ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИНФОРМАЦИИ, ИНФОРМАТИКЕ, КОМПЬЮТЕРЕ
И КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЯХ
Изучаемые
темы:
1. Информация
и информатика. Общие сведения о компьютере.
2. Общие
сведения о компьютерных сетях и средствах обмена информацией между компьютерами.
Тема № 1
ИНФОРМАЦИЯ
И ИНФОРМАТИКА. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОМПЬЮТЕРЕ
Вопросы: 1.
Понятие информации. Предмет информатика.
2. Компьютер: принцип работы
и устройство.
3. Программное обеспечение
компьютера.
1. Понятие информации. Предмет информатики
Все,
что делает человек, так или иначе связано с получением и использованием
информации. Читая книгу, разглядывая фотографию, мы запоминаем и накапливаем
информацию. Пишем ли мы письмо, разговариваем ли по телефону – мы передаем
информацию адресату или собеседнику. Решая любую задачу, мы обрабатываем
информацию: начиная с информации, заключенной в условии задачи, приходим к ее
решению.
Передача,
накопление и обработка информации – это важнейшие процессы и явления, связанные
с информацией.
Процессы
целенаправленной обработки информации существуют столь же долго, как и сама
жизнь. Ничто живое не может существовать и развиваться, не сохраняя свой
генетический код, не воспринимая информацию извне и не обрабатывая ее.
Потребность выразить и запомнить информацию привела к возникновению речи,
письменности и изобразительного искусства. Необходимость передачи и
распространения информации вызвала к жизни книгопечатание и почту. Изобретение
телеграфа, телефона, радио и телевидения позволило передавать со скоростью
света огромные потоки текстовой и изобразительной информации.
Однако
до недавнего времени самое главное в использовании информации в человеческом
обществе – ее обработка – было исключительно уделом мыслящего человека. И лишь
с появлением компьютера стала возможной автоматическая обработка информации.
При
передаче информации всегда есть источник (отправитель) информации и получатель
(приемник) информации. Например, если говорят, что «информация передана нашим
специальным корреспондентом», то источником информации является корреспондент,
а получателем – редакция газеты. От источника к получателю информация
передается с помощью последовательности сигналов. Такая последовательность
называется сообщением.
Например,
при передаче информации с помощью старинного телеграфа источник замыкал и
размыкал контакт; при замыкании контакта у получателя на бумаге рисовалась
линия, длина которой была пропорциональна длительности замыкания контакта.
Замыкая контакт на короткое и на продолжительное время, получателю передавалось
сообщение из точек и тире. С помощью таких сообщений можно было передавать
буквы и, буква за буквой, слова и предложения. Надо было только выбрать способ
кодировки, «азбуку», т.е. договориться о том, какие последовательности точек и
тире будут обозначать буквы и цифры. Таким способом кодирования в прошлом веке
стала азбука Морзе.
Накопление
информации – это запоминание сообщений. Запись сообщений происходит в
результате воздействия на носитель – физическую среду, в которой хранятся
образы сообщений. Примерами такого воздействия являются
нанесение чернил на бумагу при письме, намагничивание участков ленты в
магнитофоне, зарядка конденсатора и др.
Таким
образом, информация предполагает наличие материального носителя, источника,
передатчика, приемника и канала связи между источником и приемником.
Особенностью понятия «информация» является то, что оно
используется во всех без исключения сферах: в философии, естественных и
гуманитарных науках, биологии, медицине, психологии человека и животных,
социологии, искусстве, в технике и экономике и, наконец, - в повседневной
жизни. Поэтому конкретное толкование понятия «информация» зависит
от метода конкретной науки, цели исследования или просто от наших житейских
представлений.
В
самом общем случае под информацией
понимают знания, сведения и данные об окружающем нас мире, которые необходимы
людям для решения производственных, научных, технических или познавательных
задач.
В
свою очередь наука о принципах, законах и методах решения этих задач,
накопления, обработки и хранения информации с использованием компьютера
называется информатикой.
Теоретическую
основу информатики образует группа фундаментальных наук, которую в равной
степени можно отнести и к математике, и к кибернетике: теория информации,
теория алгоритмов, математическая логика, комбинаторный анализ, формальная
грамматика и т.д. Информатика имеет и собственные разделы: операционные
системы, архитектура ЭВМ, теоретическое программирование, теория баз данных и
др.
«Материальная»
база информатики связана со многими разделами физики, с химией, и особенно – с
электроникой и радиотехникой.
Ядро
информатики – информационная технология как совокупность конкретных технических
и программных средств, с помощью которых выполняются разнообразные операции по
обработке информации во всех сферах жизнедеятельности человека. Иногда
информационную технологию называют компьютерной технологией или прикладной
информатикой.
Центральное
место в прикладной информатике занимает компьютер.
2. Компьютер: принцип работы и устройство
Компьютер (от англ.
computer - считать, вычислять) - это устpойство,
предназначенное для пеpедачи, накопления и переработки информации.
Применение
компьютера позволило пеpеложить часть pаботы по
пеpеpаботке инфоpмации на автоматические устpойства, способные достаточно долго
pаботать без участия человека и со скоpостью в несколько миллионов pаз
пpевышающей скоpость обpаботки инфоpмации человеком.
При
этом область применения компьютера чрезвычайно широка. Современные
компьютеры позволяют проводить сложнейшие расчеты при создании установок
термоядерного синтеза или сверхзвуковых самолетов, управлять фабриками,
заводами, атомными и электростанциями, осуществлять автоматизированное
проектирование от мельчайших деталей до индустриальных гигантов, моделировать
технологические процессы и проводить статистическую обработку данных в таких
областях науки, где проведение реальных экспериментов невозможно (например, в
астрофизике), прогнозировать погоду, изменение климата, извержение вулканов,
тайфуны, смерчи и т.д., ставить диагноз в медицине, проводить
социологические исследования, создавать фильмы, резервировать билеты на
самолеты и поезда, обучать и т.д. и т.п. Практически нельзя назвать такую
область деятельности человека в современном мире, где компьютер не нашел бы своего
применения.
Огромное
разнообразие областей применения компьютера привело к созданию различных его
типов - больших и малых, универсальных и специализированных. Однако, несмотря
на это различие, все компьютеры имеют общую структуру и принцип работы.
Прежде
всего, любой компьютер состоит из миллионов и даже сотен миллионов простейших
электронных устройств - полупроводниковых кристаллов, размещенных на микросхеме
и содержащих большое количество соединенных между собой деталей. Отсюда и
другое название компьютера - электронно-вычислительная машина (ЭВМ).
Работа
ЭВМ основана на приеме и обработке электрических сигналов двух типов, которые
принято обозначать цифрами 0 и 1 (0 - сигнала нет, 1 - сигнал есть).
Любая
информация представляется в ЭВМ последовательностью этих двух цифр 0 и 1. Такие
последовательности называются двоичными кодами, а цифры 0 и 1 называются битами (от
англ. bit - binary digit - двоичная цифра). Такая кодировка сравнима с азбукой
Морзе, когда информация кодировалась и передавалась в виде последовательностей
точек и тире.
В
большинстве современных ЭВМ каждому символу соответствует последовательность из
8 нулей и единиц, называемая байтом
(англ. byte). Всего существует 256 разных последовательностей из 8 нулей и
единиц - это позволяет закодировать 256 разных символов, например большие и
малые буквы русского и латинского алфавитов, цифры, знаки препинания и т.д.
Соответствие байтов и символов задается с помощью таблицы, в которой для
каждого кода указывается соответствующий символ. В России широкое
распространение получила кодировочная таблица КОИ-8. В КОИ-8 каждая буква, знак
препинания, пробел - это последовательность из 8 нулей и единиц, например,
большая русская буква А имеет код 01000001, буква И -
код 11101001, буква М - 11101101 и т.д.
Последовательностями
нулей и единиц можно закодировать и графическую информацию. Если Вы внимательно
всмотритесь в любую фотографию, то обнаружите, что она состоит из мельчайших
точек, отличающихся друг от друга цветом и оттенком. Используя последовательности
нулей и единиц можно закодировать и передать цвет и оттенок каждой точки.
Для
измерения количества информации в качестве единицы измерения также используется
бит. Один бит - это количество информации, содержащееся в сообщении типа “да -
нет” (0 или 1 в двоичном коде) и уменьшающее наше незнание в каком-либо вопросе
вдвое. Например, если перед Вами стоит задача сделать выбор из двух
равноправных возможностей, то Вы можете бросить монету и следовать тому, что
выпало (орел или решка). Количество полученной
информации в этом случае равно одному биту. Исходя из этого, количество
информации в информатике определяется как мера уменьшения неопределенности.
Восемь бит образуют более крупную единицу информации - байт.
Биты
и байты используются также для измерения объема памяти ЭВМ
(память ЭВМ состоит из отдельных ячеек, подобно пчелиным сотам, каждая
из которых способна хранить один байт информации) и скорости передачи двоичных
сообщений (количество передаваемых бит в секунду или бод – англ. baud, например, 19200 бит/с).
Наряду
с битами и байтами для измерения количества информации в двоичных сообщениях
используются и более крупные единицы:
1
Кбит (один килобит) = 210 бит = 1024 бит;
1
Мбит (один мегабит) = 210 Кбит = 1024 Кбит;
1
Гбит (один гигабит) = 210 Мбит = 1024 Мбит;
1
Кбайт (один килобайт) = 210 Кбайт = 1024 байт;
1
Мбайт (один мегабайт) = 210 Кбайт = 1024 Кбайт;
1
Гбайт (один гигабайт) = 210 Мбайт = 1024 Мбайт.
Например,
в коде КОИ-8 каждая буква, знак препинания, пробел - это 1 байт. В каждой строке книги стандартного формата содержится примерно 60
знаков (60 байт), средняя страница имеет информационный объем около 2500 байт
(2,5 Кбайт), цветной телевизионный кадр, образованный из трех кадров основных
цветов (красный, синий, зеленый) содержит уже около мегабайта информации, а
полуторачасовой цветной фильм (при частоте 25 кадров в секунду) - более 100
гигабайт.
Непосредственной
обработкой информации в ЭВМ занимается процессор - небольшая электронная
микросхема. Процессор - это своего рода “мозг” ЭВМ. С помощью устройства
управления (УУ), входящего в его состав,
он управляет работой всей ЭВМ, осуществляет перемещение информации из одной
ячейки памяти в другую, а с помощью своего арифметико-логического устройства
(АЛУ), выполняет логические операции (сравнивает числа, определяет, какое из
них больше, а какое меньше и др.) и производит необходимые вычисления и
действия (сложение, вычитание, умножение, деление, возведение в степень и
т.д.).
Вся
работа ЭВМ состоит в выполнении процессором заданной последовательности
операций. Это выполнение происходит под управлением программы. Программа - это набор инструкций или
команд, предписывающих процессору выполнить то или иное действие над
информацией, хранящейся в памяти. В каждой команде указывается, где именно в
памяти находится нужная информация, какую именно следует выполнить операцию, в
какое место памяти нужно поместить результат операции.
В
современных ЭВМ используются различные виды памяти. Для того чтобы обеспечить
бесперебойную работу процессора используют память с быстрым чтением и записью
информации. Такую память называют оперативной или внутренней. С другой стороны, если
о некоторой информации заранее известно, что она долго не понадобится, то ее
помещают в память с медленным чтением и записью, но большего объема и лишь при
необходимости переписывают ее содержимое в оперативную память. Медленную память
называют внешней. Кроме того, у ЭВМ может быть постоянная память,
содержимое которой устанавливается на заводе-изготовителе и в дальнейшем не
изменяется. Эта память используется для запуска ЭВМ при ее включении.
Таким
образом, процессор выполняет операции по обработке информации, а память хранит
обрабатываемую процессором информацию и программы работы ЭВМ.
Однако
информация, обрабатываемая процессором и хранящаяся в памяти, вначале должна
быть введена, а результаты работы ЭВМ должны быть выведены для их дальнейшего
использования. Эти операции осуществляются устройствами ввода-вывода.
Основным
устройством ввода, используемым человеком, является клавиатура (аналогичная
клавиатуре пишущей машинки). На клавиатуре имеются буквы русского и латинского
алфавитов, цифры и символы. В память ЭВМ они передаются закодированными с
помощью электрических сигналов (0 и 1) так, как это объяснялось выше.
Основным
устройством вывода информации для непосредственного восприятия ее человеком
является монитор - телевизионный экран. Изображение на экране строится из
отдельных точек. Чем больше этих точек, тем выше качество изображения на
экране. Для хранения изображения используется специальная память - видеопамять.
В
общем виде принцип работы компьютера можно описать
следующим образом (рис. 1).
Вначале
с устройства ввода дается команда на выполнение той или иной программы,
хранящейся во внешней памяти (исключение составляют программы, предназначенные
для запуска компьютера и хранящиеся во внутренней памяти). В каждой команде
указывается, где именно в памяти находится нужная инфоpмация,
какую следует выполнить опеpацию (действие), куда поместить pезультат операции
(действия). Перед выполнением программа считывается в оперативную память
компьютера. Команды программы располагаются в оперативной памяти
последовательно, одна за другой. Устройство управления считывает содержимое
ячейки памяти, где находится первая команда, определяет какую необходимо выполнить
операцию и организует ее выполнение в арифметико-логическом устройстве.
Полученный результат поступает в оперативную память. После выполнения этой
команды устройство управления организует выполнение следующей команды и т.д.
Однако устройство управления может изменить этот порядок с помощью команд
передачи управления (перехода), которые могут быть записаны как в самой
выполняемой программе, так и задаваться с устройства ввода. Результаты
выполнения программы могут оставаться в оперативной памяти для их последующего
использования до отключения компьютера, после чего они исчезают, или же
выводятся на устройство вывода и (или) записываются на внешнюю память для
длительного хранения.
В
основе построения ЭВМ лежит “модульный принцип”, заключающийся в том, что ЭВМ
разрабатывается, изготавливается и собирается из отдельных частей - модулей,
подобно детскому конструктору, а не как единое устройство. Каждый модуль
представляет собой конструктивно и функционально законченный электронный блок.
Добавляя или меняя модули, можно изменять конфигурацию ЭВМ. Такой принцип
разработки ЭВМ получил название “открытой архитектуры”.
Таким
образом, компьютер представляет собой комплекс взаимосвязанных устройств,
каждое из которых выполняет определенные функции. Часто употребляемый термин
«конфигурация компьютера» означает комплектацию конкретного компьютера с
определенным набором дополнительных (внешних или периферийных) устройств.
Другое не менее важное понятие, «минимальная конфигурация компьютера», устанавливает такой набор устройств, дальнейшее уменьшение которого приведет к нецелесообразности использования компьютера для работы. В этот набор входят следующие основные блоки (модули) компьютера (рис. 2):
системный
(микропроцессор, оперативная, постоянная и кэш-память, контроллеры, порты, блок
питания, накопители для ГМД, винчестер) (1). Обычно
используются три основных вида корпуса системного блока: BIGTOWER – большой
вертикальный, MIDITOWER
– средний вертикальный и VINITOWER
– малый вертикальный корпус. Большая часть “внутренностей”
системного блока размещена на одной плате, которая называется главной (от англ.
main board) или “материнской”. Плата - это небольшая пластинка, на
которой размещаются микросхемы процессора и памяти (оперативной и постоянной),
а также находятся разъемы для подключения различных микросхем и плат,
позволяющих расширить возможности компьютера. К платам, расширяющим возможности
компьютера относятся: плата модема или факс-модема, видеоввода,
звуковая и другие платы специального назначения (например, плата АЦП –
аналого-цифровой преобразователь на несколько входов
для измерений и т.д.);
клавиатура (2);
дисплей (англ. – показ, демонстрация) или иначе монитор (MDA, Hercules, CGA, EGA, VGA,
SVGA) (3).
Различают
также понятие «обязательной конфигурации» компьютера, которая означает
необходимый набор компонентов для работы с конкретным программным продуктом.
Кроме того, для выполнения различного вида работ используются дополнительные
(внешние или периферийные) устройства (рис. 3): принтер (1), модем (2), сканер (3), CD-дисковод (4), мышь
(5), трэкболл (6) и др.
Hазначение
блоков и их краткая характеристика:
микропроцессор -
обрабатывает информацию и выполняет логические и арифметические операции.
Приставка микро- связана с тем, что огромное
количество элементов процессора размещено на небольшой, всего лишь в несколько
сантиметров (сам кристалл ~ 5-7 
5-7 мм, остальное –
для разводки проводников и теплоотвода), электронной микросхеме. Основными
характеристиками процессора являются тактовая частота (быстродействие),
которая указывает, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор
выполняет в одну секунду (измеряется в мегагерцах) и разрядность,
которая характеризует объем информации, который микропроцессор обрабатывает за
одну операцию, например, 8-разрядный микропроцессор за одну операцию
обрабатывает 8 бит (1 байт) информации, 32 разрядный - 32 бита;
оперативная память - хранит
временную информацию, необходимую для работы программ. Оперативная память
представляет собой микросхему, наподобие микросхемы процессора. В ней, подобно
пчелиным сотам, имеется совокупность
электронных ячеек, каждая из которых может хранить один байт информации -
комбинацию из 8 нулей и единиц. На материнской плате существуют разъемы
(слоты), предназначенные для установки модулей оперативной памяти.
В
оперативной памяти компьютера в двоичном виде запоминаются обрабатываемая
информация, программа ее обработки, промежуточные данные и результаты работы.
При выключении питания компьютера вся информация, хранящаяся в оперативной
памяти, исчезает;
постоянная память - служит
для загрузки операционной системы - посредника между человеком и компьютером,
обеспечивающего удобное общение между ними. Пpи
отключении питания информация, содержащаяся в постоянной памяти, сохраняется.
Именно здесь хранится программа BIOS (Basic Input/Output System - базовая
система ввода-вывода), без которой компьютер не начнет работать. Подробнее об
этой программе будет рассказано в следующей теме;
кэш-память -
быстродействующая память, расположенная "между" микропроцессором и
оперативной памятью и используемая для
временного хранения промежуточных данных, которые могут потребоваться
микропроцессору для расчетов. Наличие кэш-памяти значительно увеличивает
быстродействие компьютера;
контроллеры и порты -
осуществляют обмен информацией между оперативной памятью и внешними
устройствами.
Контроллеры - это электронные схемы, управляющие работой
различных устройств, входящих в компьютер (монитора, накопителей на гибких
магнитных дисках (НГМД) и т.д.).
Порты - это электронные схемы, через которые микропроцессор
обменивается данными с внешними устройствами (принтер, мышь, модем и т.д.).
Порты бывают следующих видов: параллельные (по каждому проводу передается свой
разряд, обозначаемые LPT1 - LPT4), к ним обычно подключаются принтеры и последовательные (все биты передаются по паре проводов один
за другим, обозначаемые COM1 - COM3), через них обычно подсоединяются мышь,
модем и т.д. Параллельные порты выполняют ввод и вывод данных с большей
скоростью, чем последовательные, но требуют для этого большего числа проводов; USB-порты, через них подсоединяют носители информации на
твердотельной флэш-памяти, сканеры с интерфейсом USB и др.;
накопители на ГМД, винчестер, CD-ROM, DVD-ROM - хранят информацию.
Накопители на гибких магнитных дисках (другие их названия -
"дискеты" или "флоппи-диски") - это круглые пластинки с
магнитным покрытием, предназначенные для считывания или записи информации. В
настоящее время используются дискеты диаметром 3,5 дюйма (рис. 3 - 7), хотя
можно встретить в использовании дискеты диаметром 5,25 дюйма (рис. 3 (8)),
несмотря на то, что еще в 1995 году они были сняты с производства. Каждая
дискета делается из очень мягкого и гибкого материала - миларового пластика с
магниточувствительным покрытием из окиси железа. Сама дискета помещается в
защитную пластиковую оболочку (конверт), предохраняющую ее от
пыли, влаги, механических повреждений. В конверте имеется отверстие, через
которое головка чтения-записи информации приходит в соприкосновение с вращающейся
дискетой.
Винчестер (англ. hard
disk – жесткий
диск - жаргонное название, ставшее официальным; произошло в
результате совпадения технологического номера первого HDD, hard disk drive – привода жесткого диска, «3030», с индексом винтовки
«винчестер 3030») - это один или несколько магнитных дисков, похожих на
пластинки, помещенные на одной оси вращения в корпус - специальное электронное
устройство, в котором эти диски вращаются с огромной скоростью, позволяющей
быстро записывать и считывать информацию. При этом для каждого
магнитного диска предусмотрена своя пара (для обеих поверхностей) головок
чтения-записи. При включении питания компьютера происходит раскрутка
винчестера, сопровождающая характерным звуком, который слышен все время, пока
компьютер включен.
Технология
магнитной записи информации на дискеты и винчестеры аналогична технологии
записи на магнитные или видеокассеты.
Магнитное
покрытие наносится на гибкий пластик, из которого делается дискета, или на
жесткие алюминиевые пластины, используемые для производства жестких дисков
(винчестеров). Поверхность диска рассматривается как множество точек, каждая из
которых может быть намагничена (1) или ненамагничена
(0), т.е. имеет один бит информации.
Информация
записывается на магнитной поверхности диска в виде концентрических окружностей
(дорожек). Диски также разбиваются на сектора длиной 512 байт каждый. От
количества дорожек и секторов зависит объем памяти диска.
Быстрый
доступ к любой точке поверхности диска возможен, потому что диск вращается с большой
скоростью, а магнитная головка чтения-записи движется вдоль радиуса диска (FDD) или по дуге, близкой к радиусу диска, как у
звукоснимателя проигрывателя грампластинок.
Тем
не менее, для того, чтобы снизить вероятность ошибок чтения-записи, сектора нумеруются
не по порядку, так что обращение к «соседним» секторам фактически есть
обращение не подряд, а с чередованием.
CD-ROM (CD-ROM - Compact Disk Read-Only Memory - компакт-диски,
чтение только из памяти) внешне не отличающиеся от компакт-дисков, применяемых
в бытовых проигрывателях (рис. 3 – (9)), и занимающих промежуточное положение
между дискетами и винчестерами по объему памяти.
На
диске CD-ROM промышленным способом записывается информация, и
произвести ее повторную запись невозможно. Наибольшее распространение получили
5-дюймовые диски CD-ROM емкостью 670 Мбайт. По своим характеристикам они
полностью идентичны обычным музыкальным компакт-дискам. Данные на диске
записываются в виде спирали (в отличие от винчестера, данные на котором
располагаются в виде концентрических окружностей). С точки зрения физики
лазерный луч определяет цифровую последовательность единиц и нулей, записанных
на CD, по форме микроскопических ямок на
его спирали. Что касается расположения информации на диске, то следует учитывать,
что, во-первых, заполнение диска начинается от центра, и, во-вторых,
большинство дисков заполнены не полностью (в среднем только наполовину).
Основу
компакт-диска диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм составляет слой оптически
чистой поликарбонатной пластмассы – это нижняя сторона - подложка. На нее
нанесен тонкий слой алюминия, придающий диску необходимые отражающие свойства.
От окисления и механических повреждений его защищает лакировка. Поверх лакового
слоя печатается этикетка диска.
DVD (Digital Versatile Disk, ранее Digital Video Disk), т.е. многоцелевой
цифровой диск – тип компакт-дисков, хранящий от 4,7 до 17 Гбайт информации, что
вполне достаточно для полнометражного фильма.
По размерам диски CD и DVD абсолютно одинаковы – DVD лишь немного тоньше. Естественно,
также как и CD-диски, DVD производится в двух форм-факторах: 12 см (4,7 дюйма) и 8 см (3,1 дюйма).
Самое интересное в
спецификациях DVD – это
возможность создания двухсторонних и двухслойных дисков.
Двухсторонний диск
делается просто: так как толщина диска DVD может составлять лишь 0,6 мм
(половина толщины обычного CD-ROM), появляется возможность соединить два диска тыльными
сторонами и получить двухсторонний DVD.
Технология создания
двухслойных дисков чуть более сложна: на данные записываются в двух слоях –
нижнем и полупрозрачном верхнем. Работая на одной частоте
лазер считывает данные с полупрозрачного слоя, работая на другой –
получает данные «со дна».
Объем информации, который можно сохранить на дискете 3,5
дюйма составляет 1,44/2,88 Мбайт (в качестве альтернативы обычным трехдюймовым
дисководам некоторые поставщики предлагают трехдюймовые дисководы высокой
емкости – 120 Мбайт с лазерным позиционированием головки чтения записи), на
дискете 5,25 дюйма - 1,2 Мбайт, на винчестере – от 10 Гбайт до 160 Гбайт и
более, на компакт-диске - 680 Мбайт и более (технология DVD позволяет хранить на одном
диске до 17 Гбайт информации).
Единственный
достойный конкурент лазерной технологии – накопители на флэш-картах.
При меньших емкостях памяти, они обладают рядом других существенных
преимуществ: маленький корпус (размером с карманную зажигалку), автоматическая
настройка, быстрота считывания и надежность хранения информации, низкое
энергопотребление. Отметим, что уже появились фллэш-карты
объемом 512 Мбайт и более;
клавиатура - служит
для ввода информации в ЭВМ. Все клавиши клавиатуры можно разделить на четыре
группы: алфавитно-цифровую, функциональную, специальную и малую цифровую.
Алфавитно-цифровая клавиатура состоит из клавиш русского и
латинского алфавита. Расположение этих клавиш точно такое, как на пишущих
машинках. Клавиши специальной клавиатуры окрашены в серый цвет. К ним относятся
следующие клавиши: клавиша Esc используется для отмены каких-либо действий или
для выхода из программы; клавиши Tab, Home, End, PageUp, PageDown,
используются для перемещения курсора (мигающей полоски) по
экрану монитора; клавиши Caps Lock, Shift - используются для
ввода заглавных букв, при этом нажатие клавиши Caps Lock задает постоянный
режим ввода заглавных букв, а для ввода заглавных букв с использованием клавиши
Shift, нужно нажать ее и, не отпуская, вводить нужные буквы, кроме того,
клавиша Shift используется для ввода некоторых специальных символов (!, @, #,
$, % и др.); клавиши Alt и Ctrl изменяют действие других клавиш и
самостоятельно не используются. Более подробно о действиях
этих клавиш будет рассмотрено в третьей теме; клавиша Backspase, которая
находится в конце цифрового ряда символьной клавиатуры и чаще всего обозначается
стрелкой влево 
и клавиша Delete
используются для удаления вводимых символов, при этом клавиша Backspase удаляет
символ, находящийся слева от курсора, а клавиша Delete - символ, находящийся
над курсором; клавиша Enter – это крайняя правая клавиша среднего ряда
основной клавиатуры, отличается размером и формой. Нажатием
этой клавиши заканчивается ввод всех команд и запуск программ, т.е. для того
чтобы компьютер воспринял Вашу информацию, надо нажать эту клавишу; клавиша
Print Screen или PrScr используется для распечатки на принтере или копирования
в буфер обмена Windows того, что изображено на экране монитора; клавиша Scroll Lock
функционирует как переключатель и позволяет прокручивать текст некоторых
программ; клавиша Pause или Break используется для остановки компьютера,
для продолжения работы нужно нажать любую клавишу на клавиатуре или клавишу
Enter; клавиша Insert переключает режимы вставки или замены символов при вводе.
В режиме вставки символы раздвигаются и между ними можно вставить тот символ,
который Вы пропустили. В режиме замены на месте одних символов вводятся другие.
Функциональная клавиатура - это двенадцать клавиш в первом
ряду клавиатуры, обозначенные латинской буквой F с цифрами от 1 до 12. Более
подробно о назначении этих клавиш будет рассмотрено в теме № 3.
Малая цифровая клавиатура - это самая последняя группа
клавиш справа. Верхняя левая клавиша этой группы Num
Lock служит для переключения режима работы этой группы. Если эта клавиша
включена (горит ее световая индикация), то на экран при нажатии соответствующих
клавиш выводятся цифры, а если отключена, то можно тогда можно с помощью
соответствующих клавиш управлять курсором. При этом серые клавиши этой группы
(косая черта /, звездочка *, минус -, плюс +) служат не только для ввода знаков
арифметических действий, но и выполняют некоторые специальные функции (их
назначение рассмотрено теме № 3);
монитор - выводит
графическую или текстовую информацию на экран электpонно-лучевой
трубки. Монитор подключается к компьютеру через особую плату, находящуюся
внутри компьютера и называемую видеокартой. Мониторы бывают цветными и
монохромными (двухцветными). Они могут работать в одном из двух режимов:
текстовом или графическом. В текстовом режиме экран монитора условно разбивается
на отдельные участки - знакоместа, чаще всего на 25 строк по 80 символов
(знакомест). В каждое знакоместо может быть выведен один из 256 заранее
заданных символов. Графический режим монитора предназначен для вывода на экран,
помимо текстовой информации, графиков, рисунков и т.д. Основными
характеристиками монитора в графическом режиме являются его разрешающая
способность, т.е. количество точек, выводимых по горизонтали и вертикали, и
число возможных цветов каждой точки. Например, выражение “разрешающая способность
640480” означает, что монитор в данном режиме выводит 640 точек
по горизонтали и 480 точек по вертикали. Точка - это минимальный элемент
изображения на экране, называемый пикселем (от
англ. picture element – элемент рисунка). Число
возможных цветов каждой точки зависит от разрешающей способности монитора и
объема видеопамяти. Чем больше разрешающая способность монитора и чем больше
может одновременно изображаться цветов на экране, тем больший размер должна
иметь видеопамять. Обычный размер видеопамяти адаптера VGA (Video Graphic Array
- видеографическая матрица) - 256 Кбайт, хотя для стандартного режима VGA - 64048016 цветов нужно 6404800,5 = 153600 байт (для кодировки 16 цветов нужно ½
байта, или 4 бита). Для режима 800600 с 256 цветами требуется видеопамять размером 512 Кбайт
(точнее 8006001 = 480 Кб, а для 1024 768 с 256 цветами - 1 Мбайт (а именно 786432 байта);
Сегодня
выпускаются различные мониторы стандарта SVGA – разрешающая способность и цветовая палитра определяются
как возможностями самого монитора, так и возможностями контроллера SVGA.
Качество
изображения, получаемого на экране монитора, зависит от параметров
электронно-лучевой трубки и управляющих ею электронных схем. К основным
параметрам относятся: размеры экрана и «зерна» и связанное с ними оптическое
разрешение, определяющее количество отображаемой информации и возможную степень
ее детализации; скорость обновления изображения (частота кадровой развертки),
определяющая степень подавления мерцания. На восприятие изображения оказывает
существенное влияние и то, насколько экран черный (от этого зависит
контрастность) и плоский (выше естественность, шире угол обзора, меньше
бликов).
Размер
экрана монитора подразделяется на 14-дюймовый (36 см), 15-дюймовый (39 см),
17-дюймовый (44 см), 19-дюймовый (49 см), 21-дюймовый (54 см) и т.д.
Соответствующие цифры в дюймах (сантиметрах) указывают размер
электронно-лучевой трубки по диагонали.
В
последнее время начали широко предлагаться мониторы с жидкокристаллическим
экраном (таким же, как в компьютерах notebook). Их
преимущество перед обычными – абсолютно плоский экран,
отсутствие геометрических искажений. Недостаток – относительно малый угол
обзора (если смотреть на изображение сбоку – его почти не видно) и меньшая
глубина контрастности;
принтер - выводит
информацию на бумагу. Принтеры могут иметь различный объем собственной памяти и
различную разрешающую способность. Наибольшее распространение получили принтеры
трех типов: матричные, струйные и лазерные.
Матричные принтеры устроены и работают по образу и подобию пишущих
машинок: печатающая головка принтера, содержащая вертикальный ряд тонких
металлических стержней (иголок 9 или 24 шт.), движется вдоль печатаемой строки,
а стержни, толкаемые магнитными сердечниками, в нужный момент ударяют по бумаге
через красящую ленту, обеспечивая формирование на ней символов и изображений.
По
качеству печати матричные (иногда их называют игольчатыми) принтеры серьезно
уступают струйным и тем более лазерным. Они значительно более шумные, т.к.
механизм печати базируется на ударном способе. Сегодня все подобные принтеры
монохромные, т.е. позволяют печатать одним цветом. Но далеко не всем и не везде
требуется фотографическое качество печати. Существует немало таких практических
применений, где гораздо важнее простота и дешевизна процесса печати. А
прочность и надежность принтера нередко оказываются весомее возможности
печатать цветными буквами полиграфического качества. Набором таких качеств
обладают матричные принтеры.
Другим
преимуществом матричных принтеров является возможность печати на многослойных
бланках (распечатка одновременно до 6 копий на листах, проложенных через
копировальную бумагу). Исключительно дешевы и расходные материалы (краска,
лента).
В
струйных принтерах изображение формируется микрокаплями специальных чернил,
выдуваемых на бумагу с помощью сопел. Эти принтеры позволяют получать цветное
изображение и обеспечивают более высокое качество печати по сравнению с
матричными принтерами, меньший шум и большую скорость.
Технология
струйной печати такова, что наилучшего результата можно достичь только при
использовании специальной бумаги. Главный недостаток струйных принтеров –
большие накладные расходы, львиную долю которых составляют затраты на новые
картриджи.
Лазерные принтеры обеспечивают наилучшее качество печати. В них
изображение переносится на бумагу со специального барабана, к которому
электрически притягиваются частички краски. Отпечатки не размазываются,
совершенно непрозрачны и не повреждаются при контакте с водой, а обилие
«краски» не коробит лист бумаги, как это происходит, в некоторых случаях, при
струйной печати. Скорость печати лазерных принтеров для разных моделей
составляет от 4 до 40 и более страниц в минуту. Пожалуй, единственный
недостаток лазерного принтера заключается в том, что он дороже струйного, и,
тем более, матричного;
модем -
осуществляет обмен информацией с другими компьютерами через телефонную сеть. Назначение
модема заключается в замене сигнала, поступающего из компьютера (сочетание
нулей и единиц), электрическим сигналом с частотой, соответствующей рабочему
диапазону телефонной линии.. Акустический канал этой
линии модем разделяет на две полосы низкой и высокой частоты. Полоса низкой
частоты применяется для передачи данных, а полоса высокой – для приема. По конструктивному исполнению модемы бывают встроенными
(вставляемые в системный блок компьютера) и внешними (подключаемыми через
коммуникационный порт). Модемы отличаются друг от друга максимальной
скоростью передачи данных (например, 14400, 33600, 57600 бит в секунду), а
также тем, поддерживают ли они средства исправления ошибок;
сканер -
считывает графическую и текстовую информацию в компьютер. Он может вводить в
компьютер различные рисунки, фотографические изображения, напечатанный или
рукописный текст и др. Сканеры отличаются друг от друга разрешающей
способностью и количеством воспринимаемых цветов или оттенков серого цвета;
CD-дисковод -
считывает информацию в компьютер с компакт-дисков. Скорость чтения данных в
CD-дисководе зависит от скорости вращения диска, поэтому чаще всего используют
устройства с кратной скоростью вращения по отношению к принятому стандарту,
например, 8-, 12-, 16-, 24-, 32-скоростные, однако это определяется не
скоростью вращения диска, а количеством головок чтения.
В
качестве носителя программ и данных используются классические (только с
функцией чтения) приводы CD-ROM, а также устройства с однократной (CD-R) и
многократной (CD-RW) записью.
Назначение
устройства CD-R – запись данных на компакт-диски CD-R, которые
потом можно читать на накопителях CD-R, CD-ROM, CD-RW. Запись CD-R основана на «выжигании» лазером каждого бита
информации на записывающем слое. Соответственно изменяются отражающая
способность диска, которую лазерный луч фиксирует при считывании.
Устройства CD-RW позволяют заносить информацию на компакт-диски с
возможностью дозаписи, а при использовании
перезаписывающих CD-RW-дисков могут стирать старые данные и записывать
вместо них новые. Емкость носителя CD-RW составляет
650 Мбайт и равна емкости дисков CD-ROM и CD-R.
Уровень
записи (отражающая способность) в CD-RW определяется специальным комбинированным слоем,
который реверсивно изменяет свои характеристики. Запись производится при
изменении состояния вещества записывающего слоя, когда вещество под нагревом
переходит из кристаллического состояния в аморфное.
Такой процесс называется фазовым переходом и широко применяется в
магнитооптических устройствах. Но в отличие от магнитооптики запись на CD-RW
определяется изменением отражающей способности поверхности.
Серьезными
конкурентами записываемых и перезаписываемых компакт-дисков в настоящее время
стали пишущие устройства DVD;
DVD-ROM могут
только читать диски. Для самостоятельной записи DVD-дисков в настоящее время имеются две
разновидности: DVD-R – однократно
записываемый диск (аналог CD-R) и DVD-RW для
многократной, стираемой записи (аналог CD-RW);
мышь, трэкболл -
позволяют осуществлять ввод информации в
компьютер. Эти устройства взаимозаменяемые. Мышь представляет собой небольшую
коробочку с двумя или тремя клавишами, легко умещающуюся на ладони, а трэкболл
- маленький шарик на подставке. При этом для управления курсором мышью надо
перемещать ее по столу, а в трэкболле для этого нужно поворачивать шарик. По
способу получения информации о перемещениях мыши делятся на
механические, оптико-механические и оптические. По способу передачи данных в
компьютер мыши делятся на проводные и беспроводные.
Существует
еще множество других устройств, подключаемых к
компьютеру и применяемых в различных отраслях науки и техники. Однако мы
ограничимся рассмотренными выше.
3. Программное обеспечение компьютера
Компьютер
способен решать различные задачи, если он оснащен соответствующими программами
- программным обеспечением. Сам по себе компьютер, его устройства (англ.
hardware - аппаратные средства), не обладает никакими знаниями. Все, что он позволяет делать: писать, считать, решать задачи,
строить графики и диаграммы, сочинять музыку и рисовать картины, создавать
фильмы и т.д., заложено в программах (англ. software - программное
обеспечение). Используя различное программное обеспечение, можно
применять компьютер для инженерных и бухгалтерских расчетов, научных
исследований и моделирования, ведения документации, подготовки документов,
справок и отчетов, проектирования и конструирования, управления предприятиями,
изучения школьных и вузовских дисциплин и т.д. и т.п.
В
общем виде программное обеспечение компьютера показано
на рис.4.
Различают
общее и прикладное программное обеспечение.
Общее программное обеспечение - это
совокупность управляющих и обрабатывающих программ, предназначенных для
планирования и организации вычислительного процесса, автоматизации
программирования и отладки программ, а также для решения прикладных задач.
В
него входят:
операционная
система;
программы
технического обслуживания;
система
программирования.
Операционная система - это
посредник между человеком и компьютером - комплекс программ, обеспечивающий
управление компьютером и подключенными к нему внешними устройствами.
Операционная
система запускает прикладные программы, обеспечивает пользователю и прикладным
программам удобный способ общения (интерфейс) с устройствами компьютера при
помощи команд, вводимых с клавиатуры, мыши, трэкболла и других устройств ввода.
Программы технического обслуживания
предназначены для поиска неисправностей аппаратной части, для обнаружения и
устранения ошибок на устройствах хранения информации и в программном
обеспечении.
Система программирования - это
особая категория программных средств,
обеспечивающая создание новых программ. К ним относятся языки программирования,
представляющие собой формализованные языки, предназначенные для описания
алгоритмов решения задач на ЭВМ, а также совокупность символов, соглашений и
правил, используемых для общения, отображения и передачи информации. Более
подробно о языках программирования см. курс по программированию.
Прикладное программное обеспечение
(приложения) - часть программного обеспечения, состоящая из отдельных
прикладных программ и пакетов прикладных программ, обеспечивающих решение
различных прикладных задач (обработка текстов, выполнение бухгалтерских
расчетов, учет книг в библиотеках или деталей на складах, обучение различным
предметам в школах и т.п.). Если термин «прикладная программа» означает
приложение программы к решению задач, то «приложение» в настоящее время имеет
смысл приложения к операционной системе.
Прикладные программы - это
программы, предназначенные для решения конкретных задач в определенной области
(обучающие программы, программы бухгалтерского учета, игровые программы и др.).
Это самый большой класс программ, используемых в различных
областях деятельности человека: дома, в быту, учебных заведениях, магазинах,
поликлиниках, офисах, банках и т.п.
Пакеты
прикладных программ - это система прикладных программ, предназначенных
для решения не единственной, а целого ряда задач, относящихся к какой-либо
области.
Пакеты
прикладных программ различаются по сложности, типу и назначению. Примерами
прикладных программ могут служить:
текстовые
редакторы, позволяющие автоматизировать процесс составления и редактирования
документов (Лексикон, Word, Ventura и др.);
графические
редакторы, позволяющие создавать рисунки, диаграммы, графики, чертежи (Paint,
Grafer, CorelDRAW, AutoCAD и др.);
системы
управления базами данных, которые служат для работы с большими объемами информации
(dBASE, FoxPro, Access и др.);
электронные
таблицы, которые используются в финансовых и бухгалтерских расчетах, учетной
деятельности и т.д. (SuperCalc, Lotus 1-2-3, Excel и др.).
Прикладное
программное обеспечение очень быстро развивается, расширяя сферу применения
компьютеров и круг пользователей.
Самым
значительным достижением в программном обеспечении компьютера стало появление
мультимедиа, позволяющая объединить различные способы
отображения информации: текст, графику, мультипликацию, музыку, видео.
Мультимедийная программа, работающая на специально подготовленном для этого
оборудовании, практически ничем не отличается от кинофильма и даже превосходит
его, т.к. позволяет самому участвовать в нем. Используя специальное
оборудование, Вы погружаетесь в кажущийся или, иначе, виртуальный мир, в
котором можете отправиться в путешествие в любую точку земного шара или принять
участие в космическом полете и побывать на других планетах. Можно совершить
экскурсию по знаменитым музеям Мира, посмотреть видеофильмы с выступлениями
известных эстрадных групп и исполнителей, послушать классическую музыку,
познакомиться с мультимедийными энциклопедиями, снабженными цветными
иллюстрациями, видеофрагментами и музыкой и др.
Большое
будущее принадлежит компьютерным сетям, опутывающим земной шар. Компьютерные
сети - это электронная почта, позволяющая отправить электронное сообщение
практически в любую точку земного шара, проведение теле конференций в реальном
режиме времени, доступ к компьютерным банкам данных крупнейших библиотек мира,
общение с друзьями и знакомыми, обучение и многое-многое другое.
Контрольные вопросы
1. Что такое информация?
2. Какие процессы и явления
связаны с информацией?
3. Что такое информатика?
4. Какие науки образуют
теоретическую основу информатики?
5. Что такое информационная
технология?
6. Что такое компьютер?
7. Какие типы современных ЭВМ
Вы знаете?
8. Что такое принцип открытой
архитектуры?
9. Объясните принцип работы
компьютера.
10. Из чего состоит компьютер?
11. Что такое бит, байт,
килобайт, мегабайт?
12. Какие виды памяти существуют
в ЭВМ?
13. Что такое общее программное
обеспечение?
14. Что входит в общее
программное обеспечение?
15. Что такое операционная
система?
16. Для чего предназначены
программы технического обслуживания?
17. Что представляет собой
система программирования?
18. Что такое прикладное программное обеспечение?
19. В чем отличие прикладных
программ от пакета прикладных программ?
Тема № 2
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЯХ И СРЕДСТВАХ ОБМЕНА
ИНФОРМАЦИЕЙ МЕЖДУ КОМПЬЮТЕРАМИ
Вопросы: 1. Общие
сведения о компьютерных сетях.
2.
Аппаратные и программные средства обмена информацией
между компьютерами.
1. Общие сведения о
компьютерных сетях
Объединение
компьютеров в сеть явилось новым скачком в области развития компьютерных
технологий и одной из вех прогрессивного развития человечества. Компьютерные сети позволяют пользователям выполнять сложные
проекты, состоящие из многих отдельных задач и требующих совместного труда
многих людей, общаться друг с другом, получать необходимую информацию,
проводить международные и региональные научные конференции, осуществлять
финансовые операции и коммерческие сделки без личных визитов в банк, получать
образование, не выходя из дома и многое другое.
Рождение
компьютерных сетей было вызвано практической потребностью – иметь возможность
для совместного использования ресурсов и осуществления интерактивной связи
между компьютерами. Понятие интерактивной связи компьютеров подразумевает обмен
сообщениями в реальном режиме времени.
Так
локальные сети были созданы с целью совместного использования вычислительных ресурсов
(программ, данных, дисковой памяти, периферийных устройств). До их появления
каждый пользователь должен был иметь свой принтер, плоттер и другие
периферийные устройства. Для того чтобы совместно использовать эти устройства
существовал единственный способ – пересесть за компьютер, подключенный к этому
устройству. Появление сети позволило целому ряду пользователей одновременно
“владеть” данными и периферийными устройствами. Так, например, если нескольким
пользователям надо распечатать документ, все они могут обратиться к сетевому
принтеру.
Локальные
сети обслуживают пользователей, находящихся на расстоянии друг от друга в
пределах десятков и сотен метров (максимум несколько километров) и число этих
пользователей обычно не превышает несколько тысяч человек.
В
локальную сеть могут входить разнообразные и независимые устройства. При этом
низкая стоимость передачи данных по сравнению со стоимостью подключаемых
устройств обуславливает одно из преимуществ локальной сети. Так как длина линии
передачи данных в локальной сети невелика, то в них используются простые методы
модуляции, а передаваемая информация лишена ошибок и искажений ввиду того, что
в локальной сети практически нет помех. Простота изменения конфигурации сети и
среды передачи обеспечивают дополнительные удобства ее использования.
Основой
объединения компьютеров в региональные сети стала необходимость решения крупных
задач в масштабах одного или нескольких городов и даже стран. Такие сети
обладают возможностью передавать более широкий информационный спектр, не только
данные, но и осуществлять аудио и видеообмен.
Глобальные
вычислительные сети охватывают целые области, страны и континенты. Они
предоставляют пользователям не только возможность передачи любой информации, но
и доступ к удаленным ресурсам (файлам, прикладным программам и вычислительным
мощностям на других компьютерах) в реальном режиме времени. Примерами
глобальных сетей является сеть Internet, а также
государственные и частные каналы передачи данных и национальные телефонные
сети.
Каналами
передачи данных в региональных и глобальных сетях служат оптоволоконные,
спутниковые, телефонные и прочие линии связи. Они связывают в единую систему
множество компьютеров (как изолированных, так и в составе локальных сетей) с
различными операционными системами, прикладными программами и аппаратными
средствами.
В настоящее время
созданы беспроводные сети, которые используют лучи или радиоволны для передачи
сетевых сигналов между компьютерами.
При
организации работы сети обычно выделяют специалиста, называемого сетевым
администратором или супервизором, который отвечает за эффективность работы
сети, ее исправность, права доступа пользователей и др. Кроме того, требует
решения вопрос о защите информации. Для этого обычно бывают
необходимы устройства дополнительного питания компьютеров на случай пропадания
напряжения, дополнительный компьютер на случай поломки сервера или другого
компьютера, обеспечение копирования и архивирования данных на устройствах
большой емкости, установление прав доступа для каждого пользователя, чтобы
минимизировать нежелательный доступ к данным в сети.
2.
Аппаратные и программные средства обмена информацией между компьютерами
Самая
простая сеть (network) (рис. 5) состоит как минимум
из двух компьютеров, соединенных друг с другом кабелем. Это позволяет им
использовать данные совместно. Все сети (независимо от сложности) базируются
именно на этом простом принципе.
Локальная сеть – это совокупность компьютеров,
кабелей, сетевых адаптеров, работающих под управлением сетевой операционной системы
и прикладного программного обеспечения.
Локальные
сети разделяются на два типа: одноранговые и на
основе сервера.
В
одноранговой сети все компьютеры равноправны. Одноранговые сети называют также рабочими группами. Рабочая группа – это небольшой коллектив,
поэтому в одноранговых сетях чаще всего не более 10
компьютеров.
Если
к сети подключено более 10 пользователей, то одноранговая
сеть оказывается недостаточно производительной. Поэтому большинство сетей
создается на основе сервера. Данные в такой сети и сетевые программные продукты
хранятся на центральном компьютере, называемом сервером, и могут быть доступны удаленным компьютерам, которые
носят название рабочих станций или клиентов. С рабочей станцией работает
только пользователь, сидящий перед ней, в то время как сервер позволяет многим
пользователям разделять его ресурсы. В качестве рабочей станции, как правило,
применяются среднего класса компьютеры, а в качестве серверов –
быстродействующие компьютеры на базе процессоров Intel
Pentium 4/Xeon, работающие
с тактовой частотой 1000 МГц и выше, с объемом ОЗУ 1024Мб и более.
При
помощи кабеля каждая рабочая станция соединяется с другими рабочими станциями и
с сервером. Существует несколько способов соединения рабочих станций и серверов
(рис. 5), каждому из которых присущи свои достоинства и недостатки. Описание
способа, при помощи которого рабочие станции и серверы физически соединяются
между собой, называется топологией сети.
В
одних случаях единый кабель проходит от узла к узлу, последовательно соединяя все
рабочие станции и все серверы. Такая конфигурация называется топологией шина.
Достоинство такого соединения заключаются в том, что рабочие станции можно
подключать и отключать без остановки работы сети, и они могут связываться друг
с другом без помощи сервера. Недостатки состоят в том, что при обрыве кабеля
выходит из строя весь сегмент и есть возможность несанкционированного
подключения к сети. Кроме того, ее производительность зависит от количества
компьютеров, подключенных к шине. Чем их больше, тем медленнее работает сеть.
В
других случаях к каждой рабочей станции подходит собственный кабель из
центрального узла, например, сервера. Такая конфигурация называется звезда.
Преимуществом такой топологии является возможность простого исключения
неисправного узла (рабочей станции). Кроме того, при таком соединении
обеспечиваются высокая скорость передачи данных от станции к серверу и защита
от несанкционированного доступа. Однако если неисправен сервер, вся сеть
выходит из строя. Кроме того, сеть «звезда» требует коммутации сообщений от
рабочих станций. Эту задачу выполняет концентратор (HUB)
или коммутатор. Их наличие значительно удорожает сеть, но повышает надежность.
Топология
ЛВС, в которой каждая рабочая станция соединена с двумя другими рабочими
станциями, называется кольцо. Данные при таком соединении
передаются от одной рабочей станции к другой в одном направлении (по кольцу).
Каждый компьютер работает как повторитель, ретранслируя сообщение к следующему
компьютеру. Сеть кольцо обеспечивает наивысшую активность информационного
потока за счет постоянного курсирования в ней
информации, нет ограничений на ее длину, а только на расстояние между
компьютерами. К недостаткам относится то, что время передачи данных
увеличивается пропорционально числу компьютеров в сети, а выход из строя одной
станции может парализовать всю сеть.
Одной
из важных характеристик ЛВС является физическая среда передачи. Чаще всего
используются следующие типы физической среды передачи: витая пара, узкополосный
коаксиальный кабель, широкополосный коаксиальный кабель, оптоволоконный кабель.
Витая пара представляет собой два изолированных
проводника, скрученных вместе. Эта пара может быть окружена экраном, оболочкой,
дополнительной изоляцией или другими витыми парами. Витая пара характеризуется
относительно низкой стоимостью и возможностью легкого наращивания. К
недостаткам следует отнести низкую скорость передачи данных и малую
помехозащищенность.
Коаксиальный кабель – это тип электрического кабеля, в
котором центральный провод, окруженный изоляцией, окружен, в свою очередь,
плетеным металлическим экраном. Оси центрального провода и экрана совпадают,
что объясняет термин коаксиальный. Коаксиальный кабель характеризуется более
высокой по сравнению с витой парой скоростью передачи данных. Недостатком
кабеля является то, что конфигурация сети должна быть известна уже в момент
прокладки кабеля. Дальнейшее развитие сети возможно лишь путем установки
повторителей. Различают «толстый» (10BASE5) и
«тонкий» (10BASE2) Ethernet
– коаксиальный кабель.
Широкополосный
коаксиальный кабель
позволяет переносить большие объемы данных, речевых и видеосигналов
одновременно в нескольких частотных диапазонах.
Использование
оптоволоконного кабеля обеспечивает передачу данных с
высокой скоростью и практически без помех. Среда для передачи данных состоит из
стеклянных волокон. Светоизлучающие диоды передают свет через волокно к
детектору, который преобразует свет обратно в электрические сигналы.
Оптоволоконные ЛВС имеют широкую полосу, защищены от электромагнитных помех и
радиоактивности.
Каждая
рабочая станция и сервер содержат карты адаптеров, которые с помощью сетевых
кабелей соединяются между собой. Сетевые карты выступают посредниками между
компьютерами и сетью, передают сетевые данные по системе шин к процессору или
оперативной памяти сервера или рабочей станции.
В
дополнение к локальной операционной системе на каждой рабочей станции
активизируется сетевое программное обеспечение, позволяющее станции
взаимодействовать с сервером. Аналогично, на сервере запускается сетевое
программное обеспечение, которое позволяет ему взаимодействовать с рабочей
станцией и обеспечивать ей доступ к своим файлам. Существуют множество
операционных систем, управляющих потоком данных в сети. Среди них можно выделить
такие, как Microsoft Windows NT,
Linux, Banyan Vines, OS/2
Lan Server, Artisoft Lantastic, Nowell NETWARE и
др. В области региональных и глобальных сетей безусловным лидером являются
операционные системы UNIX и семейство Windows NT.
Применение
сетей ограничено расстояниями для пересылки данных. Наиболее перспективными
являются беспроводные сети, но их распространению препятствует плохая
преодолимость для радиоволн зданий и стен помещений. Поэтому для того чтобы
обеспечить передачу данных на большие расстояния используют дополнительные
устройства. Одним из таких устройств является модем
(модулятор-демодулятор) – устройство, которое позволяет обмениваться
информацией между компьютерами через аналоговые каналы (телефонные станции и
сети). Принцип работы модема следующий: цифровая информация передатчика
(компьютера) модулируется им в виде тональных посылок в звуковом диапазоне
частот для передачи по низкочастотной аналоговой телефонной сети. При получении
таких сигналов он вновь преобразует (демодулирует) их
в цифровые значения, которые воспринимаются компьютером.
Модемы
бывают внутренние или внешние. Внутренний модем по конструкции представляет
собой карту расширения, которая устанавливается в слот материнской карты
компьютера, как любая другая карта. На ней размещены все компоненты для
обеспечения обмена данными с телефонной сетью. Достоинство внутреннего модема
состоит в экономии места на рабочем столе, а недостаток в отсутствии
возможности визуально контролировать его работу и в сложности его перенастройки
(для этого приходится развинчивать корпус компьютера, вынимать карту и только
потом перенастраивать). Внутренний модем содержит адаптер последовательного
интерфейса типа RS232 или UART
1655OA. Этот адаптер подключается в виде дополнительного последовательного порта (COM3, COM4 и т.д.). Современные модемы имеют
переключатели номера порта на задней стенке, поэтому разборка компьютера для
настройки не нужна. Внешний модем этих недостатков лишен (как и собственного COM-порта). Его просто подключают с
помощью специального кабеля к разъему последовательного интерфейса, а множество
световых индикаторов позволяют контролировать его состояние.
Модем
может работать в двух режимах: в режиме передачи данных, когда он передает или
принимает данные, и в режиме команд, когда он получает информацию о параметрах
работы, командах вызова абонента, инструкциях, прерываниях сеанса и др. В свою
очередь существуют два режима передачи команд компьютера и ответов модема:
синхронный и асинхронный. Их отличие в формате передаваемой команды и методах
контроля. Передача информации может идти в дуплексном (одновременно в двух
направлениях) или полудуплексном (в каждый момент времени только в одном
направлении по двухпроводному каналу) режиме.
Наряду с объединением компьютеров в сети существует и объединение различных сетей между собой. Для соединения между собой различных сетей используются мосты, маршрутизаторы и шлюзы.
Мост – это
прибор (специализированный компьютер), позволяющий связывать между собой
устройства в различных сетях. Мосты могут соединять две или более сети и
обеспечивать альтернативные маршруты между сетями в случае выхода из строя тех
или иных сетевых звеньев. Подключение к мостам происходит через порты. Мосты не
зависят от типа протокола, но определяются используемым оборудованием. (Протокол – это набор правил для связи
между компьютерами, которые управляют форматом, временными
интервалами, последовательностью работы и контролем ошибок). Мосты могут
соединять сети с различными протоколами и разными типами оборудования. Мост
следует отличать от шлюза и маршрутизатора. Маршрутизаторы
соединяют сети с одинаковыми протоколами, но разными типами сетевого
оборудования. Шлюзы соединяют сети с
разными протоколами, преобразуя проходящие через них сигналы. Роль машрутизаторов и шлюзов могут исполнять персональные
компьютеры, но лучше их исполняют специальные компьютеры – без мониторов и
устройств ввода.
Контрольные вопросы
1. Какие сети Вы знаете? Чем
отличаются локальные, региональные и глобальные сети друг от друга?
2. Перечислите особенности
локальной сети.
3. Какие преимущества дает
локальная сеть?
4. Как организуется работа в
сети?
5. Что такое сеть «клиент –
сервер»?
6. Приведите примеры сетевых
топологий, перечислите их достоинства и недостатки.
7. Назовите типы физической
среды передачи данных, перечислите их достоинства и недостатки.
8. Какие сетевые операционные
системы Вы знаете?
9. Что такое модем и для чего
он используется?
10. Объясните принцип работы
модема.
11. В чем достоинства и
недостатки внутреннего и внешнего модемов?
12. В каких режимах может
работать модем?
13. Для чего используются мосты, маршрутизаторы и шлюзы? В чем их отличие друг от друга?
