деления. Результат в Р-ой системе формируется из остатков, записанных в обратном направлении их получения. Процедура деления проводится до тех

пор, пока в результате частного не появится «ч», удовлетворяющее условию

1 ч (Р-1).

Примеры: Перевести число 54(10) в 2-ую систему счисления.Перевести число 348(10) в 8-ую систему счисления.Перевести число 875(10) в 16-ую систему счисления.

235

Запишем результаты в обратном порядке получения цифр:

54(10) = 110110(2); 348(10) = 534(8); 875(10) = 36В(16).

Проверки обратным переводом по формуле (1.1).

110110(2) = 1 25 + 1 24 + 0 23 + 1 22 + 1 21 + 0 20 = 32 + 16 + 4 + 2 =

54(10).

534(8) = 5 82 + 3 81 + 4 80 = 320 + 24 + 4 = 348(10). 36В(16) = 3 162 + 6 161 + В160 = 768 + 96 + 11 = 875(10).

Перевод дробных чисел. Для перевода дробной части 10-го числа в Р- ую СС необходимо дробную часть этого числа многократно умножить на основание Р, получая целые чисти произведений, записанные в прямом направлении их получения.

Примеры: Перевести число 0,725 (10) в 2-ую систему счисления.Перевести число 0,873(10) в в8-ую систему счисления.Перевести число 0,27(10) в 16-ую систему счисления.

Запишем результаты в прямом порядке получения цифр:

0,725(10) = 0,1011(2); 0,873(10) = 6767(8); 0,27(10) = 451E(16).

Процедура умножения проводится до тех пор, пока в дробной части произведения не появятся все нули. Если этого добиться не удаѐтся, задаются определѐнной точностью перевода. Примеры приведены смотри ниже.

Перевод из 2-ой СС в 8-ую и обратно. В этом случае 2-ое число от занятой влево и вправо надо разбить на триады (3 разряда) и записать их в виде 8-ых цифр. В неполные триады можно дописать влево и вправо 0 (нули).

Пример: 2-ое число1 011 010 110,011 001 11 8-ое число1 3 2 6 , 3 1 6

Обратный перевод состоит в записи каждой 8-ой цифры двоичным числом.

236

Перевод из 2-ой СС в 16-ую и обратно. Этот перевод осуществляется аналогично предыдущему, но вместо триад используются тетрады (4 разряда). В неполные тетрады также можно дописать 0 (нули).

Пример: 2-ое число 10 1101 0110,0110 0111

16-ое число 2 D

6 , 6

7

Перевод из 8-ой СС в 16-ую и обратно легко осуществить через 2-ую систему, переходя от триад к тетрадам и наоборот.

Перевод чисел из 10-ой системы счисления в (2-10)-ую и обратно.

При этом каждая 10-я цифра (разряд) записывается 2-ичным кодом по

тетрадам.
Пример:	10-ое число 9	1	5 , 3	7
(2-10)-ое число 1001 0001 0101, 0011 0111
Такой перевод	также прост и обладает свойством реверса (туда и

обратно). При переводе чисел из (2-10)-ой системы счисления в 2-ую необходимо (2-10)-ые тетрады записать 10-ми цифрами.

Выполнение лабораторной работы

Для получения зачѐта по лабораторной работе необходимо:

1)знать вышеизложенный теоретический материал по системам счисления;

2)выбрать из таблицы 1.2 10-ое число по № задания, соответствующему № студента в журнале учебной группы (или другим способом по согласованию с преподавателем);

Таблица 1.2 – Варианты заданий

№	10-ое	№	10-ое	№	10-ое	№	10-ое
задания	число	задания	число	задания	число	задания	число
1	21,125	6	26,75	11	31,5	16	36,25
2	22,25	7	27,875	12	32,625	17	37,375
3	23,375	8	28,125	13	33,75	18	38,5
4	24,5	9	29,25	14	34,875	19	39,625
5	25,625	10	30,375	15	35,125	20	40,75

3)перевести это число из 10-ой системы счисления в 8-ую, этот перевод оформить в электронном виде с помощью программы Paint или на бумаге, что менее ценно;

4)проверить правильность перевода обратным переводом, используя формулу (1.1);

5)перевести полученное число из 8-ой системы счисления в 2- и 16-ую СС, используя соотношения 8=23 и 16=24;

6)перевести полученное число из 2-ой системы счисления в 8- и 16-ую СС, используя соотношения 8=23 и 16=24;

237

7)осуществить проверку правильности всех переводов, используя программу Калькулятор→Вид→Инженерный. Цепочка открытия калькулятора: Пуск→Все программы→Стандартные→ Калькулятор;

8)материалы всей работы (отчѐт о работе) оформить в электронной среде MS Word, Paint, Visio или Рисование и сохранить на логическом диске D:/Студент/№ группы/ФИО студента/№ работы (а также создать копию отчѐта о работе на любом внешнем ЗУ) и представить преподавателю для защиты;

9)защитить результаты выполненной работы, ответить на контрольные вопросы.

Примечание. Только после представления отчѐта (результатов выполненной работы) в электронном виде преподавателю и еѐ защиты она считается выполненной.

Контрольные вопросы

1.Дайте определение системы счисления (СС).

2.Дайте определение непозиционной системы счисления.

3.Дайте определение позиционной системы счисления.

4.Какие системы счисления используются в компьютерах?

5.Почему в компьютерах не используется более экономичная 3-ая СС?

6.Определите последовательность появления компьютерых систем счисления.

7.Сформулируйте правило перевода целых чисел из 10-ой СС в 2-ую СС.

8.Сформулируйте правило перевода дробных чисел из 10-ой СС в 2-ую СС.

9.Как обеспечить точность перевода дробных чисел из 10-ой СС в 2-ую СС?

10.Как осуществить проверку перевода чисел из одной СС в другую?

11.Сформулируйте правило перевода чисел из 2-ой СС в 10-ую СС.

12.Для чего понадобились 8-ая и 16-ая СС?

13.Какими СС пользуются системные программисты?

14.Сформулируйте правило перевода чисел из 2-ой СС в 8-ую СС.

15.Сформулируйте правило перевода чисел из 8-ой СС в 2 -ую СС.

16.Сформулируйте правило перевода чисел из 2-ой СС в 16-ую СС.

17.Сформулируйте правило перевода чисел из 16-ой СС в 2-ую СС.

18.Сформулируйте правило перевода чисел из 8-ой СС в 16-ую СС.

19.Сформулируйте правило перевода чисел из 16-ой СС в 8-ую СС.

20.В каких случаях применяется (2-10)-ая СС?

21.Какой выигрыш получается от применения (2-10)-ой СС?

238

Лабораторная работа № 2. ВЫПОЛНЕНИЕ АРИФМЕТИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ В КОМПЬЮТЕРАХ В МОДИФИЦИРОВАННЫХ ОБРАТНОМ И ДОПОЛНИТЕЛЬНОМ КОДАХ

Цель:

1) закрепить теоретические знания и получить практические навыки выполнения арифметических операций в компьютерах в модифицированном обратном и модифицированном дополнительном кодах;

2) получить и закрепить практические навыки работы с цифровой информацией в электронном виде в различных программных средах.

Краткие теоретические сведения

К арифметическим операциям в компьютерах относят следующие группы операций:

операции 2-ой арифметики для чисел с фиксированной запятой (ФЗ);

операции 2-ой арифметики для чисел с плавающей запятой (ПЗ);

операции 10-ой арифметики;

операции индексной арифметики (для модификации адресов команд);

операции специальной арифметики (нормализация, сдвиг кода). Рассмотрим самый простой случай – операции 2-ой арифметики для

чисел с ФЗ. Эти операции выполняются либо в обратном модифицированном коде (ОМК), либо в дополнительном модифицированном коде (ДМК). Причѐм, ДМК обеспечивает компьютеру более высокое быстродействие.

И в ОМК, и в ДМК кодируются знак числа и само число. Знаки в обоих кодах кодируются одинаково: «+» кодируется 00, а «–» кодируется 11.

Коды отрицательных чисел без знака в ОМК образуются в любой p- ичной системе счисления путѐм поразрядного вычитания из (p–1), т.е. старшей цифры алфавита системы счисления, цифр числа, для которого образуется ОМК. Отметим, что для положительных чисел код числа

соответствует исходному числу.
Например, с учѐтом знака числа будем иметь:
Число	Преобразование	ОМК
+135(10)	нет	00.135(10)
135(10)	999(10) – 135(10) = 864(10)	11.864(10)
+135(8)	нет	00.135(8)
135(8)	777(8) – 135(8) = 642(8)	11.642(8)
+135(16)	нет	00.135(16)
135(16)	FFF(16) – 135(16) = ECA(16)	11.ECA(16)
+1001(2)	нет	00.1001(2)
1001(2)	1111(2) – 1001(2) = 0110(2)	11.0110(2)

Из последней строки заметим, что в 2-ой системе счисления для образования ОМК отрицательного числа необходимо в соответствии с

239