Информатика. Лекция 1. Информация и информационные процессы

Информатика

Лекция 1. Информация и информационные процессы

План:

1. Понятие информации.

2. Измерение информации.

3. Свойства информации.

4. Формы представления информации.

Литература:

1. Романова Ю.Д. Информатика и информационные технологии : учеб. пособие / Ю.Д. Романова, П.А. Музычкин, И.Г. Лесничая, В.И. Шестаков, И.В. Миссинг; под ред. Ю.Д. Романовой. – 4-е изд., перераб. и доп. – М. : Эксмо, 2010. – с. 13-16, 17-21, 24-28.

2. Акулов О.А., Медведев Н.В. Информатика: базовый курс / О.А. Акулов, Н.В. Медведев. 2-е изд., испр. и доп. – М.: Омега-Л, 2005. – с. 4-8, 31-42.

3. Статья «Информация» в проекте «Викизнание» // http://www.wikiznanie.ru/

4. Статья «Информация (в кибернетике)» в проекте «Викизнание» // http://www.wikiznanie.ru/

5. Статья «Сигнал» в свободной энциклопедии «Википедия» // http://ru.wikipedia.org/

Понятие информации

Термин «информация» происходит от лат. Informatio, что означает: сведения, разъяснение, осведомленность, изложение. Информация – это основное неопределяемое понятие информатики. Первоначально смысл слова «информация» трактовался как нечто присущее только человеческому сознанию и общению:…

Измерение информации

Объем информации (объемный подход). Сообщение представляет собой совокупность символов какого-либо алфавита. При этом каждый новый символ в… Так в десятичной системе счисления единицей измерения информации будет дит… В двоичной системе счисления единицей измерения информации является бит (bit – binary digit – двоичный разряд). В этом…

Свойства информации

С точки зрения информатики наиболее важными представляются следующие общие качественные свойства: достоверность, точность (адекватность),… · Достоверность определяется способностью информации отражать реально… · Точность (адекватность) информации определяется степенью ее близости к реальному состоянию объекта, процесса,…

Формы представления информации

Информация может существовать в самых разнообразных формах, в виде:

· текстов;

· рисунков, чертежей и фотографий;

· световых или звуковых сигналов;

· радиоволн;

· электрических и нервных импульсов;

· магнитных записей;

· жестов и мимики;

· запахов и вкусовых ощущений;

· хромосом, передающих по наследству признаки и свойства организмов, и т.д.

Предметы, процессы, явления материального или нематериального свойства, рассматриваемые с точки зрения их информационных свойств, называются информационными объектами.

Информация в общении людей

Информация, получаемая посредством визуального наблюдения, чтения, является зрительной информацией, Зрительную информацию можно не только получить,… В общении людей присутствует также звуковая информация (устная речь, музыка и… Особое внимание следует уделить письменности. Письменность – это знаковое (буквенное) представление устной речи, в…

Информация в технических устройствах и системах

Современная жизнь не представляется без различных устройств, которые помогают облегчить жизнь и заменяют человека при выполнении многих задач. Работа технических устройств не возможна без процессов обработки информации. В технических системах прем, обработка и передача информации осуществляются при помощи сигналов. Сигналы отражают физические характеристики изучаемых объектов и процессов. Посредством сигналов информация может передаваться на длинные и короткие расстояния, различным образом перерабатываться, сохраняться, уничтожаться и т.п.

Различают два вида сигналов: звуковые и электрические. При передаче информации посредством электрического сигнала значение информации выражается в параметрах электрического тока – в силе тока и напряжении.

Существующие в технических устройствах сигналы делятся на непрерывные (аналоговые) и дискретные.

Непрерывность сигнала означает возможность его изменения на любую малую величину в любой заданный малый промежуток времени (см. Рисунок 2).

Рисунок 2. Непрерывный сигнал

Образование аналогового сигнала происходит, например, при получении первичной информации с датчиков, связанных с изучаемыми объектами или внешней средой. Полученный сигнал обычно требует дальнейшей доработки. Это может быть передача, преобразование или сохранение.

Примером аналоговой передачи сигнала является передача речи по телефонным проводам: речевая информация преобразуется в аналоговые электрические сигналы, которые затем обратно преобразуются в речевой вид.

Примером аналогового преобразования сигнала является преобразование сигнала идущего от микрофона к динамику. Микрофон преобразует звуковой сигнал в слабый электрический ток, выходной характеристикой которого является напряжение. Микрофон и динамик применяются в случае, когда стоит проблема усиления звукового сигнала до требуемой величины. Получив необходимый сигнал, динамик преобразует его в звуковой, но уже более сильный, чем сигнал, поступивший на вход в микрофон.

Аналоговое сохранение информации является также довольно распространенным явлением. Это, например, запись звукового сигнала на магнитную ленту.

С появлением в 70-х гг. XX в. микропроцессора – основного элемента ЭВМ, а также микросхем, получили распространение дискретные сигналы и соответствующие способы их обработки.

Дискретность сигнала означает возможность его измерения только на конечном отрезке в строго определенные моменты времени, т.е. сам сигнал представляет собой не непрерывную функцию, а последовательность дискретных значений (см. Рисунок 3).

Рисунок 3. Дискретный сигнал

Дискретные значения функции, полученные в определенные моменты времени, имеют приближенные числовые значения. В случае, когда наличие приближенных значений не удовлетворяет поставленной задаче, производится округление имеющихся значений с заданной точностью. И тогда вместо приближенных значений получаются определенные конечные числовые значения.

Дискретный сигнал, значения которого выражены определенными конечными числами, называется цифровым (см. Рисунок 4). Для обработки, передачи и хранения цифровых сигналов существуют специальные технические устройства.

Рисунок 4. Цифровой сигнал

При преобразовании исходного аналогового сигнала в цифровой проявляется определенная погрешность. Использование современных высокоскоростных технических средств обработки и хранения цифровых сигналов позволяет значительно упростить и удешевить процесс преобразования аналогового сигнала в цифровой, а также устранить недостатки, присущие аналоговой передаче сигнала, например влияние шумов. В результате даже такие традиционные области использования аналоговых сигналов, как телефонная связь и радиовещание, переходят на цифровую обработку и передачу сигналов.

Контрольные вопросы

1. Что такое информация?

2. Какую формулу предложил Хартли для измерения количества информации? Приведите пример расчета количества информации по этой формуле.

3. Какаю формулу для измерения количества информации предложил Шеннон? Приведите пример расчета количества информации по этой формуле.

4. Перечислите и охарактеризуйте основные свойства информации.

5. Какие формы передачи информации между людьми вы знаете?

6. Что такое аналоговый сигнал?

7. Что такое дискретный сигнал?

8. Что такое цифровой сигнал?

Лекция 2. Системы счисления. Логические элементы ЭВМ

План:

1. Системы счисления.

2. Логические элементы ЭВМ.

Литература:

1. Романова Ю.Д. Информатика и информационные технологии : учеб. пособие / Ю.Д. Романова, П.А. Музычкин, И.Г. Лесничая, В.И. Шестаков, И.В. Миссинг; под ред. Ю.Д. Романовой. – 4-е изд., перераб. и доп. – М. : Эксмо, 2010. – с. 28-35.

2. Акулов О.А., Медведев Н.В. Информатика: базовый курс / О.А. Акулов, Н.В. Медведев. 2-е изд., испр. и доп. – М.: Омега-Л, 2005. – с. 54-81.

Системы счисления

Понятие системы счисления

Система счисления – совокупность правил наименования и записи чисел. Системы счисления делятся на позиционные и непозиционные. В непозиционных системах количественное значение символа определяется только… Наиболее совершенными являются позиционные системы счисления. Согласно позиционному принципу представления чисел один…

Перевод чисел в десятичную систему счисления

Перевод чисел в десятичную систему счисления осуществляется по формуле (1).

Например:

1,1101₂ = 1*2⁰ + 1*2^-1 + 1*2^-2 + 0*2^-3 +1*2^-4 = 1 + 0,5 + 0,25 + 0 + 0,0625 = 1,8125

0,D8D₁₆ = 13*16^-1 + 8*16^-2 + 13*16^-3 = 13*0,0625 + 8*0,003906 + 13* 0,000244 = 0,84692

Перевод десятичного числа в другую систему счисления

Например: 1510=11112   Чтобы перевести дробную часть десятичной дроби в другую систему счисления, нужно умножить дробную часть на основание…

Перевод чисел из двоичной системы счисления в восьмеричную (шестнадцатеричную)

2. Каждая триада (тетрада) заменяется восьмеричной (шестнадцатеричной) цифрой в соответствии с таблицей. Получившиеся символы записываются…   Например:

Перевод из восьмеричной (шестнадцатеричной) системы счисления в двоичную

Каждую восьмеричную (шестнадцатеричную) цифру следует заменить триадой (тетрадой) двоичных цифр в соответствии с таблицей.

Например: А32₁₆=1010 0011 0010₂

Логические элементы ЭВМ

Создателем алгебры логики является английский математик Джордж Буль (19 век), в честь которого она названа булевой алгеброй высказываний. Алгебра логики – раздел математики, изучающий высказывания, рассматриваемые со… Логическое высказывание – это любое повествовательное предложение, в отношении которого можно однозначно сказать,…

Контрольные вопросы

1. Что такое система счисления?

2. Какие бывают системы счисления?

3. Что такое основание системы счисления?

4. Как перевести десятичное число в другую систему счисления?

5. Как перевести двоичное число в десятичную систему счисления?

6. Как перевести восьмеричное число в двоичную систему счисления?

7. Что такое логический элемент компьютера?

8. Какую логическую операцию реализует схема И?

9. Какую логическую операцию реализует схема ИЛИ?

10. Какую логическую операцию реализует схема НЕ?

Лекция 3. Общая характеристика информационных процессов

1. Получение информации. 2. Передача информации. 3. Обработка информации.

Получение информации

Рассмотрим классификацию методов получения информации (см. Рисунок 5):   Рисунок 5. Методы получения информации

Передача информации

Канал связи (англ. channel, data line) — система технических средств и среда распространения сигналов для передачи сообщений от источника к… От источника сообщения сообщение поступает на вход передающего устройства.…  

Обработка информации

Обработка является одной из основных операций, выполняемых с информацией, и главным средством увеличения ее объема и разнообразия. Средства… Живые организмы и растения обрабатывают информацию с помощью своих органов и… Данными называют факты, сведения, представленные в формализованном виде (закодированные), занесенные на те или иные…

Накопление и хранение информации

Уже в древности человек столкнулся с необходимостью хранения информации: зарубки на деревьях, чтобы не заблудиться во время охоты; счёт предметов с… С рождением письменности возникло специальное средство фиксирования и… Вторым информационным скачком явилось книгопечатание. С его возникновением наибольший объём информации стал храниться…

Контрольные вопросы

1. Какие методы получения информации вы знаете?

2. Приведите определение канала связи.

3. Что такое «пропускная способность» канала связи?

4. Что такое «обработка информации»?

5. Приведите примеры средств, предназначенных для хранения данных.

Лекция 4. Технические средства реализации информационных процессов

План:

1. Поколения ЭВМ.

2. Классификация ЭВМ.

3. Основные принципы функционирования ПК.

Литература:

1. Романова Ю.Д. Информатика и информационные технологии : учеб. пособие / Ю.Д. Романова, П.А. Музычкин, И.Г. Лесничая, В.И. Шестаков, И.В. Миссинг; под ред. Ю.Д. Романовой. – 4-е изд., перераб. и доп. – М. : Эксмо, 2010. – с. 44-95.

2. Акулов О.А., Медведев Н.В. Информатика: базовый курс / О.А. Акулов, Н.В. Медведев. 2-е изд., испр. и доп. – М.: Омега-Л, 2005. – с. 232-236, 289-294.

3. Статья «Классификация ЭВМ» в проекте «Информатика» // http://high-info.ru/Klassif_EVM.htm

4. Статья «Компьютер» в свободной энциклопедии «Википедия» // http://ru.wikipedia.org/

Поколения ЭВМ

Первое поколение ЭВМ

· Элементная база – электронные лампы. · Основные устройства ввода – пульт, перфокарточный, перфоленточный ввод. · Основные устройства вывода – алфавитно-цифровое печатающее устройство (АЦПУ), перфоленточный вывод.

Второе поколение ЭВМ

· Период времени – 1960 – 1969. · Элементная база – полупроводники (транзисторы). · Основные устройства ввода – добавилась клавиатура.

Третье поколение ЭВМ

· Период времени – 1970 – 1979. · Элементная база – интегральные схемы. · Основные устройства вывода – добавился графопостроитель и принтер.

Четвертое поколение ЭВМ

· Период времени – с 1980. · Элементная база – большие интегральные схемы. · Устройства ввода – добавились сканер, мышь.

Классификация ЭВМ

Компьютер (электронная вычислительная машина, ЭВМ) – это комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.

Рассмотрим классификацию ЭВМ по назначению (см. Рисунок 7).

 

Рисунок 7. Классификация ЭВМ по назначению

Суперкомпьютеры

· Физика плазмы и статическая механика, молекулярная и атомная физика, теория элементарных частиц, теория турбулентности, астрофизика и др. · Вычислительная химия: квантовая химия, химия твердого тела, создание новых… · Метеорология: изучение атмосферных явлений для долгосрочного прогноза погоды.

Большие ЭВМ

Большие ЭВМ за рубежом часто называют мэйнфреймами (Mainframe). К мэйнфреймам относят компьютеры с многопроцессорной параллельной обработкой данных, быстродействием в миллиарды операций в секунду, многопользовательским режимом работы.

Основные направления эффективного применения мэйнфреймов – это решение научно-технических задач, работа в вычислительных системах с пакетной обработкой информации, работа с большими базами данных, управление вычислительными сетями и их ресурсами.

Родоначальником современных больших ЭВМ, по стандартам которой в последние несколько десятилетий развивались ЭВМ этого класса в большинстве стран мира, является фирма IBM. Ее модели IBM 360 и IBM 370, их архитектура и программное обеспечение взяты за основу и при создании отечественной системы больших машин ЕС ЭВМ. Среди лучших современных разработок мэйнфреймов следует отметить: американские IBM 390, IBM 4300, IBM ES /9000, а также японские компьютеры М 1800 фирмы Fujitsu.

Мини-ЭВМ

Родоначальником современных мини-ЭВМ можно считать компьютеры PDP-11 (Program Driven Processor – программно-управляемый процессор) фирмы DEC…

Микро-ЭВМ

· Универсальные. Многопользовательские микро-ЭВМ, оборудованные несколькими видеотерминалами и функционирующие в режиме разделения времени. · Серверы. Многопользовательские мощные микро-ЭВМ в вычислительных сетях,… · Специализированные. Рабочие станции представляют собой однопользовательские мощные микро-ЭВМ, специализированные…

Основные принципы функционирования ПК

Одним из основных достоинств ПК является принцип открытой архитектуры, заключающийся в том, что при проектировании ПК регламентируются и стандартизируются только принцип действия компьютера и его конфигурация (определяется совокупность аппаратных средств и соединение между ними). Построение ПК на основе принципа открытой архитектуры (модульности построения), обеспечивает возможность их сборки из отдельных узлов и деталей, разработанных и изготовленных независимыми фирмами-изготовителями. Такой компьютер легко расширяется и модернизируется за счет наличия внутренних расширительных разъемов, позволяющих пользователю добавлять разнообразные устройства, удовлетворяющие заданному стандарту, и тем самым устанавливать конфигурацию своего ПК в соответствии со своими личными предпочтениями.

Упрощенную схему, отражающую основные функциональные компоненты ПК в их взаимосвязи см. Рисунок 8.

 

Рисунок 8. Упрощенная схема ПК

Конструктивно современный ПК состоит из трех основных компонентов:

· Системного блока, в котором размещаются устройства обработки и хранения информации;

· Монитора – устройства отображения информации;

· Клавиатуры – основного устройства ввода информации в ПК.

Для упрощения взаимодействия пользователя с ПК используются различные манипуляторы (мышь, трекбол, джойстик и др.).

Корпус системного блока может иметь горизонтальную (Desktop) или вертикальную (Tower - башня) компоновку. В системном блоке размещаются основные элементы компьютера, необходимые для выполнения программ:

· Микропроцессор (МП) – основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера. МП включает в себя: арифметико-логическое устройство (АЛУ), предназначенное для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией; устройство управления (УУ) – формирует и подает во все блоки ПК определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполняемых операций и результатами предыдущих операций, формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией и передает эти адреса в соответствующие блоки ПК; микропроцессорная память (МПП) используется для хранения, записи и выдачи информации, непосредственно используемой в вычислениях или операциях ввода-вывода, и состоит из специализированных ячеек памяти, называемых регистрами.

Основные характеристики МП:

- Быстродействие – количество операций, производимых в 1 сек, измеряется в бит/сек.

- Тактовая частота – количество тактов, производимых процессором за 1 секунду (операции, производимые процессором, не являются непрерывными, они разделены на такты, эта характеристика определяет скорость выполнения операций и непосредственно влияет на производительность процессора).

- Разрядность – количество двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт (обычно 32 или 64).

- Кэш-память – служит для хранения копий информации, используемых в текущих операциях обмена. Это очень быстрое ЗУ небольшого объема, являющееся буфером между устройствами с различным быстродействием. Обычно используется при обмене данными между процессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и несколько менее быстродействующей оперативной памятью. Кэш-памятью управляет специальное устройство – контроллер, который анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их в кэш-память. При этом возможны как «попадания», так и «промахи». В случае попадания, т.е. если в кэш-память подкачаны нужные данные, извлечение их из памяти происходит без задержки. Если же требуемая информация в кэш-памяти отсутствует, то процессор считывает ее непосредственно из оперативной памяти. Соотношение числа попаданий и промахов определяет эффективность кэширования.

- Число вычислительных ядер – в настоящее время широко используются двух, четырех и шести ядерные МП.

Например: Intel Core i7 980X Extreme Edition, разрядность – 64, тактовая частота – 3.33 ГГц, количество ядер – 6, кэш-память.

· Память (внутренняя – системная, включающая ОЗУ и ПЗУ и внешняя дисковая).

- Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) служит для хранения неизменяемой (постоянной) программной и справочной информации.

- Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ, оперативная память) предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей в информационно-вычислительном процессе, выполняемом ПК в текущий период времени. Оперативная память является энергозависимой, т.е. хранит информацию, пока ПК включен. Изготовляется в виде модулей памяти. Основными характеристиками оперативной памяти являются: объем – максимальное количество информации, которая может быть помещена в эту память, и выражается в Мбайтах, Гбайтах (1 Гбайт, 2 Гбайта, 4 Гбайта, 6 Гбайт, 8 Гбайт); частота считывания или записи информации в ячейки памяти (800 МГц, 1066 МГц, 1333 МГц, 1600 МГц, 1800 МГц, 2000 МГц, 2133 МГц).

- Дисковая память относится к внешним устройствам ПК и используется для долговременного хранения любой информации, которая может когда-либо потребоваться для решения задач, в ней, в частности, хранится все программное обеспечение компьютера. Процессор не имеет непосредственного доступа к данным, находящимся во внешней памяти. Для обработки этих данных процессором они должны быть загружены в оперативную память (считаны в ОЗУ с внешнего носителя данных). В качестве устройств внешней памяти, размещаемых в системном блоке, используются накопители на жестких дисках (НЖМД – винчестеры), накопители на гибких магнитных дисках (НГМД), накопители на оптических дисках (НОД); при помощи USB портов к компьютеру подключаются Flash-накопители и др.

Основными характеристиками винчестеров являются: объем (80 Гбайт, 150 Гбайт, 160 Гбайт, 250 Гбайт, 320 Гбайт, 500 Гбайт, 800 Гбайт, 1 Тбайт, 2 Тбайта и др.), скорость вращения дисков (5400, 7200 об/мин), размер-кэш памяти (2 Мбайта, 16 Мбайт, 32 Мбайта, 64 Мбайта и др.).

В настоящее время используются оптические диски форматов CD (700 Мбайт), DVD (4 Гбайта), BD (Blu-Ray, 33, 66, 100, 200 Гбайт).

Flash-накопитель — носитель информации, использующий Флэш-память для хранения данных и подключаемый к компьютеру или иному считывающему устройству через стандартный разъем USB. Флэш-память (англ. Flash-Memory) — разновидность полупроводниковой перезаписываемой памяти. Она может быть прочитана сколько угодно раз, но писать в такую память можно лишь ограниченное число раз (обычно около 10 тысяч раз). Но 10 тысяч циклов перезаписи — это намного больше, чем способна выдержать дискета или оптический диск. Флэш-память является более надежной, компактной и дешевой по сравнению с винчестерами. Недостатком, по сравнению с винчестером, является относительно малый объем. Объем распространенных флэш-накопителей составляет 4, 8, 16, 32, 64 Гб.

· Контроллеры (адаптеры) служат для подключения периферийных (внешних по отношению к процессору) устройств к шинам МП, обеспечивая совместимость их интерфейсов. Они осуществляют непосредственное управление периферийными устройствами по запросам МП. Контроллеры реализуются, как правило, на отдельных печатных платах, часто называемых адаптерами устройств (от лат. adapto - преобразовываю).

 

· Системная шина – основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой. Системна шина включает в себя: шину данных (ШД), предназначенную для передачи числового кода операнда; шину адреса (ША), предназначенную для передачи кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства; шину управления (ШУ), предназначенную для передачи инструкций во все блоки компьютера; шину питания, предназначенную для подключения блоков ПК к системе энергопитания. Системная шина обеспечивает три направления передачи информации: между МП и внутренней (основной) памятью, между МП и портами ввода-вывода внешних устройств, между внутренней памятью и портами ввода-вывода внешних устройств (в режиме прямого доступа к памяти).

Устройства, непосредственно осуществляющие процесс обработки информации (вычисления), в том числе МП, оперативная память и шина, размещаются на системной (материнской) плате, на ней же располагается и контроллер клавиатуры. Схемы, управляющие другими внешними устройствами ПК, как правило, находятся на отдельных платах, вставляемых в унифицированные разъемы (слоты) на материнской плате. Через эти разъемы контроллеры устройств подключаются непосредственно к системной магистрали передачи данных в компьютере – шине. Иногда эти контроллеры могут располагаться на системной плате. Наборы микросхем, на основе которых исполняются системные платы, называются чипсетами.

В системном блоке располагается блок питания (БП), преобразующий переменное напряжение электросети в постоянное напряжение различной полярности и величины, необходимое для питания системной платы и других устройств ПК, размещенных в системном блоке. Блок питания содержит вентилятор для охлаждения системного блока. В ПК также имеется автономный источник питания – аккумулятор. К аккумулятору подключен таймер – внутримашинные электронные часы, поэтому таймер продолжает работу и при отключении компьютера от электрической сети.

Важнейшую роль в работе ЭВМ играет контроллер прерываний. Прерывание – временный останов выполнения одной программы в целях оперативного выполнения другой, в данный момент более важной (приоритетной) программы. Контроллер прерываний обслуживает процедуры прерывания, принимает запрос на прерывание от внешних устройств, определяет приоритет данного запроса и выдает сигнал прерывания процессору. Процессор, получив данный сигнал, приостанавливает выполнение текущей программы и переходит к выполнению специальной программы обслуживания данного прерывания. После завершения программы обслуживания прерывания восстанавливается выполнение прерванной программы.

Контрольные вопросы

1. Приведите классификацию ЭВМ.

2. Приведите классификацию ПК.

3. Что такое «микропроцессор»?

4. Какие функции выполняет системная шина?

5. Для каких целей используется основная память?

6. Перечислите основные характеристики винчестеров.

7. Что такое «прерывание»?

8. Какие технические средства обеспечивают ввод информации?

9. Какие технические средства обеспечивают обработку информации?

10. Какие технические средств обеспечивают вывод информации?

11. Какие аппаратные средства ПК обеспечивают хранение данных?

Лекция 5. Программные средства реализации информационных процессов

План:

1. Классификация программного обеспечения.

2. Системное программное обеспечение.

3. Инструментарий технологии программирования.

4. Прикладное программное обеспечение.

Литература:

1. Романова Ю.Д. Информатика и информационные технологии : учеб. пособие / Ю.Д. Романова, П.А. Музычкин, И.Г. Лесничая, В.И. Шестаков, И.В. Миссинг; под ред. Ю.Д. Романовой. – 4-е изд., перераб. и доп. – М. : Эксмо, 2010. – с. 116-121.

2. Акулов О.А., Медведев Н.В. Информатика: базовый курс / О.А. Акулов, Н.В. Медведев. 2-е изд., испр. и доп. – М.: Омега-Л, 2005. – с. 236-261.

3. Статья «Программное обеспечение» в свободной энциклопедии «Википедия» // http://ru.wikipedia.org/

Классификация программного обеспечения

Под программным обеспечением (software) понимается совокупность программных средств для ЭВМ (систем ЭВМ), обеспечивающих функционирование, диагностику и тестирование аппаратных средств ЭВМ, а также разработку, отладку и выполнение любых задач пользователя с соответствующим документированием, где в качестве пользователя может выступать как человек, так и любое внешнее устройство, подключенное к ЭВМ и нуждающееся в ее вычислительных ресурсах.

Программное обеспечение (ПО) – это совокупность программ, выполняемых вычислительной системой, и необходимых для их эксплуатации документов.

Программный продукт – программа или комплекс взаимосвязанных программ для решения определенной задачи массового спроса, подготовленный к реализации как любой вид промышленной продукции.

Программные продукты можно классифицировать по разным признакам. Наиболее общей является классификация, в которой основополагающим признаком служит сфера (область) использования программных продуктов:

· аппаратная часть компьютеров и сетей ЭВМ;

· технология разработки программ;

· функциональные задачи различных предметных областей.

Исходя из этого, выделяют три класса программных продуктов:

· системное ПО;

· инструментарий технологии программирования;

· прикладное ПО.

Системное программное обеспечение

Системное программное обеспечение (СиПО) управляет всеми ресурсам ЭВМ (процессором памятью, вводом-выводом) и осуществляет общую организацию процесса обработки информации и интерфейсы между ЭВМ, пользователем, аппаратными и программными средствами. Оно разрабатывается так, чтобы компьютер мог эффективно выполнять прикладные программы.

СиПО (System Software) – совокупность программ и программных комплексов для обеспечения работы компьютеров и сетей ЭВМ.

СиПО тесно связано с типом компьютера, является его неотъемлемой частью и имеет общий характер применения, независимо от специфики предметной области решаемых с помощью ЭВМ задач.

Структуру СиПО см. Рисунок 9.

 

Рисунок 9. Классификация СиПО

СиПО состоит из базового ПО, которое, как правило, поставляется вместе с компьютером, и сервисного ПО, которое может быть приобретено дополнительно.

Базовое ПО

· базовая система ввода-вывода (BIOS – Basic Input/Output System); · операционная система (сетевая операционная система); · операционные оболочки.

Сервисное программное обеспечение

· Программы контроля, тестирования и диагностики, которые используются для проверки правильности функционирования устройств компьютера и для… · Программы-драйверы, которые расширяют возможности ОС по управлению… · Программы-упаковщики (архиваторы), которые позволяют записывать информацию на диск более плотно, а также объединять…

Инструментарий технологии программирования

Инструментарий технологии программирования – совокупность программ и программных комплексов предназначенных для разработки, отладки и внедрения… Рассмотрим классификацию инструментария технологии программирования (см.…  

Прикладное программное обеспечение

Пакет прикладных программ (ППП) – комплекс взаимосвязанных программ для решения задач определенного класса конкретной предметной области. Рассмотрим примерную классификацию ППП (см. Рисунок 11).  

Контрольные вопросы

1. Перечислите основные классы программных продуктов.

2. Перечислите основные функции ОС.

3. Перечислите основные функции BIOS.

4. Для каких целей используются утилиты?

5. Что такое инструментария технологии программирования?

6. Перечислите основные классы пакетов прикладных программ.

7. К какому классу ППП относятся текстовые редакторы?

8. К какому классу ППП относятся экспертные системы?

Лекция 6. Модели решения функциональных и вычислительных задач

План:

1. Понятие модели и моделирования.

2. Аспекты моделирования.

3. Основные этапы построения моделей.

4. Классификация моделей.

5. Этапы решения задач на компьютере.

Литература:

1. Романова Ю.Д. Информатика и информационные технологии : учеб. пособие / Ю.Д. Романова, П.А. Музычкин, И.Г. Лесничая, В.И. Шестаков, И.В. Миссинг; под ред. Ю.Д. Романовой. – 4-е изд., перераб. и доп. – М. : Эксмо, 2010. – с. 96-101.

2. Статья «Модель (наука)» в свободной энциклопедии «Википедия» // http://ru.wikipedia.org/

3. Статья «Моделирование» в свободной энциклопедии «Википедия» // http://ru.wikipedia.org/

Понятие модели и моделирования

Модель – это упрощенное представление, аналог реального объекта, процесса или явления. При построении модели сам объект называют оригиналом, или… Модель необходима для того, чтобы: · Понять, как устроен реальный объект: какова его структура, основные свойства, законы развития и взаимодействия с…

Аспекты моделирования

Структурой объекта называют совокупность его элементов, а также существующих между ними связей. Поведением объекта называют изменение его внешнего вида и структуры с течением… Внешний вид, структура, поведение объекта и их комбинации, рассматриваемые в процессе моделировании, называются…

Основные этапы построения моделей

· Постановка цели моделирования (цель должна уточнять какой из аспектов изучаемого объекта представляет интерес: внешний вид, структура или… · Анализ объекта моделирования и выделение всех известных его свойств. · Анализ выделенных свойств с точки зрения цели моделирования и определение, какие из них следует считать…

Классификация моделей

В силу многозначности понятия «модель» в науке и технике не существует единой классификации моделей: классификацию можно проводить по характеру моделей, по характеру моделируемых объектов, по сферам приложения моделирования (в технике, физических науках, кибернетике и т. д.) и др.

Рассмотрим классификацию по области использования моделей:

· Учебные модели используются при обучении. К ним можно отнести обучающие программы и тренажеры.

· Опытные модели – измененные в размерах копии проектируемых объектов, на основе которых объекты исследуются и прогнозируются их будущие характеристики. К ним можно отнести модели корабля в бассейне, автомобиля или самолета в аэродинамической трубе и др.

· Научно-технические модели используются для исследования процессов и явлений (стенд для тестирования телетехники громоотвод и др.).

· Игровые модели – это различные игры (военные, спортивные, деловые, экономические), проигрывающие реальные и потенциальные ситуации.

· Имитационные модели представляют процессы реальной жизни с различной степенью точности. Выводы делаются на основе экспериментов при различных исходных данных.

По учету фактора времени модели делят следующим образом:

· Статические – представляют собой единовременный срез информации по данному объекту.

· Динамические – представляют картину изменения объекта во времени.

Один и тот же объект можно охарактеризовать и статической и динамической моделью.

По способу представления (из чего сделаны)модели классифицируют на две группы (см. Рисунок 12): материальные и абстрактные (нематериальные). Обе категории содержат информацию об исходном объекте: цвет, форма, пропорция и др.

 

Рисунок 12. Классификация моделей по способу представления

В материальной модели эта информации имеет реальное воплощение, ее модно получить с помощью органов чувств и измерительными приборами. Материальные модели могут быть физическими, аналоговыми и пространственными:

· Физические модели предназначены для воспроизводства динами процессов, происходящих в реальных объектах (например, испытание объектов в аэротрубе).

· В пространственном моделировании используются модели, предназначенные для восприятия пространственных или геометрических свойств изучаемого объекта (макеты, глобусы).

· Аналоговое моделирование основано на аналогии математического описания моделей и объектов, т.е. связано с использованием материальных моделей, имеющих иную физическую природу, чем изучаемый объект, но описанных теми же математическими соотношениями, что и изучаемый объект.

В абстрактных моделях та же информация представлена в абстрактной форме (мысль, формула, чертеж, схема и др.) и основана на умозрительной связи между объектом и моделью. Этот вид моделей может быть формализованным и неформализованным.

В формализованном моделировании моделью служат системы знаков (знаковое моделирование) или образов (образное моделирование):

· К знаковому моделированию относится математика, позволяющая для различных явлений применить одинаковые математические описания в виде совокупности формул, уравнений, подчиненных правилам логики и математики.

· В образном моделировании модели строятся на наглядных элементах (фотография, рисунок, фильм или звукозапись). Анализ образных моделей осуществляется мысленно, поэтому они могут быть отнесены к формализованному моделированию.

Если отображение реальной действительности точно не зафиксировано (модель не формируется), а вместо нее используется нечто мысленное, служащее основой для рассуждения и принятия решения, то такой анализ можно отнести к неформализованному моделированию.

Существует другой подход к классификации абстрактных моделей, когда они делятся на мысленные и информационные. Информационные модели являются описанием объекта на естественном или формальном языке. Существуют следующие формы представления информационных моделей: словесное описание, чертеж, таблица, формула, схема, алгоритм, компьютерная программа и др.

Материальная и абстрактная модели взаимно дополняют друг друга.

Этапы решения задач на компьютере

1 этап. Постановка задачи. На данном этапе выполняется сбор информации о задаче, формулируется ее условие, определяются конечные цели решения… 2 этап. Анализ и исследование задачи, модели. На этом этапе проводится анализ… 3 этап. Разработка алгоритма. На этом этапе от математической модели осуществляется переход к алгоритму: выбирается…

Контрольные вопросы

1. Что такое «модель»?

2. Для каких целей используются модели?

3. Как вы понимаете понятие «моделирование»?

4. Что такое «аспект моделирования»?

5. Перечислите основные этапы построения моделей?

6. Приведите известные вам классификации моделей?

7. Перечислите основные этапы решения задач на компьютере?

Лекция 7. Алгоритмизация

План:

1. Основы алгоритмизации.

2. Способы представления алгоритмов.

3. Алгоритмические структуры.

Литература:

1. Романова Ю.Д. Информатика и информационные технологии : учеб. пособие / Ю.Д. Романова, П.А. Музычкин, И.Г. Лесничая, В.И. Шестаков, И.В. Миссинг; под ред. Ю.Д. Романовой. – 4-е изд., перераб. и доп. – М. : Эксмо, 2010. – с. 104-110.

2. Статья «Алгоритм» в свободной энциклопедии «Википедия» // http://ru.wikipedia.org/

Основы алгоритмизации

Будем использовать следующее определение: Алгоритм – это конечная последовательность однозначных предписаний, исполнение… Термин «алгоритм» происходит от латинизации имени великого арабского математика Муххамеда аль-Хорезми, который еще в…

Способы представления алгоритмов

Словесный способ. Описание алгоритма состоит из словесного перечня действий. Например: Задача Описание алгоритма … Недостатком такого представления является отсутствие четкой формализации и… Формульно-словесный способ основан на описании инструкций по выполнению конкретных действий на основе формул, в четкой…

Алгоритмические структуры

Различают три основные алгоритмические структуры: следование (линейная структура), развилка (разветвляющийся алгоритм) и цикл (циклический алгоритм). Эти структуры в алгоритме могут различным образом комбинироваться друг с другом.

Алгоритм линейной структуры

Алгоритм линейной структуры состоит из последовательности действий, формирующих одну ветвь вычислений. Примером линейного алгоритма может быть алгоритм расчета Y по формуле Y=X2 (см. Рисунок 13).

Разветвляющийся алгоритм

Существуют задачи, в которых требуется организовать выбор выполнения последовательности действий в зависимости от каких-либо условий. Такие алгоритмы называются алгоритмами разветвляющейся структуры. В них должен присутствовать один или несколько блоков проверки условия и несколько ветвей решения.

Примером разветвляющегося алгоритма может быть выбор наибольшего из двух чисел. Будем предполагать, что числа разные (см. Рисунок 14).

Рисунок 13. Пример линейной структуры алгоритма

Рисунок 14. Пример разветвляющегося алгоритма

Циклический алгоритм

  Примером циклического алгоритма является расчет суммы десяти произвольных…  

Контрольные вопросы

1. Приведите определение алгоритма.

2. Перечислите основные свойства алгоритмов.

3. Перечислите основные способы представления алгоритмов.

4. Каким блоком обозначается проверка условия?

5. Каковы основные отличительные особенности алгоритма линейной структуры?

6. Приведите пример разветвляющегося алгоритма.

7. Приведите пример циклического алгоритма с предпроверкой условия.

8. Приведите пример циклического алгоритма со счетчиком.

Лекция 8. Технологии, языки и системы программирования

План:

1. Технологии программирования.

2. Языки программирования.

3. Системы программирования.

Литература:

1. Романова Ю.Д. Информатика и информационные технологии : учеб. пособие / Ю.Д. Романова, П.А. Музычкин, И.Г. Лесничая, В.И. Шестаков, И.В. Миссинг; под ред. Ю.Д. Романовой. – 4-е изд., перераб. и доп. – М. : Эксмо, 2010. – с. 102-104, 110-116.

2. Статья «Структурное программирование» в свободной энциклопедии «Википедия» // http://ru.wikipedia.org/

3. Статья «Структурное программирование» в свободной энциклопедии «Википедия» // http://ru.wikipedia.org/

Технология программирования

В узком смысле слова, программирование рассматривается как кодирование алгоритмов на заданном языке программирования. В более широком смысле… Технология программирования включает в себя: · Анализ задачи.

Структурное программирование

В соответствии с данной методологией 1. Любая программа представляет собой структуру, построенную из трёх типов… · последовательное исполнение — однократное выполнение операций в том порядке, в котором они записаны в тексте…

Объектно-ориентированное программирование (ООП)

Основные принципы ООП: абстракция, наследование, инкапсуляция и полиморфизм. Абстракция (abstraction) – характеристика сущности, которая отличает ее от… Класс представляет собой абстракцию совокупности реальных объектов, которые имеют общий набор свойств и обладают…

Языки программирования

Языки программирования делятся на языки низкого и высокого уровня: 1. Если язык программирования ориентирован на конкретный тип процессора и… 2. Языки программирования высокого уровня не учитывают особенностей конкретных компьютерных архитектур. Поэтому…

Рисунок 17. Схема процесса создания загрузочного модуля программы

Во время компиляции может выполняться оптимизация с помощью методов, позволяющих повысить быстродействие программы (например, с помощью инструкций, ориентированных на конкретный процессор, путем исключения ненужных команд или промежуточных вычислений). В результате законченная программа получается компактной и эффективной, и может быть перенесена на другие компьютеры с процессорами, поддерживающими соответствующий машинный код.

Основной недостаток компиляторов – трудоемкость трансляции языков программирования, ориентированных на обработку данных сложной структуры, часто заранее неизвестной или динамически меняющейся во время работы программы.

2. Интерпретаторы, в отличие от компиляторов, выполняют пооперационную обработку и выполнение программы.

Только после того, как текущий оператор успешно выполнен, интерпретатор перейдет к следующему. При этом, если один и тот же оператор должен выполняться в программе многократно, интерпретатор всякий раз будет выполнять его так, как будто встретил его впервые. Вследствие этого, программы, в которых требуется осуществить большой объем повторяющихся вычислений, могут работать медленно. Кроме того, для выполнения программы на другом компьютере там должен быть установлен такой же интерпретатор, без него текст программы является просто набором символов.

Преимущество интерпретаторов заключается в следующем: с помощью интерпретаторов допустимо в любой момент остановить работу программы, исследовать содержимое памяти, организовать диалог с пользователем, выполнить сколь угодно сложное преобразование данных и при этом постоянно контролировать состояние программно-аппаратной среды, благодаря чему достигается более надежная работа программы.

В реальных системах программирования перемешаны технологии и компиляции, и интерпретации. В процессе отладки программа может выполняться по шагам (в пооператорном режиме), при этом определяется место и вид ошибки в программе, отслеживается изменение значений переменных и выражений. Результирующий код не обязательно будет машинным. Он может быть исходным кодом, написанным на другом языке программирования, или промежуточным машинно-независимым кодом абстрактного процессора, который в различных компьютерных архитектурах станет выполняться с помощью интерпретатора или компилироваться в соответствующий машинный код.

Системы программирования

Системы программирования включают: · текстовый редактор; · транслятор;

Контрольные вопросы

1. В чем заключается суть структурного программирования?

2. В чем заключается смысл ООП?

3. Дайте определение «языка программирования».

4. Каким образом классифицируются языки программирования?

5. Каким образом работает компилятор?

6. Каким образом работает интерпретатор?

7. Какие компоненты включает в себя система программирования?

8. Что такое RAD-среда?

Лекция 9. Базы данных

План:

1. Понятия «база данных», «система управления базами данных».

2. Модели данных.

3. Процесс разработки реляционной базы данных.

Литература:

1. Романова Ю.Д. Информатика и информационные технологии : учеб. пособие / Ю.Д. Романова, П.А. Музычкин, И.Г. Лесничая, В.И. Шестаков, И.В. Миссинг; под ред. Ю.Д. Романовой. – 4-е изд., перераб. и доп. – М. : Эксмо, 2010. – с. 515-531.

2. Статья «База данных» в свободной энциклопедии «Википедия» // http://ru.wikipedia.org/

3. Учебный курс для самостоятельного обучения «Access 2003», «Access 2007», «Access 2010» /
http://office.microsoft.com/ru-ru/training/default.aspx

Понятия база данных, система управления базами данных

База данных – это совокупность хранимых в памяти ЭВМ и специальным образом организованных взаимосвязанных данных, отображающих состояние предметной… Иногда под базой данных понимают совокупность набора данных и программ… Система управления базами данных (СУБД) – это комплекс программных и языковых средств, необходимых для создания баз…

Модели данных

Каждая СУБД работает с определенной моделью данных. Под моделью данных понимается способ из взаимосвязи. Существуют различные модели данных: иерархическая, сетевая, реляционная, объектно-ориентированная. Наиболее распространенной в настоящее время является реляционная модель данных.

Иерархическая модель данных

Основные понятия модели: атрибут, узел, уровень, групповое отношение. Атрибут– наименьшая единица структуры данных. Каждому атрибуту при описании… Узел– совокупность атрибутов данных, описывающих некоторый объект. На дереве узлы – это вершины графа. Каждый узел на…

Сетевая модель

Тип группового отношения задается его именем и определяет атрибуты общие для всех экземпляров данного типа. Экземпляр группового отношения представляется узлом-владельцем и множеством… Например:

Объектно-ориентированная модель

Объектная модель данных наиболее близка объектам реального мира. Объекты можно сохранить и использовать непосредственно, не раскладывая их по таблицам. Типы данных определяются разработчиком и не ограничены наборами определенных типов. В такой модели данных используется наследование, инкапсуляция и полиморфизм объектов. Но в большинстве случаев декомпозиция объектов – их разложение по таблицам не представляет труда и вполне логична, поэтому реляционная модель данных используется чаще, чем объектная.

Реляционная модель данных

1. Каждый элемент отношения – один элемент данных. 2. Все элементы в столбце однородные, т.е. имеют одинаковый тип (текстовый,… 3. Каждый столбец имеет уникальное имя.

Вторая нормальная форма. Вторая нормальная форма содержит требование о том, что каждый столбец, не входящий в ключ, должен находиться в зависимости от всего ключа, а не от его части. Это правило применимо в том случае, если первичный ключ состоит из нескольких столбцов.

Рассмотрим таблицу Заказы, содержащую следующие столбцы:

- Код заказа (первичный ключ)

- Код товара (первичный ключ)

- Наименование товара

Такая структура не соответствует второй нормальной форме, т. к. название товара зависит от кода товара, но не зависит от кода заказа; следовательно, этот столбец зависит лишь от части первичного ключа. Столбец название товара следует удалить из таблицы. Он должен быть включен в другую таблицу (Товары).

Третья нормальная форма. Третья нормальная форма содержит требование о том, что столбцы, не являющиеся ключевыми, должны не только зависеть от всего первичного ключа, но и быть независимыми друг от друга. Другими словами, каждый столбец, не являющийся ключевым, должен зависеть только от первичного ключа.

Предположим, что таблица содержит следующие столбцы:

- Код товара (первичный ключ)

- Название товара

- Рекомендуемая розничная цена

- Скидка

Предположим, что скидка зависит от рекомендуемой розничной цены. В этом случае таблица не соответствует требованию третьей нормальной формы, т. к. столбец скидки, не являющийся ключевым, зависит от другого столбца, не являющегося ключевым (столбца рекомендуемой розничной цены). Требование о независимости столбцов друг от друга означает, что изменение любого неключевого столбца не должно влиять на другие столбцы. Но при изменении значения в столбце розничной цены значение скидки изменялось бы соответствующим образом, нарушая правило. Поэтому в данном случае столбец скидки следует перенести в другую таблицу, в которой столбец рекомендуемой розничной цены является ключевым.

Процесс разработки реляционной базы данных

Процесс разработки базы данных включает следующие шаги:

Определение цели создания базы данных.

Это позволяет подготовиться к выполнению следующих шагов.

Поиск и организация необходимых данных.

Следует собирать все данные, которые необходимо сохранить в базе данных, например, сведения о студентах и успеваемости.

Распределение данных по таблицам.

Распределите элементы данных по группам или темам, например «Студенты» или «Успеваемость». Для каждой темы будет создана отдельная таблица.

Преобразование элементов данных в столбцы.

Определите, какие данные требуется хранить в каждой таблице. Каждый элемент данных будет введен в отдельное поле и станет столбцом таблицы.

Задание первичных ключей.

Выберите первичные ключи таблиц.

Создание связей между таблицами.

Проанализируйте все таблицы и определите, как данные одной таблицы связаны с данными других таблиц. Добавьте в таблицы нужные столбцы или создайте связи между таблицами.

Усовершенствование структуры.

Проверьте структуру базы данных на наличие ошибок. В таблицы добавьте несколько записей с образцами данных. Проанализируйте полученные результаты. Внесите в структуру необходимые изменения.

Применение правил нормализации.

Примените правила нормализации, чтобы проверить правильность структуры таблиц. Внесите в таблицы необходимые изменения.

Контрольные вопросы

1. Дайте понятия «база данных», «система управления базами данных».

2. Перечислите основные модели данных.

3. Объясните основные понятия реляционной модели данных: тип данных, домен, атрибут, кортеж, ключ.

4. Для каких целей при работе с реляционной моделью данных используются правила нормализации?

5. Перечислите основные шаги разработки реляционной базы данных.

Лекция 10. Сетевые технологии, локальные сети

План:

1. Общая характеристика.

2. Компьютерная сеть.

3. Классификация компьютерных сетей.

4. Локальные сети.

Литература:

1. Романова Ю.Д. Информатика и информационные технологии : учеб. пособие / Ю.Д. Романова, П.А. Музычкин, И.Г. Лесничая, В.И. Шестаков, И.В. Миссинг; под ред. Ю.Д. Романовой. – 4-е изд., перераб. и доп. – М. : Эксмо, 2010. – с. 620-627.

2. Акулов О.А., Медведев Н.В. Информатика: базовый курс / О.А. Акулов, Н.В. Медведев. 2-е изд., испр. и доп. – М.: Омега-Л, 2005. – с. 421-424.

3. Статья «Локальная вычислительная сеть» в свободной энциклопедии «Википедия» // http://ru.wikipedia.org/

Общая характеристика

Отличительная особенность коммуникационных сетей – большие расстояния между пунктами по сравнению с геометрическими размерами участков пространства,… Информационная сеть – коммуникационная сеть, в которой продуктом… Вычислительная сеть – информационная сеть, в состав которой входит вычислительное оборудование. Компонентами…

Компьютерная сеть

Средой передачи, или каналом, может быть телефонная линия, кабель или воздух, по которому распространяется микроволновое излучение. Сообщение представляет собой информацию, передаваемую от источника к… К преимуществам использования сетей относят:

Классификация сетей

Вычислительные сети классифицируются по ряду признаков (см. Таблица 3):

Таблица 3. Признаки классификации вычислительных сетей

Признаки классификации	Территориальная распределенность	Локальные, региональные, корпоративные, глобальные
Скорость передачи информации	Низко-, средне- и высокоскоростные
Типы среды передачи	На базе коаксиального кабеля, витой пары, оптоволокна, радиоканалов, инфракрасного диапазона электромагнитного излучения
Принадлежность	Государственные, ведомственные, частные, общие
Способ управления	На основе серверной архитектуры, одноранговые, сетецентрические
Топология (способ организации физических связей)	Полносвязная (каждая рабочая станция сети подключена ко всем остальным) и неполносвязная

 

Территориальная распределенность. В зависимости от расстояния между связываемыми узлами различают вычислительные сети:

· Локальные (ЛВС) – охватывающие ограниченную территорию (обычно в пределах удаленности станций не более чем на несколько десятков или сотен метров друг от друга, реже на 1-2 км). Локальные сети обозначаются LAN (Local Area Network). Отличительной чертой ЛВС является большая скорость передачи данных, низкий уровень ошибок и использование дешевой среды передачи данных. Большинство ЛВС принадлежат какой-либо конкретной организации, которая их поддерживает.

· Региональные (РВС) – охватывающие значительное географическое пространство. Региональные сети иногда называют сетями MAN (Metropolitan Area Network), а общее англоязычное название для территориальных сетей – WAN (Wide Area Network). РВС разработаны для поддержки больших расстояний, чем ЛВС. Они могут использоваться для связывания нескольких ЛВС вместе в высокоскоростные интегрированные сетевые системы. РВС сочетаю лучшие характеристики ЛВС (низкий уровень ошибок, высокая скорость передачи) с большей географической протяженностью.

· Корпоративные (масштаба предприятия). Корпоративная сеть – коммуникационная система, принадлежащая и/или управляемая одной организацией в соответствии с правилами этой организации. В такой сети действуют общие внутренние правила распределения адресов, работы с Интернет ресурсами и пр. Корпоративные сети чаще всего объединят несколько ЛВС.

· Глобальные (ГВС). Если сеть распространяется на широкие области, такие как страны, она называется глобальной вычислительной сетью. Коммуникации в ГВС осуществляются по средствам телефонных линий, спутниковой связи или наземных микроволновых систем. ГВС зачастую создаются путем объединения ЛВС, РВС. Поскольку ГВС включают объединение многих ЛВС и РВС, то они часто представляют собой конгломерат различных технологий. По сравнению с ЛВМ большинство ГВС имеют меньшую скорость передачи и более высокий уровень ошибок. Новые технологии в области ГВС призваны разрешить эти проблемы.

Топология. Сетевая топология — способ связывания элементов сети, схема расположения и соединения сетевых устройств.

Сетевая топология может быть:

· физической — описывает реальное расположение и связи между узлами сети;

· логической — описывает хождение сигнала в рамках физической топологии;

· информационной — описывает направление потоков информации, передаваемых по сети;

· управления обменом — описывает принцип передачи права на пользование сетью.

По способу организации физических связей различаются полносвязные (каждый компьютер сети связан со всеми остальными –В) и неполносвязные (обмен информацией между двумя компьютерами происходит через другие узлы сети) топологии. Существует несколько базовых неполносвязанных топологий: шина (Е), кольцо (D), звезда (C), ячеистая топология (B) (см. Рисунок 21). Остальные топологии являются комбинациями базовых. В общем случае такие топологии называются смешанными или гибридными, но некоторые из них имеют собственные названия, например «дерево» (F).

Рисунок 21. Топология сетей

Шинная топология – базовая неполносвязанная топология компьютерной сети, представляющая собой общий кабель (называемый шина или магистраль), к которому подсоединены все рабочие станции. На концах кабеля находятся терминаторы (поглотители энергии), для предотвращения отражения сигнала.

Кольцо — базовая неполносвязанная топология компьютерной сети, 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 работает только один передатчик и один приемник. Это позволяет отказаться от применения внешних терминаторов.

Звезда — базовая неполносвязанная топология компьютерной сети, в которой все компьютеры сети присоединены к центральному узлу (центральному компьютеру или сетевому концентратору), образуя физический сегмент сети. Подобный сегмент сети может функционировать как отдельно, так и в составе сложной сетевой топологии. Обмен информацией идет исключительно через центральный узел.

Ячеистая топология — базовая неполносвязанная топология компьютерной сети, которая получается из полносвязанной путем удаления некоторых возможных связей (см. Рисунок 22). В сети с ячеистой топологией непосредственно связываются только те компьютеры, между которыми происходит интенсивный обмен данными, а для обмена данными между компьютерами, не соединенными прямыми связями, используются транзитные передачи через промежуточные узлы. Ячеистая топология допускает соединение большого количества компьютеров и характерна, как правило, для глобальных сетей.

Рисунок 22. Ячеистая топология сети

Способ управления. В зависимости от способа управления различают сети:

· «Клиент-сервер» - в них выделяется один или несколько узлов (серверов), выполняющих в сети управляющие или специальные обслуживающие функции, а остальные узлы (клиенты) являются терминальными, на них работают пользователи. Сети «клиент-сервер» различюатся по характеру распределения функций между серверами, т.е. по типам серверов (например, файл-серверы, серверы баз данных и др.). При специализации серверов по определенным приложениям получается распределенная вычислительная сеть.

· Одноранговые– в них все узлы равноправны. Поскольку в общем случае под клиентом понимается объект (устройство или программа), запрашивающий некоторые услуги, то каждый узел в одноранговой сети может выполнять функции и клиента, и сервера.

· Сетецентрические. В соответствии с этой концепцией пользователь имеет лишь дешевое оборудование для обращения к удаленным компьютерам, а сеть обслуживает заказы на выполнение вычислений и получения информации. Это означает, что пользователю не нужно приобретать ПО для решения прикладных задач, ему нужно лишь платить за выполненные заказы. Подобные компьютеры называют тонкими клиентами.

Локальные сети

Способы подключения к локальной сети

Компьютеры могут соединяться между собой, используя различные среды доступа: медные проводники (витая пара), оптические проводники (оптические кабели) и через радиоканал (беспроводные технологии). Проводные связи устанавливаются через технологию Ethernet (пакетная технология компьютерных сетей, преимущественно локальных), беспроводные — через Wi-Fi (стандарт на оборудование беспроводной локальной вычислительной сети), Bluetooth (технология беспроводных персональных сетей), GPRS (технология передачи данных в мобильных сетях) и прочие средства. Отдельная локальная вычислительная сеть может иметь шлюзы с другими локальными сетями, а также быть частью глобальной вычислительной сети (например, Интернет) или иметь подключение к ней.

Чаще всего локальные сети построены на технологиях Ethernet или Wi-Fi.

Ethernet

Технология Ethernet – это пакетная технология передачи данных. Суть пакетной технологии заключается в следующем:

· Исходящее сообщение подвергаются пакетированию, т.е. разбивается на части – пакеты, имеющие фиксированную длину, например, 1Кбит.

· Каждый пакет снабжается заголовком, в котором находится адресная информация, а также номер пакета, необходимый для сборки сообщения.

· Пакеты транспортируются сетью как независимые информационные блоки. Коммутаторы сети принимают пакеты и на основе адресной информации передают их друг другу, а в конечном итоге и получателю сообщения.

· В пункте назначения из пакетов формируется исходное сообщение.

Для подключения компьютера к локальной сети по технологии Ethernet он должен иметь сетевую плату (сетевой адаптер).

Wi-Fi

В настоящее время, Wi-Fi представляет собой наиболее распространенный и популярный канал беспроводной связи между компьютерами, периферийными устройствами, а также канал связи для выхода в Интернет.

В структуре Wi-Fi выделяют следующие основные термины:

· Точка доступа. Это непосредственный маршрутизатор, который и осуществляет связь компьютеров и устройств между собой.

· Клиент. Это уже непосредственный пользователь, который и подключается к точке доступа. Клиент должен иметь Wi-Fi адаптер, например, Wi-Fi USB-адаптер.

Точка доступа – это беспроводная базовая станция, предназначенная для обеспечения беспроводного доступа к уже существующей сети (беспроводной или проводной) или создания новой беспроводной сети.

Точку доступа (см. Рисунок 23) можно условно сравнить с вышкой сотового оператора, с той оговоркой, что у точки доступа меньший радиус действия и связь между подключенными к ней устройствами осуществляется по технологии Wi-Fi. Радиус действия стандартной точки доступа – примерно 200-250 метров, при условии, что на этом расстоянии не будет никаких препятствий (например, металлоконструкций, перекрытий из бетона и прочих сооружений, плохо пропускающих радиоволну).

Рисунок 23. Точка доступа

Беспроводные сети из нескольких точек доступа устанавливаются в больших офисных помещениях, зданиях и на других крупных объектах, в основном для того, чтобы создать одну беспроводную локальную сеть (WLAN). К каждой точке доступа можно подключить до 254 клиентских компьютеров. В большинстве случаев нецелесообразно подключать к одной точке доступа больше 10 компьютеров, т.к. скорость передачи данных на каждого пользователя распределяется в равных пропорциях и чем больше у одной точки доступа «клиентов», тем меньше скорость у каждого из них.

Адресация в локальной сети

Каждый IP-адрес состоит из идентификатора сети (ID сети) и идентификатора узла (ID узла): · ID сети, также известный как адрес сети, идентифицирует системы, которые… · ID узла, также известный как адрес узла, идентифицирует каждый узел в пределах сети.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение коммуникационной сети.

2. Чем отличаются информационные сети от других типов сетей?

3. Перечислите основные компоненты аппаратного и программного обеспечения компьютерных сетей.

4. Приведите классификацию сетей по принципу территориальной распределенности.

5. Перечислите базовые топологии сетей.

6. Приведите классификацию компьютерных сетей в зависимости от способа управления.

Лекция 11. Глобальная сеть Интернет

План:

1. Общие сведения.

2. Способы подключения к Интернету.

3. Интернет-провайдеры.

4. Сервисы Интернет.

Литература:

1. Романова Ю.Д. Информатика и информационные технологии : учеб. пособие / Ю.Д. Романова, П.А. Музычкин, И.Г. Лесничая, В.И. Шестаков, И.В. Миссинг; под ред. Ю.Д. Романовой. – 4-е изд., перераб. и доп. – М. : Эксмо, 2010. – с. 628-647.

2. Статья «URL» в свободной энциклопедии «Википедия» // http://ru.wikipedia.org/

3. Статья «Интернет» в свободной энциклопедии «Википедия» // http://ru.wikipedia.org/

Общие сведения

Интернет (англ. Internet) — всемирная система добровольно объединённых компьютерных сетей. Интернет образует всемирную (единую) информационную среду и служит физической основой для Всемирной паутины. Часто упоминается как Всемирная сеть, Глобальная сеть или Ине́т.

Для объединения различных сетей были выработаны определенные правила или протоколы. Существует единый стандарт TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol – протокол управления пересылками/протокол Интернета) и работающая на его основе всемирная паутина World Wide Web (сокращенно Web). Существуют и другие важные протоколы, например протокол пересылки файлов FTP (File Transfer Protocol) или почтовый протокол POP (Post Office Protocol, в настоящее время используется протокол POP3, т.е. 3-я версия данного протокола; POP3 используется почтовым клиентом для получения сообщений электронной почты с сервера) и др.

Для однозначного определения компьютера в Интернет применяется система IP-адресов, состоящих из четырех чисел в диапазоне от 0 до 255, разделенных между собой точками. Например: 213.180.193.1

Числовые адреса используются компьютерами для связи между ними, но они не удобны для запоминания и использования людьми. Поэтому в Интернете поддерживается система имен доменов (DNS – Domain Name System), в которой каждому компьютеру наряду с IP-адресом присваивается уникальное имя. В основе системы доменных имен лежит иерархический принцип. Имя строится из нескольких элементов, между которыми ставятся точки.

Самый старший домен в имени указывается справа. Система имен доменов имеет четко выраженный региональный характер. Обычно последний элементом в имени является двухсимвольный код страны. Также могут использоваться следующие обозначения: net – сетевые ресурсы, edu – образовательные организации, com – коммерческие организации, mil – военные организации, gov – правительственные организации, org – прочие организации.

Обычно название домена второго уровня соответствует названию фирмы или организации, или указывает на называние сервера (www.microsoft.com).

Способы подключения к Интернету

- Коммутируемый доступ по телефонной линии при помощи модема. Моде́м (аббревиатура, составленная из слов модулятор-демодулятор) — устройство,… - На основе технологии ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line —… - По выделенной линии. Данное подключение предполагает создание специального канала связи (выделенной линии). Для…

Интернет-провайдеры

В число предоставляемых Интернет-провайдером услуг могут входить: доступ в Интернет по коммутируемым и выделенным каналам, выделение дискового… Интернет-провайдеров можно разделить на типы в соответствии с предоставляемыми… - провайдеры доступа;

Сервисы Интернет

WWW

Самым современным, удобным перспективным и динамичным средством Сети Internet является World Wide Web (WWW). В этой системе используется прокол передачи гипертекста HTTP (Hyper Text Transfer Protocol). Гипертекстовые документы могут содержать текст, изображения, звук, анимацию и ссылки на другие ресурсы, которые могут находиться на другом компьютере в любой части света.

Для получения доступа к ресурсам Интернет, будь то хранилища файлов, Web-странички, базы данных и др. созданы специальные универсальные средства продвижения по сетям, называемые браузерами (от английского browser) или обозревателями. В поставку Windows входит обозреватель – Internet Explorer. Также широко используются следующие браузеры: Firefox, Mozilla, Opera, Netscape Communicator.

Для обращения к требуемому ресурсу из обозревателя необходимо указать URL данного ресурса. URL (URL — Uniform Resource Locator, единый указатель ресурсов) — это стандартизированный способ записи адреса ресурса в сети Internet.

Изначально URL был разработан как система для максимально естественного указания на местонахождения ресурсов в сети. Имеется следующая традиционная форма записи URL:

<схема>://<логин>:<пароль>@<хост>:<порт>/<URL‐путь>

В этой записи:

· схема обращения к ресурсу, в большинстве случаев имеется в виду сетевой протокол, например, ftp — протокол передачи файлов FTP, http — протокол передачи гипертекста HTTP , mailto — адрес электронной почты;

· логин — имя пользователя, используемое для доступа к ресурсу;

· пароль, ассоциированный с указанным именем пользователя;

· хост — полностью прописанное доменное имя хоста^[2] в системе DNS^[3] или IP-адрес[4] хоста в форме четырёх десятичных чисел, разделённых точками. Числа находятся в интервале от 0 до 255;

· порт хоста для подключения;

· URL-путь — уточняющая информация о месте нахождения ресурса.

Часто используется более короткий вариант записи URL:

<схема>://<хост>/<URL‐путь> или<схема>://<хост>/

Примеры URL:

http://ru.wikipedia.org/wiki/URLftp://myname:mypass@myhost.com:21/etc/motdhttp://www.rambler.ru/

 

Практически любая веб-страница включает в себя следующие элементы:

· Фон. В качестве фона может быть использовано произвольное графическое изображение.

· Текст. Практически любой документ Internet содержит текст. Однако иногда графические образы также могут вклю­чать текст.

· Ссылки. Текст в документе может быть различным образом выделен. В частности, если текст отображается синим цветом и подчеркнут, то дан­ный элемент документа является ссылкой - указателем на другой доку­мент. При проходе над ссылкой указатель мыши меняет форму, превращаясь в ладонь, а адрес документа, на ко­торый указывает ссылка, отображается в строке состояния обозревателя в нижней части экрана. Щелчок мышью на ссылке приводит к переходу по ссылке.

· Изображения. Авторы документов Internet часто включают в них графические изображения, они используются также для отобра­жения ссылок.

Поисковые системы

Структура поисковой системы

· Веб-паук (web spider); · Индексатор; · Поисковая машина.

Правила поиска

Если Вы ошиблись в написании слова или словосочетания, поисковая система поможет Вам скорректировать запрос при помощи ассоциативных запросов (они… 2. Используйте синонимы. Если в результатах поиска нет нужных Вам ресурсов, переформулируйте запрос при помощи подбора синонимов. Например,…

Электронная почта

Электронная почта (E-mail) – это метод передачи сообщений электронным способом. Обычно поставщик услуг Интернета открывает клиенту электронный почтовый ящик, в который будет попадать направляемая пользователю корреспонденция. Также почтовый ящик можно завести на бесплатных почтовых серверах, например, www.mail.ru, www.qip.ru, www.yandex.ru, www.rambler.ru, и др. Почтовому ящику ставится в соответствие адрес почты (E-mail адрес) и пароль. При обмене сообщениями отправителю и получателю не нужно одновременно быть на линии связи. Отправляемая корреспонденция попадает в почтовый ящик, откуда их можно взять в удобное для себя время.

FTP

Протокол передачи файлов (FTP – File Transfer Protocol) позволяет получать и передавать файлы. Для поиска нужных файлов обычно пользуются поиском по FTP-серверам с помощью WWW. Сейчас существует много сайтов, предоставляющих такие услуги, например, www.filesearch.ru. При указании имени файла можно использовать знаки «*» и «?» для обозначения неизвестных окончаний или букв в имени файла.

Также для поиска файлов можно пользоваться специальными каталогами: www.freesoft.ru, www.softfree.ru, www.listsoft.ru. В каталоге программы разбиты по темам, часто ссылки на них снабжены описаниями. Ссылки ведут на FTP-серверы. Также большинство крупных каталогов имеют поисковую систему. В этом случае поиск осуществляется не по всему пространству FTP-архивов, а только по файлам, зарегистрированным в данном каталоге.

Закачка файлов

Download Master — это высокопроизводительный менеджер закачек для Windows 2000, Windows XP и Windows Vista. Основными чертами, выделяющими Download… Download Master позволяет значительно повысить скорость закачки файлов через… Для повышения удобства использования Download Master интегрируется в Internet Explorer, Firefox, Mozilla, Opera,…

Контрольные вопросы

1. Какие протоколы используются в Интернет?

2. Какие адреса используются в Интернет?

3. Перечислите основные способы подключения к Интернету.

4. Какие функции выполняют Интернет-провайдеры?

5. Что такое URL?

6. Какие компоненты включаются в состав поисковой системы?

7. На каких серверах можно зарегистрировать бесплатный почтовый ящик?

8. Что такое FTP-каталог?

[1] Последняя миля (от англ. last mile) — канал, соединяющий конечное (клиентское) оборудование с узлом доступа провайдера (оператора связи). Для услуг коммутируемого подключения последняя миля — это участок между модемом пользователя и модемом (модемным пулом) провайдера. В последнюю милю обычно не включается разводка проводов внутри здания.

 

[2] Хост (от англ. host — хозяин, принимающий гостей) — любое устройство, предоставляющее сервисы формата «клиент-сервер» в режиме сервера. В более частном случае под хостом могут понимать любой компьютер, сервер, подключенный к локальной или глобальной сети.

[3] DNS (англ. Domain Name System — система доменных имён) — система преобразования имени хоста (компьютера или другого сетевого устройства) в IP адрес.

[4] IP-адрес («aй-пи адрес», сокращение от англ. Internet Protocol Address) — уникальный идентификатор (адрес) устройства (обычно компьютера), подключённого к локальной сети или Internet.