Конспекты лекций по курсу «Информатика» Для студентов Аграрного факультета рудн

Вид материала

Содержание

Основные блоки компьютера
ЛЕКЦИЯ 3. Компьютерные сети. Коммуникационная среда и передача данных. Архитектура компьютерных сетей
ЛЕКЦИЯ 4. Протоколы компьютерной сети. Понятие протокола. Уровни обмена. Основные типы протоколов.
ЛЕКЦИЯ 5. Глобальная сеть Internet, ее характеристики. Представление о структуре и системе адресацш IP. Способы организации пере
ЛЕКЦИЯ 6. Классификация программных продуктов
ЛЕКЦИЯ 7. Системное программное обеспечение, его структура и классификация
ЛЕКЦИЯ 8. Инструментарий технологии программирования

Подобный материал:

1 2 3

Конспекты лекций по курсу «Информатика»

Для студентов Аграрного факультета РУДН

ЛЕКЦИЯ 1. Информатика. Информация, свойства информации. Современный персональный компьютер, его основные характеристики

Информатика. Предмет и задачи информатики

Термин информатика возник в 60-х гг. прошлого столетия во Франции для названия области, занимающейся обработкой информации с помощью электронно-вычислительных машин. Французский термин informatigue (информатика) образован путем слияния слов (информация) и automatigue (автоматика) и означает «информационная автоматика или автоматизированная переработка данных».

Информатика — это область человеческой деятельности, связанная с процессами преобразования информации с помощью компьютеров и их взаимодействием со средой применения

Информатика появилась благодаря развитию компьютерной техники, базируется на ней и совершенно немыслима без нее. Поэтому главный акцент в информатике делается на свойствах информации и аппаратно-программных средствах ее обработки.

Из этого определения также видно, что информатика очень близка к технологии, поэтому ее предмет нередко называют информационной технологией.

Информатика в широком смысле представляет собой единство разнообразных отраслей науки, техники и производства, связанных переработкой информации с помощью компьютеров и средств телекоммуникации во всех сферах человеческой деятельности.

В узком смысле информатику можно представить как состоящую из трех взаимосвязанных частей – технических средств (hardware), программных средств (software) и алгоритмических средств (brainware).

Предмет информатики составляют следующие понятия:

• аппаратное обеспечение средств вычислительной техники;

• программное обеспечение средств вычислительной техники;

• средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения;

• средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами.

Как видно из этого списка, в информатике особое внимание уделяется вопросам взаимодействия (интерфейса). Методы и средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами называют пользовательским интерфейсом. Соответственно, существуют аппаратные интерфейсы, программные интерфейсы и аппаратно-программные интерфейсы.

Информатика как фундаментальная наука занимается разработкой методологии и методов создания инфорационного обеспечения процессов управления любыми объектами на базе компьютерных информационных систем.

Информатика как прикладная дисциплина занимается:

- изучением закономерностей в информационных процессах;

- созданием информационных моделей коммуникаций в различных областях человеческой деятельности;

- разработкой информационных систем и технологий в конкретных областях знаний и видов деятельности.

Основные задачи информатики состоят в следующем:

- исследование информационных процессов любой природы;

- разработка информационной техники и создание новейших технологий переработки информации на базе полученных раучных результатов исследования информационных процессов;

- решение научно-технических проблем создания, внедрения и обеспечения эффективного использования компьютерной техники и технологии во всех сферах человеческой деятельности.

Информатика - практическая наука. Ее достижения должны проходить подтверждение практикой и приниматься в тех случаях, когда они соответствуют критерию повышения эффективности. В составе основной задачи информатики сегодня можно выделить следующие направления для практических приложений:

• архитектура вычислительных систем (приемы и методы построения систем, предназначенных для автоматической обработки данных);

• интерфейсы вычислительных систем (приемы и методы управления аппаратным и программным обеспечением);

• программирование (приемы, методы и средства разработки компьютерных программ);

• преобразование данных (приемы и методы преобразования структур данных);

• защита информации (обобщение приемов, разработка методов и средств защиты данных);

• автоматизация (функционирование программно-аппаратных средств без участия человека);

• стандартизация (обеспечение совместимости между аппаратными и программными средствами, а также между форматами представления данных, относящихся к различным типам вычислительных систем).

На всех этапах технического обеспечения информационных процессов для информатики ключевым понятием является эффективность. Для аппаратных средств под эффективностью понимают отношение производительности оборудования к его стоимости (с учетом стоимости эксплуатации и обслуживания). Для программного обеспечения под эффективностью понимают производительность лиц, работающих с ними (пользователей). В программировании под эффективностью понимают объем программного кода, создаваемого программистами в единицу времени.

Информация и данные

Термин информация происходит от латинского information, что означает разъяснение, осведомление, изложение.

Информация - сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состояниях, которые уменьшают имеющуюся в них степень неопределенности, неполноты знаний.

Свойства информации

Информатика рассматривает информацию как концептуально связанные между собой сведения, данные и понятия, изменяющие наши представления о явлениях, объектах и процессах окружающего мира. Поэтому информация является динамическим объектом, образующимся в момент взаимодействия объективных данных и субъективных методов. Одной из разновидностей информации является информация экономическая. Значительная часть ее связана с процессами производства, распределения, обмена и потребления.

Экономическая информация – совокупность сведений, и данных, отражающих социально-экономические процессы и служащих для управления этими процессами и коллективами людей, занятых в этой сфере.

Как и всякий объект, она (информация) обладает свойствами:

- 1. Объективности и субъективности.

- 2. Достаточности (полноты информации). Полнота информации означает, что она содержит минимальный, но достаточный для принятия правильного решения состав данных (набор показателей).

- 3. Точности. Точность информации определяется степенью близости

- 4. Адекватности. Адекватность информации - это определенный уровень соответствия создаваемого с помощью полученной информации образа (модели) реальному объекту, процессу или явлению.

- 5. Доступности. Доступность информации восприятию пользователя - мера возможности с помощью определенных процедур получить и переработать ту или иную информацию.

- 6. Актуальности. Актуальность информации определяется степенью сохранения ценности информации для управления в момент ее использования. Актуальность - это степень соответствия информации текущему моменту времени

- 7. Репрезентативности. Репрезентативность информации связана с правильностью ее отбора и формирования в целях адекватного отражения свойств обьекта.

- 8. Содержательности. Содержательность информации отражает семантическую емкость, равную отношению количества семантической информации в сообщении к объему обрабатываемых данных.

Данные - это информация, фиксированная в определенной форме, пригодной для последующей обработки, передачи и хранения, например, находящаяся в памяти компьютера или подготовленная для ввода в него.

Важным при обработке информации является классификация данных.

Классификация – это система распределения объектов, (понятий, предметов, явлений или процессов) по классам в соответствии с определенным признаком.

Классификатор – систематизированный свод (набор) наименований и кодов классифиционных группировок.

Основные методы классификации: иерархический, фасетный и дескрипторный.

Операции с данными

В ходе информационного процесса данные преобразуются из одного вида в другой с помощью методов. Обработка данных включает в себя множество различных операций. Основными из них являются:

• сбор данных — накопление информации с целью обеспечения достаточной полноты для принятия решений;

• формализация данных — приведение данных, поступающих из разных источников, к одинаковой форме, чтобы сделать их сопоставимыми между собой, то есть повысить их уровень доступности;

• фильтрация данных — отсеивание «лишних» данных, в которых нет необходимости для принятия решений; при этом должен уменьшаться уровень «шума», а достоверность и адекватность данных должны возрастать;

• сортировка данных — упорядочение данных по заданному признаку с целью удобства использования; повышает доступность информации;

• архивация данных—организация хранения данных в удобной и легкодоступной форме; служит для снижения экономических затрат по хранению данных и повышает общую надежность информационного процесса в целом;

• защита данных—комплекс мер, направленных на предотвращение утраты, воспроизведения и модификации данных;

• транспортировка данных—прием и передача (доставка и поставка) данных между удаленными участниками информационного процесса; при этом источник данных в информатике принято называть сервером, а потребителя — клиентом;

• преобразование данных — перевод данных из одной формы в другую или из одной структуры в другую.

Современный персональный компьютер, его основные характеристики

Персональные компьютеры (ПК) появились в результате эволюции миникомпьютеров при переходе элементной базы машин с малой и средней степенью интеграции на большие и сверхбольшие интегральные схемы. ПК, благодаря своей низкой стоимости, очень быстро завоевали хорошие позиции на компьютерном рынке.

Краткая предистория появления персональных компьютеров на рынке

В конце 1975 года 26-летний сотрудник фирмы HP Стефен Возняк и 21-летний Стивен Джобс из фирмы Atari в гараже родителей Джобса соорудили первый Apple-I – компьютер на плате (он не имели ни корпуса, ни клавиатуры).

В апреле 1977 появляется первый коммерческий ПК Apple-II

Манипулятор мышь, оконная система, графический интерфейс, мультимедиа – все это появилось впервые появилось в ПК фирмы Apple

В августе 1981 у фирмы Apple появился серьезный конкурент в лице IBM. Успех ПК IBM PC, построенного на 16-разрядном процессоре Intel 8088, с оперативной памятью 256 Кб и единственным внешним накопителем на гибком диске в 160 Кб был потрясающим и через 2 года фирма IBM захватывает 85% рынка.

Причем первоначально планировалось использовать распространенные в то время 8-разрядные процессоры, но Билл Гейтс (один из консультирующих IBM специалистов) уговорил IBM изменить свои планы. В связи с этим не состоялся договор на поставку операционной системы CP/M, зарекомендовавшей себя на 8-разрядных компьютерах. Пол Аллен (второй учредитель Microsoft) покупает у малоизвестной фирмы Seattle Computer Products операционную систему, которую они с Гейтсом в течение 6 месяцев доводят до кондиции. Новая ОС получает название MS DOS.

В марте 1983 появляется IBM PC/XT (eXtended Technology), которая добавила к ПК жесткий диск. Вслед за этим многие фирмы (Compaq, Tandy и др.) стали использовать ОС MS DOS, производить и продавать ПК, совместимые с IBM PC.

В это же время активизировались фирмы азиатских фирм (Тайвань), которые наладили производства элементов компьютера IBM PC. Их продукция отличалась достаточно высоким качеством, но главное низкой стоимостью.

Современные персональные компьютеры – это компьютеры 5-го поколения. Они отличаютя более высоким быстродействием испльзуемых процессоров (Intel Pentium-4 с тактовой частотой до 4.8 гигагерц), большой оперативной (до 4 гигабайт) и внешней (на магнитных носителях) памятью (до300-500 гигабайт), а также с более совершенной и развитой периферией.

ЛЕКЦИЯ 2. Аппаратное и программное обеспечение персональных компьютеров

1. Понятия аппаратн ого и программного обеспечения, а также Информационных Технологий. 2. Основные блоки компьютера 3. Внутренние устройства системного блока 4. Устройства, подключаемые к компьютеру.

Понятия аппаратного и программного обеспечения, а также Информационных Технологий.

К аппаратному обеспечению вычислительных систем относятся устройства и приборы, образующие аппаратную конфигурацию. Современные компьютеры и вычислительные комплексы имеют блочно-модульную конструкцию -- аппаратную конфигурацию, необходимую для исполнения конкретных видов работ, можно собирать из готовых узлов и блоков.

Программы – это упорядоченные последовательности команд. Конечная цель любой компьютерной программы – управление аппаратными средствами.

Состав программного обеспечения вычислительной системы называют программной конфигурацией.

Уровни программного обеспечения представляют собой иерархическую структуру.

Базовый уровень - базовое программное обеспечение. Это самый низкий уровень. Базовые ПО входят в состав базового оборудования и хранятся в ПЗУ.

Системный уровень – переходный. Программы, работающие на этом уровне, обеспечивают взаимодействие прочих программ компьютерной системы с программами базового уровня и с аппаратным обеспечением. Конкретные программы, отвечающие за взаимодействие с конкретными устройствами, называются драйверами устройств. Другой класс программ системного уровня отвечает за взаимодействие с пользователем. Эти программные средства называются средствами обеспечения пользовательского интерфейса. Совокупность программного обеспечения системного уровня образует ядро операционной системы компьютера.

Служебный уровень. Основное назначение служебных программ (утилит) состоит в автоматизации работ по проверке, наладке и настройке компьютерной системы.

Прикладной уровень. Это комплекс прикладных программ, с помощью которых выполняются конкретные задания на данном рабочем месте. Это текстовые редакторы, текстовые процессоры (позволяют форматировать тексты), графические редакторы (растровые редакторы, векторные редакторы, программные средства для создания и обработки трехмерной графики), системы управления базами данных, электронные таблицы, системы автоматизированного проектирования, настольные издательские системы, экспертные системы и т.д.

Информационная технология – это совокупность следующих понятий: Информатика, Информационная емкость, Информационная модель, Информационно поисковая система, Информационная техника.

Информационная емкость:

1) Объем, (информационная) емкость, максимальное количество единиц (0/1) данных , которое может хранится в запоминающем устройстве.

2) Разрядность (слова, регистры, ШД, ША, ШВВ).

3) Пропускная способность канала связи (внутри ЭВМ, в сети).

Информационная модель обеспечивает описание параметров управляемого или исследуемого объекта и связей между ними, а также доступ к базе данных; позволяет анализировать взаимозависимость параметров и экспериментировать с различными их значениями. Примером простых информационных моделей являются интегрированные пакеты, экспертные системы, системы управления.

Информационно поисковая система является инструментом доступа пользователей и программ к общей информации.

Информационная техника – технические средства обработки, хранения и передачи информации, их применение и создание.

Основные блоки компьютера

Обычно персональные компьютеры IBM PC состоят из 4 частей (блоков):

системного блока;

клавиатуры, позволяющей вводить символы в компьютер;

монитора (или дисплея) — для изображения текстовой и графической информации.

мыши.

Информационно-логические основы построения ПК

- представление информации в ПК

- логические основы построения

- программное управление

Представление информации в ПК. Информация в ПК кодируется, как правило, в двоичной или двоично-десятичной системе счисления.

Система счисления – это способ наименования и изображениячисел с помощью символов, имеющих определенное количественное значение

В зависимости от способа изображения чисел системы счисления делятся на позиционные и непозиционные. В позиционной системе счисления количественные значения каждой цифры зависят от ее места (позиции).

Двоичная система счисления имеет основание Р = 2 и использует для представления информации всего две цифры: 0 и 1.

Логические основы построения ПК.

Для анализа, синтеза и функционирования ПК, а также при разработке алгоритмов и программ широко используется аппарат алгебры классической, двузначной математической логики.

Алгебра логики – это раздел математической логики, значения всех элементов котрой определены на множестве значений 0 и 1. Алгебра логики оперирует с логическими высказываниями.

Высказывание – это любое (формализованное) предложение, в отношении которого имеет смысл утверждение о его истинности (значение «1») или ложности (значение «0»). При этом считается, что высказывание удовлетворяет логическим законам исключенного третьего и непротиворечивости.

В настоящее время ведутся разработки создания новых компьютеров, в которых используют нечеткую логику и гибридные нейронные сети с нечеткой логикой в качестве совершенно новой логической основы ПК.

Программное управление ПК

Решение задач на ПК реализуется программным способом, т.е. путем последовательного выполненияотдельных операций над информацией, предумотренных алгоритмом решения задачи.

Алгоритм – это точно определенная последовательность действий, которые необходимо выполнить над исходной информацией, чтобы получить решение задачи.

Алгоритм решения задачи, написанный на языке программирования, состоит из комманд - машинных команд или скриптов. В первом случае мы имеем дело с программой, написанной в машинных кодах, а во втором – с программой, использующей формализованный язык программирования.

Машинная команда состоит из двух частей: операционной и адресной.

Операционная часть команды – это группа разрядов в комманде, предназначенная для представления кода комманды.

Адресная часть команды – это группа разрядов в комманде, в которых записываются коды адресов ячеек памяти машины, над которыми

производится та или иная операция.

Состав машинных комманд:

Операции пересылки информации внутри ПК
Арифметические операции над информацией
Логические операции над информацией
Операции обращения к внешним устройствам
Операции передачи управления
Обслуживающие и вспомогательные операции

Основные внешние устройства ПК:

Видеотерминальные устройства (Дисплей)
Клавиатура
Мышь
Принтеры
Сканеры

Клавиатура — важнейшее для пользователя устройство, с помощью которого осуществляется ввод данных, команд и управляющих воздействий в ПК. На клавишах нанесены буквы латинского и русского алфавитов, десятичные цифры, математические, графические и специальные служебные знаки, знаки препинания, наименования некоторых команд, функций и др. В зависимости от типа ПК назначение клавиш, их обозначение и размещение могут варьироваться.

Чаще всего клавиатура содержит 101 клавишу, но встречаются еще и старые клавиатуры с 84 клавишами и новые, удобные для использования в системе WINDOWS клавиатуры со 104 клавишами. Имеются клавиатуры со встроенными манипуляторами типа "трекбол" (Тгас1с Ва11) и др.

Каждая клавиша имеет пять направлений движения: влево, вправо, вперед, назад и вниз. При работе кисть руки удобно лежит в специальном углублении, а клавишами управляют лишь кончики пальцев.

Видеотерминальные устройства.

Видеотерминал состоит из видеомонитора (дисплея) и видеоконтроллера (адапте-ра). Видеоконтроллеры входят в состав системного блока ПК (находятся на видеокарте, устанавливаемой в разъем материнской платы), а видеомониторы — это внешние устройства ПК.

Видеомониторы

Видеомонитор, дисплей или просто монитор — устройство отображения текстовой и графической информации на экране (в стационарных ПК — на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), в портативных ПК — на жидкокристаллическом плоском экране).

Дисплей на базе ЭЛТ. В состав монитора входят: панель ЭЛТ, блок разверток, видеоусилитель, блок пита-ния и др. В зависимости от вида управляющего лучом сигнала мониторы бывают ана-логовые и цифровые.

Аналоговые мониторы позволяют более качественно, с болыним количеством полутонов и цветовых оттенков формировать изображение на экране.

Размер экрана монитора задается обычно величиной его диагонали в дюймах: от 10 до 21 дюйма (наиболее типичное значение — 15 -17 дюймов).

Разрешающая способность мониторов. Видеомониторы обычно могут работать в двух режимах: текстовом и графическом.

В текстовом режиме изображение на экране монитора состоит из символов расширенного набора ASCII, формируемых знакогенератором (возможны примитивные рисунки, гистограммы, рамки, составленные с использованием символов псевдографики).

В графическом режиме на экран выводятся более сложные изображения и над-писи с различными шрифтами и размерами букв, формируемых из отдельных мозаичных элементов -пикселей.

Разрешающая способность мониторов нужна прежде всего в графическом режиме и связана с размером пикселя.

Измеряехся разрешающая способность максимальным количеством пикселей, разме-щающихся по горизонтали и по вертикали на экране монитора. Зависит разрешающая способность как от характеристик монитора, так, даже в болыыей степени, и от харак-теристик видеоадаптера.

Стандартные значения разрешающей способности современных мониторов: 640x480, 800x600, 1024x768, 1600x1200, но реально могут быть и иные значения.

Важной характеристикой монитора, определяющей четкость изображения на экране, является размер зерна люминофора экрана монитора. Чем меньше зерно, тем, естественно, выше четкость и тем меньше устает глаз. Величина зерна мониторов имеет значения от 0,41 до 0,18 мм.

Следует иметь в виду, что у мониторов с болыпим зерном не может быть достигнута высокая разрешающая способность (например, экран с диагональю 14 дюймов имеет шири-ну 265 мм, для получения разрешающей способности 1024 точки яо горизонтали размер зерна не должен превышать 265/1024 = 0,22 мм, в противном случае пиксели сливаются и изображение не будет четким).

Совместно с компьютерами 1ВМ РС могут использоваться различные типы мониторов, как монохромные, так и цветные.

Монохромные мониторы. Они значительно дешевле цветных, но имеют большую разрешающую способность.

Среди монохромных чаще других используются:

монохромные мониторы прямого управления - обеспечивают высокую разрешающую способность при отображении текстовых и псевдографических символов, но не предназначены для формирования графических изображений, построенных из отдельных пикселей; работают совместно только с монохромными видеокодтроллерами;

Принтеры

Принтеры (печатающие устройства) — это устройства вывода данных из ЭВМ, преобразующие информационные ASCII-коды в соответствующие им графические символы (буквы, цифры, знаки и т.п.) и фиксирующие эти символы на бумаге.

Принтеры являются наиболее развитой группойвнешних устройств, насчитывающей до 1000 различных модификаций.

Принтеры разнятся между собой по различным признакам:

цветность (черно-белые и цветные);
способ формирования символов (знакопечатающие и знакосинтезирующие);
принцип действия (матричные, термические, струйные, лазерные);
способы печати (ударные, безударные) и формирования строк (последовательные,
параллельные);
ширина каретки (с широкой (375 - 450 мм) и узкой (250 мм) кареткой);
длина печатной строки (80 и 132 - 136 символов);
набор символов (вплоть до полного набора символов А8СП);
скорость печати;
разрешающая способность, наиболее употребительной единицей измерения является - количество точек на дюйм.

Внутри ряда групп можно выделить по несколько разновидностей принтеров; например, широко применяемые в ПК матричные знакосинтезирующие принтеры по принципу действия могут быть ударными, термографическими, электрографическими, электростати-ческими, магнитографическими и др.

Среди ударных принтеров часто используются литерные, шаровидные, лепестковые (типа "ромашка"), игольчатые (матричные) и др.

Печать у принтеров может быть посимвольная, построчная, постраничная. Скорость печати варьируется от 10-300 зн./с (ударные принтеры) до 500-1000 зн./с и даже до нескольких десятков (до 20) страниц в минуту (безударные лазерные принтеры); разре-шающая способность — от 3-5 точек на миллиметр до 30-40 точек на миллиметр

Лазерные принтеры. Многие принтеры позволяют реализовать эффективный вывод графической информации (с помощью символов псевдографики); сервисные режимы печати: плотная печать, печать с двойной шириной, с подчеркиванием, с верхними и нижними индексами, выделен-ная печать (каждый символ печатается дважды), печать за два прохода (второй раз символ печатается с незначительным сдвигом) и многоцветная (до 100 различных цветов и от-тенков) печать.

Матричные принтеры. В матричных принтерах изображение формируется из точек ударным способом, поэтому их более правильно называть ударно-матричные принтеры, тем более что и прочие типы знакосинтезирующих принтеров тоже чаще всего используют матричное формирование символов, но безударным способом. Тем не менее "матричные принтеры" — это их общепринятое название, поэтому и будем его придерживаться.

Сканеры

Сканер это устройство ввода в ПК информации непосредственно с бумажного документа. Можно вводить тексты, схемы, рисунки, графики, фотографии и другую графическую информацию.

Сканеры являются важнейшим звеном эяектронных систем обработки документов и необходимым элементом любого "электронного стола". Записывая результаты своей деятельности в файлы и вводя информацию с бумажных документов в ПК с помощью сканера с системой автоматического распознавания образов, можно сделать реальный шаг к созданию систем безбумажного делопроизводства.

Сканеры весьма разнообразны, и их можно классифицировать по целому ряду признаков. Сканеры бывают черно-белые и цветные.

Черно-белые сканеры могут считывать штриховые изображения и полутоновые. Штриховые йзображения не передают полутонов или, иначе, уровней серого. Полутоновые позволяют распознать и передать 16, 64 или 256 уровней серого.

Цветные сканеры работают и с черно-белыми, и с цветными оригиналами. В первом случае они могут использоваться для считывания и штриховых, и полутоновых изоб-ражений.

В цветных сканерах используется цветовая модель КОВ: сканируемое изображение освещается через вращающийся КОВ-светофильтр или от последовательно зажигаемых трех цветных ламп; сигнал, соответствующий каждому основному цвету, обрабатывается отдельно. Число передаваемых цветов колеблется от 256 до 65536 и даже до 16,7 млн (стандарт Тгuе Со1ог).

Разрешающая способность сканеров составляет от 75 до 32600 dpi .

Конструктивно сканеры бывают ручные и настольные. Настольные делятся на:

планшетные,

роликовые и

проекционные.

Ручные сканеры конструктивно самые простые: они вручную перемещаются по изображению. С их помощью за один проход вводится лишь небольшое количество стро-чек изображения (их захват обычно не превышает 105 мм). У ручных сканеров имеется индикатор, предупреждающий оператора о превышении допустимой скорости сканиро-вания. Эти сканеры имеют малые габариты и низкую стоимость. Скорость сканирования 5-50 мм/с (зависит от разрешающей спосрбности).

Проекционные сканеры внешне напоминают фотоувеличитель, но внизу лежит сканируемый документ, а наверху находится сканирующая головка. Сканер оптическим образом сканирует информационный документ и вводит полученную информацию в виде файла в память компьютера.

ЛЕКЦИЯ 3. Компьютерные сети. Коммуникационная среда и передача данных. Архитектура компьютерных сетей

Современные информационные сиетемы продолжают возникшую в конце 70-х гг. тенденцию распределенной обработки данных. Начальным этапом развития таких систем явились многомашинные ассоциации — совокупность вычислительных машин различной производительности, объединенных в систему с помощью каналов связи.

Высшей стадией систем распределенной обработки данных являются компьютерные (вычислительные) сети различных уровней - от локальных до глобальных.

Пользователи локальных вычислительных сетей (ЛВС) получают доступ к сетевому ресурсу файл-сервера с рабочих станций. Работа в многопользовательской системе требует выполнения определенных правил.

В первую очередь это касается организации защиты пользовательских каталогов и файлов в сети, которая представляет собой систему коллективного доступа к некоторому разделяемому ресурсу (жесткий магнитный диск, принтер и плоттер).

Назначение и классификация компьютерных технологий. Распределенная обработка данных

Соввременное производство требует высоких скоростей обработки информации, удобных форм ее хранения и передачи. Необходимо также иметь динамичные способы обращения к информации, способы поиска данных в заданные временные интервалы; реализовывать аожную математическую и логическую обработку данных. Управление крупными предприятиями, управление экономикой на уровне страны требуют участия в этом процессе юстаточно крупных коллективов. Такие коллективы могут располагаться в различных районах города, в различных регионах страны и даже в различных странах. Для решения задач этого направления, обеспечивающих реализацию экономической стратегии, становятся важными и актуальными скорость и удобство обмена информацией, а также возможность тесного паимодействия всех участвующих в процессе выработки управленческих решений.

В эпоху централизованного использования ПК с пакетной обработкой информации пользователи вычислительной техники предпочитали приобретать компьютеры, на которых можно было бы решать почти все классы их задач. Однако сложность решаемых задач обратно пропорциональна их количеству, и это приводило к неэффективному использованию вычислительной мощности ПК при значительных материальных затратах. Нельзя не учитывать и тот факт, что доступ к ресурсам компьютеров был затруднен из-за сущестяующей политики централизации вычислительных средств в одном месте.

Принцип централизованной обработки данных, используемый ранее, не отвечал высоким требованиям к надежности процесса обработки, затруднял развитие систем и не мог обес-печить необходимые временные параметры при диалоговой обработке данных в многопользовательском режиме. Кратковременный выход из строя центрального компьютера приводил к роковым последствиям для системы в целом, так как приходилось дублировать функции центральной ЭВМ, значительно увеличивая затраты на создание и эксплуатацию систем обработки данных.

Компьютерная (вычислительная) сеть - совокупность компьютеров и терминалов, соединенных с помощью каналов связи в единую систему, удовлетворяющую требованиям распределенной обработки данных.

Под системой понимается автономная совокупность, состоящая из одной или нескольких ПК, программного обеспечения, периферийного оборудования, терминалов, средств передачи данных, физических процессов и операторов, способная осуществлять обработку информации и выполнять функции взаимодействия с другими системами.

Обобщенная структура компьютерной сети

Компьютерные сети являются высшей формой многомашинных ассоциаций. Выделим основные отличия компьютерной сети от многомашинного вычислительного комплекса.

Первое отличие - размерность. В состав многомашинного вычислительного комплекса входят обычно две, максимум три ЭВМ, расположенные преимущественно в одном помещении. Вычислительная сеть может состоять из десятков и даже сотен ЭВМ, расположенных на расстоянии друг от друга от нескольких метров до десятков, сотен и даже тысяч километров.

Второе отличие - разделение функций между компьютерами. Если в многомашинном вычислительном комплексе функции обработки данных, передачи данных и управления системой могут быть реализованы в одном компьютере, то в вычислительных сетях эти функции распределены между различными компьютерами.

Третье отличие - необходимость решения в сети задачи маршрутизации сообщений.

Сообщение от одного ПК к другому в сети может быть передано по различным маршрутам в зависимости от состояния каналов связи, соединяющих ПК друг с другом.

Объединение в один комплекс средств вычислительной техники, аппаратуры связи и каналов передачи данных предъявляет специфические требования со стороны каждого элемента многомашинной ассоциации, а также требует формирования специальной терминологии.

Абоненты сети - объекты, генерирующие или потребляющие инфор-мацию в сети.

Абонентами сети могут быть:

отдельные ПК,
комплексыПК,
терминалы,
промышленные роботы,
станки с числовым программным управлением и т.д.

Любой абонент сети подключается к станции.

Станция — аппаратура, которая выполняет функции, связанные с передачей и приемом информации.

Характеристика процесса передачи данных и р ежимы передачи данных

Любая коммуникационная сеть должна включать следующие компоненты:

Передатчик
Сообщение
Средства передачи
Приемник

Передатчик - устройство, являющееся источником данных.

Приемник - устройство, принимающее данные. Приемником могут быть: компьютер, терминал или какое-либо цифровое устройство,

Сообщение - цифровые данные определенного формата, предназначенные для передачи.

Видами сообщений могут быть:

файлы,

базы данных,

таблицы,

ответы на запрос,

текст или изображение.

Средства передачи - физическая передающая среда и специалыи аппаратура, обеспечивающая передачу сообщений.

Для передачи сообщений в вычислительных сетях используются различные типы каналов связи. Наиболее распространены выделенные телефонные каналы и специальные каналы для передачи цифровой информации. Применяются также радиоканалы и каналы спутниковой связи.

Отдельно в этом отношении стоят ЛВС, где в качестве передающей среды исполь. зуются витая пара проводов, коаксиальный кабель и оптоволоконный кабель.

Для характеристики процесса обмена сообщени'ями в вычислительной сети по каналам связи используются следующие понятия: режим передачи, код передачи, тип синхронизации.

Режимы передачи. Существуют три режима передачи: симплексный, полудуплексный и дуплексный.

Симплексный режим - передача данных только в одном направлении.

Примером симплексного режима передачи является система, в которой, информация, собираемая с помощью датчиков, передается для обработки на ПК. В вычислительных сетях симплексная передача практически не используется.

Полудуплексный режим - попеременная передача информации, когда| источник и приемник последовательно меняются местами.

Пример работы в полудуплексном режиме — разведчик, передающий информацию в центр, а затем принимающий инструкции из центра.

Дуплексный режим - одновременные передача и прием сообщений.

Дуплексный режим является наиболее скоростным режимом работы позволяет эффективно использовать вычислительные возможности быстродействующих ПК в сочетании с высокой скоростью передачи данных по каналам связи. Примерами дуплексного режима являются телефонный разговор, видеоконференция.

При сетевом интерфейсе (передаче данных в компьютерной сети) применяется 7-ми уровневая иерархическая модель сети, позволяющая различать структуры обрабатываемых данных, имеющих различные заголовки. При этом каждый уровень модели взаимодействия открытых систем реагирует только на свой заголовок.

Заголовки верхних уровней нижними уровнями не восггрини маются и не изменяются — они "прозрачны " для нижних уровней. Так, перемещаясь пс уровням модели сети, информация, наконец, поступает к процессу, которому она былг адресована.

Основное достоинство семиуровневой модели состоит в ее модульности. В процессе развития и совершенствования любой системы возникает потребность изменять ее отдельные компо-ненты. Иногда это вызывает необходимость изменять и другие компоненты, что существенно усложняет и затрудняет процесс модернизации системы. В этом и проявляются преимущества семиуровневой модели. Если между уровнями определены однозначно интерфейсы, то изменение одного из уровней не влечет за собой необходимости внесения изменений в другие уровни. Таким образом, существует относи-тельная независимость уровней друг от друга.

Еще одним и очень важным требованием к модели сети является то, что она должна реализовываться на непрерывно изменяющимся и обновляемом hardware («железе») Поэтому функции, описываемые уровнями модели, должны быть реализованы либо в аппаратуре, либо в виде программ.

Функции физического уровня всегда реализуются в аппаратуре. Это адаптеры, муль-типлексоры передачи данных, сетевые платы и т.д.

Функции остальных уровней реализуются в виде программных модулей — драйверов.

Модель взаимодействия для ЛКС

Для того чтобы учесть требования физической передающей среды, используемой в локальных компьютерных сетях (ЛКС), была произведена некоторая модернизация семиуровневой модели взаимодействия открытых систем для локальных вычислительных сетей.

Необходимость такой модернизации была вызвана тем, что для организации взаимодействия абонентских ПК в ЛКС используются специальные методы доступа к физической передающей среде. Верхние уровни модели сети не претерпели никаких изменений, а канальный уровень был разбит на два подуровня.

Первый подуровень обеспечивает управление логическим звеном, т.е, выполняет функции собственно канального уровня.

Второй подуровень обеспечивает управление доступом к среде.

ЛЕКЦИЯ 4. Протоколы компьютерной сети. Понятие протокола. Уровни обмена. Основные типы протоколов.

Понятие протокола.

При обмене информацией в сети каждый уровень модели сети реагирует на свой заголовок. Иными словами, происходит взаимодействие между одноименными уровнями модели в различных абонентских ПК. Такое взаимодействие должно выполняться по определенным правилам.

Различают 7 уровней, используемых при обмене данными (уровень 7, прикладной, представительный, сеансовый, транспортный, сетевой и канальный).

Протокол - набор правил, определяющий взаимодействие двух одноименных уровней модели взаимодействия открытых систем в различных абонентских ПК.

Протокол - это не программа. Это – правила и последовательность выполнения действий при обмене информацией, определенные протоколом, должны быть реализованы в программе.

Обычно функции протоколов различных уровней реализуются в драйверах для различных вычислительных сетей.

В соответствии с семиуровневой структурой модели можно говорить о необходимости существования протоколов для каждого уровня. Концепция открытых систем предусматривает разработку стандартов для протоколов различных уровней. Легче всего поддаются стандартизации протоколы трех нижних уров-ней модели архитектуры открытых систем, так как они определяют действия и процедуры, свойственные для вычислительных сетей любого класса.

Труднее всего стандартизовать протоколы верхних уровней, особенно прикладного, из-за множественности прикладных задач и в ряде случаев их уникальности. Если по типам структур, методам доступа к физической передающей среде, используемым сетевым технологаям и некоторым другим особенностям можно насчитать примерно десяток различных моделей вычислительных сетей, то по йх функциональному назначению пределов не существует.

Основные типы протоколов

Протоколы канального уровня, которые делятся на две основные группы:

байт-ориентированные и

бит-ориштированные.

Байт-ориентированный протокол обеспечивает передачу сообщения по нфрмационному каналу в виде последовательности байтов. Кроме информационных

байтов в канал передаются также управляющие и служебные байты. Такой тип протокс удобен для ЭВМ, так как она ориентирована на обработку данных, представленных в в двоичных байтов. Для коммуникационной среды байт-ориентированный протокол ма удобен, так как разделение информационного потока в канале на байты требует испо. зования дополнительных сигналов, что в конечном счете снижает пропускную способно! канала связи.

Наиболее известным и распространенным байт-ориентированным протоколом явля ся протокол двоичной синхронной связи В8С (Втагу 8упсrгопош Соттшпсаtion), раз ботанный фирмой 1ВМ. Протокол обеспечивает передачу двух типов кадров: управляюи и информационных.

Работа протокола В8С осуществляется в три фазы:

установление соединения,
поддержа сеанса передачи сообщений,
разрыв соединения.

Протокол требует на каждый переданный кадр посылки квитанции о результате его приема. Кадры, переданные с ошибк передаются повторно. Протокол определяет максимальное число повторных передач.

Бит-ориентированный протокол удобен относительно коммуникационной среды, как канал связи как раз и ориентирован на передачу последовательности битов. Для о он не очень удобен, потому что из поступающей последовательности битов приходится делять байты для последующей обработки сообщения.

Потенциально бит-ориентированные протоколы являются более скоростн по сравнению с байт-ориентированными, что обусловливает их широкое распространен современных вычислительных сетях.

Представителем группы бит-ориентированных протоколов являются токол НВЬС (Н1§Ыеуе1 Ва1а Ып1с Соп1го1 - высший уровень управления каналом свя: его подмножества.

Протокол НВЬС управляет информационным каналом с помощью циальных управляющих кадров, в которых передаются команды

Из протоколов верхнего уровня модели ВОС следует отметить протокол Х.400 (: тронная почта) и РТАМ

ЛЕКЦИЯ 5. Глобальная сеть Internet, ее характеристики. Представление о структуре и системе адресацш IP. Способы организации передачи информации.

Представление о структуре и системе адресации в Internet

Структура Internet представляет собой глобальную компьютерную сеть.

Само ее название означает "между сетей". Это сеть, соединяющая отдельные сети.

Логическая структура 1п1егпеt представляет собой некое виртуальное объединение, имеющее свое собственное информационное пространство.

1п1егпеt обеспечивает обмен информацией между всеми компьютерами, которые входятся в сети, подключенные к ней.

Тип компьютера и используемая им операционная систем значения не имеют. Соединение сетей обладает громаднымй возможностями. С любого ПК любой абонент Internet: может передавать сообщения в другой город просматривать каталоги электронных библиотек, знакомиться с выставками, отображенными на сайтах в Internet, участвовать в видеоконференциях и сетевом общении с абонентами сети из разных стран. Internet предоставляет в распоряжени своих пользователей множество всевозможных ресурсов.

Основные ячейки Internet - локальные вычислительные сети. Это значит, что Internet не просто устанавливает связь между отдельными компьютерами, а создает пути соеди нения для более крупных единиц - групп компьютеров. Если некрторая локальная сеть непосредственно подключена к Internet, то каждая рабочая станция этой сети также може подключаться к Internet. Существуют также компьютеры, самостоятельно подключенные к Internet. Они называются хост-компьютерами (host - хозяин). Каждый подключенный 1 сети компьютер имеет свой адрес, по которому его может найти абонент из любой точю света.

Для подключения локальных сетей к Internet используются различные средства.

Особенностью Internet является то, что она, объединяя различные сети, не создает при этод никакой иерархии - все компьютеры, подключенные к сети, равноправны

Система адресации в Internet

Internet самостоятельно осуществляет пёредачу данных. К адресам станций предъявляются специальные требования. Адрес должен иметь формат, позволяющий вести его обработку автоматически, и должен нести некоторую информацию о своем владельце.

Для каждого компьютера устанавливаются два адреса:

цифровой IР-адрес (IР - Internet Рго1осо1 — межсетевой протокол) и
доменный адрес.

Оба эти адреса могут применяться равноценно. Цифровой адрес удобен для обработки на компьютере, а доменный адрес - для восприятия пользователем.

Цифровой адрес имеет длину 32 бита. Для удобства он разделяется на четыре блока по 8 бит, которые можно записать в десятичном виде. Адрес содержит полную информацию, необходимую для идентификации компьютера.

Два блока определяют адрес сети, а два другие - адрес компьютера внутри этой сети.

Существует определенное правило для установления границы между этими адресами.

Поэтому 1Р-адрес включает в себя три компонента:

адрес сети,

адрес подсети,

адрес компьютера в подсети.

Доменный адрес определяет область, представляющую ряд хост-компьютер|ов. В отличие от цифрового адреса он читается в обратном порядке. Вначале идет имя ко пьютера, затем имя сети, в которой он находится.

В системе адресов Internet: приняты домены, представленные географическими регионами. Они имеют имя, состоящее из двух букв.

Существуют и домены, разделенные по

Blog

Конспекты лекций по курсу «Информатика» Для студентов Аграрного факультета рудн

Содержание