Ответы на билеты (1-ый семестр ВФ). 1. Определение информатики, составные части и краткая история развития 3
 Скачать 1.09 Mb.
|
|
Виды передачи данных в сетях: 1. По выделенным каналам связи. В этом случае прокладывается канал связи между абонентами. Выделенные каналы связи позволяют построить сеть наиболее простую по управлению и наиболее дорогую по затратам. Достоинством этого вида связи является передача сигналов в режиме реального времени. Однако коэффициент полезного действия этого режима очень низок: 3-6%. Обеспечить занятость этого канала невозможно. В настоящее время выделенные каналы используются только в системах военного назначения. 2. Коммутация каналов. Пришла из телефонной сети. При большом числе пунктов коммутации задача установления соединений является очень сложной и длительной. Достаточно одному тракту в сети быть занятым и приходится вводить набор заново. После того, как соединение состоялось, идет передача данных. КПД этого режима где-то порядка 10%. Повышенная эффективность связана с тем, что отдельные части маршрута после освобождения используются в других соединениях. Здесь возможен режим реального времени, но перегрузка в сети может препятствовать соединению. Достоинство: можно использовать телефонную сеть. 3. Коммутация сообщений. Предполагает установление соединений и тут же передачу ее целиком. Снижает основной недостаток предыдущего метода. Этот метод предполагает оснащение узлов коммуникационными машинами с развитой верхней памятью. Передача идет не в режиме реального времени, а по мере освобождения и готовности пунктов к приему данных. Время передачи может быть достаточно длинным, но загружаемость каналов связи более полной. КПД – 30%. Этот способ передачи данных позволяет довести КПД до 50%. Этот режим передачи данных является более гибким. Он позволяет передавать пакет сообщений одновременно по многим направлениям параллельно, однако при этом возможно перемешивание сообщений в пакете, что требует дополнительных сортировок при восстановлении получаемого пакета. Кроме того, этот метод допускает мультиплексирование за счет передачи на отдельных участках сообщений из разных исходных пакетов в один промежуточный пакет. Передача данных в любом из режимов осуществляется двумя режимами: 1 режим – дейтаграммный. 2 режим – “виртуальный канал”. 1 режим предполагает, что все сообщения в пакетах не связаны друг с другом и передаются как независимые объекты. В результате этого каждое сообщение может идти к получателю своим маршрутом. Получатель из принятых сообщений получает требуемый пакет после сортировки по заголовкам, этот метод очень простой по реализации – в современных ЭВМ называют электронная почта, однако при передаче возможна потеря отдельных фрагментов. 2 режим “виртуальный канал” требует передачи данных в виде цепочки связанных в единый пакет. Порядок поступления сообщений строго регламентирован. Потери информации недопустимы. Организация виртуального канала более сложная. Модем – устройство преобразования цифровых сигналов в аналоговые и наоборот. Преобразование это необходимо (по крайней мере, в настоящее время) при использовании телефонных линий связи общего назначения, приспособленных к передаче аналоговых сигналов звуковой частоты (т.е. модулированного электрического тока). Основные характеристики модема: максимальная скорость передачи данных; устойчивость связи на плохих линиях; протоколы сжатия данных и коррекции ошибок; возможность обновления микропрограмм в ПЗУ модема. По видам передаваемой информации бывают следующие разновидности модемов: только для обмена данными между компьютерами; факс-модемы (передача данных + прием-передача факсов); факс-голос-модемы. По компоновке различают внутренние (устанавливаемые в слот материнской платы PCI) и внешние модемы, подключаемые к системному блоку через COM-порт или USB-разъем. Наличие на внешних модемах светодиодов индикации делает их немного удобнее в эксплуатации.
Глобальные сети объединяют абонентов, удаленных друг от друга на значительное расстояние, часто находящихся в различных странах или на разных континентах. Взаимодействие между абонентами такой сети может осуществляться на базе телефонных линий связи, систем радиосвязи и даже спутниковой связи. Объединение глобальных, региональных и локальных вычислительных сетей позволяет создавать многосетевые иерархии. Они обеспечивают мощные, экономически целесообразные средства обработки огромных информационных массивов и доступ к неограниченным информационным ресурсам. Локальные вычислительные сети могут входить как компоненты в состав региональной сети, региональные сети — объединяться в составе глобальной сети и, наконец, глобальные сети могут также образовывать сложные структуры. Именно такая структура принята в наиболее известной и популярной сейчас всемирной суперглобальной информационной сети Интернет. Из-за большой протяженности каналов связи построение требует очень больших затрат, поэтому глобальные сети чаще всего создаются крупными телекоммуникационными компаниями для оказания платных услуг абонентам. Такие сети называют общественными или публичными. Но в некоторых случаях WAN создаются как частные сети крупных корпораций. Абонентами WAN могут быть ЛВС предприятий, географически удаленные друг от друга, которым нужно обмениваться информацией между собой. Кроме того, отдельные компьютеры могут пользоваться услугами WAN для доступа как к корпоративным данным, так и к публичным данным Internet. Практически все услуги Internet построены на принципе клиент-сервер. Обмен информацией между серверами сети осуществляется по высокоскоростным каналам связи или магистралям. Отдельные пользователи подключаются к сети через компьютеры местных поставщиков услуг Интернета, Internet-провайдеров (Internet Service Provider – ISP), которые имеют постоянное подключение к Интернет. Региональный провайдер подключается к более крупному провайдеру национального масштаба, имеющего узлы в различных городах страны. Сети национальных провайдеров объединяются в сети транснациональных провайдеров или провайдеров первого уровня. Объединенные сети провайдеров первого уровня составляют глобальную сеть Internet. Услуги: электронная почта; телефония; передача файлов; терминальный доступ для интерактивной работы на удаленном компьютере; глобальная система телеконференций; справочные службы.
Все современные локальные сети делятся на два вида: Одноранговые локальные сети – это сеть равноправных компьютеров (рабочих станций), каждый из которых имеет уникальное имя и пароль для входа в компьютер. В одноранговой сети каждая рабочая станция может разделить все ее ресурсы с другими рабочими станциями сети. Рабочая станция может разделить часть ресурсов, а может вообще не предоставлять никаких ресурсов другим станциям. Иерархические локальные сети – локальные сети, в которых имеется один или несколько специальных компьютеров – серверов, на которых хранится информация, совместно используемая различными пользователями. Иерархические локальные сети – это, как правило, ЛВС с выделенным сервером, но существуют сети и с невыделенным сервером. В сетях с невыделенным сервером функции рабочей станции и сервера совмещены. Топологии: Шинная топология – используют линейный моноканал (коаксиальный кабель) передачи данных, на концах которого устанавливаются оконечные сопротивления (терминаторы). Каждый компьютер подключается к коаксиальному кабелю с помощью Т-разъема (Т-коннектор). Данные от передающего узла сети передаются по шине в обе стороны, отражаясь от оконечных терминаторов. Терминаторы. используются для гашения сигналов, которые достигают концов канала передачи данных. Таким образом, информация поступает на все узлы, но принимается только тем узлом, которому она предназначается. Топология "дерево" представляет собой более развитую конфигурацию типа "шина". Присоединение нескольких простых шин к общей магистральной шине происходит через активные повторители или пассивные размножители. Топология типа “звезда” – каждая рабочая станция подсоединяется кабелем (витой парой) к концентратору или хабу. Концентратор обеспечивает параллельное соединение ПК и, таким образом, все компьютеры, подключенные к сети, могут общаться друг с другом. Данные от передающей станции сети передаются через хаб по всем линиям связи всем ПК. Информация поступает на все рабочие станции, но принимается только теми станциями, которым она предназначается. Топология кольцо – все узлы соединены каналами связи в неразрывное кольцо (необязательно окружность), по которому передаются данные. Выход одного ПК соединяется со входом другого ПК. Начав движение из одной точки, данные, в конечном счете, попадают на его начало. Данные в кольце всегда движутся в одном и том же направлении. Принимающая рабочая станция распознает и получает только адресованное ей сообщение. Наиболее известны и распространены три конкретные реализации методов доступа: Метод доступа Ethernet обеспечивает высокую скорость и высокую надежность передачи данных. Используется топология "общая шина", поэтому все сообщения, посылаемые каждым отдельным компьютером, принимаются всеми остальными компьютерами в сети, однако в сообщении обязательно указан адрес станции назначения и адрес отправителя, поэтому принимает его только станция назначения. Перед началом передачи станция определяет, свободен ли канал связи, и если свободен – начинает передачу. Возможна одновременная передача сообщений двумя и более станциями. В этом случае станции на короткое время задерживают передачу, а затем возобновляют. В середине 90-х этот метод получил развитие – FastEthernet. Основными достоинствами технологии Fast Ethernet являются: увеличение пропускной способности сегментов сети до 100 Мб/c; сохранение метода случайного доступа Ethernet; сохранение звездообразной топологии сетей и поддержка традиционных сред передачи данных – витой пары и оптоволоконного кабеля. Метод доступа ArcNet. Оборудование ArcNet заметно дешевле, чем оборудование Ethernet или Token Ring. ArcNet применяется в локальных сетях с топологией "звезда". Один из компьютеров создает сообщение специального вида (так называемый маркер), которое передается от одного компьютера к другому последовательно. При передаче обычного информационного сообщения от одной станции к другой очередная станция дожидается маркера и дополняет его этим сообщением, а также адресами отправителя и назначения. Когда отправленный пакет достигает станции назначения, информационное сообщение отделяется от маркера и передается станции. Метод TokenRing напоминает метод ArcNet: он использует сообщение-маркер, передаваемое от одной станции к другой; однако здесь есть возможность разным рабочим станциям назначать различные приоритеты. Этот метод доступа разработан фирмой IBM и предполагает топологию сети "кольцо".
Типичная ЛВС включает в себя пять основных компонентов: 1. Основным составляющим элементом сети является настольный ПК (к примеру IBM-совместимый компьютер или Macintosh) Его называют «клиентом» или «рабочей станцией». 2. Сервером обычно является высокопроизводительный ПК с жестким диском большой емкости. Он играет роль центрального узла, на котором пользователи ПК могут хранить свою информацию, печатать файлы и обращаться к его сетевым средствам. В одноранговых сетях выделенный сервер отсутствует. 3. Каждый компьютер сети, включая сервер, оснащен платой сетевого адаптера (сетевым интерфейсом, модулем, картой). Эти адаптеры связывают компьютер с сетевым кабелем (обеспечение интерфейсных функций, буферизация, формирование пакетов, кодирование, декодирование). Для построения сетей применяют 8-, 16- и 32-битовые сетевые платы. Сервер обычно оснащают 32-битовой картой. Для обычных рабочих станций используют недорогие 16-битовые. 4. Сетевые кабели связывают друг с другом сетевые компьютеры и серверы. В качестве сетевого кабеля могут применяться и телефонные линии. Основные типы сетевого кабеля: - Витая пара (twisted pair) — наиболее распространённый и дешёвый вариант канала (в наименьшей степени защищён от помех и возможностей несанкционированного доступа). Существует 5 категорий кабеля на основе витой пары, различающихся по электротехническим и высокочастотным характеристикам. Так, витая пара 5 категории используется в построении высокоскоростных ЛВС, она позволяет передавать информацию со скоростью 10 Мбит/с (либо 100 Мбит/с). Иногда используют экранированную витую пару, т.е. витую пару, помещенную в экранирующую оболочку. - Коаксиальный кабель – используется, как правило, в сетях Ethernet, имеет лучшие высокочастотные характеристики и помехозащищённость по сравнению с витой парой. Это устаревшая технология, т.к. более быстрые протоколы Ethernet требуют использования вытой пары. - Оптоволоконные линии — наиболее дорогой тип кабеля. Скорость передачи по ним информации достигает нескольких гигабит в секунду. Внешнее воздействие помех практически отсутствует. 5. Совместно используемые периферийные устройства — жесткие диски большой емкости, принтеры, цветные и слайд-принтеры, дисководы CD-ROM и накопители на магнитной ленте для резервного копирования.
Первые языки программирования возникли относительно недавно. Различные исследователи указывают в качестве времени их создания 20-е, 30-е и даже 40-е годы XX столетия. Нашей задачей является не установление самого раннего языка, а поиск закономерностей в их развитии. Как и следовало ожидать, первые языки программирования, как и первые ЭВМ, были довольно примитивны и ориентированы на численные расчеты. Это были и чисто теоретические научные расчеты (прежде всего, математические и физические), и прикладные задачи, в частности, в области военного дела. Программы, написанные на ранних языках программирования, представляли собой линейные последовательности элементарных операций с регистрами, в которых хранились данные. Нужно отметить, что ранние языки программирования были оптимизированы под аппаратную архитектуру конкретного компьютера, для которого предназначались, и хотя они обеспечивали высокую эффективность вычислений, до стандартизации было еще далеко. Программа, которая была вполне работоспособной на одной вычислительной машине, зачастую не могла выполняться на другой. Таким образом, ранние языки программирования существенно зависели от того, что принято называть средой вычислений и приблизительно соответствовали современным машинным кодам или языкам ассемблера. Следующее десятилетие ознаменовалось появлением языков программирования так называемого "высокого уровня", по сравнению с ранее рассмотренными предшественниками, соответственно именуемыми низкоуровневыми языками. При этом различие состоит в повышении эффективности труда разработчиков за счет абстрагирования от конкретных деталей аппаратного обеспечения. Одна инструкция (оператор) языка высокого уровня соответствовала последовательности из нескольких низкоуровневых инструкций, или команд. Исходя из того, что программа, по сути, представляла собой набор директив, обращенных к компьютеру, такой подход к программированию получил название императивного. Еще одной особенностью языков высокого уровня была возможность повторного использования ранее написанных программных блоков, выполняющих те или иные действия, посредством их идентификации и последующего обращения к ним, например по имени. Такие блоки получили название функций или процедур, и программирование приобрело более упорядоченный характер. Кроме того, с появлением языков высокого уровня зависимость реализации от аппаратного обеспечения существенно уменьшилась. Платой за это стало появление специализированных программ, преобразующих инструкции языков в коды той или иной машины, или трансляторов, а также некоторая потеря в скорости вычислений, которая, впрочем, компенсировалась существенным выигрышем в скорости разработки приложений и унификацией программного кода. Нужно отметить, что операторы и ключевые слова новых языков программирования были более осмысленными, чем безликие цифровые последовательности кодов, что также обеспечивало повышение производительности труда программистов. Естественно, для обучения новым языкам программирования требовалось много времени и средств, а эффективность реализации на прежнем аппаратном обеспечении снижалась. Однако это были временные трудности, и, как показала практика программирования, многие из первых языков высокого уровня оказались настолько удачно реализованными, что активно используются и сегодня. Одним из таких примеров является язык Fortran, реализующий вычислительные алгоритмы. Другой пример – язык APL, трансформировавшийся в BPL и затем в C. Основные конструкции последнего остаются неизменными вот уже несколько десятилетий и присутствуют в языке C#. Появление языков упростило систему программирования, возможность создавать средства, отражающие структуру алгоритма задачи, не требующей от программиста детального изучения компьютера.
Главным эл-ом императивных языков программирования, основанных на неймановской архитектуре компьютера, являются переменные, которые моделируют ячейки памяти: операторы присваивания, основанные на операции пересылки данных, а также интерактивная форма повторений, являющаяся наиболее эффективным методом в этой архитектуре. Операнды выражений передаются из памяти в процессор, а результат вычисления выражений возвращается в ячейку памяти, представляемую левой частью оператора присваивания. Поскольку команды и данные хранятся в соседних ячейках, то операции на компьютере выполняются быстро. Все популярные языки программирования используют латинский алфавит, ряд специальных символов, которые имеются на клавиатуре, а также англ. слова и выражения (real, integer, if, then, else,do и т.п.), представляющие собой ключевые, или зарезервированные слова. |