Информатика Сигналы, данные, информация

Информатика

Сигналы, данные, информация Сигнал (от лат. signum - знак) - знак, физический процесс или явление, несущие сообщение о каком-либо событии, состоянии объекта либо передающие команды управления, оповещения и т. д. • механические (например, деформация, изменение давления); • тепловые (изменение температуры); • световые (вспышка света, зрительный образ); • электрические (изменение силы тока, напряжения); • электромагнитные (радиоволны); • звуковые (акустические колебания) и др. Регистрация сигнала – явление, изменения свойств физических тел при взаимодействии с сигналами. Данные – зарегистрированные сигналы. Информация — это продукт взаимодействия данных и адекватных им методов.

Связь между данными и информацией Для тех, кто не знает I am not young enough to know everything. английский язык, это данные, а не информация Oscar Wilde I am достаточно Здесь представлен not чтобы знать метод. При его наличии young Я данные становятся enough всё информацией to know не everything молод Я не достаточно молод, чтобы знать всё. Оскар Уайльд

Свойства информации: 1. Объективность и субъективность информации; 2. Полнота информации (характеризует качество информации); 3. Достоверность информации; 4. Адекватность информации; 5. Доступность информации; 6. Актуальность информации. Методы регистрации данных: • механическое перемещение физических тел, • изменение их формы; • изменение параметров качества поверхности; • изменение электрических характеристик; • изменение магнитных характеристик; • изменение оптических характеристик (бумага, CD); • изменение химического состава и (или) характера химических связей (фотография); • Изменение состояния электронной системы и др.

Основные операции с данными: • 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.

Кодирование – выражение данных одного типа через данные другого типа. C O M P U T E R 43 4 F 4 D 50 55 54 45 52 Код ASCII -·-· --- -- ·--· ··- - · ·-· Код Морзе Код Брайля Код морской сигнальный

Двоичное кодирование (англ. binary digit, сокр. bit) 0 – 1 - разрядность один бит 00 – 01 – 10 – 00 - разрядность два бита 000 – 001 – 010 – 011 – 100 – 101 – 110 – 111 - разрядность три бита где: - количество независимых кодируемых значений - разрядность двоичного кодирования, принятая в данной системе

Пример перевода целого числа из десятичной системы счисления в двоичную: Для кодирования действительных чисел используют 80 -разрядное кодирование. При этом число предварительно преобразуется в нормализованную форму: мантисса характеристика мантисса характеристика мантисса характеристика

Кодирование текстовых данных ASCII (American Standard Code for Information Interchange — стандартный код информационного обмена США). В системе ASCII закреплено 2 таблицы – базовая и расширенная. Базовая таблица закрепляет значения кодов 0 -127, а расширенная - 128 -255 Первые 32 кода базовой таблицы, начиная с нулевого, отданы производителям аппаратных средств (в первую очередь производителям компьютеров и печатающих устройств). В этой области размещаются так называемые управляющие коды.

В России действуют несколько стандартов кодировок. Кодировка Windows-1251 была введена в оборот вместе с ОС Windows компанией Microsoft.

Кодировка КОИ-8 (код обмена информацией, 8 -бит). Создана в 70 гг. Сегодня кодировка КОИ-8 имеет широкое распространение в компьютерных сетях на территории России и в российском секторе Интернета. Кодировка КОИ-8:

Международный стандарт, в котором предусмотрена кодировка символов русского алфавита, носит название кодировки ISO (International Standard Organization — Международный институт стандартизации). На практике данная кодировка используется редко. Кодировка ISO:

На компьютерах, работающих в операционных системах MS-DOS, могут действовать еще две кодировки (кодировка ГОСТ и кодировка ГОСТ-альтернативная). Первая из них считалась устаревшей даже в первые годы появления персональной вычислительной техники, но вторая используется и по сей день. ГОСТ-альтернативная кодировка: В связи с изобилием систем кодирования текстовых данных, действующих в России, возникает задача межсистемного преобразования данных — это одна из распространенных задач информатики.

Unicode – универсальная система, основанная на 16 -разрядном кодировании символов. Была предложена в 1991 году организацией Unicode Consortium (Консорциум Юникода). 16 разрядов = 65536 значений – этого достаточно для размещения символов большинства языков планеты. Сегодня этот язык становится популярным. Но несколько лет переход на данную систему сдерживался из-за недостаточных ресурсов средств вычислительной техники (в системе кодирования UNICODE все текстовые документы автоматически становятся вдвое длиннее), поэтому он стал появляться в обращении только во второй половине 90 -х годов.

Кодирование графических данных Растр – точечная структура графического изображения при полиграфической и цифровой печати. На сегодняшний день общепринятым считается представление чёрно- белых иллюстраций в виде комбинации точек с 256 градациями серого цвета. Следовательно для кодирования яркости любой точки достаточно 8 двоичных разрядов.

Для кодировки цветного изображения используется принцип декомпозиции, т. е. разложения произвольного цвета на основные составляющие. Система RGB: R – red-красный G – green-зелёный B – blue-синий При использовании каждым цветом 256 значений яркости (8 двоичных разрядов), на кодирование точки нужно затратить 24 разряда. Такая система может однозначно определить 16, 5 млн. различных цветов. Такая система изначально была разработана для описания цвета на цветном мониторе. Сейчас цветовая модель RGB широко используется в технике.

Система CMYK: C – cyan-голубой M – magenta-пурпурный Y – yellow-жёлтый K – black-чёрный Используется главным образом в полиграфии. Имеет меньший цветовой охват по сравнению с системой RGB. Режим представления графики в 24 двоичных разрядах называется полноцветным (True color). При уменьшении количества разрядов до 16 режим становится High color, при этом диапазон цветов заметно сокращается.

Кодирование звуковых данных Метод FM (Frequency Modulation) основан на том, что теоретически любой сложный звук можно разложить на последовательность простейших гармонических сигналов разных частот, каждый из которых представляет собой правильную синусоиду, а следовательно, может быть описан числовыми параметрами, то есть кодом. АЦП – аналого-цифровой преобразователь (англ. ADC – Analog-to-Digital converter) – устройство разложения аналоговых сигналов в гармонические ряды и представления в виде дискретных цифровых. ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь (англ. DAC – Digital-to-Analog converter) – устройство, позволяющее получить звук, закодированный числовым кодом. «+» : • компактный код; • не требует больших вычислительных средств. «-» : • потери части данных при кодировании; • качество звука неудовлетворительное.

Метод таблично-волнового (Wave-Table) синтеза основан на записи образца (сэмпла) какого-либо звучания и его последующем воспроизведении в неизменном виде или с какой-либо обработкой. Числовые коды выражают тип инструмента, номер его модели, высоту тона, продолжительность и интенсивность звука, динамику его изменения, некоторые параметры среды, в которой происходит звучание, а также прочие параметры, характеризующие особенности звука. «+» : • качество звучания сопоставимое с настоящими инструментами. «-» : • требует больше вычислительных ресурсов, по стравнению с FM модуляцией.

Основные структуры данных Линейная структура (списки) – это упорядоченные структуры, в которых адрес элемента однозначно определяется его номером. При создании любой структуры данных решается два вопроса: 1. Как разделять элементы между собой; 2. Как искать требуемый элемент. № п/п Фамилия Имя Отчество 1 Аистов Александр Алексеевич 2 Бобров Борисович разделитель – конец строки; 3 Воробьева Валентина Владиславовна искать по номеру строки … 27 Сорокин Сергей Семенович Аистов Александр Алексеевич*Бобров Борисович*Воробьева Валентина Владиславовна*…*Сорокин Сергей Семенович разделитель – символ «*» ; искать по количеству разделителей Разделители не нужны, если все элементы списка имеют равную длину. a(n-1), где a – длина одного элемента списка; n – номер требуемого элемента. Такие упрощенные списки называют векторами данных.

Табличные структуры данных (матрицы) — это упорядоченные структуры, в которых адрес элемента определяется номером строки и номером столбца, на пересечении которых находится ячейка, содержащая искомый элемент. планета расстояние от солнца, а. е. относительная масса количество спутников Используются вертикальные и меркурий 0, 39 0, 056 0 венера 0, 67 0, 88 0 горизонтальные разделители земля 1 1 (линии) Меркурий*0, 39*0, 056*0#Венера*0, 67*0, 88*0#Земля*1, 0*1 Внешний разделитель «#» , внутренний – «*» Если все элементы таблицы имеют равную длину, она называется матрица. Здесь также разделители не нужны. a[N(m-1)+(n-1)], где: а – длина одного элемента; N – количество столбцов; (m, n) – адрес нужного элемента в матрице. Многомерные таблицы: Номер факультета 3 Номер курса (на факультете) 2 Размерность данной таблицы равна пяти. Номер специальности (на курсе) 2 Чтобы отыскать данные нужно знать все 5 Номер группы в потоке одной специальности 1 Номер учащегося в группе 10 параметров (координат) таблицы.

Иерархическая структура – структура, где адрес каждого элемента определяется путем доступа (маршрутом), ведущим от вершины структуры к данному элементу. В такую структуру включают нерегулярные данные, которые сложно представить в виде списка или таблицы. Путь доступа к программе «калькулятор» в Microsoft Windows: ПУСК Все программы Стандартные Калькулятор Пример иерархической структуры данных:

Дихотомия (от греч, dicha и tome - рассечение на две части) данных В иерархической структуре, построенной методом дихотомии, путь доступа к любому элементу можно представить как путь через рациональный лабиринт с поворотами налево (0) или направо (1) и, таким образом, выразить путь доступа в виде компактной двоичной записи. Путь к текстовому процессору Word выразится двоичным числом: 1010.

Файлы и файловая структура Единицы представления данных Бит – один двоичный разряд в двоичной системе счисления. Байт – группа из восьми битов. На практике иногда удобнее использовать 16 -разрядное, 24 -разрядное, 32 - разрядное, 64 -разрядное кодирование. Группа из 16 взаимосвязанных бит (двух взаимосвязанных байтов) называется словом. Группа из 32 взаимосвязанных бит – удвоенное слово. Группа из 64 взаимосвязанных бит – учетверённое слово. Единицы измерения данных Наименьшая единица – Байт. В текстовых документах 1 Байт = 1 символу. Приставки применяются только увеличительные, они кратны: т. е. : 1 Кбайт = 1024 байт 1 Мбайт = 1024 Кбайт 1 Гбайт = 1024 Мбайт и т. д.

МЭК (Международная электротехническая комиссия; англ. International Electrotechnical Commission, IEC) рекомендует использовать двоичные приставки. Двоичные приставки используются для образования единиц измерения информации, кратных битам и байтам. Каждая двоичная приставка получается заменой последнего слога соответствующей десятичной приставки на би (от лат. bīnārius — двоичный). Аналогичная Сокращения Значение, на которое Приставка десятичная по МЭК для умножается исходная приставка битов, байтов величина киби кило (103) Кибит, Ки. Б 210 = 1024 меби мега (106) Мибит, Ми. Б 220 = 1 048 576 гиби гига (109) Гибит, Ги. Б 230 = 1 073 741 824 теби тера (1012) Тибит, Ти. Б 240 = 1 099 511 627 776 пеби пета (1015) Пибит, Пи. Б 250 = 1 125 899 906 842 624 эксби экса (1018) Эибит, Эи. Б 260 = 1 152 921 504 606 846 976 зеби зетта (1021) Зибит, Зи. Б 270 = 1 180 591 620 717 411 303 424 йоби йотта (1024) Йибит, Йи. Б 280 = 1 208 925 819 614 629 174 706 176

Единицы хранения данных При хранении данных решаются две проблемы: 1. Сохранение данных в наиболее компактном виде; 2. Обеспечение к ним удобного и быстрого доступа. Файл — это последовательность произвольного числа байтов, обладающая уникальным собственным именем, принятая в качестве единицы хранения данных. Тип файла определяет тип данных, хранящихся в этом файле. Имя файла важно, т. к. оно фактически несет в себе адресные данные, без которых данные, хранящиеся в файле, не станут информацией из-за отсутствия метода доступа к ним.

Понятие о файловой структуре Хранение файлов организуется в иерархической структуре, которая в данном случае называется файловой структурой. Уникальность имени файла обеспечивается тем, что полным именем файла считается собственное имя файла вместе с путем доступа к нему.

Информатика. Предмет и задачи информатики Информатика - это техническая наука, систематизирующая приемы создания, хранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ими. 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. Интерфейс (англ. interface - поверхность раздела, перегородка) — совокупность средств, методов и правил взаимодействия (управления, контроля и т. д. ) между элементами системы. Пользовательский интерфейс – методы и средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами. Также существуют аппаратные интерфейсы, программные интерфейсы, аппаратно-программные интерфейсы.

Основной задачей информатики является систематизация приемов и методов работы с аппаратными и программными средствами вычислительной техники. Цель систематизации состоит в выделении, внедрении и развитии передовых, наиболее эффективных технологий, в автоматизации этапов работы с данными, а также в методическом обеспечении новых технологических исследований. Направления, выделяемые в составе основной задачи информатики : • 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). Для информатики ключевым понятием является эффективность.

Вычислительная техника Компьютер - это электронное вычислительное устройство. Классификации компьютеров: • по назначению; • по технической совместимости; • по программной совместимости; • по размерам и т. д. По назначению компьютеры делятся: • Суперкомпьютеры; • Мэйнфреймы; • Серверы; • Персональные компьютеры: • настольные (desktop); • переносные/портативные (notebook); • наладонные/карманные (palmtop).

Истоки и предпосылки информатики Слово информатика (фр. Informatique) возникло в 60 -х годах во Франции для обозначения области науки, занимающейся автоматизированной переработкой информации, как слияние французских слов information (информация) и automatique (автоматика). Термин информатика используется в ряде стран Восточной Европы. В то же время, в большинстве стран Западной Европы и США используется другой термин — Computer Science (наука о средствах вычислительной техники). Документалистика Кибернетика Появление: конец IXX века. Появление термина: первая половина Расцвет: 20 -30 -е годы XX века. XIX века (ввёл французский физик Основной предмет: изучение Андре Мари Ампер) рациональных средств и методов Предмет кибернетики: принципы повышения эффективности построения и функционирования документооборота. систем автоматического управления. Информатика

Суперкомпьютеры - это большие компьютеры, которые создаются для задач, требующих больших вычислений, таких как определение координаты далекой звезды или галактики, моделирования климата, составления карт нефтяных и газовых месторождений и т. д. Суперкомпьютеры состоят из сотен процессоров, имеют большую оперативную память и высокое быстродействие. Многие суперкомпьютеры создаются по кластерной технологии (Cluster). По этой технологии компьютер строится из нескольких десятков серверов, которые работают как единая система. Кластерные суперкомпьютеры легко масштабируются и позволяют создавать дублирующие вычислительные линии, что бывает необходимым, когда вычисления, например, моделируют процессы в реальном времени и сбои недопустимы. Быстродействие компьютеров измеряется в единицах, которые называются ФЛОПС (FLOPS - Floating Point Operations Per Second - количество арифметических операций в секунду). Современные суперкомпьютеры выполняют до 8 квадриллионов операций в секунду (8· 10¹⁵ ФЛОПС).

Мэйнфреймы (от англ. Mainframe) - это большие компьютеры, с высоким быстродействием и большими вычислительными ресурсами, которые могут обрабатывать большое количество данных и выполнять обработку запросов одновременно нескольких тысяч пользователей. Мэйнфреймы выполнены с избыточными техническими характеристиками, что делает их очень надежными. Физически мэйнфреймы имеют один корпус - системный блок размером со шкаф, к которому могут подключаться терминалы (терминал состоит из монитора и клавиатуры). Мэйнфреймы используют для хранения и обработки больших баз данных, а также крупных web-узлов с большим количеством одновременных обращений.

Серверы - это компьютеры, которые служат центральными узлами в компьютерных сетях. На серверах устанавливается программное обеспечение, позволяющее управлять работой сети. На серверах хранится информация, которой могут пользоваться все компьютеры, подключенные к сети. От сервера зависит работоспособность всей сети и сохранность баз данных и другой информации, поэтому серверы имеют несколько резервных дублирующих систем хранения данных, электропитания, возможность замены неисправных блоков без прерывания работы. Серверы могут содержать от нескольких процессоров до нескольких десятков процессоров. По технологической совместимости серверы бывают IBM-совместимыми и Macintosh-совместимыми.

Персональные компьютеры (ПК) - это компьютеры, которые могут использоваться одним человеком автономно, независимо от других компьютеров. По технологической и программной совместимости персональные компьютеры бывают IBM-совместимыми и Macintosh-совместимыми. Настольные ПК используются в стационарных условиях комнаты или кабинета. Настольные компьютеры состоят из нескольких блоков - системного блока, монитора, клавиатуры и мышки, которые соединены между собой. Переносные ПК удобны для транспортировки. Они совмещают в одном корпусе ЖК- дисплей, системный блок, клавиатуру, DVD-привод и манипулятор для управления курсором. Имеют малые габариты. Наладонные ПК (palmtop). Карманные переносные компьютеры помещаются на ладони. Позволяют хранить оперативные данные и получать к ним быстрый доступ. Некоторые карманные модели имеют жестко встроенное программное обеспечение, что облегчает непосредственную работу, но снижает гибкость в выборе прикладных программ. PDA (personal digital assistent - личный цифровой ассистент) – разновидность наладонных компьютеров.

Состав вычислительной системы В составе вычислительной техники выделяют: • Аппаратная конфигурация; • Программная конфигурация. Аппаратная конфигурация. Современные компьютеры и вычислительные комплексы имеют блочно- модульную конструкцию —аппаратную конфигурацию, необходимую для исполнения конкретных видов работ, можно собирать из готовых узлов и блоков. По способу расположения устройств различают: внутренние и внешние. Внешние (периферийные) - большинство устройств ввода-вывода данных и некоторые устройства, предназначенные для длительного хранения данных. Аппаратные интерфейсы - переходные аппаратно-логических устройства, выполняющие согласование между отдельными узлами и блоками. Протокол - стандарт на аппаратные интерфейсы в вычислительной технике, он должен быть обеспечен разработчиками устройств для успешного согласования их работы с другими устройствами. Интерфейсы: последовательные (serial) и параллельные (parallel). Через последовательный интерфейс данные передаются последовательно, бит за битом, а через параллельный — одновременно группами битов (количество определяется разрядностью интерфейса).

Программная конфигурация. Программы — это упорядоченные последовательности команд. Программное обеспечение распределяется на несколько взаимодействующих между собой уровней. Базовый уровень (Базовое ПО). Самый низкий уровень программного обеспечения. Отвечает за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Базовые программные средства непосредственно входят в состав базового оборудования и хранятся в специальных микросхемах, называемых постоянными запоминающими устройствами (ПЗУ — Read Only Memory, ROM). Системный уровень (Системное ПО). Программы, работающие на этом уровне, обеспечивают взаимодействие прочих программ компьютерной системы с программами базового уровня и непосредственно с аппаратным обеспечением, то есть выполняют «посреднические» функции. Совокупность программного обеспечения системного уровня образует ядро операционной системы компьютера.

Служебный уровень. Программное обеспечение этого уровня взаимодействует как с программами базового уровня, так и с программами системного уровня. Основное назначение служебных программ (утилиты) состоит в автоматизации работ по проверке, наладке и настройке компьютерной системы. Прикладной уровень. Программное обеспечение прикладного уровня представляет собой комплекс прикладных программ, с помощью которых на данном рабочем месте выполняются конкретные задания.

Классификация прикладных программных средств Текстовые редакторы. Основные функции этого класса прикладных программ заключаются во вводе и редактировании текстовых данных. Для операций ввода, вывода и сохранения данных текстовые редакторы вызывают и используют системное программное обеспечение. Текстовые процессоры. Основное отличие текстовых процессоров от, текстовых редакторов в том, что они позволяют не только вводить и редактировать текст, но и форматировать его, то есть оформлять. Графические редакторы. Это обширный класс программ, предназначенных для создания и (или) обработки графических изображений. В данном классе различают следующие категории: растровые редакторы, векторные редакторы и программные средства для создания и обработки трехмерной графики (3 D-редакторы). Системы управления базами данных. Базами данных называют огромные массивы данных, организованных в табличные структуры. Основные функции: • создание пустой (незаполненной) структуры базы данных; • предоставление средств ее заполнения или импорта данных из таблиц другой базы; • обеспечение возможности доступа к данным, а также предоставление средств поиска и фильтрации. Электронные таблицы предоставляют комплексные средства для хранения различных типов данных и их обработки.

Системы автоматизированного проектирования (CAD-системы). Предназначены для автоматизации проектно-конструкторских работ. Применяются в машиностроении, приборостроении, архитектуре. Настольные издательские системы. Назначение программ этого класса состоит в автоматизации процесса верстки полиграфических изданий. Этот класс программного обеспечения занимает промежуточное положение между текстовыми процессорами и системами автоматизированного проектирования. Экспертные системы. Предназначены для анализа данных, содержащихся в базах знаний, и выдачи рекомендаций по запросу пользователя. Характерными областями использования экспертных систем являются юриспруденция, медицина, фармакология, химия. Web-редакторы. Это особый класс редакторов, объединяющих в себе свойства текстовых и графических редакторов. Они предназначены для создания и редактирования Web-документов (Web-страниц Интернета). Браузеры (обозреватели, средства просмотра Web). К этой категории относится программные средства, предназначенные для просмотра электронных документов, выполненных в формате HTML (от англ. Hyper. Text Markup Language — «язык разметки гипертекста» ), т. е. web-страниц. Интегрированные системы делопроизводства. Представляют собой программные средства автоматизации рабочего места руководителя. Бухгалтерские системы. Это специализированные системы, сочетающие в себе функции текстовых и табличных редакторов, электронных таблиц и систем управления базами данных. Предназначены для автоматизации работ бухгалтерии.

Финансовые аналитические системы. Программы этого класса используются в банковских и биржевых структурах. Они позволяют контролировать и прогнозировать ситуацию на финансовых, товарных и сырьевых рынках, производить анализ текущих событий, готовить сводки и отчеты. Геоинформационные системы (ГИС). Предназначены для автоматизации картографических и геодезических работ на основе информации, полученной топографическими или аэрокосмическими методами. Системы видеомонтажа. Предназначены для цифровой обработки видеоматериалов, их монтажа, создания видеоэффектов, устранения дефектов, наложения звука, титров и субтитров.

Классификация служебных программных средств Диспетчеры файлов (файловые менеджеры). С помощью программ данного класса выполняется большинство операций, связанных с обслуживанием файловой структуры: копирование, перемещение и переименование файлов, создание каталогов (папок), удаление файлов и каталогов, поиск файлов и навигация в файловой структуре. Средства сжатия данных (архиваторы). Предназначены для создания архивов. Архивирование данных упрощает их хранение за счет того, что большие группы файлов и каталогов сводятся в один архивный файл. Средства просмотра и воспроизведения. Предназначены для просмотра (воспроизведения) без редактирования. Средства диагностики. Предназначены для автоматизации процессов диагностики программного и аппаратного обеспечения. Используют для устранения неполадок и оптимизации работы компьютерной системы. Средства контроля (мониторинга). Позволяют следить за процессами, происходящими в компьютерной системе. Мониторы установки. Программы этой категории предназначены для контроля над установкой программного обеспечения. Средства коммуникации (коммуникационные программы). Выполняют множество операций в компьютерных сетях (соединение с удалённым компьютером, получение почты, факса, сообщений, работа телеконференций и др. ) Средства обеспечения компьютерной безопасности. Средства пассивной и активной защиты данных от повреждения, а также средства защиты от несанкционированного доступа, просмотра и изменения данных (пассивная – резервное копирование, активная – антивирусное обеспечение).

Базовая аппаратная конфигурация персонального компьютера Типовая базовая конфигурация включает: • системный блок; • монитор; • клавиатура; • мышь. Системный блок - основной узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты. Устройства, находящиеся внутри системного блока, называют внутренними, а устройства, подключаемые к нему снаружи, - внешними. По внешнему виду системные блоки различаются формой корпуса: • горизонтальное исполнение (desktop): • плоские; • особо плоские (slim); • вертикальное исполнение (tower): • полноразмерные (big tower); • среднеразмерные (midi tower); • малоразмерные (minitower). Монитор - устройство визуального представления данных. Клавиатура - клавишное устройство управления персональным компьютером. Служит для ввода алфавитно-цифровых (знаковых) данных, а также команд управления (не требует драйвера). Мышь - устройство управления манипуляторного типа (требуется драйвер).

Внутренние устройства системного блока Материнская плата - основная плата персонального компьютера. На ней размещаются: • процессор - основная микросхема, выполняющая большинство математических и логических операций; • микропроцессорный комплект (чипсет) - набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств компьютера и определяющих основные функциональные возможности материнской платы; • шины — наборы проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера; • оперативная память (оперативное запоминающее устройство, ОЗУ) — набор микросхем, предназначенных для временного хранения данных, когда компьютер включен; • ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) — микросхема, предназначенная длительного хранения данных, в том числе и когда компьютер выключен; • разъемы для подключения дополнительных устройств (слоты).

Оперативная память (RAM — Random Access Memory) — это массив кристаллических ячеек, способных хранить данные. По физическому принципу действия различают: • динамическую память (DRAM); • статическую память (SRAM). DRAM используется если нужен большой объём памяти. В качестве оперативной памяти в современных компьютерах используют именно её. SRAM имеет б. Ольшую скорость доступа к данным, чем DRAM, но по причине высокой стоимости её используют в качестве вспомогательной памяти (кэш- памяти).

Чипсеты материнских плат выпускаются на базе двух микросхем, исторически получивших название «северный мост» и «южный мост» . «Северный мост» обычно управляет взаимосвязью процессора, оперативной памяти и порта АGP. «Южный мост» называют также функциональным контроллером. Он выполняет функции контроллера жестких и гибких дисков, функции контроллера шины PCI, контроллера клавиатуры, мыши, шины USB и т. П Front Side Bus (FSB) — шина, обеспечивающая соединение между центральным процессором и внутренними устройствами.

Периферийные устройства персонального компьютера подключаются к его интерфейсам и предназначены для выполнения вспомогательных операций. Благодаря им компьютерная система приобретает гибкость и универсальность. По назначению периферийные устройства можно подразделить на: • устройства ввода данных (клавиатуры, манипуляторы, сканеры, графические планшеты, цифровые фото-видео камеры); • устройства вывода данных (мониторы, принтеры: матричные, струйные, лазерные, светодиодные); • устройства хранения данных (внешние HDD, flash-накопители); • устройства обмена данными (модем, внешняя сетевая карта).

Операционные системы персональных компьютеров Функция ОС посредническая. Она заключается в обеспечении нескольких видов интерфейса: • интерфейса между пользователем и программно-аппаратными средствами компьютера (интерфейс пользователя); • интерфейса между программным и аппаратным обеспечением (аппаратно- программный интерфейс); • интерфейса между разными видами программного обеспечения (программный интерфейс). Виды интерфейсов пользователя: • Интерфейс командной строки - интерфейс неграфических ОС (DOS). Тип управления: клавиатура. • Графический интерфейс. Графические ОС. Тип управления: клавиатура, мышь (манипулятор). Работа основана на взаимодействии активных и пассивных элементах управления. Активные – курсор мыши (манипулятора). Пассивные – графические элементы управляющих приложений (кнопки, ярлыки, раскрывающиеся списки, меню, и др. ). Автоматический запуск. Дисковые ОС – в специальной (системной) области диска создаётся запись программного микрокода. После обращения BIOS к этой записи происходит загрузка ОС. Недисковые ОС – автоматический запуск осуществляется аппаратно при подаче питания. Математическое обеспечение загружено в ПЗУ.

Организация файловой системы Принцип организации файловой системы — табличный. Поверхность жесткого диска рассматривается как трехмерная матрица, измерениями которой являются номера поверхности, цилиндра и сектора. Цилиндр - совокупность всех дорожек, принадлежащих разным поверхностям и находящихся на равном удалении от оси вращения. Сектор - наименьшая физическая единица хранения данных (512 байт) Кластер – группа секторов - наименьшая единица адресации при обращении к данным. FAT (File Allocation Table — «таблица размещения файлов» ) FAT 16, FAT 32, ex. FAT (от англ. Extended FAT — «расширенная FAT» ) NTFS (New Technology File System — «файловая система новой технологии» ) ext 4 (Extended File System) используется в ОС с ядром Linux. HFS Plus или HFS+ или Mac OS Extended используется в компьютерах Apple Macintosh.

Обслуживание файловой структуры К функции обслуживания файловой структуры относятся следующие операции, происходящие под управлением операционной системы: • создание файлов и присвоение им имен; • создание каталогов(папок) и присвоение им имен; • переименование файлов и каталогов(папок); • копирование и перемещение файлов между дисками компьютера и между каталогами(папками) одного диска; • удаление файлов и каталогов(папок); • навигация по файловой структуре с целью доступа к заданному файлу, каталогу (папке); • управление атрибутами файлов. Создание и именование файлов Файл — это именованная последовательность байтов произвольной длины. Имя файла выглядит следующим образом: «имя. расширение» Имя файла не должно содержать следующие символы: / : * ? «» < > | В различных файловых системах ограничения на имя файла сильно различаются: В FAT 16 размер имени файла ограничен 8 символами + 3 символа расширения. В FAT 32 имя файла ограниченно 255 символами В NTFS имя ограничено 255 символами Unicode. Расширение – определяет тип хранимой информации, обычно автоматически создаётся приложением.

Создание каталогов (папок) Каталоги (папки) — важные элементы иерархической структуры, необходимые для обеспечения удобного доступа к файлам, если файлов на носителе слишком много. Файлы объединяются в каталоги по любому общему признаку, заданному их создателем (по типу, по принадлежности, по назначению, по времени создания и т. п. ). Каталоги низких уровней вкладываются в каталоги более высоких уровней и являются для них вложенными. Верхним уровнем вложенности иерархической структуры является корневой каталог диска. При записи пути доступа к файлу, проходящего через систему вложенных каталогов, все промежуточные каталоги разделяются между собой определенным символом. Во многих операционных системах в качестве такого символа используется «» (обратная косая черта), например: разделители каталогов (папок) c: WindowsSystem 32regedt 32. exe обозначение вложенные конечный расширение диска каталоги файла Каталог (англ. directory) и папка (англ. folder) являются равнозначными понятиями. Термин «папка» был введён для представления объектов файловой системы в графическом пользовательском интерфейсе путём аналогии с офисными папками (начиная с Windows 95).

Копирование и перемещение файлов В неграфических операционных системах операции копирования и перемещения файлов выполняются вводом прямой команды в поле командной строки. При этом указывается имя команды, путь доступа к каталогу-источнику и путь доступа к каталогу-приемнику. Пример: «copy WORK PAPERS» - копирование всех файлов каталога WORK в каталог PAPERS ; «copy DOCABC » - копирование всех файлов каталога DOCABC в каталог верхнего уровня. В графических операционных системах существуют приемы работы с устройством позиционирования, позволяющие выполнять эти команды наглядными методами.

Удаление файлов и каталогов (папок) Средства удаления данных не менее важны для операционной системы, чем средства их создания, поскольку ни один носитель данных не обладает бесконечной емкостью. Существует три режима удаления данных: удаление, уничтожение и стирание. Удаление файлов является временным (корзина). • На уровне файловой структуры меняется только путь доступа к файлам. • На уровне файловой системы жесткого диска файлы остаются в тех же секторах, где и были записаны. Уничтожение файлов происходит при их удалении в операционной системе MS- DOS, при очистке Корзины в операционных системах семейства Windows или при удалении файлов минуя Корзину. • На уровне файловой структуры файл полностью удаляется. • На уровне файловой системы диска - кластеры, содержащие этот файл помечаются как свободные, при этом открывается возможность записи в них новых файлов. В таблице размещения файлов этот файл помечается как удаленный, хотя физически остается на своём месте. Стирание файлов состоит именно в том, чтобы заполнить якобы свободные кластеры, оставшиеся после уничтоженного файла, случайными данными.

Навигация по файловой структуре Файловый менеджер (англ. file manager) — компьютерная программа, предоставляющая интерфейс пользователя для работы с файловой системой и файлами. Файловый менеджер позволяет выполнять наиболее частые операции над файлами — создание, открытие/проигрывание/просмотр, редактирование, перемещение, переименование, копирование, удаление, изменение атрибутов и свойств, поиск файлов и назначение прав. Помимо основных функций, многие файловые менеджеры включают ряд дополнительных возможностей, например, таких как работа с сетью, резервное копирование, управление принтерами и пр. DOS: Windows: POSIX (GNU/Linux, BSD и т. д. ): • Norton Commander; • FAR Manager; • Midnight Commander; • DOS Navigator; • Total Commander; • Demos Commander; • Volkov Commander; • Windows Explorer; • Krusader; • PIE Commander; • Directory Opus; • GNOME Commander; • DOS Shell; • Unreal Commander; • Tux Commander; • … • Free. Commander; • Beesoft Commander; • Frigate; • Konqueror; • … • Nautilus; • Dolphin • …

Управление атрибутами файлов Атрибут файла — это дополнительная информация, относящаяся к данному файлу и хранящаяся в папке. Основные атрибуты: • Только для чтения (Read only); • Скрытый (Hidden); • Системный (System); • Архивный (Archive). Атрибут Только для чтения ограничивает возможности работы с файлом. Его установка означает, что файл не предназначен для внесения изменений. Атрибут Скрытый сигнализирует операционной системе о том, что данный файл не следует отображать на экране при проведении файловых операций. Атрибутом Системный помечаются файлы, обладающие важными функциями для работы самой операционной системы. Его отличительная особенность в том, что средствами операционной системы его изменить нельзя. Атрибут Архивный в прошлом использовался для работы программ резервного копирования. При изменении файла ставился этот атрибут, а после работы программы резервного копирования он сбрасывался.

Управление установкой, исполнением и удалением приложений Понятие многозадачности С точки зрения управления исполнением приложений различают: • однозадачные ОС; • многозадачные ОС. Однозадачные операционные системы (MS-DOS) передают все ресурсы вычислительной системы одному исполняемому приложению. Многозадачные ОС представляют возможность параллельной (псевдопараллельной) обработки нескольких процессов. Истинная многозадачность операционной системы возможна только в распределённых вычислительных системах. Существуют следующие типы (псевдо) многозадачности: • невытесняющая многозадачность - ОС одновременно загружает в память два или более приложений, но процессорное время предоставляется только основному приложению. Для выполнения фонового приложения, оно должно быть активизировано; • кооперативная многозадачность - фоновые задачи выполняются только во время простоя основного процесса и только в том случае, если на это получено разрешение основного процесса; • вытесняющая многозадачность (режим реального времени) - чередование во времени двух либо более программ, выполняемых на одном компьютере.

Установка приложений Для правильной работы приложений на компьютере они должны пройти операцию, называемую установкой. Дистрибутив (установочный пакет) программного обеспечения, как правило, представляет собой не законченный программный продукт, а полуфабрикат, из которого в процессе установки на компьютере формируется полноценное рабочее приложение. При этом осуществляется привязка приложения к существующей аппаратно-программной среде и его настройка на работу именно в этой среде. Удаление приложений В операционных системах, реализующих принцип совместного использования ресурсов (например, в системах семейства Windows), нельзя допустить, чтобы при удалении одного приложения были удалены ресурсы, на которые опираются другие приложения, даже если эти ресурсы были когда-то установлены вместе с удаляемым приложением. В связи с этим удаление приложений происходит под строгим контролем операционной системы. Полнота удаления и надежность последующего функционирования операционной системы и оставшихся приложений во многом зависят от корректности установки и регистрации приложений в реестре операционной системы.

Взаимодействие с аппаратным обеспечением При большом количестве средств программного и аппаратного обеспечения, гибкость взаимодействия между ними поддерживается за счет того, что каждый разработчик оборудования прикладывает к нему специальные программные средства управления — драйверы. Драйвер (англ. driver) — это компьютерная программа, с помощью которой другая программа (обычно операционная система) получает доступ к аппаратному обеспечению некоторого устройства. При подключения устройства к материнской плате с технической возможностью обратной связи (шина PCI, USB), операционная система имеет возможность анализировать требования устройств о выделении им ресурсов и гибко реагировать на них, исключая захват одних и тех же ресурсов разными устройствами. Такой принцип динамического распределения ресурсов операционной системой получил название plug-and-play. Plug and Play (Pn. P) - технология, предназначенная для быстрого определения и конфигурирования устройств в компьютере и других технических средствах. Операционная система автоматически распознает объекты и вносит изменения в конфигурацию абонентской системы. Устройства, подключающиеся по этой технологии называются самоустанавливающимися.

Средства для обслуживания компьютера Средства проверки дисков • средства логической проверки (проверки целостности файловой структуры); Ø логические ошибки устраняются системой; • средства физической диагностики поверхности Ø физические дефекты поверхности диска только локализуются - операционная система принимает во внимание факт повреждения магнитного слоя в определенных секторах и исключает их из активной работы. Стандартное приложение в Windows - CHKDSK (сокращение от check disk — проверка диска), проверяет и исправляет ошибки файловой системы на жёстком диске или дискете. Также может проверять поверхность жёсткого диска на наличие физически повреждённых секторов (bad sectors). При запуске программы через консоль можно задавать различные параметры. Пример: chkdsk d: /F /R где: «chkdsk» - сама программа, «d: » - диск, который будет подлежать проверке, «/F» - параметр, который указывает программе исправлять ошибки файловой системы «/R» - параметр, который указывает программе искать повреждённые секторы и восстанавливать уцелевшее содержимое.

Возникновение логических ошибок зависит от типа файловой системы. В системе на основе FAT: • Ошибка «потерянные кластеры» (аварийное завершение работы компьютера) Кластер Пуст Заполнен Приложение Информация о Таблица Информация состоянии FAT о файле кластера

Корректное завершение работы приложения Кластер Пуст Заполнен Приложение Информация о Таблица Информация состоянии FAT о файле кластера Аварийное выключение компьютера при работающем приложении Кластер Пуст Заполнен Приложение Информация о Таблица Информация состоянии FAT о файле кластера

• общие кластеры Информация о файле № 1 Информация о Таблица состоянии FAT Информация кластера о файле № 2 В файловой системе NTFS возможность появления логических ошибок очень мала. Для проведения полной проверки диска программе Chkdsk требуется монопольный доступ к диску, то есть никакие другие программы во время проверки не должны к нему обращаться. Для системного диска (и других дисков, на которых расположены системные файлы, например, файл подкачки) при загруженной Windows это условие выполнить нельзя.

Средства управления виртуальной памятью Виртуальная память служит для увеличения размера оперативной памяти, она реализуется в виде файла подкачки. Файл подкачки (своп-файл, от англ. swap file) - специальный файл, размещающийся на одном или нескольких дисках компьютера и предназначенный для (временного) хранения страниц виртуальной памяти. В Windows XP и выше файл подкачки называется pagefile. sys и по умолчанию создаётся системой в корневом каталоге диска С. В дальнейшем можно управлять размером и размещением файла подкачки. Как это работает: В случае недостаточности оперативной памяти для работы приложения часть ее временно перебрасывается на жесткий диск. При этом скорость работы падает, т. к. скорость обмена с жёстким диском на порядок ниже, чем скорость обмена с оперативной памятью.

Средства резервного копирования данных Ценность данных, размещенных на компьютере, принято измерять совокупностью затрат, которые может понести владелец в случае их утраты. Резервное копирование (англ. backup) — процесс создания копии данных на носителе (жёстком диске, дискете и т. д. ), предназначенном для восстановления данных в оригинальном месте их расположения в случае их повреждения или разрушения. Виды резервного копирования: • Полное резервирование (Full backup). Полное резервирование обычно затрагивает всю систему и все файлы. • Дифференциальное резервирование (Differential backup). При дифференциальном резервировании каждый файл, который был изменен с момента последнего полного резервирования, копируется каждый раз заново. • Добавочное резервирование (Incremental backup); При резервировании происходит копирование только тех файлов, которые были изменены с тех пор, как в последний раз выполнялось полное или добавочное резервное копирование. Отличие от дифференциального резервирования - изменившиеся или новые файлы не замещают старые, а добавляются на носитель независимо. • Пофайловый метод. Система пофайлового резервирования запрашивает каждый индивидуальный файл и записывает его на носитель.

Дополнительные функции операционных систем могут включать следующие: • возможность поддерживать функционирование локальной компьютерной сети без специального программного обеспечения; • обеспечение доступа к основным службам Интернета средствами, интегрированными в состав операционной системы; • возможность создания системными средствами сервера Интернета, его обслуживание и управление, в том числе дистанционное посредством удаленного соединения; • наличие средств защиты данных от несанкционированного доступа, просмотра и внесения изменений; • возможность оформления рабочей среды операционной системы, в том числе и средствами, относящимися к категории мультимедиа; • возможность обеспечения комфортной поочередной работы различных пользователей на одном персональном компьютере с сохранением персональных настроек рабочей среды каждого из них и ограничением доступа к конфиденциальной информации; • возможность автоматического исполнения операций по обслуживанию компьютера и операционной системы в соответствии, с заданным расписанием или под управлением удаленного сервера; • возможность работы с компьютером для лиц, имеющих физические недостатки, связанные с органами зрения и слуха.

Компьютерные сети Назначение компьютерных сетей При физическом соединении двух или более компьютеров образуется компьютерная сеть. специальное аппаратное обеспечение (сетевое оборудование) компьютерная сеть (общий случай) специальное программное обеспечение (сетевые программные средства)

Компьютерная сеть (вычислительная сеть, сеть передачи данных) — система связи компьютеров и/или компьютерного оборудования (серверы, маршрутизаторы и другое оборудование). Для передачи информации могут быть использованы различные физические явления, как правило — различные виды электрическиx сигналов, световых сигналов или электромагнитного излучения. По назначению компьютерные сети распределяются • Вычислительные (решение заданий пользователей с обменом данными между из абонентами); • Информационные (представление информационных услуг пользователям); • Смешанные (совмещают функции Вычислительных и Информационных сетей). Классификация компьютерных сетей. В основном используют признаки структурной и функциональной организации.

По территориальной распространенности: • PAN (Personal Area Network) — персональная сеть, предназначенная для взаимодействия различных устройств, принадлежащих одному владельцу. • LAN (Local Area Network) — локальные сети, имеющие замкнутую инфраструктуру до выхода на поставщиков услуг. Термин «LAN» может описывать и маленькую офисную сеть, и сеть уровня большого завода, занимающего несколько сотен гектаров. Зарубежные источники дают даже близкую оценку — около шести миль (10 км) в радиусе. Локальные сети являются сетями закрытого типа, доступ к ним разрешен только ограниченному кругу пользователей, для которых работа в такой сети непосредственно связана с их профессиональной деятельностью. • CAN (Campus Area Network — кампусная сеть) — объединяет локальные сети близко расположенных зданий. • MAN (Metropolitan Area Network) — городские сети между учреждениями в пределах одного или нескольких городов, связывающие много локальных вычислительных сетей. • WAN (Wide Area Network) — глобальная сеть, покрывающая большие географические регионы, включающие в себя как локальные сети, так и прочие телекоммуникационные сети и устройства.

По типу функционального взаимодействия: • Клиент-сервер – сеть, где вся нагрузка распределяется между серверами, а заказчиков услуг называют клиентами. • Смешанная сеть - информационная сеть, построенная в результате интеграции территориальных и локальных сетей. Обычно смешанная сеть состоит из группы разнотипных сетей, соединенных друг с другом ретрансляционными системами. • Одноранговая сеть (децентрализованная или пиринговая (от англ. peer-to- peer, P 2 P — равный к равному) сеть — это компьютерная сеть, основанная на равноправии участников. В такой сети отсутствуют выделенные серверы, а каждый узел (peer) является как клиентом, так и сервером. Это позволяет сохранять работоспособность сети при любом количестве и любом сочетании доступных узлов. Участниками сети являются пиры. • Многоранговая сеть - сеть с выделенным сервером. Кроме того, сети могут быть структурированы на подсети, принадлежащие разным отделам, которые могут быть объединены в домен, принадлежащий одной крупной организации. Кроме физической структуризации, сети могут иметь логическую структуризацию, осуществляемую с помощью маршрутизаторов, репитеров, мостов и устройств беспроводной связи.

По типу сетевой топологии (схемы расположения и соединения сетевых устройств) Существуют три базовые топологии: • Шина, представляет собой общий кабель (шина или магистраль), к которому подсоединены все рабочие станции. На концах кабеля находятся терминаторы (сопротивления), для предотвращения отражения сигнала. • Кольцо - это топология, в которой каждый компьютер соединен линиями связи только с двумя другими: от одного он только получает информацию, а другому только передает. На каждой линии связи, как и в случае звезды, работает только один передатчик и один приемник. Это позволяет отказаться от применения внешних терминаторов. • Звезда - базовая топология компьютерной сети, в которой все компьютеры сети присоединены к центральному узлу (обычно коммутатор), образуя физический сегмент сети.

По типу среды передачи: • Проводные (телефонный провод, коаксиальный кабель, витая пара, волоконно-оптический кабель); • Беспроводные (передачей информации по радиоволнам в определенном частотном диапазоне). По скорости передачи: • низкоскоростные (до 10 Мбит/с), • среднескоростные (до 100 Мбит/с), • высокоскоростные (свыше 100 Мбит/с).

Сетевая модель OSI С. м. OSI (англ. open systems interconnection basic reference model — базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем) представляет собой 7 - уровневую сетевую иерархию разработанную Международной организацией по стандартам (International Standardization Organization - ISO). Уровни взаимодействуют друг с другом (по «вертикали» ) посредством интерфейсов, и могут взаимодействовать с параллельным уровнем другой системы (по «горизонтали» ) с помощью протоколов. Каждый уровень может взаимодействовать только со своими соседями и выполнять отведённые только ему функции.

Модель OSI Тип данных Уровень (layer) Функции 7. Прикладной (application) Доступ к сетевым службам 6. Представительный Данные Представление и кодирование данных (presentation) 5. Сеансовый (session) Управление сеансом связи Прямая связь между конечными Сегменты 4. Транспортный (transport) пунктами и надежность Определение маршрута и логическая Пакеты 3. Сетевой (network) адресация Кадры 2. Канальный (data link) Физическая адресация Работа со средой передачи, сигналами и Биты 1. Физический (physical) двоичными данными

Протокол - формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах. Интерфейс - определяет последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на соседних уровнях в одном узле. Взаимодействие двух узлов:

Предприятие А Протокол взаимодействия Предприятие В начальников начальник Интерфейс начальника начальника с секретарем Протокол взаимодействия секретарей секретарь Имеется: Начальники посылают свои сообщения и заявки через секретарей. На предприятии Начальник отдела продаж предприятия А регулярно в начале каждого месяца 1. Два уровня: А начальник общается с секретарем через корпоративную почту. посылает официальное сообщение начальнику отдела закупок предприятия B о том, • уровень начальника; На предприятии B обмен документами между начальником и секретарем сколько какого товара может быть поставлено в этом месяце. • уровень секретаря; осуществляется посредством специальной папки. В ответ на это сообщение начальник отдела закупок предприятия B посылает заявку 2. Два независимых протокола: Порядок взаимодействия начальника и секретаря соответствует понятию установленного образца на нужное количество продукции. • протокол взаимодействия начальников; межуровневого интерфейса "начальник — секретарь". Существует установленный порядок взаимодействия, который можно считать • протокол взаимодействия секретарей. "протоколом уровня начальников".

Пример. Приложение обращается с запросом к прикладному уровню, например к файловой службе. Прикладное приложение формирует сообщение (заголовок + поле данных). Заголовок содержит служебную информацию, которую необходимо передать через сеть прикладному уровню машины-адресата, чтобы сообщить что нужно сделать. т. е. в данном примере заголовок должен содержать информацию о местонахождении файла и о типе операции, которую необходимо выполнить. Дальше сообщение отправляется вниз по всем уровням. Каждый протокол добавляет собственную служебную информацию – инструкцию для действия соответствующему протоколу на машине-адресате.

В конце сообщение достигает нижнего, физического уровня, который, собственно, и передает его по линиям связи машине-адресату. К этому моменту сообщение "обрастает" заголовками всех уровней (некоторые протоколы помещают служебную информацию не только в начале сообщения в виде заголовка, но и в конце, в виде так называемого «концевика» ) Когда сообщение по сети поступает на машину-адресат, оно принимается ее физическим уровнем и последовательно перемещается вверх с уровня на уровень. Каждый уровень анализирует и обрабатывает заголовок своего уровня, выполняя соответствующие данному уровню функции, а затем удаляет этот заголовок и передает сообщение вышележащему уровню.

1. Физический уровень • передача битов по физическим каналам; • формирование электрических сигналов; • кодирование информации; • синхронизация; • модуляция. Реализуется аппаратно. Функции физического уровня реализуются во всех устройствах, подключенных к сети. Со стороны компьютера функции физического уровня выполняются сетевым адаптером или последовательным портом. 2. Канальный уровень • проверка доступности среды передачи; • реализация механизмов обнаружения и коррекции ошибок; • передача групп бит – кадров (frames). Реализуются программно-аппаратно. Канальный уровень обеспечивает доставку кадра между любыми двумя узлами локальной сети с определенной топологией связей, именно той топологией, для которой он был разработан. В локальных сетях протоколы канального уровня используются компьютерами, мостами, коммутаторами и маршрутизаторами. В компьютерах функции канального уровня реализуются совместными усилиями сетевых адаптеров и их драйверов.

3. Сетевой уровень • трансляция логических адресов и имён в физические; • определение кратчайших маршрутов; • коммутация и маршрутизация; • отслеживание неполадок и «заторов» в сети • передача пакетов; На этом уровне работает маршрутизатор (роутер) - устройство, которое собирает информацию о топологии межсетевых соединений и пересылает пакеты сетевого уровня в сеть назначения. Чтобы передать сообщение от отправителя, находящегося в одной сети, получателю, находящемуся в другой сети, нужно совершить некоторое количество транзитных передач между сетями, или хопов (от слова hop — прыжок), каждый раз выбирая подходящий маршрут. Таким образом, маршрут представляет собой последовательность маршрутизаторов, через которые проходит пакет.

Критерием при выборе маршрута является: • время передачи данных • надежность передачи На сетевом уровне определяется два вида протоколов: • сетевые протоколы (routed protocols) — реализуют продвижение пакетов через сеть; • протоколами маршрутизации (routing protocols) – для сбора маршрутизаторами информации о топологии межсетевых соединений. Пример протокола сетевого уровня – протокол IP стека TCP/IP.

4. Транспортный уровень Обеспечивает доставку информации с требуемым качеством между любыми узлами сети: • разбивка сообщения сеансового уровня на пакеты для передачи на сетевой уровень, их нумерация; • буферизация принимаемых пакетов; • упорядочивание прибывающих пакетов; • адресация прикладных процессов; • управление потоком. Все протоколы, начиная с транспортного уровня и выше, реализуются программными средствами конечных узлов сети — компонентами их сетевых операционных систем. Пример транспортного протокола - протоколы TCP и UDP стека TCP/IP. 5. Сеансовый уровень Задача: управление диалогом объектов прикладного уровня: • установление способа обмена сообщениями (дуплексный или полудуплексный); • синхронизация обмена сообщениями; • организация "контрольных точек" диалога.

6. Представительный уровень Задача: согласование представления (синтаксиса) данных при взаимодействии двух прикладных процессов: • преобразование данных из внешнего формата во внутренний; • шифрование и расшифровка данных. На этом уровне существуют группы стандартов для преобразования текстовой информации в различные кодировки, для представления графических, звуковых и видео данных. Примером протокола является протокол Secure Socket Layer (SSL), который обеспечивает секретный обмен сообщениями для протоколов прикладного уровня стека TCP/IP. 7. Прикладной уровень отвечает за доступ приложений в сеть. Представляет собой набор всех сетевых сервисов, которые предоставляет система конечному пользователю: • идентификация, проверка прав доступа; • принт- и файл-сервис, почта, удаленный доступ, гипертекстовые web- страницы.

Сетезависимые и сетенезависимые уровни Функции всех уровней модели OSI: • функции, зависящие от конкретной технической реализации сети; • функции, ориентированные на работу с приложениями. Физический, канальный и сетевой уровни являются сетезависимыми, то есть протоколы этих уровней тесно связаны с технической реализацией сети и используемым коммуникационным оборудованием. Прикладной, представительный и сеансовый - ориентированы на приложения и мало зависят от технических особенностей построения сети, они являются сетенезависимыми. Транспортный уровень является промежуточным, он скрывает все детали функционирования нижних уровней от верхних. Это позволяет разрабатывать приложения, не зависящие от технических средств непосредственной транспортировки сообщений.

Нулевой модем Использование нуль-модемного кабеля – самый простой и самый старый вариант соединения двух компьютеров. Именно на таких соединениях строились первые локальные сети. Существует два варианта соединения: • параллельное (LPT-порт); скорость до 2, 5 Мбит/с; расстояние до 10 м • последовательное (COM-порт); скорость до 128 кбит/с, расстояние до 100 м 1 кбайт/с = 8 кбит/с LPT 100 Мбит/с =~ 10 Мбайт/с 10 Мбит/с =~ 1 Мбайт/с COM Для организации обмена файлами через нуль-модем будет вполне достаточно DOS и какого-либо файл-менеджера, например Norton Commander. Также в Total Commander есть пункт меню, именуемый PORT Connection To Other PC, который позволяет устроить передачу файлов через нуль-модем.

Infra red (связь с использованием инфракрасного диапазона световых волн) Infrared Data Association — Ir. DA, ИК-порт, Инфракрасный порт — группа стандартов, описывающая протоколы физического и логического уровня передачи данных с использованием инфракрасного диапазона световых волн в качестве среды передачи. Является разновидностью оптической линии связи ближнего радиуса действия. Была особо популярна в конце 1990 -х начале 2000 -х годов. В данное время практически вытеснена более современными способами связи, такими как Wi. Fi и Bluetooth. Достоинства: • не требует проводов; • нечувствителен к электромагнитным помехам. Недостатки: • высокая стоимость приемников и передатчиков; • низкая скорость передачи данных (до 128 кбит/с; скоростные адаптеры до 4 Мбит/с ); • незащищенность передаваемой информации; • необходимость нахождения приемника и передатчика в прямой видимости. ИК-передатчик ИК-приёмник

Модем (Dial. UP) Модем - устройство для модуляции и демодуляции сигналов в системах передачи данных по телефонным линиям связи. Применяется для согласования частоты сигналов источника сообщений с частотными характеристиками используемых линий (средств) связи. Модемы могут быть соединены как через телефонную сеть, так и напрямую – «модем в модем» . Максимальная скорость связи между модемами – 56 кбит/с (33, 6 кбит/с). АТС

USB-LINK USB (англ. Universal Serial Bus — «универсальная последовательная шина» ) — последовательный интерфейс передачи данных для среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств в вычислительной технике. Соединение компьютеров через USB-интерфейс фактически пришло на смену нуль- модемному соединению. Для соединения используются специальные кабели - USB- Link. Скорость соединения зависит от типа интерфейса и кабеля: • USB 1. 1 (до 12 Мбит/с); • USB 2. 0 (до 480 Мбит/с); • USB 3. 0 (до 4. 8 Гбит/с)? . Длина кабеля не может быть больше 20 м. USB

BLUETOOTH Bluetooth — производственная спецификация беспроводных персональных сетей. Принцип действия основан на использовании радиоволн. Радиосвязь Bluetooth осуществляется в диапазоне, который используется в различных бытовых приборах и беспроводных сетях (свободный от лицензирования диапазон 2, 4 -2, 4835 ГГц). Скорость связи до 24 Мбит/с (Bluetooth 3. 0), расстояние до 200 м. С помощью технологии Bluetooth можно создать одноранговую сеть. Сеть на основе Bluetooth поддерживает шифрование данных. BT-адаптер

FIREWIRE (IEEE 1394) IEEE 1394 (Fire. Wire, i-Link) — последовательная высокоскоростная шина, предназначенная для обмена цифровой информацией между компьютером и другими электронными устройствами. Шина IEEE 1394 может использоваться для: • Создания компьютерной сети. • Подключения аудио и видео мультимедийных устройств. • Подключения принтеров и сканеров. • Подключения жёстких дисков. Скорость соединения до 3. 2 Гбит/с (1394 b), расстояние до 100 м. Поддержка сети на основе Fire. Wire прекращена с Windows Vista (Microsoft). Fire. Wire

Витая пара (англ. twisted pair) — вид кабеля связи, представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числом витков на единицу длины), покрытых пластиковой оболочкой. Такое соединение обеспечивает скорость передачи данных от 10 до 1000 Мбит/с, а предельная длина одного проводного сегмента – 300 м (если использовать повторители, можно обеспечить и гораздо большую дальность). В настоящее время фактически все производители системных плат устанавливают на свои изделия 1 -гигабитные сетевые адаптеры. Сетевой кабель подключается к разъему карты с помощью штекера RJ-45. Прямой обжим (straight through cable)

Wi-Fi (англ. Wireless Fidelity — «беспроводная точность» ) — торговая марка Wi-Fi Alliance для беспроводных сетей на базе стандарта IEEE 802. 11. Соединение происходит посредством радиоканала. Стандарты: 802. 11 b – частота 2. 4 ГГц, скорость до 11 Мбит/с (1999) 802. 11 g – частота 2. 4 ГГц, скорость до 54 Мбит/с (2003) 802. 11 n – частота 2. 4 -2. 5 ГГц, скорость до 600 Мбит/с (2009) Обычно схема Wi-Fi сети содержит не менее одной точки доступа и не менее одного клиента. Также возможно подключение двух клиентов в режиме точка-точка, когда точка доступа не используется, а клиенты соединяются посредством сетевых адаптеров «напрямую» . Беспроводная точка доступа — устройство для объединения компьютеров в единую беспроводную сеть.

Преимущества Wi-Fi • Позволяет развернуть сеть без прокладки кабеля • Позволяет иметь доступ к сети мобильным устройствам. • Wi-Fi устройства широко распространены на рынке. Гарантируется совместимость оборудования благодаря обязательной сертификации оборудования с логотипом Wi-Fi. • Излучение от Wi-Fi устройств в момент передачи данных на два порядка (в 100 раз) меньше, чем у сотового телефона. Недостатки Wi-Fi • В диапазоне 2. 4 GHz работает множество устройств, таких как устройства, поддерживающие Bluetooth, и др. , что ухудшает электромагнитную совместимость. • В России требуются регистрация всех сетей Wi-Fi, работающих вне помещений, с излучением превышающей 100 м. Вт (20 д. Бм). • Стандарт шифрования WEP может быть относительно легко взломан даже при правильной конфигурации (из-за слабой стойкости алгоритма). Стандарты WPA и WPA 2 имеют более стойкий алгоритм шифрования, но старое оборудование не всегда совместимо с этими стандартами.

Интернет. Основные понятия Интернет - всемирная система объединённых компьютерных сетей, которую можно рассматривать как информационное пространство, служит физической основой для Всемирной паутины (WWW - World Wide Web). В 2008 году количество людей, регулярно пользующихся интернетом достигло 1, 5 млрд. человек (общее кол-во 6, 5 млрд. человек). В сентябре 2011 года количество пользователей в России составило 50, 8 млн. человек (общее количество 138 млн. человек). История Интернета. • 50 -е годы XX. США. Первые эксперименты по передаче и приёму информации с помощью компьютеров; • 1957 г. США. Решение о создании глобальной сети национального масштаба; • 1969 г. США. Создана сеть ARPANET (англ. Advanced Research Projects Agency Network). Сервер – компьютер Honeywell DP-516 имел 24 Кб ОЗУ; • 1971 г. Первая программа для отправки электронной почты; • 1973 г. К сети подключены первые иностранные организации из Великобритании и Норвегии через трансатлантический телефонный кабель, сеть стала международной; • 1983 г. Внедрение протокола TCP/IP;

• 1984 г. Внедрение доменной структуры, деление по принципу принадлежности: домен gov – правительственные организации США, edu – образовательные учреждения, com – коммерческие организации, т. д. Появление сети NSFNet (англ. National Science Foundation Network), она включала академические и научные сети; • 1988 г. разработан протокол для общения в реальном времени Internet Relay Chat (IRC); • 1989 г. Родилась концепция Всемирной паутины (WWW); • 1990 г. Прекратила существование сеть ARPANET. Первое Dial. UP – соединение; • 1993 г. Всемирная паутина стала доступна в интернете. Появление первого веб- браузера под Windows - NCSA Mosaic. Рунет – русскоязычная часть Интернета • 1987 -94 гг. – ключевые годы в зарождении рунета; • 1990 г. Зарегистрирован домен su; • 1994 г. Зарегистрирован домен ru; • 2010 г. Зарегистрирован домен рф.

Основы функционирования Интернета. Стек TCP/IP — это не один сетевой протокол, а два протокола, лежащих на разных уровнях (это так называемый стек протоколов). Протокол TCP - протокол транспортного уровня. Он управляет тем, как происходит передача информации. Протокол IP - адресный. Он принадлежит сетевому уровню и определяет, куда происходит передача. Протокол TCP (Transmission Control Protocol - протокол управления передачей) Делит данные на пакеты, промаркированные таким образом, чтобы на компьютере получателя данные приняли первоначальный вид. Россия TCP США Китай Канада Дания Россия

Порт TCP/IP В протоколе TCP, порт - определяемый номером системный ресурс, выделяемый приложению для связи с приложениями, выполняемыми на удалённом компьютере, либо c другими приложениями на локальном компьютере. Стандарт определяет возможность одновременного выделения до 65536 уникальных портов, от 0 до 65535. При передаче информации по сети номер порта в заголовке пакета используется (вместе с IP-адресом) для адресации конкретного приложения (и конкретного, принадлежащего ему, сетевого соединения). Примеры портов протокола TCP: FTP: 21 для команд, 20 для данных SSH: 22 (remote access) telnet: 23 (remote access) SMTP: 25 HTTP: 80, 8080 POP 3: 110 HTTPS: 443 ICQ: 5190 XMPP (Jabber): 5222/5223 - клиент-сервер, 5269 - сервер-сервер

Протокол IP (Internet Protocol - межсетевой протокол) Его суть состоит в том, что у каждого участника Всемирной сети должен быть свой уникальный адрес (IP-aдpec). Без этого нельзя говорить о точной доставке ТСР-пакетов на нужное рабочее место. Этот адрес выражается 32 битовым числом в версии протокола IPv 4 и 128 битовым числом в IPv 6. • В протоколе IPv 4 удобная форма записи – 4 десятичных числа значением от 0 до 255, отделённые между собой точками (192. 168. 0. 1). • В протоколе IPv 6 формой записи являются 8 групп по четыре 16 -ричные цифры, разделённые двоеточием. Пример: 2001: 0 db 8: 0000: ae 21: ad 12 (большое количество нулевых групп можно пропустить с помощью двойного двоеточия; пропуск может быть один раз) - 2001: 0 db 8: : ae 21: ad 12 Для определения блока адресов нужно указать начальный адрес и маску подсети (192. 0. 2. 32/27 или 192. 0. 2. 32 mask 255. 224) Маска 255 (префикс /32) предполагает 1 IP-адрес 255. 0 (префикс /24) предполагает 255 IP-адресов

Классы IP-сетей В общем случае IP-сети делятся на классы: А, В, С, D и Е. Сети класса А – самые большие сети. Маска 255. 0. 0. 0 Наименьший Наибольший Макс. кол- Класс Первые биты Маска адрес сети во узлов A 0000 255. 0. 0. 0 126. 0. 0. 0 224 B 10000000 255. 0. 0 128. 0. 0. 0 191. 255. 0. 0 216 C 11000000 255. 0 192. 0. 1. 0 223. 255. 0 28 D 11100000 240. 0 224. 0. 0. 0 239. 255 Multicast E 11110000 248. 0. 0. 0 240. 0 247. 255 Резерв Multicast - (англ. групповая передача) - специальная форма широковещания, при которой сетевой пакет одновременно направляется определённому подмножеству адресатов — не одному (unicast), и не всем (broadcast).

Частичная карта Интернета (данные от 15. 01. 2005 года) Каждая линия нарисована между двумя узлами, соединяя два IP-адреса. Длина линии показывает временную задержку (пинг) между двумя узлами. Карта представляет менее чем 30 % сетей класса C доступных сетей для сбора данных в 2005 году. Цвет линии соответствует ее местоположению согласно RFC 1918. Используются следующие цвета: Темно синий: net, ca, us Зеленый: com, org красный: mil, gov, edu Желтый: jp, cn, tw, au, de Фиолетовый: uk, it, pl, fr Золотой: br, kr, nl Белый: неизвестно

Службы Интернета В простейшем понимании служба — это пара программ, взаимодействующих между собой согласно определенным правилам, называемым протоколами. Одна из программ этой пары называется серверной, а вторая — клиентской. Терминальный (консольный) режим Служба удаленного управления компьютером Telnet (англ. TErmina. L NETwork). В прошлом эту службу широко использовали для проведения сложных математических расчетов на удаленных вычислительных центрах. В настоящее время протоколы Telnet применяют для дистанционного управления техническими объектами, например телескопами, видеокамерами, промышленными роботами. Простейший Telnet клиент службы удалённого доступа входит в состав Windows (файл telnet. exe). Электронная почта (E-Mail) Обеспечением этой службы в Интернете занимаются специальные почтовые серверы. Под сервером может пониматься программное обеспечение. Поэтому один компьютер может выполнять функции нескольких серверов. Почтовая служба основана на двух прикладных протоколах: • SMTP - отправка корреспонденции с компьютера на сервер; • РОРЗ - прием поступивших сообщений. Клиентские программы: Microsoft Outlook Express, The Bat!, Mozilla Thunderbird…