В пятой главе рассматривается один из наиболее популярных программных пакетов решения вычислительных задач и их исследования в профессиональной деятельности MatLab. <...> В этой главе описывается интерфейс MatLab, основные методы вычисления и построения графики. <...> Преимущества использования локальных сетей в решении прикладных задач обработки данных Компьютерная сеть (англ. <...> Кроме термина компьютерная сеть используется также понятие вычислительная сеть. <...> Для организации взаимодействия абонентов необходима физическая среда передачи. <...> Любая коммуникационная сеть, одной из разновидностей которой является компьютерная сеть, должна включать следующие основные компоненты: передатчик, сообщение, канал связи средства передачи, приемник. <...> Канал связи – среда передачи сигналов между двумя устройствами активного оборудования, включающая линию, абонентские и сетевые кабели. <...> Компьютерная сеть позволяет совместно использовать периферийные устройства, включая: • принтеры; • плоттеры; • дисковые накопители; • приводы CD-ROM и DVD-ROM; • дисководы; • стримеры; 6 • сканеры; • факс-модемы и др. <...> 13 Одноранговые сети целесообразность применять в следующих условиях: если количество компьютеров, объединенных в сеть, не превышает десяти; если компьютеры расположены компактно; если вопросы защиты данных не принципиальны; если в дальнейшем не потребуется расширения сети. <...> Сети на основе сервера С увеличением количества пользователей производительность одноранговой сети быстро падает и обостряется вопросы администрирования сети. <...> Набор правил, определяющий использование канала передачи данных, соединяющего узлы сети на физическом уровне, называется методом доступа к среде передачи данных. <...> Схема топологии «общая шина» Подобная топология получила название «общая шина» (англ. <...> При этом не учитывается, что в некоторых сетях, в которых линии связи используются (разделяются) попеременно не27 сколькими парами взаимодействующих <...>
Компьютерные_технологии_в_научных_исследованиях.pdf
МИНИCTEPCTBO ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
В НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
Направление подготовки 210100.68 – Электроника
и наноэлектроника
Магистр
Ставрополь
2015
Стр.1
УДК 004.92:378.3 (075.8)
ББК 32.973:74.58 я 73
К 71
Печатается по решению
редакционно-издательского совета
Северо-Кавказского федерального
университета
Косова Е. Н., Катков К. А., Вельц О. В. и др.
К 71 Компьютерные технологии в научных исследованиях:
учебное пособие / Косова Е. Н., Катков К. А., Вельц О. В.,
Плетухина А. А., Серветник О. Л., Хвостова И. П. – Ставрополь:
Изд-во СКФУ, 2015. – 241 с.
Пособие посвящено основам компьютерных технологий
в научных исследованиях.
Предназначено для магистров по направлению подготовки
210100.68 –Электроника и наноэлектроника. Включает в себя пять
глав и примеры с их подробным разбором и решением.
УДК 004.92:378.3 (075.8)
ББК 32.973:74.58 я 73
Авторы:
канд. физ.-мат. наук, доцент Е. Н. Косова,
канд. техн. наук, доцент К. А. Катков,
ст. преп. О. В. Вельц,
канд. техн. наук, доцент А. А. Плетухина,
канд. пед. наук, доцент О. Л. Серветник,
канд. пед. наук, доцент И. П. Хвостова
Рецензенты:
канд. пед. наук, доцент М. В. Трофимова,
канд. техн. наук, доцент В. В. Красильников
© ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский
федеральный университет», 2015
Стр.2
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время вся деятельность специалиста при проведении
научных исследования строится на базе современных компьютерных
технологиях. Компьютерным технологиям принадлежит
определяющая роль в научно-техническом развитии и, как известно,
позволяют оптимизировать различные информационные процессы
в научно-исследовательской деятельности.
Производство средств компьютерных вычислений и телекоммуникационной
связи относится к наиболее наукоемким отраслям
промышленности, мировой опыт свидетельствует об их динамичном
развитии.
Электроника в современном обществе обеспечивает техническую
базу и реализацию информационных систем. Основным
направлением развития современной электроники стала микроэлектроника,
обеспечивающая разработку, производство и применение
в системах обработки информации полупроводниковых интегральных
схем микропроцессоров, оперативной памяти, микроконтроллеров
и функциональных узлов аппаратуры обработки информации.
Решение
задач электроники является сложным направлением
науки, которое требует максимального использования достижений
компьютерных технологий в обработке информации, и в частности,
в применении в научных исследованиях специалистами по электронике.
Современные
достижения в программном обеспечении научной
деятельности исследователей по направлению электроники и
наноэлектроники позволяют проводить сложные и трудоемкие вычисления.
В
связи с этим становится актуальным изучение новых компьютерных
технологий в научных исследованиях.
Данное учебное пособие рассматривает теоретические и практические
аспекты применения компьютерных технологий в научных
исследованиях и состоит из пяти глав.
Первая и вторая главы посвящены современным сетевым и телекоммуникационным
возможностям для применения в научных
исследованиях. Рассмотрены теоретические вопросы локальных и
глобальных компьютерных сетей.
3
Стр.3
Одним из направлений современных научных исследований
является компьютерное моделирование и разработки вычислительных
программ для решения научно-технических задач. В третьей
главе изложены основы алгоритмизации и программирования вычислительных
задач на языке программирования С, С++. Изложение
теории программирования сопровождается практическими
примерами.
Поскольку компьютерное моделирование сложных научноисследовательских
задач сопровождается большими финансовыми
и трудовыми затратами и требует много времени для расчета, то
актуальным становится применение технологий параллельных вычислений.
Четвертая
глава как раз таки и посвящена основам параллельных
вычислений, описанию аппаратной части построения параллельных
вычислений и их алгоритмам.
В пятой главе рассматривается один из наиболее популярных
программных пакетов решения вычислительных задач и их исследования
в профессиональной деятельности MatLab. В этой главе
описывается интерфейс MatLab, основные методы вычисления и
построения графики. И как из составных частей MatLab, рассматривается
модуль визуального программирования Simulink.
Данной учебное пособие может быть полезно не только студентам
направления –210100.68 Электроника и наноэлектроника,
но и студентам других технических направлений.
4
Стр.4
Глава 1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О КОМПЬЮТЕРНЫХ
СЕТЯХ. ЛОКАЛЬНЫЕ И ГЛОБАЛЬНЫЕ СЕТИ ЭВМ
1.1. Преимущества использования локальных сетей в решении
прикладных задач обработки данных
Компьютерная сеть (англ. Computer NetWork, от net – сеть и
work – работа) – совокупность компьютеров, соединенных с помощью
каналов связи и средств коммутации в единую систему для
обмена сообщениями и доступа пользователей к программным,
техническим, информационным и организационным ресурсам сети.
Кроме термина компьютерная сеть используется также понятие
вычислительная сеть. Это – вычислительный комплекс,
включающий территориально распределенную систему компьютеров
и их терминалов, объединенных в единую систему. Вычислительная
сеть состоит из трех компонентов:
сети передачи данных, включающей в себя каналы передачи
данных и средства коммутации;
компьютеров, связанных сетью передачи данных;
сетевого программного обеспечения.
Компьютерные сети представляют собой вариант сотрудничества
людей и компьютеров, обеспечивающего ускорение доставки
и обработки информации. Объединять компьютеры в сети начали
более 30 назад. Когда возможности компьютеров выросли и ПК
стали доступны каждому, развитие сетей значительно ускорилось.
Объединение в один комплекс компьютеров, аппаратуры связи
и каналов передачи данных предъявляет специфические требования
со стороны каждого элемента вычислительной сети и требует
формирования специальной терминологии.
Абоненты сети – объекты, генерирующие или потребляющие
информацию в сети. Абонентами сети могут быть отдельные компьютеры,
компьютерные комплексы, промышленные роботы, станки
с числовым программным управлением и т. д. Станция – аппаратура,
которая выполняет функции передачи и приема информации.
Для организации взаимодействия абонентов необходима физическая
среда передачи.
Средой передачи (физической) называют собственно среду
распространения и/или волноведущую (направляющую) систему,
по которой сигнал – электромагнитная волна – распространяется от
5
Стр.5