Лекция 8 Алгоритм. Блок-схемы. Машина Тьюринга. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008) 1912 -1954
Происхождение терминов алгоритм и алгебра • В первой половине IX века узбекский математик Абу-Джафар Мухаммед ибн Муса (787 - 850 г. ) аль-Хорезми (из Хорезма) опубликовал свой трактат «Китаб аль-джебр вальмукабала» (правила выполнения четырёх действий арифметики). • наиболее точная формулировка понятия «алгоритм» появилась только в ХХ веке. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Алгоритм Евклида отыскания НОД. • Для любых натуральных чисел N и K определена операция деления с остатком: N = p*K + q; p – частное, q – остаток ( 0 ≤ q < K). • Если q = 0, то говорят, что N делится на K нацело. • Для вычисления остатка от деления целых чисел в математике ( и программировании) применяется обозначение N mod K (читается «N по модулю K» ). © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Деление целых чисел: • • Пример: 17 делим на 3: 17 = 5*3+2. частное (p) равно 5, оcтаток (q) равен 2, то есть 17 mod 3 = 2. Пример: 27 делим на 4: 27 = 6*4+3; p=6, q=3. 27 mod 4 = 3; © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Постановка задачи: • Пусть заданы два натуральных числа N и K. Требуется найти их НОД. • Например: для чисел 30 и 42 • НОД = 6 • для чисел 42 и 70 • НОД = 14 • для чисел 105 и 231 • НОД = 21 © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Алгоритм Евклида отыскания НОД 1. 2. 3. 4. 5. Задать числа N и К; Вычислим R = N mod K; присвоим N: =K, присвоим K: = R; если K ≠ 0, то вернуться к выполнению 2 шага. 6. нашли НОД = N. 7. Закончить алгоритм (Stop). © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Продемонстрируем работу алгоритма • • N= 112: K =24; R = 112 mod 24 R = 16; N = 24; K = 16; K ≠ 0 ; R = (N mod K) = 24 mod 16 R = 8; N=16; © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Продолжение: • • K = 8; K ≠ 0 R = N mod K = 16 mod 8 R = 0; N = 8; K = 0 ; т. к. K = 0 найден НОД = N = 8; Stop. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Неформальное определение алгоритма (Математическая энциклопедия, том 1 ) • Алгоритм - точное предписание, которое задаёт вычислительный (алгоритмический) процесс, • начинающийся с произвольного исходного данного из некоторой совокупности допустимых для этого алгоритма данных • и направленный на получение полностью определяемого этим исходным данным результата. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Алгоритм (определение А. И. Мальцева). • Алгоритм - процесс последовательного построения величин, идущий в дискретном времени таким образом, что в начальный момент задаётся исходная система величин, а в каждый следующий момент система величин получается по определённому закону из системы величин, полученных в предыдущие моменты времени. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Ещё одно определение алгоритма • Алгоритм — это точное предписание, определяющее порядок действий исполнителя, направленное на решение поставленной задачи. • Исходные данные Алгоритм Результат. • неявно предполагается, что есть исполнитель алгоритма. • Алгоритм - это предписание. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Основные свойства алгоритма: • • • Дискретность шагов алгоритма; Элементарность шагов; Определённость; Последовательность шагов алгоритма строго определена. Конечность шагов алгоритма; Массовость входных данных; © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Способы представления алгоритмов: – словесный (описательный); – формульный; – графический; – табличный или схематичный, в виде графа; – в виде блок-схемы; – программа. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Блок-схема: • Блок-схема – это система связанных геометрических фигур, каждая из которых обозначает один элементарный шаг алгоритма. • Порядок выполнения шагов указывается стрелками, соединяющими блоки. • В схеме блоки стараются размещать сверху вниз, в порядке их выполнения. • Нет однозначного соответствия между алго- ритмом решения задачи и блок-схемой этого алгоритма. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Алгоритмы и программы • Алгоритм, записанный на языке программирования, называется программой. • Программы строятся по строгим формальным правилам; • Программа предназначена для «восприятия» её ЭВМ; • Наличие блок-схемы облегчает написание программы. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Известны три основных типа алгоритмов: • Линейный; • Ветвящийся (a*x=b); • Циклический (вычислить длину ломаной) ; циклы с предусловием, циклы с постусловием, циклы со счётчиком. • Рекурсивный © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Линейный алгоритм S 1 S 2 © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008) Пример: вычислить расстояние от заданной точки (x, y, z) до начала координат. 1. вводим x, y, z; 2. вычисляем : 3. Выводим R 4. Stop
Операторы ветвления ( IF) If <выражение> then S 1 else S 2; S 1 © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008) S 2 If <выражение> then S 1; S 1 18
Блок-схема цикла c предусловием (While … Do) Условие выполнения цикла нет да Выполнить операторы цикла © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008) 19
Блок-схема цикла c постусловием (Repeat … Until) Выполнить операторы цикла нет Условие Окончания цикла да © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008) 20
Блок-схема цикла со счётчиком (For) i: =A i<=B нет да Выполнить операторы цикла i: =i+1 © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008) 21
Проблемы Давида Гильберта • Сформулированы в 1900 г. на Парижском конгрессе математиков. • Одна из проблем: отыскании универсальной процедуры для решения математических задач. • Пусть А - посылка, В - следствие. Для любых А, В требуется узнать, существует ли дедукция, с помощью которой можно вывести В из А? Решением этой проблемы занимались многие математики и логики. (Алан Тьюринг). © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Теорема Гёделя • Курт Гёдель в 1931 г. показал, что для любой полной и непротиворечивой аксиоматической системы можно сформулировать такие утверждения, которые не выводимы в ней. • Концепция универсального вычислительного устройства, известного как машина Тьюринга (МТ), была предложена в 1935 -1936 годах математиком Аланом Тьюрингом как средство алгоритмического решения проблемы Д. Гильберта. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Машина Тьюринга • МТ - это устройство, которое: • может принимать конечное, хотя, может быть, и очень большое число внутренних состояний; • способное работать с со сколь угодно большим объёмом данных. Эти данные располагаются на внешнем носителе, в качестве которого Тьюринг рассматривал бесконечную ленту, разбитую на отдельные «ячейки» , в каждой из которых может храниться один символ. • МТ имеет устройство (считывающую головку), которое может считывать символ из отдельной ячейки ленты и продвигать её влево и вправо относительно считывающей головки. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Машина Тьюринга головка МТ ai as ak am at an Обозначим через А={a 0, a 1, a 2, a 3, . . . an} – алфавит МТ; a 0 – пробел; Q= { q 0, q 1, q 2, q 3, . . . qm } – множество состояний МТ ; q 1 – начальное состояние МТ; q 0 – конечное состояние (STOP) Описание работы МТ можно представить в виде: © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Пример МТ: a 0 a 1 a 2 q 1 a 2 L q 3 a 1 R q 2 a 2 L q 1 q 2 a 0 S q 2 a 2 S q 1 a 1 S q 2 q 3 a 0 R q 0 a 1 R q 4 a 2 S q 1 q 4 a 1 S q 3 a 0 R q 4 a 2 R q 4 Исходные данные: a 0 a 2 a 0 ; МТ находится в начальном состоянии q 1 © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008) q 0 - Stop
Пример работы МТ q 1 a 0 а 2 а 0 1 шаг q 1 a 0 а 2 а 0 2 шаг q 1 a 0 а 2 а 0 3 шаг q 3 a 0 a 2 a 2 a 0 4 шаг q 0 a 2 a 2 a 0 5 шаг © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008) 27
Проблема искусственного интеллекта • Сторонники концепции сильного ИИ; • Тест Тьюринга; • Противники теории ИИ; китайская комната Серла; © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Примеры простейших алгоритмов: • Сумма N чисел (цикл); • Произведение N чисел (цикл) • Решение уравнения А*х=В (ветвление) © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
задать N и массив чисел a(1), a(2), …. . a(N) Блок-схема вычисления суммы элементов заданного массива чисел S=0; k =1 S=S+a(k) S=a(1)+a(2)+a(3)+ …. +a(N) k=k+1 да k ≤ N нет Вывод S Stop © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008) 30
задать N и массив чисел a(1), a(2), …. . a(N) Блок-схема вычисления произведения элементов заданного массива чисел P=1; k =1 P=P*a(k) P=a(1)*a(2)*a(3)* …. . *a(N) k=k+1 да k ≤ N нет Вывод P Stop © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008) 31
Сортировка простым выбором. Задача: Упорядочить числовой массив в порядке возрастания элементов. Заданы элементы массива и их количество. Алгоритм: выберем наименьший элемент среди всех, начиная с первого, и поменяем его местами с первым элементом. Повторим эту процедуру начиная со второго элемента массива, и т. д. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008) 32
![Блок-схема сортировки простым выбором. i=1 k=i X=a[ i ] да j=i+1 a[ j ]](https://present5.com/presentation/3/12089783_75457193.pdf-img/12089783_75457193.pdf-33.jpg "Блок-схема сортировки простым выбором. i=1 k=i X=a[ i ] да j=i+1 a[ j ]")
Блок-схема сортировки простым выбором. i=1 k=i X=a[ i ] да j=i+1 a[ j ] < X да k = j X=a[ j ] i <= N-1 нет Сортировка закончена нет j=j+1 j <= N нет a[ k ] = a[ i ] = X i=i+1 да © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008) 33
Алгоритм поиска корня уравнения F(x)=0 методом пополамного деления. F(x) определена и непрерывна на [a; b]. • Ищем корень F(x)=0 внутри (a; b) • F(x) непрерывная и F(a)*F(b)<0; • eps – точность; © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Алгоритм пополамного деления (продолжение) 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Вычисляем F(a) и F(b); проверка условия применимости алгоритма; находим с=(a+b)/2; Если |a-b|< eps, то пункт 8; Вычисляем F(c); Если F(a)*F(c) <0, передвигаем точку b; пункт 3. Если F(b)*F(c) <0, передвигаем точку a; пункт 3. Корень находится в точке с; Stop. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
![Метод касательных Ньютона поиска корня F(x)=0 на отрезке [a; в] • Условия применимости метода;](https://present5.com/presentation/3/12089783_75457193.pdf-img/12089783_75457193.pdf-36.jpg "Метод касательных Ньютона поиска корня F(x)=0 на отрезке [a; в] • Условия применимости метода;")
Метод касательных Ньютона поиска корня F(x)=0 на отрезке [a; в] • Условия применимости метода; • Выбор начальной точки; © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Метод хорд © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Итерации: x(n+1)=f(x(n)) program square_root; var A, eps, Xp, X : real; begin writeln('Введите аргумент и точность : '); readln(A, eps); If ((A <0) or (eps < 0)) then Halt(100); X : = A/2; { начальное приближение. Его лучше вводить. } repeat Xp : = X; X : = (Xp + A/ Xp) / 2; until abs(X – Xp) < eps; writeln('Корень из ', А: 6: 3, ' с точноcтью ', eps: 7: 5, 'равен ', X : 9: 5); end. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Лекция 9 Текстовый процессор WORD. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
История развития текстовых процессоров. Основные возможности процессора Word. • ME, Лексикон, CH-writer, … • Принцип WYSIWYG (what you see is what you get). • Технология OLE. • Типы документов: печатные, электронные, Web – документы © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Основные навыки и умения, которыми необходимо овладеть при изучении Word • • • Первичные настройки Word Специальные средства ввода текста Форматирование абзаца Стили и шаблоны Ввод формул (Microsoft Equation 3. 0 или Math. Type) Создание таблиц Рисование (средствами WORD) Создание диаграмм Внедрение графических объектов (рисунок, клипарт, изображение) © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Основные элементы окна приложения Word • • Заголовок Меню Панели инструментов Рабочая область Полосы прокрутки Линейки Строка состояния Индикаторы © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Основные панели инструментов: • • Стандартная Форматирования Visual Basic Web Word-Art Автотекст База данных • Настройка изображения • Рамки • Рецензирование • Рисование • Таблицы и границы • Формы • Элемент управления • Буфер обмена © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008) 43
Первичные настройки Word • • • • выбор панелей инструментов выбор режима отображения документа выбор масштаба изображения (в %) выбор единиц измерения (сервис → параметры { общие }) настройка списка быстрого открытия документов (сервис → параметры { общие }) запрет/разрешение на быстрое сохранение файла автосохранение автоматическая проверка правописания автозамена маркировка и нумерация списков расстановка переносов отключить "помощника « параметры страницы © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Специальные средства ввода текста • • Через буфер обмена: Автотекст: автозавершение или автотекст Автозамена (для выбранной комбинации клавишей). Ввод специальных символов ( вставка → символ) Проверка правописания: автоматическая и командная. Словарь синонимов : Тезаурус ( из Сервис) Использование клавиши Insert : режим вставки и режим замены © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Форматирование текста • • Выбор и изменение гарнитуры шрифта. Выравнивание – 4 е способа Создание маркированных и нумерованных списков Управление параметрами абзаца. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Шрифты: основные характеристики • Шрифт – рисунок, начертание букв; типографский • материал в виде литер, применяемый для текста в печати набор символов подчинённый единому авторскому замыслу; • Шрифт характеризуется : гарнитурой, размером, • начертанием и интервалом. Гарнитура – общий характерный вид литер (символов). Шрифты бывают 4 х видов : • Serif (с засечками) - TIMES • Sans Serif (без засечек) - ARIAL • моноширинные(занимают больше места) COURIER • и пропорциональные (удобнее читаются). © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Начертание шрифта: • • обычное – Plain полужирное – Bold курсив – Italic полужирный курсив – Bold Italic © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Параметры шрифта: • • • Кегль – выражает размер шрифта в пунктах. Пункт = 1/72 дюйма (0. 353 мм), т. е. 1 мм примерно равен трём пунктам. Кернинг – расстояние между символами. Интерлиньяж – расстояние между базовыми линиями 2 х соседних строк. • Растровые и векторные шрифты(True. Type & Post. Script). © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Специальные шрифты: • • • Symbol Key Stroke Chess Fairy Geographic Symbols Musical Symbols и т. д. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Параметры абзаца. • • • Абзац – красная строка, отступ в начальной строке текста. Часть текста от одного отступа до другого. Текст, содержащийся между двумя нажатиями клавиш ENTER; Выравнивание; Уровень текста; Отступ (слева, справа, первая строка); Первая строка: отступ или выступ, на сколько см. Интервал: перед …, после…, межстрочный. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Расположение абзаца на странице • • • запрет висячих строк не разрывать абзац; не отрывать от следующего; с новой строки; запретить нумерацию строк; запретить автоматический перенос строк. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Сноски, закладки, гиперссылки • Гиперссылки — это удобный способ перехода к другим документам. Для вставки гиперссылок используйте команду Гиперссылка (меню Вставка). © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Стили и шаблоны. • Стиль – именованная совокупность настроек параметров шрифта, абзаца, языка и элементов оформления. • Процессоры WORD поддерживают два вида стилей : стили абзаца и знаковые стили. • Стили абзаца позволяют форматировать абзацы, с помощью знаковых стилей можно изменять оформление выделенных фрагментов текста внутри абзаца. • Настройка стиля (Формат→ Стиль); выбираем настраиваемый стиль и изменяем его. • Создание стиля (Формат→ Стиль , выбираем Создать) • Наследование стилей: изменение базового стиля вызывает изменение наследуемых элементов стилей, созданных на его основе. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Шаблоны • Шаблон – совокупность настроек документа, сохраненная без самого документа. (Бланки). Мы создаем документы на базе готовых шаблонов. • Используем шаблон для создания нового документа; • Изменяем шаблон готового документа; • Создаем шаблон на базе шаблона; • Создаем шаблон на базе документа. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Связь и внедрение (графических) объектов • Windows позволяет : • создавать документы, содержащие различные типы данных. • переносить и копировать объекты между приложениями. • Технология OLE – Object Linking and Embedding. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Внедрение • Внедрение – создание сложного документа , содержащего два или более объектов различной природы. • Внедрение производится путём импортирования объекта из готового файла , в котором этот объект хранится (например, готовый рисунок из файла *. bmp вставляется в текстовый документ Word'a). • Внедрённый объект сохраняется вместе с документом. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Связывание • Связывание – вставляется в документ не сам объект, а указатель(ссылка) на него. • Объём документа увеличивается только на размер ссылки. • Могут быть потеряны связи между документом(ссылкой) и самим объектом. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Рисунки • Рисунок – объект векторной природы, может быть создан средствами WORD. Состоит из линий, точек, прямых и пр. • Изображение – растровый объект; вставляется как внешний объект из заранее приготовленного файла. (Вставка → Рисунок → из файла). © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Вставка формул • Пример: • 1) второй замечательный предел; • 2) определение предела функции (по Коши); © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008) 60
Лекция 10 Память компьютера. Файлы. Файловая система. Команды MS DOS для каталогов и файлов. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Память • Термин «память» употребляется так же широко, как и термин «информация» - в геологии, биологии, физике… • У живых существ память служит для накапливания, хранения и извлечения информации. • Генетический код – исторически первая форма памяти. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Память ПК • • • Память МП (регистры); Кэш-память; ОЗУ (RAM = random access memory); ПЗУ (ROM = read only memory ); Внешняя память (диски, CDROM, flash-память …. ) © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Классификация ЗУ: • • Время доступа. Объём. Стоимость хранения. нс - nannos ( карлик ) 1 нс = 10 -9 с © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Сравнение различных видов памяти Объём Название ЗУ Время доступа 10 байт Регистровая память МП 2. . 3 нс 10 - 100 Кб Статическая память (SRAM) КЭШ 5. . 8 нс Гигабайты Динам. память (DRAM) ОП 10. . 20 нс 100 КБ ПЗУ 35. . 100 нс Гигабайты Внешняя память НЖМД tдост=10 мс 1. . 2 МБ Внешняя память НГМД (сейчас 100 мс практически не употребляется) 800 МБ CD-ROM © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
SRAM • Полупроводниковая статическая (SRAM) — ячейки представляют собой полупроводниковые триггеры. • Преимущества - небольшое энергопотребление, высокое быстродействие. Отсутствие необходимости производить «регенерацию» . • Недостатки — малый объём, высокая стоимость. Сейчас широко используется в качестве кеш-памяти процессоров в компьютерах. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
DRAM • Полупроводниковая динамическая (DRAM) — каждая ячейка представляет собой конденсаторов небольшой ёмкости, которые быстро теряют заряд; • Достоинства — низкая стоимость, большой объём. • Недостатки — необходимость периодического считывания и перезаписи каждой ячейки — «регенерации» , и, как следствие, понижение быстродействия, большое энергопотребление. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
регенерация DRAM информацию в оперативной памяти приходится обновлять; этот процесс называется регенерацией памяти. На протяжении времени, называемого шагом регенерации, в DRAM перезаписывается целая строка «ячеек» , и через 8 -64 мс обновляются все строки памяти. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Микропороцессор (CPU) • МП – «сердце» любого компьютера. • МП могут быть самыми различными, но все они делаю примерно одно и тоже, причём примерно одинаково. • см. рис. Intel_80486 DX 2 © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Основные функции МП: • • выборка команд из ОЗУ; декодирование команд; выполнение операций, заданных в команде; управление пересылкой данных; обработка прерываний; обработка сигналов от внешних устройств управление работой устройств, входящих в состав вычислительной системы © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Регистры МП • - это сверхбыстрая память внутри процессора, предназначенная для хранения промежуточных результатов вычислений или содержащая данные, необходимые для работы процессора; • регистры МП: РОНы, регистры сегментов, регистры смещения, регистр состояния процессора (флагов); © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Cache. Кэширование. • Кэширование - способ совместного функционирования 2 -х типов ЗУ, отличающихся временем доступа и стоимостью хранения. • Кэширование позволяет за счёт копирования данных из медленного ЗУ в быстрое ЗУ : • уменьшать время доступа; • экономить быструю память. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Схема cache Ответ(промах) Регистр процессора (быстрое ЗУ) Оперативная память (медленное ЗУ ) Запрос КЭШ Адрес Данные Упр. инф Ответ (попадание) © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008) 73
Принцип работы КЭШ • • Временная локальность. Пространственная локальность. t+Dt t t+Dt © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008) t
ВЗУ • гибкие магнитные диски (НГМД) ( практически вышли из употребления) • жёсткие магнитные диски (НЖМД) • магнитные ленты • оптические диски (CD-ROM) • цифровые (DVD) • flash - память © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
HDD © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
HDD © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
организация хранения данных на диске • дорожки (треки) - строки • секторы - столбцы • цилиндры форматирование диска Кластер !!! © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008) 78
Гибкий диск 3. 5’’ • • Количество секторов на дорожке = 18 Количество дорожек = 80 две стороны Объём сектора = кластер = 512 байт = 0. 5 Кб • Объём = 18*80*2*0. 5 = 1440 Кб ≈1. 4 Мб © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Файлы. • Файл – поименованная область внешней памяти (обычно это диск); • Файловая система (часть ОС) – совокупность программ, обеспечивающая выполнение основных операций над файлами; • наиболее популярные - FAT 16, FAT 32, NTFS • Типы файлов – текстовые, графические, звуковые, бинарные (двоичные) и т. д. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Основные действия над файлами: • • • Создание Чтение данных из файла Запись данных в файл Редактирование Копирование Перемещение Удаление Поиск Печать Конкатенация (объединение) Изменение имени Изменение атрибутов файла © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Атрибуты файла (DOS) • • R – Read only H - Hidden S – System file A – Archive ( этот атрибут сбрасывается при создании резервной копии) © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Логическая структура файловой системы (DOS) • Имена дисков A: B: C: D: …. • Имена файлов : имя и расширение имени: FA 135. txt gtw_1. bmp • DOS имена файлов: имя – от 1 до 8 символов, расширение – не более 3 -х • Windows – имена от 1 до 255 символов © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Шаблоны имён файлов: • Можно называть сразу несколько файлов, используя спец. символы * и ? • ? заменяет один символ в имени файла • * - заменяет несколько символов • Примеры: RT? 01. txt , ? bc. doc, ? ? 7. mm? • RT 001. txt, RT 101. txt, RTA 01. txt …. • abc. doc, xbc. doc, ubc. doc, …. . • df 8. mm 1, AS 5. mmw, AB 7. mma …. . © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Шаблоны имён файлов (прод. ): • • qwe*. bmp ~ qwerty. bmp, qwe 555. bmp *. txt ~ dfgh. txt, a 00001. txt, …. abc. * ~ abc. exe, abc. gif, abc. bat *. * ~ все файлы © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Стандартные расширения имён файлов: • • *. exe *. com *. bat *. sys *. arj *. zip *. rar © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008) • • *. doc *. xls *. pas *. txt *. bmp *. jpg *. gif и т. п. 86
Каталоги (директории, папки) • Каталог – файл специального вида (таблица), в котором регистрируются другие файлы. • Каталог содержит сведения о файлах, зарегистирированных в нём; • В каталог могут входит данные о других каталогах (подкаталоги) © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Каталоги (прод. ) • Корневой каталог диска не содержится в других каталогах (Root Directory). • Для корневого каталога выделяется определённое место на диске • Корневой каталог может содержать не более 112 записей, каждая из которых имеет размер 32 байта. Размер коневого каталога =112*32 = 3584 байта • Корневой каталог нельзя удалить. • A: C: E: - корневые каталоги на дисках А, С, Е. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Как устроен каталог ? • Каталог – таблица, каждая запись которой описывает либо файл, либо каталог более низкого уровня. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008) Поле кол. байтов имя файла 8 расширение 3 атрибут 1 резерв время созд. дата созд. номер класт. раз. файла ВСЕГО 10 2 2 2 4 32 байта 89
FAT 16 – таблица ( File allocation table) 0001 0006 0002 0005 0003 FFF 1 0004 FFF 1 0005 000 E 0006 000 A 0007 0008 0009 000 A 000 C 000 B 000 C FFFF 000 D 000 E 0010 000 F 0010 0012 0011 0012 FFFF 0013 0014 0015 0016 0017 0018 0019 001 A 001 B FFF 0 FFF 1 FFF 2 … FFF 7 FFF 8 FFF 9 …. FFFF Мин. размер кластера = 512 байт = 0. 5 Кб = сектор дорожки размер кластера = к*512, где к= 2 n © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008) FAT 32
FAT 16 • • • номера кластеров под файлы в 16 - коде от 0002 до FFF 0 ; дефектный кластер содержит FFF 1 – FFF 7 Признак последнего кластера для данного файла : FFF 8 - FFFF • Признак свободного кластера: 0000 © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Иерархическая структура файловой системы: С: Bio Micro fa. txt IZ BEC as. txt C: BIOMicrofa. txt C: BIOBECas. txt © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008) Geo PTF Auto Progr fb. txt C: PTFProgrfb. txt
Для обращения к файлу надо указать: • Диск - Каталог - Имя файла; • D: PathFilename. type • Диск: Путьимя файла. расширение • Внутренние и внешние команды MSDOS; файл COMMAND. COM • Windows команда CMD. exe © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Основные команды MS DOS (каталоги и диски) • • • • Текущий диск, текущий каталог E: CD имя или CD disk: path CD. . CD Dir [disk : path] [ /P / W ] MD имя-каталога создать каталог RD имя-каталога удалить каталог Cls Copy Tree Date Ren Time Type Ver © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Команды DOS для работы с файлами • Команда: Copy ОТКУДА • для копирования файлов • для создания файлов • для конкатенации файлов • для вывода файлов (на экран, принтер) 1) COPY e: mydir 1f 1. txt 2) COPY con fname ВВОДИМ СОДЕРЖИМОЕ ФАЙЛА …. ^Z (нажимаем Ctrl и Z) © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008) f: newdir
Команда Copy • Copy f 1+f 2+f 3 f 4 - конкатенация • COPY fname CON • COPY fname PRN © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Другие команды DOS • • • REN F_old F_new DEL fname TYPE fname Date Time Format D: форматирование диска © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Командные файлы (*. BAT) • Call –вызов одного bat-файла из другого • Echo – отображение команд на экране • Goto – передача управления в помеченную строку • If • Pause • Rem – комментарии © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Прямой и последовательный доступ к файлам • Прямой доступ – файл имеет записи фиксированной длины • Последовательный доступ – записи переменной длины. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Другие устройства памяти • • • Flash-disk CD-ROM CD-RW DVD-ROM DVD-RW © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Лекция 11 Операционные системы. Основные функции ОС. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Краткая история развития ОС • В середине 40 -х одни и те же люди проектировали, использовали и программировали ВМ. • Программы составлялись на машинном языке. • ОС на этом этапе развития ЭВМ отсутствовали. • Были только библиотеки математических программ и программы управления УВВ © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
История развития ОС (50 -е годы) • В 50 -х годах появились первые алгоритмические языки программирования высокого уровня: Fortran (Фортран), Algol (Алгол), Cobol (Кобол) и соответствующие трансляторы. В процессе работы на ЭВМ выделились однотипные действия, которые приходилось выполнять постоянно. Например: © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Однотипные действия: • Загрузка транслятора; • Получение результирующей программы в машинных кодах; • Осуществлять связь с библиотеками программ; • Загрузка программ в ОП; • Запуск программы; • Вывод результатов; © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Развитие ОС • Специально обученные люди выполняли работу по организации вычислительного процесса. • Появились системы пакетной обработки и «язык управления заданиями» . • Появились все механизмы присущие современным ОС © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Основные механизмы ОС • • мультипрограммирование мультипроцессирование, многотерминальный режим, виртуальная память, файловые системы, разграничение доступа, сетевая работа. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
мультипрограммирование • используется для максимальной загрузки процессора (в памяти ЭВМ находится несколько программ, выполняемых попеременно на одном процессоре). • реализовано в двух режимах: в режиме «пакетная обработка» и/или «разделения времени» © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Сетевые ОС • В начале 70 -х появились первые сетевые ОС. • Они позволяли организовать распределённое хранение и обработку данных между несколькими компьютерами, соединёнными электрическими связями. • Первое практическое воплощение идей сетевого взаимодействия ЭВМ состоялось в США в рамках проекта ARPANET 1969 г. • C 90 -х все ОС стали сетевыми – ядро ОС содержит сетевые функции © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Общее представление об ОС (OS). • Три основных компонента (элемента) вычислительной системы: User + Software + Hardware. Отсутствие любого из них делает невозможной работу вычислительной системы. User Аппаратный интерфейс Программный интерфейс OS Hard © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008) Soft Аппаратно -программный интерфейс
Программное обеспечение (Soft. Ware) содержит: • Базовое ПО - входит в состав оборудования. Хранится в ПЗУ. Обеспечивает взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Запись делается на стадии производства. Есть перепрограммируемые ПЗУ. • Системное ПО – образует ОС: драйверы, все виды интерфейса. • Служебное ПО - всевозможные утилиты, автоматизирующие работу по проверке, настройке, наладке пк ; проводник, архиваторы, диагностика, антивирусная защита. • Прикладное ПО © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Прикладное ПО: текстовые редакторы, графические редакторы, СУБД, электронные таблицы, CAD – системы, ГИС-системы, издательские системы, экспертные системы, Web-редакторы, Браузеры, бухгалтерские программы, музыкальные редакторы и т. д. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Аппаратное обеспечение (Hard. Ware): • Процессор, УВВД (периферийные устройства); • для согласованной работы между различными устройствами выч. системы созданы спец. устройства – они осуществляют аппаратный интерфейс (последовательный и параллельный). © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Виды интерфейса пользователя: • • • Командный интерфейс (командная строка) Unix, MS DOS, … WIMP – Windows Image Menu Pointer ( пример - Norton Commander). GUI - графический интерфейс: примером является OC Windows. SILK – Speech Image Биометрический интерфейс. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Требования к современной ОС • • • Расширяемость: жизнь ОС длиннее, чем жизнь аппаратной части. Достигается за счёт модульности ОС. Переносимость( Portable) - если код ОС можно легко перенести с проц. одного типа на процессор другого типа. Многоплатформенность. Совместимость : запуск приложений в различных ОС. Надёжность Безопасность (защита данных от несанкц. доступ, легальность User’a) Производительность. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
ОС как виртуальная машина • User не обязан знать как функционируют блоки и узлы ПК, может не знать системы команд процессора, он имеет дело с высокоуровневыми функциями (командами), которые предоставляет ОС © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
ОС как система управления ресурсами. • – распределяет ресурсы ПК: процессоры, ОП, таймер, наборы данных, принтеры, сетевые устройства и др. • Ресурсы распределяются между процессами. • ПРОЦЕСС – программа в стадии выполнения. • Программа- статический объект, представляющий собой файл с кодами и данными. • Процесс – динамический объект – возникает в ОС после запуска программы. • Мультипрограммная система обеспечивает одновр. выполнение нескольких процессов на одном ПК, разрешает конфликты между процессами при одновременном обращении к одному устройству или данным © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
ОС выполняет ряд однотипных действий: • • планирование ресурса -определение, когда и какому процессу следует выделить ресурс. удовлетворение запросов на ресурс отслеживание состояния ресурса разрешение конфликтов © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Задачи ОС по управлению файлами и УВВ • Параллельная работа УВВ и МП; • Согласование скорости обмена данными и кэширование; • распределение устройств и данных между процессами; • обеспечение логического интерфейса между устройствами и ост. системой; • поддержка различных драйверов; • поддержка различных Ф. систем • поддержка операций ВВ © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Swapping and virtual memory: • Объём ОП ограничивает число одновременно выполняемых программ и размеры их адресных пространств. • Можно выгружать образы процессов на диск, когда такие процессы временно неактивны © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Виртуализация ОП производится двумя способами: • Swapping (свопинг) – образы процессов выгружаются на диск и возвращаются с диска целиком. • Virtual memory (виртуальная память) – между ОП и диском перемещаются части образов процесса: коды и данные. ОП © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008) Диск
АРХИТЕКТУРА ОС • Под архитектурой ОС понимают структурную организацию ОС на основе различных программных модулей, исполняемые и объектные модули, библиотеки разл. типов. • Модули ОС делятся на две группы: ядро ОС (модули, выполняющие основные функции ОС) и другие, вспомогательные модули. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Архитектура ОС (продолжение) • Ядро управляет процессами, памятью, УВВ…Это резидентная часть ОС. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Вспомогательные модули ОС (Служебное ПО) делятся на: • утилиты – решают отдельные задачи управления и сопровождения КС ( сжатие дисков, архивация данных, дефрагментация) • системные обрабатывающие программы – текстовые или графические редакторы, компиляторы, компоновщики, отладчики. • предоставление Usr дополн. услуг – спец. вариант интерфейса, игры, калькулятор. • библиотек процедур –математика, функции ВВ… © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Лекция 12 Локальные и глобальные вычислительные сети. История развития вычислительных сетей. ARPANET – первая ГВС. Топология ЛВС. Методы коммутации абонентов в сетях. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Компьютерная сеть - • • • два или более ПК, объединённых с помощью среды передачи данных с целью: хранения; обработки; передачи информации; совместного использования аппаратных и программных средств; совместного доступа к ресурсам данных. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
• • Что даёт предприятию использование компьютерных сетей? Возможность выполнять параллельные вычисления. Соотношение производительность / стоимость в сетях лучше, чем в централиз. системах (выч. системы с единым центром обработки данных) Большая надёжность. В распределённых системах отказоустойчивость выше, чем в централизованных системах. Совместное использование данных и устройств. Оперативный доступ к обширной корпоративной информации © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
История возникновения компьютерных сетей. (1 этап. ) • Громоздкие компьютеры 50 -х годов использовались в режиме пакетной обработки. • Система пакетной обработки строилась на базе Main. Frame-ов - мощные и надёжные компьютеры. • Пользователь готовил программу в виде колоды п/к. передавал её оператору ВЦ, который вводил программу в ЭВМ Через день пользователь получал результаты. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
2 этап. Многотерминальные системы. Начало 60 -х. • Многотерминальные системы - прообраз современных локальных сетей. Процессоры подешевели - появились многотерминальные системы с разделением времени. • К ЭВМ подсоединили несколько терминалов, за которыми работали программисты. Терминалы были удалены от ЭВМ. Но ЭВМ была одна. • Производительность была пропорциональна стоимости ЭВМ, поэтому выгоднее было иметь один дорогой mainframe, чем две более дешёвых машины. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
3 этап. (Появление глобальных сетей). • Исторически первыми появились ГВС. • Сначала была решена задача доступа к ЭВМ с терминала, удалённого от неё на расстояние до 1000 км. • Первая ГВС была создана в США в конце 60 -х годов ХХ в. Она называлась ARPANET (Advanced Recearch Project Agency NET). © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
проект ARPANET • Advanced Recearch Project Agency NET • Мин. Обороны США поставило задачу: создать систему передачи данных, которая обладала бы максимальной устойчивостью к повреждениям и сохраняла работоспособность даже при полном выведении из строя большинства её компонентов. • Сеть ARPANET окончательно заработала только в 1969 г. , когда от момента начала проекта прошло 12 лет. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
История создания ARPAnet • Роберт Тейлор и Пол Бэрэн стояли у истоков разработки проекта ARPANET. • Уже на этапе развития были разработаны основные идеи и концепции современных вычислительных сетей: • многоуровенные коммутационные протоколы, технология коммутации пакетов, маршрутизация пакетов в гибридных сетях. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
основные идеи и концепции современных вычислительных сетей: 1. Тейлор придумал связать ЭВМ друг с другом, используя единое программное обеспечение и одинаковые терминалы, при том, что каждая из этих ЭВМ имела свой, отличный от других язык и систему ввода данных. 2. Другая проблема – ухудшение связи прохождении через несколько коммутационных узлов связи. Было решено заменить аналоговый сигнал цифровым. Потери качества при передаче прекратились. 3. Было решено отказаться от централизованной структуры сети: сеть состоит из нескольких сегментов, и поэтому становится более надёжной. 4. Сообщение «нарезается» на пакеты (дейтаграммы), которые передаются по сети независимо друг от друга. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
ARPAnet • Первый сеанс связи между двумя ЭВМ состоялся в октябре 1969 года: одна из ЭВМ – Honeywell DDP-516 из Лос. Анджелеса (вес 500 кг, память 12 Кб, цена $80 000) , другая – на расстоянии 520 км в Стэнфордском Исследовательском Институте. • Первое переданное слово – Login. • В СССР первая глобальная сеть была создана в 1986 – ИАСНЕТ, в 1991 – RELCOM. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
4 этап. Появление локальных ВС. (Начало 70 - х) • Появились мини-компьютеры, которые стали заменять M-frame. • Несколько мини-комп. с успехом стали заменять одну большую ЭВМ. • Для объединения мини-компьютеров одного предприятия в единую сеть были разработаны соответсвующие аппаратные и программные средства, что привело к появлению первых локальных ВС. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
5 этап. Стандартизация технологий ЛВС. (Середина 80 -х). • Появились стандарты соединения ПК в сеть: Ethernet, Arcnet, Token Ring. • Теперь для построения сети нужно было действовать в соответсвии с известными стандартами: купить стандартные сетевые адаптеры, кабели, стандартные разъёмы и установить на ПК какую-либо сетевую ОС. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
6 этап. Современные тенденции развития компьютерных сетей. • Сокращается разрыв между локальными (LAN) и глобальными (WAN) сетями. • Появилось коммуникационное оборудование - коммутаторы, маршрутизаторы, шлюзы. • Благодаря этому стало возможным построение больших корпоративных сетей со сложной структурой. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
В качестве среды передачи данных используются: • • • кабель(провод), витая пара, коаксиальный кабель, радиоканал, оптоволокно, … © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Витая пара и коаксиальный кабель © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008) 138
Оптоволокно Скорость передачи данных может измеряться сотнями гигабит в секунду. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Топология сетей • - способ организации физических связей между компьютерами. • - конфигурация графа, вершинам которого соответствуют компьютеры сети, а рёбрам - физические связи между ними. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Различают следующие основные виды топологий: • • • шинные (Ethernet) кольцевые (Token ring) звёздная топология (Arc. Net) многосвязная гибридная иерархическая © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Типы соединений A - линия B - многосвязная C - звезда D - кольцо E - шина F - иерархическая © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Шинная топология (Ethernet) © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Кольцо (Token Ring) © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008) 144
Звёздная топология (Arc. Net) Hub = концентратор © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Методы коммутации абонентов в сетях. • Любые сети связи поддерживают некоторый способ коммутации абонентов между собой; • коммутация сообщений (message switching) • коммутация каналов (circuit switching) • коммутация пакетов (packet switching) © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Схема коммутации (коммутаторы, магистрали, абоненты) 3 G 8 C B 2 7 D A 1 F E 4 © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008) 5 6 147
Коммутация каналов • - образование непрерывного физического канала из последовательно соединённых канальных участков для прямой передачи данных между узлами. • Каналы соединяются между собой коммутаторами - они устанавливают связь между любыми двумя узлами сети. • Пример – обычное телефонное соединение. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
При коммутации сообщений • абонент доставляет своё сообщение до ближайшего коммутатора сети. • Далее продвижение сообщения по магистралям сети обеспечивается коммутаторами. • Пример – отправление посылки почтой, связь по пейджеру, и т. п. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
При коммутации пакетов • сообщение «нарезается» на отдельные небольшие части - ПАКЕТЫ, каждая из которых продвигается по сети самостоятельно; • в точке назначения из полученных пакетов сообщение восстанавливается. Структура IP- пакета Адрес Номер Содержимое Контрольн. Адрес получателя отправителя пакета сумма © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Локальные и глобальные сети • Локальные сети: единый комплект протоколов + территориальная компактность (2 -3 км); • ГВС : объединяют отдельные локальные сети с различными протоколами на значительном удалении друг от друга; связь – телефонные линии, радио, спутник… © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Одноранговые сети и сети с выделенным сервером. • Редиректор (R) и сервер (S) : сетевое ПО делится на редиректор и сервер. R S Сервер - постоянно находится в режиме ожидания запросов, поступающих по сети от других ПК. Сервер - ПК, поставляющий ресурс. Клиент - вырабатывает запросы на доступ к удалённым ресурсам и передавать их по сети на нужный ПК. Клиент - потребитель ресурсов. Редиректор - 1) поиск, открытие, чтение, запись и удаление файлов; 2) формирование заданий на печать. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Способы передачи данных: • • • симплексный - передача только в одном направлении; полудуплексный - передача в 2 -х направлениях, но в разное время; дуплексный - одновременная передача в 2 -х направлениях; © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Модель OSI. • Для решения сложных задач используется разбиение одной сложной задачи на несколько более простых задач: • задачу можно разбить на несколько уровней (надо выделить ниже лежащие и выше лежащие уровни решения задачи); • на каждом уровне задача разбивается на отдельные модули; © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Организация сетевого взаимодействия 2 -х пк: • • • В процессе сетевого обмена сообщениями участвуют две машины - надо организовать согласованную работу двух иерархий: Модули лежащие на одном уровне могут обращаться с запросами только к модулям нижележащего соседнего уровня. Результат работы модулей некоторого уровня может быть передан только модулям соседнего вышележащего уровня. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
уровни и модули: уровень 1 уровень 2 уровень 3 © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008) 156
Протокол и интерфейс. Протокол- правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются компоненты одного уровня, но в разных узлах сети, называются протоколом. Модули одного узла на соседних уровнях обмениваются также по чётко определённым правилам - интерфейсу. На каждом уровне надо отрабатывать протокол своего уровня + интерфейс с соседними уровнями. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Семиуровневая модель OSI КОМПЬЮТЕР-1 КОМПЬЮТЕР-2 7 Прикладной 7 6 Представительный 6 5 Сеансовый 5 4 Транспортный 4 3 Сетевой 3 2 Канальный уровень 2 1 Физический уровень 1 © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008) 158
Функции отдельных уровней: • • Физический уровень (Physical layer)- передача битов по каналам связи (коаксиальный кабель, витая пара, оптоволокно и т. п. ). Функции этого уровня выполняет сетевой адаптер или последовательный порт. Канальный уровень (Data Link layer): проверка доступности среды передачи данных. Обнаружение и коррекция ошибок. Здесь биты группируются в кадры(frames). Для контроля за правильностью передачи используется контрольная сумма кадра. Возможна повторная передача данных в случае их повреждения. Доставка данных внутри локальной сети с типовой топологией. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Функции сетевого уровня: • • • Сетевой (network layer)- служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей. Внутри сети доставка идёт на канальном уровне, а доставка между сетями - на сетевом. Сетевой уровень поддерживает возможность правильного выбора маршрута передачи сообщения в случае нестандартной структуры связей между сетями. Сети объединяются маршрутизаторами. М собирает информацию о топологии межсетевого соединения и на её основе пересылает пакеты между сетями. Нужно совершить последовательность хопов (Hop - прыжок). Проблема выбора наилучшего пути называется маршрутизацией, и её решение достигается на сетевом уровне. Сообщения сетевого уровня называются пакетами. При доставке пакетов на СУ используется номер сети. Адрес содержит номер сети и номер узла в этой сети. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Функции транспортного уровня : • Транспортный (Transport layer) - нарезка сообщений на пакеты - при передаче; • сборка сообщений из пакетов - приёме; • распознавание и исправление ошибок; • обеспечивает приложениям верхнего уровня передачу данных с нужной степенью надёжности. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
сеансовый, представительный, прикладной: • • • Сеансовый (Session layer) - обеспечение управления диалогом между ПК, управление процессом передачи информации, его длительностью, предоставляет средства синхронизации. Представительный (Presentation layer) - отвечает за форму представления передаваемых по сети данных; используя заголовок прикладного уровня выполняет требуемые действия, добавляет свой заголовок. Преобразует данные с прикладного уровня в промежуточный формат, шифрование данных, сжатие, и т. д. Прикладной (Application layer) - формируется сообщение стандартного формата ( заголовок поле данных). Здесь приложение получает доступ к сетевому сервису. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Сетевые устройства: • • • Репитер (Repeater) = устройство для передачи пакетов из одного сегмента ЛВС в другой. Усиливает сигнал. Используется для увеличения размеров ЛВС. Концентратор (Hub) = это репитер, соединяющий несколько физических сегментов. Имеет несколько портов. Усиливает сигнал с полученный на одном из портов и передаёт его на остальные. Мост (Bridge) = позволяет делить среду передачи данных на две или более подсети (сегменты). Передаёт данные из одной подсети в другую только тогда, когда в этом есть необходимость. Изолируется трафик одного сегмента от трафика другого сегмента, благодаря чему повышается производительность сети. Имеет один процессорный блок. Коммутатор (Switch) = похож на мост. Отличие в том, что он является коммуникационным мультипроцессором. Каждый его порт оснащён процессором, который обрабатывает данные (кадры) независимо от других процессоров. Маршрутизатор (Router) = используют не плоские, а составные числовые адреса. Могут работать в сетях с замкнутым контуром. Могут выбирать наиболее рациональный маршрут. Могут связывать подсети с разными сетевыми технологиями. Пересылает пакеты в нужный сегмент ЛВС. Работает на сетевом уровне OSI. Шлюз (Gateway) = используется для соединения сетей с разными типами системного и прикладного программного обеспечения. Соединяет ЛВС и более крупную сеть, которая использует другие протоколы. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Адресация в IP- сетях. К адресу узла в сети предъявляются следующие требования: 1. Адрес должен однозначно определять ПК в сети. 2. Схема назначения адресов должна быть максимально простой. 3. Адрес должен иметь иерархическую структуру. 4. Адрес должен быть символьного типа. 5. Адрес должен быть компактным. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
адресация в сетях Все эти требования трудно совместить. На практике используют несколько схем: • аппаратные(локальные); • IP- адреса; • символьные доменные адреса. Аппаратный адрес используется для доставки данных в пределах подсети. Обычно это номер сетевого адаптера. (MAC -media access control). © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Символьные доменные имена • строятся по иерархическому принципу. Полное символьное имя в IP- сетях состоит из имён узлов: перечисление идёт от простого имени конечного узла, затем имя группы узлов, затем имя более крупной группы(поддомена), и затем имя домена самого высокого уровня: mstu. edu. ru. служба DNS устанавливает соответствие между IP-адресом узла и его символьным именем. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
IP-адреса (IPv 4 1978 год) • основной тип адресов, на основании которых сетевой уровень передаёт пакеты между сетями. • Для их записи отводится 4 -е байта. IP-адрес состоит из номера сети и номера узла в сети. • IP – адрес назначается администратором во время конфигурирования компьютеров и маршрутизаторов. Каждый порт маршрутизатора имеет свой IP - адрес. • IP- адрес соответствует одному сетевому соединению. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Примеры IP-адресов • • • 97. 56. 168. 89 189. 45. 124. 201 111. 231. 35. 18 Неправильные IP- адреса: 278. 101. 12. 35 37. 315. 56. 11 количество различных IP-адресов = 232 = 22 *210*210 ≈ 4 миллиарда © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Классы IP-адресов Класс А 1 байт № сети 0 В D 1 № узла 0 1 1 байт № узла № сети 1 С 1 байт 1 © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008) 1 № сети 0 1 0 адрес группы multycast № узла
Структура заголовка IP-пакета. IP -пакет состоит из ЗАГОЛОВКА и ПОЛЯ ДАННЫХ. 4 бита номер версии протокола 4 бита длина заголовка 8 бит 16 бит тип сервиса приоритет 0. . 7) Общая длина пакета (загол. +поле данных) < 216 байт. ( D T R ID- пакета (у всех фрагментов исходного пакета ID совпадает ) 3 бита Поле смещений = fragment +offset. флаги d время жизни (не менее 1 секунды) протокол верхнего уровня m контрольная сумма (для заголовка) IP- адрес источника IP- адрес приёмника © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008) Всего 5*32 =160 бит
Проблемы IPv 4 • • Маленькое адресное пространство. Нет механизма автоматической конфигурации адресов. Низкая производительность (фрагментация пакетов). Неприспособленность к передаче данных, чувствительных к задержке. • Единственный адрес для корпоративных сетей. • Прблемы безопасности. • Нет возможности для широковещательной передачи данных (телевещание). • ВСЕ ЭТИ Проблемы решает новая версия протокола IPv 6 Начало разработки – 1992 г. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Требования к протоколу IPv 6 1. Совместимость с текущей версией. 2. Увеличение адресного пространства. 3. Более простые пакеты с использованием различных средств передачи 4. Совместимость с требованиями приложений реального времени. 5. Промежуточные узлы маршрута могут быть определены непосредственно в пакетах. 6. Наличие механизма защиты данных. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
IPv 6 • 128 -ми битные адреса (16 байт). • Улучшения в формате пакета приведут к ускорению процессов маршрутизации. Нет контрольной суммы. • Заголовок фиксирован и равен 40 байтам (2. 6 % от объема трафика) Ранее – 1. 3%. . 3. 9 % • Возрастет качество передачи видео и речи. • Корпоративные сети получат требуемое количество IP адресов. • Поддежка широковещательной передачи данных (Multicasting). © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Основные положения теории цвета • Световой поток падает на сетчатку глаза от отражающего или излучающего объекта. • Цветовые рецепторы делятся на три группы: ( красный - зелёный - синий). • Различают аддитивное и субтрактивное цветовоспроизвдение. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Принципы формирования изображений • Векторная графика (линия) • Растровая графика (dpi, pixel, lpi) • Сравнить изображение линии в Word и Paint • Оттенки серого цвета от 0 до 255 (байт) • Два байта – 65 536 оттенков (High Color) • Три байта – 16. 5 миллионов цветов © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Модель RGB. • • W = R+G+B W – R = G+B = Cyan W – G = R+B = Magenta W – B = R+G = Yellow Модель CMYK © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Диаграмма цветов RGB R Yellow G W Cyan Magenta B © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008) 177
Графические файлы • • TIFF (растр) PSD (photo. Shop) PCX BMP JPEG GIF PDF (Adob) © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Элементы теории кодирования • Проблема надёжности передачи информации в каналах связи. • Вместо слова «а» передаётся его код в=К(а); • Коды с обнаружением ошибок • Коды с исправлением ошибок © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Групповые коды • Слова длинной m: a=(a 1, a 2, a 3, …am) • Для их передачи используются кодовые слова длиной n: b=(b 1, b 2, b 3, …bn) • Такие коды называются (m, n) кодами; • G - порождающая матрица (m; n) состоит из 0 и 1; её элементы gik ; • Кодовые слова получаются умножением слева слов «a» на G: • b=a*G; • суммирование по модулю 2. © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Пример © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Определения • Число единиц в бинарном слове «а» называется его весом и обозначается w(a): • w(1100111)=5; • Наименьшее расстояние между кодовыми словами d(bi, bk) равно наименьшему весу ненулевого кодового слова. • d(bi, bk)=w(bi+bk) © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Поздравляю всех с наступающим Новым Годом! © Луковкин С. Б. (МГТУ-2008)
Скачать презентацию Лекция 8 Алгоритм. Блок-схемы. Машина Тьюринга. ©
Информатика _ 1семестр часть2.ppt