Министерство образования Республики Беларусь БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра «Электропривод и автоматизация промышленных установок и технологических комплексов» А.В. Миронович ИНФОРМАТИКА Конспект лекций для студентов специальности 1-53 01 05 «Автоматизированные электроприводы» В 2 частях Часть 1 ОСНОВЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ Минск БНТУ 2011 УДК 004 (075.8) ББК 32.97я7 М 64 А.В. Миронович Рецензенты: С.Н. Павлович, О.Ф. Опейко М 64 Миронович, А.В. Информатика: конспект лекций для студентов специальности 1-53 01 05 «Автоматизированные электроприводы: в 2 ч. / А.В. Миро- нович. – Минск: БНТУ, 2010. – Ч. 1: Основы вычислительной техни- ки. – 122 с. ISBN 978-985-525-461-5 (Ч.1). В данном издании приведены общие сведения об информации, информационных технологиях, математических основах работы циф- ровых вычислительных машин. Подробно рассматриваются такие ап- паратные средства персональных компьютеров, как микропроцессор, устройства памяти, интерфейса, а также ввода и вывода информации. Приводится общая классификация программного обеспечения. В за- ключительном разделе рассмотрены основные вопросы построения и функционирования компьютерных сетей. Предназначено для студентов дневной и заочной форм обучения специальности 1-53 01 05 «Автоматизированные электроприводы», хотя может использоваться и студентами других специальностей при изу- чении курса «Информатика». ISBN 978-985-525-461-5 (Ч.1) Миронович А. В., 2011 ISBN 978-985-525-462-2 БНТУ, 2011 ОГЛАВЛЕНИЕ Раздел 1. ВВОДНАЯ ИНФОРМАЦИЯ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Тема 1. Общие понятия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Тема 2. История развития вычислительной техники. . . . . . . 6 Тема 3. Типы современных компьютеров. . . . . . . . . . . . . . . . 10 Раздел 2. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЦВМ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Тема 4. Системы счисления. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Тема 5. Представление информации в ЦВМ. . . . . . . . . . . . . . 19 Тема 6. Принцип фон Неймана. Структура современных ЦВМ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Раздел 3. АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА ЦВМ. . . . . . . . . . . . . . . . 24 Тема 7. Микропроцессор. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Тема 8. Элементы интерфейса в персональном компьютере. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Тема 9. Память ЦВМ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Тема 10. Устройства ввода информации. . . . . . . . . . . . . . . . . 40 Тема 11. Указующие устройства. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Тема 12. Устройства вывода информации. . . . . . . . . . . . . . . . 46 Раздел 4. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ. . . . . . . . . . . . . . . . 62 Тема 13. Общая классификация программного обеспечения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 Тема 14. Логическая организация хранения и обработки информации в персональном компьютере. . . . . . . . 68 Тема 15. Операционная система MS DOS. . . . . . . . . . . . . . . . 75 Тема 16. Операционная система Windows. . . . . . . . . . . . . . . . 87 Тема 17. Обзор программ для Windows. . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 Раздел 5. КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 Тема 18. Основы построения компьютерных сетей. . . . . . . . 102 Тема 19. Аппаратные средства компьютерных сетей. . . . . . 110 Тема 20. Разновидности компьютерных сетей. . . . . . . . . . . . 117 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ. . . . . . . . . . . . 121 4 Раздел 1. ВВОДНАЯ ИНФОРМАЦИЯ Тема 1. Общие понятия Информация (от лат. informatio – разъяснение, осведомление) – это любые сведения, которые изменяют наше представление об окружающем мире, его понимание. Из определения видно, что под понятие информация подпадают практически любые сведения независимо от их источника и объема. Информация – абстрактное понятие, хотя ряд особенностей при- ближают ее к материальным объектам (информацию можно хра- нить на материальных носителях). Однако полностью к материаль- ным объектам ее отнести нельзя, поскольку при переходе информа- ции из одной системы в другую ее количество в исходной системе не уменьшается (например, преподаватель, читающий лекцию сту- дентам, сам не теряет излагаемые им сведения). Информация может кодироваться различными способами, самый распространенный из которых – с помощью символов (букв и цифр). Существуют три меры информации:  синтаксическая, характеризующая способы кодирования ин- формации;  семантическая, служащая для измерения смыслового содер- жания информации (ведь не каждую информацию пользователь спо- собен воспринять);  прагматическая, характеризующая полезность информации для пользователя. Показатели качества информации: 1. Содержательность – это ее удельная семантическая емкость: д с V V s , где Vс – объем семантической информации; Vд – общий объем данных. 2. Достаточность, означающая, что набор данных хоть и ми- нимален, но достаточен для принятия правильного решения. Здесь возможны только два варианта «Да» или «Нет». 5 3. Доступность, то есть доступность ее восприятия для приня- тия правильного решения (например, если информация на неизвест- ном языке, то она недоступна). 4. Актуальность – это свойство информации сохранять свою полезность во времени: )( )( )( 0tZ tZ tA , где Z(t) и Z(t0) – ценность информации в данный и какой-то началь- ный моменты времени соответственно. 5. Своевременность – это свойство информации, обеспечиваю- щее возможность ее использования в заданный момент времени. 6. Точность, характеризующая степень близости отображаемого информацией значения и истинного значения данной величины. 7. Достоверность – это свойство информации отображать ре- ально существующие объекты с требуемой точностью. 8. Ценность – это комплексный показатель качества. Ценность определяется эффективностью действий, основанных на информации. Информатика – это наука, изучающая свойства, структуру и функции информационных систем. Информационная система – это система, которая организует, хранит и преобразует информацию. Информационные технологии – это система процедур преобра- зования информации с целью ее формирования, организации, обра- ботки, распространения и использования. Технологический процесс преобразования информации в общем случае включает в себя следующие процедуры:  получение;  сбор и регистрация;  передача;  хранение;  обработка;  выдача результата;  принятие решения для выработки управляющего воздействия. 6 Тема 2. История развития вычислительной техники У древних людей не было особой необходимости в каких-либо сложных математических расчетах. Обычно для счета использовали либо пальцы на руках, либо счетные палочки. Математика, хорошо известная в Древнем Китае, Греции носила в основном теоретиче- ский характер и заключалась в выводе формул и доказательстве теорем. Практическая же часть математики, связанная с расчетами, развивалась мало, поскольку в этом, как уже говорилось, не было необходимости. Так продолжалось вплоть до XVII века, когда началась эпоха про- свещения, давшая толчок к развитию прикладной (практической) части математики. Основные даты: 1617 год – Джон Непьер создает логарифмическую линейку; 1641 год – Однер изобретает арифмометр; 1642 год – Блез Паскаль изобретает «вычислитель»; 1673 год – Лейбниц создает счетную машину, которая способна не только складывать числа, но и умножать. XVIII век не дал каких-либо существенных изобретений в этой области, зато в самом начале XIX века (1801 год) француз Жаккард изобретает первый в мире программируемый ткацкий станок. Про- граммы для этой машины задавались с помощью листов плотного картона с отверстиями – перфокарт (они широко использовались вплоть до середины XX века). 1834 год – Чарльз Бэббидж делает попытку создать так называе- мую «аналитическую машину». Он впервые в мире понял, что ком- пьютер должен иметь память и управляться с помощью программы. К сожалению, реализовать такое устройство тогда оказалось невоз- можным из-за слабого развития техники. Все вышеперечисленные счетные устройства относятся к так назы- ваемому нулевому поколению вычислительной техники (до 40-х го- дов XX века), когда все расчеты производились с помощью механи- ки (приблизительно так, как работают механические часы). Первое поколение вычислительной техники (40-е годы XX ве- ка) было создано благодаря достижениям человечества в области электричества и магнетизма. Машины этого поколения строились на электромагнитных реле. 7 В 1941 году немецким инженером Конрадом Цузе была создана первая в мире счетная машина на электромагнитных реле Z1. Затем были попытки создать машины Z2 и Z3, но они не увенчались успехом, поскольку этому воспрепятствовали события Второй мировой войны. А вот инженеру американской компании IBM Говарду Эйкену ни- что не помешало в 1943 году создать свою электромагнитную маши- ну «Марк-1». Эти счетные машины включали в себя сотни тысяч компонентов, весили тонны, а стоили десятки тысяч долларов США (в те годы это были огромные деньги). Программа для них записыва- лась на перфорированной ленте, сделанной из кинопленки. Основной сферой использования компьютеров тогда было военное дело. Машины, построенные на электромагнитных реле, были громо- здки, работали медленно и ненадежно. Поэтому с 1943 года группа американских специалистов под руководством Джона Мочли и Преспера Эккерта начинает создавать компьютер, построенный на электронных лампах. Созданная ими машина ENIAC работала в 1000 раз быстрее, чем «Марк-1», и включала в себя более 18 тыс. электронных ламп. Однако эта «быстрая» машина большую часть рабочего времени простаивала, поскольку для задания программы в ней требовалось пересоединять провода, на что уходили часы, в то время как сам расчет длился секунды. Для устранения этой проблемы к работам по созданию вычислительных машин подключились математики. В 1945 году американский математик Джон фон Нейман опубли- ковал свой доклад, в котором сформулировал основные принципы, по которым должна строиться работа компьютера. И уже в 1949 го- ду англичанин Морис Уилкс создает машину EDSAC, которая была построена по принципу фон Неймана. Несмотря на то, что электронные лампы до сих пор еще исполь- зуются в некоторых устройствах (особенно в условиях повышенной температуры и радиации), вычислительные машины на лампах ока- зались весьма несовершенными. Их главные недостатки:  громоздкость;  большой вес;  значительные потери энергии (рассеивалась мощность до 150 кВт);  невысокая надежность (лампы перегорают). В 1947 году американские ученые Бретен, Бардин и Шокли изоб- ретают транзистор – управляемый полупроводниковый прибор с 8 тремя электродами (рис. 2.1). Именно транзисторы с 1950 года стано- вятся базовыми элементами вычислительных машин. Начинает исполь- зоваться второе поколение вычислительной техники (1950 год). Рис. 2.1. Электрическая схема транзистора Компьютеры, построенные на транзисторах, были более компак- тными, быстрыми (до 2 млн операций в секунду), надежными и де- шевыми. Вот, например, выпущенный в 1955 году компьютер PDP-8 был размером с холодильник, а стоил всего 20 тыс. долларов США (ламповые стоили порядка миллиона). Главным недостатком транзисторных компьютеров являлась трудо- емкость соединения транзисторов между собой. В 1959 году Роберт Нойс изобретает технологию, позволяющую на одной пластине кремния создавать множество транзисторов и все соединения между ними. Так появляются интегральные микросхемы (ИМС). Приблизительно с 1964 года начинается массовый выпуск машин, созданных на базе ИМС, а вместе с этим берет начало исполь- зование третьего поколения вычислительной техники (1964 год). Эти машины уже выполняют до 300 млн. операций в секунду. При- близительно к этому же периоду относится совершенствование раз- личных периферийных устройств компьютера (мониторы, принте- ры, устройства памяти). В 1970 году японская фирма по производству калькуляторов Busicom решила снабдить свой новый калькулятор процессором. По ее заказу американская компания Intel создает первый в мире 4-раз- рядный микропроцессор на одном кристалле кремния Intel-4004. Этот процессор размером в 3 см хоть и был производительнее, чем ENIAC, но все же уступал процессорам больших вычислительных машин. Японская фирма-заказчик вскоре обанкротилась, так и не до- ждавшись заказа, а микропроцессоры стали применять в компьюте- рах. Так начинается эра четвертого поколения вычислительной техники (1971 год). 9 Далее различные фирмы начали выпуск вычислительных машин с использованием микропроцессоров. Появляются персональные ком- пьютеры (ПК), то есть машины, предназначенные для работы с од- ним пользователем, а не с бригадой высококвалифицированных спе- циалистов. Наиболее известным ПК тех лет была машина Altair-8800. В 1979 году крупнейший в мире производитель больших компь- ютеров – компания IBM – тоже решила попробовать себя на рынке персональных компьютеров. Для своего ПК компания выбрала самый совершенный на тот момент микропроцессор Intel-8088 (4,77 МГц). С 1981 года массово начали распространяться персональные ком- пьютеры фирмы IBM – IBM PC. Эти компьютеры в своем составе имели монитор, клавиатуру и флоппи-дисковод. Специально для IBM PC компанией Microsoft была разработана операционная си- стема MS-DOS. Вскоре этот ПК стал самым популярным в мире. Произошло это благодаря тому, что компания IBM не стала патентовать свой ком- пьютер, засекречивать его устройство, а, наоборот, сделала все, чтобы устройство IBM PC стало известно как можно большему ко- личеству людей. Таким образом разработчики машины как бы при- гласили специалистов компьютерной техники всего мира присоеди- ниться к ним совершенно безвозмездно. Такой принцип получил название принципа «открытой архитектуры». Благодаря такому поведению компания IBM хоть и потеряла определенный авторский гонорар, но надолго записала свое имя в истории вычислительной техники, ведь до сих пор везде в мире ис- пользуется термин IBM PC–совместимый компьютер. Сегодня мы живем в эру пятого поколения вычислительной техники, которое характеризуется использованием в одной вычис- лительной машине нескольких процессоров. Распространение по- лучили процессоры с параллельно-векторной структурой, которая позволяет одновременно выполнять десятки машинных операций. В СССР вычислительная техника всегда развивалась с отстава- нием по отношению к мировому прогрессу. До начала 90-х годов XX века в стране выпускали компьютеры на базе процессора К1810 (с базовой системой команд аналогичной Intel-овским процессорам). Наиболее известными были ПК ЕС 1840, ЕС 1841, «Искра», «Истра», «Нейрон», «Электроника» и др. 10 В настоящий момент в Беларуси, как и во всем мире, собирают компьютеры из комплектующих, выпускаемых крупными мировы- ми производителями (Intel, Toshiba, LG, Hewlett Packard), а точнее, их филиалами в странах Юго-Восточной Азии. Сама же сборка ПК не вызывает особых затруднений даже у человека с минимальными техническими навыками. Тема 3. Типы современных компьютеров Все современные вычислительные машины можно прокласси- фицировать по нескольким признакам. 1. По принципу действия компьютеры делятся на три группы.  аналоговые, информация в которых представлена в непре- рывной форме, например в виде уровня напряжения (при постоян- ном токе), частоты, амплитуды или фазы (при переменном токе). Число возможных значений величины при этом равно бесконечно- сти. Такие вычислительные машины в основном построены на ана- логовых микросхемах (операционных усилителях). Основными не- достатками таких машин являются:  неуниверсальность – для исследования любого процесса каж- дый раз необходимо создавать свою схему соединения элементов между собой;  сложность организации памяти;  слабая защита от помех. Вышеперечисленные недостатки не позволяют широко использо- вать аналоговые вычислительные машины в современной технике;  цифровые, информация в которых представлена в дискретной форме (в виде многоразрядного кода или последовательности одно- полярных импульсов). При этом количество возможных значений величины хоть и может быть очень большим, но не бесконечно. Цифровые вычислительные машины универсальны, так как любую информацию представляют в числовом виде, поэтому любая задача в них решается путем элементарных арифметических и логических операций, да и вообще они лишены недостатков аналоговых машин. В силу вышеперечисленных обстоятельств цифровые машины на сегодняшний день распространены гораздо шире, поэтому в даль- нейшем речь будет идти лишь о них и понятие ЭВМ (электронная вычислительная машина) будет означать то же самое, что ЦВМ 11 (цифровая вычислительная машина) или просто ВМ (вычислитель- ная машина).  гибридные вычислительные машины сочетают в себе элемен- ты как аналоговых, так и цифровых вычислительных машин. В них аналоговая часть обычно отвечает за ввод/вывод информации, а все расчеты производятся в цифровом виде. 2. По платформе ВМ делятся:  на IBM PC-совместимые; которые сегодня преобладают в мире;  компьютеры Macintosh (фирма Apple). В 80-е годы XX века эти компьютеры были широко распространены (почти на равных с IBM PC-совместимыми) благодаря красочному интерфейсу. Однако с появлением у компьютеров IBM PC графического интерфейса они стали использоваться все реже. На сегодняшний день компьютеры Macintosh в основном используются в полиграфии и издательском деле преимущественно в США. 3. По сфере применения вычислительные машины условно мож- но разбить на три группы.  Персональные ЭВМ, обычно рассчитанные на взаимодей- ствие с одним пользователем, который чаще всего не является спе- циалистом по работе с вычислительной техникой. Основные разно- видности персональных ЭВМ (ПЭВМ);  домашние компьютеры, сочетающие в себе невысокую стои- мость, компактные размеры, возможность работы и досуга;  портативные компьютеры (ноутбуки), позволяющие работать автономно от электрической сети и в любом месте. Они должны быть как можно более компактными и легкими. Главный недостаток со- временных ноутбуков – дороговизна (до нескольких тысяч евро);  карманные ПК, имеющие минимально возможные размеры (буквально помещаются в кармане). В основном они используются в качестве электронных записных книжек.  Большие ЭВМ предназначены для решения более сложных задач. Обычно такие машины действительно занимают большие площади, но зато их вычислительные возможности на порядок пре- восходят возможности персональных машин. Чаще всего с ними работают профессионалы в той или иной области. Вот некоторые основные виды больших ЭВМ:  мейнфреймы – это компьютеры, созданные для обработки боль- ших объемов информации. Эти машины обычно имеют высокое быст- 12 родействие и пропускную способность. К такому компьютеру мо- жет быть подключено несколько рабочих мест (клавиатур и диспле- ев). Чаще всего они используются в крупных банках и корпорациях. Основной производитель мейнфреймов – компания IBM;  суперЭВМ – это компьютеры, предназначенные для решения задач, требующих больших объемов вычислений, в основном в во- енном деле, метеорологии и др. Стоимость такой машины доходит до миллиона евро;  рабочие станции – это почти то же самое, что и ПК, но их главное назначение – работа, поэтому они практически лишены ка- ких-либо мультимедийных «наворотов». Как правило, рабочие стан- ции функционируют в составе компьютерной сети;  серверы – это компьютеры-распорядители. Их задача – кон- тролировать локальную сеть или узел Всемирной компьютерной сети Internet. Главные требования к таким машинам – высокая про- пускная способность и большой объем памяти.  Специализированные вычислительные машины предназна- чены для решения очень узкого круга задач или реализации строго определенных функций. Например, к ним относятся контроллеры – машины для управления сложными технологическими процессами, машинами, устройствами без участия человека (или при его мини- мальном участии). К этой же группе можно отнести и так называе- мые устройства согласования и сопряжения узлов вычислительных систем. Основными требованиями к специализированным контрол- лерам являются высокое быстродействие и надежность. 13 Раздел 2. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЦВМ Тема 4. Системы счисления Счислением называется совокупность приемов наименования и записи чисел. Системы счисления делятся на две группы:  непозиционные;  позиционные. Примером непозиционной системы является римская система счисления, в которой определенным числам соответствуют буквы латинского алфавита: 1 – I, 5 – V, 10 – X, 50 – L, 100 – C, 500 – D, 1000 – M. Остальные числа строятся по следующим правилам: 1) несколько стоящих подряд одинаковых чисел означает их сумму (II – 2, XX – 20); 2) пара чисел, в которой меньшее стоит слева от большего, означает их разность (IX – 9, XL – 40); 3) пара чисел, в которой меньшее стоит справа от большего, означает их сумму (VI – 6, CX – 110). П р и м е р. MMCCCLXXXVI – 2386, CXIX – 119. Данная система чрезвычайно неудобна для крупных расчетов, поэтому сейчас почти не используется. Основными представителями позиционных систем являются дво- ичная, восьмеричная, десятичная и шестнадцатеричная. Основанием позиционной системы называется количество цифр, используемое в ней. Остальные числа записываются в виде после- довательности цифр. Целая и дробная части разделяются десятич- ным разделителем (точкой или запятой). Значение цифры в числе определяется ее позицией, собственно поэтому эти системы и назы- ваются позиционными. Вес единицы в каждой позиции числа является степенью осно- вания системы. П р и м е р. 21012 10510310610510235,256 . 14 Однако для десятичной системы нет необходимости каждый раз подобным образом раскладывать числа, так как любой человек со шко- лы знает таблицы сложения и умножения для десятичной системы. Вообще, десятичная система является наиболее распространен- ной из всех позиционных. Так сложилось исторически, поскольку древние люди все считали на пальцах. Но десятичная система ока- залась крайне неудобной для построения цифровой вычислительной техники, так как пришлось бы вводить десять различимых состоя- ний физического элемента памяти, а это плохо с точки зрения по- мехозащищенности. Гораздо более удобной оказалась двоичная система. В этом слу- чае в ЭВМ играет роль не величина напряжения, а его наличие или отсутствие (а точнее говоря, высокий или низкий уровень). Таблицы сложения и умножения для двоичной системы имеют вид 0 + 0 = 0 0∙0 = 0 0 + 1 = 1 0·1 = 0 1 + 0 = 1 1·0 = 0 1 + 1 = 102 1·1 = 1 Многоразрядные двоичные числа складываются и умножаются по тем же правилам, что и десятичные. П р и м е р. 100101,01 100111,10 1001100,11 При программировании часто используются восьмеричная и шестнадцатеричная системы. Восьмеричная система использует восемь цифр: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. В шестнадцатеричной системе кроме десяти известных араб- ских цифр используются шесть первых букв латинского алфавита: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F. 1010,11 1,01 1010 11 00000 0 101011 1101,0111 15 При записи чисел для различия между системами будем исполь- зуют нижний индекс. П р и м е р. 10102 = 1010, 118 = 910, F16 = 1510. Перевод чисел из одной системы счисления в другую 1. Перевод целых чисел. Для перевода целого числа из системы с основанием p в систему с основанием q это число необходимо последовательно делить на q до тех пор, пока оно не станет меньше q. Результат будет состоять из остатков от деления, начиная с последнего снизу вверх. П р и м е р. Перевести в двоичную, восьмеричную и шестнадцатеричную сис- темы число 5310. 5 3 2 5 2 2 6 2 1 2 6 1 3 2 0 1 2 6 2 1 6 3 2 0 2 1 2 1 0 0 1 5310 = 1101012 5 3 8 4 8 6 8 5 0 0 6 16 5310 = 658 53 16 48 3 8 5 0 0 3 5310 = 3516 Обратный перевод, в принципе, можно осуществлять по тому же правилу, однако мы не имеем опыта умножения и деления двоичных, восьмеричных и шестнадцатеричных чисел, поэтому для перевода чи- сел из этих систем в десятичную воспользуемся следующей формулой: n mi i iqxN , (4.1) где N – искомое число в десятичной системе; i – номер позиции; m – число разрядов дробной части; n – число разрядов целой части; xi – цифра в i-й позиции; q – основание системы, в которой записано число. П р и м е р. а) Перевести из двоичной системы в десятичную: .75,16325,05,012321282121 212120202021202111,10100011 21 01234567 2 б) Перевести из восьмеричной системы в десятичную: 875,157875.0524128878583827,235 10128 . в) Перевести из шестнадцатеричной системы в десятичную: 125,399125,015128256 16216151681612,18 101216F . Для того чтобы избежать операций возведения в степень, можно воспользоваться формулой Горнера, которая позволяет вычислять 17 значение полинома рекуррентным способом. В общем виде форму- ла записывается так: .)...))(...(( ...)( 1321 1 2 3 1 21 nn nn nnn axaxaxaxa axaxaxaxaxN Аналогичным способом преобразуется и формула (4.1). П р и м е р. Перевести из двоичной системы в десятичную число 10011102: 7802)12)12)12)02)021.(((((1001110 . Для перевода числа из двоичной системы счисления в восьмерич- ную (шестнадцатеричную) нужно разбить это число на триады (тет- рады), а затем воспользоваться формулой (4.1), помня, что в шестна- дцатеричной системе числа от 10 до 15 заменяются буквами от A до F. Недостающие позиции в старших разрядах заменяются нулями. П р и м е р. Перевести в восьмеричную и шестнадцатеричную системы число 11010112: 001 101 011 1 5 3 11010112 = 1538. 0110 1011 6 B 11010112 = 6B16. 2. Перевод дробных чисел. Для перевода дробного числа из системы с основанием p в систе- му с основанием q, необходимо дробную часть числа последователь- но умножать на q. Дробное число в системе с основанием q запишет- ся в виде целых частей полученных произведений сверху вниз. П р и м е р. Перевести в двоичную систему десятичное число 0,23. 0 , 2 3 2 0 4 18 , 6 2 0 , 9 2 2 1 , 8 4 2 1 , 6 8 … Итак, получаем 0,2310 = 0,00112. Очевидно, что данный вычислительный процесс можно продол- жать до бесконечности. Как же определить количество разрядов ис- комого дробного числа? При переводе s-разрядной дроби из системы с основанием q счи- таем, что ее погрешность не превышает sq 2 1 . Если результат пере- вода – t-разрядная дробь в системе с основанием p, то ее погреш- ность не превосходит tp 2 1 . Исходя из требования равноточности дробей, получаем st qp . (4.2) Прологарифмировав равенство (4.2) по основанию натурального логарифма, получим p q st ln ln . (4.3) В качестве t следует брать минимальное целое число, которое больше чем правая часть выражения (4.3). П р и м е р. Определить число разрядов двоичного числа при переводе двух- разрядной десятичной дроби в двоичную систему. 19 64,6 2ln 10ln 2t . Таким образом, требуемое число разрядов – 7. Число, имеющее как целую, так и дробную части, можно пере- водить в десятичную систему, вначале игнорируя разделитель це- лой и дробной частей, а затем отделив нужное количество разрядов. П р и м е р. Перевести в десятичную систему число 10011,011. Воспользуемся формулой Горнера, не обращая внимания на раз- делитель: 15512)12)02)12)12)02)021.((((((10011011 . Для отделения дробной части разделим полученное число на 23, а количество разрядов в искомом десятичном числе определим, ис- ходя из выражения (4.3): 9,0 10ln 2ln 3t . Таким образом, достаточно одного разряда. 4,19 2 155 3 . Получаем 10011,0112 = 19,410. Тема 5. Представление информации в ЦВМ Мельчайшей единицей информации в ЦВМ является бит. 1 бит – это ячейка памяти, которая может принимать одно из двух значе- ний: 0 или 1. Более крупной единицей информации является байт. 1 байт = 8 бит. Таким образом, один байт – это восемь ячеек памяти, каждая из которых может принимать значение 0 или 1. Число возможных со- 20 стояний, которые можно закодировать с помощью 1 Байта, – 256. Вообще, число состояний (N), различаемых с помощью n бит, опре- деляется по формуле nN 2 . Словом называется единица информации, равная двум байтам: 1 Word = 2 байт = 16 бит. В современных вычислительных машинах обрабатываются огром- ные объемы информации, поэтому обычно используются более круп- ные единицы измерения информации: 1 кбайт = 1024 байт 1 Мбайт = 1024 кбайт 1 Гбайт = 1024 Мбайт и так далее. В вышеприведенных выражениях некорректно читать кило-, мега-, гига-, так как эти приставки означают 103, 106 и 109 соответственно, однако зачастую этим несоответствием пренебрегают. Что же касается формы представления двоичных чисел, всего их две:  естественная форма или форма с фиксированной точкой (за- пятой);  нормальная форма или форма с плавающей точкой (запятой). В первом случае для целой и дробной частей отводится опреде- ленное количество разрядов, которые разделяются запятой. При этом диапазон представляемых чисел оказывается ограниченным. Диапа- зон значащих чисел N в системе с основанием P при наличии m разрядов целой и s разрядов дробной части (без учета знака числа) будет таким: sms PPNP , например, при P = 2, m = 10, s = 4 возможные числа изменяются в диапазоне 1024015,0 N . 21 Если же в результате расчетов число выйдет за эти пределы, то произойдет переполнение разрядной сетки и дальнейшие вычисле- ния потеряют смысл. Поэтому данный формат в настоящее время используется крайне редко и только для целых чисел. В формате с плавающей точкой каждое число изображается в виде двух групп цифр. Первая группа цифр называется мантиссой, вторая – порядком. Причем абсолютная величина мантиссы меньше единицы, а порядок – целое число. В общем виде число представля- ется так: rPMN , где M – мантисса числа; P – основание системы счисления; r – порядок. Диапазон представления чисел в нормальной форме оказывается значительно выше, чем в естественной. Так, при наличии m разря- дов мантиссы и s разрядов порядка получим )1()1( )1( ss PmPm PPNPP , при P = 2, m = 22 и s = 10 диапазон представления числа N будет 300300 1010 N . Таким образом, мы видим, что данная форма представления чи- сел обеспечивает возможность представления чисел в большом диа- пазоне, что и обусловило ее повсеместное применение в современ- ных ЦВМ. Тема 6. Принцип фон Неймана. Структура современных ЦВМ Впервые основные принципы функционирования вычислитель- ной машины сформулировал Ч. Бэббидж еще в XVIII веке. Однако в те времена еще не было возможности физически реализовать это устройство из-за отсутствия какой-либо элементной базы, да и идея 22 Бэббиджа вскоре забылась. Вернулись к ней лишь в середине XX века, когда обнаружилось, что аппаратная часть вычислительных машин уже достаточно совершенна, но из-за неправильной органи- зации работы машина большую часть времени простаивает в ожи- дании перенастройки на решение новой задачи. Решить эту проблему сумел математик Джон фон Нейман, ко- торый в 1945 году представил свой доклад, в котором предложил основные принципы работы цифровой вычислительной машины. Вкратце этот принцип можно сформулировать так. Процесс автоматической обработки информации состоит из сле- дующих этапов. 1. Ввод начальной информации. 2. Хранение и обработка информации. 3. Управление процессом обработки информации. 4. Вывод результата. Для выполнения этих этапов вычислительная машина должна иметь в своем составе следующие составные части: арифметико-логическое устройство (АЛУ), запоминающее устройство (ЗУ), устройство вво- да/вывода информации (УВВ) и устройство управления (УУ). Эти устройства объединяются следующей структурой (рис. 6.1). Рис. 6.1. Структура фон Неймана Цифровая вычислительная машина функционирует следующим образом. 1. С помощью устройства ввода в память компьютера вводится программа. 2. Управляющее устройство считывает содержимое ячейки па- мяти, в которой находится первая инструкция программы, и органи- зует ее выполнение. Эта инструкция может задавать выполнение арифметических или логических операций, чтение данных из памя- УУ АЛУ УВВ ЗУ Поток данных Управляющий сигнал 23 ти или запись данных в память, ввод данных через устройство ввода или вывод информации соответственно через устройство вывода. 3. После выполнения очередной команды управляющее устрой- ство обращается за инструкцией к ячейке памяти, которая следует непосредственно за предыдущей. Однако, такой порядок может быть изменен с помощью так называемых команд передачи управления. Этот переход может быть как безусловным, так и условным. Таким образом, все инструкции программы выполняются авто- матически, то есть без участия человека или при его минимальном участии, если это необходимо. Структура современных персональных компьютеров несколько отличается от предложенной фон Нейманом. Главное отличие – это объединение АЛУ и УУ в единый блок, называемый процессором (международное обозначение – CPU – central processor unit). Струк- тура современных компьютеров представлена на рис. 6.2. Рис. 6.2. Структура современных ПК Еще одним существенным отличием от структуры фон Неймана является организация связи между компонентами при помощи так называемой шины, что существенно упрощает устройство ЦВМ за счет уменьшения количества проводов. Как видно из рисунка, структуру ПК можно условно разделить на две части: внутреннюю структуру и внешние устройства, назы- ваемые периферией. Внутренняя структура включает в себя те устройства, которые размещаются в системном блоке персонально- го компьютера (процессор, внутренняя память). Под периферией же понимаются устройства, расположенные, как правило, вне систем- ного блока либо встраиваемые в него, отвечающие за обмен инфор- Процессор Основная память Внешняя память Устройство ввода Устройство вывода Шина Внешние устройства Внутренняя структура 24 мацией с окружающей средой либо с другими компьютерами, взаи- модействие компьютера с человеком и т. д. (рис. 6.3). Рис. 6.3. Основные компоненты ПК В следующем разделе некоторые основные узлы современных персональных компьютеров будут рассмотрены более подробно. Раздел 3. АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА ЦВМ Тема 7. Микропроцессор Микропроцессор (процессор, центральный процессор, CPU (англ.)) – это главный элемент персонального компьютера, его сердце и мозг одновременно. Функцию процессора в работе ПК трудно переоце- нить. Что же он собой представляет и для чего нужен? Микропроцессор – это центральное устройство в составе персо- нального компьютера, предназначенное для управления работой всех составных частей машины, а также для выполнения арифметиче- ских и логических операций над данными. Упрощенная структура микропроцессора представлена на рис. 7.1. Системный блок периферия дисковод принтер монитор сканер 25 Рис. 7.1. Структура микропроцессора Блоки АЛУ и УУ уже упоминались ранее. ГТИ – генератор так- товых импульсов. Его задача – задавать ритм работы ЭВМ, посколь- ку все элементарные операции выполняются строго по тактам. МП память – микропроцессорная память. Она служит для крат- ковременного хранения информации, непосредственно используе- мой в ближайшие такты работы. Организуется она в виде так назы- ваемых регистров. Математический сопроцессор предназначен для выполнения опе- раций над числами с плавающей точкой. Интерфейс – весьма распространенное понятие, причем не толь- ко в вычислительной, но и в других видах техники. Что такое ин- терфейс и какие его разновидности бывают, более подробно будет рассмотрено в теме 8, а пока лишь отметим, что в данном случае интерфейс отвечает за связь микропроцессора с другими компо- нентами ПК. Первоначально процессоры занимали большие пространства, со- стояли из множества физических компонентов. Сегодня все процес- соры выпускаются в виде одной интегральной микросхемы. Математический сопроцессор АЛУ УУ МП память и н т е р ф е й с ГТИ 26 Микропроцессоры отличаются между собой по следующим па- раметрам:  Семейство. Оно определяется фирмой-производителем. Изна- чально безусловным лидером являлась компания Intel, но постепен- но появились достойные конкуренты. В частности, AMD, Cyrix, Motorola. AMD и Cyrix производят процессоры, реально конкури- рующие с Intel-овскими в сфере ПК. Они имеют более низкую цену при практически таком же качестве.  Поколение. Оно показывает изменение моделей одного и того же семейства во времени. Например у Intel: Intel 4004, Intel 8080, Intel 8088, Intel 80286, Intel 80386, Intel 80486, Pentium, Pentium II, Pentium III, Pentium IV …  Модификация характеризует разновидности продуктов внутри одного семейства и поколения, например, у Intel Pentium IV:  Xeon устанавливается на мощных машинах, очень надежен и дорог;  Pentium IV годится как для ПК, так и для некоторых больших компьютеров. Менее надежен и производителен, но более дешев;  Celeron предназначен для домашних компьютеров. Самый де- шевый из этих трех. У AMD есть две модификации: Duron и Athlon.  Тактовая частота – это число элементарных операций, вы- полняемых за одну секунду, в современных процессорах измеряется единицами гигагерц. В основном именно тактовая частота опреде- ляет быстродействие компьютера.  Тип ядра: одно- или двухъядерный, определяется технологией производства.  Форм-фактор определяет внешний вид и возможности меха- нического подключения процессора. В ходе работы из-за очень высокой плотности элементов (про- цессор содержит миллионы транзисторов) прибор очень сильно нагревается. Перегрев не допустим для полупроводниковых прибо- ров, так как он приводит к выходу их из строя, поэтому все совре- менные процессоры снабжены системой охлаждения (рис. 7.2). 27 Рис. 7.2. Система охлаждения микропроцессора Радиатор выполнен из металла с хорошей теплопроводностью (медь, алюминий) и имеет большую площадь поверхности для хо- рошего теплоотвода от корпуса. Для улучшения теплоотдачи от корпуса к радиатору служит термопаста. Вентилятор обеспечивает приток холодного воздуха к радиатору. Тема 8. Элементы интерфейса в персональном компьютере Интерфейс – это совокупность средств сопряжения и связи, обес- печивающая эффективное взаимодействие систем или их частей. Интерфейс предусматривает сопряжение на двух уровнях:  механическом – провода, разъемы;  логическом – величина, длительность импульсов, частота сигнала. Интерфейс бывает двух видов:  внутренний – системы сопряжения и связи узлов внутри устройства;  внешний, обеспечивающий сопряжение компьютера с пери- ферией и другими компьютерами. Следует отметить, что интерфейс имеют все устройства, взаимо- действующие с другими устройствами. Внутримашинный интерфейс – это совокупность проводов, схем со- пряжения с компонентами компьютера, алгоритмов передачи и преоб- разования сигналов. Есть два варианта организации этого интерфейса: а) многосвязный интерфейс – каждый блок ПК соединен с дру- гими с помощью отдельных проводов. Применяется он, как прави- ло, для связи с периферийными устройствами; Вентилятор Радиатор Термопаста Корпус процессора 28 б) односвязный интерфейс – все блоки соединены между собой через общую шину. Он используется в современных ПК в качестве основного внутреннего. В зависимости от среды, через которую распространяется сигнал, различают интерфейсы:  проводной;  беспроводной. В первом случае сигнал распространяется по проводам (кабелям, шлейфам), во втором – через воздух за счет электромагнитных волн. И, наконец, в зависимости от способа передачи информации разли- чают два вида интерфейса:  параллельный – информация передается байтами;  последовательный – информация передается битами. Задачей устройств интерфейса является организация взаимодей- ствия между процессором, памятью, устройствами ввода и вывода информации. Главными элементами интерфейса в ПК являются ма- теринская плата, системная шина, адаптеры, порты. Рассмотрим эти устройства по отдельности. Системная плата Системная (материнская) плата – второй по важности эле- мент внутреннего устройства системного блока. Ее задача – распо- лагать на себе основные элементы (процессор, оперативную память и др.) и обеспечивать электрическую связь между ними. Материнские платы бывают двух типов:  с фиксированным числом компонентов (устаревшие);  с многочисленными разъемами для подсоединений. Важной характеристикой системной платы является чипсет (chipset). Он определяет:  скорость передачи данных;  число поддерживаемых моделей процессоров;  базовый тип оперативной памяти. Чипсет имеет два моста: северный и южный (рис. 8.1). 29 Рис. 8.1. Чипсет материнской платы Северный мост отвечает за работу всей компьютерной начинки. Он связывает процессор, оперативную память и т. д. Южный мост обес- печивает работу всех периферийных устройств, подключаемых к ПК. Системная шина Шина (bus) – это совокупность линий связи, по которым инфор- мация передается одновременно. Основными характеристиками шины являются разрядность и частота. Иными словами, шина – это мате- риальная среда для распространения сигнала. Системная шина вклю- чает в себя четыре составляющие: 1) шина данных; 2) шина адреса; 3) шина управления; 4) шина питания. Наиболее известными разновидностями шин являются следующие:  ISA (Industry Standard Architecture) – шина расширений. Рань- ше она была стандартной для компьютеров. На современных ком- пьютерах эта шина либо отсутствует, либо представлена одним-дву- мя разъемами. Ее реальная пропускная способность 5,5 Мбайт/с;  EISA (Extended ISA) – 32-разрядная шина данных и 32-раз- рядная шина адреса. Теоретическая пропускная способность – 33 Мбайт/с;  PCI (Peripheral Component Interconnect) – локальная шина. Она подключается непосредственно к шине процессора и обеспечивает связь процессора с высокоскоростными устройствами (память, ви- деосистема). Пропускная способность – до 528 Мбайт/с (у PCI 2.1);  AGP (Accelerated Graphics Port) – локальная шина. Разработа- на на базе PCI 2.1. В AGP видеоадаптер подключается к отдельной магистрали, которая имеет выход непосредственно на системную Системная плата Микросхемы чипсета: 1 – северный мост, 2 – южный мост 1 2 30 память. Максимальная пропускная способность – до 2112 Мбайт/с. Кроме того, здесь в отличие от PCI данные и адрес передаются по разным линиям;  периферийные шины IDE (Integrated Drive Electronics) и SCSI (Small Computer System Interface) используются в качестве интер- фейса для внешних запоминающих устройств;  универсальная последовательная шина USB (Universal Series Bus) впервые появилась в 1995 году. Сейчас USB-шины являются основными для внешних соединений ПК. Скорость передачи данных через USB в настоящее время может достигать 480 Мбит/с. Высокой скорости передачи данных при последовательном интерфейсе (а сле- довательно, малом количестве проводов) удалось добиться за счет применения способа соединения «точка-точка», а также за счет сни- жения паразитных индуктивности и емкости кабелей. При наличии лишь одного разъема USB на системном блоке к компьютеру по це- почке можно подключить до 127 внешних устройств (рис. 8.2). При этом следует соблюдать одно важное правило: первыми в цепочке должны идти самые производительные устройства (монитор, прин- тер), а последними – самые медленные (мышь, клавиатура). Рис. 8.2. Последовательное включение устройств по USB-каналу Адаптеры Адаптер (часто употребляют термин контроллер) – это устрой- ство, обеспечивающее согласование интерфейсов. Суть его работы состоит в том, чтобы преобразовывать электрические сигналы, по- ступающие по шине в электрические сигналы, пригодные для вос- приятия конкретным устройством, входящим в состав компьютера (например, видеоадаптер для монитора). На структурной схеме адаптер обычно располагается между шиной и внешним устрой- ством (рис. 8.3). Системный блок Устройство 1 Устройство 2 Устройство 127 31 Рис. 8.3. Структура подключения адаптера Порты Порт – это разъем на задней панели системного блока, предна- значенный для подключения к компьютеру периферийных устройств (клавиатура, монитор, принтер, сканер и др.). Фактически порт представляет собой элемент внешнего механического интер- фейса системного блока. Основные разновидности портов современных компьютеров:  параллельный порт LPT – это 25-контактный разъем, предна- значенный для подключения высокоскоростных устройств (принте- ра, сканера, внешних накопителей). Скорость передачи данных – до 2 Мбит/с;  последовательный порт COM. Это 9-контактный разъем, пред- назначенный для подключения медленных устройств (мышь, модем). Из-за последовательного способа передачи скорость оказывается не- высокой – 100 кбит/с. В старых компьютерах этих портов было по четыре. Сейчас необходимости в этих портах все меньше и меньше, однако они еще используются при подключении к компьютеру например, программируемых контроллеров;  порт PS/2. Это специальный разъем круглой формы для под- ключения мыши и клавиатуры;  порт USB представляет собой разъем соответствующей шины. И в завершение рассмотрения данной темы хотелось бы отметить, что в последнее время достаточно широкое применение в компью- терной технике находит беспроводной интерфейс. Наиболее извест- ными его разновидностями являются:  Bluetooth, IrDA – для связи с периферийными устройствами; Устройство Ш И Н А Адаптер 32  WiFi, WiMax – для объединения компьютеров в беспроводную сеть. Тема 9. Память ЦВМ Память – это свойство системы хранить информацию. Впервые о необходимости наличия памяти в вычислительной машине упомянул Ч. Бэббидж. Затем об этом же в своем докладе заявил и Дж. фон Нейман. Сейчас невозможно себе представить ка- кое-либо электронное устройство без памяти. Для физического хра- нения информации применяются так называемые устройства памя- ти, которые для простоты будем именовать просто памятью. Память вычислительной машины можно разделить на две группы (рис. 9.1). Рис. 9.1. Классификация памяти вычислительной машины Внутренняя память Вначале рассмотрим внутреннюю память компьютера. Она, в свою очередь, подразделяется на следующие группы:  оперативная;  сверхоперативная;  постоянная;  полупостоянная. Общими характеристиками всех видов памяти являются следу- ющие:  Объем памяти. Измеряется в байтах (обычно в мегабайтах).  Время доступа – это средний временной интервал, в течение которого устройство памяти находит требуемые данные. Измеряет- ся в секундах. 1. Оперативная память (RAM – Random Access Memory) – это устройство памяти, предназначенное для хранения промежуточных Память ВМ Внутренняя (основная) Внешняя (дисковая) 33 результатов вычислений в ходе работы компьютера. В оперативной памяти время доступа составляет 5–20 нс (для сравнения, у МП па- мяти 1–2 нс), поэтому память и называется оперативной. Емкость оперативной памяти – от сотен мега- до единиц гигабайт. Есть два способа физической реализации оперативной памяти.  Статическая (SRAM) – быстрая, но дорогая и потребляющая много энергии. Применяется в микропроцессорной и сверхопера- тивной памяти.  Динамическая (DRAM) – более медленная, зато более дешевая и потребляющая меньше энергии по сравнению со статической. На ее базе строятся все современные ОЗУ (оперативные запоминаю- щие устройства). Физически современные ОЗУ выполняются в виде плат с микро- схемами (рис. 9.2). Платы вставляются в специальные контактные разъемы на системной плате (слоты). Рис. 9.2. Плата оперативной памяти Достоинства ОЗУ:  высокая скорость обмена данными;  большой объем. Недостаток ОЗУ – энергозависимость, то есть при исчезновении напряжения питания все данные теряются. Кстати, в свое время небезызвестный Б. Гейтс заявил, что вряд ли кому-нибудь понадобится объем оперативной памяти свыше 1 Мбайта (как это было у первого IBM PC). 2. Сверхоперативная память. Ее часто называют кэш-память (от англ. cash – тайник). Процес- соры, начиная с 486-го, имеют встроенный кэш, кроме того, на ма- теринской плате имеется так называемый внешний кэш (рис. 9.3). Микросхема памяти 34 Рис. 9.3. Структура кэш-памяти Время доступа к кэш-памяти 2–10 нс. Емкость бывает от десятков килобайт до единиц мегабайт. Кэш разделяется по уровням: L1, L2, L3. С ростом номера уровня увеличивается время доступа и емкость. Достоинство кэш-памяти – очень высокая скорость обмена данными. Недостатки кэш-памяти:  энергозависимость;  малый объем;  высокая стоимость. 3. Постоянная память. В каждой системе должна быть информация об основных ее па- раметрах, причем эта информация не должна подвергаться измене- нию. Источником такой информации в компьютере является ПЗУ (постоянное запоминающее устройство). В ПЗУ хранятся программы проверки оборудования, иницииро- вания процедуры загрузки операционной системы и выполнения базовых функций по обслуживанию оборудования ПК. ПЗУ в компьютере носит название BIOS (Basic Input Output System) и выполнено в виде микросхемы, расположенной на системной пла- те. Информация, записанная в ПЗУ, не может быть изменена на данном компьютере. Объем постоянной памяти – 128 кбайт, время доступа 35–100 нс. Постоянная память энергонезависима. 4. Полупостоянная память. Служит для настройки конфигура- ции компьютера, устанавливается с помощью программы SETUP. Физически полупостоянная память реализуется с помощью микро- схемы, выполненной по технологии CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor), которая позволяет существенно снизить энер- МП Внешний кэш ОЗУ МП-кэш 35 гопотребление. Формально полупостоянная память энергозависима, но у нее имеется аккумулятор, позволяющий хранить в ней инфор- мацию при отключении ПК от сети. Внешняя память Внешняя память компьютера организуется с помощью так назы- ваемых носителей. Носителем называется физическое устройство, способное хранить информацию. Внешнюю память персонального компьютера можно подразде- лить в зависимости от вида носителя информации следующим обра- зом (рис. 9.4). Рис. 9.4. Классификация устройств внешней памяти В дополнение к основным характеристикам устройств памяти (объем и время доступа) следует упомянуть еще несколько характе- ристик, относящихся, как правило, к устройствам внешней памяти.  трансфер – скорость передачи данных при последовательном чтении. Измеряется в байтах в секунду;  частота вращения диска (для дисковых накопителей); изме- ряется в оборотах в минуту;  вид исполнения – внутреннее или внешнее;  интерфейс определяет способ обмена данными накопителя с ПК. Так как ленточные накопители из-за очень большого времени до- ступа применяются редко, а для изучения флэш-памяти требуются Устройства внешней памяти Дисковые Ленточные (стримеры) Без подвижных частей (флэш- память) Накопители на магнитных дисках (НМД) Накопители на оптических дисках (НОД) 36 хорошие знания в промышленной электронике, более подробно рас- смотрим только дисковые накопители. Устройство для чтения и записи информации на диске называет- ся дисководом. 1. Накопители на магнитных дисках НМД бывают двух видов:  накопители на гибких магнитных дисках (НГМД);  накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД). Прежде чем знакомиться с каждым из видов накопителей по от- дельности, рассмотрим общий принцип хранения информации на магнитных дисках. Физической средой для хранения информации является магнит- ный материал, которым покрыт диск (рис. 9.5). Рис. 9.5. Магнитный диск Магнитные частички (домены) могут иметь два направления намагниченности, которым ставятся в соответствие 0 и 1. Поверх- ность диска разбита на концентрические дорожки (треки). Каждая дорож-ка, в свою очередь, разбита на секторы (см. рис. 9.5), каж- дый из которых вмещает по 512 байт данных. Совокупность доро- жек, нахо-дящихся на всех поверхностях дисков (дисков может быть несколько и у каждого по две поверхности), но на одинаковом расстоянии от центра, называется цилиндром. а) Накопители на гибких магнитных дисках (НГМД, англ. FDD – Floppy Disk Drive) имеют два форм фактора в зависимости от диа- метра гибкого диска:  5,25 дюйма (133 мм);  3,5 дюйма (89 мм). Дорожки Сектор 37 Диск изготавливается из лавсана, покрывается ферролаком и по- мещается в футляр, который имеет прорези для вращения диска и чтения информации. Основное назначение гибких дисков – перенос небольших объемов информации с одного компьютера на другой. Раньше их также исполь- зовали для хранения резервных копий программ и операционной си- стемы DOS. Основные характеристики НГМД приведены в табл. 9.1. Таблица 9.1 Основные характеристики накопителей на гибких магнитных дисках Параметр Значение 5,25 дюйма 3,5 дюйма Емкость, кбайт 1200 1440 Среднее время доступа, мс 100 65 Скорость передачи, кбайт/с 80 150 Частота вращения, мин–1 300 360 Интерфейс IDE IDE Главными недостатками НГМД являются большое время досту- па и малая емкость. Правда, в последнее время были созданы гиб- кие диски с повышенной плотностью записи, но они используются достаточно редко. Поэтому не будем останавливаться на этих устройствах, а перейдем к следующим. б) Накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД, англ. HDD – Hard Disk Drive) иногда еще называют винчестером. Это название ему досталось из-за одного совпадения: первая модель жесткого диска, выпущенная фирмой IBM в 1973 году, имела 30 дорожек и 30 секторов, что случайно совпало с калибром 30/30 известного охотничьего ружья винчестер. Кстати, прототип жесткого диска был создан еще в 1956 году все той же фирмой IBM. Он назывался RAMAC 305 и состоял из 50 магнитных дисков, каждый в диаметре до одного метра. Емкость его составляла всего 5 Мбайт. Современные накопители на жестких магнитных дисках имеют следующую конструкцию (рис. 9.6). 38 Рис. 9.6. Конструкция накопителя на жёстком магнитном диске: 1 – система дисков; 2 – система считывающих головок; 3 – привод дисков; 4 – привод головок Диски диаметром 3,5 дюйма изготавливают из сплавов алюминия или керамики, покрывают их ферролаком. Система дисков 1 приво- дится во вращение электроприводом 3. Система считывающих маг- нитных головок 2 позиционируется с помощью собственного элек- тропривода 4. Количество головок равно удвоенному количеству дисков в системе, причем все головки находятся в одном цилиндре. Большинство современных НЖМД имеют собственную кэш-память емкостью от 2 до 8 Мбайт. Само устройство помещается в металли- ческую коробку (от 12 до 41 мм высотой). Главное назначение винчестеров – длительное хранение основной информации ПК – операционной системы, прикладных программ, документации. Основные характеристики НЖМД приведены в табл. 9.2. Таблица 9.2 Основные характеристики накопителей на жестких магнитных дисках Емкость Сотни гигабайт Среднее время доступа, мс 5–30 Скорость передачи, кбайт/с 500–6000 Частота вращения, об/мин 3600–12000 Интерфейс IDE, SCSI, ATA, ATAPI 1 2 3 4 39 Достоинства НЖМД:  большой объем;  энергонезависимость. Недостаток НЖМД – большое время доступа. 2. Накопители на оптических дисках. Оптическим называется диск, информация с которого считыва- ется за счет отражения лазерного луча от поверхности диска. Оптические диски делятся на две основные группы (рис. 9.7). Рис. 9.7. Классификация дисководов на оптических дисках Изначально первые использовались для записи аудио-, а вторые – видеоинформации. В свою очередь, как CD, так и DVD бывают трех разновидностей:  -ROM (Read Only Memory) – неперезаписываемые оптические диски;  -R (Recordable) – диски с однократной записью;  -RW (ReWritable) – перезаписываемые диски. CD-ROM изготавливается на предприятии и пользователю постав- ляется с уже записанной информацией. Вначале лазерный луч про- жигает на поверхности поликарбонатного «мастер-диска» (диамет- ром 4,72 дюйма) микроскопические ямки (питы). Питы расположе- ны по спиралевидной дорожке. Сочетание питов и участков ровной поверхности кодирует информацию. Остальные диски получают пу- тем литья под давлением по «мастер-диску». Далее для защиты диск покрывается алюминием и тонким слоем лака. Диски с однократной записью имеют сложную многослойную структуру. Информация записывается на них на обычном компьютере путем прожигания лазером микроскопических ямок в верхнем слое. Перезаписываемые диски также имеют многослойную структу- ру, но способ записи на них информации несколько отличается от записи на -R. Лазер на их поверхности не прожигает ямки, а преоб- Оптические диски CD (Compact Disk) DVD (Digital Versatile Disk) 40 разует структуру участков, на которые он светит, в аморфную. Та- ким образом, здесь кодировка происходит за счет сочетания аморф- ных и кристаллических участков. Чтение информации для всех трех видов дисков происходит оди- наково. Луч лазера скользит по дорожке, а фотоприемник фиксирует отраженный луч. При попадании на ямку или аморфный участок ин- тенсивность отраженного луча значительно снижается. Сигнал с фо- топриемника преобразуется в цифровой код. Нужно отметить, что для чтения CD-RW нужны высокочувствительные дисководы, так как интенсивность отраженного луча у них гораздо ниже. DVD во многом схожи с CD, но у них благодаря уменьшению диаметра пишуще-читающего луча, а также за счет других техниче- ских усовершенствований объем данных увеличен в семь раз. DVD бывают с однослойной и двухслойной, односторонней и двухсто- ронней записью. Основные характеристики CD и DVD представлены в табл. 9.3. Таблица 9.3 Основные характеристики накопителей на оптических дисках Параметр Диск CD DVD Емкость, Мбайт 120–1500 4700–17000 Среднее время доступа, мс 50–300 150–200 Скорость передачи, кбайт/с 150–3000 1380 Частота вращения, об/мин До 12000 До 12000 Интерфейс IDE-ATAPI, SCSI, S-ATA, IDE-ATAPI, SCSI, S-ATA, Достоинства оптических дисков:  сменяемость и компактность носителя;  большая емкость;  надежность и долговечность;  нечувствительность к электромагнитным полям;  меньшая чувствительность к загрязнениям и вибрациям. 41 Внутренняя структура ПК Теперь, рассмотрев все основные компоненты системного блока, можно изобразить его полную структуру, которая отражает взаимо- связь между микропроцессором, интерфейсными устройствами и устройствами памяти (рис. 9.8). Рис. 9.8. Полная структура системного блока ПК Тема 10. Устройства ввода информации Устройства ввода информации предназначены для ввода в память компьютера информации различного вида. Основным устройством ввода является клавиатура, служащая для ввода символов, сканер и дигитайзер – для графической информации. Рассмотрим отдельно эти устройства. Клавиатура Клавиатура – основное устройство ПК, с помощью которого в память ЦВМ вводятся символьные данные, команды и управляющие воздействия. В современных ПК клавиатура выполнена в виде от- дельного устройства – пульта, подключаемого к системному блоку. Вначале, когда проектировались первые клавиатуры, была идея – каждой команде, каждому символу отвести отдельную кнопку, что сделало бы клавиатуру слишком большой. Поэтому был применен Быстродействующая шина 42 другой принцип – кодирование клавиш независимо от кодирования символов. То есть компьютер получает от клавиатуры не код сим- вола, а код клавиши, так называемый позиционный код. Обработкой этого кода занимается контроллер клавиатуры – устройство, распо- ложенное в системном блоке и подключенное к системной плате. Связь клавиатуры с системным блоком осуществляется в основном через порты PS/2 и USB. В первых клавиатурах было 83 клавиши, затем их количество уве- личилось до 101 и даже больше. Все клавиши можно условно раз- делить на следующие группы:  буквенно-цифровые – они предназначены для ввода текста и чисел;  клавиши управления курсором – эта группа клавиш также ис- пользуется для ввода числовых данных, просмотра и редактирова- ния текста (←, ↑, →, ↓, Home, End, PgUp, PgDn, Ins, Del);  специальные управляющие клавиши – переключение реги- стров, прерывание работы программы, управление диалоговыми окнами и т. д. (Esc, Tab, Shift, Alt, Ctrl, Enter, Backspace, Caps Lock, Num Lock, Pause/Break и др.);  функциональные клавиши – они часто используются в сервис- ных программах в качестве управляющих (F1–F12). Каждая клавиша представляет собой переключатель. Контроллер клавиатуры фиксирует как нажатие, так и отпускание клавиши. По принципу действия клавиши делятся следующим образом (рис. 10.1). Рис. 10.1. Разновидности клавиш по принципу действия Исторически сложилось так, что в ПК в основном используются контактные клавиши. Клавиши Нажатия (тактильные) Прикосновения (сенсорные) контактные бесконтактные (герконовые) 43 Поскольку клавиатура является основным инструментом работы пользователя, к ней предъявляются следующие требования:  функциональность;  надежность;  эргономичность;  длительное время службы;  низкая стоимость. Сканер Вообще, сканированием называется процесс перевода графиче- ских изображений в цифровой код с целью его обработки на ПК. Соответственно, сканер – устройство для сканирования. В общем процесс сканирования можно представить следующим образом (рис. 10.2). Рис. 10.2. Процесс сканирования: 1 – источник света; 2 – луч света; 3 – поверхность оригинала; 4 – устройство преобразования света в электрический сигнал; 5 – аналого-цифровой преобразователь Интенсивный луч света 2, испускаемый источником 1, отражаясь от поверхности оригинала 3, поступает в устройство преобразова- ния света в электрический сигнал 4. Получаемый таким образом электрический аналоговый сигнал изменяется в соответствии со сканируемым изображением. Поскольку ПК обрабатывает информа- цию в цифровой форме, сигнал преобразуется в аналого-цифровом преобразователе 5. Данная структура является общей и в ней возможны модифика- ции в зависимости от вида сканера. Например, во многих видах ска- неров используются электродвигатели для равномерного перемеще- 1 2 3 4 5 к ПК 44 ния оригинала или оптической системы. Классифицируя сканеры, прежде всего разделим их на две группы: 1) черно-белые; 2) цветные. Черно-белые сканеры позволяют сканировать штриховые и полу- тоновые изображения. Цветные сканеры могут работать как с цветны- ми, так и с черно-белыми оригиналами. Цветность в них обеспечивает- ся за счет трех цветов: красного, зеленого, голубого (цветовая модель RGB – red-green-blue). Цвета получаются либо пропусканием белого света через вращающиеся красный, зеленый, голубой светофильтры, либо подсвечиванием оригинала попеременно светящимися светодио- дами соответствующих цветов. Для обработки каждого цвета имеется своя отдельная линейка датчиков. Число передаваемых цветов бывает 256, 65536 (стандарт High Color) и 16,7 млн (стандарт True Color). Качество сканирования определяется главным образом типом устройства преобразования света в электрический сигнал. В совре- менных сканерах применяются два типа фотоэлементов:  CCD (Charged Couple Device – прибор с зарядовой связью);  CIS (Contact Image Sensor – контактный сенсор образа). В матрице типа CCD дополнительно применяется система опти- ческих приборов. Матрица элементов CIS имеет ширину, равную ширине рабочей области, поэтому никакой дополнительной оптиче- ской системы не требуется. Сканеры с матрицей CIS более дешевые и быстрые, но если требуется получить высокое качество сканиро- вания (особенно цветного), используют только CCD-матрицу. В зависимости от внешнего исполнения различают следующие типы сканеров:  ручные;  планшетные;  листовые (протяжные);  барабанные;  проекционные. Независимо от типа сканера его основными характеристиками являются следующие:  оптическое разрешение – количество светочувствительных эле- ментов в сканирующей матрице, разделенное на ширину рабочей области. Измеряется в dpi (dots per inch). Обычно составляет от 300 до 10000; 45  интерполяционное (программное) разрешение – произвольно выбранное разрешение, для получения которого драйвер сканера рас- считывает недостающие точки. Может достигать 20000 dpi;  разрядность (глубина цвета) определяет степень подробности информации об отсканированной точке изображения;  динамический диапазон, характеризующий способность разли- чать близлежащие оттенки. Измеряется в специальных единицах, именуемых D. Для обычной работы достаточно 2,4 D, а для художе- ственной – 3 D;  скорость сканирования, измеряемая в мм/с, листов/с или вре- менем, затрачиваемым на сканирование одного листа. Дигитайзер Дигитайзер (от англ. digitizer – оцифрователь) имеет также дру- гое название – графический планшет. Это устройство, главным назначением которого является оцифровка изображений. Основны- ми частями дигитайзера являются основание (планшет) и устрой- ство целеуказания (перо). При нажатии на кнопку на пере его по- ложение на поверхности планшета фиксируется (рис. 10.3). Рис. 10.3. Графический планшет Действует дигитайзер следующим образом. В его основании расположена сетка из проводников. Перо испускает специальные сигналы, которые фиксируются сеткой, причем тесный контакт пера и основания не обязателен, что позволяет класть на планшет лист с изображением и обводить его по контуру. Шаг сетки от 3 до 6 мм, но механизм регистрации позволяет считывать до 100 линий на миллиметр. Перо может быть простым, а может определять усилие, с которым кончик пера прижимается к основанию (до 256 градаций нажима). В результате можно регулировать толщину линий, оттен- ки, что очень важно для художников. Основание Перо 46 По принципу действия дигитайзеры делятся:  на электростатические;  электромагнитные. Электромагнитные дигитайзеры более точные, но подвержены воздействию помех от внешних источников. Основные характеристики дигитайзеров представлены ниже.  Шаг считывания информации или разрешение измеряется в линиях на дюйм (lpi).  Точность дигитайзера (accuracy) определяется погрешностью определения координат курсора, измеряется в дюймах. У современ- ных дигитайзеров она колеблется пределах от 0,005 до 0,03 дюйма.  Размер рабочей области (surface sizes) определяется размером активной поверхности дигитайзера. У современных дигитайзеров колеблется от 86 до 6244 дюйма.  Скорость обмена (output rate) – скорость передачи координат дигитайзером. Она зависит от оператора, но ограничивается сверху на уровне 200 точек в секунду. Тема 11. Указующие устройства Указующие устройства предназначены для упрощения работы пользователя с компьютером в графическом режиме. Самое распро- страненное указующее устройство – мышь. Первый прототип мыши был создан еще в 60-е годы XX века. Первыми для своих компьютеров манипулятор применили инжене- ры компании Apple, так как у этих машин раньше появился цветной графический интерфейс. Уже в 80-х годах стали использовать мышь в составе IBM PC-совместимых компьютеров. Сегодня трудно представить себе работу без указующего устройства, разве что если только набирать текст. Кроме мыши к этой группе устройств относятся:  трекбол;  сенсорная панель. Принцип действия всех этих устройств не очень сложен. Указую- щее устройство по сути является датчиком положения руки опера- тора. Информация о положении передается в ПК, обрабатывается, а результат отображается на экране в виде перемещения курсора. Вот 47 как, например, отслеживается положение руки оператора в класси- ческой мыши с шариком (рис. 11.1). Рис. 11.1 Устройство манипулятора: 1 – металлический шарик в резиновой оболочке; 2 – ролик координаты X; 3 – система отслеживания координаты X; 4 – ролик координаты Y; 5 – система отслеживания координаты Y Механическая часть мыши недолговечна и подвержена загрязнению. Поэтому сегодня в основном используются оптические мыши. В них испускается световой луч, а фотоприемник фиксирует луч отражен- ный, тем самым отслеживается перемещение мыши по поверхности. Подсоединяются мыши к ПК через порты: COM, PS/2, USB – или вообще через беспроводной интерфейс. Другие две разновидности указующих устройств используются в основном в составе портативных компьютеров. Трекбол – это шарик, размещенный прямо среди клавиш, который оператор крутит паль- цем. Сенсорная панель (Touch Pad – англ.) – это небольшая панель с пропорциями экрана, чувствительная к прикосновению пальцев. Каждое из указующих устройств имеет минимум по две кнопки: действие (левая) и параметры (правая). Тема 12. Устройства вывода информации Здесь будут рассмотрены устройства, предназначенные для вы- вода информации в том или ином виде. Основными устройствами вывода информации в современных ПК являются мониторы, прин- теры и плоттеры. Они будут рассмотрены в данной теме. Мониторы Монитор – это стандартное устройство вывода, предназначенное для визуального представления текстовой и графической информации 1 2 3 4 5 к ПК к ПК 48 в интерактивном режиме. Монитор является составной частью видео- терминального устройства ПК, в которое кроме монитора входит ви- деоадаптер, являющийся элементом внутренней структуры ПК. Монитор внешне похож на телевизор, но по сути они отличаются друг от друга. На телевизор поступает сигнал от антенны или тюне- ра в необработанном виде, а следовательно, он должен иметь в сво- ем составе устройства, преобразующие этот сигнал в изображение. Монитор же получает готовый сигнал от видеоконтроллера, поэто- му изображение на экране монитора получается более ярким и кон- трастным, а сами мониторы стоят дешевле телевизоров. Мониторы можно разделить на следующие группы (рис. 12.1). Рис. 12.1. Классификация мониторов Еще ко второй группе можно отнести электролюминесцентные и светоизлучающие мониторы, которые пока встречаются редко. Основными характеристиками всех видов мониторов являются:  длина диагонали, фактически определяющая площадь поверх- ности экрана и измеряющаяся в дюймах. Стандартные значения длин диагоналей мониторов – 14, 15, 17, 19, 21, 22 дюйма;  размер экранного зерна – расстояние между центрами двух расположенных рядом мельчайших элементов изображения. Мель- чайший элемент изображения носит название пиксел (от англ. pixel – picture’s element). Каждый пиксел в конкретный момент времени имеет определенный цвет и яркость свечения. Чем меньше размер экранного зерна, тем выше качество изображения. У современных мониторов он имеет величину 0,25–0,28 мм;  разрешающая способность – это количество пикселов по го- ризонтали и вертикали, которое помещается на экране, обычно при- Мониторы Электронно-лучевые На плоских панелях Жидкокристаллические Плазменные 49 нимающая стандартные значения: 480640 , 600800 , 7681024 , 10241280 и т. д. Эта характеристика определяется не только мо- нитором, но и видеоконтроллером;  частота обновления изображения измеряется в герцах. Для того чтобы изображение воспринималось человеческим глазом как непрерывное, достаточно было бы обновлять изображение с часто- той 25 Гц, однако при такой частоте слишком заметно мерцание экрана, что плохо влияет на зрение пользователя. Поэтому частота обновления изображения у современных мониторов устанавливает- ся на уровне 70–100 Гц. И еще две характеристики, определяющие качество выдаваемого изображения – это яркость и контрастность. Рассмотрим более подробно основные разновидности мониторов. 1. Электронно-лучевые мониторы (мониторы на базе электронно- лучевой трубки) исторически появились раньше всех других типов мониторов. Основным элементом такого монитора является элект- ронно-лучевая трубка (ЭЛТ, англ. CRT – Cathode Ray Tube). Схема- тично устройство ЭЛТ представлено на рис. 12.2. Рис. 12.2. Электронно-лучевая трубка: 1 – кинескоп; 2 – электронная пушка; 3 – пучок электронов; 4 – система горизонтального отклонения; 5 – система вертикального отклонения; 6 – люминофор; 7 – теневая решётка Электронно-лучевая трубка представляет собой стеклянную кол- бу 1, из которой откачан воздух. В горловине трубки располагается электронная пушка 2, которая формирует пучок электронов 3. Элек- тронный луч, проходя через систему горизонтального 4 и вертикаль- ного 5 отклонения, попадает на дно трубки, покрытое слоем люми- нофора 6. В результате, данный участок экрана начинает светиться. 1 5 4 2 6 7 3 50 Непрерывное изображение на экране, воспринимаемое визуаль- но, формируется за счет быстрого перемещения луча по поверхно- сти экрана. Для этого на систему горизонтального и вертикального отклонения подается пилообразное напряжение (рис. 12.3). Рис. 12.3. Пилообразное напряжение Частоты напряжений в каналах отклонений отличаются. На си- стему горизонтального отклонения (строчная развертка) подается пилообразное напряжение частотой 50–70 кГц. Частота пилообраз- ного напряжения, подаваемого на систему вертикального отклоне- ния (кадровая развертка), соответствует частоте обновления изоб- ражения (70–100 Гц). В зависимости от количества отображаемых на экране цветов ЭЛТ- мониторы делятся на две группы:  монохромные;  цветные. У второй группы мониторов цветность обеспечивается за счет ис- пользования трех электронных лучей с их дельтаобразным или пла- нарным взаимным расположением в пространстве. Каждый из лучей засвечивает свою определенную группу элементов люминофора. Каждая из трех групп соответствует уже известному нам стандарту цветов RGB (Red Green Blue). За счет изменения интенсивности каж- дого из лучей в итоге получают все остальные оттенки (вплоть до 16 млн. оттенков). Для того чтобы луч, предназначенный для зеленого люминофора, не засветил красный или синий и наоборот, использу- ется специальная теневая решетка (поз. 7 на рис. 12.2), расположен- ная перед экраном. Благодаря ей изображение получается четким. Достоинства ЭЛТ-мониторов:  сравнительно невысокая стоимость благодаря совершенству технологии производства;  высокие яркость и контрастность изображения. u t 0 51 Недостатки ЭЛТ-мониторов:  большие габариты и масса;  высокое энергопотребление – много энергии затрачивается на формирование и отклонение электронных лучей;  вредное влияние на здоровье человека. На последнем вопросе остановимся подробнее. Дело в том, что ни один другой компонент ПК не несет столько вреда оператору, как ЭЛТ-монитор. Прежде всего страдает зрение человека, поскольку ему приходит- ся воспринимать информацию с экрана не в отраженном, а в пря- мом свете. Если же частота кадровой развертки оказывается слиш- ком низкой (60 Гц), то дополнительно развивается утомление глаза от постоянного мерцания. Вторым фактором, негативно влияющим на здоровье человека, является электромагнитное излучение от задней панели монитора, которое вызывает головокружение, тошноту, зуд, судороги, голов- ные боли, нервозность и т. д. В силу всего вышеперечисленного при длительной работе с ЭЛТ- монитором следует предпринимать следующие меры безопасности:  располагаться на достаточном расстоянии от монитора (не менее 65 см);  при большом количестве рабочих мест с компьютерами поме- щать их не один за другим, а по периметру помещения;  использовать защитные фильтры;  регулярно проветривать помещение, устраивая в это время зарядку для глаз;  работать в хорошо освещенном помещении, но так, чтобы свет падал на экран монитора сбоку;  разводить в рабочих помещениях комнатные растения, кото- рые поглощают вредное для человека электромагнитное излучение. Все вышеперечисленное говорит о том, что ЭЛТ-мониторы не являются оптимальным решением для современных ПК и им следу- ет искать замену. 2. Жидкокристаллические мониторы. Мониторы на жидких кристаллах (ЖК-мониторы) (LCD – Liquid Crystal Display) появились сравнительно недавно, однако на сего- дняшний день уже являются преобладающим типом мониторов, вы- теснив с первых позиций электронно-лучевые. 52 В этих мониторах используется специальная прозрачная жидкость, которая при определенных напряженностях электростатического по- ля кристаллизуется, при этом изменяются ее прозрачность, коэффи- циенты поляризации и преломления световых лучей. Эти эффекты используются для формирования изображения. Конструктивно дис- плей выполняется в виде двух электропроводящих стеклянных пла- стин, в пространство между которыми помещается тончайший слой такой жидкости. Для подсветки экранов используют флуоресцентные лампы с холодным катодом или электролюминесцентные панели. Есть два типа матриц ЖК мониторов:  пассивная;  активная. В пассивной матрице элемент экрана (пиксел) выбирается на пе- рекрестии координатных управляющих прозрачных проводов. В ак- тивной матрице каждый элемент экрана управляется отдельным тран- зистором. Поэтому их часто называют TFT-экранами (TFT – Thin Film Transistor – тонкопленочный транзистор). Мониторы второй группы обеспечивают более высокое качество изображения, надежность, срок их службы в полтора раза больше. У цветных ЖК мониторов каждый элемент изображения состоит из трех отдельных ячеек, покрытых тонкими светофильтрами (в со- ответствии со стандартом RGB). Благодаря этому достигается па- литра в 16,7 млн. цветов, что соответствует стандарту True Color. Что касается характеристик мониторов применительно к жидко- кристаллическим, то наряду с универсальными для них вводятся еще две:  время отклика – это минимальное время, за которое пиксел можно перевести из темного состояния в светлое и обратно;  угол обзора – это максимальный угол, позволяющий наблю- дать изображение на экране (рис. 12.4). Рис. 12.4. Угол обзора 178 53 Особенности характеристик для ЖК мониторов отражены в табл. 12.1. Таблица 12.1 Особенности характеристик жидкокристаллических мониторов Название характеристики Описание Длина диагонали В отличие от ЭЛТ мониторов в жидкокристал- лических берется размер видимой зоны, то есть при той же длине диагонали экран получается больше (стандартные длины 15, 17, 19, 20, 21 дюймов). Кроме того, есть два варианта соот- ношения сторон экрана: 4 3 и 16 9 Размер экранного зерна Около 0,29 мм Разрешающая способность Остается величиной постоянной и определя- ется числом элементов жидкокристалличе- ской матрицы Частота обновления Поскольку каждый пиксел продолжает све- титься до ближайшего обновления картинки, вполне комфортной считается частота 60 Гц Яркость Около 250–400 кд/м2 Контрастность Около 800 1 Время отклика 12–30 мс – для активной матрицы и 300 мс – для пассивной Угол обзора До 178 Достоинства ЖК мониторов:  малые габариты и масса;  высокие яркость и контрастность изображения (при использо- вании активной матрицы);  малое энергопотребление (на 70 % меньше, чем у ЭЛТ мони- торов);  практически отсутствует вредное излучение. Недостатки ЖК-мониторов:  высокая стоимость;  ухудшение качества изображения при отклонении от нормали к поверхности экрана. 54 Таким образом жидкокристаллические мониторы благодаря сво- им многочисленным преимуществам перед электронно-лучевыми постепенно становятся стандартом дисплея не только для портатив- ных, но и для всех остальных видов компьютеров. 3. Плазменные мониторы. В последнее время достаточно широкое применение получили мониторы на базе плазменных панелей (PDP – Plasma Display Panel). В основу принципа действия плазменных мониторов положено све- тоизлучение, испускаемое инертным газом при возникновении в нем электрического разряда. Структура плазменной панели представле- на на рис. 12.5. Рис. 12.5. Структура плазменной панели Конструктивно плазменная панель состоит из трех стеклянных пластин, на две из которых 7 нанесены тонкие проводники: горизон- тальные 2 и вертикальные 3, а в третьей 4 в местах пересечения про- водников выполнены отверстия 1, заполняемые инертным газом 5: неоном или аргоном. Эти ячейки по сути и являются пикселами. Подаваемое на вертикальные и горизонтальные проводники вы- сокочастотное напряжение через электроды 6 прикладывается к газу, вызывая в нем разряд. Плазма разряда вызывает свечение в ультра- фиолетовой части спектра, который вызывает свечение частиц лю- минофора в диапазоне, видимом человеческим глазом. Для получе- ния цветного изображения используется люминофор трех цветов уже 1 2 3 7 6 5 4 55 знакомого нам стандарта RGB. Габариты панели получаются доста- точно компактными. Например, панель с разрешением 10241024 будет иметь размеры 400400 мм при толщине 6–8 мм. Достоинства плазменных мониторов:  высокая яркость и контрастность;  угол, под которым можно увидеть качественное изображение, выше, чем у ЖК мониторов. Недостатки плазменных мониторов:  высокое энергопотребление, увеличивающееся с ростом длины диагонали;  низкая разрешающая способность из-за большого размера пик- селов;  из-за ухудшения свойств люминофорных элементов в процессе работы срок службы плазменных мониторов ограничен 10000 часами. В силу перечисленных выше недостатков плазменные мониторы пока в основном применяются для конференций, презентаций, ин- формационных щитов, то есть там, где требуются большие размеры экрана и высокие яркость и контрастность изображения. Наиболее известными в мире производителями мониторов явля- ются фирмы Samsung, LG, Sony и др. Печатающие устройства Печатающие устройства предназначены для вывода алфавитно- цифровой и графической информации на бумагу. Все печатающие устройства подразделяются на две большие группы (рис. 12.6). Рис. 12.6. Классификация печатающих устройств Рассмотрим отдельно каждое из этих устройств. Принтер. Принтером (от англ. print – печатать) традиционно называют устройство для печати листов малых форматов (А5, А4, А3). Как и Печатающие устройства принтеры плоттеры 56 любые другие устройства, принтеры можно проклассифицировать по нескольким признакам. Во-первых, в зависимости от выводимой на печать информации принтеры подразделяются:  на алфавитно-цифровые (символьные);  графические. Первые могут выводить на бумагу только символы, а вторые – любые графические объекты. Естественно, что они являются более сложными устройствами. Во-вторых, в зависимости от количества воспроизводимых цветов различают принтеры:  черно-белые;  цветные. На самом деле черно-белые печатают либо черным цветом, либо различными оттенками серого. И, наконец, основной является классификация по принципу дей- ствия, она представлена на рис. 12.7. Рис. 12.7. Классификация принтеров по принципу действия Основные характеристики всех видов принтеров следующие:  разрешающая способность – это число элементарных точек, которые размещаются на единице длины бумаги; чаще всего изме- ряется числом точек на дюйм (inch – англ.). Общепринятое обозна- чение – dpi (dots per inch);  скорость печати обычно измеряется либо числом символов, воспроизводимым за секунду – cps (characters per second), или ко- личеством страниц за минуту – pps (pages per minute). Обычно бе- рется лист формата А4; Принтеры матричные струйные электрографические термоструйные пьезоструйные лазерные светодиодные 57  стоимость печати измеряется стоимостью печати одного листа (опять-таки формата А4). Оценить стоимость печати сразу достаточно сложно, нужно учесть множество факторов: стоимость бумаги, стоимость расходных материалов, потребляемая принтером из сети электроэнергия и т. д.;  способ подачи бумаги может быть ручной (сейчас использу- ется редко) и автоматический;  интерфейс определяет способ подключения принтера к ПК. Поскольку принтер является периферийным устройством, то он под- ключается к системному блоку ПК через порты: LPT или USB. Теперь более подробно рассмотрим принцип действия и характе- ристики различных типов принтеров по классификации на рис. 12.7. Матричные принтеры Исторически матричные принтеры появились раньше остальных. В этих принтерах изображение формируется ударным способом, по- этому их еще иногда называют ударно-матричными. Устроены мат- ричные принтеры следующим образом. Печатающая головка содер- жит в себе матрицу иголок, расположенных вертикально (обычно их от 9 до 24). Каждая из иголок имеет собственный электромаг- нитный привод. Головка перемещается горизонтально, а в ходе это- го движения иголки ударяют по бумаге через красящую ленту. В результате на бумаге получается изображение (рис. 12.8). Многие матричные принтеры выполняют печать как при прямом, так и при обратном ходе печатающей головки. Рис. 12.8. Формирование изображения на матричном принтере Для улучшения качества печати иногда используется метод ча- стичного перекрытия точек, когда после первого прохода головки 58 лист продвигается на расстояние, равное половине размера точки, а затем осуществляется второй проход. Основные характеристики матричных принтеров приведены в табл. 12.2. Таблица 12.2 Основные характеристики матричных принтеров Название характеристики Описание Разрешающая способность 360 dpi Скорость печати 100–500 cps Интерфейс Порт LPT Достоинство матричных принтеров – низкая стоимость прин- тера и расходных материалов. Недостатки матричных принтеров:  низкое качество печати;  низкая скорость печати;  шум при работе. Несмотря на вышеперечисленные недостатки, матричные прин- теры и сегодня находят достаточно широкое применение, особенно при печати финансовых документов: квитанций, чеков. Струйные принтеры Струйные принтеры в настоящее время являются одними из са- мых распространенных типов принтеров. В них также изображение формируется матричным способом, однако не за счет иголок, уда- ряющих по бумаге, а с помощью тонких трубочек (сопел), через которые на бумагу выбрасываются мельчайшие капельки красителя (чернил). Матрица обычно содержит от 12 до 64 сопел. Из получае- мых на бумаге мельчайших капель и формируется изображение. Сам процесс термоструйной печати выглядит следующим образом. В стенку сопла 1 (рис. 12.9) встраивается электрический нагреватель- ный элемент 2, позволяющий повышать температуру за 5–10 мкс. При нагревании все чернила, находящиеся в контакте с нагревате- лем, мгновенно закипают. При этом повышается давление и черни- 59 ла 3 выстреливают на бумагу 4. Пары чернил на бумаге конденси- руются, а освободившееся пространство сопла заполняется очеред- ной порцией чернил 5 из бункера. Рис. 12.9. Процесс термоструйной печати Компания Epson разработала технологию пьезоструйной печати. Эта технология использует свойство пьезоэлемента изменять свою форму под действием протекающего через него тока. В сопле тако- го принтера вместо нагревательного элемента располагается пьезо- кристалл, через который в нужный момент времени пропускается электрический ток. Под действием тока кристалл деформируется, создавая механическое давление, которое выталкивает очередную порцию чернил на бумагу. Важным преимуществом пьезографиче- ских принтеров является то, что в них печатающая головка выпол- нена отдельно от бункера с чернилами, что удешевляет картридж (сменяемый элемент принтера). В цветных струйных принтерах используются чернила четырех базовых цветов, соответствующих стандарту CMYK (Cyan – голубой, Magneto – малиновый Yellow – желтый Black – черный), остальные цвета получаются путем смешения базовых. Правда, при цветной печати приблизительно в два раза снижается разрешающая способ- ность. В тех случаях, когда необходимо печатать полутоновые изображения и фотографии, используются специальные фотоприн- теры, у которых имеется шесть базовых цветов. Основные характеристики струйных принтеров представлены в табл. 12.3. Таблица 12.3 4 2 3 5 1 60 Основные характеристики струйных принтеров Название характеристики Описание Разрешающая способность 1440720 dpi Скорость печати До 10 ppm Интерфейс Порты LPT, USB Достоинства струйных принтеров:  достаточно высокое качество изображения;  наиболее дешевая (по сравнению с другими типами принте- ров) цветная печать;  бесшумность работы. Недостатки струйных принтеров:  возможность растекания чернил по бумаге;  опасность засыхания чернил в соплах;  дороговизна черно-белой печати. В настоящее время струйные принтеры чаще всего используются в домашних условиях, когда требуется выполнять небольшие объе- мы работы, но с возможностью цветной печати. Электрографические принтеры Принцип действия электрографических принтеров заключается в следующем. На поверхности предварительно заряженного полупро- водникового барабана с помощью интенсивного тончайшего луча света вырисовывается изображение. При этом с засвеченных обла- стей барабана заряд стекает. Далее на барабан наносится мельчайший порошок (тонер), который налипает только на те участки, которые разряжены. После этого барабан прокатывается по поверхности ли- ста, перенося на нее рисунок. Для того чтобы тонер не осыпался, лист с изображением нагревают до температуры плавления тонера. Кроме того, термографические принтеры имеют в своем составе соб- ственную оперативную память достаточно большого объема, чтобы хранить в ней печатаемое изображение в виде графического файла. Для получения цветной печати используется тонер четырех цве- тов, соответствующих стандарту CMYK. В зависимости от источника луча света различают принтеры ла- зерные и светодиодные (LED – Light Emitting Diode). В первых ис- пользуется лазер, а во вторых соответственно светодиодная панель. 61 Если сравнивать эти разновидности электрографических принтеров, то можно отметить, что светодиодные немного дешевле, зато ско- рость печати у лазерных выше, поэтому они получили наибольшее распространение. Основные характеристики лазерных принтеров представлены в табл. 12.4. Таблица 12.4 Основные характеристики лазерных принтеров Название характеристики Описание Разрешающая способность До 2880 dpi Скорость печати До 40 ppm Интерфейс Порты LPT, USB Достоинства лазерных принтеров:  высокое качество изображения;  высокая скорость печати, не зависящая от разрешения;  дешевая черно-белая печать;  бесшумность работы. Недостатки лазерных принтеров:  высокая стоимость принтеров, особенно цветных;  большие габариты;  высокое энергопотребление. Несмотря на указанные недостатки, лазерная печать сегодня по- всеместно используется не только в принтерах, но и в копирах, ко- торые еще часто называют ксероксами. Кстати, копир представляет собой устройство, объединяющее в себе сканер и лазерный принтер. Основными производителями принтеров являются такие фирмы, как Hewlett-Packard, Lexmark, Epson, Canon, Xerox, Samsung, OKI, Panasonic и др. Плоттер. Плоттер (от англ. plot – печатать) или графопостроитель – это печатающее устройство, предназначенное для вывода на бумагу гра- фической цифровой информации. Его основным отличием от прин- тера является то, что плоттер имеет большие размеры и предназна- чается для напечатания больших форматов (А2, А1, А0). 62 По принципу формирования изображения плоттеры подразделя- ются на две группы: 1) векторного типа – в них пишущий элемент перемещается по бу- маге сразу по двум координатам одновременно, а изображение форми- руется путем вычерчивания нужных линий (прямых и кривых); 2) растрового типа – здесь пишущий элемент перемещается лишь по одной координате, а изображение формируется строка за строкой за счет перемещения бумаги. По принципу действия можно выделить следующие основные ви- ды плоттеров:  перьевые;  струйные;  лазерные;  термографические. Перьевые относятся к плоттерам векторного типа, остальные – растрового. Струйные и лазерные плоттеры по своему принципу действия схожи с одноименными принтерами. Остановимся поподробнее на перьевых и термографических. В перьевых плоттерах изображение формируется векторным спо- собом за счет вычерчивания линий с помощью пишущего элемента, который обобщенно называется пером. В качестве пера могут ис- пользоваться чернильные узлы, фломастеры, шариковые узлы, каран- дашные грифели и даже мелки. Короче говоря, изображение форми- руется так же, как человек рисует своей рукой на бумаге. Принцип действия термографических плоттеров основан на свой- стве специальной термобумаги темнеть под воздействием темпера- туры. С помощью мельчайших нагревательных элементов на этой бумаге как бы «выжигается» изображение. Картина при этом полу- чается монохромная. Поскольку оборудование для такой печати не требует особого обслуживания, а сама термобумага достаточно де- шевая, термографические плоттеры находят достаточно широкое применение в тех организациях, которые выполняют большие объ- емы чертежных работ. Что касается основных характеристик плоттеров, то они такие же, как и у принтеров: разрешающая способность, скорость печати, цветность печати, интерфейс. 63 Раздел 4. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ Тема 13. Общая классификация программного обеспечения Все, что связано с информационными технологиями, можно условно разделить на две части:  аппаратные средства (hardware);  программное обеспечение (software). Первая часть была рассмотрена в предыдущих темах. Ее задача – предоставление физической среды для обработки информации. Эту часть еще жаргонно называют «железом». Вторая составляющая – это не менее сложный интеллектуальный продукт, создаваемый по определенным правилам с целью выполнения тех или иных опера- ций обработки информации. Вообще, аппаратная часть и программное обеспечение соотносят- ся друг с другом приблизительно так же, как соотносятся две фило- софские категории: материя и дух. Трудно сказать, что является пер- вичным, а что – вторичным. Очевидно одно: что существовать друг без друга аппаратные и программные средства не могут, вернее, их отдельное существование бессмысленно. Исторически развитие ап- паратных и программных средств шло параллельными курсами. При этом каждая из составляющих поочередно выходила вперед, стиму- лируя к развитию вторую. Сегодня в плане развития программного обеспечения наступило своеобразное насыщение, а вот в развитии аппаратных средств прослеживается четкая тенденция к улучшению характеристик при снижении цены. Поэтому в ближайшем будущем все новые появляющиеся программы будут расти в цене. Предпола- гается, что скоро стоимости программного обеспечения и аппарат- ных средств будут соотноситься как стоимость товара и упаковки. Всех людей, которые работают с компьютером, за исключением технического обслуживающего персонала, можно разделить на две группы:  программисты – это люди, создающие программы для компь- ютера. Раньше программированием занимались многие, и даже непрофессионалы, причем они создавали достаточно неплохие про- 64 граммы для различных сфер использования. Сегодня в связи с об- щей тенденцией к глобализации программирование стало уделом лишь крупных корпораций. Причем основная часть сотрудников этих корпораций занимается распространением программных продуктов;  пользователи – вторая и самая многочисленная категория ра- ботающих с компьютером людей. Пользователь использует програм- мный продукт и аппаратные средства ПК для решения своих кон- кретных задач. При этом ему не нужно знать, каким образом проис- ходит обработка информации, поскольку все современные програм- мы имеют очень доступный интерфейс, а все возможные проблемы программа решает сама. Итак, что же такое программное обеспечение (ПО)? Программное обеспечение информационных технологий (ПОИТ) – это совокупность программных и документальных средств, предна- значенных для создания и обработки систем данных с помощью вы- числительной техники. В зависимости от функций ПО можно раз- делить на три группы (рис. 13.1). Рис. 13.1. Общая классификация ПО  Базовое ПО организует процесс обработки информации в ПК и обеспечивает среду для прикладных программ.  Прикладное ПО предназначено для решения конкретных за- дач пользователя и организации работы вычислительного процесса информационной системы в целом.  Инструментальное ПО обеспечивает возможность создания новых программ для компьютера. В свою очередь, каждую из групп ПО можно разделить на под- группы. Базовое программное обеспечение Базовое ПО делится на три группы (рис. 13.2). Программное обеспечение Базовое ПО Прикладное ПО Инструментальное ПО 65 Рис. 13.2. Классификация базового программного обеспечения 1. Операционные системы. Операционная система (ОС) обеспечивает управление процес- сом обработки информации и осуществляет взаимодействие между аппаратными средствами ПК и пользователем. Одной из основных задач ОС является автоматизация процессов ввода/вывода инфор- мации и управление выполнением прикладных задач пользователя. ОС загружает в память ПК нужную программу, следит за ходом ее выполнения, анализирует ситуации, которые препятствуют нормаль- ному ходу работы, и дает указания в случае возникновения затруд- нительных или аварийных ситуаций. Таким образом, ОС является посредником между пользователем и ПК. Операционные системы подразделяются на однозадачные и многозадачные, однопользова- тельские и многопользовательские, однако все они имеют три ос- новные составляющие:  ядро (интерпретатор команд) – это переводчик программного языка в язык машинных кодов;  драйверы – специализированные программы для управления различными устройствами, входящими в состав ПК; Базовое ПО Операционные системы Сервисные программы Программы технического обслуживания Оболочки Утилиты Антивирусные программы Тестовые программы Наладочные программы Диагностические программы 66  интерфейс – оболочка, с помощью которой пользователь об- щается с компьютером. Операционные системы можно проклассифицировать следующим образом (рис. 13.3). Рис. 13.3. Классификация операционных систем Семейство DOS. Операционная система DOS производства Microsoft появилась в 1981 году как операционная система для пер- вого персонального компьютера IBM PC. Более подробно система будет описана в теме 15. Семейство Windows 3.x. Это семейство является переходом от DOS к современным верси- ям Windows. Первые версии этого семейства представляли собой лишь графическую оболочку к DOS (Windows 3.1, Windows 3.1.1). В после- дующих версиях появилась многозадачность, возможность использо- вать весь объем оперативной памяти и даже мультимедийность. Семейство Windows NT. Семейство Windows NT (New Technology) имеет существенные отличия от предыдущего семейства. Самое глав- ное – эти системы уже не базируются на DOS, а являются действи- Операционные системы ОС производства корпорации Microsoft Альтернативные ОС Семейство DOS Семейство Windows 3.x MS DOS PC DOS Windows 3.1 Семейство Windows NT Windows NT Windows 2000 Windows XP Windows 95 Windows 98 Windows ME Windows 3.1.1 Linux Lindows BeOS MacOS OS/2 U n i x 67 тельно самостоятельными операционными системами. Другими важ- ными нововведениями стали:  четкое разделение ресурсов между программами;  специальные средства работы в сети;  запрет на прямой доступ пользователя к аппаратным сред- ствам и многое другое. По сути из этого семейства широкое применение нашла самая последняя из разработок – Windows XP, ставшая в начале XXI века настоящим стандартом операционной системы IBM PC-совмести- мого компьютера. Пожалуй, к этому же семейству можно отнести и новинку 2007 года – операционную систему Windows Vista, которая хоть и объявлена разработчиками как революционная, но базирует- ся все же на Windows XP. Вряд ли стоит много говорить об остальных операционных си- стемах, представленных в классификации выше, единственно хоте- лось бы отметить, что операционная система MacOS предназначена для компьютеров Macintosh фирмы Apple. 2. Сервисные программы. Если выражаться простыми словами, основная задача сервисных программ – поддержание порядка в компьютере. Основные разно- видности сервисных программ следующие:  оболочки обеспечивают наиболее удобный и наглядный спо- соб общения с компьютером через штатные средства операционной системы;  утилиты (от англ. utilize – использовать) – это вспомогатель- ные программы, обеспечивающие оптимизацию использования ре- сурсов вычислительной машины;  антивирусные программы. Название говорит само за себя. Эти программы служат для выявления и устранения компьютерных вирусов. 3. Программы технического обслуживания. Эти программы предназначены для тестирования работоспособ- ности оборудования и контроля его работы. Прикладное программное обеспечение 68 Прикладные программы можно проклассифицировать, разделив их на группы в зависимости от решаемых ими задач. Вот основные группы прикладных программ:  программы подготовки текстовых документов – текстовые ре- дакторы;  программы обработки табличных данных – электронные таб- лицы;  программы подготовки документов типографского качества – издательские системы;  программы обработки массивов данных – электронные базы данных;  программы подготовки презентаций;  программы финансового назначения;  информационно-поисковые системы;  программы для работы с графическими изображениями – гра- фические редакторы;  системы автоматизированного проектирования;  программы статистического анализа;  обучающие программы;  программы распознания текста;  методоориентированные программы, например сюда относят- ся пакеты программ математического моделирования и др. Инструментальное программное обеспечение Инструментальные программы можно разбить на три основные группы (рис. 13.4). Рис. 13.4. Классификация инструментального программного обеспечения Все эти три вида программ позволяют создавать собственные программы, но различным образом. Инструментальное ПО Трансляторы-компиляторы Трансляторы-интерпретаторы Ассемблеры 69  Трансляторы-компиляторы сразу преобразуют программу, на- писанную на высокоуровневом языке программирования, в после- довательность машинных кодов, создавая исполняемый файл.  Трансляторы-интерпретаторы не создают объектный модуль, а переводят операторы языка программирования в машинные коды при каждом обращении к программе.  Ассемблеры являются низкоуровневыми языками программи- рования. В них программа записывается с помощью так называе- мых мнемокодов. Каждый мнемокод соответствует определенной элементарной операции работы с данными или управления. Тема 14. Логическая организация хранения и обработки информации в персональном компьютере Файлы Файл – это именованная совокупность данных на внешнем носи- теле. Часто файл отождествляют с физической областью на внеш- нем носителе (диске, ленте, флэш-памяти), поэтому существует и другое определение. Файл – это именованная область внешней памяти, выделяемая для хранения массива данных. В файлах может храниться самая разная информация: тексты, рисунки, тексты программ, числовые массивы и др. На самом деле понятие «область» является не совсем коррект- ным, так как все содержимое файла распределено по небольшим участкам памяти фиксированного объема. Если рассматривать на примере жесткого диска, то физически он состоит из секторов ем- костью по 512 байт. Для удобства работы с диском производится его разметка. Теперь мы имеем дело уже не с физическим, а с логи- ческим диском (рис. 14.1), причем один физический может быть разбит на несколько логических. Такое представление использова- лось в ОС DOS, которая могла работать лишь с ограниченным объ- емом дисковой памяти (до 2 Гб), однако подобное разбиение ис- пользуется и сейчас для удобства хранения информации. 70 Рис. 14.1. Форматирование диска Переход от физического диска к логическому называется форма- тированием (см. рис. 14.1). Теперь вид носителя информации значения не имеет. Элементарной единицей хранения информации на логичес- ком диске является кластер. Объем одного кластера равняется целому числу объемов сектора диска (512 байт) независимо от типа носителя. NV 512кластера , где N – определяется по формуле nN 2 , где n – целое число. Чем больше объем диска, тем больше n. Каждый файл занимает на диске определенное целое число кла- стеров. Типы файлов Прежде всего, все файлы можно разделить на две большие группы. 1. Текстовыми называются файлы, состоящие из последователь- ности символов из набора ASCII. Эти файлы предназначены для чтения их человеком. Сектор Кластер Форматирование Физический диск Логический диск 1 Логический диск 2 71 2. Файлы, не являющиеся текстовыми, называются двоичными. Они состоят из последовательности байтов и обычно сгруппирова- ны в логические записи фиксированной длины. Есть еще одна классификация файлов – по функциональному назначению.  Исполняемым называется головной файл программы, запус- кающий ее на выполнение. Зачастую исполняемые файлы и назы- вают программами.  Файл конфигурации – это файл, содержащий параметры рабо- ты программы.  Файлы библиотеки – это файлы, содержащие описание типо- вых процедур и функций, которые могут использоваться сразу не- сколькими программами. Группы файлов вышеперечисленных трех типов образуют так называемые программные пакеты (пакеты прикладных программ). С их помощью создается четвертый вид файлов:  файлы-документы – это совокупности информации, создавае- мые пользователем при помощи программ. Имя файла Формат имени файла представлен на рис. 14.2. В имени файла может быть от одного до восьми символов в DOS и до 255 символов в современных версиях Windows. Оно является обязательным эле- ментом и всегда должно указываться при доступе к файлу. Рис. 14.2. Формат имени файла Расширение состоит из одного–трех символов и отделяется от имени точкой. Хотя в имени допускается использовать самые разные символы, для этой цели рекомендуется применять буквы латинского алфавита и цифры, а начинать имя всегда с буквы. Имя файла должно достаточно полно отображать содержимое файла. Расширение файла идентифицирующая часть (имя файла) классифицирующая часть (расширение) 72 указывает на его тип или (для документа) приложение, в котором он был создан. Вот некоторые примеры расширений:  EXE (executable – исполняемый) – файл-программа на машин- ном языке, готовый к выполнению;  COM (command) – небольшой файл-программа на машинном языке;  BAT (batch – пачка, группа) – пакетный исполняемый команд- ный файл;  SYS – системный файл;  ASM – файл-программа на языке Ассемблер;  TXT – текстовый файл;  DOC – файл-документ редактора Word;  BAK – копия файла, создаваемая при перезаписи оригинала;  ZIP – архивный файл. В ОС DOS использовались и стандартные имена файлов для до- ступа к некоторым устройствам:  PRN – принтер;  LPT, COM – соответствующие порты;  CON – стандартное устройство ввода/вывода;  NUL – фиктивное устройство, обычно используется при от- ладке программ. Каталоги Слова каталог, директория, папка, folder означают одно и то же – виртуальное хранилище информации. Вообще, английское слово file переводится как папка, но в русском языке дословный перевод не прижился, и в итоге английский и русский варианты одного и того же слова обозначают разные объекты. Мы в основном будем использовать слово каталог. Итак, что же это такое? Каталог – это специальное место на диске (логическом), в кото- ром хранятся имена файлов, сведения о размерах файлов, времени их создания и последнего обновления, атрибуты файлов. Если в ка- талоге записано имя файла, то говорят, что файл находится в дан- ном каталоге. Корневой каталог – это главный каталог логического диска. Он создается автоматически вместе с диском. В корневом каталоге находятся каталоги первого уровня. 73 Любой каталог, кроме корневого, – это своеобразный файл особого вида. Каждый каталог имеет имя и может быть зарегистрирован в дру- гом каталоге. Если каталог X зарегистрирован в каталоге Y, то говорят, что X – подкаталог, а Y – надкаталог. Имена каталогов создаются по тем же правилам, что и имена файлов, но расширение отсутствует. В каталогах I уровня располагаются каталоги II уровня, в катало- гах II уровня – каталоги III уровня и т. д. Таким образом мы получа- ем иерархическую или древообразную структуру размещения ката- логов (рис. 14.3). Текущим называется каталог, с которым в данный момент работает ПК. Рис. 14.3. Иерархическая структура размещения каталогов Путь к файлу – это последовательность имен каталогов или симво- лов «..», разделенных символом «\». Если путь начинается с символа «\», значит, маршрут вычисляется от корневого каталога диска, в про- тивном случае – от текущего. Символ «..» означает вход в надкаталог. П р и м е р. Текущим является Каталог 3.1. Переход в Каталог 3.1.2: Каталог 3.1.2 Переход в Каталог 3.2: ..\Каталог 3.2 Переход в Каталог 1.2: \Каталог 1\Каталог 1.2. Дисководы Как уже отмечалось ранее, внешние устройства памяти бывают разные, но для удобства работы с ними все они представляются в виде логических дисков, которые равнозначны между собой. Логи- Корневой каталог Каталог 1 Каталог 2 Каталог 3 Info.txt Каталог 1.1 Каталог 1.2 Каталог 3.1 Каталог 3.2 Каталог 3.3 Каталог 3.1.1 Каталог 3.1.2 … … … … I II III 74 ческие диски обозначают прописными латинскими буквами с двое- точием: A:, B:, C:, D: и т. д. Исторически сложилось, что A: и B: от- водятся под НГМД, C:, D:, E – под НЖМД, F – под НОД, далее – под съемные носители. Полное имя файла имеет следующий формат: (Дисковод:)(\)(Путь\)Имя_файла(.Расширение) Элементы, заключенные в скобки, могут отсутствовать. П р и м е р. D:\Documents\Word_documents\paper.doc Шаблон имени файла Шаблон имени используют для выборки группы файлов по определенному признаку или поиска файлов. В шаблонах исполь- зуются два символа: «?» и «*».  Символ «?» означает один символ в имени файла.  Символ «*» означает любое количество символов в имени файла. П р и м е р. C:\Documents\*.exe – все исполняемые файлы каталога Documents диска C; Data\????.txt – текстовые файлы, имя которых состоит из четы- рех букв, каталога Data текущего диска. *.* – все файлы текущего каталога. Символы «?» и «*» могут использоваться только в имени файла или в расширении. Файловая система Файловой системой называется совокупность программ, обеспе- чивающая выполнение операций над файлами. По сути именно фай- ловая система определяет то, каким образом информация будет раз- мещаться на материальных носителях и как обеспечить к ней доступ. 75 Наиболее известные версии файловых систем: FAT16 (для DOS), FAT32 (FAT – File Allocation Table – таблица расположения файлов). Для семейства Windows NT была специально разработана файловая система NTFS (New Technology File System), которая является более совершенной по сравнению с FAT, но она пока применяется редко, поскольку FAT является более универсальной системой, а главное – обеспечивает более высокое быстродействие при доступе к файлам. При размещении файлов на жестком диске рекомендуется при- держиваться следующих принципов: а) в корневом каталоге диска должны находиться только те фай- лы, которые больше нигде находиться не могут: загрузочные фай- лы, файлы конфигурации; б) все файлы, относящиеся к одному пакету программ, желатель- но располагать в одном каталоге и его подкаталогах; в) файлы, относящиеся к разным пакетам программ, не следует размещать в одном каталоге; г) исполняемые и командные файлы следует размещать не далее второго-третьего подкаталога. Эти правила не являются догмой, но их выполнение поможет оп- тимизировать работу с компьютером. Атрибуты файлов Атрибут – это классифицирующий признак, определяющий спо- соб использования файла, права доступа к файлу и т. д. Существуют четыре атрибута файлов.  Read only – только чтение. Файл предназначен только для чтения и не может быть ни изменен, ни удален.  Hidden – скрытый. Название говорит само за себя.  System – системный. Это значит, что данный файл предназна- чен для обеспечения работы ОС или внешних устройств ПК.  Archive – архивный. Данный атрибут присваивается каждому вновь создаваемому файлу и сбрасывается при создании его резерв- ной копии в специальном формате. В настоящее время этот атрибут никакого практического значения не имеет. Атрибуты работают по принципу двухпозиционных переключате- лей, то есть каждый из них может быть или включен, или отключен. 76 Тема 15. Операционная система MS DOS Операционная система DOS (Disk Operating System) была разра- ботана компанией Microsoft в 1981 году как системное программное обеспечение для персонального компьютера IBM PC. Данная версия является наиболее известной, хотя и не единственной. Схожие опе- рационные системы были созданы фирмами IBM (PC DOS), Novell (Novell DOS), Физтехстофт (PTS DOS). Их отличия от версии MS DOS были весьма незначительными. Первая версия MS DOS была одно- пользовательской и однозадачной, поддерживала работу с моно- хромным монитором, клавиатурой и НГМД. В связи с совершен- ствованием компьютерных технологий компания Microsoft внесла в свою разработку следующие усовершенствования:  поддержка дополнительных устройств (например, НЖМД);  поддержка иерархической файловой структуры на дисках;  поддержка национальных алфавитов. При этом компания придерживалась двух принципов:  сохранение совместимости с программами для предыдущих версий;  обеспечение работоспособности системы на любых IBM PC- совместимых компьютерах. Но, несмотря на все усовершенствования, DOS так и не была из- бавлена от следующих основных недостатков:  однозадачность, то есть способность в каждый конкретный момент работать только с одним приложением;  отсутствие средств защиты от несанкционированного доступа и невозможность организации коллективной работы;  возможность работы лишь с 1 Мб оперативной памяти. Конечно же, в настоящее время ОС DOS является устаревшей и применяется крайне редко, но здесь она рассматривается с целью ознакомления с принципами построения операционных систем. Основные составные части MS DOS По своей сути DOS является модульной структурой, которая со- стоит из следующих основных частей. 1. Дисковые файлы IO.SYS и MSDOS.SYS – это основные систем- ные файлы, которые содержат программы DOS, постоянно находя- 77 щиеся в оперативной памяти. Эти файлы должны находиться в кор- невом каталоге загрузочного диска. 2. Командный процессор DOS. Его еще называют интерпретатор команд. Главная задача командного процессора – обработка команд, вводимых пользователем. Стандартный командный процессор – это файл с именем COMMAND.COM. Все команды DOS можно разде- лить на внутренние и внешние. Внутренние команды (копирование, просмотр и др.) командный процессор выполняет сам. Внешние ко- манды DOS – это программы, которые содержатся в комплекте DOS в виде отдельных файлов. Командный процессор ищет программу с соответствующим именем (внешнюю команду), найдя, загружает ее в оперативную память и передает ей управление. После выполнения команды удаляет программу из памяти. 3. Драйверы – это специальные программы, управляющие от- дельными устройствами или обеспечивающие расширение функций (увеличение объема используемой оперативной памяти, ввод наци- ональных символов и т. д.). Имена драйверов указываются в файле конфигурации CONFIG.SYS. 4. Базовая система ввода/вывода (BIOS) Вообще, BIOS прописа- на в микросхеме постоянной памяти и является составной частью самого ПК, однако, поскольку на ней базируется DOS, будем рас- сматривать BIOS как составную часть DOS. BIOS содержит про- граммы проверки оборудования компьютера, программы выполне- ния базовых операций ввода/вывода с участием клавиатуры, мони- тора, дисков, принтера. 5. Загрузчик DOS. Это небольшая программа, которая находится в первом секторе загрузочного диска. Задача загрузчика – инициа- лизация записи в оперативную память системного файла IO.SYS. Начальная загрузка DOS Начальная загрузка происходит в следующих случаях:  включение питания компьютера;  нажатие кнопки «Сброс» (Reset);  нажатие сочетания клавиш Ctrl + Alt + Del. При этом необходимо, чтобы в дисководе был системный диск DOS (гибкий или жесткий). Сам процесс загрузки идет в следую- щем порядке. 78 1. После проверки оборудования в память вызывается програм- ма-загрузчик, находящаяся в начальном секторе диска, которая проверяет наличие в корневом каталоге диска файлов IO.SYS и MSDOS.SYS. 2. Программа-загрузчик записывает в оперативную память нача- ло файла IO.SYS и передает ему управление. Далее загружается остаток файла IO.SYS и файл MSDOS.SYS. 3. Из корневого каталога загрузочного диска считывается файл конфигурации CONFIG.SYS. В соответствии с его содержимым в оперативную память считываются драйверы устройств и устанавли- ваются параметры операционной системы. Если в файле этой ин- формации нет, то параметры устанавливаются по умолчанию. 4. Из корневого каталога загрузочного диска считывается команд- ный процессор COMMAND.COM, и ему передается управление. 5. Командный процессор запускает командный файл автоисполне- ния AUTOEXEC.BAT, в котором указываются команды и программы, выполняемые при каждом запуске компьютера (задание текущего ка- талога, приглашение на ввод и т. д.). По сути AUTOEXEC.BAT – это, как и CONFIG.SYS файл конфигурации. 6. После выполнения файла AUTOEXEC.BAT на экран выводится приглашение DOS: «C:\>». Диалог пользователя с DOS В принципе, независимо от типа интерфейса работа пользователя с ПК осуществляется в диалоговом режиме или по-другому, в ре- жиме «запрос-ответ». Машина предоставляет оператору запрос и несколько вариантов ответа, а задача оператора – выбрать нужный. Более конкретно способ общения определяется типом интерфейса операционной системы. Выделяют три типа интерфейса операцион- ной системы:  командный;  текстовый;  графический. Операционная система DOS – представитель первой группы. Все команды пользователь вводит с клавиатуры с помощью алфавитно- цифровых клавиш и клавиш редактирования. Для ввода служит ко- 79 мандная строка, в которой находится приглашение. Обычно при- глашение включает в себя указание текущего дисковода и каталога: C:\WINDOWS> Отдельные прикладные программы предоставляют пользователю экранные меню, позволяющие избавиться от необходимости вво- дить команды вручную. В случае работы с командной строкой после набора текста коман- ды нужно нажать клавишу Enter. Далее командный процессор ищет команду среди внутренних. Если команды в списке не окажется, то начинает поиск среди файлов с расширениями .COM, .EXE, .BAT. Очевидно, что для работы с DOS требуется достаточно хорошо знать организацию файловой системы компьютера, правда в DOS преду- смотрена и справочная система, позволяющая получать информацию по основным командам. Все команды в DOS задаются в следующем формате: Имя_команды (аргументы) (/режим) Элементы, показанные в скобках, являются необязательными. Аргументы чаще всего указывают на те объекты, с которыми рабо- тает команда. Режимы задают способы функционирования команды и выбор ее возможностей. Работа с файлами в DOS 1. Создание текстового файла. Конечно же, создавать текстовые файлы лучше с помощью спе- циальных прикладных программ – текстовых редакторов, которые существовали и во времена DOS, но небольшие текстовые докумен- ты можно создавать и напрямую. Формат команды следующий: copy con имя_файла (15.1) Далее с помощью клавиатуры нужно набрать текст, в конце каждой строки нажимая клавишу Enter. В конце текста нужно нажать F6, а затем снова Enter. Таким образом будет сформирован текстовый файл. 80 2. Удаление файлов. Формат команды del имя_файла При удалении можно использовать шаблон. П р и м е р. del *.doc – удаление всех документов Word из текущего каталога. 3. Переименование файлов. Формат команды ren имя_файла_1 имя_файла_2 В данной команде также допускается использование шаблонов. 4. Копирование файлов. Команда копирования может быть двух видов: copy имя_файла_1 имя_файла_2 (15.2) copy имя_файла_1 (имя_каталога_2) (15.3) В команде (15.2) имя_файла_1 – копируемый файл, имя_файла_2 – новое имя копии. Каталог-источник задается в аргументе имя_файла_1, а каталог-приемник – либо в имя_файла_2, либо в имя_каталога_2 (15.3). Если имя каталога-приемника не указано, то копирование осуществляется в текущий файл. П р и м е р. copy spt.doc spt.txt – копирование происходит в рамках текущего каталога copy A:\*.* D: – копирование всех файлов корневого каталога диска A: на диск D:. Если в качестве второго аргумента использовать одно из стан- дартных имен, то вывод будет осуществляться на соответствующее устройство. 81 П р и м е р. copy spt.txt prn – вывод содержимого файла spt.txt на печать. 5. Конкатенация файлов. Термин конкатенация означает объединение содержимого. Обо- значается данная операция символом «+» и применяется чаще всего к текстовой информации. Если в качестве аргументов выступают цифры, то они рассматриваются не как числа, а как наборы симво- лов. Например, конкатенация 12 и 345 дает 12345. Формат команды выглядит следующим образом: copy имя_файла_1(+имя_файла_2) имя_файла (15.4) Количество слагаемых в выражении (15.4) может быть любым. П р и м е р. copy file1.dat+file2.dat sum.dat copy *.txt all.txt – объединение содержимого всех текстовых фай- лов текущего каталога в файле all.txt. 6. Проверка считываемости файлов. Проверка считываемости файла осуществляется путем копиро- вания на пустое устройство. Формат команды copy /b имя_файла nul где nul – константа, указывающая на пустое устройство. П р и м е р. copy /b A:\*.* nul – проверка считываемости всех файлов корне- вого каталога диска A:. 7. Перемещение файлов в другой каталог. Для перемещения служит команда move. Формат команды сле- дующий: move (/y) имя_файла имя_каталога 82 В случае применения режима /y перенос файлов будет осуществ- ляться без запроса на подтверждение. В случае если при переносе файл необходимо переименовать, формат команды выглядит так: move (/y) имя_файла (дисковод:)(\путь)новое_имя_файла Следует быть осторожным с использованием режима /y, так как в этом случае при существовании в каталоге приемнике файла с та- ким же именем произойдет замещение этого файла без каких-либо предупреждений. П р и м е р. move /y *.doc arc – перенос всех документов Word данного ката- лога в подкаталог arc без запроса на подтверждение. move ard.dat D:\mpu.dat – перенос файла ard.dat с переименова- нием его в mpu.dat. Переименование возможно лишь при переносе одного файла. 8. Поиск файлов на диске. Для этой цели в DOS предусмотрена команда filefind. Ее формат: filefind имя_файла (строка_символов) (/режимы) Очевидно, что данная команда также допускает использование шаблонов. В зависимости от имеющейся информации о файле есть несколько вариантов поиска. 8.1. Поиск файла по имени. В этом случае аргумент строка_символов отсутствует. Если за- дать режим /c, то поиск будет проводиться только в текущем ката- логе, при задании режимов /c и /s поиск проводится в текущем ка- талоге и всех его подкаталогах. 8.2. Поиск по имени и строке символов. Данный способ применяется тогда, когда мы знаем какую-либо строку символов из файла. При написании в аргументах команды строки символов, если строка содержит пробелы, она заключается в «”», если строка содержит «”», то ее заключают в «’». Для того что- бы в строке учитывалась разница между строчными и прописными буквами, необходимо задать параметр /cs. 83 П р и м е р. filefind *.doc – найти все документы Word. filefind *.doc «Домашнее задание» – найти все документы Word, содержащие строку символов «Домашнее задание». filefind *.doc «Домашнее задание» /c /s /cs – найти все документы Word, содержащие строку символов «Домашнее задание», поиск вести в текущем каталоге и его подкаталогах, различая строчные и прописные буквы. Работа с каталогами и дисководами в DOS 1. Смена текущего дисковода. Формат команды очень прост: Дисковод: П р и м е р. A: – сделать текущим дисковод НГМД. 2. Изменение текущего каталога. Формат команды cd (дисковод:)путь П р и м е р. cd \ – переход в корневой каталог текущего диска; cd A:\smp – переход в каталог smp диска A:. 3. Просмотр каталога Формат команды просмотра каталога имеет вид dir (дисковод:)(путь\)(имя_файла) (/режим) Если задано имя файла, то выводятся сведения о нем: если в имени файла задан шаблон, то сведения выводятся о группе файлов, подходящих под шаблон. Если имя файла (или файлов) отсутствует, то выводится содержание каталога. В нем выдается информация об именах файлов, их расширениях, объеме, времени создания и по- следнего изменения. 84 Возможны следующие режимы: /p – поэкранный вывод оглавления, что очень удобно при выводе содержания больших каталогов; /w – вывод информации в широком формате, то есть выводятся только имена подкаталогов и файлов в пять столбцов; /o – вывод в отсортированном виде. Сначала выводятся имена подкаталогов по алфавиту, а затем также имена файлов. П р и м е р. dir – вывод оглавления текущего каталога; dir A:\ /o /p – поэкранный вывод содержимого корневого катало- га диска A: в отсортированном виде. 4. Создание каталога. Формат команды md (дисковод:)путь П р и м е р. md C:work – создание подкаталога Work в текущем каталоге дис- ка C:. 5. Уничтожение каталога. Формат команды rd (дисковод:)путь П р и м е р. rd C:work – удаление подкаталога Work из текущего каталога диска C:. С помощью данной команды можно удалить только пустой ката- лог, то есть каталог, не содержащий подкаталогов и файлов. 6. Удаление каталога со всем содержимым. Для этой цели используется команда Deltree. Ее формат deltree (/y) имя_каталога 85 П р и м е р. deltree /y asp – удаление каталога asp со всем содержимым без запроса подтверждения. 7. Переименование каталога. Формат команды move имя_каталога новое_имя_каталога Имя каталога может содержать в себе путь. П р и м е р. move arp A:\arp – фактически в данном случае происходит пере- нос каталога arp на гибкий диск. 8. Установка списка каталогов для поиска выполняемых программ. Для удобства запуска наиболее часто используемых программ можно сделать так, чтобы они запускались из любого каталога. Для этого необходимо записать эти программы в один или несколько каталогов и перечислить эти каталоги в специальной команде. В результате эта запись будет храниться в файле AUTOEXEC.BAT. Формат команды выглядит так: path имя_каталога_1(;имя_каталога_2)… В качестве аргументов команды выступают имена каталогов, в которых будет вестись поиск команды. Если аргументы в команде отсутствуют, то на экран будет выведен список каталогов, в кото- рых будет вестись поиск программ. Работа с устройствами вывода в DOS Рассмотрим работу с такими устройствами, как монитор и принтер. 1. Вывод содержимого файла на экран. Вывод на экран содержимого имеет смысл только для текстовых файлов, поскольку двоичный файл при просмотре будет представ- лен различными малопонятными символами. Вывод на экран тек- стового файла можно осуществить двумя способами: 86 1.1. С помощью команды type: type имя_файла После ввода команды на экран начинает выводиться текстовая ин- формация. Приостановить вывод можно сочетанием клавиш Ctrl+S, закончить выполнение файла – Ctrl+Break. 1.2. С помощью команды copy: copy имя_файла con Как видно, формат команды схож с форматом команды создания текстового файла (15.1), но аргументы меняются местами. 2. Очистка экрана. Очистить экран можно с помощью следующей команды: cls 3. Вывод содержимого файла на печать. Для напечатания содержимого файла на принтере нужно снова использовать команду copy. Формат команды copy /b имя_файла prn Таким образом можно распечатывать текстовые файлы и файлы, подготовленные к печати своими приложениями. Работа с дисками в DOS 1. Проверка при записи на диск. Эта операция особенно важна при записи на гибкие диски. Про- верка осуществляется с помощью команды Verify. Есть два варианта этой команды: Verify on – включение режима проверки; Verify off – отключение режима проверки. 2. Форматирование дисков. О необходимости форматирования говорилось ранее. В DOS для этого применяется команда Format: format дисковод: (/режим) 87 Возможны следующие режимы: /u – безусловное форматирование с уничтожением данных. При- меняется для абсолютно новых дискет. /q – быстрая очистка без контроля сбойных участков. Применя- ется для форматирования заведомо хороших дисков. /s – создание системных дискет ОС DOS. 3. Копирование дискет. Для этого используется команда Diskcopy. Ее формат: diskcopy дисковод: дисковод: (/режим) В данной команде первый дисковод – источник (Source), а вто- рой – приемник (Target). Возможны следующие режимы: /v – проверка правильности копирования; /m – для копирования использовать не жесткий диск, а оператив- ную память. Оба диска должны иметь одинаковый формат. Общесистемные программы DOS К общесистемным программам относятся операции установки даты, времени и приглашения DOS. Для установки даты и времени служат соответственно команды date и time. Не будем рассматривать принцип их действия, он прост. Приглашение в DOS устанавливается с помощью команды prompt. Формат команды prompt (текст) Вот некоторые варианты текста и соответствующая им выводи- мая в приглашении информация: $n – текущий диск; $p – текущий диск и каталог; $v – версия операционной системы; $t – текущее время; $g – символ «>». 88 Тема 16. Операционная система Windows Windows – это операционная система, которая в свое время была разработана компанией Microsoft как надстройка над ОС DOS. Це- лью этой надстройки было упрощение общения пользователя с DOS за счет визуализации, превращение DOS в операционную систему с графическим интерфейсом. Иными словами, Windows создавалась как графическая оболочка для DOS. Но вскоре стало понятно, что Windows превращается в самостоя- тельную операционную систему. Удобство работы, а также новые средства обработки информации, введенные в Windows, фактически сделали ее стандартом операционной системы для IBM PC-совмес- тимых компьютеров. Постепенно стали создаваться специально при- кладные программы для Windows – так называемые Windows-прило- жения, что также во многом способствовало развитию Windows как самостоятельной операционной системы. Кстати, в Windows понача- лу сохранялась и возможность работы с DOS-овскими программами, но эффективность такой работы весьма сомнительна. С момента появления Windows сменилось много поколений опера- ционных систем. В конце 80 – начале 90-х годов появились первая и вторая версии, которые не оставили какого-либо следа в истории. В 1992 году свет увидела версия Windows 3.0, а затем Windows 3.1 и Windows 3.1.1, которые пользуются уважением у пользователей. Далее шло совершенствование системы, поколения сменяли друг друга, постепенно усложняя структуру и облегчая общение пользо- вателя с компьютером. Самая современная версия системы Windows Vista не имеет практически ничего общего с первыми версиями дан- ной операционной системы. Рассмотрим основные преимущества и недостатки Windows. Преимущества.  Удобство работы с устройствами. В DOS приложения могли напрямую обращаться к устройствам, что приводило к нежелательным результатам. В Windows общение с внешними устройствами берет на себя сама операционная система.  Единый пользовательский интерфейс, то есть пользовательский интерфейс унифицирован. Научившись работать хотя бы с одним при- ложением, пользователь практически без труда освоит и другие, тем более что интерфейс Windows весьма удобен для пользователя. 89  Поддержка масштабируемых шрифтов. В DOS использовались так называемые растровые шрифты, когда каждый символ строился на основании матрицы точек. В результате все надписи смотрелись достаточно казенно. В Windows была вве- дена система векторных шрифтов, благодаря чему стало возмож- ным получать шрифты разного размера, типа и стиля – шрифты ти- па True Type. Был реализован принцип WYSIWYG (What You See Is What You Get – что видишь, то и получишь).  Поддержка мультимедиа, то есть введены специальные сред- ства работы с мультимедийными устройствами. Мультимедиа (от англ. multi – много и media – среда) – область компьютерной техно- логии, связанная с обработкой информации, имеющей различное физическое представление или существующей на различных носи- телях. Средства мультимедиа – это комплекс аппаратных и про- граммных средств, позволяющих человеку общаться с компьюте- ром, используя естественные для себя среды – звук, видео, графику. Средства мультимедиа предоставляют возможность создания вир- туальной реальности.  Многозадачность.  Специальные средства работы в сети.  Введены специальные средства обмена данными:  буфер обмена,  динамический обмен данными (DDE – Dynamic Data Exchange). Одна программа может использовать данные, созданные другой про- граммой. При этом данные сохраняют привязку к своей программе. Вследствие этого все изменения данных в программе-источнике отра- жаются в программе-приемнике,  механизм привязки и внедрения объектов (OLE – Object Linking and Embedding). Он заключается в том, что для изменения внедрен- ных данных автоматически запускается программа, в которой они были созданы (например, Microsoft Equation Editor в текстовом ре- дакторе Word).  Возможность работы с программами DOS без выхода из Windows.  Доступность всей оперативной памяти.  Динамическое подключение библиотек. Недостатки:  более высокие требования к ресурсам вычислительной машины; 90  меньшая по сравнению с DOS эффективность работы с таб- личными данными. Применительно к первым версиям Windows можно было бы пе- речислить еще ряд недостатков (например, невысокая надежность работы), но в современных версиях эти недостатки устранены. Сравним требования, которые предъявлялись к ПК со стороны самой первой (Windows 3.0) и самой современной (Windows XP) вер- сий операционной системы (табл. 16.1). Таблица 16.1 Windows 3.0 Windows XP Процессор Не старше Intel 80386 (тактовая частота от 33 МГц) Не старше Intel Pentium IV (тактовая частота от 800 МГц) Оперативная память Не менее 4 Мбайт Не менее 256 Мбайт Свободное дисковое пространство Не менее 100 Мбайт Не менее 3 Гбайт Что же представляет собой современная Windows? Windows – это огромный набор различных системных файлов, взаимодействую- щих между собой. Поскольку структура Windows гораздо сложнее, чем структура DOS, то рассматривать ее не будем. Загрузка Windows осуществляется автоматически каждый раз при включении питания или при перезагрузке компьютера. В ходе загрузки в оперативную память компьютера записывается инфор- мация операционной системы и другая необходимая информация. Интерфейс Windows Windows – операционная система с графическим интерфейсом. Красочный, приятный для пользователя интерфейс – один из главных предметов гордости разработчиков Windows, хотя многое из интер- фейса было позаимствовано ими из других операционных систем. Кстати, у первых версий Windows интерфейс был весьма блеклым и состоял всего из двух элементов – менеджера файлов и менеджера программ. Современные же версии предоставляют огромный набор средств общения пользователя с системой. Вот некоторые из них. 91 1. Рабочий стол. Это то, что видит пользователь сразу после за- грузки операционной системы. На нем располагаются значки-пикто- граммы. Они бывают двух видов:  просто пиктограммы;  пиктограммы-ярлыки. Значки первой группы представляют непосредственно файл, папку, программу. Все операции над этими значками эквивалентны опера- циям с соответствующими объектами. Место расположения таких объектов – папка «Рабочий стол». Ярлык – это значок, соответствующий папке, файлу, программе, которые находятся где-то в другом месте. Служат ярлыки для быст- рого доступа к соответствующему объекту. Ярлыки помечены стре- лочкой в левом нижнем углу. 2. Окно. Окно является базовым элементом интерфейса Windows (windows переводится как «окна»). С помощью окон в Windows ор- ганизуется вывод информации, предназначенной для пользователя. Основные элементы окна представлены на рис. 16.1. Рис. 16.1. Окно Windows В минимизированном состоянии окна его можно перемещать с помощью мыши. Поскольку Windows – многозадачная операцион- ная система, одновременно может быть открыто много окон, их ко- личество ограничивается только запросами пользователя. Но в кон- кретный момент времени активным является только одно из них. Именно в отношении этого окна воспринимаются все действия поль- зователя. Окна Windows можно разделить на три группы: Пиктограмма Заголовок Строка заголовка Свернуть Закрыть Изменить размер 92  окна программ. В их заголовке выводится имя программы. Такие окна обычно содержат строки меню и панели инструментов;  вторичные окна. Это окна документов, создаваемых с помо- щью программ;  окна запросов. Их еще называют диалоговыми окнами. Они используются для вывода на короткий срок какой-либо информа- ции, запроса тех или иных действий пользователя, ввода дополни- тельных параметров. Обычно эти окна не имеют кнопок сворачива- ния и изменения размеров. Для ускорения работы с окнами можно использовать следующие стандартные сочетания клавиш:  Alt+Tab и Alt+Esc – переход от одного окна к другому;  Alt+F4 – закрытие окна программы;  Ctrl+F4 – закрытие вторичного окна;  Esc – закрытие диалогового окна без изменений;  Enter – закрытие диалогового окна с учетом изменений. 3. Контекстное меню. Как уже говорилось, в Windows суще- ствует множество объектов, причем операции, совершаемые над разными объектами, разные. Если попытаться создать универсаль- ную панель инструментов для операций над файлами, программами, пап-ками, она получилась бы слишком громоздкой. Был найден следующий выход: разработали так называемые кон- текстные меню, содержащие набор из нескольких основных опера- ций, применимых именно к данному конкретному объекту, напри- мер, вызов свойств объекта. Вызов контекстного меню осуществля- ется правой кнопкой мыши или специальной клавишей на Windows- клавиатуре. 4. Стартовое меню. Кнопка запуска стартового меню находится в левом нижнем углу экрана. В принципе, через стартовое меню пользователь может получить доступ ко всем элементам ПК, ко всем программам, папкам и файлам, даже если на рабочем столе нет никаких пиктограмм. 5. Панель задач расположена в нижней части экрана. На ней располагаются кнопки вызова основных программ, значки программ, работающих в фоновом режиме, а также кнопки развертывания от- крытых программ и документов. 6. Диспетчер задач вызывается на экран сочетанием клавиш Ctrl + Alt + Del. Позволяет выполнять следующие действия: 93  увидеть перечень всех работающих в данный момент программ;  определить, нет ли ошибок в выполнении программ;  отключить те или иные программы с целью очистки опера- тивной памяти;  оценить параметры работы аппаратных средств (память, про- цессор, сеть). Средства управления в Windows Можно выделить следующие основные элементы управления: 1. «Мой компьютер» – главное средство доступа к дисковой ин- формации. 2. Панель управления – здесь располагаются все настройки ком- пьютера. 3. «Сетевое окружение» – здесь собраны средства организации работы компьютера в сети. 4. Корзина – специальное средство, введенное в Windows для вре- менного сохранения удаленных данных. Работа с файлами и папками в Windows Базовыми средствами работы с файлами и папками в Windows являются папки «Мой компьютер» и «Проводник». Основными опе- рациями, выполняемыми над файлами, являются:  создание файла;  чтение информации из файла;  запись информации в файл;  изменение атрибутов файла;  открытие файла;  закрытие файла;  переименование файла. Есть операции, которые могут выполняться сразу с группой файлов. Сюда входят операции с буфером обмена. Буфер обмена (Clipboard) – это участок оперативной памяти, в который помещается информа- ция с целью ее копирования и переноса.  Выделение файла – помещение файла во множество отбора с целью выполнения над ним тех или иных действий. Для выделения нескольких рядом находящихся файлов можно использовать кла- вишу Shift, а для выделения находящихся порознь – клавишу Ctrl. 94  Копирование – помещение в буфер обмена копии содержимо- го множества отбора.  Вырезание – помещение в буфер обмена содержимого множе- ства отбора. При этом в источнике информация не сохраняется.  Вставка – помещение содержимого буфера обмена в указан- ное место во внешней памяти.  Удаление – помещение содержимого множества отбора в Кор- зину. Тема 17. Обзор программ для Windows К настоящему времени создано огромное количество программ, созданных под Windows. DOS-овские приложения если и использу- ются, то исключительно для работы с таблицами и базами данных в финансово-банковской сфере, а также в некоторых других отраслях. Программы, используемые при работе в Windows, можно услов- но разделить на две группы:  с т а н д а р т н ы е – программы, входящие в состав Windows, поставляемые в комплекте с операционной системой;  в н е ш н и е – программы, которые приобретаются пользо- вателем отдельно (на компакт-дисках или через Интернет) за от- дельную плату, а затем устанавливаются на данный компьютер. Стандартные программы Стандартный набор программ невелик, но включает в себя ос- новные простейшие программы, позволяющие пользователю общать- ся с компьютером. Некоторые основные программы:  блокнот – программа для работы с документами в формате .txt;  текстовый редактор WordPad, позволяющий применять к тек- стовым документам сложное форматирование;  графический редактор Paint;  универсальный проигрыватель Windows Media Player;  калькулятор для несложных математических расчетов;  командная строка, дающая возможность работать с команд- ным интерфейсом; а также некоторые другие служебные программы и программы настройки. 95 Внешние программы Наиболее часто пользователи приобретают два вида программ: сервисные (утилиты) и приложения. К утилитам здесь можно отне- сти и антивирусные программы, хотя в классификации (см. тему 13) они рассматривались по отдельности. Утилита – это программа, позволяющая оптимизировать вы- полнение системных операций. Рассмотрим более подробно неко- торые из этих операций. 1. Архивация. Под архивацией понимают уменьшение физического пространства, занимаемого информацией на материальном носителе. Архивация используется как для переноса информации с помощью съемных носителей, так и для передачи информации по сети. Выделяют два вида архивации:  с частичной потерей информации;  без потери информации. Первый способ применяется в основном для так называемых муль- тимедийных файлов: изображения, звука, видео. Основными форма- тами сжатия информации являются:  JPEG – для изображений;  MPEG – для видео;  MPЗ – для звуковой информации. Второй способ сжатия применяется в тех случаях, когда потеря информации недопустима, например: тексты, таблицы, программы. Здесь сжатие осуществляется благодаря оптимизации хранения, например, за счет замены повторяющейся последовательности сим- волов на один-два специальных символа. Благодаря этому удается в десятки раз уменьшить объем, занимаемый таблицами или базами данных, а текстами – процентов на 50–70. В результате архивации создаются так называемые архивные папки, хотя в понимании ком- пьютера они являются файлами. В настоящее время работа с архи- вами не представляет какой-либо сложности для пользователя, по- скольку практически любой набор утилит предоставляет пользовате- лю средства по распаковыванию и запаковыванию архивов. Наиболее известными на сегодняшний день являются такие архивные форма- ты, как ZIP, RAR, ARJ (правда, последний считается устаревшим). 96 2. Дефрагментация. В ходе записи информации на жесткий диск компьютера класте- ры, относящиеся к одному файлу, физически оказываются располо- женными далеко друг от друга. Конечно, благодаря файловой систе- ме компьютер безошибочно собирает эту информацию при открытии файла, но при этом увеличивается время доступа к информации. Спе- циальные утилиты-дефрагментаторы устраняют эту проблему, рас- полагая кластеры, относящиеся к одному файлу друг за другом. 3. Упрощение работы пользователя с файлами. Работа с файлами занимает достаточно большую часть времени от общей работы с компьютером, поэтому еще со времен DOS воз- никла необходимость оптимизировать эту работу. По сути, первым файловым менеджером явился Norton Commander. В ранних версиях Windows существовала специальная системная папка File Manager, которая позволяла работать с файлами, но не была достаточно удоб- ной. Главными средствами работы с файлами в более поздних вер- сиях Windows стали «Мой компьютер» и «Проводник». Однако и эти программы в полной мере не отвечают всем запросам пользова- телей, поэтому многие компании, занимающиеся разработкой про- граммного обеспечения, стали создавать собственные средства рабо- ты с файлами, которые получили название ф а й л о в ы х м е н е д- ж е р о в. По виду интерфейса все файловые менеджеры можно условно разделить на две группы:  типа «Проводник»;  типа Norton Commander. Наиболее ярким представителем первой группы является файло- вый менеджер Power Desk (рис. 17.1). Меню Панель инструментов Командная строка Рабочие панели 97 Рис. 17.1. Интерфейс Power Desk Каждая из двух рабочих панелей выполнена по принципу про- водника, поэтому Power Desk по сути представляет собой сдвоен- ный проводник. Программа очень удобна в работе, но стоит дорого, кроме того, отсутствует русскоязычная версия. Типичным представителем второй группы файловых менедже- ров является программа Total Commander (рис. 17.2). Рис. 17.2. Интерфейс Total Commander Этот вариант файловых менеджеров получил наибольшее распро- странение в Беларуси. В нем сохранены все возможности Norton Commander, а также введено много дополнительных средств работы с файлами, включая встроенный архиватор. Важным нововведением всех современных файловых менедже- ров является использование метода Drug & Drop, позволяющего с помощью графического манипулятора быстро осуществлять опера- ции копирования файлов. 4. Борьба с компьютерными вирусами. Компьютерным вирусом называется рукотворная программа, спо- собная самостоятельно создавать свои копии и внедряться в другие программы и системные области дисковой памяти компьютера, распространяться по каналам связи с целью прерывания и наруше- ния работы программ, порчи файлов, файловых систем и компонен- тов ПК, нарушения нормальной работы пользователя. По способу заражения среды обитания вирусы делятся:  на резидентные; Меню Панель инструментов Командная строка Рабочие панели 98  нерезидентные. Первые после завершения работы инфицированной программы остаются в оперативной памяти, продолжая свое вредоносное дей- ствие. Вторые удаляются из оперативной памяти после завершения работы инфицированной программы. По степени воздействия на компьютер вирусы можно разделить:  на опасные;  неопасные. По алгоритмам функционирования вирусы очень разнообразны, но среди них можно выделить такие основные группы, как:  паразитические – они изменяют содержимое файлов, могут быть легко обнаружены и уничтожены;  «черви», распространяющиеся через телекоммуникации и пе- реносящие с собой вредоносные программы;  «троянские программы», маскирующиеся под полезные и вы- полняющие свои вредоносные функции. Как правило, самостоятель- но размножаться не могут;  вирусы-невидимки, способные прятаться при проверке на вирус;  полиморфные (мутирующие), периодически видоизменяющие свой код, в результате чего их чрезвычайно сложно вычислить. Каналами проникновения вирусов в компьютер являются:  съемные носители;  компьютерные сети (особенно электронная почта). Для борьбы с компьютерными вирусами существуют специальные антивирусные программы. Как и сами вирусы, антивирусные програм- мы весьма разнообразны по принципу действия. Наиболее популяр- ными среди пользователей являются антивирусные программы-док- тора (Антивирус Касперского, Dr. Web, Norton Antivirus), которые не только выявляют вирусы, но и самостоятельно лечат зараженные участки дисковой памяти, избавляя пользователя от необходимости вникать в процесс обеспечения компьютерной безопасности. И в заключение рассмотрения компьютерных утилит хотелось бы отметить, что утилиты очень часто распространяются целыми пакетами или «утилитными офисами», включающими в себя целый набор полезных программ разной направленности. Наиболее извест- ным является набор системных утилит Norton Utilities компании Symantec. Основными его компонентами являются: 99  Norton Disk Doctor – проверка физического и логического со- стояния жесткого диска, а при необходимости – лечение;  Norton Speed Disk – дефрагментация жесткого диска;  Norton Win Doctor – оптимизация реестра;  Norton System Doctor – универсальная утилита;  Norton Recycle Bin – усовершенствованная корзина. Прикладные программы для Windows Как уже говорилось ранее, прикладные программы предназначе- ны для решения конкретных задач пользователя. Тематика этих про- грамм весьма разнообразна, и рассмотрение всех возможных разно- видностей приложений заняло бы слишком много времени. Как и утилиты, прикладные программы зачастую распространя- ются в виде пакетов, состоящих из нескольких приложений. В ре- зультате стоимость каждой из составляющих оказывается ниже, чем если бы их нужно было бы приобретать по отдельности. Классиче- ским примером таких пакетов является пакет прикладных программ Microsoft Office. Наиболее популярными среди пользователей в разное время бы- ли такие версии этого пакета, как Microsoft Office 97 и Microsoft Office 2003. Версии Microsoft Office XP и Microsoft Office 2000 не нашли широкого использования, а новая версия Microsoft Office 2007, по мнению многих, еще не является достаточно обкатанной для мас- сового использования. Рассмотрим этот пакет более подробно на примере версии Microsoft Office 2003. Полный пакет офисных программ Microsoft Office 2003 включает в себя следующие приложения:  Word 2003 – многофункциональный текстовый редактор, поз- воляющий выполнять следующие операции:  вводить, редактировать и форматировать текст;  создавать новый документ с помощью шаблона;  добавлять графические изображения и редактировать их;  автоматически проверять правописание;  автоматически корректировать часто повторяющиеся ошибки;  использовать стили быстрого форматирования;  включать в текст элементы, созданные в других приложениях MS Office; 100  автоматически создавать оглавления в документе;  создавать и редактировать таблицы и т. д. Как видно из приведенных выше функций, Microsoft Word явля- ется гораздо более сложной и функциональной программой по срав- нению с простейшими текстовыми редакторами, существовавшими во времена DOS.  Excel 2003 позволяет создавать электронные таблицы, содер- жащие данные, диаграммы и графики.  Access 2003 представляет собой базу данных, предназначен- ную для хранения и обработки большого объема информации. База данных – это совокупность структур, предназначенных для хранения больших объемов информации и программных модулей, осуществляющих управление данными, их выборку, сортировку и другие подобные действия. Информация баз данных хранится в од- ной или нескольких таблицах. Любая таблица с данными состоит из набора однотипных записей, расположенных друг за другом. Они представляют собой строки таблицы, которые можно добавлять, уда- лять, редактировать. Однотипные поля разных записей образуют столбец таблицы. Записи одной таблицы могут содержать ссылки на данные дру- гой. Взаимодействие таблиц называется связью. Для обработки ин- формации, хранящейся в таблицах, служат следующие модули:  запросы – выборка данных, отвечающих определенным усло- виям;  формы – для форматирования информации;  отчеты – для вывода на печать оформленного списка записей;  Outlook 2003 – почтовый клиент и мощный органайзер, помо- гающий пользователю планировать рабочее время, выполнение те- кущих задач и многое другое;  PowerPoint 2003 помогает создать красочные, наглядно оформ- ленные мультимедийные презентации, которые могут использовать специалисты любых профессий. Посредством PowerPoint текстовая информация, картинки, видео- и аудиоклипы организуются в слайд- шоу для демонстрации в интерактивном режиме;  Publisher 2003 – набор дизайнерских средств и средств пуб- ликации для пользователей, желающих самостоятельно выпускать собственные материалы для их размещения в Интернете; 101  InfoPath 2003 предназначена для небольших и средних ком- паний. Программа используется для сбора различных данных с по- мощью разнообразных динамических форм;  FrontPage 2003 – инструмент для создания, редактирования и управления Web-сайтами;  OneNote 2003 предназначена для создания электронных заме- ток. С помощью этой программы удобно создавать электронные за- метки по поводу прочитанного материала, упорядочивать их и от- правлять по электронной почте;  Visio 2003 – популярное средство построения диаграмм, кото- рое позволяет создавать технические и бизнесс-диаграммы;  Project 2003 – мощный инструмент для управления процесса- ми, который дает возможность руководителям проектов планиро- вать работу своей компании, управлять календарными планами и ресурсами, создавать отчеты о ходе выполнения задач и т. д. Среди методоориентированных программ, популярных в Белару- си среди специалистов, следует отметить программы математиче- ского направления: MathCAD и MatLab. Эти программные пакеты предоставляют пользователю огромный набор инструментов для ре- шения различных математических задач. И в завершение рассмотрения данной темы обратимся к еще од- ной разновидности прикладных программ – приложениям для рабо- ты с графикой. Существуют два вида представления графической информации (рис. 17.3). Рис. 17.3. Классификация компьютерной графики Растровое изображение строится из множества мелких точек, каждая из которых имеет свой определенный цвет. Чем мельче каж- дая из точек, тем более высококачественным является изображение. Получают такие изображения с помощью сканирования или фото- графирования цифровым фотоаппаратом. Изображения получаются Компьютерная графика Растровая Векторная 102 очень реалистичными, но редактировать их чрезвычайно сложно. Еще один существенный недостаток растровых изображений – боль- шой занимаемый ими объем, особенно при высоком качестве. Основные форматы растровых изображений:  bmp – основной формат растровой графики. Изображения в нем хранятся в несжатом виде. Достаточно часто этот формат ис- пользуется для перевода изображений, созданных в редакторах век- торной графики в растровый формат;  tif – это формат профессиональной растровой графики. В нем изображения хранятся без компрессии, сохраняя все мельчайшие де- тали изображения. Любители используют этот формат крайне редко;  jpg – это компромиссный вариант между затраченными ресур- сами и качеством. В отличие от предыдущего формата здесь инфор- мация хранится в сжатом виде, что позволяет уменьшить занимае- мый объем памяти до десяти раз, однако при этом страдает каче- ство, особенно при сильном увеличении;  gif – формат растровой графики, отличающийся бедностью цветовой палитры (256 цветов), но благодаря этому получается суще- ственная экономия занимаемого изображением пространства памяти. Наиболее известные программы для редактирования растровой графики – это Paint и Adobe Photoshop. Векторный способ построения изображений существенно отли- чается от растрового. Векторная картинка строится из элементар- ных геометрических фигур-примитивов. Для каждой из этих фигур задаются координаты некоторых узловых точек. Полученное изоб- ражение не отличается высокой реалистичностью, а работа по его созданию является достаточно трудоемкой. Однако редактирование такого изображения оказывается достаточно простым, а объем, за- нимаемый таким изображением, минимален. Основными направле- ниями, в которых применяется векторная графика, являются:  компьютерное проектирование (черчение);  анимация. Наиболее популярные программы для создания и редактирова- ния векторной графики – это Auto CAD, Adobe Illustrator, Corel Draw, Splan. 103 Раздел 5. КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ Тема 18. Основы построения компьютерных сетей Компьютерные сети возникли как результат эволюции двух тех- нологий: компьютерной и телекоммуникационной. Можно дать сле- дующее определение: Компьютерная сеть – это совокупность компьютеров, коммуни- кационного оборудования и программного обеспечения, предназна- ченная для решения следующих задач:  совместное использование информационных ресурсов;  совместное использование оборудования и программного обес- печения;  централизованное администрирование и обслуживание;  передача информации между компьютерами на большое рас- стояние. Первыми прообразами компьютерных сетей явились многотерми- нальные мейнфреймы, которые широко использовались в 60-е годы XX века (рис. 18.1). Рис. 18.1. Многотерминальный мейнфрейм – прообраз компьютерной сети В такой системе каждому пользователю выделялся отдельный тер- минал, а машинное время разделялось между терминалами. При не- большом количестве работающих создавалось впечатление, что каждый работает с отдельным компьютером. Исторически первыми появились так называемые глобальные ком- пьютерные сети. Их появление было обусловлено необходимостью 104 обмена информацией на больших расстояниях. Поскольку прокла- дывать отдельные линии связи – удовольствие дорогое, для построе- ния первых сетей стали использовать существовавшие на то время телефонные линии. В 1969 году министерство обороны США инициировало работы по созданию единой компьютерной сети, которая бы объединила между собой основные оборонные и научно-технические центры. Так была создана сеть ARPANET. В дальнейшем эволюция компьютерных сетей была обусловлена эволюцией сетей телефонных. Так, с конца 60-х годов XX века начался переход на цифровую форму передачи голоса. Постепенно появились высокоскоростные цифровые каналы передачи информа- ции между автоматическими телефонными станциями – так называе- мые первичные сети. В связи с тем что телефонные компании часть своих линий стали сдавать в аренду, эти линии стали использоваться для построения высокоскоростных глобальных компьютерных сетей. Далее совершенствовалась компьютерная технология. Благодаря появлению ИМС, стало производиться большое количество так называемых мини-ЭВМ. Теперь любое предприятие могло купить мно-жество таких вычислительных машин, но все они работали ав- тономно. Для объединения ресурсов этих машин между собой, а также с ресурсами мейнфреймов стали создавать различные устрой- ства сопряжения. На рис. 18.2 представлен вариант объединения вычислительных ресурсов мейнфрейма и мини-компьютера. Рис. 18.2. Соединение локально расположенных компьютеров Мейнфрейм Мини-компьютер Устройство сопряжения Терминалы Терминалы 105 Каждое устройство сопряжения создавалось для соединения конкретных компьютеров между собой. Так появились первые ло- кальные компьютерные сети. Локальная сеть – это объединение взаимосвязанных между со- бой компьютеров, расположенных на небольшом удалении (не бо- лее 1 км) друг от друга. С появлением персональных компьютеров и совершенствованием сетевых технологий локальные сети стали строиться более универ- сально, без использования специальных сопрягающих устройств. В 1980-х годах различие между глобальными и локальными компьютерными сетями было довольно существенным. Прежде всего это выражалось в качестве линий, их протяженности, скорости пере- дачи информации. Однако постепенно эти различия стали сглажи- ваться. Началось взаимопроникновение сетей друг в друга или кон- вергенция. На сегодняшний день эти разновидности сетей тесно вза- имодей-ствуют друг с другом, например, локальные сети взаимодействуют между собой посредством глобальных сетей. Каким же образом осуществляется объединение компьютеров в сеть? В случае взаимодействия между собой двух компьютеров их взаи- мосвязь осуществляется аналогично связи компьютера с периферий- ным устройством. В случае же когда в сеть объединяются три и бо- лее машин, важным является вопрос выбора конфигурации их фи- зической связи или топологии. Топология – это конфигурация графа, вершинам которого соот- ветствуют конечные узлы сети, а ребрам – физические связи между узлами. Число возможных связей между компьютерами резко возрастает с ростом количества компьютеров, объединяемых в сеть. С точки зрения надежности лучше иметь как можно больше связей, однако по соображениям экономичности слишком много связей делать не- желательно. Все возможные конфигурации связей можно разделить на две большие группы:  полносвязные;  неполносвязные. Полносвязная топология (рис. 18.3, а) образуется в том случае, если каждый компьютер сети напрямую связан с остальными лини- ями связи. В большинстве случаев такая топология оказывается из- 106 быточной и неэкономичной, так как число линий связи N при n уз- лах будет составлять 2 )1(nn N . Гораздо чаще на практике используют разновидности неполно- связных топологий, представленных на рис. 18.3, б–е. Рис. 18.3. Топологии физических связей: а – полносвязная; б – ячеистая; в – кольцевая; г – звездообразная; д – иерархическая; е – с общей шиной а б в г д е 107 При кольцевой топологии (рис. 18.3, в) информация передается по кругу, при этом есть резервирование связей (можно передавать как по, так и против часовой стрелки). В случае звездообразной то- пологии (рис. 18.3, г) роль центрального элемента может играть или компьютер, или специальное устройство – концентратор. В случае если несколько концентраторов иерархически объединяются между собой, получают иерархическую структуру (рис. 18.3, д). Топология с общей шиной (рис. 18.3, е) хороша тем, что ее достаточно легко расширять, добавляя новые элементы, основными же недостатками являются низкая надежность и малая производительность. В крупных сетях, как правило, объединяются мелкие связи с раз- ными топологиями. При этом получают так называемую смешан- ную топологию. Организация работы компьютерной сети – задача довольно сложная, требующая многоуровневого подхода. Для решения этой задачи в ISO (International Organization of Standardization) была разработана модель взаимодействия открытых систем (OSI – Open System Interconnection). Эта модель включает в себя семь уровней взаимодействия. 1. Прикладной – управление терминалами сети и прикладными процессами, которые являются источниками и потребителями ин- формации, передаваемой в сети. 2. Представления – интерпретация и преобразование передавае- мых данных к виду, удобному для прикладных процессов. 3. Сеансовый – организация сеансов связи между прикладными процессами в сети. 4. Транспортный – управление сегментированием данных (сег- мент – блок данных транспортного уровня) и сквозной передачей от источника потребителю. 5. Сетевой – управление логическим каналом передачи данных в сети. На этом уровне выполняется структуризация данных, раз- бивка на пакеты (пакет – блок данных сетевого уровня) и присвое- ние пакетам сетевых адресов. 6. Канальный – формирование логического канала передачи дан- ных между элементами сети и управление им. Управление здесь осу- ществляется на уровне кадров (кадр – блок данных канального уровня). 7. Физический – управление выполняется на уровне битов (им- пульсы при цифровой передаче; амплитуда, частота, фаза – при аналоговой). 108 При передаче информации каждый уровень снабжает передавае- мые данные заголовком и концевиком своего уровня. Заголовок вы- шестоящего уровня воспринимается нижестоящим как передаваемые данные. Структура упаковки данных представлена на рис. 18.4. Рис. 18.4. Упаковка данных в модели OSI: з1, з2, з3 – заголовки соответствующих уровней; к1, к2, к3 – концевики соответствующих уровней Для каждого из уровней существует свой протокол взаимодей- ствия, то есть набор правил, регламентирующих принципы взаимо- действия между элементами сети на определенном уровне семиуров- невой модели OSI. Определенная сетевая технология предоставляет свой стек (то есть набор) протоколов разных уровней. Наиболее известным на сегодняшний день является стек прото- колов TCP/IP. Его важной особенностью является то, что он спосо- бен организовать взаимодействие между компонентами, входящими в состав различных сетей. Основу протокола TCP/IP составляют два протокола:  TCP – Transfer Control Protocol, работающий на транспортном уровне модели OSI;  IP – Internet Protocol, работающий на сетевом уровне модели OSI. Трем верхним уровням модели OSI в стеке протоколов TCP/IP соответствуют протоколы: HTTP (Hyper Text Transfer Protocol), SMTP (Sample Mail Transfer Protocol), FTP (File Transfer Protocol), а ниж- ние уровни (канальный и физический) не регламентируются. По- следнее обстоятельство позволяет стеку протоколов TCP/IP функ- ционировать как бы поверх большинства известных существующих сетевых технологий. данные данные з1 к1 данные з1 к1 з2 к2 данные з1 к1 з2 к2 з3 к3 I уровень II уровень III уровень 109 Адресация в компьютерных сетях Адресация компьютеров (или адресация интерфейсов) – это очень важный момент в организации сети, поскольку адресация отвечает за идентификацию каждого отдельного интерфейса. Множество всех адресов, которые являются допустимыми в рамках некоторой схемы адресации, называется адресным пространством. Адресное пространство может быть плоским или иерархическим. На рис. 18.5 приведена классификация способов адресации в сетях. Рис. 18.5. Классификация способов адресации Плоские (или аппаратные) адреса применяются только в ло- кальных сетях для идентификации отдельного компьютера. Приме- ром являются так называемые MAC-адреса. Такой адрес определя- ется аппаратной частью сетевого оборудования, занимает 6 байт и записывается последовательностью шестнадцатеричных чисел, например: 00-81-25-F6-A3-12. В крупных сетях более удобно использовать так называемые иерархические адреса, когда адресное пространство организовано в виде вложенных в друг друга подгрупп, которые последовательно сужая адресуемую область в итоге приводят к уникальному интер- фейсу компьютера. Примером числовых иерархических адресов являются IP-адреса. В них применяется двухуровневая адресация: адрес сети и адрес узла. IP-адрес занимает 4 байта и записывается обычно в виде четырех де- сятичных чисел, разделяемых точкой, например: 195.220.80.91. Для разделения номера сети и номера узла все пространство IP-адресов Сетевые адреса плоские иерархические числовые символьные 110 было разбито на пять групп: A, B, C, D, E, в каждой из которых на номер сети и номер узла отводится разное количество бит. Символьные адреса предназначены для запоминания их человеком, поэтому они несут смысловую нагрузку. Они удобны для людей, но неудобны при передаче по сети из-за большой битовой длины. В современных глобальных сетях применяется доменная система имен, имеющая древообразную структуру, подобную структуре фай- лов, каталогов и дисков на компьютере (рис. 18.6). Рис. 18.6. Древообразная структура доменной системы имён Полный адрес домена записывается следующим образом: b132.b13.b1. Корневой домен управляется централизованно, а доме- ны верхнего уровня обозначают либо название государства, либо тип организации: by – Беларусь; ru – Россия; ua – Украина; uk – Великобритания; com – коммерческие организации; edu – образовательные структуры; gov – правительственные структуры; org – некоммерческие организации. В некоторых случаях домены организаций оказываются поддо- менами государственных. Некоторые примеры доменных адресов: minsk.gov.by, home.microsoft.com, mail.mmt.ru. Для сопоставления символьных доменных имен с IP-адресами существует специальная служба DNS (Domain Name System). Корень a1 b1 d1 b11 b12 b13 b132 b131 a11 a12 d11 d12 поддомены I уровня поддомены II уровня 111 Тема 19. Аппаратные средства компьютерных сетей В настоящее время процесс обработки информации в любой от- расли просто немыслим без постоянного обмена ею между компью- терами. Наиболее эффективно и быстро этот обмен осуществляется посредством компьютерных сетей. Остановимся подробнее на том, как осуществляется связь между отдельными вычислительными машинами. Суть связи состоит в непрерывном обмене информацией. Обоб- щенная структура автоматизированной системы передачи информа- ции (не только между компьютерами) представлена на рис. 19.1. Рис. 19.1. Структура автоматизированной системы передачи информации В систему передачи (СП) не входят источник и потребитель инфор- мации. Они являются абонентами системы. Как видно из рис. 19.1, система передачи информации включает в себя канал связи, передат- чик и приемник. Передатчик преобразует информацию в сигнал, ис- пользуемый в данном канале связи, а приемник осуществляет обратное преобразование. Поскольку в общем случае канал связи подвержен влиянию помех, в задачу приемника входит еще и коррекция ошибок. Канал связи (КС) организуется в линии связи (ЛС). Линия связи представляет собой физическую среду для распространения сигна- ла. В одной линии связи может быть организовано несколько кана- лов связи. Основной характеристикой канала связи является его пропускная способность, которая представляет собой максимальный объем ин- формации, который может быть передан по каналу связи в единицу времени. Измеряется пропускная способность в битах в секунду Канал связи Источник информации Потребитель информации Передатчик Приёмник помехи СП 112 (бит/с). Следует отметить, что пропускная способность зависит как от качества самой линии связи (полоса пропускаемых частот, нали- чие помех), так и от способа передачи данных по каналу. Каналы связи можно проклассифицировать по нескольким при- знакам. Основными являются следующие. 1. По физической природе каналы связи подразделяются:  на механические – для передачи материальных носителей;  акустические – для передачи информации с помощью звуко- вых волн;  оптические – для передачи информации посредством свето- вых лучей;  электрические – для передачи информации с помощью элек- трических сигналов. В современных системах передачи информации используют оп- тические и электрические каналы связи, которые, в свою очередь, бывают двух видов:  проводные (электрические кабели и световоды);  беспроводные (радио- и инфракрасные каналы). 2. По форме представления информации каналы связи бывают:  аналоговые (узкополосные), в них информация передается в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины;  цифровые (широкополосные), здесь информация представлена в виде дискретных импульсных сигналов той или иной природы. 3. В зависимости от пропускной способности принимают сле- дую-щее разделение каналов связи:  низкоскоростные – скорость передачи данных до 200 бит/с. Это телеграфные каналы связи;  среднескоростные – скорость передачи данных от 300 до 56 000 бит/с. Это аналоговые телефонные каналы связи;  высокоскоростные – скорость передачи данных в них превы- шает 56 000 бит/с. 4. В зависимости от направления передачи информации:  симплексные, передающие информацию только в одном направлении;  полудуплексные, передающие информацию в обоих направ- лениях, но попеременно;  дуплексные, передающие информацию одновременно в обоих направлениях. 113 Вернемся к структуре, представленной на рис. 19.1. Функции пе- редатчика и приемника в случае обеспечения связи между компью- терами выполняют два вида устройств:  модем – при передаче информации через какую-либо суще- ствующую телекоммуникационную сеть (например, телефонную, теле-визионную);  сетевой адаптер – при передаче информации через локальную компьютерную сеть. Модемы Модем (МОдулятор – ДЕМодулятор) – это устройство прямого и обратного преобразования сигналов к виду, принятому для исполь- зования в определенном канале связи. Модемы бывают аналоговые и цифровые. Предназначены они для одноименных разновидностей каналов передачи информации. 1. Аналоговые модемы. Основной задачей аналоговых модемов является: при передаче – преобразование цифрового кода (широкополосный сигнал) в анало- говый (узкополосный) сигнал; при приеме – обратное преобразова- ние сигнала и фильтрация помех. Преобразование цифрового кода в аналоговый сигнал обычно связано с модуляцией. Модуляция – это изменение какого-либо параметра сигнала (мо- дулируемый сигнал) в соответствии с текущим значением передава- емых данных (модулирующий сигнал). Соответственно демодуля- ция – обратное преобразование. В современной технологии связи чаще всего применяют три ви- да модуляции:  частотная (FSK – Frequency Shift Keying); в функции модули- рующего сигнала изменяется частота модулируемого (обычно сину- соидального) сигнала при постоянной его амплитуде (рис. 19.2, а);  фазовая (PSK – Phase Shift Keying) – при неизменной частоте и амплитуде в функции модулирующего воздействия меняется фаза сигнала (рис. 19.2, б);  квадратурно-амплитудная (QAM – Quadrature Amplitude Modu- lation) – в соответствии с модулирующим сигналом изменяются одно- временно амплитуда и фаза модулируемой синусоиды (рис. 19.2, в). 114 Данный вид модуляции заменил амплитудную, которая сильно под- вержена влиянию помех. Рис. 19.2. Виды модуляции сигналов: – исходный сигнал; – модулированный сигнал Важным понятием при обмене информацией между компьюте- рами является протокол передачи данных. Он представляет собой совокупность правил, регламентирующих формат данных и проце- дуры их передачи в канале связи, в частности, протоколом опреде- ляется используемый вид модуляции. Стандарты протоколов для аналоговых каналов связи устанавли- ваются организацией МККТТ – Международным консультативным ко- митетом по телеграфии и телефонии (недавно он был переименован в Международный союз телекоммуникаций). Наиболее известные стан- дарты протоколов, установленные МККТТ, приведены в табл. 19.1. Таблица 19.1 Наиболее известные стандарты протоколов, установленные МККТТ Код протокола V.21 V.22 V.32 V.34 V.90 V.92 Год появления 1964 1982 1987 1994 1998 2001 Максимальная ско- рость передачи, бит/с 300 1 200 9 600 28 800 56 000 56 000 Вид модуляции FSK PSK QAM QAM QAM QAM Принцип работы аналогового модема удобнее всего рассмотреть с помощью его структурной схемы (рис. 19.3). а б в 115 Рис. 19.3. Структура аналогового модема Основными элементами аналогового модема являются:  ЦСП – цифровой сигнальный процессор. Он руководит про- цессом подготовки информации, производит ее разбивку на пакеты в соответствии с протоколом передачи данных;  Контроллер – устройство, осуществляющее сжатие инфор- мации и коррекцию ошибок (когда информация приходит по каналу связи);  КоДек – кодер/декодер. Он выполняет очень важную функцию – перевод информации из цифровой формы в аналоговую или наоборот. По виду исполнения различают модемы:  внутренние, подключающиеся к системной шине ПК;  внешние, выполняемые в виде отдельного устройства, подклю- чаемого к ПК через порт COM или USB. Внешние модемы зачастую кроме основной выполняют еще и функции факса или автоматического определителя номера. 2. Цифровые модемы. Сразу следует отметить, что название модем для этих устройств является не совсем корректным, так как собственно модуляции они не осуществляют, а являются лишь пе- редатчиками и приемниками цифровой информации. Входным и выходным сигналом в них является последовательность импульсов. Каких-либо стандартов протоколов и скоростей передачи для циф- ровых модемов пока не разработано. Цифровые модемы различаются в зависимости от конкретной технологии цифровой связи. Выделяют две основные разновидно- сти модемов для цифровых каналов связи.  ISDN (Integrated Services Digital Network – цифровая сеть с инте- грацией услуг). Эти модемы бывают внутренними и внешними. Внут- ренние подключаются к шине PCI, внешние – к порту USB. Скорость передачи информации по базовому каналу составляет 64 кбит/с (от- правляется по 8 бит каждые 125 мкс), но при мультиплексировании каналов эту скорость удается увеличивать в разы.  xDSL (Digital Subscriber Line – цифровая абонентская линия). Эти модемы обеспечивают высокоскоростную передачу данных на ЦСП Контроллер КоДек ПК Аналоговый канал связи 116 пути от абонента до АТС. Основные разновидности: HDSL, SDSL, ADSL. Наилучшими скоростными показателями отличается техно- логия ADSL (Asynchronous DSL). Суть этой технологии заключается в разделении всего частотного диапазона сигнала на три части:  низкочастотный диапазон (до 4 кГц) – для передачи голоса;  среднечастотный диапазон (4–200 кГц) – для передачи ин- формации от компьютера в сеть;  высокочастотный диапазон (200 кГц–1000 МГц) – для переда- чи информации от сети к компьютеру. Скорость передачи данных в таких каналах связи будет различаться в зависимости от направления передачи информации: до 384 кбит/с при передаче и до 7 Мбит/с при приеме. Следует отметить, что с ростом расстояния от абонента до АТС скорости будут существен- но снижаться. В зависимости от того какая линия используется для передачи информации, различают следующие виды цифровых модемов:  модемы для работы через телефонную сеть;  модемы для работы с сетями через коммуникации кабельного телевидения;  модемы для работы через сеть сотовой связи;  модемы для работы через оптоволоконные каналы;  радиомодемы для приема информации через спутник;  модемы для обмена информацией через сеть электропитания (эта технология уже внедряется в США). Сетевые адаптеры Сетевой адаптер (сетевая карта) – это устройство, предназна- ченное для обмена информации между вычислительными машина- ми в локальной компьютерной сети. Основная функция сетевого адаптера – преобразование параллельного интерфейса, используе- мого внутри вычислительной машины, в последовательный интер- фейс передачи данных по каналу связи. Сетевые адаптеры обычно располагаются внутри системного бло- ка компьютера и подключаются к системной шине (PCI). Дешевые сетевые адаптеры основную часть своей работы перекладывают на центральный процессор ПК, что замедляет его работу, поэтому в мощных серверах обычно используются более дорогие адаптеры, имеющие свой собственный процессор. 117 Основными характеристика сетевых адаптеров являются:  установленная микросхема контроллера;  разрядность (8-, 16-, 32- или 64-битовые);  скорость передачи данных (от 10 Мбит/с до 10 Гбит/с);  тип подключаемого кабеля (коаксиальный кабель, витая пара, волоконно-оптический кабель);  поддерживаемые технологии компьютерных сетей (Ethernet, FDDI, Token Ring). Устройства межсетевого интерфейса Создать компьютерную сеть, в которой компьютеры бы соеди- нялись между собой напрямую (через сетевые адаптеры), сегодня достаточно сложно, а существующие подобные сети являются, по- жалуй, исключением. Основными устройствами, которые обеспечи- вают взаимодействие компьютеров в сетях сегодня являются:  повторители;  концентраторы;  мосты;  маршрутизаторы;  шлюзы. Рассмотрим эти устройства по порядку. 1. Повторитель – устройство, предназначенное для регенерации сигнала, то есть усиления его по мощности и улучшения его формы. В результате передаваемый сигнал становится более устойчивым к помехам, а следовательно, может быть передан на большее расстоя- ние. Повторитель функционирует на канальном уровне модели OSI. 2. Концентратор выполняет те же функции, что и повторитель, но вдобавок он, имея большое количество входных портов, позволяет создавать звездообразные и иерархические топологии сети. 3. Мост описывается протоколом сетевого уровня. Он регулирует передачу данных между сетями, использующими одинаковые про- токолы передачи на сетевом и более высоких уровнях. Мост может соединять сети различных топологий. 4. Маршрутизатор работает на транспортном уровне протоко- лов модели OSI. Он обеспечивает соединение логически не связан- ных сетей с одинаковыми протоколами на сеансовом и более высо- ких уровнях. Маршрутизатор анализирует сообщение, определяет 118 его дальнейший оптимальный путь, выполняет некоторые прото- кольные преобразования для согласования сетей. 5. Шлюз – это наиболее сложные из перечисляемых устройств. Они способны объединять сети, использующие различные протоко- лы на всех уровнях модели OSI. Мосты, маршрутизаторы и шлюзы обычно представляют собой специально выделенные компьютеры со специальным программным обеспечением и дополнительной связной аппаратурой. Тема 20. Разновидности компьютерных сетей Компьютерные сети классифицируют в основном по территории, охватываемой ими: на локальные (LAN – Local Area Network); глобальные (WAN – Wide Area Network). Локальная сеть обычно объединяет компьютеры в пределах од- ного здания или нескольких близко стоящих зданий для предостав- ления пользователям доступа к информационным услугам локаль- ных серверов и для централизованного доступа этих компьютеров в глобальную компьютерную сеть. Основными технологиями локальных сетей на сегодняшний день являются Ethernet (Fast Ethernet (до 100 Мбит/с), Gigabit Ethernet (до 1000 Мбит/с) и 10G-Ethernet (до 10000 Мбит/с)), Token Ring, FDDI. Сразу отметим, что на сегодня преобладающими являются техноло- гии семейства Ethernet. Локальные сети в основном строятся по топологиям «звезда», «общая шина» (Ethernet) и «кольцо» (Token Ring, FDDI). Для пере- дачи информации в них используется принцип разделяемой среды, то есть в каждый конкретный момент времени передачу информа- ции осуществляет только один элемент сети. В качестве среды рас- пространения сигнала используются: коаксиальный кабель; кабель «витая пара»; оптоволоконный кабель; радиосреда. Наиболее распространенной является схема соединения компью- теров в сеть через концентратор (стандарт 10Base-T) (рис. 20.1). 119 Рис. 20.1. Структура локальной сети (стандарт 10Base-T): 1 – персональные компьютеры; 2 – сетевые адаптеры; 3 – кабели «витая пара» Сетевой адаптер обычно встраивается в системный блок ПК и служит для согласования внутреннего интерфейса ПК с интерфей- сом канала связи. Концентратор обеспечивает возможность физиче- ского соединения элементов в «звезду», а также улучшает характе- ристики сигналов. Важным недостатком разделяемой среды является ее плохая масштабируемость. Иными словами, при увеличении количества элементов сети скорость передачи информации значительно снижа- ется. Решается эта проблема в случае необходимости объединения большого числа компьютеров за счет использования коммутируе- мых локальных сетей. Суть коммутируемой локальной сети заключается в сегментиро- вании единой разделяемой среды на несколько частей и объедине- нии этих частей с помощью специального устройства – моста или коммутатора (рис. 20.2). Рис. 20.2. Коммутируемая локальная сеть Коммутатор отличается от моста тем, что в нем для каждого выходного порта есть свой отдельный процессор, за счет чего он работает более эффективно. Концентратор 1 1 1 2 2 2 3 3 3 Разделяемая среда 1 Разделяемая среда 2 Коммутатор (мост) Разделяемая среда 3 120 Глобальные сети, как правило, предназначены для передачи ин- формации на большие расстояния (сотни и тысячи километров). Оче- видно, что в таких случаях строительство специальных линий связи было бы невыгодным, поэтому для передачи информации глобаль- ные сети в основном используют существующие сети телекоммуни- кации. По сравнению с локальными в глобальных сетях скорости пе- редачи ниже, а площадь охвата больше. Наиболее известными техно- логиями глобальных сетей являются X.25, ATM, Frame Relay. Всемирная компьютерная сеть Internet Отдельно следует упомянуть сеть Internet. По сути Internet – это сеть сетей. Она объединяет в себе локальные и глобальные сети са- мых различных технологий. Важным событием, предопределившим главенство Internet над другими сетями, стало изобретение в 1991 году гипертекстовой службы WWW (World Wide Web – всемирная паутина), благодаря чему значительно упростился доступ к инфор- мации самого разного вида, расположенной на компьютерах в раз- ных концах земного шара. Основные функции сети Internet:  информационная – оперативное получение опубликованной информации;  коммуникационная – с помощью средств интерактивного обще- ния пользователей, удаленных друг от друга на тысячи километров;  рекламная – возможность размещения рекламы;  совещательная – возможность обсуждения важных вопросов с коллегами со всего мира;  развлекательная – на Internet-серверах находится множество мультимедийной информации;  компьютерная – возможность приобретения компьютерных программ через Internet. Четко выделить структуру сети Internet достаточно сложно. Она состоит из множества локальных, глобальных сетей, а также инди- видуальных компьютеров по всему миру. Очевидно, что конфигу- рация сети будет достаточно запутанной. Единого управления в Internet не существует, есть лишь ряд органов, координирующих общие стандарты сети. 121 Доступ в сеть Internet обеспечивают так называемые поставщики услуг Internet (ISP – Internet Service Provider). Они, в свою очередь, бывают двух видов:  магистральные;  региональные. Магистральные ISP являются аналогом транснациональных опе- раторов связи. Они имеют высокоскоростные линии связи, которые соединяют между собой страны и континенты. Региональные ISP действуют в рамках конкретного региона, за- ключив договоры с одним из магистральных ISP и несколькими ре- гиональными и соответствующим образом настроив свое коммута- ционное оборудование. Доступ обычных пользователей, небольших локальных сетей и корпоративных клиентов в Internet осуществляется через ISP на коммерческой основе. Следует отметить, что стоимость услуг до- ступа в сеть Internet в настоящее время сравнительно невысока. Таким образом, с уверенностью можно сказать, что в ближайшее время область задач, решаемых при помощи сети Internet, будет увеличиваться. В связи с общемировой тенденцией к интегрирова- нию различных услуг всемирная сеть Internet уже достаточно скоро может стать единой инфокоммуникационной сетью, которая будет предоставлять пользователям по всему миру все известные комму- никационные и информационные услуги. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Фигурнов, В.Э. IBM PC для пользователя. Краткий курс / В.Э. Фигурнов. – 7-е изд. – М.: ИНФРА-М, 2003. – 480 с. 2. Бройдо, В.Л. Архитектура ЭВМ и систем: учебник для вузов / В.Л. Бройдо, О.П. Ильина. – СПб.: Питер, 2006. – 718 с. 3. Леонтьев, В.П. Новейшая энциклопедия персонального ком- пьютера / В.П. Леонтьев. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: ОЛМА- ПРЕСС, 2003. – 957 с. 4. Олифер, В.Г. Компьютерные сети. Принципы, технологии, про- токолы: учебник для вузов / В.Г. Олифер. – 3-е изд. – СПб.: Питер, 2009. – 958 с. 5. Павлович, С.Н. Вычислительная техника и программирова- ние: учебно-методическое пособие для студентов специальности 122 21.05 «Электропривод и автоматизация промышленных установок и технологических комплексов»: в 2 ч. / С.Н. Павлович. – Минск: БГПА, 1995. – Ч. 2: Цифровые вычислительные машины. – 88 с. 6. Информатика. Базовый курс / под ред. С.В. Симановича. – 2-е изд. – СПб.: Питер, 2006. – 640 с. 123 Учебное издание МИРОНОВИЧ Артем Викторович ИНФОРМАТИКА Конспект лекций для студентов специальности 1-53 01 05 «Автоматизированные электроприводы» В 2 частях Часть 1 ОСНОВЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ Редактор Т.Н. Микулик Компьютерная верстка Н.А. Школьниковой Подписано в печать 31.12.2010. Формат 60 841/16. Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Гарнитура Таймс. Усл. печ. л. 7,09. Уч.-изд. л. 5,45. Тираж 100. Заказ 835. Издатель и полиграфическое исполнение: Белорусский национальный технический университет. ЛИ № 02330/0494349 от 16.03.2009. Проспект Независимости, 65. 220013, Минск.