Технические средства информатизации

ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА 
ИНФОРМАТИЗАЦИИ

УЧЕБНИК

Рекомендовано Экспертным советом
при ГБОУ УМЦ ПО ДОгМ для использования
в образовательном процессе профессиональных
образовательных организаций города Москвы
в качестве учебника для студентов
среднего профессионального образования
по специальностям  09.02.02 «Компьютерные сети», 
09.02.03 «Программирование в компьютерных системах», 
09.02.04 «Информационные системы (по отраслям)»

Москва
КУРС
ИНФРА-М
2020

СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

В.П. ЗВЕРЕВА
А.В. НАЗАРОВ

УДК 681.3(075.8)
ББК 32.81я73
 
З43

Зверева В.П., Назаров А.В.
Технические средства информатизации: учебник / В.П. Зверева, 
А.В. Назаров. – М.: КУРС: ИНФРА–М, 2020. – 248  с.  –  (Среднее
профессиональное образование)
 
ISBN 978-5-906818-54-6 (КУРС)
ISBN 978-5-16-012385-1 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-105402-4 (ИНФРА-М, online)

Учебник «Технические средства информатизации» разработан в 
соответствии с требованиями ФГОС III+ по общеобразовательному 
циклу для группы специальностей 09.02.02 Компьютерные сети; 
09.02.03 Программирование в компьютерных системах; 09.02.04 
Информационные системы (по отраслям) для средних профессиональных учебных заведений.
Учебник раскрывает вопросы, связанные с классификацией и 
принципами функционирования технических средств информатизации, в частности, узлов персонального компьютера – как основы построения подавляющего большинства промышленных вычислительных 
систем; содержит описание состава, конструкции и основных параметров организации системы ввода/вывода персонального компьютера; 
рассматриваются технические средства информатизации, предназначенные для работы в составе IT-системы, а также средства телекоммуникаций и компьютерных сетей.

УДК  681.3(075.8)
ББК   32.81я73

З43

ISBN 978-5-906818-54-6 (КУРС)
ISBN 978-5-16-012385-1 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-105402-4 (ИНФРА-М, online)

         © КУРС, 2017
         © В.П. Зверева, А.В. Назаров, 2017

Р е ц е н з е н т :

В.С. Лысогорский – канд. техн. наук, доцент,
руководитель структурного образовательного
подразделения ГБПОУ многофункциональный
образовательный центр «Столица»

ФЗ
№ 436-фЗ
Издание не подлежит маркировке
в соответствии с п.1 ч.1 ст.11

Список сокращений

АЛУ – арифметико-логическое устройство
АЧХ – амплитудно-частотная характеристика
BIOS – базовая система ввода/вывода
ВЦ – вычислительный центр
ЗУ – запоминающее устройство
ИБ – информационная безопасность
ИВК – информационно-вычислительный комплекс 
ИО – информационное общество
ИТ – информационные технологии
ЛВС – локальная вычислительная сеть 
НСД – несанкционированный доступ
ОЗУ – оперативное запоминающее устройство 
ОС – операционная система 
ПЗУ – постоянное запоминающее устройство
ППЗУ – перепрограммируемое запоминающее устройство
ПО – программное обеспечение
СВО – система виртуальной ориентации
СОЗУ – сверхоперативное запоминающее устройство
ЦОС – блок цифровой обработки сигнала
ШД – шина данных
ША – шина адреса 
ШУ – шина управления

Введение

В информационном обществе процесс компьютеризации дает 
людям доступ к надежным источникам информации, избавляя их 
от рутинной работы, обеспечивая высокий уровень автоматизации 
обработки информации в производственной и социальной сфере. Движущей силой развития общества становится производство 
информационного, а не материального продукта. Материальной 
и технологической базой информационного общества становятся 
различного рода системы на базе компьютерной техники и компьютерных сетей, информационной технологии, телекоммуникационной связи.
При переходе к информационному обществу возникает новая 
индустрия переработки информации на базе компьютерных и телекоммуникационных информационных технологий. От человека требуется способность к творчеству, возрастает спрос на знания. Таким 
образом, информационное общество – это общество, в котором:
− решена проблема противоречия между информационной лавиной и информационным голодом (преодолен информационный 
кризис);
− обеспечен приоритет информации над другими ресурсами;
− главная форма развития – информационная экономика;
− генерация, хранение, обработка и применение знаний автоматизированы;
− ИТ имеют глобальный характер, обеспечивая информационное единство всей человеческой цивилизации;
− реализован свободный доступ индивидуума к информационным ресурсам всей цивилизации.
Наряду с перечисленными характерными особенностями информационное общество имеет и опасные тенденции своего развития:
− растет влияние на индивидуума средств массовой информации;
− ИТ могут разрушить частную жизнь людей и организаций;
− существует проблема отбора качественной и достоверной информации;
− из-за проблем адаптации индивидуумов к среде информационного общества существует опасность разрыва между «информационной элитой» (разработчиками ИТ) и потребителями.
Материальной и технологической базой информационного общества становятся системы на базе компьютерной техники, 

компьютерных сетей, информационной технологии (ИТ), телекоммуникационной связи и т.д. При переходе к информационному 
обществу возникает новая индустрии переработки информации на 
базе ИТ.
Технологической основой информационного общества является глобальная информационная инфраструктура, которая должна обеспечить возможность доступа к информационным ресурсам 
каждого жителя планеты, а также создать условия для формирования глобальной сетевой экономики. Для органичного вхождения 
РФ в данную инфраструктуру требуется наличие в отрасли связи 
большого количества квалифицированных специалистов. Особое 
место среди них занимают специалисты среднего звена, которые 
призваны обеспечить безопасную эксплуатацию ТСИ в условиях 
перехода развитых стран к ИО. 
Диапазон современных ТСИ крайне широк: от компьютера 
с привычными периферийными устройствами до средств связи, 
устройств копирования и уничтожения документов. Не менее разнообразны физические принципы, положенные в основу функционирования этих устройств.
Характерной особенностью технических средств информатизации являются постоянное развитие, совершенствование, появление 
новых устройств, реализующих ранее недоступные функции. Некоторые образцы техники морально устаревают, не успев попасть на 
рынок.
Специалисты в области автоматизированных систем обработки информации и управления, а также программного обеспечения 
вычислительной техники и автоматизированных систем, должны 
не только выступать в качестве пользователей, но и быть знакомы 
с принципом действия, конструкцией, технологией производства, 
правилами эксплуатации и основами выбора технических средств 
информатизации с целью организации защиты информации. 
Цель данного учебника – ознакомить студентов с теоретическими основами, а также практическими принципами технической 
организации, функционирования, управления, обслуживания, 
эксплуатации ТСИ и методами защиты их от несанкционированного доступа. Учебник составлен в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта 
среднего профессионального образования по группе специальностей – 09.02.02 (230111) – компьютерные сети, 09.02.03 (230115) – 
программирование в компьютерных системах, 09.02.04 (230401) – 
информационные системы (по отраслям).

Учебник подготовлен по материалам отечественной и зарубежной технической литературы, конспектов лекций преподавателей 
колледжей и вузов связи России. 
Первая глава посвящена изложению общих принципов функционирования технических средств информатизации в составе информационно-вычислительного комплекса. В частности, обсуждаются вопросы классификации названных средств, принципы функционирования и характеристики основных узлов персонального 
компьютера – как основы построения подавляющего большинства 
промышленных вычислительных систем. Материал второй главы 
содержит описание состава, конструкции и основных параметров 
периферийных устройств ввода-вывода персонального компьютера. В третьей и четвертой главах описываются технические средства информатизации, предназначенные для работы с информацией 
на твердых носителях (копиры, ризографы, шредеры). Пятая глава 
содержит сведения об основных принципах построения спутниковой и сотовой систем связи, о принципах функционирования и характеристиках средств телекоммуникаций (факсимильные аппараты, радиотелефоны, модемы, сотовые телефоны). Заключительная 
шестая глава освещает вопросы классификации телекоммуникационных сетей, логические основы построения и функционирования 
открытых систем на примере глобальной сети Интернет, обсуждаются вопросы доступа пользователей к сетевым ресурсам.

1. ОСНОВЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ 
ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ 
ИНФОРМАТИЗАЦИИ 

1.1. ПРИНЦИПЫ ДЕЙСТВИЯ СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ

Архитектура машины фон Неймана. Архитектура ЭВМ включает в 
себя структуру компьютера и его программно-математическое обеспечение. Структура ЭВМ представляет собой совокупность элементов и связей между ними. Основным принципом построения всех 
современных ЭВМ является принцип программного  управления, предложенный Джоном фон Нейманом, который не только выдвинул 
этот и другие основополагающие принципы логического устройства 
ЭВМ, но и предложил структуру современного компьютера. Рабочие 
станции и ПК имеют архитектуру, ориентированную на последовательные вычисления, – на архитектуру машины фон Неймана, дополненную различными механизмами распараллеливания и ускорения вычислений (конвейеризация, многоядерность и др.). 
Основные положения традиционной архитектуры машины фон 
Неймана, представленной на рис. 1.1, сводятся к следущему:
• компьютер состоит из арифметико-логического устройства 
(АЛУ), устройства управления (УУ), оперативного запоминающего 
устройства (ОЗУ) и внешнего запоминающего устройства (ВЗУ);
• АЛУ выполняет логические и арифметические действия, необходимые для переработки информации, хранящейся в памяти;

Рис. 1.1. Архитектура машины фон Неймана

П А М Я Т Ь

Устройство 
управления

Арифметикологическое
устройство

Аккумулятор

ВВОД
ВЫВОД

• УУ обеспечивает управление и контроль всех устройств 
компьютера;
• данные, которые хранятся в запоминающем устройстве, представлены в двоичной форме;
• программа, которая задает работу компьютера, и данные хранятся  в одном и том же запоминающем устройстве;
• для ввода и вывода информации используются устройства 
ввода и вывода.
Функционирование машины фон Неймана после загрузки программы в блок памяти сводится к следующему. В блок «Память» 
загружается программа и адрес А первой исполняемой ею команды помещается в счетчик команд. Сама команда занимает в памяти 
L байт. Если очередная команда не является командой перехода, то 
выполняются следующие шаги:
• машинная инструкция (команда) длиной L байт, расположенная по адресу А, находящемуся в счетчике команд, передается 
на выполнение в арифметико-логическое устройство (АЛУ);
• АЛУ выполняет полученную инструкцию, выбирая требуемые для ее исполнения данные (операнды) либо из памяти, либо из 
самой команды, либо с устройства ввода-вывода;
• в счетчик команд записывается число, равное А + L, и действия повторяются сначала. 
Таким образом, машина фон Неймана будет работать до тех пор, 
пока «не встретит» команду «СТОП», либо в качестве исполняемой 
окажется команда условного или безусловного перехода, которая 
изменяет последовательный ход выполнения программы. В последнем случае машина принудительно записывает в счетчик команд 
адрес той команды, которой должно быть передано управление, и 
снова повторяются действия начиная с шага 1.
Принцип хранимой программы требует, чтобы программа закладывалась в память машины так же, как в нее закладывается исходная информация.
Усовершенствование машины фон Неймана шло по пути увеличения ее производительности и обеспечения выполнения одновременно более одной команды. В результате были разработаны машины с 
конвейерной обработкой данных и машины, позволяющие выполнять несколько команд одновременно несколькими процессорами.
Архитектура конвейерной ЭВМ позволяет как минимум в два раза 
повысить производительность машины фон Неймана, т.е. вдвое 
увеличить количество операций, выполняемых ею за секунду. В самом упрощенном виде данная архитектура показана на рис. 1.2.

При описании работы конвейерной ЭВМ используются следующие термины: шина данных (ШД), шина адреса (ША), шина управления (ШУ) и цикл шины. Шина адреса (данных, управления) – совокупность проводников, несущих двоичный код адреса (данных, 
управляющих сигналов). Напомним, что для передачи в ЭВМ одного бита нужен один проводник, причем нулевой потенциал на нем 
соответствует логическому «0», а потенциал в диапазоне +3,5 ... +5 В 
соответствует логической «1». Шина же представляет собой совокупность нескольких проводников, количество которых определяет 
разрядность шины. Системная шина (магистраль) – совокупность 
шин ША, ШД и ШУ. 
Заметим, что процессор ничего другого не делает, кроме как выполняет одну инструкцию за другой. После выполнения каждой 
инструкции процессор проверяет сигнал от контроллера прерываний, чтобы не пропустить операцию ввода данных. Выполнением 
каждой операции управляет шинный контроллер, который запускает так называемый цикл шины в соответствии с типом каждой 
инструкции. Тип очередной инструкции шинный контроллер получает от ЦП в тот момент, когда он завершил выполнение очередной 
инструкции.
Цикл шины – это последовательность  изменения потенциалов  на линиях системной шины, повторяющаяся с периодом T. На 
рис. 1.3 показана циклограмма обычной (не конвейерной) шины. 
Выполнение цикла шины, реализующей команду записи байта памяти в ОЗУ, выполняется этапами:
• процессор в момент времени t0 через адресную защелку выставляет адрес требуемого ему байта на ША, одновременно сообщая 
об этом шинному контроллеру по шине управления;

Рис. 1.2. Архитектура конвейерной ЭВМ

Ввод

Вывод

Контроль 
прерывания

ПРОЦЕССОР

Адресная 
защелка

Шинный 
контролер

Шинный 
приемо 
передатчик

Оперативное 
запоминающее 
устройство (ОЗУ)

• расшифровав сигнал записи от процессора, шинный контроллер по ШУ, во-первых, открывает ОЗУ для записи и, во-вторых 
выдает команду шинному приемопередатчику «пропускать данные 
из ОЗУ в процессор»;
• в момент t2 ОЗУ выставляет адресуемый байт на ШД и по ШУ 
(сигнал «Готов») сообщает процессору, что данные можно считывать, а шинный контроллер разрешает шинному приемопередатчику эти данные пропустить; 
• процессор, получив сигнал «Готов», считывает данные с ШД, 
после чего в момент времени t3 выставляет другой адрес на ША, начиная следующий цикл шины и т.д.
На рис. 1.4 показана циклограмма конвейерной шины. Выполнение той же команды здесь отличается от описанного тем, что процессор, выставляя в момент времени t0 адрес байта на ША, одновременно с этим считывает данные, которые он адресовал в предыдущем цикле шины. Это позволяет ему в интервале от t1 до t3 не ждать 
данных по выставленному адресу, а заняться обработкой данных, 
полученных в предыдущем цикле шины. Этим, собственно, и повышается вдвое производительность машины.

Рис. 1.4. Конвейерный цикл шины ПК

Описанный конвейер является двухступенчатым. Он реализует 
идею параллелизма на уровне команд. В современных ЭВМ применяются многоступенчатые конвейеры [И32] , повышающие производи
Рис. 1.3. Обычный цикл шины ПК

Цикл тактового генератора
Цикл процессора

Цикл шины

ША
ШУ
ШД

t0
t1
t2
t3
t4
t5
t6

t0
t1
t2
t3
t4
t5
t6
t7

ША

ШД

n

n
n – 1

n + 1