Информатика. Ее приоритетные направления.    

Лекции по дисциплине «Информатика» 1. Информатика, ее приоритетные направления. Термин "информатика" (франц. informatique) происходит от французских слов information (информация) и automatique (автоматика) и дословно означает "информационная автоматика". Широко распространён также англоязычный вариант этого термина — "Сomputer science", что означает буквально "компьютерная наука". Инфоpматика — это основанная на использовании компьютерной техники дисциплина, изучающая структуру и общие свойства информации, а также закономерности и методы её создания, хранения, поиска, преобразования, передачи и применения в различных сферах человеческой деятельности. В 1978 году международный научный конгресс официально закрепил за понятием "информатика" области, связанные с разработкой, созданием, использованием и материально-техническим обслуживанием систем обработки информации, включая компьютеры и их программное обеспечение, а также организационные, коммерческие, административные и социально-политические аспекты компьютеризации — массового внедрения компьютерной техники во все области жизни людей. Таким образом, информатика базируется на компьютерной технике и немыслима без нее. Инфоpматика — комплексная научная дисциплина с широчайшим диапазоном применения. Её приоритетные направления: • pазpаботка вычислительных систем и пpогpаммного обеспечения; • теоpия инфоpмации, изучающая процессы, связанные с передачей, приёмом, преобразованием и хранением информации; • математическое моделирование, методы вычислительной и прикладной математики и их применение к фундаментальным и прикладным исследованиям в различных областях знаний; • методы искусственного интеллекта, моделирующие методы логического и аналитического мышления в интеллектуальной деятельности человека (логический вывод, обучение, понимание речи, визуальное восприятие, игры и др.); • системный анализ, изучающий методологические средства, используемые для подготовки и обоснования решений по сложным проблемам различного характера; • биоинформатика, изучающая информационные процессы в биологических системах; • социальная информатика, изучающая процессы информатизации общества; • методы машинной графики, анимации, средства мультимедиа; • телекоммуникационные системы и сети, в том числе, глобальные компьютерные сети, объединяющие всё человечество в единое информационное сообщество; • разнообразные пpиложения, охватывающие производство, науку, образование, медицину, торговлю, сельское хозяйство и все другие виды хозяйственной и общественной деятельности. Российский академик А.А. Дородницин выделяет в информатике три неразрывно и существенно связанные части — технические средства, программные и алгоритмические. Технические средства, или аппаратура компьютеров, в английском языке обозначаются словом Hardware, которое буквально переводится как "твердые изделия". Для обозначения программных средств, под которыми понимается совокупность всех программ, используемых компьютерами, и область деятельности по их созданию и применению, используется слово Software (буквально — "мягкие изделия"), которое подчеркивает равнозначность самой машины и программного обеспечения, а также способность программного обеспечения модифицироваться, приспосабливаться и развиваться. Программированию задачи всегда предшествует разработка способа ее решения в виде последовательности действий, ведущих от исходных данных к искомому результату, иными словами, разработка алгоритма решения задачи. Для обозначения части информатики, связанной с разработкой алгоритмов и изучением методов и приемов их построения, применяют термин Brainware (англ. brain — интеллект). Роль информатики в развитии общества чрезвычайно велика. С ней связано начало революции в области накопления, передачи и обработки информации. Эта революция, следующая за революциями в овладении веществом и энергией, затрагивает и коренным образом преобразует не только сферу материального производства, но и интеллектуальную, духовную сферы жизни. Прогрессивное увеличение возможностей компьютерной техники, развитие информационных сетей, создание новых информационных технологий приводят к значительным изменениям во всех сферах общества: в производстве, науке, образовании, медицине и т.д. 2. Понятие информации. Виды информации. Термин  "информация"  происходит от латинского слова  "informatio",  что означает  сведения,  разъяснения,  изложение. Несмотря на широкое распространение этого термина, понятие информации является одним из самых дискуссионных в науке. В настоящее время наука пытается найти общие свойства и закономерности, присущие многогранному понятию информация, но пока это понятие во многом остается интуитивным и получает различные смысловые наполнения в различных отраслях человеческой деятельности: • в обиходе информацией называют любые данные или сведения, которые кого-либо интересуют. Например, сообщение о каких-либо событиях, о чьей-либо деятельности и т.п.   "Информировать" в этом смысле означает   "сообщить нечто, неизвестное раньше"; • в технике под информацией понимают сообщения, передаваемые в форме знаков или сигналов; • в кибернетике под информацией понимает ту часть знаний, которая используется для ориентирования, активного действия, управления, т.е. в целях сохранения, совершенствования, развития системы (Н. Винер). Клод Шеннон, американский учёный, заложивший основы теории информации — науки, изучающей процессы, связанные с передачей, приёмом, преобразованием и хранением информации, — рассматривает информацию как снятую неопределенность наших знаний о чем-то. Приведем еще несколько определений: • Информация — это сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределенности, неполноты знаний (Н.В. Макарова); • Информация — это отрицание энтропии (Леон Бриллюэн); • Информация — это мера сложности структур (Моль); • Информация — это отраженное разнообразие (Урсул); • Информация — это содержание процесса отражения (Тузов); • Информация — это вероятность выбора (Яглом). Современное научное представление об информации очень точно сформулировал   Норберт Винер, "отец" кибернетики. А именно: Информация — это обозначение содержания, полученного из внешнего мира в процессе нашего приспособления к нему и приспособления к нему наших чувств. Люди обмениваются информацией в форме сообщений. Сообщение — это форма представления информации в виде речи, текстов, жестов, взглядов, изображений, цифровых данных, графиков, таблиц и т.п. Одно и то же информационное сообщение (статья в газете, объявление, письмо, телеграмма, справка, рассказ, чертёж, радиопередача и т.п.) может содержать разное количество информации для разных людей — в зависимости от их предшествующих знаний, от уровня понимания этого сообщения и интереса к нему. Так, сообщение, составленное на японском языке, не несёт никакой новой информации человеку, не знающему этого языка, но может быть высокоинформативным для человека, владеющего японским. Никакой новой информации не содержит и сообщение, изложенное на знакомом языке, если его содержание непонятно или уже известно. Информация есть характеристика не сообщения, а соотношения между сообщением и его потребителем. Без наличия потребителя, хотя бы потенциального, говорить об информации бессмысленно. В случаях, когда говорят об автоматизированной работе с информацией посредством каких-либо технических устройств, обычно в первую очередь интересуются не содержанием сообщения, а тем, сколько символов это сообщение содержит. Применительно к компьютерной обработке данных под информацией понимают некоторую последовательность символических обозначений (букв, цифр, закодированных графических образов и звуков и т.п.), несущую смысловую нагрузку и представленную в понятном компьютеру виде. Каждый новый символ в такой последовательности символов увеличивает информационный объём сообщения. Информация может существовать в виде: • текстов, рисунков, чертежей, фотографий; • световых или звуковых сигналов; • радиоволн; • электрических и нервных импульсов; • магнитных записей; • жестов и мимики; • запахов и вкусовых ощущений; • хромосом, посредством которых передаются 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. 3. Понятие информации. Информационные процессы. Термин  "информация"  происходит от латинского слова  "informatio",  что означает  сведения,  разъяснения,  изложение. Несмотря на широкое распространение этого термина, понятие информации является одним из самых дискуссионных в науке. В настоящее время наука пытается найти общие свойства и закономерности, присущие многогранному понятию информация, но пока это понятие во многом остается интуитивным и получает различные смысловые наполнения в различных отраслях человеческой деятельности: • в обиходе информацией называют любые данные или сведения, которые кого-либо интересуют. Например, сообщение о каких-либо событиях, о чьей-либо деятельности и т.п.   "Информировать" в этом смысле означает   "сообщить нечто, неизвестное раньше"; • в технике под информацией понимают сообщения, передаваемые в форме знаков или сигналов; • в кибернетике под информацией понимает ту часть знаний, которая используется для ориентирования, активного действия, управления, т.е. в целях сохранения, совершенствования, развития системы (Н. Винер). Клод Шеннон, американский учёный, заложивший основы теории информации — науки, изучающей процессы, связанные с передачей, приёмом, преобразованием и хранением информации, — рассматривает информацию как снятую неопределенность наших знаний о чем-то. Приведем еще несколько определений: • Информация — это сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределенности, неполноты знаний (Н.В. Макарова); • Информация — это отрицание энтропии (Леон Бриллюэн); • Информация — это мера сложности структур (Моль); • Информация — это отраженное разнообразие (Урсул); • Информация — это содержание процесса отражения (Тузов); • Информация — это вероятность выбора (Яглом). Современное научное представление об информации очень точно сформулировал   Норберт Винер, "отец" кибернетики. А именно: Информация — это обозначение содержания, полученного из внешнего мира в процессе нашего приспособления к нему и приспособления к нему наших чувств. Люди обмениваются информацией в форме сообщений. Сообщение — это форма представления информации в виде речи, текстов, жестов, взглядов, изображений, цифровых данных, графиков, таблиц и т.п. Одно и то же информационное сообщение (статья в газете, объявление, письмо, телеграмма, справка, рассказ, чертёж, радиопередача и т.п.) может содержать разное количество информации для разных людей — в зависимости от их предшествующих знаний, от уровня понимания этого сообщения и интереса к нему. Так, сообщение, составленное на японском языке, не несёт никакой новой информации человеку, не знающему этого языка, но может быть высокоинформативным для человека, владеющего японским. Никакой новой информации не содержит и сообщение, изложенное на знакомом языке, если его содержание непонятно или уже известно. Информация есть характеристика не сообщения, а соотношения между сообщением и его потребителем. Без наличия потребителя, хотя бы потенциального, говорить об информации бессмысленно. В случаях, когда говорят об автоматизированной работе с информацией посредством каких-либо технических устройств, обычно в первую очередь интересуются не содержанием сообщения, а тем, сколько символов это сообщение содержит. Применительно к компьютерной обработке данных под информацией понимают некоторую последовательность символических обозначений (букв, цифр, закодированных графических образов и звуков и т.п.), несущую смысловую нагрузку и представленную в понятном компьютеру виде. Каждый новый символ в такой последовательности символов увеличивает информационный объём сообщения. Информацию можно: • создавать; • передавать; • воспринимать; • иcпользовать; • запоминать; • принимать; • копировать; • формализовать; • распространять; • преобразовывать; • комбинировать; • обрабатывать; • делить на части; • упрощать; • собирать; • хранить; • искать; • измерять; • разрушать; • и др. • Все эти процессы, связанные с определенными операциями над информацией, называются информационными процессами. 4. Единицы измерения информации. Передача информации. Обработка информации. Какое количество информации содержится, к примеру, в тексте романа "Война и мир", во фресках Рафаэля или в генетическом коде человека? Ответа на эти вопросы наука не даёт и, по всей вероятности, даст не скоро. А возможно ли объективно измерить количество информации? Важнейшим результатом теории информации является следующий вывод: В определенных, весьма широких условиях можно пренебречь качественными особенностями информации, выразить её количество числом, а также сравнить количество информации, содержащейся в различных группах данных. В настоящее время получили распространение подходы к определению понятия "количество информации", основанные на том, что информацию, содержащуюся в сообщении, можно нестрого трактовать в смысле её новизны или, иначе, уменьшения неопределённости наших знаний об объекте.   Эти подходы используют математические понятия вероятности и логарифма.   Если вы еще не знакомы с этими понятиями, то можете пока   пропустить этот материал.               Подходы к определению количества информации.   Формулы Хартли и Шеннона. Американский инженер Р. Хартли в 1928 г. процесс получения информации рассматривал как выбор одного сообщения из конечного наперёд заданного множества из N равновероятных сообщений, а количество информации I, содержащееся в выбранном сообщении, определял как двоичный логарифм N.    Формула Хартли:   I = log2N Допустим, нужно угадать одно число из набора чисел от единицы до ста. По формуле Хартли можно вычислить, какое количество информации для этого требуется: I = log2100  6,644. Таким образом, сообщение о верно угаданном числе содержит количество информации, приблизительно равное 6,644 единицы информации. Приведем другие примеры равновероятных сообщений: 1. при бросании монеты: "выпала решка", "выпал орел"; 2. на странице книги: "количество букв чётное", "количество букв нечётное". Определим теперь, являются ли равновероятными сообщения "первой выйдет из дверей здания женщина" и "первым выйдет из дверей здания мужчина". Однозначно ответить на этот вопрос нельзя. Все зависит от того, о каком именно здании идет речь. Если это, например, станция метро, то вероятность выйти из дверей первым одинакова для мужчины и женщины, а если это военная казарма, то для мужчины эта вероятность значительно выше, чем для женщины. Для задач такого рода американский учёный Клод Шеннон предложил в 1948 г. другую формулу определения количества информации, учитывающую возможную неодинаковую вероятность сообщений в наборе. Формула Шеннона: I = — ( p1log2 p1 + p2 log2 p2 + . . . + pN log2 pN), где pi — вероятность того, что именно i-е сообщение выделено в наборе из N сообщений. Легко заметить, что если вероятности p1, ..., pN равны, то каждая из них равна 1 / N, и формула Шеннона превращается в формулу Хартли. Помимо двух рассмотренных подходов к определению количества информации, существуют и другие. Важно помнить, что любые теоретические результаты применимы лишь к определённому кругу случаев, очерченному первоначальными допущениями.   В качестве единицы информации Клод Шеннон предложил принять  один  бит    (англ. bit — binary digit — двоичная цифра). Бит в теории информации — количество информации, необходимое для различения двух равновероятных сообщений   (типа "орел"—"решка", "чет"—"нечет" и т.п.). В вычислительной технике битом называют наименьшую "порцию" памяти компьютера, необходимую для хранения одного из двух знаков "0" и "1", используемых для внутримашинного представления данных и команд. Бит — слишком мелкая единица измерения. На практике чаще применяется более крупная единица —  байт,  равная  восьми битам. Именно восемь битов требуется для того, чтобы закодировать любой из 256 символов алфавита клавиатуры компьютера (256=28). Широко используются также ещё более крупные производные единицы информации: • 1 Килобайт (Кбайт) = 1024 байт = 210 байт, • 1 Мегабайт (Мбайт) = 1024 Кбайт = 220 байт, • 1 Гигабайт (Гбайт) = 1024 Мбайт = 230 байт. В последнее время в связи с увеличением объёмов обрабатываемой информации входят в употребление такие производные единицы, как: • 1 Терабайт (Тбайт) = 1024 Гбайт = 240 байт, • 1 Петабайт (Пбайт) = 1024 Тбайт = 250 байт. За единицу информации можно было бы выбрать количество информации, необходимое для различения, например, десяти равновероятных сообщений. Это будет не двоичная (бит), а десятичная (дит) единица информации. Информацию можно: • создавать; • передавать; • воспринимать; • иcпользовать; • запоминать; • принимать; • копировать; • формализовать; • распространять; • преобразовывать; • комбинировать; • обрабатывать; • делить на части; • упрощать; • собирать; • хранить; • искать; • измерять; • разрушать; • и др. • Все эти процессы, связанные с определенными операциями над информацией, называются информационными процессами. Обработка информации — получение одних информационных объектов из других информационных объектов путем выполнения некоторых алгоритмов [15]. Обработка является одной из основных операций, выполняемых над информацией, и главным средством увеличения объёма и разнообразия информации. Средства обработки информации — это всевозможные устройства и системы, созданные человечеством, и в первую очередь, компьютер — универсальная машина для обработки информации. Компьютеры обрабатывают информацию путем выполнения некоторых алгоритмов. Живые организмы и растения обрабатывают информацию с помощью своих органов и систем. 5. Информационные ресурсы. Информационные технологии. Информационное общество. Информационные ресурсы — это идеи человечества и указания по их реализации, накопленные в форме, позволяющей их воспроизводство. Это книги, статьи, патенты, диссертации, научно-исследовательская и опытно-конструкторская документация, технические переводы, данные о передовом производственном опыте и др. Информационные ресурсы (в отличие от всех других видов ресурсов — трудовых, энергетических, минеральных и т.д.) тем быстрее растут, чем больше их расходуют. Информационная технология — это совокупность методов и устройств, используемых людьми для обработки информации. Человечество занималось обработкой информации тысячи лет. Первые информационные технологии основывались на использовании счётов и письменности. Около пятидесяти лет назад началось исключительно быстрое развитие этих технологий, что в первую очередь связано с появлением компьютеров. В настоящее время термин "информационная технология" употребляется в связи с использованием компьютеров для обработки информации. Информационные технологии охватывают всю вычислительную технику и технику связи и, отчасти, — бытовую электронику, телевидение и радиовещание. Они находят применение в промышленности, торговле, управлении, банковской системе, образовании, здравоохранении, медицине и науке, транспорте и связи, сельском хозяйстве, системе социального обеспечения, служат подспорьем людям различных профессий и домохозяйкам. Народы развитых стран осознают, что совершенствование информационных технологий представляетсамую важную, хотя дорогостоящую и трудную задачу. В настоящее время создание крупномасштабных информационно-технологических систем является экономически возможным, и это обусловливает появление национальных исследовательских и образовательных программ, призванных стимулировать их разработку. Информатизация общества — организованный социально-экономический и научно-технический процесс создания оптимальных условий для удовлетворения информационных потребностей и реализации прав граждан, органов государственной власти, органов местного самоуправления организаций, общественных объединений на основе формирования и использования информационных ресурсов. Цель информатизации — улучшение качества жизни людей за счет увеличения производительности и облегчения условий их труда. Информатизация — это сложный социальный процесс, связанный со значительными изменениями в образе жизни населения. Он требует серьёзных усилий на многих направлениях, включая ликвидацию компьютерной неграмотности, формирование культуры использования новых информационных технологий и др. 6. Базовая аппаратная конфигурация персонального компьютера. Основные функциональные характеристики ПК. Современный персональный компьютер состоит из нескольких основных конструктивных компонент:   Рис. 2.27. Виды корпусов системного блока • системного блока; • монитора; • клавиатуры; • манипуляторов. В системном блоке размещаются: • блок питания; • накопитель на жёстких магнитных дисках; • накопитель на гибких магнитных дисках; • системная плата; • платы расширения; • накопитель CD-ROM; • и др. Корпус системного блока может иметь горизонтальную (DeskTop) или вертикальную (Tower — башня) компоновку. Типичный системный блок со снятой крышкой корпуса — на рис. 2.28. Рис. 2.28. Системный блок со снятой крышкой корпуса   1 — Системная плата. 2 — Разъём дополнительного второго процессора. 3 — Центральный процессор с радиатором для отвода тепла. 4 — Разъёмы оперативной памяти. 5 — Накопитель на гибких магнитных дисках. 6 — Накопитель CD-ROM. 7 — Сетевая карта. 8 — Графический акселератор. 9 — Блок питания, преобразующий переменное напряжение электросети в постоянное напряжение различной полярности и величины, необходимое для питания системной платы и внутренних устройств. Блок питания содержит вентилятор, создающий циркулирующие потоки воздуха для охлаждения системного блока. 7. Микропроцессор: функции, основные характеристики. Центральный процессор (CPU, от англ. Central Processing Unit) — это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера. Центральный процессор в общем случае содержит в себе: • арифметико-логическое устройство; • шины данных и шины адресов; • регистры; • счетчики команд; • кэш — очень быструю память малого объема (от 8 до 512 Кбайт); • математический сопроцессор чисел с плавающей точкой. Современные процессоры выполняются в виде микропроцессоров. Физически микропроцессор представляет собой интегральную схему — тонкую пластинку кристаллического кремния прямоугольной формы площадью всего несколько квадратных миллиметров, на которой размещены схемы, реализующие все функции процессора. Кристалл-пластинка обычно помещается в пластмассовый или керамический плоский корпус и соединяется золотыми проводками с металлическими штырьками, чтобы его можно было присоединить к системной плате компьютера. Микропроцессор Intel Pentium 4 — наиболее совершенный и мощный процессор выпуска 2001 г. с тактовой частотой до 2 Гигагерц, представлен на рисунке 2.5 примерно в натуральную величину. Он предназначен для работы приложений, требующих высокой производительности процессора, таких, как передача видео и звука по Интернет, создание видео-материалов, распознавание речи, обработка трехмерной графики, игры.   Рис. 2.5. Микропроцессор Pentium 4. Вид сверху (слева) и вид снизу (справа) В вычислительной системе может быть несколько параллельно работающих процессоров; такие системы называются многопроцессорными. Функции процессора: • обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций; • программное управление работой устройств компьютера. Та часть процессора, которая выполняет команды, называется арифметико-логическим устройством (АЛУ), а другая его часть, выполняющая функции управления устройствами, называется устройством управления (УУ). Обычно эти два устройства выделяются чисто условно, конструктивно они не разделены. В составе процессора имеется ряд специализированных дополнительных ячеек памяти, называемых регистрами. Регистр выполняет функцию кратковременного хранения числа или команды. Над содержимым некоторых регистров специальные электронные схемы могут выполнять некоторые манипуляции. Например, "вырезать" отдельные части команды для последующего их использования или выполнять определенные арифметические операции над числами. Основным элементом регистра является электронная схема, называемая триггером, которая способна хранить одну двоичную цифру (разряд двоичного кода). Логическая схема триггера описана в разделе 5.7. Регистр представляет собой совокупность триггеров, связанных друг с другом определённым образом общей системой управления. Существует несколько типов регистров, отличающихся видом выполняемых операций. Некоторые важные регистры имеют свои названия, например: • сумматор — регистр АЛУ, участвующий в выполнении каждой операции; • счетчик команд — регистр УУ, содержимое которого соответствует адресу очередной выполняемой команды; служит для автоматической выборки программы из последовательных ячеек памяти; • регистр команд — регистр УУ для хранения кода команды на период времени, необходимый для ее выполнения. Часть его разрядов используется для хранения кода операции, остальные — для хранения кодов адресов операндов. ТАКТОВАЯ ЧАСТОТА. Это основная характеристика быстродействия компьютера. Напомним, что компьютер сводит выполнение всех операций к большому числу простейших действий. ТАКТ - ПРОМЕЖУТОК ВРЕМЕНИ, НЕОБХОДИМЫЙ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ОДНОЙ ПРОСТЕЙШЕЙ МАШИННОЙ ОПЕРАЦИИ. ТАКТОВАЯ ЧАСТОТА- КОЛИЧЕСТВО ТАКТОВ В СЕКУНДУ. Очевидно, чем больше это число, тем быстрее работает компьютер. ТАКТОВАЯ ЧАСТОТА ИЗМЕРЯЕТСЯ В ГЕРЦАХ. 1 ГЕРЦ РАВЕН 1 ТАКТУ В СЕКУНДУ. Современные компьютеры работают на тактовых частотах в несколько десятков или сотен МегаГерц, то есть выполняют несколько десятков или сотен миллионов простейших машинных операций за одну секунду. РАЗРЯДНОСТЬ -ОБЪЕМ ИНФОРМАЦИИ, ПЕРЕДАВАЕМЫЙ ПО ШИНЕ ЗА 1 МАШИННЫЙ ТАКТ. Иными словами, разрядность- ширина канала передачи данных. Разрядность можно сравнить с шириной магистрали, по которой движется поток автомашин. Если она узкая, поток машин растянется, и чтобы проехать до нужного пункта потребуется много времени, если магистраль широкая- значительно меньше. Разрядность связана с типом процессора и материнской платы. Например, первый микропроцессор фирмы INTEL 8008 имел разрядность 4 бита, а процессор PENTIUM - 32 бита. 8. Системный блок. Назначение и функционирование основных устройств. В системном блоке размещаются: • блок питания; • накопитель на жёстких магнитных дисках; • накопитель на гибких магнитных дисках; • системная плата; • платы расширения; • накопитель CD-ROM; • и др. Корпус системного блока может иметь горизонтальную (DeskTop) или вертикальную (Tower — башня) компоновку. Типичный системный блок со снятой крышкой корпуса — на рис. 2.28. Рис. 2.28. Системный блок со снятой крышкой корпуса   1 — Системная плата. 2 — Разъём дополнительного второго процессора. 3 — Центральный процессор с радиатором для отвода тепла. 4 — Разъёмы оперативной памяти. 5 — Накопитель на гибких магнитных дисках. 6 — Накопитель CD-ROM. 7 — Сетевая карта. 8 — Графический акселератор. 9 — Блок питания, преобразующий переменное напряжение электросети в постоянное напряжение различной полярности и величины, необходимое для питания системной платы и внутренних устройств. Блок питания содержит вентилятор, создающий циркулирующие потоки воздуха для охлаждения системного блока. 9. Видеосистема компьютера. Видеосистема компьютера состоит из трех компонент: • монитор (называемый также дисплеем); • видеоадаптер; • программное обеспечение (драйверы видеосистемы). Видеоадаптер посылает в монитор сигналы управления яркостью лучей и синхросигналы строчной и кадровой развёрток. Монитор преобразует эти сигналы в зрительные образы. А программные средства обрабатывают видеоизображения — выполняют кодирование и декодирование сигналов, координатные преобразования, сжатие изображений и др. Монитор — устройство визуального отображения информации (в виде текста, таблиц, рисунков, чертежей и др.). Рис. 2.14. Монитор   Подавляющее большинство мониторов сконструированы на базе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), и принцип их работы аналогичен принципу работы телевизора. Мониторы бывают алфавитно-цифровые и графические, монохромные и цветного изображения. Современные компьютеры комплектуются, как правило, цветными графическими мониторами.   1.  Монитор на базе электронно-лучевой трубки Основной элемент дисплея — электронно-лучевая трубка. Её передняя, обращенная к зрителю часть с внутренней стороны покрыта люминофором — специальным веществом, способным излучать свет при попадании на него быстрых электронов.   Рис. 2.15. Схема электронно-лучевой трубки Люминофор наносится в виде наборов точек трёх основных цветов — красного, зелёного и синего. Эти цвета называют основными, потому что их сочетаниями (в различных пропорциях) можно представить любой цвет спектра. Рис. 2.16. Пиксельные триады   Наборы точек люминофора располагаются по треугольным триадам. Триада образует пиксел — точку, из которых формируется изображение (англ. pixel — picture element, элемент картинки).       Расстояние между центрами пикселов называется точечным шагом монитора. Это расстояние существенно влияет на чёткость изображения. Чем меньше шаг, тем выше чёткость. Обычно в цветных мониторах шаг составляет 0,24 мм. При таком шаге глаз человека воспринимает точки триады как одну точку "сложного" цвета. На противоположной стороне трубки расположены три (по количеству основных цветов) электронные пушки. Все три пушки "нацелены" на один и тот же пиксел, но каждая из них излучает поток электронов в сторону "своей" точки люминофора. Чтобы электроны беспрепятственно достигали экрана, из трубки откачивается воздух, а между пушками и экраном создаётся высокое электрическое напряжение, ускоряющее электроны. Перед экраном на пути электронов ставится маска — тонкая металлическая пластина с большим количеством отверстий, расположенных напротив точек люминофора. Маска обеспечивает попадание электронных лучей только в точки люминофора соответствующего цвета.   Рис. 2.17. Ход электронного пучка по экрану Величиной электронного тока пушек и, следовательно, яркостью свечения пикселов, управляет сигнал, поступающий с видеоадаптера. На ту часть колбы, где расположены электронные пушки, надевается отклоняющая система монитора, которая заставляет электронный пучок пробегать поочерёдно все пикселы строчку за строчкой от верхней до нижней, затем возвращаться в начало верхней строки и т.д.   Количество отображённых строк в секунду называется строчной частотой развертки. А частота, с которой меняются кадры изображения, называется кадровой частотой развёртки. Последняя не должна быть ниже 85 Гц, иначе изображение будет мерцать. 2.  Жидкокристаллические мониторы Все шире используются наряду с традиционными ЭЛТ-мониторами. Жидкие кристаллы — это особое состояние некоторых органических веществ, в котором они обладают текучестью и свойством образовывать пространственные структуры, подобные кристаллическим. Жидкие кристаллы могут изменять свою структуру и светооптические свойства под действием электрического напряжения. Меняя с помощью электрического поля ориентацию групп кристаллов и используя введённые в жидкокристаллический раствор вещества, способные излучать свет под воздействием электрического поля, можно создать высококачественные изображения, передающие более 15 миллионов цветовых оттенков. Большинство ЖК-мониторов использует тонкую плёнку из жидких кристаллов, помещённую между двумя стеклянными пластинами. Заряды передаются через так называемую пассивную матрицу — сетку невидимых нитей, горизонтальных и вертикальных, создавая в месте пересечения нитей точку изображения (несколько размытого из-за того, что заряды проникают в соседние области жидкости).   Рис. 2.18. Жидкокри- сталлический монитор   Активные матрицы вместо нитей используют прозрачный экран из транзисторов и обеспечивают яркое, практически не имеющее искажений изображение. Экран при этом разделен на независимые ячейки, каждая из которых состоит из четырех частей (для трёх основных цветов и одна резервная). Количество таких ячеек по широте и высоте экрана называют разрешением экрана. Современные ЖК-мониторы имеют разрешение 642х480, 1280х1024 или 1024х768. Таким образом, экран имеет от 1 до 5 млн точек, каждая из которых управляется собственным транзистором. По компактности такие мониторы не знают себе равных. Они занимают в 2 — 3 раза меньше места, чем мониторы с ЭЛТ и во столько же раз легче; потребляют гораздо меньше электроэнергии и не излучают электромагнитных волн, воздействующих на здоровье людей.   3.  Сенсорный экран     Рис. 2.19. Сенсорный экран Общение с компьютером осуществляется путём прикосновения пальцем к определённому месту чувствительного экрана. Этим выбирается необходимый режим из меню, показанного на экране монитора. (Меню — это выведенный на экран монитора список различных вариантов работы компьютера, по которому можно сделать конкретный выбор.) Сенсорными экранами оборудуют рабочие места операторов и диспетчеров, их используют в информационно-справочных системах и т.д. 10. Материнская плата: функции, основные характеристики. Системная плата является основной в системном блоке. Она содержит компоненты, определяющие архитектуру компьютера: • центральный процессор; • постоянную (ROM) и оперативную (RAM) память, кэш-память; • интерфейсные схемы шин; • гнёзда расширения; • обязательные системные средства ввода-вывода и др. Системные платы исполняются на основе наборов микросхем, которые называются чипсетами (ChipSets). Часто на системных платах устанавливают и контроллеры дисковых накопителей, видеоадаптер, контроллеры портов и др. В гнёзда расширения системной платы устанавливаются платы таких периферийных устройств, как модем, сетевая плата, видеоплата и т.п. Рис. 2.29. Системная плата компьютера класса Pentium 1 — Разъём под центральный процессор; 2 — Дополнительный кэш объёмом 256 Кбайт; 3 — Разъём под дополнительный кэш; 4 — Контроллеры внешних устройств; 5 — Разъёмы накопителей на жёстких магнитных дисках; 6 — Разъёмы под оперативную память, 4 планки; 7 — Коннектор (соединитель) клавиатуры и мыши; 8 — Микросхема, обслуживающая флоппи-дисковод, последовательные порты и параллельный порт; 9 — Разъёмы 32-битной шины (для видеокарты, карты Интернет и др.); 10 — Перезаписываемая BIOS (Flash-память); 11 — Мультимедийная шина; 12 — Разъёмы 16-битной шины. 11. Сменные носители. Понятие формата и форматирования. Дисководы для гибких дисков (дискет) Дисководы для дискет появились, наверное, сразу же при создании первого персонального компьютера и достаточно долгое время оставались единственным и поэтому стандартным устройством для хранения информации на сменных носителях. Конечно, все много раз видли это чудо инженерной мысли, но для приличия посмотрите еще раз на картинку с изображением старого доброго флоппика. Существует несколько форматов дисководов. Сначала появились 360-килобайтные 5" (правда, это не совсем верно, так как когда-то существовали еще 12" дискеты, но мы не будем говорить о периоде времени до нашей эры) дисководы, затем они были вытеснены дисководами емкостью 1.2 Mb (они тоже обладали формфактором 5"), которые были совместимы с предыдущим стандартом, то есть могли читать и форматировать старые дискеты емкостью 360 Kb. Сейчас 5-дюймовые дисководы очень сложно встрертить даже в ну очень старых компьютерах, гораздо чаще используются 3.5" дисководы. Они тоже бывают (точнее, были) двух емкостей: 720 Kb и 1.44 Mb. Опять же, обеспечена совместимость сверху вниз, хотя, впрочем, невозможно найти 720-килобайтные дискеты и дисководы с соответствующей емкостью (хотя при желании можно отформатировать обычную дискету на 720 Kb, но при этом все равно не гарантировано, что ее потом можно будет прочитать на старом 720-килобайтном дискводе, так как дискеты емкостью 1.44 Mb имеют бОльшую плотность записи). Есть также дисководы (и соответственно дискеты) емкостью 2.88 Mb, но они встречаются редко и не получили большого распространения, потому что прочитать и тем более записать 2.88 Mb дискету стандартные 1.44 Mb дисководы не в состоянии. Скорость чтения дискеты не превышает 60 Kb/s при среднем времени доступа 80 ms; в реальности эти параметры несколько хуже (приведены паспортные значения). Сегодня практически все компьютеры, даже достаточно дорогие, оснащаются дисководом для гибких дисков, но, тем не менее, можно точно сказать, что скоро ситуация изменится, так как в современных спецификациях на РС не предусмотрено, чтобы дискеты являлись средством хранения информации. В самом деле, что можно записать на 1.44 Mb? Ну только если парочку текстовых документов и web-страниц или картинок, да и то на хорошую картинку может понадобиться уже несколько дискет. Впрочем, если этих возможностей (в основном дискеты используются для переноса небольших документов на другой компьютер) для вас хватает, то не стоит, наверное, тратить (по крайней мере сейчас) деньги на LS-120, который призван заменить флоппик и о котором сейчас пойдет речь. LS-120 (Laser Servo) Первоначально такие носители появились достаточно давно под названием Floptical. Как и следует из него, технология изготовления этих дисков является своего рода симбиозом магнитной и оптической технологий и является аналогом магнитооптической дисков, о которых мы тоже расскажем дальше. Довольно долгое время к новому диску никто не проявлял большого интереса в связи с его высокой стоимостью и небольшой емкостью (не более нескольких десятков Mb). Однако к настоящему времени технология достигла значительного развития и носители (а также устройства для работы с ними) значительно подешевели, и можно начинать говорить о ее массовом распространении. Самым примечательным, пожалуй, качеством LS-120 является то, что он совместим с обычными магнитными дискетами (кстати, и свиду он мало чем отличается от обычного дисковода), что позволяет ему с полным правом претендовать на место флоппика в современных компьютерах. Правда, и претендовать ему не нужно - современные спецификации уже предусматривают его как стандартное устройство, пришедшее на смену архаичному дисководу для гибких дисков, и им должны оснащаться все сегодняшие компьютеры (хотя, как можно заметить, делается это далеко не всегда). Емкость дисководов LS-120 составляет 120 Mb (отсюда и число в названии). Скорость чтения дисков LS-120 составляет около 600 Kb/s (скорость чтения/записи дискет, правда, осталась прежней) при времени доступа 70 ms (все те же 80-85 ms для дискет). Весма неплохо по сравнению с дискетой - уже и музыку можно записывать, да и для ведения небольшого архивчика собственных документов или иной полезной информации вполне сойдет. Дисководы LS-120 выпускаются в IDE-варианте, то есть подключаются к стандартному IDE-контроллеру. Также возможна загрузка с устройства операционной системы. Все это (особенно возможность работы с дискетами) в сочетании с довольно невысокой ценой делает носители LS-120 весьма привлекательными для переноса не слишком больших обемов информации и создания файлового backup'а для большинства пользователей, которые не хотят тратить деньги на дополнительные устройства - остается только немного подождать, пока LS-120 действительно будут ставиться в каждый компьютер, а дискету в кармане заменит LS-диск. Кстати, LS-диски гораздо надежней дискет, и их не приходится часто форматировать для того, чтобы потом не изрыгать неприличные слова и не проклинать все на свете из-за потерянных файлов, которые были так нужны. Дисководы фирмы Iomega Наиболее распространенным устройством фирмы Iomega является дисковод Iomega Zip. Модели Zip выпускаются внутренние (IDE или SCSI) и внешние, с интерфейсами LPT и USB, и к тому же с хорошим программным обеспечением. Новые модели Iomega Zip сравнимы по скорости считывания данных с приводами CD-ROM, так что их можно использовать для многих целей. Емкость дисководов и соответственно носителей составляет 100 либо 250 Mb (используются магнитные диски размером 3.5", такого же размера и сам дисковод). Очень полезными для переноса файлов могут быть дисководы во внешнем исполнении, так как они достаточно компактны и неприхотливы в использовании, а параллельный или USB-порт имеет каждый компьютер, и дисковод можно просто забрать с собой и установить на месте. Естественно, в этом случае USB-вариант лучше, так как пропускная способность шины USB (1.5 Mb/s) несколько выше, чем параллельного порта (в среднем от 0.8 до 1.2 Mb/s). Если используется LPT-подключение, то привод имеет дополнительный разъем Bitronics, к которому можно подключать другие LPT-устройства, например, принтер (естественно, при этом, как и в случае с USB, возможна одновременная работа всех этих устройств). Очевидно, что в ближайшем будущем позиции довольно дешевого и популярного сейчас устройства могут быть сильно подорваны дисководом LS-120, который обладает хоть и немного худшими параметрами, но зато является стандартным устройством, которое должно быть в каждом современном компьютере, да еще к тому же совместимым со старым флоппиком. Хотя у Iomega Zip тоже есть свои фанаты. Iomega Jaz появился на рынке сразу после Zip'а. Первые модели емкостью 1 Gb имели лучшую производительность, чем у Zip, но заметно уступали моделям SyQuest Technology (смотрите чуть дальше). В современных моделях скоростные характиристики заметно подросли: пиковая скорость достигла 20 Mb/s, а средняя скорость передачи данных равна около 7.4 Mb/s. Емкость увеличилась до 2 Gb при среднем времени доступа 16 ms. В общем, такие параметры имели жесткие диски трех- четырехлетней давности, да и сегодня устройство может посоревноваться в скорости с некоторыми дешевыми ширпотребными дисками. Поэтому среди скоростных накопителей большого объема Jaz одним из лидеров. Как и все сегодняшние носители, дисковод (и соответственно диски) имеет форм-фактор 3.5". Используется внутреннее исполнение (попытка прокачать через параллельный порт или через шину USB 2 гигабайта мало кого может привести в восторг, тем более этому не особенно способствует большая скорость чтения/записи диска), в основном со SCSI-интерфейсом (с IDE встречается достаточно редко). В комплекте поставляется хорошее програмное обеспечение, что вообще характерно для фирмы Iomega. Интересной особенностью устройств (как Zip, так и Jaz) является возможность защиты данных паролем. Конечно, против серьезного взлома этот пароль не устоит, но для защиты от ламеров вполне сгодится. Вот только цена на Iomega Jaz (да и на диски к нему) немного расстраивает - за такие деньги можно купить дешевенький HDD, причем даже большего объема, и скидывать резервные копии или другую информацию на него. А если нужно переносить данные, то можно воспользоваться чем-нибудь вроде мобильного шасси или, в крайнем случае, просто вывинтить диск из корпуса и обращаться с ним поаккуратнее. Поэтому приводы Jaz используются гораздо реже, чем Zip. Продукция фирмы SyQuest Technology SyJet. Использует картриджи, сделанные по технологии жестких дисков и имеющие емкость 1.5 Gb (5"). Картридж состоит из двух дисков, (4 поверхности), а считывающие головки находятся снаружи, то есть в самом устройстве. Использование таких картриджей имеет как плюсы (очень высокая производительность), так и минусы (очень дорогие сменные диски). Пиковая скорость чтения/записи превышает 10 Mb/s, при чем средняя скорость передачи достигает 7 Mb/s, то есть дисковод может даже обогнать иной жесткий диск (хотя для внешнего устройства скорость ограничена либо параллельным портом, либо, в меньшей степени, шиной USB, но внешние дисководы используются не часто). Время доступа тоже впечатляет - 11 ms. Частота вращения шпинделя - 5400 rpm. Ну чем не жесткий диск? Правда, цены тоже достаточно "соответствующие", поэтому данное устройство чаще используют там, где важен параметр "скорость-емкость". SparQ - другой дисковод от компании SyJet - имеет габариты 3.5" (в комплекте со встраиваиваемым устройством идет фрейм для установки в 5.25" отсек) и емкость 1 Gb. Интерфейс внешний (USB или LPT) или внутренний (только IDE-вариант). Время доступа - 12 ms. В случае IDE-интефейса скорость при пакетной передачи данных составляет до 16.6 Mb/s (режим PIO mode 4), обычная скорость передачи данных - от 3.7 до 6.9 Mb/s. Соответственно во внешнем исполнении скорость падает из-за небольшой пропускной способности соответствующих интерфейсов. Имеется встроенный интеллектуальный кэшурующий буфер размером в 512 Kb. Цена на устройство и картриджи заметно ниже, чем цена SyJe. EZFlyer тоже имеет габариты 3.5", но емкость носителя всего 230 Mb. Используется такая же технология, как и в жестких дисках. EZFlyer считывает, записывает и форматирует свои собственные картриджи, а так же картриджи от EZ135 (преыдущая серия устройств). Интерфейсы: внешний SCSI (для Mac или PC), внешний параллельный порт и внутренний IDE. Среднее время доступа равно 13.5 ms, скорость вращения шпинделя - 3600 rpm. Скорость передачи данных составляет до 16.6 Mb/s в режиме PIO mode 4 (для IDE-варианта), реальная же скорость чтения/записи не превышает 2 Mb/s. Имеется кэширующий буфер размером 32 Kb. Самое дешевое из устройств, выпускаемых SyQuest Technology. ORB от компании Castlewood В накопителе ORB фирмы Castlewood реализованы существенно более современные технологии, чем в предыдущих накопителях, что позволило добиться емкости 2.2 Gb для трехдюймового диска, приемлемой цены как на устройство, так и на диски к нему. Таким образом, ORB вполне может составить (и составляет) конкуренцию как продукции Iomega, так и SyJet. Среднее время поиска равно 10 ms при чтении (12 ms при записи), скорость передачи данных около 4-5 Mb/s. Доступны внешние интерфейсы LPT, USB (при этом скорость чтения, естественно, уменьшается) и IEEE1394, а также внутрениий IDE. В носителе используется специальная конструкция защиты дискаLabyrinth Sealed Door with Auto Closure and Patented enclosure environmental controls, как называет ее сама ORB. Минимальное время службы - 5 лет, причем время сохранности информации на диске составляет 20 лет, что, в общем-то, для сменного магнитного носителя довольно много. Размеры и вес дисковода небольшие, что позоляет его широко использовать для переноса длинных файлов (особенно если привод имеет внешнее исполнение). Стоит отметить, что при покупке диски отформатированы под FAT16, чтобы обеспечить их совместимость со всеми OS, а раздел в FAT16 ограничен 2-мя гигабайтами. Поэтому стоит переформатировать диск под нужную файловую систему, иначе часть объема останется неиспользованной. Магнитооптические носители Все описанные нами носители использовали магнитную технологию (за исключением только LS-120), то есть физическим носителем данных являлось магнитное поле, создаваемое частицами магнитного покрытия. Однако есть еще один способ записи на сменный диск - магнитооптический (Magneto-Optical, MO), который совмещает в себе надежность оптической и дешевизну и простоту магнитной технологий. В принципе, LS-120 и есть магнитооптический привод, но под термином MODD (MO Disk Drive) чаще понимают несколько отличные устройства. Первые промышленные образцы магнитооптических дисков создала фирма Sony, которые появились на рынке в середине 80-х годов. Как и в случае с более новым LS-120, диски не произвели сначала большого впечатления из-за своей дороговизны и сложности, однако со временем отношение к ним сильно изменилось. Принцип действия магнитооптического диска в следующем. При записи лазерный луч нагревает часть поверхности диска, куда должна произодится запись, до некоторой точки, называемой физиками "точкой Кюри" (Curi point). В этой точке (у большинства применяемых материалов она составляет около 200o C) резко падает магнитная проницаемость вещества, и изменение магнитного состояния его частиц может быть произведено относительно небольшим магнитным полем. Поле переводит все битовые ячейки в одинаковое состояние, при этом стирается вся информация, которая в них хранилась (если хранилась). Затем направление магнитного поля меняется на противоположное, а лазер включается в нужные моменты (то есть когда необходимо изменить ориентацию частиц в битовой ячейке), опять нагревая сплав до точки Кюри. После этой операции сплав охлаждается, и частицы его застывают в новом положении. При чтении используется лазерный луч более низкой мощности (примерно 25% от мощности записывающего луча), отраженный от битовых ячеек свет попадает на светочувствительный элемент, который определяет направление поляризации. В зависимости от этого значения элемент посылает контроллеру дисковода двоичный ноль или двоичную единицу. Основное, на мой взгляд, преимущество технологии в том, что она обеспечивает очень высокую степень надежности хранения данных, так как диск в обычных условиях практически не чувствителен даже к очень сильным магнитным полям, а механической прочности носителя тоже вполне достаточно (если, конечно, не ломать его специально). Дорожки с информацией образуют единую спираль (как в CD/DVD), которая разбивается на секторы. Диски малой емкости созданы по технологии CAV (Constant Angular Velocity), то есть дорожки всегда разбиты на одинаковое количество секторов. Так как внешние дорожки длинее внутренних, то много места теряется впустую. Для увеличения емкости носителя в современных дисках применяется технология ZCAV (Zoned Constant Angular Velocity), когда поверхность диска разбита на зоны, и в каждой зоне применяется свой угловой размер сектора. Кроме повышения емкости, данный прием также посволяет несколько увеличить скорость чтения/записи. Магнитооптический диск состоит из нескольких слоев. Самым главным из них является магнитооптический слой, состоящий из сплава с вышеописанными свойствами, с обеих сторон ограниченный слоями диэлектрика (естественно, прозрачного). Под ним находится отражающий слой, который обеспечивает отражение света. Все это хозяйство крепится на подложку и сверху еще покрывается прозрачным защитным слоем, который оберегает диск от механических повреждений. Для пущей надежности диск помещается в пластиковый картридж (как у дискеты). Кстати, внешне диск очень похож на обыкновенную трехдюймовую дискету, только он раза в два потолще. На рисунке вы можете видеть магнитооптический диск (белого цвета), а также диски для дисководов Iomega и ORB. Существует несколько форматов магнитооптических дисков: • Размером 3.5" • Размером 5" (сейчас не применяются) • 2.5" диски MD Data, разработанные фирмой Sony (редко где встречаются, в основном используются в качестве мини-аудиодисков в бытовой аппаратуре) • 12" диски фирмы Maxell (давно устарели) Емкость дисков с форм-фактором 5" составляет 600, 650, 1200, 1300, 1700, 2000 и 2600 Mb (миллионов байт, поэтому реальная емкость диска несколько меньше), есть также носители емкостью 4.6 Gb, но они не стандартизированы. Однако сейчас встретить 5" диски практически невозможно. Честно говоря, я не знаю точно, с чем это может быть связано, но рискну предположить, что, наверное, кому-то не монравилось большие габариты как диска, так и самого устройства (и в самом деле, все современные носители имеют размеры не более чем 3.5"), а емкость 3.5" диска посчиталась достаточной. Также вполне возможно, что далеко не последнюю роль здесь сыграла цена, так как пятидюймовые диски и дисководы стоят значительно дороже, и их мало кто покупал, предпочитая дешевые трехдюймовые. Так или иначе, сейчас стандартными стали магнитооптические диски диаметром 3.5 дюйма, такие же габариты имеют и дисководы. Их емкость может быть 128, 230, 540, 640 Mb либо 1.3 Gb (опять-таки, один Mb = 106bytes). Все стандарты совместимы между собой сверху вниз, то есть дисководы емкостью 1.3 Gb могут использовать диски емкостью, например, 640 Mb. На сегодняшний момент наиболее распространены диски объемом 640 Mb. Такой емкости хватает многих задач, к тому же такой же объем имеет компакт-диск, и очень удобно переписывать данные прямо с CD на MO - на один магнитооптический диск как раз помещается один CD. По скорости работы MODD вполне могут сравниться с современными приводами CD/DVD. Характеристики устройств примерно таковы: скорость вращения шпинделя около 4500 оборотов в минуту, среднее время поиска - 25 миллисекунд при задержке задержка вращения 7 ms. Скорость чтения до 3.8 Mb/s, но скорость записи из-за инертности тепловых процесоов значительно меньше - до 1.3 Mb/s. Время загрузки/выгрузки диска составляет приблизительно 7 и 5 секунд соответственно. Как правило, дисковод имеет собственный кэш размером примерно до 2 Mb, обычно 512 Kb. Выпускаются дисководы как со SCSI-, так и с IDE-интерфейсом. Внешние устройства практически не встречаются. Стоят диски довольно недорого, что делает их очень привлекательными для многих пользователей, для которых нужно достаточно емкое, относительно скоростное, простое в обращении и надежное средство хранения или архивирования информации. Для архивирования большого количества данных существуют также автоматизированные устройства для работы с несколькими носителями. Они могут выполнять резервное копирование (в основном это их единственное применение) в автоматическом режиме без участия обслуживающего персонала. Более того, они повышают надежность работы накопителей в связи с их высокой унифицированностью взаимодействия с дисками (по сравнению с работой оператора). Как правило, такие устройства состоят из собственно привода, загрузчика носителей и магазина дисков. Основное требование к таким библтотекам - быстрая замена дисков в случае неоходимости. В среднем оно не превышает нескольких десятков секунд, но может быть и больше. В магазине может быть от 20-30 до нескольких тысяч носителей. Соответственно и емкость библиотеки будет составлять от примерно сотни Gb до нескольких десятков или даже сотен Tb. Естественно, стоит такое удовольствие, мягко говоря, не очень дешево, поэтому используется достаточно редко и только в тех случаях, когда без backup'а никак не обойтись, а объем информации солиден (например, база данных какой-нибудь крупной фирмы). Shark 250 Еще одно весьма интересное устройство - Shark 250, производителем которого является компания Avatar. Как следует из названия, емкость сменного диска 250 Mb. Интерфейс - параллельный порт или PC Card, очень мальнкие габариты (с ладонь: 2.5х8.75х13.75 cm), весит всего 320 g. Не требует отдельного подключения к питанию, подключается через прозрачный переходник к разъему для клавиатуры порту PS/2. Shark 250 работает по принципу жесткого диска (его даже иногда именуют Mobile Hard Drive), соответственно картридж для него называется HARDiskette. HARDiskette имеет ширину всего 6.25 cm, вмещает 250 Mb и помещается в специальный конверт, защищающий от внешних воздействий. Скорость передачи данных около 2 Mb/s для PC Card и 1.25 Mb/s для параллельного порта, среднее время доступа 12 ms. Устройство и дискеты к нему стоят не очень дорого. Наиболее подходящее применение - использование в качестве мобильного дисковода или сменного накопителя для портативного компьютера. Устройства для чтения/записи карт памяти Раз уж заговорили о портативных накопителях, то следует также упомянуть еще один класс устройств - устройства для работы с картами памяти. Они правда, не предназначены для хранения или переноса информации (хотя, впрочем, тоже можно, но это весьма дорого - карты памяти стоят дороже, чем оперативная память такого же объема - и не очень удобно, так как емкость сменной памяти значительно меньше, чем других носителей), основная их функция - чтение и обмен данными с цифровыми фото- или видеокамерами или другими портативными аппаратами. Это MP3-плееры, карманные компьютеры и прочее оборудование, которого в последнее время развелось довольно много. Ситуация, однако, осложняется тем, что до сих пор ни один стандарт не стал преобладающим. Старейший стандарт PCMCIA на данный момент определяет четыре основных типа карт памяти: DRAM (Dynamic Random Access Memory), SRAM (Static Random Access Memory), Linear Flash PC Card ATA Flash (ATA-совместимый флэш), которые, как ясно из их названий, предлагают пользователю различные возможности и области применения. Но наиболее активно применяются карты более современных форматов: CompactFlash (CF), SmartMedia Card (SMC) и молодой, но многообещающий стандарт MultiMedia Card (MMC), первый и последний получили наибольшее распространение.   Слева направо: 64-мегабайтная MultiMedia Card; переходник на PCMCIA для карт CompactFlash; адаптер, позволяющий считывать MMC на дисководе для дискет. Несколько облегчить положение могут картоводы, поддерживающие сразу несколько форматов (обычно не более 2), но они, к сожалению, встречаются реже. Картоводы могут быть с интерфейсом LPT, однако более предпочтительны и распространенны USB-устройства. Для всех трех форматов карт есть переходники-адаптеры на PC-Card (PCMCIA). А для SmartMedia Card и MultiMedia Card существуют также переходники для обычного флоппи-дисковода. Скорость передачи данных составляет несколько сотен килобайт в секунду (для разных устройств по-разному), чего для пердачи фотографий или MP3-файлов, в принципе, достаточно. Но все дело в том, что во многих случайх можно обойтись без каких-либо устройств чтения/записи карт, потому что практически все фотоаппараты и другие портаивные устройства имеют собственный интерфейс связи с РС (обычно это все та же USB). Так что необходимость картовода для чтения, например, фотографий, отснятых цифровой камерой, довольно сомнительна - всегда можно подключить к компьютеру саму камеру. Хотя если у вас нередко имеется много записанных карт, содержимое которых нужно срочно передать в компьютер, а камера одна и в данный момент она недоступна; хочется одновременно слушать плеер и писать для него файлы на другую карту (если плеер соединяется с компьютером непосредственно, а не с помощью все того же поставляемого вместе сним в комплекте картовода), если просто хочется иметь большое количество карт памяти и удобно с ними работать, то... но как часто все это может быть нужно, да и вообще нужно ли кому-либо в серьезном объеме? Каждый сам решает, купить ли ему занимательную игрушку в лице картовода или потратить деньги на что-нибудь более нужное. Впрочем, я только высказываю свое скромное мнение. Iomega Click! Продолжая иему портативности, упомянем еще об одном устройстве от Iomega - Click! - самый миниатюрный из существующих дисководов (размеры 7.6х11.9х3.1 cm, масса 170 граммов). Click! Использует 40-мегабайтные дискеты собственного формата стоимостью около 10 долларов. Диаметр диска примерно 50 mm, cкорость передачи данных 700 Kb/s. По конструкции Click! очень напоминает обычную дискету. Примечательно, что Click! может читать карты SM и CF. Также устройство обладает весьма полезной функцией копирования содержимого карты памяти на диск Click!. Вы просто вставляете памяти в специальный слот в приводе Iomega, а затем после нажатия кнопки информация перекачивается на 40-мегабайтный носитель. Перенос 4 Mb данных с карточки CompactFlash занимает около 28 секунд. Таким образом, очень удобно использовать Click! в цифровых фотоаппаратах вместо покупки дорогостоящих карт памяти - когда последняя заполнится, можно сбросить фотографии на дискету или дискеты Click!, а затем писать на карту снова. На вопрос что такое форматирование, многие отвечают что это удаление всех файлов или очистка диска. Отчасти они правы, но только отчасти, так как понятие форматирование намного глубже, а удаление файлов можно сказать является побочным эффектом. Многие пользователи либо не знают что такое форматирование, либо путают это понятие с каким то другим. В этой статье будет описано, что такое форматирование, какое бывает форматирование и для чего оно нужно. Прежде чем ответить на вопрос что такое форматирование, надо отметить тот факт, что есть два вида форматирования: 1) Физическое форматирование (низкоуровневое форматирование) — это разметка диска на дорожки и сектора, создание сервометок которые нужны для позиционирования головок жесткого диска. Эта операция проводится заводом изготовителем на специальном оборудовании. Сам пользователь не может выполнить низкоуровневое форматирование, так как это невозможно сделать с помощью программного обеспечения. В интернете можно найти много программ, которые предназначены для низкоуровневого форматирования, на самом деле эти программы как правило очищают ваш диск и заполняют его нулями. 2) Логическое форматирование (высокоуровневое форматирование) — создание главной загрузочной записи с таблицей разделов, установка загрузочного сектора, создание структуры файловой системы, которая необходима для записи и чтения информации. Именно этот вид форматирования и используется пользователями. Существует быстрое и обычное форматирование. Обычное - при обычном форматировании удаляются все файлы, происходит переразметка файловой структуры, и проверяется поверхность диска на дефектные сектора. Быстрое — сами файлы не удаляются, очищается только таблица размещения файлов, проверка диска не производится.  Логическое форматирование производится после разбиения жесткого диска на разделы. Один жесткий диск может содержать несколько разделов (разделы также называют томами). После форматирования разделу присваивается буква диска C:\, D:\ и т.д.  12. Модемы, факсы, сканеры и устройства бесперебойного питания. Модем — устройство для передачи компьютерных данных на большие расстояния по телефонным линиям связи. Цифровые сигналы, вырабатываемые компьютером, нельзя напрямую передавать по телефонной сети, потому что она предназначена для передачи человеческой речи — непрерывных сигналов звуковой частоты. Модем обеспечивает преобразование цифровых сигналов компьютера в переменный ток частоты звукового диапазона — этот процесс называется модуляцией, а также обратное преобразование, которое называется демодуляцией. Отсюда название устройства: модем — модулятор/демодулятор.   Рис. 2.24. Схема реализации модемной связи Для осуществления связи один модем вызывает другой по номеру телефона, а тот отвечает на вызов. Затем модемы посылают друг другу сигналы, согласуя подходящий им обоим режим связи. После этого передающий модем начинает посылать модулированные данные с согласованными скоростью (количеством бит в секунду) и форматом. Модем на другом конце преобразует полученную информацию в цифровой вид и передает её своему компьютеру. Закончив сеанс связи, модем отключается от линии.   Рис. 2.25 Внешний модем Управление модемом осуществляется с помощью специального коммутационного программного обеспечения. Модемы бывают внешние, выполненные в виде отдельного устройства, и внутренние, представляющие собой электронную плату, устанавливаемую внутри компьютера. Почти все модемы поддерживают и функции факсов.   Факс — это устройство факсимильной передачи изображения по телефонной сети. Название "факс" произошло от слова "факсимиле" (лат. fac simile — сделай подобное), означающее точное воспроизведение графического оригинала (подписи, документа и т.д.) средствами печати.   Модем, который может передавать и получать данные как факс, называется факс-модемом. Сканер — устройство для ввода в компьютер графических изображений. Создает оцифрованное изображение документа и помещает его в память компьютера.     Планшетный сканер Если принтеры выводят информацию из компьютера, то сканеры, наоборот, переносят информацию с бумажных документов в память компьютера. Существуют ручные сканеры, которые прокатывают по поверхности документа рукой, и планшетные сканеры, по внешнему виду напоминающие копировальные машины. Если при помощи сканера вводится текст, компьютер воспринимает его как картинку, а не как последовательность символов. Для преобразования такого графического текста в обычный символьный формат используют программы оптического распознавания образов. 13. Устройства, подключаемые к компьютеру. Назначение, классификация. принтер, плоттер, сканер Принтер — печатающее устройство. Осуществляет вывод из компьютера закодированной информации в виде печатных копий текста или графики. Существуют тысячи наименований принтеров. Но основных видов принтеров три: матричные, лазерные и струйные. Матричный символ  Матричные принтеры используют комбинации маленьких штырьков, которые бьют по красящей ленте, благодаря чему на бумаге остаётся отпечаток символа. Каждый символ, печатаемый на принтере, формируется из набора 9, 18 или 24 игл, сформированных в виде вертикальной колонки. Недостатками этих недорогих принтеров являются их шумная работа и невысокое качество печати.    Лазерные принтеры работают примерно так же, как ксероксы. Компьютер формирует в своей памяти "образ" страницы текста и передает его принтеру. Информация о странице проецируется с помощью лазерного луча на вращающийся барабан со светочувствительным покрытием, меняющим электрические свойства в зависимости от освещённости.     Лазерный принтер После засветки на барабан, находящийся под электрическим напряжением, наносится красящий порошок — тонер, частицы которого налипают на засвеченные участки поверхности барабана. Принтер с помощью специального горячего валика протягивает бумагу под барабаном; тонер переносится на бумагу и "вплавляется" в неё, оставляя стойкое высококачественное изображение. Цветные лазерные принтеры пока очень дороги.  Струйные принтеры генерируют символы в виде последовательности чернильных точек. Печатающая головка принтера имеет крошечные сопла, через которые на страницу выбрызгиваются быстросохнущие чернила. Эти принтеры требовательны к качеству бумаги. Цветные струйные принтеры создают цвета, комбинируя чернила четырех основных цветов — ярко-голубого, пурпурного, желтого и черного. Принтер связан с компьютером посредством кабеля принтера, один конец которого вставляется своим разъёмом в гнездо принтера, а другой — в порт принтера компьютера. Порт — это разъём, через который можно соединить процессор компьютера с внешним устройством. Каждый принтер обязательно имеет свой драйвер — программу, которая способна переводить (транслировать) стандартные команды печати компьютера в специальные команды, требующиеся для каждого принтера. Плоттер (графопостроитель) — устройство, которое чертит графики, рисунки или диаграммы под управлением компьютера.   Роликовый плоттер Плоттеры используются для получения сложных конструкторских чертежей, архитектурных планов, географических и метеорологических карт, деловых схем. Плоттеры рисуют изображения с помощью пера. Роликовые плоттеры прокручивают бумагу под пером, а планшетные плоттеры перемещают перо через всю поверхность горизонтально лежащей бумаги.   Плоттеру, так же, как и принтеру, обязательно нужна специальная программа — драйвер, позволяющая прикладным программам передавать ему инструкции: поднять и опустить перо, провести линию заданной толщины и т.п. Сканер — устройство для ввода в компьютер графических изображений. Создает оцифрованное изображение документа и помещает его в память компьютера.     Планшетный сканер Если принтеры выводят информацию из компьютера, то сканеры, наоборот, переносят информацию с бумажных документов в память компьютера. Существуют ручные сканеры, которые прокатывают по поверхности документа рукой, и планшетные сканеры, по внешнему виду напоминающие копировальные машины. Если при помощи сканера вводится текст, компьютер воспринимает его как картинку, а не как последовательность символов. Для преобразования такого графического текста в обычный символьный формат используют программы оптического распознавания образов. 14. Принципы построения компьютера. В основу построения подавляющего большинства компьютеров положены следующие общие принципы, сформулированные в 1945 г. американским ученым Джоном фон Нейманом.   Рис. 2.2. Джон фон Нейман, 1945 г. 1. Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности. Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды. А так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти. Если же нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой-то другой, используются команды условного или безусловного переходов, которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды "стоп". Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека. 2. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. Это открывает целый ряд возможностей. Например, программа в процессе своего выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе организуется выполнение циклов и подпрограмм). Более того, команды одной программы могут быть получены как результаты исполнения другой программы. На этом принципе основаны методы трансляции — перевода текста программы с языка программирования высокого уровня на язык конкретной машины. 3. Принцип адресности. Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен. Компьютеры, построенные на этих принципах, относятся к типу фон-неймановских. Но существуют компьютеры, принципиально отличающиеся от фон-неймановских. Для них, например, может не выполняться принцип программного управления, т.е. они могут работать без "счетчика команд", указывающего текущую выполняемую команду программы. Для обращения к какой-либо переменной, хранящейся в памяти, этим компьютерам не обязательно давать ей имя. Такие компьютеры называются не-фон-неймановскими. 15. Принцип открытой архитектуры. Рассмотрим устройство компьютера на примере самой распространенной компьютерной системы — персонального компьютера. Персональным компьютером (ПК) называют сравнительно недорогой универсальный микрокомпьютер, рассчитанный на одного пользователя. Персональные компьютеры обычно проектируются на основе принципа открытой архитектуры. Принцип открытой архитектуры заключается в следующем: • Регламентируются и стандартизируются только описание принципа действия компьютера и его конфигурация (определенная совокупность аппаратных средств и соединений между ними). Таким образом, компьютер можно собирать из отдельных узлов и деталей, разработанных и изготовленных независимыми фирмами-изготовителями. • Компьютер легко расширяется и модернизируется за счёт наличия внутренних расширительных гнёзд, в которые пользователь может вставлять разнообразные устройства, удовлетворяющие заданному стандарту, и тем самым устанавливать конфигурацию своей машины в соответствии со своими личными предпочтениями. Упрощённая блок-схема, отражающая основные функциональные компоненты компьютерной системы в их взаимосвязи, изображена на рисунке 2.26.   Рис. 2.26. Общая структура персонального компьютера с подсоединенными периферийными устройствами Для того, чтобы соединить друг с другом различные устройства компьютера, они должны иметь одинаковый интерфейс (англ. interface от inter — между, и face — лицо). Интерфейс — это средство сопряжения двух устройств, в котором все физические и логические параметры согласуются между собой. Если интерфейс является общепринятым, например, утверждённым на уровне международных соглашений, то он называется стандартным. Каждый из функциональных элементов (память, монитор или другое устройство) связан с шиной определённого типа — адресной, управляющей или шиной данных. Для согласования интерфейсов периферийные устройства подключаются к шине не напрямую, а через свои контроллеры (адаптеры) и порты примерно по такой схеме: Контроллеры и адаптеры представляют собой наборы электронных цепей, которыми снабжаются устройства компьютера с целью совместимости их интерфейсов. Контроллеры, кроме этого, осуществляют непосредственное управление периферийными устройствами по запросам микропроцессора. Порты устройств представляют собой некие электронные схемы, содержащие один или несколько регистров ввода-вывода и позволяющие подключать периферийные устройства компьютера к внешним шинам микропроцессора. Портами также называют устройства стандартного интерфейса: последовательный, параллельный и игровой порты (или интерфейсы). Последовательный порт обменивается данными с процессором побайтно, а с внешними устройствами — побитно. Параллельный порт получает и посылает данные побайтно. К последовательному порту обычно подсоединяют медленно действующие или достаточно удалённые устройства, такие, как мышь и модем. К параллельному порту подсоединяют более "быстрые" устройства — принтер и сканер. Через игровой порт подсоединяется джойстик. Клавиатура и монитор подключаются к своим специализированным портам, которые представляют собой просто разъёмы. Основные электронные компоненты, определяющие архитектуру процессора, размещаются на основной плате компьютера, которая называется системной или материнской (MotherBoard). А контроллеры и адаптеры дополнительных устройств, либо сами эти устройства, выполняются в виде плат расширения (DаughterBoard — дочерняя плата) и подключаются к шине с помощью разъёмов расширения, называемых также слотами расширения (англ. slot — щель, паз). 16. Архитектура и структура компьютера. При рассмотрении компьютерных устройств принято различать их архитектуру и структуру. Архитектурой компьютера называется его описание на некотором общем уровне, включающее описание пользовательских возможностей программирования, системы команд, системы адресации, организации памяти и т.д. Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора, оперативного ЗУ, внешних ЗУ и периферийных устройств. Общность архитектуры разных компьютеров обеспечивает их совместимость с точки зрения пользователя. Структура компьютера — это совокупность его функциональных элементов и связей между ними. Элементами могут быть самые различные устройства — от основных логических узлов компьютера до простейших схем. Структура компьютера графически представляется в виде структурных схем, с помощью которых можно дать описание компьютера на любом уровне детализации. Наиболее распространены следующие архитектурные решения.  Классическая архитектура (архитектура фон Неймана) — одно арифметико-логическое устройство (АЛУ), через которое проходит поток данных, и одно устройство управления (УУ), через которое проходит поток команд — программа (рис. 2.1). Это однопроцессорный компьютер.   К этому типу архитектуры относится и архитектура персонального компьютера с общей шиной, подробно рассмотренная в разделе 2.18 (рис. 2.26). Все функциональные блоки здесь связаны между собой общей шиной, называемой также системной магистралью. Физически магистраль представляет собой многопроводную линию с гнездами для подключения электронных схем. Совокупность проводов магистрали разделяется на отдельные группы: шину адреса, шину данных и шину управления. Периферийные устройства (принтер и др.) подключаются к аппаратуре компьютера через специальные контроллеры — устройства управления периферийными устройствами. Контроллер — устройство, которое связывает периферийное оборудование или каналы связи с центральным процессором, освобождая процессор от непосредственного управления функционированием данного оборудования.  Многопроцессорная архитектура. Наличие в компьютере нескольких процессоров означает, что параллельно может быть организовано много потоков данных и много потоков команд. Таким образом, параллельно могут выполняться несколько фрагментов одной задачи. Структура такой машины, имеющей общую оперативную память и несколько процессоров, представлена на рис. 2.3.   Рис. 2.3. Архитектура многопроцессорного компьютера  Многомашинная вычислительная система. Здесь несколько процессоров, входящих в вычислительную систему, не имеют общей оперативной памяти, а имеют каждый свою (локальную). Каждый компьютер в многомашинной системе имеет классическую архитектуру, и такая система применяется достаточно широко. Однако эффект от применения такой вычислительной системы может быть получен только при решении задач, имеющих очень специальную структуру: она должна разбиваться на столько слабо связанных подзадач, сколько компьютеров в системе. Преимущество в быстродействии многопроцессорных и многомашинных вычислительных систем перед однопроцессорными очевидно.  Архитектура с параллельными процессорами. Здесь несколько АЛУ работают под управлением одного УУ. Это означает, что множество данных может обрабатываться по одной программе — то есть по одному потоку команд. Высокое быстродействие такой архитектуры можно получить только на задачах, в которых одинаковые вычислительные операции выполняются одновременно на различных однотипных наборах данных. Структура таких компьютеров представлена на рис. 2.4.   Рис. 2.4. Архитектура с параллельным процессором В современных машинах часто присутствуют элементы различных типов архитектурных решений. Существуют и такие архитектурные решения, которые радикально отличаются от рассмотренных выше. 17. Компьютерные сети: назначение. КОМПЬЮТЕРНАЯ СЕТЬ (англ. net)- СОВОКУПНОСТЬ ЭВМ И ДРУГИХ УСТРОЙСТВ, СОЕДИНЕННЫХ ЛИНИЯМИ СВЯЗИ И ОБМЕНИВАЮЩИХСЯ ИНФОРМАЦИЕЙ МЕЖДУ СОБОЙ В СООТВЕТСТВИИ С ОПРЕДЕЛЕННЫМИ ПРАВИЛАМИ - ПРОТОКОЛОМ. Протокол играет очень важную роль, поскольку недостаточно только соединить компьютеры линиями связи. Нужно еще добиться того, чтобы они "понимали" друг друга. РЕСУРСАМИ СЕТИ НАЗЫВАЮТ ИНФОРМАЦИЮ, ПРОГРАММЫ И АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА, К КОТОРЫМ ПОЛУЧАЮТ ДОСТУП ЕЕ ПОЛЬЗОВАТЕЛИ. Преимущества работы в сети перед работой на отдельной машине заключаются в том, что пользователь получает значительно более широкие возможности за счет доступа к ее ресурсам. Например, Вы сможете легко получить информацию, находящуюся на других машинах, подключенных к сети ( конечно не любую информацию, а только ту, которая определена как сетевой ресурс, т.е. сделана доступной для пользователей сети). Вы сможете воспользоваться более мощными машинами для запуска каких-либо программ, если мощность Вашего компьютера недостаточна для этого (удаленный запуск программ). Вы сможете обмениваться информацией с другими пользователями сети. Вы сможете сэкономить определенные средства за счет того, что сразу несколько пользователей получат возможность работать с одним общим устройством, например принтером. Вообще для офиса, учебного класса, отдела фирмы гораздо лучше и дешевле купить один дорогой, но хороший и быстродействующий принтер и использовать его как сетевой чем к каждому компьютеру покупать дешевые, но плохие принтеры. КЛАССИФИКАЦИЯ СЕТЕЙ. Сети классифицируют по протяженности линий связи, топологии и способу управления. 1) ПО ПРОТЯЖЕННОСТИ ЛИНИЙ СВЯЗИ РАЗЛИЧАЮТ СЕТИ: -ЛОКАЛЬНЫЕ (ПРОТЯЖЕННОСТЬ ЛИНИЙ СВЯЗИ - ДО НЕСКОЛЬКИХ КИЛОМЕТРОВ). Это сети в пределах офиса, учебного класса, универсального магазина, конструкторского бюро, небольшого предприятия или его отдела. В локальные сети может быть объединено до нескольких десятков машин. -РЕГИОНАЛЬНЫЕ. Это сети, охватывающие город, область, район, страну. Как правило, это ведомственные сети, например, военные или полицейские. -ГЛОБАЛЬНЫЕ. Это сети, охватывающие несколько стран, континентов или весь мир. 2) ПО ТОПОЛОГИИ (СПОСОБУ СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ) РАЗЛИЧАЮТ СЕТИ: Каждая топология имеет свои достоинства и недостатки. Например, сеть с полносвязной топологией наиболее дорогая, но самая надежная, поскольку при отказе какой-либо линии связи передаваемая информация может быть направлена в обход. Сеть с шинной топологией наоборот самая дешевая, но при отказе канала передачи данных из строя выходит вся сеть. Кроме того, такая сеть требует специального программного обеспечения для одновременной передачи информации между несколькими машинами по одному каналу. Наиболее проста работа, а значит и программное обеспечение в сети с кольцевой топологией, так как передача информации в такой сети производится только в одном направлении, а каждый компьютер принимает сигнал и передает его следующей станции. В то же время, выход из строя одной части кольца приводит к отказу всей сети. 3) ПО СПОСОБУ УПРАВЛЕНИЯ РАЗЛИЧАЮТ СЕТИ: -ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫЕ, В КОТОРЫХ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ И ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДОСТУПА ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ К РЕСУРСАМ СЕТИ ВЫДЕЛЯЮТ СПЕЦИАЛЬНЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ - СЕРВЕРЫ. Сервер - это обыкновенный, но достаточно мощный компьютер, на котором устанавливается специалное программное обеспечение. Остальные машины в таких сетях называют рабочими станциями. Часто встречаются локальные сети с одним сервером. -ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННЫЕ (ОДНОРАНГОВЫЕ), В КОТОРЫХ ВСЕ КОМПЬЮТЕРЫ УЧАСТВУЮТ В УПРАВЛЕНИИ СЕТЬЮ НА РАВНЫХ ПРАВАХ. Иными словами, в такой сети все машины одного ранга и работают под управлением одинаковых (или по крайней мере совместимых) программ, обеспечивающих в том числе и передачу данных по сети. Пример локальной централизованной компьютерной сети с шинной топологией: Как видно из схемы, сервер обеспечивает пользователям на остальных машинах (рабочих станциях) доступ к информации на дисковых накопителях, принтеру и выход к другим вычислительным системам через линию связи. 18. Файл-серверные и клиент-серверные технологии. Что такое архитектура "клиент-сервер"? Клиент-серверная система характеризуется наличием двух взаимодействующих самостоятельных процессов - клиента и сервера, которые, в общем случае, могут выполняться на разных компьютерах, обмениваясь данными по сети. Процессы, реализующие некоторую службу, например службу файловой системы или базы данных, называются серверами (servers). Процессы, запрашивающие службы у серверов путем посылки запроса и последующего ожидания ответа от сервера, называются клиентами (clients) . По такой схеме могут быть построены системы обработки данных на основе СУБД, почтовые и другие системы. Мы будем говорить о базах данных и системах на их основе. И здесь удобнее будет не просто рассматривать клиент-серверную архитектуру, а сравнить ее с другой - файл-серверной. В файл-серверной системе данные хранятся на файловом сервере (например, Novell NetWare или Windows NT Server), а их обработка осуществляется на рабочих станциях, на которых, как правило, функционирует одна из, так называемых, "настольных СУБД" - Access, FoxPro, Paradox и т.п.. Приложение на рабочей станции "отвечает за все" - за формирование пользовательского интерфейса, логическую обработку данных и за непосредственное манипулирование данными. Файловый сервер предоставляет услуги только самого низкого уровня - открытие, закрытие и модификацию файлов. Обратите внимание - файлов, а не базы данных. Система управления базами данных расположена на рабочей станции. Таким образом, непосредственным манипулированием данными занимается несколько независимых и несогласованных между собой процессов. Кроме того, для осуществления любой обработки (поиск, модификация, суммирование и т.п.) все данные необходимо передать по сети с сервера на рабочую станцию (см. рис. Сравнение файл-серверной и клиент-серверной моделей) Рис. Сравнение файл-серверной и клиент-серверной моделей В клиент-серверной системе функционируют (как минимум) два приложения - клиент и сервер, делящие между собой те функции, которые в файл-серверной архитектуре целиком выполняет приложение на рабочей станции. Хранением и непосредственным манипулированием данными занимается сервер баз данных, в качестве которого может выступать Microsoft SQL Server, Oracle, Sybase и т.п.. Формированием пользовательского интерфейса занимается клиент, для построения которого можно использовать целый ряд специальных инструментов, а также большинство настольных СУБД. Логика обработки данных может выполняться как на клиенте, так и на сервере. Клиент посылает на сервер запросы, сформулированные, как правило, на языке SQL. Сервер обрабатывает эти запросы и передает клиенту результат (разумеется, клиентов может быть много). Таким образом, непосредственным манипулированием данными занимается один процесс. При этом, обработка данных происходит там же, где данные хранятся - на сервере, что исключает необходимость передачи больших объемов данных по сети. Что дает архитектура клиент-сервер? Посмотрим на данную архитектуру с точки зрения потребностей бизнеса. Какие же качества привносит клиент-сервер в информационную систему? Надежность Сервер баз данных осуществляет модификацию данных на основе механизма транзакций, который придает любой совокупности операций, объявленных как транзакция, следующие свойства: • атомарность - при любых обстоятельствах будут либо выполнены все операции транзакции, либо не выполнена ни одна; целостность данных при завершении транзакции; • независимость - транзакции, инициированные разными пользователями, не вмешиваются в дела друг друга; • устойчивость к сбоям - после завершения транзакции, ее результаты уже не пропадут. Механизм транзакций, поддерживаемый сервером баз данных, намного более эффективен, чем аналогичный механизм в настольных СУБД, т.к. сервер централизованно контролирует работу транзакций. Кроме того, в файл-серверной системе сбой на любой из рабочих станций может привести к потере данных и их недоступности для других рабочих станций, в то время, как в клиент-серверной системе сбой на клиенте, практически, никогда не сказывается на целостности данных и их доступности для других клиентов. Масштабируемость Масштабируемость - способность системы адаптироваться к росту количества пользователей и объема базы данных при адекватном повышении производительности аппаратной платформы, без замены программного обеспечения. Общеизвестно, что возможности настольных СУБД серьезно ограничены - это пять-семь пользователей и 30-50 Мб, соответственно. Цифры, разумеется, представляют собой некие средние значения, в конкретных случаях они могут отклоняться как в ту, так и в другую сторону. Что наиболее существенно, эти барьеры нельзя преодолеть за счет наращивания возможностей аппаратуры. Системы же на основе серверов баз данных могут поддерживать тысячи пользователей и сотни ГБ информации - дайте им только соответствующую аппаратную платформу. Безопасность Сервер баз данных предоставляет мощные средства защиты данных от несанкционированного доступа, невозможные в настольных СУБД. При этом, права доступа администрируются очень гибко - до уровня полей таблиц. Кроме того, можно вообще запретить прямое обращение к таблицам, осуществляя взаимодействие пользователя с данными через промежуточные объекты - представления и хранимые процедуры. Так что администратор может быть уверен - никакой слишком умный пользователь не прочитает то, что ему читать неположено. Гибкость В приложении, работающем с данными, можно выделить три логических слоя: • пользовательского интерфейса; • правил логической обработки (бизнес-правил); • управления данными (не следует только путать логические слои с физическими уровнями, о которых речь пойдет ниже). Как уже говорилось, в файл-серверной архитектуре все три слоя реализуются в одном монолитном приложении, функционирующем на рабочей станции. Поэтому изменения в любом из слоев приводят однозначно к модификации приложения и последующему обновлению его версий на рабочих станциях. В двухуровневом клиент-серверном приложении, показанном на рисунке выше, как правило, все функции по формированию пользовательского интерфейса реализуются на клиенте, все функции по управлению данными - на сервере, а вот бизнес-правила можно реализовать как на сервере используя механизмы программирования сервера (хранимые процедуры, триггеры, представления и т.п.), так и на клиенте. В трехуровневом приложении появляется третий, промежуточный уровень, реализующий бизнес-правила, которые являются наиболее часто изменяемыми компонентами приложения (см. рис. Трехуровневая модель клиент-серверного приложения) Рис. Трехуровневая модель клиент-серверного приложения Наличие не одного, а нескольких уровней позволяет гибко и с минимальными затратами адаптировать приложение к изменяющимся требованиям бизнеса. Попробуем все вышеизложенное проиллюстрировать на маленьком примере. Предположим, в некоей организации изменились правила расчета заработной платы (бизнес-правила) и требуется обновить соответствующее программное обеспечение. 1) В файл-серверной системе мы "просто" вносим изменения в приложение и обновляем его версии на рабочих станциях. Но это "просто" влечет за собой максимальные трудозатраты. 2) В двухуровневой клиент-серверной системе, если алгоритм расчета зарплаты реализован на сервере в виде правила расчета зарплаты, его выполняет сервер бизнес-правил, выполненный, например, в виде OLE-сервера, и мы обновим один из его объектов, ничего не меняя ни в клиентском приложении, ни на сервере баз данных. 19. Как устроена память. Виды памяти. Память компьютера построена из двоичных запоминающих элементов — битов, объединенных в группы по 8 битов, которые называются байтами. (Единицы измерения памяти совпадают с единицами измерения информации). Все байты пронумерованы. Номер байта называется его адресом. Байты могут объединяться в ячейки, которые называются также словами. Для каждого компьютера характерна определенная длина слова — два, четыре или восемь байтов. Это не исключает использования ячеек памяти другой длины (например, полуслово, двойное слово). Как правило, в одном машинном слове может быть представлено либо одно целое число, либо одна команда. Однако, допускаются переменные форматы представления информации. Разбиение памяти на слова для четырехбайтовых компьютеров представлено в таблице: Байт 0 Байт 1 Байт 2 Байт 3 Байт 4 Байт 5 Байт 6 Байт 7 ПОЛУСЛОВО ПОЛУСЛОВО ПОЛУСЛОВО ПОЛУСЛОВО СЛОВО СЛОВО ДВОЙНОЕ СЛОВО Широко используются и более крупные производные единицы объема памяти: Килобайт, Мегабайт, Гигабайт, а также, в последнее время, Терабайт и Петабайт. Современные компьютеры имеют много разнообразных запоминающих устройств, которые сильно отличаются между собой по назначению, временным характеристикам, объёму хранимой информации и стоимости хранения одинакового объёма информации.  Различают два основных вида памяти — внутреннюю и внешнюю. В состав внутренней памяти входят оперативная память, кэш-память и специальная память. Оперативная память (ОЗУ, англ. RAM, Random Access Memory — память с произвольным доступом) — это быстрое запоминающее устройство не очень большого объёма, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами. Оперативная память используется только для временного хранения данных и программ, так как, когда машина выключается, все, что находилось в ОЗУ, пропадает. Доступ к элементам оперативной памяти прямой — это означает, что каждый байт памяти имеет свой индивидуальный адрес. Объем ОЗУ обычно составляет от 32 до 512 Мбайт. Для несложных административных задач бывает достаточно и 32 Мбайт ОЗУ, но сложные задачи компьютерного дизайна могут потребовать от 512 Мбайт до 2 Гбайт ОЗУ. Обычно ОЗУ исполняется из интегральных микросхем памяти SDRAM (синхронное динамическое ОЗУ). Каждый информационный бит в SDRAM запоминается в виде электрического заряда крохотного конденсатора, образованного в структуре полупроводникового кристалла. Из-за токов утечки такие конденсаторы быстро разряжаются, и их периодически (примерно каждые 2 миллисекунды) подзаряжают специальные устройства. Этот процесс называется регенерацией памяти (Refresh Memory).  Микросхемы SDRAM имеют ёмкость 16 — 256 Мбит и более. Они устанавливаются в корпуса и собираются в модули памяти. Большинство современных компьютеров комплектуются модулями типа DIMM (Dual-In-line Memory Module — модуль памяти с двухрядным расположением микросхем).  В компьютерных системах на самых современных процессорах используются высокоскоростные модули Rambus DRAM (RIMM) и DDR DRAM.   Рис. 2.6. Микросхемы памяти RIMM (сверху) и DIMM (снизу) Модули памяти характеризуются такими параметрами, как объем —(16, 32, 64, 128, 256 или 512 Мбайт), число микросхем, паспортная частота(100 или 133 МГц), время доступа к данным (6 или 7 наносекунд) и число контактов (72, 168 или 184).   В 2001 г. начинается выпуск модулей памяти на 1 Гбайт и опытных образцов модулей на 2 Гбайта. Кэш (англ. cache), или сверхоперативная память — очень быстрое ЗУ небольшого объёма, которое используется при обмене данными между микропроцессором 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, то есть, если в кэш подкачаны нужные данные, извлечение их из памяти происходит без задержки. Если же требуемая информация в кэше отсутствует, то процессор считывает её непосредственно из оперативной памяти. Соотношение числа попаданий и промахов определяет эффективность кэширования. Кэш-память реализуется на микросхемах статической памяти SRAM (Static RAM), более быстродействующих, дорогих и малоёмких, чем DRAM  (SDRAM).   Современные микропроцессоры имеют встроенную кэш-память, так называемый кэш первого уровня размером 8, 16 или 32 Кбайт. Кроме того, на системной плате компьютера может быть установлен кэш второго уровня ёмкостью 256, 512 Кбайт и выше. 3.  Специальная память К устройствам специальной памяти относятся постоянная память (ROM), перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory), память CMOS RAM, питаемая от батарейки, видеопамять и некоторые другие виды памяти. Постоянная память (ПЗУ, англ. ROM, Read Only Memory — память только для чтения) — энергонезависимая память, используется для хранения данных, которые никогда не потребуют изменения. Содержание памяти специальным образом "зашивается" в устройстве при его изготовлении для постоянного хранения. Из ПЗУ можно только читать. Перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory) — энергонезависимая память, допускающая многократную перезапись своего содержимого с дискеты. Прежде всего в постоянную память записывают программу управления работой самого процессора. В ПЗУ находятся программы управления дисплеем, клавиатурой, принтером, внешней памятью, программы запуска и остановки компьютера, тестирования устройств. Важнейшая микросхема постоянной или Flash-памяти — модуль BIOS. Роль BIOS двоякая: с одной стороны это неотъемлемый элемент аппаратуры, а с другой строны — важный модуль любой операционной системы. BIOS (Basic Input/Output System — базовая система ввода-вывода) — совокупность программ, предназначенных для автоматического тестирования устройств после включения питания компьютера  и  загрузки операционной системы в оперативную память. Разновидность постоянного ЗУ — CMOS RAM. CMOS RAM — это память с невысоким быстродействием и минимальным энергопотреблением от батарейки. Используется для хранения информации о конфигурации и составе оборудования компьютера, а также о режимах его работы.   Интегральные схемы BIOS и CMOS Содержимое CMOS изменяется специальной программой Setup, находящейся в BIOS (англ. Set-up — устанавливать, читается "сетап"). Для хранения графической информации используется видеопамять. Видеопамять (VRAM) — разновидность оперативного ЗУ, в котором хранятся закодированные изображения. Это ЗУ организовано так, что его содержимое доступно сразу двум устройствам — процессору и дисплею. Поэтому изображение на экране меняется одновременно с обновлением видеоданных в памяти. Внешняя память (ВЗУ) предназначена для длительного хранения программ и данных, и целостность её содержимого не зависит от того, включен или выключен компьютер. В отличие от оперативной памяти, внешняя память не имеет прямой связи с процессором. Информация от ВЗУ к процессору и наоборот циркулирует примерно по следующей цепочке: В состав внешней памяти компьютера входят: • накопители на жёстких магнитных дисках; • накопители на гибких магнитных дисках; • накопители на компакт-дисках; • накопители на магнито-оптических компакт-дисках; • накопители на магнитной ленте (стримеры) и др. 1.  Накопители на гибких магнитных дисках Гибкий диск (англ. floppy disk), или лискета, — носитель небольшого объема информации, представляющий собой гибкий пластиковый диск в защитной оболочке. Используется для переноса данных с одного компьютера на другой и для распространения программного обеспечения.     Устройство дискеты Дискета состоит из круглой полимерной подложки, покрытой с обеих сторон магнитным окислом и помещенной в пластиковую упаковку, на внутреннюю поверхность которой нанесено очищающее покрытие. В упаковке сделаны с двух сторон радиальные прорези, через которые головки считывания/записи накопителя получают доступ к диску.       Способ записи двоичной информации на магнитной среде называется магнитным кодированием. Он заключается в том, что магнитные домены в среде выстраиваются вдоль дорожек в направлении приложенного магнитного поля своими северными и южными полюсами. Обычно устанавливается однозначное соответствие между двоичной информацией и ориентацией магнитных доменов. Информация записывается по концентрическим дорожкам (трекам), которые делятся на секторы. Количество дорожек и секторов зависит от типа и формата дискеты. Сектор хранит минимальную порцию информации, которая может быть записана на диск или считана. Ёмкость сектора постоянна и составляет 512 байтов. Рис. 2.7. Поверхность магнитного диска В настоящее время наибольшее распространение получили дискеты со следующими характеристиками: диаметр 3,5 дюйма (89 мм), ёмкость 1,44 Мбайт, число дорожек 80, количество секторов на дорожках 18. Дискета устанавливается в накопитель на гибких магнитных дисках (англ. floppy-disk drive), автоматически в нем фиксируется, после чего механизм накопителя раскручивается до частоты вращения 360 мин-1. В накопителе вращается сама дискета, магнитные головки остаются неподвижными. Дискета вращается только при обращении к ней. Накопитель связан с процессором через контроллер гибких дисков. В последнее время появились трехдюймовые дискеты, которые могут хранить до 3 Гбайт информации. Они изготовливаются по новой технологии Nano2 и требуют специального оборудования для чтения и записи. 2.  Накопители на жестких магнитных дисках Если гибкие диски — это средство переноса данных между компьютерами, то жесткий диск — информационный склад компьютера. Накопитель на жёстких магнитных дисках (англ. HDD — Hard Disk Drive) или винчестерский накопитель — это наиболее массовое запоминающее устройство большой ёмкости, в котором носителями информации являются круглые алюминиевые пластины — платтеры, обе поверхности которых покрыты слоем магнитного материала. Используется для постоянного хранения информации — программ и данных. Рис. 2.8. Винчестерский накопитель со снятой крышкой корпуса Как и у дискеты, рабочие поверхности платтеров разделены на кольцевые концентрические дорожки, а дорожки — на секторы. Головки считывания-записи вместе с их несущей конструкцией и дисками заключены в герметически закрытый корпус, называемый модулем данных.   При установке модуля данных на дисковод он автоматически соединяется с системой, подкачивающей очищенный охлажденный воздух.   Поверхность платтера имеет магнитное покрытие толщиной всего лишь в 1,1 мкм, а также слой смазки для предохранения головки от повреждения при опускании и подъёме на ходу. При вращении платтера над ним образуется воздушный слой, который обеспечивает воздушную подушку для зависания головки на высоте 0,5 мкм над поверхностью диска. Винчестерские накопители имеют очень большую ёмкость: от 10 до 100 Гбайт. У современных моделей скорость вращения шпинделя (вращающего вала) обычно составляет 7200 об/мин, среднее время поиска данных 9 мс, средняя скорость передачи данных до 60 Мбайт/с. В отличие от дискеты, жесткий диск вращается непрерывно. Все современные накопители снабжаются встроенным кэшем (обычно 2 Мбайта), который существенно повышает их производительность. Винчестерский накопитель связан с процессором через контроллер жесткого диска. 3.  Накопители на компакт-дисках Здесь носителем информации является CD-ROM (Сompact Disk Read-Only Memory - компакт диск, из которого можно только читать). CD-ROM представляет собой прозрачный полимерный диск диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм, на одну сторону которого напылен светоотражающий слой алюминия, защищенный от повреждений слоем прозрачного лака. Толщина напыления составляет несколько десятитысячных долей миллиметра. Информация на диске представляется в виде последовательности впадин (углублений в диске) и выступов (их уровень соответствует поверхности диска), расположеных на спиральной дорожке, выходящей из области вблизи оси диска. На каждом дюйме (2,54 см) по радиусу диска размещается 16 тысяч витков спиральной дорожки. Для сравнения — на поверхности жесткого диска на дюйме по радиусу помещается лишь несколько сотен дорожек. Емкость CD достигает 780 Мбайт. Информация наносится на диск при его изготовлении и не может быть изменена. CD-ROM обладают высокой удельной информационной емкостью, что позволяет создавать на их основе справочные системы и учебные комплексы с большой иллюстративной базой. Один CD по информационной емкости равен почти 500 дискетам. Cчитывание информации с CD-ROM происходит с достаточно высокой скоростью, хотя и заметно меньшей, чем скорость работы накопителей на жестком диске. CD-ROM просты и удобны в работе, имеют низкую удельную стоимость хранения данных, практически не изнашиваются, не могут быть поражены вирусами, c них невозможно случайно стереть информацию. В отличие от магнитных дисков, компакт-диски имеют не множество кольцевых дорожек, а одну — спиральную, как у грампластинок. В связи с этим, угловая скорость вращения диска не постоянна. Она линейно уменьшается в процессе продвижения читающей лазерной головки к краю диска.   Рис. 2.9. Накопитель CD-ROM Для работы с CD-ROM нужно подключить к компьютеру накопитель CD-ROM (рис. 2.9), преобразующий последовательность углублений и выступов на поверхности CD-ROM в последовательность двоичных сигналов. Для этого используется считывающая головка с микролазером и светодиодом. Глубина впадин на поверхности диска равна четверти длины волны лазерного света. Если в двух последовательных тактах считывания информации луч света лазерной головки переходит с выступа на дно впадины или обратно, разность длин путей света в этих тактах меняется на полуволну, что вызывает усиление или ослабление совместно попадающих на светодиод прямого и отраженного от диска света. Если в последовательных тактах считывания длина пути света не меняется, то и состояние светодиода не меняется. В результате ток через светодиод образует последовательность двоичных электрических сигналов, соответствующих сочетанию впадин и выступов на дорожке.                   Профиль дорожки CD-ROM         Различная длина оптического пути луча света в двух последовательных тактах считывания информации соответствует двоичным единицам. Одинаковая длина соответствует двоичным нулям. Сегодня почти все персональные компьютеры имеют накопитель CD-ROM. Но многие мультимедийные интерактивные программы слишком велики, чтобы поместиться на одном CD. На смену технологии СD-ROM стремительно идет технология цифровых видеодисков DVD. Эти диски имеют тот же размер, что и обычные CD, но вмещают до 17 Гбайт данных, т.е. по объему заменяют 20 стандартных дисков CD-ROM. На таких дисках выпускаются мультимедийные игры и интерактивные видеофильмы отличного качества, позволяющие зрителю просматривать эпизоды под разными углами камеры, выбирать различные варианты окончания картины, знакомиться с биографиями снявшихся актеров, наслаждаться великолепным качеством звука. 4.  Записывающие оптические и магнитооптические накопители  Записывающий накопитель CD-R (Compact Disk Recordable) способен, наряду с прочтением обычных компакт-дисков, записывать информацию на специальные оптические диски емкостью 650 Мбайт. В дисках CD-R отражающий слой выполнен из золотой пленки. Между этим слоем и поликарбонатной основой расположен регистрирующий слой из органического материала, темнеющего при нагревании. В процессе записи лазерный луч нагревает выбранные точки слоя, которые темнеют и перестают пропускать свет к отражающему слою, образуя участки, аналогичные впадинам. Накопители CD-R, благодаря сильному удешевлению, приобретают все большее распространение.   Рис.2.10. Накопитель CD-MO  Накопитель на магнито-оптических компакт-дисках СD-MO (Compact Disk — Magneto Optical) (рис. 2.10). Диски СD-MO можно многократно использовать для записи. Ёмкость от 128 Мбайт до 2,6 Гбайт.  Записывающий накопитель CD-R (Compact Disk Recordable) способен, наряду с прочтением обычных компакт-дисков, записывать информацию на специальные оптические диски. Ёмкость 650 Мбайт.  Накопитель WARM (Write And Read Many times), позволяет производить многократную запись и считывание.   5.  Накопители на магнитной ленте (стримеры) и накопители на сменных дисках Стример (англ. tape streamer) — устройство для резервного копирования больших объёмов информации. В качестве носителя здесь применяются кассеты с магнитной лентой ёмкостью 1 — 2 Гбайта и больше.       Рис. 2.11. Накопитель     на сменных дисках Стримеры позволяют записать на небольшую кассету с магнитной лентой огромное количество информации. Встроенные в стример средства аппаратного сжатия позволяют автоматически уплотнять информацию перед её записью и восстанавливать после считывания, что увеличивает объём сохраняемой информации. Недостатком стримеров является их сравнительно низкая скорость записи, поиска и считывания информации. В последнее время всё шире используются накопители на сменных дисках, которые позволяют не только увеличивать объём хранимой информации, но и переносить информацию между компьютерами. Объём сменных дисков — от сотен Мбайт до нескольких Гигабайт. 20. Операционные системы. Классификация ОС. ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА - РЕЗИДЕНТНАЯ ПРОГРАММА, АВТОМАТИЧЕСКИ ЗАПУСКАЮЩАЯСЯ ПОСЛЕ ВКЛЮЧЕНИЯ ПИТАНИЯ, УПРАВЛЯЮЩАЯ РАБОТОЙ ВСЕХ УСТРОЙСТВ КОМПЬЮТЕРА, ОСУЩЕСТВЛЯЮЩАЯ ДИАЛОГ С ПОЛЬЗОВАТЕЛЕМ И ВЫПОЛНЕНИЕ ЕГО КОМАНД, ЗАПУСКАЮЩАЯ НА ИСПОЛНЕНИЕ ДРУГИЕ ПРОГРАММЫ. После того, как включено питание на экране дисплея одна за другой появляются различные надписи, мигают цифры- это идет процесс загрузки операционной системы. Только после того, как он закончится, работа на компьютере станет возможной. ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА ИГРАЕТ РОЛЬ ПОСРЕДНИКА МЕЖДУ ЧЕЛОВЕКОМ И МАШИНОЙ Операционная система в наибольшей степени определяет облик всей вычислительной системы в целом. Несмотря на это, пользователи, активно использующие вычислительную технику, зачастую испытывают затруднения при попытке дать определение операционной системе. Частично это связано с тем, что ОС выполняет две по существу мало связанные функции: обеспечение пользователю-программисту удобств посредством предоставления для него расширенной машины и повышение эффективности использования компьютера путем рационального управления его ресурсами. ОС как расширенная машина. Использование большинства компьютеров на уровне машинного языка затруднительно, особенно это касается ввода-вывода. Например, для организации чтения блока данных с гибкого диска программист может использовать 16 различных команд, каждая из которых требует 13 параметров, таких как номер блока на диске, номер сектора на дорожке и т. п. Когда выполнение операции с диском завершается, контроллер возвращает 23 значения, отражающих наличие и типы ошибок, которые, очевидно, надо анализировать. Даже если не входить в курс реальных проблем программирования ввода-вывода, ясно, что среди программистов нашлось бы не много желающих непосредственно заниматься программированием этих операций. При работе с диском программисту-пользователю достаточно представлять его в виде некоторого набора файлов, каждый из которых имеет имя. Работа с файлом заключается в его открытии, выполнении чтения или записи, а затем в закрытии файла. Вопросы подобные таким, как следует ли при записи использовать усовершенствованную частотную модуляцию или в каком состоянии сейчас находится двигатель механизма перемещения считывающих головок, не должны волновать пользователя. Программа, которая скрывает от программиста все реалии аппаратуры и предоставляет возможность простого, удобного просмотра указанных файлов, чтения или записи - это, конечно, операционная система. Точно также, как ОС ограждает программистов от аппаратуры дискового накопителя и предоставляет ему простой файловый интерфейс, операционная система берет на себя все малоприятные дела, связанные с обработкой прерываний, управлением таймерами и оперативной памятью, а также другие низкоуровневые проблемы. В каждом случае та абстрактная, воображаемая машина, с которой, благодаря операционной системе, теперь может иметь дело пользователь, гораздо проще и удобнее в обращении, чем реальная аппаратура, лежащая в основе этой абстрактной машины. С этой точки зрения функцией ОС является предоставление пользователю некоторой расширенной или виртуальной машины, которую легче программировать и с которой легче работать, чем непосредственно с аппаратурой, составляющей реальную машину. ОС как система управления ресурсами. Идея о том, что ОС прежде всего система, обеспечивающая удобный интерфейс пользователям, соответствует рассмотрению сверху вниз. Другой взгляд, снизу вверх, дает представление об ОС как о некотором механизме, управляющем всеми частями сложной системы. Современные вычислительные системы состоят из процессоров, памяти, таймеров, дисков, накопителей на магнитных лентах, сетевых коммуникационной аппаратуры, принтеров и других устройств. В соответствии со вторым подходом функцией ОС является распределение процессоров, памяти, устройств и данных между процессами, конкурирующими за эти ресурсы. ОС должна управлять всеми ресурсами вычислительной машины таким образом, чтобы обеспечить максимальную эффективность ее функционирования. Критерием эффективности может быть, например, пропускная способность или реактивность системы. Управление ресурсами включает решение двух общих, не зависящих от типа ресурса задач: • планирование ресурса - то есть определение, кому, когда, а для делимых ресурсов и в каком количестве, необходимо выделить данный ресурс; • отслеживание состояния ресурса - то есть поддержание оперативной информации о том, занят или не занят ресурс, а для делимых ресурсов - какое количество ресурса уже распределено, а какое свободно. Для решения этих общих задач управления ресурсами разные ОС используют различные алгоритмы, что в конечном счете и определяет их облик в целом, включая характеристики производительности, область применения и даже пользовательский интерфейс. Так, например, алгоритм управления процессором в значительной степени определяет, является ли ОС системой разделения времени, системой пакетной обработки или системой реального времени. Классификация ОС. Операционные системы могут различаться особенностями реализации внутренних алгоритмов управления основными ресурсами компьютера (процессорами, памятью, устройствами), особенностями использованных методов проектирования, типами аппаратных платформ, областями использования и многими другими свойствами. Ниже приведена классификация ОС по нескольким наиболее основным признакам. Особенности алгоритмов управления ресурсами. От эффективности алгоритмов управления локальными ресурсами компьютера во многом зависит эффективность всей сетевой ОС в целом. Поэтому, характеризуя сетевую ОС, часто приводят важнейшие особенности реализации функций ОС по управлению процессорами, памятью, внешними устройствами автономного компьютера. Так, например, в зависимости от особенностей использованного алгоритма управления процессором, операционные системы делят на многозадачные и однозадачные, многопользовательские и однопользовательские, на системы, поддерживающие многонитевую обработку и не поддерживающие ее, на многопроцессорные и однопроцессорные системы. Поддержка многозадачности По числу одновременно выполняемых задач операционные системы могут быть разделены на два класса: • однозадачные (например, MS-DOS, MSX) • многозадачные (OC EC, OS/2, UNIX, Windows 95). Однозадачные ОС в основном выполняют функцию предоставления пользователю виртуальной машины, делая более простым и удобным процесс взаимодействия пользователя с компьютером. Однозадачные ОС включают средства управления периферийными устройствами, средства управления файлами, средства общения с пользователем. Многозадачные ОС, кроме вышеперечисленных функций, управляют разделением совместно используемых ресурсов, таких как процессор, оперативная память, файлы и внешние устройства. Поддержка многопользовательского режима По числу одновременно работающих пользователей ОС делятся на: • однопользовательские (MS-DOS, Windows 3.x, ранние версии OS/2); • многопользовательские (UNIX, Windows NT). Главным отличием многопользовательских систем от однопользовательских является наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей. Следует заметить, что не всякая многозадачная система является многопользовательской, и не всякая однопользовательская ОС является однозадачной. Вытесняющая и невытесняющая многозадачность Важнейшим разделяемым ресурсом является процессорное время. Способ распределения процессорного времени между несколькими одновременно существующими в системе процессами (или нитями) во многом определяет специфику ОС. Среди множества существующих вариантов реализации многозадачности можно выделить две группы алгоритмов: • невытесняющая многозадачность (NetWare, Windows 3.x); • вытесняющая многозадачность (Windows NT, OS/2, UNIX). Основным различием между вытесняющим и невытесняющим вариантами многозадачности является степень централизации механизма планирования процессов. В первом случае механизм планирования процессов целиком сосредоточен в операционной системе, а во втором - распределен между системой и прикладными программами. При невытесняющей многозадачности активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам, по собственной инициативе, не отдаст управление операционной системе для того, чтобы та выбрала из очереди другой готовый к выполнению процесс. При вытесняющей многозадачности решение о переключении процессора с одного процесса на другой принимается операцион-ной системой, а не самим активным процессом. Поддержка многонитевости. Важным свойством операционных систем является возможность распараллеливания вычислений в рамках одной задачи. Многонитевая ОС разделяет процессорное время не между задачами, а между их отдельными ветвями (нитями). Многопроцессорная обработка Другим важным свойством ОС является отсутствие или наличие в ней средств поддержки многопроцессорной обработки - мультипроцессирование. Мультипроцессирование приводит к усложнению всех алгоритмов управления ресурсами. В наши дни становится общепринятым введение в ОС функций поддержки многопроцессорной обработки данных. Такие функции имеются в операционных системах Solaris 2.x фирмы Sun, Open Server 3.x компании Santa Crus Operations, OS/2 фирмы IBM, Windows NT фирмы Microsoft и NetWare 4.1 фирмы Novell. Многопроцессорные ОС могут классифицироваться по способу организации вычислительного процесса в системе с многопроцессорной архитектурой: асимметричные ОС и симметричные ОС. Асимметричная ОС целиком выполняется только на одном из процессоров системы, распределяя прикладные задачи по остальным процессорам. Симметричная ОС полностью децентрализована и использует весь пул процессоров, разделяя их ме-жду системными и прикладными задачами. Выше были рассмотрены характеристики ОС, связанные с управлением только одним типом ресурсов - процессором. Важное влияние на облик операционной системы в целом, на возможности ее использования в той или иной области оказывают особенности и других подсистем управления локальными ресурсами - подсистем управления памятью, файлами, устройствами ввода-вывода. Специфика ОС проявляется и в том, каким образом она реализует сетевые функции: распознавание и перенаправление в сеть запросов к удаленным ресурсам, передача сообщений по сети, выполнение удаленных запросов. При реализации сетевых функций возникает комплекс задач, связанных с распределенным характером хранения и обработки данных в сети: ведение справочной информации о всех доступных в сети ресурсах и серверах, адресация взаимодействующих процессов, обеспечение прозрачности доступа, тиражирование данных, согласование копий, поддержка безопасности данных. 21. Сравнительные характеристики DOS, Windows, Linux. 22. Программное обеспечение ЭВМ, структура ПО. ПРОГРАММА- ОСОБЫЙ ВИД ИНФОРМАЦИИ В ВИДЕ ДВОИЧНЫХ КОДОВ (НУЛЕЙ И ЕДИНИЦ), ВОСПРИНИМАЕМЫХ ПРОЦЕССОРОМ КАК КОМАНДЫ К ВЫПОЛНЕНИЮ КАКИХ-ТО ДЕЙСТВИЙ. ФАЙЛЫ ПРОГРАММ ВМЕСТЕ С ФАЙЛАМИ ДРУГИХ ТИПОВ ХРАНЯТСЯ НА НАКОПИТЕЛЯХ ИНФОРМАЦИИ, ДЛЯ ЗАПУСКА СЧИТЫВАЮТСЯ С НИХ В ОПЕРАТИВНУЮ ПАМЯТЬ (ЗАГРУЖАЮТСЯ). ПО ОКОНЧАНИИ РАБОТЫ БОЛЬШИНСТВО ПРОГРАММ УДАЛЯЮТСЯ ИЗ ОПЕРАТИВНОЙ ПАМЯТИ. ПРОГРАММЫ, КОТОРЫЕ ОСТАЮТСЯ В ОПЕРАТИВНОЙ ПАМЯТИ ПОСЛЕ ЗАГРУЗКИ НА ВСЕ ВРЕМЯ РАБОТЫ КОМПЬЮТЕРА НАЗЫВАЮТСЯ РЕЗИДЕНТНЫМИ. СИСТЕМНЫЕ ПРОГРАММЫ- ПРОГРАММЫ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ РАБОТУ КОМПЬЮТЕРА, КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ И ПРОЧИХ УСТРОЙСТВ. Иными словами, системными называют программы, предназначенные для того, чтобы компьютер заработал, чтобы работать на нем было удобно и безопасно. ПРИКЛАДНЫЕ ПРОГРАММЫ- ПРОГРАММЫ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЕ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ. Иными словами, с помощью прикладных программ выполняются те операции, ради которых и покупают компьютер- работа с текстами, выполнение разного рода расчетов, компьютерные игры и т.д. ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ- ПРОГРАММЫ, УПРАВЛЯЮЩИЕ РАБОТОЙ КОМПЬЮТЕРА. О них речь пойдет далее. Примеры: MS-DOS, UNIX, WINDOWS'95. СЕТЕВЫЕ СИСТЕМЫ- ПРОГРАММЫ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ РАБОТУ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ. Примеры: Novell Netware, LANtastic. Для одноранговых (децентрализованных) сетей сетевые системы включают в состав операционных систем. Примеры: WINDOWS NT, WINDOWS'95 (с оговорками). К этому же классу программ можно отнести интернетовские броузеры. Примеры: Netscape Navigator, MS Internet Explorer. ПРОГРАММЫ-ОБОЛОЧКИ - ПРОГРАММЫ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЕ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЮ УДОБНЫХ УСЛОВИЙ РАБОТЫ. Примеры: Norton Commander, DOS-Navigator, WINDOWS 3.1. Появление подобных программ связано с тем, что операционные системы старого образца (например, MS-DOS) несмотря на простоту и надежность не были снабжены средствами, создающими пользователю удобную среду для работы. В таких операционных системах общение человека с машиной производилось (и производится) при помощи команд, которые надо набирать с клавиатуры. Например, в операционной системе MS-DOS для того, чтобы скопировать файл text.txt из каталога C:\ABCDE в каталог A:\DOC необходимо набрать с клавиатуры следующую команду: copy C:\ABCDE\text.txt A:\DOC Очевидно, такой способ общения (интерфейс) ненагляден, требует знания наизусть стандартного набора команд данной операционной системы, правил работы с ними и неудобен- требует набора текста с клавиатуры, причем безошибочного. Программы- -оболочки выполняют роль надстроек над такими операционными системами, давая пользователю возможность выполнять те же самые операции быстрее и нагляднее. В современных операционных системах (WINDOWS'95) предусматриваются свои средства, обеспечивающие удобство работы пользователям, и дополнительные программы-оболочки если и используются при работе, то в силу привычки к старым, проверенным и любимым программам. СЕРВИСНЫЕ ПРОГРАММЫ (УТИЛИТЫ) ПРЕДНАЗНАЧЕНЫ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ОПЕРАЦИЙ- ПРОВЕРКИ ИСПРАВНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ, АРХИВАЦИИ ФАЙЛОВ, БОРЬБЫ С ВИРУСАМИ, ФОРМАТИРОВАНИЯ ДИСКОВ ( ПОДГОТОВКИ НОВЫХ ДИСКОВ К РАБОТЕ ПУТЕМ РАЗМЕТКИ НА НИХ ДОРОЖЕК И СЕКТОРОВ) И Т.Д. Пример: Norton Utilities. К узкопрофессиональным программам отностися огромное множество программ специального назначения, ориентированных на специалистов в определенной области. Например, для расчетов прочности строительных конструкций, управления работой атомной электростанции, бухгалтерских расчетов и т.д. Однако, независимо от рода деятельности любой работник часто сталкивается с необходимостью подготовки каких-то текстовых документов, например, заявлений, отчетов, деловых писем и т.д. Для этих целей используют специальные программы- текстовые редакторы. Примеры: Word, Lexicon. Разновидностью текстовых редакторов являются издательские системы, используемые при издании книг, журналов, газет, рекламных объявлений. Очень часто человек сталкивается с необходимостью выполнить какие-то расчеты или другие операции над данными в табличной форме. Вообще, таблицы сопровождают нас всю жизнь- расписание уроков, классный журнал, экзаменационная ведомость, расписание поездов, турнирная таблица футбольного чемпионата и т.д. Для автоматизированной обработки данных в табличной форме используют специальные программы- электронные таблицы. Примеры: Excel, Quattro. БАЗА ДАННЫХ- УПОРЯДОЧЕННОЕ ОПИСАНИЕ ГРУППЫ ОДНОТИПНЫХ ОБЪЕКТОВ. Например, база данных по студентам вуза или база данных по преступникам, находящимся в розыске. Ситемы управления базами данных (СУБД)- программы для работы с базами данных. Они, в частности, используются для того, чтобы из большой группы объектов выбрать те, которые удовлетворяют определенным критериям. Напрмиер, из списка студентов быстро выбрать тех, кто живет в общежитии. Примеры СУБД: MS Access, Paradox. Как правило, средствами для работы с базами данных снабжаются и электронные таблицы. К программам для работы с графикой относятся большое число программ разного уровня. От простых графических редакторов, предназначенных для выполнения простых рисунков, например для подготовки простых иллюстрираций к тексту или для детского творчества (пример: Paint) , ретуширования и редактирования сложных рисунков, фотографий, создания мультфильмов (пример: Corel) до сложных систем инженерной графики- систем автоматизированного проектирования (пример: Autocad). ТРАНСЛЯТОРЫ- ПРОГРАММЫ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЕ ДЛЯ СОЗДАНИЯ НОВЫХ ПРОГРАММ. О них речь пойдет далее. Игровые и обучающие программы предназначены для отдыха и обучения. Известно, что играя, человек обучается чему либо быстрее чем при использовании традиционных методов обучения. В современных обучающих программах процесс обучения сочетается не только с элементами игры, но и с видео- и аудио- эффектами, т.е. с мультимедийными технологиями. Напомним, что мультимедиа в дословном переводе означает "многие среды", т.е. совместное использование разных видов информации - звуковой, текстовой, графической, видео и пр. 23. Файловая система. Имена файлов. Типы файлов. Права доступа к файлу. Файловая система - это часть операционной системы, назначение которой состоит в том, чтобы обеспечить пользователю удобный интерфейс при работе с данными, хранящимися на диске, и обеспечить совместное использование файлов несколькими пользователями и процессами. С точки зрения прикладной программы, файл - это именованная область внешней памяти, в которую можно записывать и из которой можно считывать данные. Правила именования файлов, способ доступа к данным, хранящимся в файле, и структура этих данных зависят от конкретной системы управления файлами и, возможно, от типа файла. Система управления файлами берет на себя распределение внешней памяти, отображение имен файлов в соответствующие адреса во внешней памяти и обеспечение доступа к данным. В широком смысле понятие "файловая система" включает: • совокупность всех файлов на диске, • наборы структур данных, используемых для управления файлами, такие, например, как каталоги файлов, дескрипторы файлов, таблицы распределения свободного и занятого пространства на диске, • комплекс системных программных средств, реализующих управление файлами, в частности: создание, уничтожение, чтение, запись, именование, поиск и другие операции над файлами. Имена файлов. Файлы идентифицируются именами. Пользователи дают файлам символьные имена, при этом учитываются ограничения ОС как на используемые символы, так и на длину имени. До недавнего времени эти границы были весьма узкими. Так в популярной файловой системе FAT длина имен ограничивается известной схемой 8.3 (8 символов - собственно имя, 3 символа - расширение имени), а в ОС UNIX System V имя не может содержать более 14 символов. Однако пользователю гораздо удобнее работать с длинными именами, поскольку они позволяют дать файлу действительно мнемоническое название, по которому даже через достаточно большой промежуток времени можно будет вспомнить, что содержит этот файл. Поэтому современные файловые системы, как правило, поддерживают длинные символьные имена файлов. Например, Windows NT в своей новой файловой системе NTFS устанавливает, что имя файла может содержать до 255 символов, не считая завершающего нулевого символа. При переходе к длинным именам возникает проблема совместимости с ранее созданными приложениями, использующими короткие имена. Чтобы приложения могли обращаться к файлам в соответствии с принятыми ранее соглашениями, файловая система должна уметь предоставлять эквивалентные короткие имена (псевдонимы) файлам, имеющим длинные имена. Таким образом, одной из важных задач становится проблема генерации соответствующих коротких имен. Типы файлов. Файлы бывают разных типов: обычные файлы, специальные файлы, файлы-каталоги. Обычные файлы в свою очередь подразделяются на текстовые и двоичные. Текстовые файлы состоят из строк символов, представленных в ASCII-коде. Это могут быть документы, исходные тексты программ и т.п. Текстовые файлы можно прочитать на экране и распечатать на принтере. Двоичные файлы не используют ASCII-коды, они часто имеют сложную внутреннюю структуру, например, объектный код программы или архивный файл. Все операционные системы должны уметь распознавать хотя бы один тип файлов - их собственные исполняемые файлы. Специальные файлы - это файлы, ассоциированные с устройствами ввода-вывода, которые позволяют пользователю выполнять операции ввода-вывода, используя обычные команды записи в файл или чтения из файла. Эти команды обрабатываются вначале программами файловой системы, а затем на некотором этапе выполнения запроса преобразуются ОС в команды управления соответствующим устройством. Специальные файлы, так же как и устройства ввода-вывода, делятся на блок-ориентированные и байт-ориентированные. Каталог - это, с одной стороны, группа файлов, объединенных пользователем исходя из некоторых соображений (например, файлы, содержащие программы игр, или файлы, составляющие один программный пакет), а с другой стороны - это файл, содержащий системную информацию о группе файлов, его составляющих. В каталоге содержится список файлов, входящих в него, и устанавливается соответствие между файлами и их характеристиками (атрибутами). В разных файловых системах могут использоваться в качестве атрибутов разные характеристики, например: 1. информация о разрешенном доступе, 2. пароль для доступа к файлу, 3. владелец файла, 4. создатель файла, 5. признак "только для чтения", 6. признак "скрытый файл", 7. признак "системный файл", 8. признак "архивный файл", 9. признак "двоичный/символьный", 10. признак "временный" (удалить после завершения процесса), 11. признак блокировки, 12. длина записи, 13. указатель на ключевое поле в записи, 14. длина ключа, 15. времена создания, последнего доступа и последнего изменения, 16. текущий размер файла, 17. максимальный размер файла. Каталоги могут непосредственно содержать значения характеристик файлов, как это сделано в файловой системе MS-DOS, или ссылаться на таблицы, содержащие эти характеристики, как это реализовано в ОС UNIX. Каталоги могут образовывать иерархическую структуру за счет того, что каталог более низкого уровня может входить в каталог более высокого уровня. Иерархия каталогов может быть деревом или сетью. Каталоги образуют дерево, если файлу разрешено входить только в один каталог, и сеть - если файл может входить сразу в несколько каталогов. В MS-DOS каталоги образуют древовидную структуру, а в UNIX'е - сетевую. Как и любой другой файл, каталог имеет символьное имя и однозначно идентифицируется составным именем, содержащим цепочку символьных имен всех каталогов, через которые проходит путь от корня до данного каталога. Режим многопользовательского доступа. Последнее, на чем мы остановимся в связи с файлами, это способы их использования в многопользовательской среде. Если операционная система поддерживает многопользовательский режим, вполне реальна ситуация, когда два или более пользователя одновременно пытаются работать с одним и тем же файлом. Если все пользователи собираются только читать файл, ничего страшного не произойдет. Но если хотя бы один из них будет изменять файл, для корректной работы этих пользователей требуется взаимная синхронизация. В системах управления файлами обычно применялся следующий подход. В операции открытия файла (первой и обязательной операции, с которой должен начинаться сеанс работы с файлом) среди прочих параметров указывался режим работы (чтение или изменение). Если к моменту выполнения этой операции от имени некоторого пользовательского процесса A файл уже находился в открытом состоянии от имени некоторого другого процесса B, причем файл был открыт в режиме, который несовместим с желаемым режимом открытия (совместимы только режимы чтения), то в зависимости от особенностей системы процессу A либо сообщалось о невозможности открытия файла в желаемом режиме, либо он блокировался до тех пор, пока в процессе B не выполнялась операция закрытия файла. Права доступа к файлу. Определить права доступа к файлу - значит определить для каждого пользователя набор операций, которые он может применить к данному файлу. В разных файловых системах может быть определен свой список дифференцируемых операций доступа. Этот список может включать следующие операции: • создание файла, • уничтожение файла, • открытие файла, • закрытие файла, • чтение файла, • запись в файл, • дополнение файла, • поиск в файле, • получение атрибутов файла, • установление новых значений атрибутов, • переименование, • выполнение файла, • чтение каталога, и другие операции с файлами и каталогами. В самом общем случае права доступа могут быть описаны матрицей прав доступа, в которой столбцы соответствуют всем файлам системы, строки - всем пользователям, а на пересечении строк и столбцов указываются разрешенные операции. В некоторых системах пользователи могут быть разделены на отдельные категории. Для всех пользователей одной категории определяются единые права доступа. Например, в системе UNIX все пользователи подразделяются на три категории: владельца файла, членов его группы и всех остальных. Различают два основных подхода к определению прав доступа: • избирательный доступ, когда для каждого файла и каждого пользователя сам владелец может определить допустимые операции; • мандатный подход, когда система наделяет пользователя определенными правами по отношению к каждому разделяемому ресурсу (в данном случае файлу) в зависимости от того, к какой группе пользователь отнесен. Виды файловой структуры: 1) Одноуровневая ФС - линейная последовательность имен файлов, используется для дисков с небольшим количеством файлов; 2) Многоуровневая иерархическая ФС - представляет собой древовидную структуру, служит для хранения сотни и тысячи файлов. Каталог (Папка) верхнего уровня содержит вложенные папки 1уровня, которые могут содержать папки 2 уровня и тд Для хранения информации каждый диск разбивается на 2 области: 1) каталог (directory) или папка - содержит названия файлов и указание на начало их размещения на диске; 2) область хранения файлов, содержит текст. 24. Файловая структура. Размещение информации на носители. Дефрагментация. Файловая система FAT представляет собой таблицу размещения файлов, в которой указываются: 1) непосредственно адреса участков логического диска, предназначенные для размещения файлов; 2) свободные области дискового пространства; 3) дефектные области диска. В этой таблице каждому блоку, предназначенному для хранения данных, F В таблице FAT кластеры, принадлежащие файлу или каталогу, связываются в цепочки. В 16-разрядной FAT можно иметь до 65536 кластеров. В операционных системах Windows NT/2000/XP разделы FAT могут иметь до 4097 Мб. В этом случае кластер занимает 128 секторов диска. .Логическое объединение секторов в кластеры позволяет уменьшить размер таблицы FAT и ускорить доступ к файлу. Спустя 5 лет этого стало мало для человека. И в 1991 году выпустили обновленную версию FAT32. В настоящее время файловая система FAT 32 поддерживается современными операционными системами Windows ME/2000/XP. Имеются реализации FAT 32 для Windows NT и Linux. Файловая система FAT 32 является полностью самостоятельной 32-разрядной файловой системой и имеет более совершенную структуру. FAT 32 намного эффективнее расходует дисковое пространство. Кластеры в этой файловой системе меньше, чем кластеры в предыдущих версиях FAT. Следовательно, для дисков размером до 8 Гб FAT 32 может использовать кластеры размером 4 Кб. Таблица размещения файлов в FAT 32 может содержать до кластеров (в 32-разрядном коде, используемом для представления номера кластера, фактически используются только 28 разрядов). Система FAT 32 также может перемещать корневой каталог и использовать резервную копию FAT вместо стандартной. Но и эта система не самая лучшая. Самая лучшая и прекрасная в работе файловая система NTFS опишем её достоинства. Структура раздела - общий взгляд MFT Зона MFT Зона для размещения Файлов и каталогов Копия первых 16 записей MFT Зона для размещения файлов и каталогов Как и любая другая система, NTFS делит все полезное место на кластеры - блоки данных, используемые единовременно. NTFS поддерживает почти любые размеры кластеров - от 512 байт до 64 Кбайт, неким стандартом же считается кластер размером 4 Кбайт. Никаких аномалий кластерной структуры NTFS не имеет, поэтому на эту, в общем-то, довольно банальную тему, сказать особо нечего. Диск NTFS условно делится на две части. Первые 12% диска отводятся под так называемую MFT зону - пространство, в которое растет метафайл MFT (об этом ниже). Запись каких-либо данных в эту область невозможна. MFT-зона всегда держится пустой - это делается для того, чтобы самый главный, служебный файл (MFT) не фрагментировался при своем росте. Остальные 88% диска представляют собой обычное пространство для хранения файлов. Свободное место диска, однако, включает в себя всё физически свободное место - незаполненные куски MFT-зоны туда тоже включаются. Механизм использования MFT-зоны таков: когда файлы уже нельзя записывать в обычное пространство, MFT-зона просто сокращается (в текущих версиях операционных систем ровно в два раза), освобождая таким образом место для записи файлов. При освобождении места в обычной области MFT зона может снова расширится. При этом не исключена ситуация, когда в этой зоне остались и обычные файлы: никакой аномалии тут нет. Что ж, система старалась оставить её свободной, но ничего не получилось. Жизнь продолжается... Метафайл MFT все-таки может фрагментироваться, хоть это и было бы нежелательно. Дефрагментация — процесс обновления и оптимизации логической структуры раздела диска с целью обеспечить хранение файлов в непрерывной последовательности кластеров. После дефрагментации ускоряется чтение и запись файлов, а следовательно и работа программ, ввиду того, что последовательные операции чтения и записи выполняются быстрее случайных обращений (например, для жесткого диска при этом не требуется перемещение головки). Другое определение дефрагментации: перераспределение файлов на диске, при котором они располагаются в непрерывных областях. Длинные файлы занимают несколько кластеров. Если запись производится на незаполненный диск, то кластеры, принадлежащие одному файлу, записываются подряд. Если диск переполнен, на нём может не быть цельной области, достаточной для размещения файла. Тем не менее, файл все-таки запишется, если на диске много мелких областей, суммарный размер которых достаточен для записи. В этом случае файл записывается в виде нескольких фрагментов. Процесс разбиения файла на небольшие фрагменты при записи на диск называется фрагментацией. Если на диске много фрагментированных файлов, скорость чтения носителя уменьшается, поскольку поиск кластеров, в которых хранятся файлы, на жёстких дисках требует времени. На флеш-памяти, например, время поиска не зависит от расположения секторов, и практически равно нулю, поэтому для них дефрагментация не требуется. Дефрагментация чаще всего используется для таких файловых систем, как File Allocation Table для MS-DOS и Microsoft Windows, так как в программах для работы с ними обычно не предусмотрено никаких средств для предотвращения фрагментации, и она появляется даже на почти пустом диске и небольшой нагрузке. Помимо замедления компьютера в работе с файловыми операциями (таких как чтение и запись), фрагментация файлов негативно сказывается на «здоровье» жёсткого диска, так как заставляет постоянно перемещаться позиционирующие головки диска, которые осуществляют чтение и запись данных. Для устранения проблемы фрагментации существуют программы-дефрагментаторы, принцип работы которых заключается в «сборке» каждого файла из его фрагментов. Общим недостатком таких программ является их медленная работа — процесс дефрагментации обычно занимает очень много времени (до нескольких часов). 25. Пакет программ Microsoft Office. Назначение, общие сведения. ППП Microsoft Office - это совокупность программных средств автоматизации офисной деятельности. В состав пакета входит множество приложений, каждое из которых предназначено для выполнения определенных функций и может быть использовано автономно и независимо от остальных. Весь набор офисных приложений можно разделить на основные и дополнительные. Основные компоненты Microsoft Office Список и назначение основных компонентов, входящих в состав Microsoft Office приведен в таб. 1. Таблица 1. Основные компоненты Microsoft Office Название приложения Функциональное назначение приложения Microsoft Word Текстовый процессор Microsoft Excel Табличный процессор Microsoft PowerPoint Система подготовки презентаций Outlook Система управления персональной информацией Microsoft Access Система управления базами данных Microsoft Binder Система управления подшивками Microsoft FrontPage Система управления Web-узлами Microsoft PhotoDraw Графический редактор Microsoft Publisher Настольная издательская система Microsoft Project Система управления проектами Microsoft Team Manager Система управления персоналом Дополнительные компоненты MS Office Кроме основных компонентов, в семейство Microsoft Office входит большое количество вспомогательных приложений, которые устанавливаются (или не устанавливаются) вместе с основными. Ими можно воспользоваться из основных приложений или вызвать независимо. В таб. 2 перечислены некоторые из вспомогательных приложений. Таблица 2. Некоторые вспомогательные приложения Microsoft Office Название приложения Функциональное назначение приложения Microsoft Query Интерпретатор запросов к внешним базам данных Microsoft Organization Chart Программа рисования блок-схем Microsoft WordArt Программа создания фигурных текстов Microsoft Equation Редактор математических формул Microsoft Map Программа отображения данных на географических картах Microsoft Graph Программа построения диаграмм Microsoft Photo Editor Графический редактор Microsoft Draw Средство рисования Microsoft Find Fast Служба индексации документов Microsoft Extended Finder Средство поиска документов в папках файловой системы и электронной почты Microsoft Script Editor Редактор сценариев Microsoft ClipArt Коллекция картинок и клипов Панель Microsoft Office Средство быстрого доступа к приложениям Office Кроме основных и вспомогательных приложений, могут быть установлены и использованы различные расширения (надстройки). Их можно условно разделить на три группы: Самостоятельные приложения, разработанные фирмой Microsoft, которые являются компонентами семейства Microsoft Office, но формально не входят в состав пакета. Примерами являются приложения Microsoft Project и Microsoft Team Manager. Надстройки над компонентами Microsoft Office, разработанные фирмой Microsoft и представляющие собой дополнительные функции. Как правило, надстройки оформляются не в виде готовых к выполнению программ, а в виде документов специального типа: шаблонов, рабочих книг, библиотек динамической компоновки (DLL) и т.п. Приложения третьих фирм, разработанные для пользователей Microsoft Office. В этот класс попадают как продукты сторонних фирм, так и собственные разработки пользователей. Сюда можно отнести средства распознавания текстов (OCR), автоматического перевода текста, средства управления большими массивами документов (перечисленные задачи не реализованы или слабо развиты в самом пакете MS Office). Приведенный перечень основных компонентов носит условный характер, поскольку состав пакета зависит от следующих факторов: Устанавливаемый комплект (или редакция) пакета. Пакет выпускается в нескольких редакциях, и состав приложений в разных редакциях различен. Источник установки. Установка может быть выполнена с компакт-диска или с сетевого сервера. Наборы файлов, которые устанавливаются на компьютер, существенно различаются. Основным средством разработки приложений в MS Office является комплексное решение на основе языка Visual Basic, а именно - Visual Basic for Application (VBA). Эта технология включает макрорекордер, интерпретатор Visual Basic, интегрированную среду разработки с встроенным отладчиком, библиотеки времени выполнения (runtime library) и библиотеки типов, представляющие объекты пакета. Эти средства позволяют расширять функциональность пакета и адаптировать его к решению специализированных задач. Интерфейс MS Office Приложения Microsoft Office имеют унифицированный интерфейс, суть которого заключается в следующем: сходные функции имеют одинаковое обозначение (название команды или значок на кнопке), а несходные функции имеют различные обозначения. В большей степени унификация коснулась интерфейсов таких приложений, как Microsoft Word, Microsoft Excel и Microsoft PowerPoint. Одним из достоинств пакета Microsoft Office является последовательное использование графического интерфейса пользователя (Graphical User Interface, GUI), представляемого операционной системой и различных элементов управления. Как правило, отдельные элементы группируются в более крупные конструкции, такие как окна, панели инструментов, меню. Рассмотрим характеристику каждой из этих групп. Оконный интерфейс Оконный интерфейс - такой способ организации пользовательского интерфейса программы, когда каждая интегральная часть располагается в окне — собственном суб-экранном пространстве, находящемся в произвольном месте «над» основным экраном. Несколько окон одновременно располагающихся на экране могут перекрываться, находясь «выше» или «ниже» друг относительно друг В MS Office использует окна четырех типов: окно приложения; окно документа; диалоговое окно; форма. Панели инструментов Панели инструментов - это элементы пользовательского интерфейса, на которых могут располагаются такие элементы управления, как кнопки быстрого вызова и раскрывающиеся списки. Панели инструментов разных приложений могут содержать кнопки, сходные по функциям и внешнему виду, что упрощает освоение интерфейса Microsoft Office. Панели инструментов могут быть: пристыкованными вдоль границы окна приложения; плавающими, т.е. находится в любой части окна приложения; представленными в отдельных окнах; в этом случае форму и размеры панели инструментов можно менять произвольно. Меню Меню представляет доступ к иерархическим спискам доступных команд. Результатом выбора команды из меню может быть: непосредственное выполнение некоторого действия; раскрытие еще одного меню; раскрытие диалогового окна или формы. Меню интерфейса Microsoft Office, кроме строки меню любого приложения, можно разделить (по способу перехода к ним) на раскрывающиеся и контекстные (или всплывающие). Элементы управления Элементы управления - это объекты оконного интерфейса, реализующие типовые операции с интерфейсом: щелчок мышью, выбор из списка, выбор вариантов, прокрутка и т.п. К элементам управления относятся следующие: кнопки, текстовые поля (или поля ввода), флажки, переключатели, списки и раскрывающиеся списки, полосы прокрутки, палитры, счетчики и прочие, специфичные для некоторых приложений или условий. ЛИТЕРАТУРА Основная литература: 1. Лесничая И. Г. Информатика и информационные технологии.  2-е изд., перераб. и доп. - М.: Эксмо, 2009. Дополнительная литература: 1.Колесниченко О. В. , Шишигин И. В. Аппаратные средства РС. (6-е изд.) – Спб.: БХВ - Петербург, 2010. 2.Назаров С. В. Операционные среды, системы и оболочки– М.: КУДИЦ-ПРЕСС, 2009. 3.Назаров С.В., ГУДЫНО Л.П., Кириченко А.А. Операционные системы. Практикум. учеб. пособие. – М.: КУДИЦ-ПРЕСС, 2010