ИНФОРМАТИКА

 

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ) _

Кафедра Вычислительные системы и сети.

 

Т.Г. ШАХУНЯНЦ

 

 

ИНФОРМАТИКА

Учебное пособие

 

Москва - 2007

 

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ) _

Кафедра Вычислительные системы и сети.

 

Т.Г. ШАХУНЯНЦ

 

ИНФОРМАТИКА

Рекомендовано редакционно-издательским советом университета

В качестве учебного пособия

для студентов I курса специальности «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» и направления «Информатика и вычислительная техника» и для студентов II курса специальности «Стандартизация и сертификация»

 

 

по дисциплине «Информатика»

 

Москва - 2007

УДК 681.3

Ш-32

Шахунянц Т.Г. Информатика:

Учебное пособие. –М.: МИИТ, 2007. – 168 с.

В учебном пособии представлен материал для

Изучения основных разделов информатики.

Рецензенты: к.т.н. Смирнов А.М. (СТАНКИН)

Д.т.н. Сидоренко В.Г. (МИИТ).

©Московский государственный

Университет путей сообщения

(МИИТ), 2007

СОДЕРЖАНИЕ

Введение… ……………………………….……...5

1.Средства вычислительной техники……………….…….9

1.1. История развития средств вычислительной техники……………………………………………………………..9

1.1.1.Предшественники электронных вычислительных

машин...…………………………………………………...…9

1.1.2.Математические идеи прошлого – в современных

компьютерах……………………………...…………..21

1.1.3.Поколения электронных вычислительных

машин…..…………………………………………...……..25

1.2.Упрощенная структура компьютера и принцип его

работы…….……………………………..………………….29

1.3.Программное обеспечение компьютера……………...35

1.4.История языков программирования…………………..42

1.5.Основные характеристики компьютеров……………..46

1.6.Типы вычислительных систем……………...…………49

1.6.1.Упрощенная классификация вычислительных

систем………………………………………………...……..49

1.6.2.Особенности некоторых типов ЭВМ……………….52

1.6.2.1.Микро – ЭВМ………………………………………52

1.6.2.2.Персональные компьютеры……………………….53

1.6.2.3.Большие ЭВМ и СуперЭВМ...…………………….56

2.Представление информации в компьютере…………….64

2.1.Представление чисел в позиционной системе

счисления…………...............................................................65

2.2.Способы перевода чисел из одной системы счисления

в другую.…………………………………………………….67

2.2.1.Случай, когда система счисления является целой

степенью числа 2…………...………………………………68

2.2.2.Общий случай перевода……………………………...70

2.3.Двоичная арифметика…………………………………72

2.4.Представление чисел в форме с фиксированной

и плавающей точкой……………………………………...75

2.5.Коды для представления чисел в компьютере………80

2.5.1.Прямой код…………………………………………...81

2.5.2.Обратный код………………………………………...82

2.5.3.Дополнительный код………………………………...83

2.5.4.Смещенный код………………………………………86

2.5.5. Пример кодирования чисел в форме

с плавающей точкой………………………………………..88

2.5.6. Сложение чисел в форме с плавающей точкой……89

2.6.Кодирование текстовой информации………………...90

2.7.Кодирование графической информации……………...94

2.8.Кодирование звуковой информации……………….....96

2.9.Представление команд….…………………………….. 97

3.Основны организации и обработки данных…………....98

3.1.Основные структуры данных…...……………………..98

3.2.Основные понятия баз данных и систем

управления базами данных……………………………….102

3.2.1.Общие сведения………...……………………..…….102

3.2.2.Режимы и технологии работы с базами данных….105

4.Основные понятия компьютерной графики…………...111

5.Компьютерные сети……….……………………………114

5.1.Основные понятия компьютерных сетей…………....114

5.2.Интернет и его основные службы. Получение

информации из Интернета…………………...………….. 128

5.3.Создание web-документов. Основы языка HTML…..138

5.3.1.Структура документа на языке HTML…………......139

5.3.2.Правила вложения элементов………………………140

5.3.3.Функциональные блочные элементы…………….. 140

5.3.4.Web-графика…………………………………………142

6.Вопросы компьютерной безопасности……………..….144

6.1.Понятие компьютерной безопасности………………144

6.2.Компьютерные вирусы……………………………….145

6.2.1.Методы защиты от компьютерных вирусов………145

6.2.2.Средства антивирусной защиты……………………146

6.3.Защита от несанкционированного доступа

(методы криптографии)…………………………………...148

6.3.1.Понятие несимметричного шифрования

информации……………………………………………….149

6.3.2.Принцип достаточности защиты…………………..150

6.3.3.Понятие электронной подписи…………………….151

6.3.4.Понятие электронных сертификатов………………152

7.Математические основы синтеза схем……………….. 153

7.1.Основы булевой алгебры. Булевы функции……….. 154

7.2.Основы автоматных преобразований………………..159

Литература………………………………………………....166

ВВЕДЕНИЕ

Развитие человечества является непрерывным процессом накопления знаний и информации как формы существования знаний.

Строгого и общепринятого определения информации до сих пор не существует. Обычно используют понятие об информации. Так, например, в учебнике Б.М. Кагана[6] информация – это “сведения о тех или иных явлениях природы, событиях в общественной жизни и процессах в технических устройствах”, а в учебнике под редакцией С.В.Симоновича[13] информация – это “продукт взаимодействия данных и адекватных им методов”.

Первым носителем человеческих знаний явилась речь. Знания накапливались в виде устных рассказов и преданий. Важным событием в этом процессе явилось открытие новых форм передачи и хранения информации – письменности, которая явилась "технологической поддержкой" природных возможностей человека по накоплению и передаче знаний. Начатый тогда процесс поиска и совершенствования носителей информации (а также инструментов для ее регистрации) продолжается до сих пор: камень, кость, дерево, глина, папирус, шелк, бумага, люминофор, магнитные и оптические носители, кремний и т.д.

Письменность стала первым историческим этапом развития информационной технологии. Истоки этого этапа возникли 20 тысяч лет назад в виде наскальных изображений людей и животных, лунного календаря, выгравированного на кости и т.п.

По современным археологическим данным дистанция на шкале времени между первыми инструментами для работы с материальными объектами (топор, ловушки) и инструментами для регистрации информационных образов (на камне, кости и т.п.) - около миллиона лет.

Это означает, что 99% своего исторического пути люди имели дело в основном только с материальными объектами. Отрезок времени же, в течение которого они научились сначала регистрировать информационные образы, а затем и обрабатывать их, составляет 1% от возраста человеческой цивилизации. (За точку отсчета человеческой цивилизации обычно принимают время, когда люди начали создавать орудия труда.)

Одновременно с развитием процесса накопления знаний в человеческом обществе шел процесс формирования обособленной профессиональной группы, для которой единственным "служебным занятием" становится работа с информацией. Жрецы-хранители устных сокровищниц знаний, а затем переписчики и толкователи книг тысячи лет сохраняли за собой исключительную власть, основанную на монопольном доступе к растущему фонду человеческого опыта, оставались посредниками между накопленными знаниями и заинтересованными в них людьми.

Изобретение в середине XV века Гутенбергом (Германия) печатного станка привело к тиражируемости знаний. Через 150 лет после появления книгопечатания был сформулирован знаменитый тезис "Знание - Сила".

Благодаря увеличению тиража пассивных носителей информации – книг – создаются информационные предпосылки для научно - технического прогресса через цикл: знание – наука – общественное производство – знание.

С появлением электронных вычислительных машин (ЭВМ) стало возможным не только ввод, хранение и передача информации, но и ее обработка, причем именно появление ЭВМ привело к понятию информатики. Строгого определения информатики не существует, однако общепринято, что информатика - это наука, систематизирующая приемы создания, хранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами вычислительной техники (ВТ), а также принцип функционирования этих средств и методы управления ими.

Предметами информатики являются:

- аппаратное обеспечение средств ВТ;

- программное обеспечение средств ВТ;

- средства взаимодействия аппаратного и программного

обеспечения;

- средства взаимодействия человека с аппаратными и программными

средствами.

Слово информатика произошло от французского слова la informatique, которое, в свою очередь, сложилось из двух других – la informacion (информация) и la automatique (автоматика).

Поскольку понятие информатики возникло с появлением компьютеров, в США эта наука называется computer science.

Как уже было сказано, компьютер может не только автоматизированно создавать, хранить, передавать, но и обрабатывать информацию. Информация, воплощенная и зафиксированная в некоторой материальной форме, называется сообщением[6]. (Сообщение в общем случае представляет собой совокупность зарегистрированных сигналов, сопровождающих энергообмен физических объектов). Сообщения могут быть непрерывные и дискретные(цифровые). Непрерывное(аналоговое) сообщение представляется некоторой физической величиной (электрическим напряжением, током и т.п.), изменение которой во времени отображает протекание рассматриваемого процесса. Физическая величина, передающая непрерывное сообщение, может в определенном интервале принимать любые значения и изменяться в произвольные моменты времени. Для дискретных сообщений характерно наличие фиксированного набора элементов, из которых в некоторые моменты времени формируются различные последовательности. Важна не физическая природа элементов, а то, что набор элементов конечен, и поэтому любое дискретное сообщение конечной длины передает конечное число значений некоторой величины.

При дискретной форме представления информации отдельным элементам ее могут быть присвоены числовые(цифровые) значения. В таких случаях говорят о цифровой информации. Передача и преобразование дискретной информации любой формы(например текста) могут быть сведены к эквивалентным передаче и преобразованиям цифровой информации. Непрерывное сообщение можно с любой необходимой степени точности заменять цифровыми путем квантования непрерывного сообщения по уровню и времени. Таким образом, любое сообщение может быть представлено в цифровой форме.

В соответствии с используемой формой представления информации, ЭВМ делятся на два класса: непрерывного действия – аналоговые, и дискретного действия – цифровые. Благодаря универсальности цифровой формы представления информации цифровые ЭВМ получили наибольшее распространение, поэтому в дальнейшем будут рассматриваться только цифровые ЭВМ.

Средства вычислительной техники

История развития средств вычислительной техники

 

Средствами вычислительной техники называют совокупность средств, предназначенных для автоматической или автоматизированной обработки данных. (Под обработкой понимают не только преобразование данных, но и их создание, хранение и транспортировку.)

 

Предшественники электронных вычислительных машин

В.Шикард *  

Поколения электронных вычислительных машин

Поколение ЭВМ определяется совокупностью взаимообусловленных и взаимосвязанных существенных особенностей и характеристик используемой при построении… Выпуск ламповых ЭВМ, которые относятся к первому поколению ЭВМ, начался в… В конце 50-х годов появляются вычислительные машины второго поколения. У них существенно повысилась надежность,…

Упрощенная структура компьютера и принцип его работы.

   

Программное обеспечение компьютера

Для того, чтобы ЭВМ была ЭВМ, т.е. могла выполнять любые действия по обработке информации, необходимо составить на понятном ей языке… Для придания ЭВМ определенных свойств используют средства двух видов:… Уровни программного обеспечения представляют собой пирамидальную конструкцию. Каждый следующий уровень опирается на…

История языков программирования

Программы для первых компьютеров писали на «машинном» языке, т.е. в кодах, непосредственно воспринимаемых компьютером. В начале 50-х годов появился язык ассемблер*1 (или автокод). Каждая команда… Язык ассемблер используется и сейчас, когда требуется наиболее полно учесть особенности данного компьютера. Программы,…

Основные характеристики компьютеров

Э = Р/ (Сэвм + Сэк), Сэвм – стоимость машины; Сэк – затраты на эксплуатацию за определенный период времени.

Типы вычислительных систем

Упрощенная классификация вычислительных систем

Классификация ЭВМ и вычислительных систем (ВС) является сложной и до сих пор открытой проблемой. Традиционно ВС делят на классы в зависимости от их параметров и сфер применения. По этому принципу существующие ВС можно упрощенно представить следующими классами [19]:

- встроенные микроЭВМ с простейшей архитектурой для управления различными объектами;

- персональные ЭВМ и компьютеры пользователей сети – рабочие станции – на основе универсальных программно-аппаратных средств для персонального использования, терминалов, клиентских частей клиент-серверных сетевых систем и т.п.

- серверы (непользовательские сетевые компьютеры), осуществляющие реализацию прикладных многопользовательских задач, хранения и обработки БД, и др. сетевых приложений. Различают файл-серверы, серверы приложений и др. К наиболее мощным серверам относят большие ЭВМ общего назначения, или мэйнфреймы(mainframes), обеспечивающие высокую надежность и непрерывный круглосуточный режим эксплуатации;

- суперЭВМ со сверх-высокой производительностью, достигаемой при использовании большого числа(несколько тысяч) процессоров и высокой степенью распараллеливания вычислительного процесса. Такие системы предназначены для решения особо сложных научных и технико-экономических задач, определяющих научно-технический прогресс.

 

Основные параметры соседних классов ЭВМ отличаются в среднем на 2-3 порядка, и достигают в классе супер-ЭВМ на данном этапе развития вычислительной техники следующих значений (рис 4):

 

Производительность – свыше 300 Тфлопс

Объем оперативной памяти – до 16 Тбайт

Объем дисковой памяти – до 1 Пбайта

Стоимость – до $100 миллионов

Наиболее производительные серверы и СуперЭВМ принято называть высокопроизводительными системами.

В разделе 1.6.2 рассмотрены несколько подробнее особенности некоторых представителей указанных классов ЭВМ.

Особенности некоторых типов ЭВМ

МикроЭВМ

Упрощенная структура микроЭВМ изображена на рис 5. Эта структура называется магистрально-модульной. К общей шине(магистрали) подсоединяются в нужной… Рис.5. Упрощённая структура микроЭВМ

Персональные компьютеры

Первые персональные компьютеры появились в середине 70-х годов. Их разработали независимо друг от друга фирмы IBM и Apple. Однако стоимость… Массовый выпуск персональных компьютеров начался с 1981 года, когда фирма IBM… Фирма IBM сделала компьютер не единым, неразъёмным устройством, а обеспечила возможность его сборки из независимо…

Большие ЭВМ и СуперЭВМ

Большие ЭВМ, являющиеся наиболее мощными серверами (см. 1.6.1), имеют высокопроизводительные процессоры, память большой ёмкости, широкий набор… Прототипом современных мэйнфреймов принято считать ЭВМ IBM/360, разработанную… На рис. 6 изображена упрощённая структура этих машин.

Представление информации в компьютере

Для автоматизации работы с данными, относящимися к различным типам, очень важно унифицировать их форму представления. Для этого обычно используется прием кодирования, т.е. взаимно однозначное выражение данных одного типа через данные другого типа.

В вычислительной технике существует система кодирования, основанная на представлении данных последовательностью двух цифр: 0 и 1 (да или нет, черное или белое, истина или ложь и т.п.). Эти знаки называются двоичными цифрами, сокращенно бит (Binary digit, Bit).

Если количество битов увеличить до двух, то уже можно выразить четыре различных понятия:

00 01 10 11

Тремя битами можно закодировать восемь различных значений:

000 001 010 011 100 101 110 111

Увеличивая на единицу количество разрядов в системе двоичного кодирования, мы увеличиваем в два раза количество значений, которое может быть выражено в данной системе, т.е. общая формула имеет вид:

N = 2^m , где

N – количество независимых кодируемых значений;

m – разрядность двоичного кодирования, принятая в данной системе.

Представление чисел в позиционной системе счисления

Наглядность представления чисел и простота выполнения арифметических операций характерны для позиционной системы счисления. Система счисления… Количество s различных цифр, употребляемых в позиционной системе, называется… В общем случае в позиционной системе счисления с основанием s любое число x может быть представлено в виде полинома от…

Способы перевода чисел из одной системы счисления в другую

Существует два основных способа перевода чисел из одной системы счисления в другую.

1) Случай для перевода, когда система счисления является числом 2 в степени целого числа, например:

8 = 2³

16 = 2⁴.

2) Общий случай перевода для любых систем счисления.

 

Случай, когда система счисления является целой степенью числа 2

Для перевода восьмеричного (шестнадцатеричного) числа в двоичную форму достаточно заменить каждую цифру этого числа соответствующим трехразрядным… например ( 3 0 5 . 4 )8 = (11000101.100)2;

Общий случай перевода

1) Для целых чисел. Делим число на основание той системы счисления, в которую переводим данное… Пример.

Двоичная арифметика

Таблица Таблица Таблица двоичного двоичного двоичного сложения вычитания умножения

111100.011

 

При выполнении деления делитель приводится к целому виду. Соответственно меняется и делимое:

 

 

1100.011 / 10.01 = 110001.1:1001

110001.1 1001

- 1001 101.1

-1001

-1001

Благодаря простоте правил двоичного сложения, вычитания и умножения применение в ЭВМ двоичной системы счисления позволяет упростить схемы устройств, выполняющих арифметические операции.

 

Представление чисел в форме с фиксированной и плавающей точкой

При представлении чисел с фиксированной точкой положение точки фиксируется в определенном месте относительно разрядов числа. Обычно подразумевается,… По сложившейся в вычислительной технике традиции нумерация разрядов (бит) в…  

Коды для представления чисел в компьютере

Взаимно однозначное преобразование слов называется кодированием. В ЭВМ в целях упрощения выполнения арифметических операций применяют специальные… Общая идея построения кодов такова. Код трактуется как число без знака, а…

Прямой код

  G , при G>=0; Gпр= A+|G|, при G<=0,

Обратный код

  G , при G>=0;

Дополнительный код

    G , при G>=0;

Смещенный код.

  А+|G| , при G>=0;

Пример кодирования чисел в форме с плавающей точкой

Пример кодирования положительного двоичного числа 111.01 в форме с плавающей точкой. Сначала число 111.01 нужно представить в нормализованном виде, т.е. чтобы оно удовлетворяло условию 1>|q|>=1/s (где q – мантисса, s – основание характеристики [обычно целая степень числа 2]).

Для этого примера мантиссой нормализованного числа является 0.11101. Чтобы заданное число не изменилось, порядок должен быть увеличен на столько единиц, на сколько была сдвинута влево точка, отделяющая целую часть от дробной, т.е. на (3)₁₀ или (11)₂. Первоначально значение порядка было равно нулю, поэтому порядок нормализованного числа равен (11)₂ .

Представим нормализованное число в формате для двоичного 4-х байтного числа. Порядок представляется в смещённом коде, а мантисса со знаком числа – в прямом, обратном или дополнительном коде (при кодировании знак числа рассматривается как знак мантиссы).

 

 

Рис. 15.Кодирование числа в форме с плавающей точкой

 

Сложение чисел в форме с плавающей точкой

Определение разности R (с помощью алгебраического сложения) порядков заданных чисел с целью приведения чисел к одинаковым порядкам (осуществляется в… Приведение порядка заданного числа с меньшим порядком к порядку второго числа… Сложение мантисс двух чисел (в прямом, обратном или дополнительном коде, в зависимости от знаков чисел). При этом в…

Кодирование текстовой информации

Совокупность всех символов, используемых в вычислительной системе, представляет собой ее алфавит. Применяются различные виды кодирования символов,… Деловая информация в среднем содержит почти вдвое больше цифр, чем букв.… Наибольшее распространение получило представление алфавитно-цифровой информации с помощью 8-разрядных слогов,…

Кодирование графической информации

Если рассмотреть с помощью увеличительного стекла черно-белое графическое изображение, напечатанное в газете или книге, то можно увидеть, что оно…  

Кодирование звуковой информации

В отличие от текстовых, числовых и графических данных, у звукозаписей не было столь длительной истории кодирования. Методы кодирования звуковой… Метод FM ( Frequency Modulation) основан на том, что теоретически любой… При таких преобразованиях неизбежны потери информации, связанные с методом кодирования, поэтому качество звукозаписи…

Представление команд

Каждая ЭВМ имеет свой набор команд. Полный набор команд называется системой… (трехадресная – в настоящее время практически не применяется);

Основы организации и обработки данных

Основные структуры данных

Линейные структуры данных могут быть представлены списками, в которых каждый элемент данных однозначно определяется своим номером в массиве. Обычный… При создании любой структуры данных надо решить два вопроса: как разделить… В случае, когда все элементы списка имеют равную длину A, разделители не нужны. Для нахождения элемента с номером n…

Основные понятия баз данных и систем управления базами данных

Общие сведения

База данных – это структурированная совокупность данных, предназначенная для хранения информации.

С понятием баз данных связано понятие системы управления базой данных (СУБД). Это комплекс программных средств, предназначенных для создания и редактирования структуры базы данных, наполнения ее содержимым, редактирования содержимого и визуализации информации. Под визуализацией информации понимается отбор отображаемых данных в соответствии с заданным критерием, их упорядочение, оформление и последующая выдача на устройство вывода или передача по каналам связи.

Важным понятием баз данных является модель данных – формализованное описание, отражающее состав и типы данных, а также взаимосвязи между ними. По логической организации различают реляционные, сетевые и иерархические модели данных.

В реляционных моделях данные представляются в виде таблиц. Если данные и связи имеют структуру графа, то модель называется сетевой, если структуру дерева – иерархической.

Использование реляционных моделей позволяет наиболее удобно для пользователя описать структуру данных и манипулировать ими. На основе развитого математического аппарата реляционной алгебры можно описывать различные сложные преобразования данных. В связи с этим реляционные базы данных наиболее широко распространены и будут рассмотрены ниже.

Итак, в реляционных базах данных данные представляются в виде таблиц (отношений). Столбцы в этих таблицах называются полями (атрибутами), строки – записями (кортежами). Состав полей базовых таблиц определяет структуру базы данных. При изменении полей базовых таблиц изменяется структура базы данных. Если записей в таблице пока нет, ее структура образована только набором полей. На рис. 17 изображена простейшая таблица базы данных. AMD Athlon 1000Mhz

 

 

Рис. 17. Простейшая таблица базы данных

Поля базы данных определяют групповые свойства данных, записываемых в ячейки, принадлежащие каждому из полей. Ниже приводятся некоторые свойства полей таблиц баз данных на примере СУБД Microsoft Access, входящей в пакет Microsoft Office.

Имя поля – определяет, как следует обращаться к данным этого поля при автоматических операциях с базой (по умолчанию имена полей используются в качестве заголовков столбцов таблицы)

Тип поля – определяет тип данных, которые могут содержаться в данном поле

Размер поля – определяет предельную длину (в символах) данных, которые могут размещаться в данном поле (для текстового типа поля)

Формат поля – определяет способ форматирования данных в ячейках, принадлежащих полю.

Таблицы баз данных обычно допускают работу с большим количеством разных типов данных. Ниже приводятся некоторые типы данных, используемых в СУБД Microsoft Access.

Текстовый – для хранения текста, ограниченного размерами до 255 символов.

Поле MEMO – для хранения больших объемов текста (до 65535 символов), физически текст хранится не в поле, а в другом месте базы данных, а в поле хранится указатель на него, но для пользователя такое разделение заметно не всегда.

Числовой – для хранения действительных чисел.

Дата\время – для хранения календарных дат и текущего времени.

Денежный – для хранения денежных сумм

Счетчик – для не повторяющихся в поле натуральных чисел с автоматическим наращиванием (обычно используется для порядковой нумерации записей).

Логический – для хранения данных, которые могут принимать значения только «да» или «нет».

Поле объекта OLE – предназначено для хранения объектов OLE (Object Linking and Embedding) - объектов, связанных с данной таблицей, например, мультимедийных. Как и в случае с полем MEMO, они хранятся в другом месте внутренней структуры файла базы данных, а в таблице хранятся только указатели на них (иначе работа с таблицей была бы замедленной).

Гиперссылка – поле для хранения адресов Web- объектов интернета. При щелчке на ссылке автоматически происходит запуск браузера и воспроизведение объекта в его окне.

Мастер подстановки – это не специальный тип данных, а объект, настройкой которого можно автоматизировать ввод данных в поле так, чтобы не вводить их вручную, а выбирать из раскрывающегося списка.

В большинстве случаев информация, содержащаяся в базах данных, имеет значительную ценность. Поэтому целостность базы данных не должна зависеть ни от конкретных действий пользователя, забывшего сохранить файл и перед выключением компьютера, ни от «зависания» компьютера, ни от перебоев энергосети. Функции сохранения целостности базы данных осуществляет СУБД. В частности, при завершении изменений пользователем данных в доступной ему таблице или завершением им выдачи запросов (окончании транзакции) СУБД немедленно записывает эти изменения или запросы из оперативной памяти на дисковую.

Особо следует отметить проблему защиты данных от несанкционированного доступа. Эта проблема решается как с помощью паролей, присваиваемых пользователям сети администратором базы данных, так и известными методами шифрования данных.

 

Режимы и технологии работы с базами данных

Соответственно с базами данных работают две категории исполнителей: проектировщики и пользователи. Задача проектировщиков состоит в разработке… Разные типы пользователей получают исходную базу данных от проектировщиков и… Одной из первых сетевых технологий работы с базами данных являлась технология «файл – сервер» (рис.18), в соответствии…

Основные понятия компьютерной графики

Компьютерная графика изучает методы и средства создания и обработки изображений с помощью программно-аппаратных вычислительных комплексов. Она охватывает все виды и формы представления изображений, доступных для восприятия человеком либо на экране монитора, либо в виде копии на внешнем носителе (бумага, кинопленка, ткань и прочее). Визуализация данных находит применение в самых разных сферах человеческой деятельности.

В зависимости от способа формирования изображений компьютерную графику принято подразделять на растровую, векторную и фрактальну.

Для растровых изображений состоящих из точек, особую важность имеет понятие разрешения, выражающее количество точек, приходящихся на единицу длины (для экранных копий точку растра принято называть пикселом).

Рис. 24. Пример использования растра (пиксела)

В векторной графике базовым элементом является линия (обладает свойствами: формой, толщиной, цветом, начертанием). Линия описывается математически как единый объект, и потому объем данных для отображения объекта средствами векторной графики существенно меньше, чем в растровой графике.

Рис.25.Объекты векторной графики.

Фрактальная графика, как и векторная, основана на математических вычислениях. Однако базовым элементом фрактальной графики является сама математическая формула, то есть никаких объектов в памяти компьютера не хранится, и изображение строится исключительно по уравнениям. Таким способом строят как простейшие регулярные структуры, так и сложные иллюстрации, имитирующие природные ландшафты и трехмерные объекты.

Рис. 26. Пример фрактального объекта

Отдельным предметом считается трехмерная (3D) графика, изучающая приемы и методы построения объемных моделей объектов в виртуальном пространстве. В ней сочетаются векторный и растровый способы формирования изображений.

Рис.27. Пример Рис.28. Ин

трёхмерной графики женерная графика

Особенности цветового охвата характеризуют понятия: черно-белая и цветная графика. На специализацию в отдельных областях указывают названия некоторых разделов: инженерная графика, научная графика, Web-графика, компьютерная полиграфия и прочие.

Важным компонентом компьютерной графики является анимация, основанная на вычислении или (и) задании (с помощью, например, кинотехнологий) параметров движения графических объектов. Компьютерная графика является одной из наиболее бурно развивающихся отраслей информатики.

Компьютерные сети

Основные понятия компьютерных сетей

 

Компьютерная сеть – физическое соединение двух или более компьютеров. Для создания компьютерных сетей необходимы аппаратное обеспечение (сетевое оборудование) и программное обеспечение (сетевые программные средства). Простейшее соединение двух компьютеров для обмена данными называется прямым соединением.

Назначение компьютерных сетей – обеспечение совместного доступа участников сети к общим ресурсам. Ресурсы бывают трех типов: аппаратные, программные и информационные. При работе в компьютерной сети любого типа одновременно происходит совместное использование всех типов ресурсов.

Так например, все участники сети могут совместно использовать общее устройство печати (сетевой принтер) или, например, ресурсы жёстких дисков выделенного (непользовательского) компьютера (сервера). (Компьютеры пользователей сети принято называть рабочими станциями). Компьютерные сети, в которых нет выделенного сервера, а все локальные компьютеры могут общаться друг с другом «на равных правах» (обычно это небольшие сети), называются одноранговыми.

Основной задачей, решаемой при создании компьютерных сетей, является обеспечение совместимости оборудования по электрическим и механическим характеристикам и обеспечение совместимости программного и информационного обеспечения (программ и данных) по системе кодирования и формату данных. Решение этой задачи относится к области стандартизации и основано на так называемой модели OSI (модель взаимодействия открытых систем – Model of Open System Interconnections). Она создана на основе технических предложений Международного института стандартов ISO (International Standards Organization).

Согласно модели OSI/ISO архитектуру компьютерных сетей следует рассматривать на разных уровнях (общее чис-ло уровней – до семи). Обмен данными в системах связи происходит путем их перемещения с верхнего уровня (прикладного, на котором пользователь взаимодействует с вычислительной системой) на нижний (физический, на котором обеспечивается обмен сигналами между устройствами), затем транспортировки и обратным воспроизведении-ем на компьютере клиента в результате перемещения с нижнего уровня на верхний.

 

Рис.29. Простейшая модель обмена данными в компьютерной сети

Для обеспечения необходимой совместимости на каждом из семи уровней архитектуры компьютерной сети действуют специальные стандарты, называемые протоколами *¹.

В соответствии с используемыми протоколами компьютерные сети разделяются на локальные (LAN - Local Area Network), объединяющие компьютеры одного помещения, этажа, группы компактно расположенных сооружений и использующие единый комплект протоколов для всех участников, и глобальные (WAN - Wide Area Network), объединяющие как отдельные компьютеры, так и отдельные локальные сети, использующие разные протоколы.

Для связи между собой нескольких локальных сетей, работающих по разным протоколам, служат специальные средства, называемые шлюзами. Шлюзы могут быть как аппаратными (шлюзовый сервер), так и программными (компьютерная программа).

При подключении локальной сети предприятия к глобальной сети важную роль играет понятие сетевой безопасности. В частности, должен быть ограничен доступ в локальную сеть для посторонних, а также выход пользователей, не имеющих соответствующих прав, в глобальную сеть.

Для обеспечения безопасности между локальной и глобальной сетью устанавливается брандмауэр. Брандмауэром может быть специальный компьютер или компьютерная программа, препятствующая несанкционированному доступу.

Как уже отмечалось, система компьютерной связи согласно модели OSI/ISO рассматривается на семи уровнях.

Физический уровень имеет дело с передачей битов по физическим каналам связи, таким, например, как коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный или цифровой территориальный канал и т.д. Со стороны компьютера функции физического уровня выполняются сетевым адаптером или последовательным портом.

Канальный уровень (уровень соединения) на физическом уровне не учитывается, что в некоторых сетях, в которых линии связи используются несколькими парами взаимодействующих компьютеров, физическая среда передачи может быть занята. Поэтому одной из задач канального уровня является проверка доступности среды передачи. Другой задачей канального уровня в некоторых протоколах является механизм обнаружения и коррекции ошибок. Биты на этом уровне группируются в наборы, называемые кадрами (frames). В протоколах канального уровня заложена определённая структура связей между компьютерами и способы их адресации.

Сетевой уровень. протоколы канального уровня локальных сетей обеспечивают доставку данных между любыми узлами только в сети с соответствующей типовой топологией. Сетевой уровень служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей с различными принципами передачи сообщений между конечными узлами и с произвольной структурой связи. Отдельные сети соединяются между собой специальными устройствами - маршрутизаторами.

Сообщения сетевого уровня называются пакетами. При организации доставки пакетов на сетевом уровне используется понятие номер сети. Адрес получателя при этом состоит из старшей части-номера сети и младшей-номера узла в этой сети! Примером протоколов сетевого уровня является протокол межсетевого взаимодействия IP.

Транспортный уровень обеспечивает передачу данных верхним уровням. Модель OSI определяет пять классов сервиса, предоставляемых транспортным уровнем, отличающихся качеством предоставляемых услуг: срочностью, возможностью восстановления прерванной связи, способностью к обнаружению и исправлению ошибок передачи, таких как искажения, потеря и дублирование пакетов.

Примером транспортного протокола является протокол TCP. Протоколы нижних четырёх уровней обобщённо называют сетевым транспортом, т.к. они полностью решают задачу транспортировки сообщений в составных сетях с произвольной топологией и различными технологиями. Остальные три верхних уровня решают задачи предоставления прикладных сервисов на основании имеющейся транспортной подсистемы.

Сеансовый уровень обеспечивает управление диалогом: фиксирует, какая из сторон является активной в настоящий момент, предоставляет средства синхронизации.

Представительный уровень. Он имеет дело с формой представления передаваемой по сети информации. Это уровень обеспечивает понимание информации, передаваемой прикладным уровнем одной системы прикладному уровню принимающей системы. С помощью средств этого уровня преодолеваются, в частности, различия в кодах символов. Например, кодов ASCII и EBSDIC. На этом уровне может выполняться шифрование дешифрование данных, благодаря которому секретность обмена данными обеспечивается сразу для всех прикладных служб.

Прикладной уровень-это просто набор протоколов, с помощью которых пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам- файлам, принтера, WEB-страницам и т.п., а также организуют совместную работу, например, с помощью протокола электронной почты. Единица данных, которой оперирует прикладной уровень, часто называют сообщением.

Группы сотрудников, работающих над одним проектом в рамках локальной сети, называются рабочими группами. В одной локальной сети могут работать несколько рабочих групп. У участников рабочих групп могут быть разные права для доступа к общим ресурсам сети. Совокупность приемов разделения и ограничения прав участников сети называется политикой сети. Управление сетевыми политиками(их может быть несколько в одной сети) называется администрированием сети. Лицо, управляющее организацией работ участников локальной сети, называется системным администратором (администратором сети).

Как только компьютеров становится больше двух, возникает проблема выбора конфигурации физических связей или топологии. Под топологией сети понимается конфигурация графа, вершинам которого соответствуют конечные узлы сети (например, компьютеры) и коммуникационное оборудование (например, маршрутизаторы^*3), а ребрам — электрические и информационные связи между ними.

Число возможных конфигураций резко возрастает при увеличении числа связываемых устройств. Так, если три компьютера мы можем связать двумя способами, то для четырех компьютеров (рис. 31) можно предложить уже шесть топологически различных конфигураций (при условии неразличимости компьютеров).

 

Рис. 31. Варианты связи компьютеров.

Мы можем соединять каждый компьютер с каждым или же связывать их последовательно, предполагая, что они будут общаться, передавая друг другу сообщения "транзитом". При этом транзитные узлы должны быть оснащены специальными средствами, позволяющими выполнять эту специфическую посредническую операцию. В роли транзитного узла может выступать как универсальный компьютер, так и специализированное устройство.

От выбора топологии связей зависят многие характеристики сети. Например, наличие между узлами нескольких путей повышает надежность сети и делает возможной балансировку загрузки отдельных каналов. Простота присоединения новых узлов, свойственная некоторым топологиям, делает сеть легко расширяемой. Экономические соображения часто приводят к выбору топологий, для которых характерна минимальная суммарная длина линий связи.

Среди множества возможных конфигураций различают полносвязные и неполносвязные :

Рис. 32. Типы конфигураций

Полносвязная топология соответствует сети, в которой каждый компьютер непосредственно связан со всеми остальными. Несмотря на логическую простоту, это вариант громоздкий и неэффективный. Действительно, каждый компьютер в сети должен иметь большое количество коммуникационных портов, достаточное для связи с каждым из остальных компьютеров. Для каждой пары компьютеров должна быть выделена отдельная физическая линия связи. (В некоторых случаях даже две, если невозможно использование этой линии для двусторонней передачи.) Полносвязные топологии в крупных сетях применяются редко, так как для связи N узлов требуется N(N-1)/2 физических дуплексных линий связи, т.е. имеет место квадратическая зависимость. Чаще этот вид топологии используется в многомашинных комплексах или в сетях, объединяющих небольшое количество компьютеров.

Рис. 33. Полносвязная конфигурация.

Все другие варианты основаны на неполносвязных топологиях, когда для обмена данными между двумя компьютерами может потребоваться промежуточная передача данных через другие узлы сети.

Ячеистая топология получается из полносвязной путем удаления некоторых возможных связей. Ячеистая топология допускает соединение большого количества компьютеров и характерна для крупных сетей .

Рис. 34. Ячеистая топология.

В сетях с кольцевой конфигурацией данные передаются по кольцу от одного компьютера к другому. Главное достоинство "кольца" в том, что оно по своей природе обладает свойством резервирования связей. Действительно, любая пара узлов соединена здесь двумя путями — по часовой стрелке и против. "Кольцо" представляет собой очень удобную конфигурацию и для организации обратной связи — данные, сделав полный оборот, возвращаются к узлу-источнику. Поэтому отправитель в данном случае может контролировать процесс доставки данных адресату. Часто это свойство "кольца" используется для тестирования связности сети и поиска узла, работающего некорректно. В то же время в сетях с кольцевой топологией необходимо принимать специальные меры, чтобы в случае выхода из строя или отключения какой-либо станции не прерывался канал связи между остальными станциями "кольца".

Рис. 35. Топология "кольцо".

Топология "звезда" образуется в том случае, когда каждый компьютер с помощью отдельного кабеля подключается к общему центральному устройству, называемому концентратором. В функции концентратора входит направление передаваемой компьютером информации одному или всем остальным компьютерам сети. В роли концентратора может выступать как компьютер, так и специализированное устройство, такое как многовходовый повторитель, коммутатор или маршрутизатор. К недостаткам топологии типа "звезда" относится более высокая стоимость сетевого оборудования, связанная с необходимостью приобретения специализированного центрального устройства. Кроме того, возможности наращивания количества узлов в сети ограничиваются количеством портов концентратора.

Рис. 36. Топология "звезда".

Иногда имеет смысл строить сеть с использованием нескольких концентраторов, иерархически соединенных между собой связями типа "звезда". Получаемую в результате структуру называют также деревом. В настоящее время дерево является самым распространенным типом топологии связей, как в локальных, так и в глобальных сетях.

Рис. 37. Топология "иерархическая звезда" или "дерево".

Особым частным случаем конфигурации звезда является конфигурация "общая шина" (рис. 38). Здесь в роли центрального элемента выступает пассивный кабель, к которому по схеме "монтажного ИЛИ" подключается несколько компьютеров (такую же топологию имеют многие сети, использующие беспроводную связь — роль общей шины здесь играет общая радиосреда). Передаваемая информация распространяется по кабелю и доступна одновременно всем присоединенным к нему компьютерам.

Рис. 38. Топология "общая шина".

Основными преимуществами такой схемы являются низкая стоимость и простота наращивания, т.е. присоединения новых узлов к сети.

Самым серьезным недостатком "общей шины" является ее недостаточная надежность: любой дефект кабеля или какого-нибудь из многочисленных разъемов полностью парализует всю сеть. Другой недостаток "общей шины" — невысокая производительность, так как при таком способе подключения в каждый момент времени только один компьютер может передавать данные по сети, поэтому пропускная способность канала связи всегда делится между всеми узлами сети. До недавнего времени "общая шина" являлась одной из самых популярных топологий для локальных сетей.

В то время как небольшие сети, как правило, имеют типовую топологию — "звезда", "кольцо" или "общая шина", для крупных сетей характерно наличие произвольных связей между компьютерами. В таких сетях можно выделить отдельные произвольно связанные фрагменты (подсети), имеющие типовую топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологией.

Рис. 39. Смешанная топология.

 

Простейшее устройство для соединения между собой двух локальных сетей, использующих одинаковые протоколы, называется мостом. Мост может быть аппаратным (специализированный компьютер) или программным. Цель моста – не выпускать за пределы локальной сети данные, предназначенные для внутреннего потребления.

Интернет и его основные службы

Получение информации из Интернета

Интернет – всемирная компьютерная сеть. Если два компьютера, находящиеся на разных континентах, обмениваются данными в Интернете, это совсем не… - физически подключить компьютер к одному из узлов Всемирной сети*3;

Создание Web-документов

Основы языка HTML

Автономные Web-документы используют язык HTML. Гипертекст, т.е. расширенный текст, включает дополнительные элементы: иллюстрации, ссылки, вставные объекты. Разметка – использование специальных кодов, отделяемых от смыслового содержания документа и используемых для реализации гипертекста.

Управляющие конструкции языка HTML называют тегами. Теги бывают парные и непарные. Парные воздействуют на часть документа, заключенную между ними. Все теги заключаются в угловые скобки, в закрывающем теге после < идет /.

Пример: <head> ... </head>

Структура документа на языке HTML

2) Внутри документа выделяются два основных раздела: раздел заголовков и тело документа. Раздел документа содержит информацию, описывающую документ… Простейший документ: <HTML>

Правила вложения элементов

1) Элементы не должны пересекаться. (Если открывающийся тег располагается внутри элемента, то и закрывающийся тег должен располагаться внутри этого же элемента.)

2) Блочные элементы могут содержать вложенные блочные и текстовые элементы.

3) Текстовые элементы могут содержать вложенные текстовые элементы.

4) Текстовые элементы не могут содержать вложенные блочные элементы.

 

Функциональные блочные элементы

Абзацы задаются при помощи парных тегов <P>. Закрывающий тег </P> необязательный. Подразумевается, что он стоит перед началом очередного… Например: <H1> Заголовок </H1>

Web-графика

Файлы формата GIF (Graphic Interchange Format) – файл упакован и занимает меньше места, чем неупакованный растровый рисунок (например, в формате… Рисунки хранятся на Web-узлах в отдельных файлах, но отображаются как элементы… Например:

Вопросы компьютерной безопасности

Понятие компьютерной безопасности

В вычислительной технике понятие безопасности является весьма широким. Оно подразумевает и надёжность работы компьютера, и сохранность ценных данных, и защиту информации от внесения в неё изменений неуполномоченными лицами, и сохранение тайны переписки в электронной связи.

Создавать систему безопасности нужно прежде всего с предотвращения разрушительных последствий любого воздействия, будь то вирусная атака, кража в помещении или физический выход жёсткого диска из строя. Надёжная и безопасная работа с данными достигается только тогда, когда любое неожиданное событие, в том числе и полное физическое уничтожение компьютера, не приведёт к катастрофическим последствиям.

Компьютерные вирусы

Компьютерный вирус – это программный код, встроенный в другую программу, документ или в определённые области носителя данных и предназначенный для выполнения несанкционированных действий на несущем компьютере.

Основными типами компьютерных вирусов являются:

программные вирусы*¹;

загрузочные вирусы*² ;

макровирусы*³.

Методы защиты от компьютерных вирусов

Существует три этапа защиты от компьютерных вирусов:

предотвращение поступления вирусов;

предотвращение вирусной атаки, если вирус всё-таки поступил на компьютер;

предотвращение разрушительных последствий, если атака всё-таки произошла.

Существует три метода реализации защиты:

программные методы защиты;

аппаратные методы защиты;

организационные методы защиты.

Средства антивирусной защиты

При резервировании данных следует также иметь в виду и то, что надо отдельно сохранять все регистрационные и парольные данные для доступа к сетевым… Следует также учитывать, что резервные копии должны храниться отдельно от… Вспомогательными средствами защиты являются антивирусные программы и средства аппаратной защиты.

Защита от несанкционированного доступа

(методы криптографии)

Интернет является не только средством общения и универсальной справочной системой – в нём циркулируют договорные и финансовые обязательства, необходимость защиты которых как от просмотра, так и от фальсификации, очевидна. Начиная с 1999 года Интернет, становится мощным средством обеспечения розничного торгового оборота, а это требует защиты данных кредитных карт и других электронных платёжных средств.

Если в ходе коммуникационного процесса данные передаются через открытые системы (а Интернет относится именно к таковым), то исключить доступ к ним посторонних невозможно даже теоретически. Одним из приёмов защиты от несанкционированного доступа к конфиденциальной информации является шифрование данных.

Понятие несимметричного шифрования информации

Основной недостаток симметричного процесса заключается в том, что, прежде чем начать обмен информацией, надо выполнить передачу ключа, а для этого… Поэтому в настоящее время в Интернете используют несимметричные… Как публичный, так и закрытый ключ представляет собой некую кодовую последовательность. Публичный ключ компании может…

Принцип достаточности защиты

Однако знание алгоритма ещё не означает возможности провести реконструкцию ключа в разумно приемлемые сроки. Поэтому защиту информации принято… Разумеется, не всегда реконструкцию закрытого ключа производят методами…  

Понятие электронной подписи

Итак, клиент может переслать организации свои конфиденциальные данные (например, номер электронного счёта). Точно так же он может общаться и с… Принцип её создания тот же, что и рассмотренный выше. Если нам надо создать…  

Понятие электронных сертификатов

Сертификация даты. Проблема регистрации даты отправкисообщения возникает во всех случаях, когда через Интернет заключаются договоры между сторонами.… Сертификация Web-узлов. При заказе товаров в Интернете важно убедиться в том,… Сертификация издателей. Схожая проблема встречается и при распространении программного обеспечения через Интернет. И в…

Математические основы синтеза схем

В настоящее время используются схемы двух классов: комбинационные (логические) и конечные (цифровые) автоматы (схемы с памятью). В комбинационных схемах значения выходных сигналов в момент времени t… В конечных автоматах выходные сигналы определяются не только и не всегда значениями входных сигналов в данный момент…

Основы булевой алгебры. Булевы функции

Основными операциями булевой алгебры является инверсия, конъюнкция и дизъюнкция. Приоритет операций: 1. инверсия (НЕ), 2. конъюнкция(И), 3. дизъюнкция(ИЛИ).

Законы булевой алгебры.

Удобно выделить законы, облегчающие преобразования формул к более простому…

Основы автоматных преобразований

Под воздействием входного слова (последовательности символов, возникающей в моменты времени t = 0, 1, 2, ... i ... , которые называются тактами)… При анализе автомата его заменяют автоматом с одним эквивалентным входом и… Рассмотрим примеры автоматов.

Литература.

1. Бройдо В. Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации.

Учебник для вузов, СПб., "Питер", 2003.

2. Букчин Л., Безрукий Ю., Дисковая подсистема IBM-

совместимых персональных компьютеров, //М., МП "Бином", 1993

3. Воробьев М. Серверы IBM. Статья., MVorobyev@hetnet.ru

4. Гук М. Ю. Аппаратные средства ПК. Энциклопедия,

СПб, "Питер", 2003

5. Дейт, К., Дж. Введение в системы баз данных. 7-е издание:

пер. с англ., М., "Вильямс", 2001.

6. Каган Б.М. Электронные вычислительные машины и системы,

М., "Энергоатомиздат", 1991.

7. Комер Д. Принципы функционирования Интернета:

пер. с англ., СПб., "Питер", 2002.

8. Мюллер, Скотт. Модернизация и ремонт ПК. 13-е издание.:

пер. с англ., М., "Вильямс", 2002.

9. Олифер В. Г., Олифер Н. А. Компьютерные сети. Принципы,

технологии, протоколы. Учебник для вузов, СПб., "Питер", 2003.

10. Петров М. Н., Молочков В.П. Компьютерная графика,. Учебник для вузов, СПб., "Питер", 2002.

11. Пржиялковский В., Ломов Ю., "Технические и программные

средства единой системы ЭВМ", //М.,Статистика, 1980

12. Рейнбоу В. Компьютерная графика. Энциклопедия:

пер. с англ., СПб., "Питер", 2003.

13. Симонович С. В. Информатика. Базовый курс. 2-е издание,

СПб., "Питер", 2005.

14. Таненбаум Э. Архитектура компьютера: пер. с англ.,

СПб., "Питер", 2003.

15. Таненбаум Э. Компьютерные сети: пер. с англ.,

СПб., "Питер", 2003.

16. Таненбаум Э. Современные операционные системы.

2-е издание, СПб., "Питер", 2002.

17. Хамахер К., Вранешич З., Заки С. Организация ЭВМ:

пер. с англ., СПб., "Питер", 2003.

18. Шамров М.И. Шаруненко Н.М. Высокопроизводительные вычислительные системы на железнодорожном транспорте – Учебное пособие, МИИТ, 2006

19. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. СПб., "Питер", 2005

20. Ресурсы интернета:

www. peoples.ru/ scien

www. computer - museum.ru

www. citforum.ru/hardware/svk/glava_2.shtml#Мейнфреймы

www. IBM.com.

 

Св. план 2007г., поз.

 

 

Шахунянц Татьяна Георгиевна

Информатика

 

 

Учебное пособие

 

Подписано к печати Формат 60 x 84 1/16

Тираж экз. Заказ

Усл. печ. л.-8,5

 

127994, Москва, ул. Образцова, 15

Типография МИИТа