Разработать архитектуру вычислительного средства, его временные диаграммы, принцип действия и выполнить их в программной среде OR CAD для р

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РФ

Брянский Государственный  Технический Университет

 

 

Кафедра «Компьютерные  технологии и системы»

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

по дисциплине «Архитектура ЭВМ и систем»

на тему:

 

«Разработать  архитектуру вычислительного средства, его временные диаграммы, принцип действия и выполнить их в программной среде OR CAD для решения функции

     Y=(X1 - X2) - (X3٧ X4) »

 

 

 

 

Выполнил студент группы 09-ИС(б) :

                            Моргунов Д.А.

 

        Проверил Ст. преподаватель:

Филиппов Р.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Брянск 2010

 

Содержание

 

Введение

 

Наши дни характеризуются необходимостью обрабатывать огромное количество информации. Для сбора информации, а так же для хранения и её распространения, необходимо специальное устройство. Таким устройством, сейчас, является компьютер. Компьютер задействован практически во всех сферах жизни на данный момент.

Данная курсовая работа посвящена  разработке функциональных и структурных схем узлов и модулей вычислительных средств, построению временных диаграмм и их принципа действия. Для реализации поставленных задач будем использовать программную среду Or CAD, позволяющую моделировать электронные и логические схемы.

 

1.Общий раздел

1.1.1.Представление сети Internet

17 мая 1974 года академик Андрей Дмитриевич Сахаров завершил работу над статьей "Мир через полвека": "В перспективе, быть может, поздней, чем через 50 лет", - прогнозирует Сахаров, - "я предполагаю создание всемирной информационной системы, которая и сделает доступным для каждого в любую минуту содержание любой книги когда-либо и где-либо опубликованной...". Темп прогресса информатики далеко опередил ожидания Андрея Дмитриевича.

 

День 20 октября стал Международным днем Internet – Всемирной компьютерной Сети, которая объединяет миллионы людей. В этой работе я хотел как можно более подробно рассказать об истории создания этого восьмого чуда света – венца творения прогресса в 20-ом веке. Ведь несмотря на то, что об Internet знает практически каждый, об его истории известно мало и даже теми немногими знаниями обладают далеко не все сами пользователи Internet.

 

Интернет представляет собой международную компьютерную «сеть сетей», действующую на основе сотрудничества и соединяющую друг с другом самых разных пользователей, в том числе государственные организации, учебные заведения, библиотеки, корпорации, больницы, частных лиц и т.д. Не существует какой-либо одной организации, которая бы владела или управляла сетью Интернет или контролировала бы ее. Однако Интернет не является бесплатным. Основное бремя расходов на поддержание сети несут основные пользователи, а именно университеты, национальные исследовательские центры, высокотехнологичные корпорации и государственные учреждения.

После изобретения и совершенствование модемов, были открыты двери в Internet огромному количеству обычных людей. Так как для доступа в Internet им не требовалось специальное сетевое оборудование. Таким образом Internet завоевывал свою популярность. 

Все компьютеры сети Internet можно  разделить на два типа: серверы и клиенты. Ваш компьютер является компьютером-клиентом сети Internet,т.к. вы используете ресурсы Internet. Серверы образуют основу сети и предоставляют свои ресурсы, в использование другим компьютерам.

                             1.1.2.Как появился Интернет.

                                    Этапы развития.

В 1960-е годы, после Карибского кризиса, фирма  RAND Corporation, один из мозговых центров Соединенных Штатов, впервые предложила создать децентрализованную компьютерную сеть, покрывающую всю страну. Проект включал в себя объединение компьютеров военных, научных и образовательных учреждений в сеть, которая могла бы сохранить работоспособность в условиях ядерной атаки. Это был ответ США на запуск 4 октября 1957 года Советским Союзом первого искусственного спутника Земли. Основной идеей проекта была децентрализация управления и подчинения, чтобы выход из строя одного или нескольких сегментов сети не привел бы ее к коллапсу. Это требование дает ключ к пониманию принципов построения и структуры Internet. В проектируемой модели сети всегда была связь между компьютером-источником и компьютером-приемником (станцией назначения). Сеть a priori предполагалась ненадежной: любая часть сети может исчезнуть в любой момент. Такая структура может быть осуществлена только в том случае, если между узлами сети существуют множественные связи.

В первом варианте предложения, которое  увидело свет в 1964 году благодаря  усилиям сотрудника RAND Пола Бэрана (Paul Baran), просто утверждалось, что все узлы (компьютеры) сети должны иметь одинаковый статус. Каждый узел уполномочен порождать, передавать и получать сообщения от любого другого. Сообщения для передачи разбиваются на небольшие стандартизированные элементы, называемые пакетами. Каждый пакет имеет адрес назначения, и доставка сообщения обеспечивается тем, что каждый узел имеет возможность посылать (или переадресовывать) пакеты по сети к месту назначения.

 

 

     Создание первой версии ARPANET

 

В конце 1960-х годов, корпорация RAND, Массачусетский технологический институт и Калифорнийский университет Лос-Анджелеса начали экспериментировать с концепцией децентрализованной сети с пересылкой пакетов. В Великобритании подобные эксперименты проводились NPL (National Physical Laboratory , Национальной физической лабораторией). В 1968 году подразделение Петагона, - ARPA (Advanced Research Projects Agency, Агенство по работе с исследовательскими проектами в области перспективных исследований), - открыло финансирование этого проекта в США.

К осени 1969 года появился на свет младенец – сеть ARPANET, состоящий к тому времени из четырех узлов, а именно:

• компьютер SDS SIGMA в Калифорнийском университете Лос-Анджелеса,
• компьютер SDS940 в Стэндфордском исследовательском институте,
• компьютер IBM360 в Калифорнийском университете Санта-Барбары,
• компьютер DEC PDP-10 в университет штата Юта.

Первые испытаний ARPANET оказались крайне успешными. Ученые исследовательских учреждений, послуживших испытательными полигонами, получили возможность передавать данные и совместно пользоваться удаленным доступом к компьютерам.  

К 1971 году ARPANET разрослась до 15 узлов, включая Массачусетский технологический институт, RAND, Гарвард, Питтсбургский университет Каренги-Меллона, Case Western Reserve и центр NASA в Эймсе.

К 1972 году сеть ARPANET насчитывала уже 37 узлов, а в 1973 году впервые были подключены и зарубежные узлы – Университетский колледж в Лондоне и Королевская лаборатория радиолокации в Норвегии. Ответственность за администрирование сети взяло на себя DCA  (Defence Communication Agency, Оборонное агенство по коммуникациям), в настоящее время называемое DISA (Defence Information Systems Agency, Оборонное агенство по информационным системам).

Несмотря на то, что изначально ARPANET состояла из соединений между самыми престижными исследовательскими институтами США, и что первые обоснования создания ARPANET подчеркивали ее важность как средства удаленного доступа к компьютерам, основной поток информации по сети не соответствовал своему первоначальному предназначению. Первое время ученые действительно использовали сеть только для координации своих исследований и обмена сообщениями со своими коллегами. Однако весьма быстро сеть превратилась в высокоскоростную компьютеризированную «веревочку», которую многие использовали для передачи личных сообщений, сплетен и просто разговоров.

 

 

    Рост и изменнение ARPANET в 70-е годы

 

Несмотря на то, как в реальности использовались новые возможности, создание ARPANET и концепции децентрализованной сети с пакетной передачей данных  в целом означали огромный успех. В течение 1970-х годов эта легко расширяемая система претерпела гигантский рост. Её децентрализованная структура, существенно отличающаяся от структур существовавших  в то время корпоративных сетей, позволяла подключать к сети компьютеры практически любого типа, - при одном лишь условии, что  эти компьютеры «понимали» протокол (соглашение о стандарте) пакетной передачи данных NCP (Network Control Protocol, Протокол сетевого управления). Этот протокол стал предшественником ныне используемого TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol, Протокол управления передачей/Протокол Intenet, или Межсетевой Протокол).

Уже в 1974 году Винт Серф и Боб Кан, сотрудники NSF (National Science Foundation, Государственный фонд научных исследований - аналог нашего Министерства Науки), опубликовали свои первые спецификации нового протокола управления передачей данных TCP/IP, который до 1977 года использовался при подключении к ARPANET других компьютерных сетей.

Протокол TCP/IP, открытый для общего использования, отличался от NCP тем, что сообщение разбивались, и преобразовывались в пакеты на узле отправки, обратное преобразование со сборкой сообщения из пакетов происходило на узле назначения. Протокол IP устанавливал адресацию пакетов, которая позволяла пакетам достичь места назначения, проходя через многочисленные узлы, или даже сети, стандарты которых отличались от стандарта NCP для ARPANET.

Эти решения могут показаться странными, как и предположение о «ненадежной» сети, но уже имеющийся опыт показал, что большинство этих решений вполне разумно и верно. Пока ISO (Organization for International Standartization, Международная Организация по Стандартизации) тратила годы, создавая окончательный стандарт для компьютерных сетей, пользователи ждать не желали. Активисты Internet начали устанавливать IP-программное обеспечение на все возможные типы компьютеров. Вскоре это стало единственным приемлемым способом для связи разнородных компьютеров. Такая схема понравилась правительству и университетам, которые проводят политику покупки компьютеров у различных производителей. Каждый покупал тот компьютер, который ему нравился и вправе был ожидать, что сможет работать по сети совместно с другими компьютерами.

 

Протокол TCP/IP послужил толчком для дальнейшего расширения ARPANET, поскольку он легко устанавливался на практически любой компьютер и позволял сети с легкостью развиваться вширь от любого существующего узла.

К 1983 году ARPANET, которая к тому времени уже получила общепринятое имя Internet, отражающее ее структуру мощной совокупности связанных между собой компьютеров и сетей, официально отказалась от использования протокола NCP в пользу более развитого и распространенного протокола TCP/IP.

В этом же году из ARPANET выделилась MILNET, которая стала относиться к Defence Data Network (DDN, Оборонная сеть обмена данными) министерства обороны США. Термин Internet стал использоваться для обозначения единой сети: MILNET и ARPANET. И хотя в 1991 году ARPANET прекратила свое существование, название Internet продолжило свое существование, так как Сеть стала объединять в себе уже и международные сети.

Это решение было официально поддержано Министерством Обороны США, –  протокол вошел в MIL STD (Military Standarts, Военные стандарты), и все, кто работал в сети, обязаны были перейти к этим новым протоколам.

Для облегчения этого перехода ARPA обратилась с предложением к руководителям  фирмы Berkley Software Design - внедрить протоколы TCP/IP в Berkley (BSD) UNIX. С этого и начался союз UNIX и TCP/IP. UNIX – это одна из наиболее популярных операционных систем для серверов – компьютеров, которые взаимодействуют (предоставляют свои ресурсы, как то файлы, информация, вычислительные мощности и т.п.) с подключающимися к ним другими компьютерами, – так называемыми клиентами. Можно сказать, что большинство информации в Internet (по крайней мере, та, которая занимает большие объемы – десятки и сотни гигабайт) хранится на серверах.

 

 

    Рост Internet в 80-е годы

 

1980-е годы стали периодом бурного роста Internet.

В то время начали появляться Локальные  Вычислительные Сети (LAN), например, такие  как Ethernet и др. Одновременно появились  компьютеры, которые стали называть рабочими станциями. На большинстве рабочих станций была установлена операционная система UNIX. Эта ОС имела возможность работы в сети с Протоколом Internet (IP). В связи с возникновением принципиально новых задач и методов их решения появилась новая потребность: организации желали подключиться к ARPANET своей локальной сетью (более подробно о локальных сетях в Internet смотрите в главе «Развитие Internet в наши дни», параграф «Объединение локальных сетей / Intranet»). Примерно в то же время появились другие организации, которые начали создавать свои собственные сети, использующие близкие к IP коммуникационные протоколы. Стало ясно, что все только выиграли бы, если бы эти сети могли общаться все вместе, ведь тогда пользователи из одной сети смогли бы связываться с пользователями другой сети.

Схема соединения компьютеров в  сеть с децентрализованным управлением распространялась по всему миру, и организаторы многих зарубежных сетей пожелали подключиться к американской сети.

Охват мирового сообщества Internet существенно расширился благодаря включению следующих сетей:

 

• EUNet – Европейская сеть UNIX-машин,

год подключения - 1982

• EARN – Европейская сеть учебных и научно-исследовательских учреждений, год подключения – 1983
• JUNET – Японская сеть UNIX-машин,

год подключения – 1984

• JANET – Объединенная академическая сеть Великобритании,

год подключения – 1984.

 

В конце 80-х годов наиболее влиятельные  учереждения США на средства, выделенные NSF, основали NSFNET – пять суперкомпьютерных центров в Принстоне, Питтсбурге, Калифорнийском университете Санта-Барбары и университете Корнели. Сеть из этих пяти центров обычно называется «магистральных хребтом Internet в США» (Internet Backbone). Эта сеть была доступна для использования в любых научных учреждениях. Было создано всего лишь пять центров потому, что они очень дороги даже для богатой Америки. Именно поэтому их и следовало использовать кооперативно.

Возникла проблема связи: требовался способ соединить эти центры и  предоставить доступ к ним различным  пользователям. Сначала была сделана  попытка использовать коммуникации ARPANET, но это решение потерпело крах, столкнувшись с бюрократией оборонной отрасли и проблемой обеспечения персоналом. Тогда NSF решил построить свою собственную сеть, основанную на IP технологии ARPANET. Центры были соединены специальными телефонными линиями с пропускной способностью 56 Кбит/сек (на такой скорости сейчас работают обычные модемы (более подробно о модемах см. далее).