Лекция №1.Информатизация общества»
Основыинформатики и кибернетики
Особенностьюсовременного этапа развития общества является переход от индустриальногообщества к информационному. Деятельность людей, коллективов и организацийзависят от их информированности и способности эффективно использовать имеющуюсяинформацию. Отыскание рациональных решений в любой сфере требует обработкибольших объемов информации, что невозможно без привлечения специальныхтехнических средств.
Возрастаниеобъемов информации стало особенно заметно в середине ХХ века. Лавинообразныйпоток информации хлынул на человека, не давая ему возможности воспринять этуинформацию в полной мере. Подчас стало выгоднее разработать новый материальныйи интеллектуальный продукт, чем вести розыск аналогов, сделанных ранее.
Наступилинформационный кризис (взрыв), который породил парадоксальную ситуацию: в миренакоплен громадный информационный потенциал, на люди не могут им воспользоватьсяв силу ограниченности своих возможностей. Информационный кризис поставилобщество перед необходимостью поиска выхода из создавшегося положения, чтопривело к информационной революции.
В историицивилизации произошло несколько информационных революций, т.е. преобразованийобщественных отношений из-за кардинальных изменений в сфере обработкиинформации. Следствием подобных преобразований являлось приобретениечеловеческим обществом нового качества.
Перваяинформационная революция связана с изобретением письменности. Появилась возможностьпередачи знаний от поколения поколению.
Втораяинформационная революция (середина XVIвека) вызвана изобретениемкнигопечатания, которое радикально изменило индустриальное общество, культуру,организацию деятельности.
Третьяинформационная революция (конец XIXвека) обусловлена изобретениемэлектричества, благодаря которому появились телеграф, телефон, радио,позволяющие передавать и накапливать информацию в большом объеме.
Четвертаяинформационная революция (70-е годы ХХ века) связана с изобретением микропроцессорнойтехнологии и появлением персонального компьютера (ПК). На микропроцессорах иинтегральных схемах создаются ПК, компьютерные сети (КС), системы передачиданных (информационные коммуникации). Этот период характеризуют трифундаментальные инновации:
· Переходот механических и электрических средств преобразования информации кэлектронным.
· Миниатюризациявсех узлов, приборов машин.
· Созданиепрограммно-управляемых устройств и процессов
Процесс,обеспечивающий этот переход называют информатизацией.
Такимобразом, информатизацией общества можно назвать организованныйсоциально-экономический и научно – технический процесс создания оптимальныхусловий для удовлетворения информационных потребностей и реализации правграждан, организаций, объединений, и т.д. на основе формирования ииспользования соответствующих информационных ресурсов. Причиной, вызывающейэтот процесс, является информационный кризис в обществе, который имеетследующие проявления:
- Появляютсяпротиворечия между возможностями человека по восприятию и переработкеинформации и ростом ее объема;
- Возникновениесоциально-экономических и политических барьеров, препятствующих свободномураспространению информации.
В общемслучае под информационными ресурсами (ИР) понимают весь имеющийся объеминформации, отчужденной от ее создателей и предназначенной для общественногоиспользования. Основной особенностью ИР является то, что в отличие от другихвидов ресурсов (материальных, природных и др.) они практически неисчерпаемы, т. к.по мере развития общества и роста потребления информации их запасы не убывают,а растут.
Базовойтехнической составляющей процесса информатизации общества являетсякомпьютеризация. Под компьютеризацией понимается развитие и внедрениетехнической базы – компьютеров, обеспечивающих оперативное получениерезультатов переработки информации и ее накопление. Внедрение ЭВМ, современныхсредств переработки и передачи информации в различные сферы деятельностипослужило началом эволюционного процесса, называемого информатизацией общества,находящегося на этапе индустриального развития.
Для созданияболее целостного представления об этом периоде целесообразно познакомиться сосменой поколений электронных вычислительных машин (ЭВМ).
Научным фундаментомпроцесса информатизации общества является информатика, призваннаясоздавать новые информационные технологии и системы для решения задачинформатизации.
Термин информатикавозник в 60-х годах во Франции с помощью слияния слов информация иавтоматика и означал «информационная информатика или автоматизированнаяобработка информации».
Выделениеинформатики как самостоятельной области человеческой деятельности в первуюочередь связано с развитием компьютерной техники. В связи с чем термининформатика приобрел новое значение и используется не только для отображениядостижения компьютерной техники, но и связывается с процессами передачи иобработки информации.
Существуетмного определений информатики, что связано с многогранность еефункций. Запишем несколько примеров определения информатики:
Информатика это область человеческойдеятельности, связанная с процессами преобразования информации с помощьюкомпьютеров и их взаимодействием со средой применения.
Информатика – это наука о методах испособах сбора, представления, хранения, обработки, передачи информации спомощью средств вычислительной техники.
Не надопутать информатику и кибернетику. Поскольку в кибернетику заложенаконцепция разработки теории управления сложными динамическими системами вразных областях человеческой деятельности Н. Винера, то о ней можносказать, что это наука об общих принципах управления в различных системах:технических, биологических, социальных и др.
Поэтому информатикаи кибернетика это две самостоятельные науки и отличаются расстановкойакцентов:
– винформатике – на свойствах информации и аппаратно-программных средствах ееобработки;
– вкибернетике – на разработке концепций и построении моделей объектов сиспользованием, в частности, информационного подхода.
Главнаяфункцияинформатики заключается в разработке методови средств преобразованияинформации и их использовании в организации технологического процессапереработки информации.
Задачи информатики состоят вследующем:
– исследованиеинформационных процессов любой природы;
– разработкаинформационной техники создание новейшей технологии переработки информации набазе полученных результатов исследования информационных процессов;
– решениенаучных и инженерных проблем создания, внедрения и обеспечения эффективногоиспользования компьютерной техники и технологии во всех сферах общественнойжизни.
Информационныепроцессы, системы и технологии
Процессыполучения, хранения, накопления, преобразования, представления и передачиинформации называются информационными процессами (ИП). А системаприемов, способов, методов осуществления информационных процессов, а такжетехнические и программные средства реализации информационных процессовназываются информационными технологиями (ИТ).
Инымисловами, ИП – это все, что может произойти с информацией. А ИТ– это то, как это может произойти. (Например: мы сидим на занятиях иузнаем для себя, что-то новое – это информационный процесс. Мы узнаем это,слушая преподавателя или читая книгу – это информационные технологии.)
Потребностьчеловека общаться с окружающими его людьми, то есть выразить и передатьинформацию, привела к появлению языка и речи – древнейшей ИТ. Затемпоявились книгопечатание, почта, телеграф, телефон, радио, телевидение,космическая связь и, на конец, компьютеры.
Информационныетехнологии дают человеку возможность получать информацию о событиях не только вданном месте, но и в других местах и в прошлом времени. Технология впереводе с греческого означает искусство, мастерство, умение, а это не что иное,как процессы.
Процесс – это определеннаясовокупность действий для достижения поставленной цели.
Под системойпонимают любой объект, который одновременно рассматривается как единоецелое и как объединенная совокупность разнородных элементов в интересахдостижения поставленных целей.
Основныенаправления: теория информации; разработка новых аппаратных средств (hardware); разработкапрограммного обеспечения (software); языки программирования; компьютерные сети;робототехнические средства и системы искусственного интеллекта.
ИС – взаимосвязаннаясовокупность средств, методов и персонала, используемых для хранения обработкии выдачи информации в интересах достижения поставленной цели.
Основу ИС составляютхранящиеся в ней данные. Хорошая ИС должна предоставлять достоверную информациюв определенное время конкретному лицу с ограниченными затратами.
Лекция №2.Структура ИС
СтруктуруИСсоставляет совокупность ее частей называемых подсистемами. Подсистема –это часть системы, выделенная по какому либо признаку.
Структуру ИС составляют:
– Информационноеобеспечение – совокупность единой системы классификации и кодированияинформации, унифицированных систем документов, схем информационных потоков,методология построения баз данных.
– Техническоеобеспечение – комплекс технических средств, предназначенных для работы ИС.
– Математическоеи программное обеспечение – совокупность математических методов, моделей,алгоритмов и программ, необходимых для нормального функционирования ИС.
– Организационноеобеспечение – совокупность методов и средств, регламентирующих действиеработников с техническими средствами и между собой в процессе разработки иэксплуатации ИС. Это: выявление задач, подлежащих автоматизации, подготовказадач к решению на ЭВМ.
– Правовоеобеспечение – совокупность правовых норм, определяющих создание,юридический статус и функционирование ИС. Цель правового обеспечения –укрепление законности.
Информационно-поисковыеИСпроизводят ввод, систематизацию, хранение и выдачу информации по запросупользователей. (ИС в библиотеках, железнодорожных и авиа кассах по продажебилетов и т.д.)
Информационно-решающиеИСосуществляют операции по переработке информации по определенному алгоритму.Среди них можно выделить управляющие и советующие.
УправляющиеИС вырабатывают информацию,на основании которой человек принимает решение. Например система оперативногопланирования выпуска продукции, система бух. учета и т.д.
СоветующиеИС вырабатывают информацию,которая принимается человеком к сведению, но не превращается немедленно в сериюконкретных действий. Например, медицинские ИС, которые предлагают врачу диагнозбольного, но решающее слово остается за специалистами-медиками.
Таким образомИТ как процесс, использующий совокупность средств и методов сбора, переработки и передачиданных (первичной информации), для получения информации нового качества осостоянии объекта, процесса или явления (информационного продукта),предполагает наличие фаз, этапов, операций и действий, набор инструментов.
Цель ИТ– производство информации для ее анализа человеком и принятия на ее основерешения по выполнению какого-то действия.(Н-р, дляприготовления одного и того же блюда, каждый человек применяет свою технологиюприготовления. Соответственно результаты могут получиться разными.)
ИТ делятся нааналоговые и цифровые. Аналоговыетехнологииоснованы на способе представления информации в виде какой-либо непрерывной(аналоговой) физической величины, являющейся носителем информации. Цифровыетехнологии основаны на дискретном (разделенный, прерывистый) способепредставления информации в виде чисел (обычно с использованием двоичной системысчисления), значение которых является носителем информации. Из-за неоспоримыхпреимуществ ЦТ все новые ИТ являются цифровыми. К ним относятся, например,архивация и сжатие информации, сканирование и распознавание текстов, цифровое ирадио телевидение, цифровая фотография и видео съемка, сеть Интернет иэлектронная почта, виртуальная реальность.
Программное обеспечениеПО
Техническим устройствомдля работы с информацией и инструментом для выполнения тех или иных действий,программируемых человеком, является Компьютер. Поэтому набор командработы с информацией, выполняемых компьютером, описывают программой,составленной на одном из языков программирования. Информация сохраняется насамых разных носителях. Записывается и воспроизводится она с помощью целогоряда аппаратов: дисководов, винчестеров, динамиков, мониторов и др. Это всеаппаратное обеспечение персонального и любого компьютера. Но для работыкомпьютера необходим целый набор программ, и поэтому важное значение имеет ипрограммное обеспечение этих аппаратов – совокупность программ для обработкиинформации.
Т.о. ПО – это комплекскомпьютерных программ и конфигурационных файлов с сопутствующимиэксплуатационными документами, обеспечивающий определенный уровеньэффективности функционирования системы обработки информации (СОИ) при решениивычислительных, информационных и функциональных задач.
К ПО относитсятакже вся область деятельности по проектированию и разработке ПО:
– технология проектированияпрограмм (н-р, структурное и объектно-ориентированное проектирование и др.);
– методытестирования программ;
– анализ качестваработы программ;
– документированиепрограмм;
– разработка ииспользование программных средств, облегчающих процесс проектированияпрограммного обеспечения.
Все программы по характеру использования икатегориям пользователя можно разделить на два класса: утилитарные программыи программные продукты.
Утилитарные («программы для себя») предназначены дляудовлетворения нужд их разработчиков. Чаще всего утилитарные программывыполняют роль сервиса в технологии обработки данных. Например, программывосстановления поврежденных файлов, программы для восстановления информации на дисках,программы диагностики дисков и т.д.
Программные продукты (изделия) предназначены дляудовлетворения потребностей пользователей, широкого распространения и продажи.
Программный продукт должен быть соответствующимобразом подготовлен к эксплуатации, иметь необходимую техническую документацию,предоставлять сервис и гарантию надлежащей работы программы, иметь товарныйзнак изготовителя и код государственной регистрации.
Программный продукт – комплексвзаимосвязанных программ для решения определенной проблемы (задачи) массовогоспроса, подготовленный к реализации как любой вид промышленной продукции.
Как правило, программные продукты требуютсопровождения, которое осуществляется специализированными фирмами –распространителями программ (дистрибьютерами), реже фирмами – разработчиками.
Программные продукты имеют многообразиепоказателей качества, которые отражают следующие аспекты:
– насколько хорошо (просто, надежно,эффективно) можно использовать программный продукт;
– насколько легко эксплуатироватьпрограммный продукт;
– можно ли использовать программный продуктпри изменении условий его применения и др.
Программные продукты можно классифицировать поразличным признакам. Рассмотрим классификацию по сфере использования ПП:
– аппаратная часть автономных компьютеров исетей ЭВМ;
– функциональные задачи различных предметныхобластей;
– технология разработки программ.
В зависимости от ролевого участия СОИ выделяютпрежде всего прикладноеисистемноеПО. Само посебе ПО создается инструментальными программными средствами специального иобщего назначения. На их основе существуют системы программирования иинтегрированные среды разработки. Последние трансформируются в средыпрограммной инженерии. С их помощью поддерживается эффективная реализацияпроцессов создания спецификаций, требований, разработки, модификации исопровождения программных систем.
Системное программное обеспечение
Системными называют программы, предназначенные дляразработки, отладки и поддержки выполнения других программ. Они выполняютсявместе с прикладными и служат для управления ресурсами компьютера – центральнымпроцессором, памятью, вводом-выводом, системной шиной.
СПО ориентированно как на квалифицированныхпользователей – профессионалов в компьютерной области: системного программиста,администратора сети, прикладного программиста, оператора, так и на всехпользователей компьютера. Оно организует и поддерживает в СОИ выполнение сопределенной эффективностью прикладных программ.
Т.о. системное программное обеспечение –это совокупность программ и программных комплексов для обеспечения работы компьютераи сетей ЭВМ.
Системное ПО состоит из базового программногообеспечения, которое поставляется вместе с компьютером, и сервисногопрограммного обеспечения, которое может быть приобретено дополнительно.
В базовое программноеобеспечение входят:
– операционная система (ОС);
– операционные оболочки (текстовые играфические);
– сетевая ОС.
Операционная система предназначена дляуправления выполнением пользовательских программ, планирования и управлениявычислительными ресурсами ЭВМ. Она выполняет роль связующего звена междуаппаратурой компьютера, с одной стороны, и выполняемыми программами, а такжепользователем – с другой. Храниться ОС обычно во внешней памяти компьютера надиске.
Важной характеристикой ОС является количествовыполняемых на компьютере вычислительных задач.
Ведущее положение среди ПО и ОС занимают фирмы IBM, Microsoft, UNISYS, Novell. К наиболеераспространенным типам ОС относятся MS DOS, Windows, Unix, Linux.
Операционные оболочки – специальные программы,предназначенные для облегчения общения пользователя с командами ОС.Операционные оболочки имеют текстовый и графический варианты интерфейсаконечного пользователя. Наиболее популярны следующие виды текстовых играфических оболочек: Norton Commander, Far, Windows Commander, XTree Gold 4.0, Norton Navigator, MS DOS, Windows 3.1 и др.
Cетевая ОС предназначена дляорганизации совместной работы группы пользователей на разных компьютерах иявляется комплексом программ, обеспечивающим обработку, передачу и хранениеданных в сети.
В настоящее время наибольшее распространениеимеют сетевые ОС Unix, VINES, Windows NT, NetWare и др.
Сервисное программное обеспечение
Расширением базового программного обеспеченияявляется набор сервисных, дополнительно устанавливаемых программ, которые можноклассифицировать по функциональному признаку следующим образом:
– программы диагностики работоспособностикомпьютера (программы контроля, тестирования и диагностики, программы – драйверы);
– программы архивирования данных(упаковщики);
– антивирусные программы;
– программы обслуживания дисков;
– программы обслуживания сети.
Эти программы часто называются утилитами –программами, служащими для выполнения вспомогательных операций обработки данныхили обслуживания компьютеров.
Лекция №3.Информация ее виды, формы и свойства
Принципывсеобщего энергоинформационного взаимодействия в природе были известны человекуразных исторических эпох. В первую очередь это были наблюдения и накоплениезнаний об окружающем нас мире. Собранные знания и накопленный опыт человечествоиспользовало для выживания в трудных условиях, защиты и создания орудий труда.Эти знания передавались из поколения в поколение. Т.е. люди, да и общество вцелом постоянно обменивались какими-то сведениями и знаниями о ком-то или очем-то.
Сам терминИНФОРМАЦИЯ происходит от латинского information, означающего разъяснение, изложение,осведомленность.
В «словарерусского языка» С.И. Ожегова ИНФОРМАЦИЯ – это сведения об окружающем миреи протекающих в нем процессах, воспринимаемые человеком или специальным устройством.
Т.о. вшироком смысле понятие ИНФОРМАЦИЯ – включает в себя обмен сведениями междулюдьми, обмен сведениями между живой и не живой природой, людьми иустройствами.
Во всевремена для человека, животного или растения ИНФОРМАЦИЯ представляла и представляетсобой отражение реального мира и выражает сведения о ком-то или о чем-то. Т.о.понятие ИНФОРМАЦИЯ всегда связано с объектом реального мира, свойство которогоона отражает, т.е. она не может возникнуть из ничего!!!
Поэтому,давая определение «ИНФОРМАЦИЯ» можно сказать, что – это совокупностьразнообразных данных, сведений, сообщений, знаний, умений и опыта об объектах иявлениях окружающей среды необходимых для уменьшения степени неопределенности,неполноты знаний.
Сегодняинформация имеет общее назначение – она доступна всем и так же как вещество иэнергия, стала предметом производства и распространения, обрела свойства ифункции товара.
Обладаяинформацией, природа и человек могут выполнять различные действия над ней:
- создание
- передача
- восприятие,прием
- запоминаниеи хранение
- поиск
- копирование
- разрушение
- изменение
- делениена части
- упрощениеи т.д.Информация может существовать, передаваться и восприниматься в самых разнообразных видах и формах:
- Ввиде знаков: это цифры и арифметические знаки, используемые в математике,условные графические изображения;
- Ввиде символов, которые могут быть представлены буквами алфавита, специальнымиобозначениями, используемые для создания текстов и рисунков;
- Вформе звуковых, световых сигналов и радиоволн;
- Вформе устной речи;
- Вформе магнитных, а также био- или энерго-информационных полей;
- Вформе электрического тока или напряжения и.т.д.
При работе синформацией всегда имеется ее источник и потребитель (получатель,пользователь). Пути и процессы передачи сообщений от источника информации к еепотребителю называются информационными коммуникациями. Для потребителяинформации важной характеристикой является ее адекватность.
Адекватностьинформации – определенныйуровень соответствия создаваемого с помощью полученной информации образареальному объекту, процессу, явлению и т.д.
Например, выхотите купить новый недорогой удовлетворяющий определенным требованиямкомпьютер, и решили узнать цену у своих друзей. Каждый из них называет ту цену,которую он помнит или за которую последний раз покупал сам. Данная информацияможет быть неадекватна реальному положению дел. Для того, что бы узнатьреальную цену, вы идете в магазин, где цены указаны и определяетесь в своемвыборе.
Информацияимеет определенные функции и этапы обращения в обществе. Основными из нихявляются:
– познавательная, цель которой –получение новой информации, проходящей через следующие этапы: синтез(производство), представление, хранение (передача во времени), восприятие(потребление).
– коммуникативная– функция общения людей, в результате которой информация проходит черезтакие этапы как: передача (в пространстве), распределение.
– управленческая,цель которой – формирование целесообразного поведения управляемой системы,получающей информацию, которая проходит через все этапы, включая обработку.
Поэтомунельзя забывать, что любой информации присущи определенные свойства,позволяющие ее правильно интерпретировать.Свойстваинформации
Достоверность– если она отражаетистинное положение дел. Недостоверная информация может привести к неправильномупониманию или принятию неправильных решений.
Полнота – если ее достаточно дляпонимания и принятия решения. Неполная информация сдерживает принятие решения иможет повлечь за собой ошибки.
Ценность– зависит от того,насколько она важна для решения задачи.
Актуальность – это когда информациясоответствует существующей ситуации, необходима для срочного принятия решения,соответствует требуемому заданию.
Ясность– если она воспроизводитсяи передается четко, последовательно и однозначно.
Понятность – если она выраженаязыком, на котором говорят те, кому она предназначена. Ценная и актуальнаяинформация, выраженная непонятным языком (словами), может стать бесполезной.
Виды и формыпредставления информации в информационных системах
Все многообразиеокружающей нас информации можно классифицировать по различным признакам. Так,по признаку «область возникновения» информацию, отражающую процессы, явлениянеодушевленной природы, называют элементарной, или механической, процессыживотного и растительного мира – биологической, человеческого общества – социальной.Информацию, создаваемую и используемую человеком по общественному назначениюможно разбить на три вида: личная, массовая и специальная. Личная – предназначенадля конкретного человека, массовая – для любого, желающего ею пользоваться,специальная – для узкого круга лиц, занимающихся решением сложных специальныхзадач в области науки, техники и т.д.
В автоматизированных ИСвыделяют:
– структурную (преобразующую)информацию объектов системы, ее элементов управления, алгоритмов и программпереработки информации;
– содержательную(специальную, главным образом осведомляющую, измерительную и управляющую, атакже научно-техническую и др.) информацию, извлекаемую из информационныхмассивов (сообщений команд и т.д.) относительно индивидуальной моделипредметной области получателя (человека или подсистемы).
Первая связана скачеством информационных процессов в системе, с внутренними технологическимиэффектами и затратами на переработку информации. Вторая – как правило, свнешним целевым (материальным) эффектом.
При реализации ИПпередача информации от источника к приемнику может осуществляться с помощьюкакого-либо материального носителя (бумаги, магнитной ленты, диска и т.д.) илифизического процесса (звуковых или электромагнитных волн). В зависимости оттипа носителя различают следующие виды информации: документальную (ДИ)акустическую (речевую) и телекоммуникационную (ТИ).
ДИ представляется вграфическом или буквенно-цифровом виде на бумаге, а также в электронном виде.РИ возникает в ходе ведения разговоров, а также при работе систем звукоусиленияи звуковоспроизведения. ТИ циркулирует в технических средствах обработки ихранения информации, а также в каналах связи при ее передаче. Носителеминформации при ее обработке техническими средствами и передаче по проводнымканалам связи является электрический ток, а при передаче по радио и оптическомуканалам – электромагнитные волны.
В настоящее время во всехвычислительных машинах информация представляется с помощью электрическихсигналов. При этом возможны две формы представления численного значения какой-либопеременной: аналоговой (в виде одного сигнала) и дискретной (в виде несколькихсигналов).
Единицыизмерения информации
Подколичеством информации понимают меру снятия неопределенности ситуации приполучении сообщения. В решении определения количества информации существуют дваосновных подхода. В конце 40-х годов ХХ века один из основоположниковкибернетики американский математик Клод Шеннон, развил вероятностный подход. Аработы по созданию ЭВМ, привели к использованию объемного способа измеренияинформации, учитывающего количество символов, содержащихся в сообщении.Длина сообщения при этом обусловлена используемым алфавитом.
При этом дляизмерения информации вводятся два параметра: количество информации Iи объем данных Vд.
Вероятностныйподход основан на энтропии Н – величина, характеризующаянеопределенность информации. На ней строятся теории Хартли и Шеннона, описанныеследующими формулами:
Н=log2N – аддитивная мера Хартли
Н= -/> — формула Шеннонаопределения среднего количества информации в сообщении с учетом известныхвероятностных характеристик его элементарных составляющих,
где N– количество элементов,определяющих сообщение, Pj – априорная (доопытная) вероятностьпоявления элемента хj в сообщении, log2Pj – количество информациив битах, доставляемой элементом хjсообщения.
Наименьшей единицейизмерения информации является Бит. Это двоичная ячейка памяти,которая может находиться в двух состояниях: «0» когда амплитуда импульса равна0 или близка к нему, и «1», когда амплитуда импульса приближена к напряжениюисточника питания.
Выбор такой единицыколичества информации связан с наиболее распространенным способом ее обработки накомпьютере с помощью двоичного кода.
1 Бит– это количествоинформации, содержащейся в сообщении типа «да» – «нет», что в двоичном кодеравнозначно символам 1 – 0.
Основной единицейколичества информации, воспринимаемой и обрабатываемой компьютером является Байт,объединяющий блоки данных из 8 Бит. Т.о. 1Байт = 8Бит. Байт записывается впамять компьютера, считывается и обрабатывается как единое целое.Количественная совокупность Байт называется машинным словом.
Информация,обрабатываемая компьютером поступает в него уже закодированной.
Кодирование информации
Для автоматизации работыс данными, очень важно унифицировать их форму представления – для этого обычноиспользуется прием кодирования, т.е. выражение данных одного типа через данныедругого типа. Человеческие языки – это ни что иное, как системы кодированияпонятий для выражения мыслей по средствам речи. Проблема универсальногосредства кодирования достаточно успешно реализуется в отдельных отрасляхтехники науки и культуры (телеграфная азбука, система Брайля для слепых,система записи математических выражений и др.)
Своя система существует ив вычислительной технике – она называется двоичным кодированием и основана напредставлении данных последовательностью всего двух знаков: 0 и 1. эти знакиназывают двоичными цифрами.
Лекция №4. Системы счисления
Системасчисления– это способ изображения любых чисел с помощью некоторого набора символов,которые называются цифрами.
Все системысчисления делятся на два больших класса – непозиционные и позиционные.
Внепозиционной системе значение цифры не зависит от места, которое она занимаетв записи числа. Примером непозиционной системы счисления является римскаясистема записи чисел.
Впозиционных системах счисления вес (значение) каждой цифры изменяется от ее позиции(положения) в записи числа. Примером такой системы является наша с вамипривычная десятичная система счисления.
Названиесистеме дает количество цифр, необходимых для записи числа в данной системе.
Наиболеераспространенными системами счисления являются:
- двоичнаясс (две цифры 0 и 1)
- десятичнаясс (десять цифр 0, 1, 2, 3, 4, 5, …9)
- восьмеричнаясс (восемь цифр 0, 1, …7)
- шестнадцатеричнаясс (цифры 0, 1, 2, …9 и знаки A, B, C, D, E, F)
Десятичнаясистема счисления наиболее распространена в вычислительной практике и этим онаобязана случайному обстоятельству – наличию у людей десяти пальцев на руках.
Количестворазличных цифр, необходимых для записи чисел в данной системе счисленияназывается основанием системы счисления – р.
У двоичнойсистемы счисления основание р=2, у восьмеричной – 8=23, ушестнадцатеричной – 16=24.
Рядом счислом в скобках указывают систему счисления, в которой это число записано, т.е.А(р).
В позиционнойсистеме счисления с некоторым основанием р любое число можно представитьв виде последовательности цифр
А(р) =а(n-1) а(n-2)….а(1) а(0), а(-1)а(-2)…а(-m)Десятичная цифра Эквиваленты в системах счисления Десятичная цифра Эквиваленты в системах счисления р=2 р=8 р=16 р=2 р=8 р=16 8 1000 10 8 1 1 1 1 9 1001 11 9 2 10 2 2 10 1010 12 A 3 11 3 3 11 1011 13 B 4 100 4 4 12 1100 14 C 5 101 5 5 13 1101 15 D 6 110 6 6 14 1110 16 E 7 111 7 7 15 1111 17 F
В р – ичнойсистеме счисления любое число имеет вид:
(*) А(р)=аn-1 рn-1 +аn-2 рn-2 + … +а1 р1+а0р0+ а-1 р-1 + … + а-m р-m
Где аi – цифры в записи числа
р – основаниесистемы счисления
n – количество разрядов(позиций) в целой части числа (до запятой)
m – количество разрядов вдробной части числа (после запятой)
Н-р: 1995(10)= 1*103 + 9*102 + 9*101 +5*100
1001(2)=1*23 +0*22 +0*21 +1*20
В ЭВМ длинаобрабатываемых чисел обычно ограничена следующими значениями: 1 байт (8двоичных разрядов), 2 байта (16 разрядов), 4 байта (32 разряда) и 8 байт (64разряда).
Так,максимальное целое положительное число, которое можно записать с использованием16 двоичных разрядов равно, 2-6-1=65535
20
21
22
23
24
25
26
27 И 1 2 4 8 16 32 64 128 т.д.
Переводчисел из одной системы счисления в другую
1. Методнепосредственного замещения
Прииспользовании этого метода, число представляется в виде полинома (*).Он служитдля перевода чисел из любой системы счисления в десятичную.Действия при этом выполняются в той системе счисления, в которую мыпереводим (для удобства).
Н-р: 1) 137(8)= 1*82 +3*81 +7*80=64+24+7=95(10)
2) 1010(2)= 1*23 +0*22 +1*21 +0*20=8+2=10(10)
3) 85(16)=8* 161 +5*160= 128+5=133(10)
Ноиспользовать этот метод для перевода из 10-ой в любую другую сс неудобно, т. к.в этом случае надо заранее знать представление чисел в этой системе иарифметические операции в ней.
Существуетудобные методы перевода чисел из 10-ой сс в любую. Действия при этомвыполняются в той сс, из которой мы переводим. При переводе из 10-ой ссв любую другую следует преобразовывать отдельно целую и отдельно дробную частичисла.
2. Методпоследовательного деления на основание сс. (Этот метод используется толькодля целых чисел.)
Правило: Для перевода целогочисла из одной системы счисления в другую, необходимо последовательно делитьэто число и промежуточные частные на основание той сс, в которую мы переводим.Деление производится до тех пор, пока частное не окажется меньше делителя.Полученные остатки и последнее частное дадут искомое изображение числа, причемпервый остаток записывается в младший разряд, а последнее частное в старшийразряд числа.
Н-р: 1) 135(10)=?(2)
135 2 134 67 2
1 66 33 2
1 32 16 2
1 16 8 2 8 4 2 4 2 2 2
1
135(10)=10000111(2)
2) 167(10)=?(8)167(10)=248(8)167 8 160 20 8
8 16
2
4
3. Использованиеразрядной сетки (таблицы степеней числа 2)
Правило: Десятичное числополучается путем складывания чисел в таблице, начиная с самого большого числа,максимально приближенного к данному. При этом, то число которое вошло в суммуфиксируем 1, а если не вошло -0.
Н-р. 135(10)=128+4+2+1=10000111(2)
4.Перевод из 2-ой в 8-ую и 16-ую и обратно
а) Для перевода 8-ного (16-ного)в 2-ую сс достаточно каждую 8-ую (16-ую) цифру заменить равным ей трехразрядным(четырехразрядным) двоичным числом – двоичной триадой (двоичной тетрадой), еслиона окажется неполной, ее следует дополнить нулями.
Н-р: 1) 346,23(8)= 011 100 110, 010 011(2)
2) DA1F(16)= 1101 1010 0001 1111(2)
б) Для перевода числа из 2-ойсс в 8-ую (16-ую) сс достаточно разбить его на число влево и вправо от запятойна группы по 3 (4) разряда и заменить каждую триаду (тетраду) соответствующей 8-ой(16-ой) цифрой.
Н-р: 1011110110,110110111101(2)=566,6675(8)(176, DBD(16))
5.Перевод из 2-ой с/с в десятичную.
1) Методнепосредственного замещения.
2) Использованиеразрядной сетки.
Н-р: 111001(2)=25+24+23+20= 57(10)
Арифметическиеоперации в 2-ой сс.
Всеарифметические операции в сс с основанием р проводятся в соответствии сизвестными правилами выполнения арифметических действий в 10-ой сс, но при этомиспользуются таблицы сложения и умножения, составленные для данной сс.
Сложение производится поразрядно,начиная с младшего в соответствии с таблицей сложения. Для 2-ой сс
0+0=0
0+1=1
1+0=1
1+1=10 (2 – в2-ой сс)1 1 1
12
/>Проверка: 110112=1+2+8+16=2710 48 1 1
12
101012= 1+4+16=2110 11
02
110002= 32+16= 4810
Вычитаниеоснованона применении следующей таблицы:
0–0=0
1–0=1
1–1=0
10–1=1 (заимствование1 из старшего разряда)1 1
12
/>Проверка: 110012=1+8+16=2510 2 1 1 1
12
101112= 1+2+4+16=2310 1
02
000102= 210
Лекция №5.Функциональная организация компьютера
Насегодняшний день обществом используется очень большое количество вычислительныхмашин. ЭВМ, компьютер, вычислитель – это совокупность техническихустройств и программных продуктов, предназначенных для выполнения различногорода логических, арифметических и аналитических задач.
Любая ЭВМдолжна обладать следующими характеристиками:
- комплектациявсех составляющих аппаратных ресурсов, необходимых для решения требуемых задач;
- наличиеустройства ввода и вывода информации;
- высокаясовместимость с другими устройствами приема и передачи информации;
ЭВМ – этовзаимодействующая совокупность аппаратных и программных средств.
КонструктивноПК минимальной конфигурации должен состоять из 3-х компонентов: системногоблока – устройства содержащего в своей структуре все основные техническиекомпоненты ПК, дисплея и клавиатуры.
Внутренняяструктура представляет собой набор устройств, в которые входят системная плата(материнская), отсеки для устройств внешней памяти и блок питания.
Материнскаяплата –это пластина, выполненная из диэлектрического материала, на которой размещены:микропроцессор, модуль BIOS, модули ОЗУ и ПЗУ, системная шина, гнездаувеличения ресурсов, адаптеры клавиатуры, НЖМД, НГМД, СD-ROM, модули КЕШ-памяти,контроллеры прерываний, таймер и др.
Прерывание – временная остановкавыполнения одной программы в целях выполнения другой в данный момент болееважной (приоритетной) программы.
Основнымпоказателем материнской платы является степень ее интеграции –максимальное количество элементов, используемое при разработке платы.
Как известно,процессор является основным вычислительным блоком компьютера. Микропроцессор(МП) появился во второй половине ХХ века. Его работой управляют электрическиеимпульсы: наличие импульса соответствует единице, отсутствие импульса – нулю. МПпредназначен для обработки сигналов в двоичном коде и представляет собой целуюсверхминиатюрную цифровую вычислительную машину, помещенную на одном кремниевомкристалле. Между собой МП различаются разрядностью и тактовой частотой. Разрядность– это количество бит, воспринимаемых МП как единое целое 4,8,16,32,64(целые степени числа 2). От разрядности зависят производительность ПК имаксимальный объем его внутренней памяти. В компьютере имеется генератортактовых импульсов, служащих метками времени для синхронизации работы всехустройств. Тактовая частота, измеряется в МГц и определяет производительность(быстродействие) ПК.
В состав МПвходят:
· Устройствоуправления (УУ) – координирует работу всех блоков ПК, вырабатывая вопределенные моменты нужные сигналы управления.
· Арифметико-логическоеустройство (АЛУ) – выполняет арифметические и логические операции над числами исимволами.
· Микропроцессорнаяпамять (МПП) – служит для кратковременного хранения, записи и выдачиинформации, непосредственно используемой в ближайшие такты работы ПК. МППстроится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия.Регистры – это быстродействующие ячейки памяти различной длины.
· Математическийсопроцессор служит для ускоренного выполнения операций над числами с плавающейзапятой, для вычисления некоторых трансцендентных, в том числетригонометрических функций.
· Интерфейснаясистема МП реализует сопряжение и связь с другими устройствами и включает всебя:
1. внутренний интерфейс МП;
2. буферные запоминающиерегистры;
3. схемы управления портамиввода-вывода и системной шиной.
Системнаяшина –это основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связьвсех его устройств между собой.
Системная шина обеспечивает три направленияпередачи информации:
1. между микропроцессором иосновной памятью;
2. между микропроцессорами ипортами ввода-вывода вешних устройств;
3. между основной памятью ипортами ввода-вывода внешних устройств (режим прямого доступа к памяти).
Всяинформация хранится в памяти компьютера – запоминающем устройстве,предназначенном для хранения исходной, промежуточной и конечной информации, атакже программ по ее обработке.
Постоянноезапоминающее устройство (ПЗУ) – служит для хранения неизменяемой (постоянной)информации, позволяет только считывать информацию. ПЗУ является основным и энергонезависимым,т.е. при отключении питания информация в ней сохраняется.
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) – служит для оперативнойзаписи, хранения и считывания информации (программ и данных) в процессе ееобработки. ОЗУ – энергозависимая память, т.е. при отключении питания информацияв ней теряется. Основу ОЗУ составляют большие интегральные схемы, содержащиематрицы полупроводниковых запоминающих элементов (триггеров). Конструктивно ОЗУвыполнено в виде отдельных микросхем, расположенных на материнской плате ПК.Объем ОЗУ в современных ПК составляет 128 Мбайт и выше. Имеется возможностьнаращивания ОЗУ.
В ПК имеется также регистровая КЭШ-память.Это высокоскоростная память сравнительно большой емкости является буфером междуОП и МП. Использование КЭШ – памяти позволяет увеличить скорость выполненияопераций. Регистры КЭШ-памяти недоступны для пользователя, отсюда и названиеКЭШ («тайник» в переводе с английского).
В КЭШ-памяти хранятся данные, которые будутиспользоваться в ближайшее время. МП, начиная с 486 и выше, имеют встроеннуюКЭШ-память. Может использоваться дополнительная КЭШ-память, размещаемая наматеринской плате вне МП, емкость которой может достигать нескольких десятковмегабайт.
Внешняя память или внешнее запоминающееустройство (ВЗУ) используется для долговременного хранения любой информации,которая может потребоваться когда-либо для решения задач, отдельно откомпьютера.
К внешним запоминающим устройствам (ВЗУ)относятся магнитные диски предназначенные для записи, хранения исчитывания информации.
Магнитные диски (МД) относятся к магнитнымносителям информации. В качестве запоминающей среды у них используютсямагнитные материалы со специальными свойствами (прямоугольной петлейгистерезиса), позволяющих фиксировать два магнитных состояния – два направлениянамагниченности. Каждому из этих состояний ставятся в соответствие две двоичныецифры: 0 и 1. Диски бывают жесткими (накопитель на жестком магнитном диске(НЖМД) – винчестер) и гибкими (накопитель на гибком магнитном диске (НГМД) – дискеты).Устройство для чтения и записи информации на магнитном диске называется дисководом.
Информация на МД записывается и считываетсямагнитными головками вдоль концентрических окружностей – дорожек (треков)
Каждаядорожка МД разбита на сектора. Водном секторе обычно 512 байт данных. Обменданными между ОП и НМД осуществляется последовательно целым числом секторов.Кластер – это минимальная единица размещения информации на диске, состоящая изодного или нескольких смежных секторов дорожки.
При записи ичтении МД вращается вокруг своей оси, а механизм управления магнитной головкойподволит ее к выбранной дорожке.
Данные надиске храняися в файлах.
Файл –это именованная область внешней памяти, выделенная для хранения массива данных.
Накопители нажестких магнитных дисках (НЖМД) представляют собой один или несколько жесткихдисков из алюминиевых сплавов, покрытых ферролаком, которые вместе с блокоммагнитных головок считывания / записи помещены вгерметически закрытыйкорпус. Емкость НЖМД составляет несколько десятков гигабайт.
Накопителина оптических дисках (НОД) бывают не перезаписываемые и перезаписываемые.
Не перезаписываемые диски обычно называются компакт-дисками(CD ROM). Эти диски поставляютсяфирмой-изготовителем с уже записанной на них информацией. Запись выполняетсялазерным лучом большой мощности, который оставляет на активном слое CD-след – дорожку смикроскопическими впадинками. Появились перезаписываемые лазерно-оптическиедиски с однократной записью.
Накопителина магнитной ленте (НМЛ) были первыми ВЗУ вычислительных машин. В универсальных ЭВМшироко использовались и используются накопители на бобинной магнитной ленте, ав ПК – накопители на кассетной МЛ. Кассеты с МЛ называются картриджами.Лентопротяжные механизмы называются стриммерами. НМЛ имеют небольшуюскорость считывания при большой емкости. Используются для резервногокопирования и архивирования информации с жестких дисков, для хранения игр ит.д.
Лекция №6.Внешние(периферийные) устройства и классификации компьютера
Внешниеустройства (ВУ) – важнейшая часть любого вычислительного комплекса. Стоимостьвнешних устройств иногда составляет 50–80% и даже больше стоимости всего ПК. ВУобеспечивают взаимодействие ПК с внешней средой.
ВЗУ,рассмотренные выше, принято относить к ВУ.
Диалоговыесредства пользователя это:
· Видеомониторы(дисплеи)
· Устройстваречевого ввода-вывода.
Наибольшеераспространение получили мониторы на ЭЛТ. Главным параметром любого монитораявляется размер диагонали экрана, который принято измерять в дюймах. Дисплеи наЭЛТ применительно к портативным компьютерам, рынок которых неумолимо растет,имеют два принципиальных неустранимых недостатка – большие габариты ипотребляемую мощность.
Дисплеи на жидкокристаллических панелях (ЖК)основаны на изменении оптической поляризации отраженного или проходящего светапод действием электрического поля. Достоинствами ЖК-дисплеев являются:радикальное уменьшение размеров и веса, низкое потребление энергии, плоскийэкран, высокая четкость изображения. ЖК-дисплеи имеют ряд недостатков,обусловленных их природой: низкую контрастность, зависимость качества изображенияот угла наблюдения инерционность ячеек. Из-за высокой цены, особенно цветныхматриц, эти дисплеи применяются, как правило, лишь в блокнотных ПК, гдесоставляют существенную долю стоимости.
Газоплазменныедисплеи основаны на свечении газа под действием электрического поля. Главнымнедостатком их является большое потребление энергии, что препятствуетприменению их в системах с автономным питанием.
Устройстваречевого ввода – это различные микрофонные акустические системы, звуковые мышисо сложным программным обеспечением, позволяющие распознавать произносимыечеловеком буквы и слова, идентифицировать их и закодировать для ввода в ПК.
Устройстваречевого вывода – это различные синтезаторы звука, выполняющие преобразованиецифровых кодов в буквы и слова, воспроизводимые через динамики и колонки,подсоединенные к ПК.
Сегоднясуществует целый ряд устройств для ввода информации в компьютер. К устройствамввода (УВВ) относятся:
· клавиатура;
· микрофон;
· графическиепланшеты;
· сканеры;
· манипуляторы:мышь, трекбол (разновидность мыши, применяемой в портативных ПК), джойстик;
· сенсорныеэкраны.
Графическиепланшеты служат для ручного ввода графической информации, изображений путемперемещения специального указателя (пера).
Сканеры(читающие автоматы) служат для автоматического считывания с бумажных носителейи ввода в ПК машинописных текстов, графиков, рисунков, чертежей, фотографий ит.д.
Карманнаяручка-сканер С-Pen компании C Technologies – снабжена процессором и памятью. Главнаяособенность этого миниатюрного сканера в быстродействующей цифровой камере,делающей 100 снимков в секунду, а 6 Мб оперативной памяти позволяют сохранитьдо 2000 страниц отсканированного текста, который можно непосредственно передатьв текстовый редактор ПК. Он распознает тексты на 53 языках, а кроме тогопереводит тексты с английского языка на русский и обратно. Перевод отражаетсяна миниатюрном ЖК дисплее.
Манипуляторы– это джойстик, рычаг, мышь, световое перо и т.д.
Сенсорныеэкраны применяются в переносных компьютерах. Прикосновение к поверхностисенсорного экрана вызывает перемещение курсора в место прикосновения или выборопределенной процедуры по меню, выведенному на экран.
К устройствамвывода (УВ) относятся:
· принтеры;
· графопостроители(плоттеры).
Принтеры насчитываютболее 1000 модификаций. Принтеры делятся на три класса:
· матричные;
· струйные;
· лазерные.
В матричныхпринтерах изображение формируется их точек ударным способом. Печать точекосуществляется тонкими иглами, ударяющими бумагу через красящую ленту. Скоростьпечати современных матричных принтеров от 400 до 2000 (одна страница) 2000знаков) знаков в секунду. Достоинствами матричных принтеров являютсянадежность, невысокая стоимость картриджей, возможность печати одновременнонескольких копий.
В печатающейголовке струйных принтеров вместо иголок имеются тонкие трубочки – сопла, черезкоторые на бумагу выбрасываются мельчайшие капельки красителя (чернил).Скорость печати от 3 до 12 страниц в мин. Недостатком струйных принтеровявляется дороговизна сменных картриджей, а также использование дорогой бумаги.
В лазерныхпринтерах лазер создает на поверхности светочувствительного барабана контурыневидимого точечного изображения путем «стекания» электрического заряда сзасвеченных лазерным лучом точек на поверхности барабана. После проявленияэлектронного изображения порошком красителя, налипающего на разряженныеучастки, выполняется печать. То есть, перенос красителя на бумагу и закрепленияизображения на бумаге путем разогрева красителя до его расплавления. Скоростьпечати лазерных принтеров до 24 страниц в минуту. Лазерные принтерыобеспечивают наиболее качественную печать.
Для ввода иливывода звуковых сигналов служит звуковая система, состоящая из звуковой платы(или карты), встроенного динамика в системном блоке ПК и внешней акустическойсистемы.
Устройствасвязи и телекоммуникации используются для связи с приборами и другими средствамиавтоматизации, для подключения ПК к каналам связи, к другим ЭВМ, сетям. Это –согласователи интерфейсов, адаптеры, сетевые интерфейсные платы, мультиплексорыпередачи данных, модемы.
Многие израссмотренных устройств относятся к средствам мультимедиа.
Средствамультимедиа (multimedia– многосредовость) – этокомплекс аппаратных и программных средств, позволяющих человеку общаться скомпьютером, ипользуя естественные для себя среды: звук, видео, графику и т.д.
К средстваммультимедиа относятся:
· сканеры;
· видеои звуковые карты;
· платывидеозахвата, снимающие изображение с видеомагнитофона или видеокамеры ивводящие его в ПК;
· высококачественныеакустические и видеовоспроизводящие системы с усилителями, звуковыми колонками,большими видеоэкранами.
А также ВЗУбольшой емкости на оптических дисках, часто используемые для записи исчитывания звуковой и видеоинформации. Емкость оптических дисков от 650 Мбайт ивыше.
Основныефункциональные характеристики ПК
1. Быстродействие,производительность, тактовая частота. Единицами измерения быстродействияявляются:
· МИПС– миллион операций над числами с фиксированной запятой;
· МФЛОПС– миллион операций над числами с плавающей запятой;
· ГФЛОПС– миллиард операций над числами с плавающей запятой.
Оценкапроизводительности с помощью этих единиц весьма приблизительная. Поэтому дляхарактеристики быстродействия обычно используют тактовую частоту. Зная тактовуючастоту можно точно определить время выполнения любой операции. Чем вышетактовая частота ПК, тем выше его производительность.
2. Разрядность машины – этомаксимальное количество разрядов двоичного числа, над которыми параллельноможет выполняться машинная операция. Чем выше разрядность, тем вышебыстродействие машины.
3. Емкость оперативнойпамяти. С современных ПК емкость ОЗУ 64–128 Мбайт. Увеличение емкости ОЗУ в 2раза увеличивает производительность ПК в 1.7 раза.
4. Емкость НЖМД насегодняшний день составляет от 20 Гбайт и выше.
5. Стоимость.
6. Габариты, масса и др.
КлассификацияЭВМ.
Историческипервыми появились большие ЭВМ (мэйнфреймы), элементная база которых прошла путьот электронных ламп до интегральных схем со сверхвысокой степенью интеграции.
Перваябольшая ЭВМ ЭНИАК (Electronic Numerical Integrator and Computer) была создана в 1946году в США. Эта машина имела массу более 50 тонн, быстродействие несколько сотопераций в секунду, оперативную память емкостью 20 чисел, занимала огромный залплощадью 100 кв. м.
Производительностьбольших ЭВМ оказалась недостаточной для ряда задач: прогнозированияметеообстановки, управление сложными оборонными комплексами, моделированиеэкологических систем и т.д. Это явилось предпосылкой для создания суперЭВМ,самых мощных вычислительных систем, интенсивно развивающихся в настоящее время.
Появление в70-х гг. малых ЭВМ обусловлено, с одной стороны прогрессом в областиэлектронной элементной базы, а с другой – избыточностью ресурсов больших ЭВМдля ряда приложений. Малые ЭВМ используются чаще всего для управлениятехнологическими процессами. Они более компактны и значительно дешевле большихЭВМ.
Изобретение в1969 году микропроцессора привело к появлению в 60-х годах еще одного классаЭВМ – микроЭВМ. Именно наличие микропроцессора служило первоначальноопределяющим признаком микроЭВМ. Сейчас микропроцессоры используются во всехбез исключения классах ЭВМ.
МногопользовательскиемикроЭВМ –это мощные микроЭВМ, оборудованные несколькими видеотерминалами ифункционирующие в режиме разделения времени, что позволяет работать на нихсразу нескольким пользователям.
Персональныекомпьютеры (ПК) – однопользовательские микроЭВМ, удовлетворяющие требованиямобщедоступности и универсальности применения.
Рабочиестанции – представляютсобой однопользовательские мощные микроЭВМ, специализированные для выполненияопределенного вида работ (графических, инженерных, издательских и т.д.)
Серверы – многопользовательскиемощные микроЭВМ в вычислительных сетях, выделенные для обработки запросов отвсех станций сети.
Персональныекомпьютеры
ПереносныеПК –быстроразвивающийся класс ПК. В настоящее время по статистике в США, Японии,странах западной Европы около 70% пользователей используют переносные компьютеры.В переносных компьютерах питание обычно от аккумулятора, но возможноподключение к сети.
ПортативныеПК – наиболеемощные и крупные переносные ПК. Они оформляются в виде чемодана и называются «кочевник».Частота до 750 Мгц, ОЗУ – до128 Мбайт, НЖМД – десятки Гбайт. Используются длявыездных презентаций и стационарно для экономии рабочего места на столе.
Портативные(наколенные) компьютеры типа «LapTop» оформлены в виде небольших чемоданчиков,размером с дипломат, их масса составляет 5–10 кг, по характеристикам сравнимы собычным ПК.
Компьютеры– блокноты (ноутбуки) выполнят все функции настольных ЭВМ. Конструктивно оформленыв виде небольших чемоданчика, размером с настольную книгу. Многие из них имеютмодемы для подключения к сети.
Карманные(наладонные) имеют массу около 300 грамм, размеры их в сложенном состоянии 150х80х20 мм. Это полноправные ПК, имеют возможность подключения к сети.
Электронныесекретари (ручной помощник) имеют формат карманного компьютера (массой неболее 500 грамм), но более широкие возможности по сравнению с карманными:аппаратное и встроенное программное обеспечение, ориентированное на организациюэлектронных справочников, хранящих адреса, имена и номера телефонов, информациюо распорядке дня и встречах, списки текущих дел, записи расходов и т.д. Частоимеют текстовые редакторы, графические редакторы, электронные таблицы. Унекоторых моделей имеется «перьевой ввод»: сенсорный экран, указка (перо) иэкранная эмуляция клавиатуры – указкой можно нажимать клавиши на экране.
Электронныезаписные книжки (органайзеры) относятся к «легчайшей» категории портативныхкомпьютеров. Их масса не превышает 200 грамм. Органайзеры пользователем непрограммируются, но содержат вместительную память, в которую можно записатьнеобходимую информацию и отредактировать ее с помощью встроенного текстовогоредактора. В памяти можно хранить деловые письма, тексты соглашений,контрактов, деловых встреч и распорядок дня.
Всеперечисленные виды переносных ПК оборудованы жидкокристаллическими дисплеями.
Лекция №7. РазработкаПП для ЭВМ. Алгоритмы и алгоритмизация
Возможности компьютера как технической основысистемы обработки данных связаны с используемым ПО или программами.
Программы предназначены для машинной реализациизадач. В информатике и программировании существуют термины задача иприложение. Задача означает проблему, подлежащую реализации сиспользованием средств ИТ, а приложение – реализованное на компьютеререшение по задаче.
С позиции специфики разработки и вида программногообеспечения будем различать два класса задач – технологические ифункциональные.
Технологические – ставятся и решаются приорганизации технологического процесса обработки информации на компьютере,являются основой для разработки сервисных средств ПО в виде утилит, сервисныхпрограмм, библиотек процедур и др., применяемых для обеспеченияработоспособности компьютера, разработки других программ или обработки данныхфункциональных задач.
Функциональные – требуют решения при реализациифункций управления в рамках ИС предметных областей.
Постановка задачи это точная формулировка решениязадачи на компьютере с описанием входной и выходной информации.
Выходнаяинформацияможет быть представлена в виде документа, кадра на экране монитора, файла базыданных и т.д.
Входнаяинформация представляется в виде документа, файла базы данных и т.д.
Алгоритм – система точно сформулированных правил дляпреобразования исходных данных (входной информации) в желаемый результат(выходную информацию). Определенный алгоритм выполняется исполнителем. Процессразработки алгоритма для решения конкретного класса задач и описание его накаком-либо алгоритмическом языке называется алгоритмизацией.
Свойства алгоритма:
1. Дискретность – разбиениепроцесса обработки информации на дискретные шаги.
2. Определенность –однозначность выполнения (детерминированность) каждого отдельного шагапреобразования информации.
3. Конечность – конечностьдействий (результативность алгоритма), позволяющая получить результаты законечное число шагов.
4. Массовость – пригодностьалгоритма для решения определенного класса задач.
5. Понятность алгоритмакомпьютеру.
В алгоритме обязательно должны быть предусмотренывсе ситуации, которые могут возникнуть в процессе решения задачи.Способызаписи алгоритма
1. Формальный – запись алгоритмасловесно, на естественном языке.
2. Графический – изображение алгоритмав виде блок-схемы.Видыалгоритмов
В зависимостиот поставленной задачи и последовательности выполняемых шагов различаютследующие виды алгоритмов:
1. Линейный – шаги алгоритма следуютодин за другим не повторяясь, действия происходят только в одной заранеенамеченной последовательности.
Блокиалгоритма 1, 2, 3 выполняются именно в такой последовательности, после чегоалгоритм достигает цели и заканчивается.
2. Алгоритмс ветвлением – в зависимости от выполнения или невыполнения условия,исполняется либо одна, либо другая ветвь алгоритма.
В данном алгоритме проверяется выполнениеусловия, и если оно выполняется, то есть на вопрос можно ответить «Да», исполняетсяблок алгоритма 1 (одно ли несколько действий), а если не выполняется – ответ навопрос отрицательный, то исполняется блок 2.
Примечания: одно из блоков: 1 или 2 может не быть вовсе. Тогда в одном изслучаев будут выполняться какие-либо действия, а в другом – ничего не будетвыполняться.
3. Циклический – блоки алгоритмавыполняются до тех пор, пока не будет выполнено определенное условие.
Блок алгоритма 1 будет выполняться 1 илинесколько раз до тех пор, пока не выполнится условие. Алгоритм выполняется так:выполняется блок 1, проверяется условие, если оно не выполняется, то блок 1выполняется снова и условие проверяется заново. При выполнении условия алгоритмзаканчивается.
Программирование – это теоретическая ипрактическая деятельность, связанная с созданием программ.
Основная категория специалистов занятыхразработкой программ – программисты, которые по характеру своей деятельностиделятся на системных и прикладных.
Системные программисты занимаются разработкой,эксплуатацией и сопровождением системного программного обеспечения,поддерживающего работоспособность компьютера и создающего среду для выполненияпрограмм, обеспечивающих реализацию функциональных задач.
Прикладные программисты осуществляют разработкуи отладку программ для решения функциональных задач.
Для подготовки решения задач на компьютере частообращаются к языкам создания программ: разработки и описания алгоритмов, поискамоделей и решений. Язык программирования представляет собой наборспециальных лингвистических средств для фиксации задания исполнителю и исходнойинформации, используемой в ходе его выполнения.
Для того чтобы исполнитель следовал алгоритму,заложенному в программе, программный модуль на исходном языке (отдельнокомпилируемая часть программы) должен быть преобразован в загрузочный модуль –модуль с набором машинных команд (инструкций).
Существуют специальные языки программирования длясоздания программных модулей – языки низкого и высокого уровня. Языки низкогоуровня предназначены для прямого кодирования работы реального исполнителя,вычислителя (Бейсик). Языки высокого уровня предназначены для программированияработы физически на существующего (виртуального) исполнителя, не связанного симеющимися техническими ограничениями. В языке программирования зафиксированы определенныеправила построения языковых конструкций – синтаксис. Синтаксисом задаетсясостав допустимых конструкций, имеющих определенный смысл и формы их записи.
Лекция №8. Архивация файлов
Наименьшейединицей хранения данных на МД является файл– это именованнаяобласть внешней памяти, выделенная для хранения массива данных, хранимая,пересылаемая и обрабатываемая как единое целое.
Каждый файлна дисках имеет свой адрес. Если процессору нужна какая-то информация на МД, оннаходит на диске нужный файл, а потом байт за байтом считывает из него данные воперативную память, пока не дойдет до конца файла. Чтобы у каждого файла надиске был свой адрес, диск и разбивают на дорожки, а дорожки – на секторы.Адреса записанных файлов компьютер запоминает в специальной таблице – таблицеразмещения файлов(FAT– таблице).
Программы архивации предназначены для упаковкифайлов путем сжатия хранимой в них информации.
Сжатие информации – это процесспреобразования информации, хранящейся в файле, к виду, при котором уменьшаетсяизбыточность в ее представлении и, соответственно, требуется меньший объемпамяти для ее хранения.
Сжатие информации в файлах производится за счетустранения избыточности различными способами, например, за счет упрощениякодов, исключения из них постоянных битов или представления повторяющихсясимволов или повторяющейся последовательности символов в виде коэффициентаповторения и соответствующих символов.
Архивный файл – это специальным образоморганизованный файл, содержащий в себе один или несколько файлов в сжатом или внесжатом виде и служебную информацию об именах файлов, дате и времени ихсоздания и т.д.
Целью упаковки файлов является обеспечение болеекомпактного размещения информации на диске, сокращение времени и,соответственно, стоимости передачи информации по каналам связи в компьютерныхсетях.
Степень сжатия файлов – характеризуетсякоэффициентом сжатия Кc, определяемым как отношения объема сжатого файлаVcк объему исходного файла V0, выраженное в процентах:
/>
Степень сжатия зависит от используемой программы,метода сжатия и типа исходных данных. Наиболее хорошо сжимаются файлыграфических образов, текстовые файлы и файлы данных (5 – 40%), меньше сжимаютсяфайлы исполняемых программ (60 –90%).
Архивация (упаковка) – помещение (загрузка)исходных файлов в архивный файл в сжатом или несжатом виде.
Разархивация (распаковка) – процесс восстановленияфайлов из архива точно в таком же виде, какой они имели до загрузки в архив.
Программы, осуществляющие упаковку и распаковкуфайлов, называются программами– архиваторами.
Программы-архиваторы позволяют создавать такиеархивы, для извлечения из которых содержащихся в них файлов не требуютсякакие-либо программы, так как сами архивные файлы могут содержать программураспаковки. Такие архивные файлы называются самораспаковывающимися.
Известно несколько программ-архиваторов: ARJ, PKPAK, EXPAND, RAR, WINZIP и др.
Первой появилась программа-архиватор ARJ, предназначенная дляработы в среде MSDOS, которая известна как одна из лучших по набору функций,предоставляемых пользователю, степени сжатия и скорости работы.
Архиватор RAR служит мощным средствомдля создания и ведения архива. Его отличительными особенностями являютсявозможность работы в полноэкранном интерфейсе и использованиевысокоэффективного метода сжатия (но 10–50% выше, чем обычно).
Широкое использование в последнее время получилархиватор WINZIP, преимуществом которого является его графический интерфейс,доступный для понимания любому пользователю, а также возможность поддержкидругих типов архивов.
Компьютерные вирусы
Массовое применение ПК, к сожалению, оказалосьсвязанным с применением программ-вирусов, мешающих нормальной работекомпьютеров, разрушающих файловую структуру дисков и наносящих ущерб хранимой вПК информации. Проникнув в один компьютер вирус способен распространяться вдругие компьютеры.
Вирусы – это просто программы (довольно хитроумные),которые могут заражать ваш компьютер подобно тому, как реальные вирусы заражаютлюдей. Они могут находиться в бездействии до определенного момента. А затемвыдавать «едкие сообщения», «подвешивать» компьютер, удалять файлы или целыедиски и т.д.
Компьютерным вирусом называется программа,которая может самопроизвольно присоединяться к другим программам, создаватьсвои копии и внедрять их в файлы, системные области компьютера и ввычислительные сети с целью нарушения работы программ, операционных систем,создания всевозможных помех.
Для борьбы с вирусами создаются антивирусныепрограммы.
Компьютерные сети и их назначение
Компьютерная сеть – совокупность компьютерови терминалов, соединенных с помощью каналов связи в единую систему иудовлетворяющую требованиям распределенной обработки данных.
Распределенная обработка данных – выполняемая нанезависимых, но связанных между собой компьютеров, представляющихраспределенную систему.
Компьютерные сети обеспечивают три видадеятельности:
1. Обменфайлами– это означает, что пользователь, не покидая своего рабочего места, можетполучать и передавать файлы другим компьютерам, подключенным к сети.
2. Совместноеиспользование ресурсов – использование нескольким компьютерами в сети общегоаппаратного обеспечения, чаще всего принтеров или дисков. Например, к сетиможно подключить принтер, на котором будут печатать все сотрудники отдела.
3. Запускобщих программ – возможность использования программного обеспечения, установленногона других компьютерах. Правда при этом очень замедляется работа компьютера.Поэтому в сеть обычно включают большой компьютер, называемый файловымсервером.
Задача файлового сервера – управление огромнымдисковым устройством, предназначенным для хранения всех необходимыхпользователям программ. Это – главный компьютер в сети, который обладаетогромным диском и высоким быстродействием.
Это обычно специализированный компьютер сустановленным в нем специальным сетевым программным обеспечением, которое ипревращает ПК в сервер, отвечающий за всю сеть.
Глобальная компьютерная сеть NTERNET с точки пользователя –это огромное хранилище информации. Само ее название означает «между сетей». Этосеть, соединяющая отдельные сети.
Логическая структура Internet представляет собой некое виртуальноеобъединение, имеющее свое собственное информационное пространство.
Internet обеспечивает обмен информацией между всеми компьютерами,которые входят в сети, подключенные к ней. Тип компьютера и используемая имоперационная система значения не имеют. Соединение сетей обладает громаднымивозможностями. С собственного компьютера любой абонент Internet может передаватьсообщения в другой город, просматривать каталог библиотеки Конгресса вВашингтоне, знакомиться с картинами на последней выставке в музее Метрополитенв Нью-Йорке, участвовать в конференции IEEE и даже в играх сабонентами сети из разных стран. Internet предоставляет в распоряжение своих пользователеймножество всевозможных ресурсов.
Основные ячейки Internet – локальные вычислительные сети (ЛВС). Этозначит, что Internet не просто устанавливает связь между отдельными компьютерами, асоздает пути соединения для более крупных единиц – групп компьютеров. Еслинекоторая локальная сеть непосредственно подключена к Internet, то каждая рабочаястанция этой сети также может подключаться к Internet. Существуют такжекомпьютеры, самостоятельно подключенные к Internet. Они называютсяхост-компьютерами (host – хозяин). Каждый подключенный к сети компьютер имеет свойадрес, по которому его может найти абонент из любой точки света.
Для подключения локальных сетей к Internet используются средства,рассмотренные в Лекции №. 9. Важной особенностью Internet является то, что она,объединяя различные сети, не создает при этом никакой иерархии – всекомпьютеры, подключенные к сети, равноправны.
Наиболеепопулярные службы INTERNET:
1.электронная почта;
2.телеконференции (UseNet) – эта служба чем-тонапоминает электронную почту, но в ней сообщение посылается не одному лицу, анаправляется в область общего доступа, называемой телеконференцией, где этосообщение могут просмотреть многие лица и дать свой ответ.
3. служба FTP – это программа, котораяпозволяет передавать файлы всех типов (звуковые, графические, мультимедиа идр.) с компьютера INTERNET на ваш компьютер.
4. служба ICQ– эта программа позволяетиметь непосредственную связь с вашими друзьями в INTERNET, независимо от того, гдеони живут в мире.
5. WorldWideWeb(Всемирная паутина, илипросто Web) – это единственная служба мультимедиа в INTERNET. На Web-страницах успешносочетаются текст, графика, музыка и т.д. На Web-страницах можно найтилюбую информацию. Информация представлена в виде гипертекста. Гипертекст –текст, содержащий в себе связи с другими текстами, графической видео илизвуковой информацией.
Связь междугипертекстовыми документами осуществляется с помощью ключевых слов. Найдяключевое слово, пользователь может перейти в другой документ, чтобы получитьдополнительную информацию. Для эффективного использования WWW необходима программабыстрого просмотра страниц (броузер). Все гипертекстовые слова выделяютсятекстом или подчеркиванием.
Программы-броузеры это программы дляпросмотра информации в WWW. Наиболее популярными броузерами являются Netscape Navigator, Microsoft Internet Explorer.
Лекция №9. Типовые топологии и методы доступа ЛВС
кибернетика алгоритм файлархивация
Физическая передающая среда ЛВС
Абоненты сети– объекты, генерирующие или потребляющие информацию в сети. Ими могут бытьотдельные ЭВМ, комплексы ЭВМ, терминалы, станки с числовым программнымуправлением и т.д. Любой абонент сети подключается к станции – аппаратуре,которая выполняет функции связанные с передачей и приемом информации.Совокупность абонента и станции принято называть абонентской системой (АС).
В зависимостиот территориального расположения АС вычислительные сети разделяются на трикласса:
· Глобальныесети (WAN) – объединяют абонентов, расположенных в различных странах, наразличных континентах, тем самым позволяют решить проблему объединенияинформационных ресурсов всего человечества и организации доступа к этимресурсам.
· Региональныесети –связываю абонентов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга,включая абонентов внутри города, региона, страны.
· Локальныесети –объединяют абонентов, расположенных в пределах небольшой территории и обычноона привязана к конкретному месту (работа, школа, институт, банк и.т.д.)
Современныесетевые технологии распределенной обработки данных основаны на моделяхархитектуры «клиент-сервер».
Сервер – компьютер, подключенный к сети и обеспечивающий еепользователей определенными услугами. Серверы могут осуществлятьхранение данных, управление базами данных, удаленную обработку заданий, печатьзаданий и ряд других функций, потребность в которых может возникнуть упользователей сети. Сервер – источник ресурсов сети.
Рабочая станция– персональный компьютер, подключенный к сети,через который пользователь получает доступ к ее ресурсам. Рабочая станциясетифункционирует как в сетевом, так и в локальном режиме. Она оснащена собственнойоперационной системой (MS DOS, Windows и т.д.), обеспечивает пользователя всеминеобходимыми инструментами для решения прикладных задач.
Клиент– задача, рабочая станция или пользователь компьютерной сети.
В процессе обработки данных клиент может сформировать запрос насервер для выполнения сложных процедур, чтение файла, поиск информации в базеданных и т.д.
Сервер, определенный ранее, выполняет запрос, поступивший отклиента. Результаты выполнения запроса передаются клиенту. Сервер обеспечиваетхранение данных общего пользования, организует доступ к этим данным и передаетданные клиенту.
Клиентобрабатывает полученные данные и представляет результаты обработки в виде,удобном для пользователя. В принципе обработка данных может быть выполнена и насервере.
Враспределенных локальных и глобальных вычислительных системахкомпьютеры-клиенты, называют рабочими станциями сети.
Физическая среда обеспечивает перенос информации между абонентамивычислительной сети. Как уже упоминалось, физическая передающая среда ЛВСпредставлена тремя типами кабелей: витая пара проводов, коаксиальный кабель,оптоволоконный кабель.
Витая парасостоит из двух изолированных проводов, свитыхмежду собой (рис. 6.19). Скручивание проводов уменьшает влияние внешнихэлектромагнитных полей на передаваемые сигналы. Самый простой вариант витойпары – телефонный кабель. Витые пары имеют различные характеристики,определяемые размерами, изоляцией и шагом скручивания. Дешевизна этого видапередающей среды делает ее достаточно популярной для ЛВС.
Основной недостаток витой пары – плохая помехозащищенность инизкая скорость передачи информации – 0,25 – 1 Мбит/с. Технологическиеусовершенствования позволяют повысить скорость передачи и помехозащищенность(экранированная витая пара), но при этом возрастает стоимость этого типапередающей среды.
Коаксиальный кабель(рис. 6.20) по сравнению с витой паройобладает более высокой механической прочностью, помехозащищенностью иобеспечивает скорость передачи информации до 10–50 Мбит/с. Для промышленногоиспользования выпускаются два типа коаксиальных кабелей: толстый и тонкий. Толстыйкабель более прочен и передает сигналы нужной амплитуды на большеерасстояние, чем тонкий. В то же время тонкий кабель значительно дешевле.Коаксиальный кабель так же, как и витая пара, является одним из популярныхтипов передающей среды для ЛВС.
Оптоволоконный кабель– идеальная передающая среда (рис. 6.21). Онне подвержен действию электромагнитных полей и сам практически не имеетизлучения. Последнее свойство позволяет использовать его в сетях, требующихповышенной секретности информации. Скорость передачи информации пооптоволоконному кабелю более 50 Мбит/с. По сравнению с предыдущими типамипередающей среды он более дорог, менее технологичен в эксплуатации.
Вычислительные машины, входящие в состав ЛВС, могут бытьрасположены самым случайным образом на территории, где создается вычислительнаясеть. Поэтому имеет смысл говорить о топологии ЛВС. Топологии вычислительныхсетей могут быть самыми различными, но для локальных вычислительных сетейтипичными являются всего три: кольцевая, шинная, звездообразная.
Кольцеваятопология предусматривает соединение узлов сетизамкнутой кривой – кабелем передающей среды (рис. 6.22). Выход одного узласети соединяется со входом другого. Информация по кольцу передается от узла кузлу. Каждый промежуточный узел между передатчиком и приемником ретранслируетпосланное сообщение. Принимающий узел распознает и получает только адресованныеему сообщения.
Кольцевая топология является идеальной для сетей, занимающихсравнительно небольшое пространство. В ней отсутствует центральный узел, чтоповышает надежность сети. Ретрансляция информации позволяет использовать вкачестве передающей среды любые типы кабелей.
Шиннаятопология – одна из наиболее простых (рис. 6.23). Она связанас использованием в качестве передающей среды коаксиального кабеля. Данные отпередающего узла сети распространяются по шине в обе стороны. Промежуточныеузлы не транслируют поступающих сообщений. Информация поступает на все узлы, нопринимает сообщение только тот, которому оно адресовано. Дисциплинаобслуживания параллельная. Это обеспечивает высокое быстродействие ЛВС с шиннойтопологией. Сеть легко наращивать и конфигурировать, а также адаптировать кразличным системам. Сеть шинной топологии устойчива к возможным неисправностямотдельных узлов.
Сети шинной топологии наиболее распространены в настоящее время.Следует отметить, что они имеют малую протяженность и не позволяют использоватьразличные типы кабеля в пределах одной сети.
Звездообразнаятопология базируется на концепции центральногоузла, к которому подключаются периферийные узлы. Каждый периферийный узел имеетсвою отдельную линию связи с центральным узлом. Вся информация передается черезцентральный узел, который ретранслирует, переключает и маршрутизируетинформационные потоки в сети.
Любую компьютерную сеть можно рассматривать как совокупностьузлов.
Узел – любое устройство, непосредственно подключенное к передающейсреде сети.
Способы объединения ЛВС
Мост. Самый простой вариант объединения ЛВС – объединение одинаковыхсетей в пределах ограниченного пространства. Физическая передающая среданакладывает ограничения на длину сетевого кабеля. В пределах допустимой длиныстроится отрезок сети – сетевой сегмент. Для объединения сетевых сегментовиспользуются мосты.
Мост– устройство, соединяющее две сети, использующие одинаковые методыпередачи данных.
Сети, которые объединяет мост, должны иметь одинаковые сетевыеуровни модели взаимодействия открытых систем, нижние уровни могут иметьнекоторые отличия.
Для сети персональных компьютеров мост – отдельная ЭВМ соспециальным программным обеспечением и дополнительной аппаратурой. Мост можетсоединять сети разных топологий, но работающие под управлением однотипныхсетевых операционных систем. Мосты могут быть локальными и удаленными.
Локальные мосты соединяют сети, расположенные на ограниченнойтерритории в пределах уже существующей системы.
Удаленные мосты соединяют сети, разнесенные территориально, сиспользованием внешних каналов связи и модемов.
Локальные мосты, в свою очередь, разделяются на внутренние ивнешние.
Внутренние мосты обычно располагаются на одной из ЭВМ данной сети исовмещают функцию моста с функцией абонентской ЭВМ. Расширение функцийосуществляется путем установки дополнительной сетевой платы.
Внешние мосты предусматривают использование для выполнения своих функцийотдельной ЭВМ со специальным программным обеспечением.
Маршрутизатор (роутер). Сеть сложной конфигурации, представляющая собойсоединение нескольких сетей, нуждается в специальном устройстве. Задача этогоустройства – отправить сообщение адресату в нужную сеть. Называется такоеустройство маршрутизатором.
Маршрутизатор, или роутер, – устройство,соединяющее сети разного типа, но использующее одну операционную систему.
Маршрутизатор выполняет свои функции на сетевом уровне, поэтому онзависит от протоколов обмена данными, но не зависит от типа сети. С помощьюдвух адресов – адреса сети и адреса узла маршрутизатор однозначно выбираетопределенную станцию сети.
Пример. Необходимо установить связь с абонентомтелефонной сети, находящимся в другом городе. Сначала набирается адрестелефонной сети этого города – код города. Затем – адрес узла этой сети – телефонныйномер абонента. Функции маршрутизатора выполняет аппаратура АТС.
Маршрутизатор также может выбрать наилучший путь для передачисообщения абоненту сети, фильтрует информацию, проходящую через него, направляяв одну из сетей только ту информацию, которая ей адресована. Кроме того,маршрутизатор обеспечивает балансировку нагрузки в сети, перенаправляя потокисообщений по свободным каналам связи.
Шлюз. Для объединения ЛВС совершенно различных типов, работающих посущественно отличающимся друг от друга протоколам, предусмотрены специальныеустройства – шлюзы.
Шлюз– устройство, позволяющее организовать обмен данными между двумясетями, использующими различные протоколы взаимодействия.
Шлюз осуществляет свои функции на уровнях выше сетевого. Он независит от используемой передающей среды, но зависит от используемых протоколовобмена данными. Обычно шлюз выполняет преобразование между двумя протоколами.
С помощью шлюзов можно подключить локальную вычислительную сеть кглавному компьютеру, а также локальную сеть подключить к глобальной.
Мосты, маршрутизаторы и даже шлюзы конструктивно выполняются ввиде плат, которые устанавливаются в компьютерах. Функции свои они могутвыполнять как в режиме полного выделения функций, так и в режиме совмещения ихс функциями рабочей станции вычислительной сети.
Протокол– набор правил, определяющий взаимодействие двуходноименных уровней модели взаимодействия открытых систем в различныхабонентских ЭВМ.
Протокол – это не программа. Правила и последовательность выполнениядействий при обмене информацией, определенные протоколом, должны бытьреализованы в программе. Обычно функции протоколов различных уровнейреализуются в драйверах для различных вычислительных сетей.
Основные типы протоколов
Проще всего представить особенности сетевых протоколов на примерепротоколов канального уровня, которые делятся на две основные группы:байт-ориентированные и бит-ориентированные.
Байт-ориентированный протокол обеспечивает передачу сообщения поинформационному каналу в виде последовательности байтов. Кроме информационныхбайтов в канал передаются также управляющие и служебные байты. Такой типпротокола удобен для ЭВМ, так как она ориентирована на обработку данных,представленных в виде двоичных байтов. Для коммуникационной средыбайт-ориентированный протокол менее удобен, так как разделение информационногопотока в канале на байты требует использования дополнительных сигналов, что вконечном счете снижает пропускную способность канала связи.
Наиболее известным и распространенным байт-ориентированнымпротоколом является протокол двоичной синхронной связи BSC (Binary Synchronous Communication), разработанный фирмой IBM. Протокол обеспечиваетпередачу двух типов кадров: управляющих и информационных. В управляющихкадрах передаются управляющие и служебные символы, в информационных –сообщения (отдельные пакеты, последовательность пакетов). Работа протокола BSC осуществляется в трифазы: установление соединения, поддержание сеанса передачи сообщений, разрывсоединения. Протокол требует на каждый переданный кадр посылки квитанции орезультате его приема. Кадры, переданные с ошибкой, передаются повторно.Протокол определяет максимальное число повторных передач.
Передача последующего кадра возможна только тогда, когда полученаположительная квитанция на прием предыдущего. Это существенно ограничиваетбыстродействие протокола и предъявляет высокие требования к качеству каналасвязи.
Бит-ориентированный протокол предусматривает передачу информации ввиде потока битов, не разделяемых на байты. Поэтому для разделения кадровиспользуются специальные последовательности – флаги. В начале кадра ставитсяфлаг открывающий, а в конце – флаг закрывающий.
Бит-ориентированный протокол удобен относительно коммуникационнойсреды, так как канал связи как раз и ориентирован на передачупоследовательности битов. Для ЭВМ он не очень удобен, потому что из поступающейпоследовательности битов приходится выделять байты для последующей обработкисообщения. Впрочем, учитывая быстродействие ЭВМ, можно считать, что этаоперация не окажет существенного влияния на ее производительность. Потенциальнобит-ориентированные протоколы являются более скоростными по сравнению сбайт-ориентированными, что обусловливает их широкое распространение всовременных вычислительных сетях.
Типичным представителем группы бит-ориентированных протоколовявляются протокол HDLC (High-level Data Link Control – высший уровеньуправления каналом связи) и его подмножества. Протокол HDLC управляет информационнымканалом с помощью специальных управляющих кадров, в которых передаются команды.Информационные кадры нумеруются. Кроме того, протокол HDLC позволяет без полученияположительной квитанции передавать в канал до трех – пяти кадров. Положительнаяквитанция, полученная, например, на третий кадр, показывает, что два предыдущихприняты без ошибок и необходимо повторить передачу только четвертого и пятогокадров. Такой алгоритм работы и обеспечивает высокое быстродействие протокола.
Из протоколов верхнего уровня модели ВОС следует отметить протоколХ.400 (электронная почта) и FTAM (File Transfer, Access and Management – передача файлов, доступк файлам и управление файлами).
Стандарты протоколов вычислительных сетей
Для протоколов физического уровня стандарты определенырекомендациями МККТТ. Цифровая передача предусматривает использованиепротоколов Х.21 и Х.21 – бис.
Канальный уровень определяют протокол HDLC и его подмножества, атакже протокол Х.25/3.
Широкое распространение локальных вычислительных сетей потребовалоразработки стандартов для этой области. В настоящее время для ЛВС используютсястандарты, разработанные Институтом инженеров по электротехнике ирадиоэлектронике – ИИЭР (IEEE – Institute of Electrical and Electronics Engineers).
Комитеты IEEE 802 разработали ряд стандартов, часть из которыхпринята МОС (ISO) и другими организациями. Для ЛВС разработаны следующиестандарты: 802.1 – верхние уровни и административное управление;
■ 802.2– управление логическим звеном данных (LLC);
■ 802.3– случайный метод доступа к среде (CSMA/CD – with Collision Detection – множественный доступобнаружением столкновений);
■ 802.4– маркерная шина;
■ 802.5– маркерное кольцо;
■ 802.6– городские сети.
Обмен информацией между одноименными уровнями определяетсяпротоколами, речь о которых шла выше.