Пособие А.С.Бузело. Контрольные вопросы для самопроверки по изученным темам. Адресовано студентам, обучающимся по специальностям мехунико математических факультетов казахских отделений высших учебных заведений
 Скачать 0.96 Mb.
|
|
3 Компьютерныйвирус Компьютерный вирус − разновидность компьютерных программ, отличительной особенностью которой является способность к размножению (саморепликация). В дополнение к этому вирусы могут повредить или полностью уничтожить все файлы и данные, подконтрольные пользователю, от имени которого была запущена заражённая программа, а также повредить или даже уничтожить операционную систему со всеми файлами в целом. Неспециалисты к компьютерным вирусам иногда причисляют и другие виды вредоносных программ, такие как трояны, программы-шпионы и даже спам. Известны десятки тысяч компьютерных вирусов, которые распространяются через Интернет по всему миру, организуя вирусные эпидемии. Вирусы распространяются, внедряя себя в исполняемый код других программ или же заменяя собой другие программы. Какое-то время даже 92 считалось, что, являясь программой, вирус может заразить только программу − какое угодно изменение не-программы является не заражением, а просто повреждением данных. Подразумевалось, что такие копии вируса не получат управления, будучи информацией, не используемой процессором в качестве инструкций. Так, например неформатированный текст не мог бы быть переносчиком вируса. Однако позднее злоумышленники добились, что вирусным поведением может обладать не только исполняемый код, содержащий машинный код процессора. Были написаны вирусы на языке пакетных файлов. Потом появились макровирусы, внедряющиеся через макросы в документы таких программ, как Microsoft Word и Excel. Некоторое время спустя взломщики создали вирусы, использующие уязвимости в популярном программном обеспечении (например, Adobe Photoshop, Internet Explorer, Outlook), в общем случае обрабатывающем обычные данные. Вирусы стали распространяться посредством внедрения в последовательности данных (например, картинки, тексты и т. д.) специального кода, использующего уязвимости программного обеспечения. Ныне существует немало разновидностей вирусов, различающихся по способу распространения и функциональности. Если изначально вирусы распространялись на дискетах и других носителях, то сейчас доминируют вирусы, распространяющиеся через Интернет. Растёт и функциональность вирусов, которую они перенимают от других видов программ: руткитов, бэкдоров (создают «чёрный ход» в систему), кейлоггеров (регистрация активности пользователей), программ-шпионов (крадут пароли от банковских счётов и номера кредитных карт), ботнетов (превращают заражённые компьютеры в станции по рассылке спама или в часть компьютерных сетей, занимающихся спамом, DoS-атаками и прочей противоправной активностью). Текст№ 4. Каналыраспространениякомпьютерныхвирусов Самый распространённый канал заражения в 1980-90 годы − это дискеты. Сейчас практически отсутствует из-за появления более распространённых и эффективных каналов и отсутствия флоппи-дисководов на многих современных компьютерах. В настоящее время USB-флешки заменяют дискеты и повторяют их судьбу − большое количество вирусов распространяется через съёмные накопители, включая цифровые фотоаппараты, цифровые видеокамеры, цифровые плееры (MP3-плееры), сотовые телефоны. Использование этого канала ранее было преимущественно обусловлено возможностью создания на накопителе специального файла autorun.inf, в котором можно указать программу, запускаемую Проводником Windows при открытии такого накопителя. В последней версии MS Windows под торговым названием Windows 7 возможность автозапуска файлов с переносных носителей была устранена. Флешки − основной источник заражения для компьютеров, не подключённых к Интернету. 93 Электронная почта – один из основных каналов распространения вирусов сейчас. Обычно вирусы в письмах электронной почты маскируются под безобидные вложения: картинки, документы, музыку, ссылки на сайты. В некоторых письмах могут содержаться действительно только ссылки, то есть в самих письмах может и не быть вредоносного кода, но если открыть такую ссылку, то можно попасть на специально созданный веб-сайт, содержащий вирусный код. Многие почтовые вирусы, попав на компьютер пользователя, затем используют адресную книгу из установленных почтовых клиентов типа Outlook для рассылки самого себя дальше. Системы обмена мгновенными сообщениями также представляют угрозу заражения вирусами, так как распространена рассылка ссылок на якобы фото, музыку либо программы. В действительности же они являются вирусами и передаются по ICQ и через другие программы мгновенного обмена сообщениями. Возможно также заражение через страницы Интернета ввиду наличия на страницах всемирной паутины различного «активного» содержимого: скриптов, ActiveX-компонент. В этом случае используются уязвимости программного обеспечения, установленного на компьютере пользователя, либо уязвимости в ПО владельца сайта (что опаснее, так как заражению подвергаются добропорядочные сайты с большим потоком посетителей), а ничего не подозревающие пользователи, зайдя на такой сайт, рискуют заразить свой компьютер. Черви – вид вирусов, которые проникают на компьютер-жертву без участия пользователя. Черви используют так называемые «дыры» (уязвимости) в программном обеспечении операционных систем, чтобы проникнуть на компьютер. Уязвимости – это ошибки и недоработки в программном обеспечении, которые позволяют удаленно загрузить и выполнить машинный код, в результате чего вирус-червь попадает в операционную систему. Текст№ 5. Флеш-память Флеш-память (англ. Flash-Memory) – разновидность твердотельной полупроводниковой энергонезависимой перезаписываемой памяти (ПППЗУ). Она может быть прочитана сколько угодно раз (в пределах срока хранения данных, типично 10-100 лет), но писать в такую память можно лишь ограниченное число раз (максимально – около миллиона циклов [1] ). Распространена флеш-память, выдерживающая около 100 тысяч циклов перезаписи – намного больше, чем способна выдержать дискета или CD-RW. Не содержит подвижных частей, так что, в отличие от жёстких дисков, более надёжна и компактна. Благодаря своей компактности, дешевизне и низкому энергопотреблению флеш-память широко используется в цифровых портативных устройствах – фото- и видеокамерах, диктофонах, MP3-плеерах, КПК, мобильных телефонах, а также смартфонах и коммуникаторах. Кроме того, она используется для хранения встроенного программного обеспечения в различных устройствах 94 (маршрутизаторах, мини-АТС, принтерах, сканерах, модемax), различных контроллерах. Также в последнее время широкое распространение получили USB флеш- накопители («флешка», USB-драйв, USB-диск), практически вытеснившие дискеты и CD. Одним из первых флешки JetFlash в 2002 году начал выпускать тайваньский концерн Transcend. На конец 2008 года основным недостатком, не позволяющим устройствам на базе флеш-памяти вытеснить с рынка жёсткие диски, является высокое соотношение цена/объём, превышающее этот параметр у жестких дисков в 2–3 раза. В связи с этим и объёмы флеш-накопителей не так велики. Хотя работы в этих направлениях ведутся. Удешевляется технологический процесс, усиливается конкуренция. Многие фирмы уже заявили о выпуске SSD- накопителей объёмом 256 Гб и более. Например в ноябре 2009 года компания OCZ предложила SSD-накопитель ёмкостью 1 Тб и 1,5 млн циклов перезаписи. Ещё один недостаток устройств на базе флеш-памяти по сравнению с жёсткими дисками — как ни странно, меньшая скорость. Несмотря на то, что производители SSD-накопителей заверяют, что скорость этих устройств выше скорости винчестеров, в реальности она оказывается ощутимо ниже. Конечно, SSD-накопитель не тратит подобно винчестеру время на разгон, позиционирование головок и т. п. Но время чтения, а тем более записи, ячеек флеш-памяти, используемой в современных SSD-накопителях, больше, что и приводит к значительному снижению общей производительности. Справедливости ради следует отметить, что последние модели SSD- накопителей и по этому параметру уже вплотную приблизились к винчестерам. Однако, эти модели пока слишком дороги. Текст№ 6. Применениетеориихаосавреальности При появлении новых теорий, все хотят узнать, что же в них хорошего. Итак, что хорошего в теории хаоса? Первое и самое важное − теория хаоса − это теория. А значит, что большая ее часть используется больше как научная основа, нежели как непосредственно применимое знание. Теория хаоса является очень хорошим средством взглянуть на события, происходящие в мире, отлично от более традиционного, четко детерминистического взгляда, который доминировал в науке со времен Ньютона. Зрители, которые посмотрели Парк Юрского периода, без сомнения, боятся, что теория хаоса может очень сильно повлиять на человеческое восприятие мира, и, в действительности, теория хаоса полезна как средство интерпретации научных данных по-новому. Вместо традиционных X-Y графиков, ученые теперь могут интерпретировать фазово- пространственные диаграммы, которые − вместо того, чтобы описывать точное положение какой-либо переменной в определенный момент времени, − представляют общее поведение системы. Вместо того, чтобы смотреть на точные равенства, основанные на статистических данных, теперь мы можем взглянуть на динамические системы с поведением, похожим по своей природе 95 на статические данные, то есть системы с похожими аттракторами. Теория хаоса обеспечивает прочный каркас для развития научных знаний. Однако согласно вышесказанному не следует, что теория хаоса не имеет приложений в реальной жизни. Техники теории хаоса использовались для моделирования биологических систем, которые, бесспорно, являются одними из наиболее хаотических систем из всех, что можно себе представить. Системы динамических равенств использовались для моделирования всего − от роста популяций и эпидемий до аритмических сердцебиений. В действительности, почти любая хаотическая система может быть смоделирована − рынок ценных бумаг порождает кривые, которые можно легко анализировать при помощи странных аттракторов в отличие от точных соотношений; процесс падения капель из протекающего водопроводного крана кажется случайным при анализе невооруженным ухом, но если его изобразить как странный аттрактор, открывается сверхъестественный порядок, которого нельзя было бы ожидать от традиционных средств. Фракталы находятся везде, наиболее заметны в графических программах как например очень успешная серия продуктов Fractal Design Painter. Техники фрактального сжатия данных все еще разрабатываются, но обещают удивительные результаты как, например, коэффициента сжатия 600:1. Индустрия специальных эффектов в кино имела бы гораздо менее реалистичные элементы ландшафта (облака, скалы и тени) без технологии фрактальной графики. И, конечно, теория хаоса дает людям удивительно интересный способ того, как приобрести интерес к математике, одной из наиболее малопопулярной области познания на сегодняшний день. Броуновское движение − это, например, случайное и хаотическое движение частичек пыли, взвешенных в воде. Этот тип движения, возможно, является аспектом фрактальной геометрии, имеющей наибольшее практическое использование. Случайное Броуновское движение производит частотную диаграмму, которая может быть использована для предсказания вещей, включающих большие количества данных и статистики. Хорошим примером являются цены на шерсть, которые Мандельброт предсказал при помощи Броуновского движения. Частотные диаграммы, созданные при построении графика на основе Броуновских чисел, также можно преобразовать в музыку. Конечно, этот тип фрактальной музыки совсем не музыкален и может действительно утомить слушателя. Занося на график случайно Броуновские числа, можно получить Пылевой Фрактал наподобие того, что приведен здесь в качестве примера. Кроме применения Броуновского движения для получения фракталов из фракталов, оно может использоваться и для создания ландшафтов. Во многих фантастических фильмах, как, например, «Star Trek», техника Броуновского движения была использована для создания инопланетных ландшафтов, таких как холмы и топологические картины высокогорных плато. Эти техники очень эффективны, и их можно найти в книге Мандельброта «Фрактальная геометрия природы». Мандельброт использовал Броуновские линии для создания 96 фрактальных линий побережья и карт островов (которые на самом деле были просто в случайном порядке изображенные точки) с высоты птичьего полета. Текст№ 7. Чтотакоенанотехнологии? Нанотехнологии − собирательный термин для теоретических и практических научных разработок в масштабах одной миллионной доли миллиметра, где размерные эффекты открывают доступ к принципиально новым открытиям и методикам. В нанометровом масштабе свойства объектов отличаются как от характеристик отдельных атомов и молекул, так и от параметров так называемого «макровещества». Рассматривая нанообъекты, нельзя пренебрегать законами квантовой механики и силами взаимодействия отдельных атомов и молекул, т.е. эффектами, которые не играют существенной роли в макро-мире. На практике это позволяет создавать вещества с удивительной механической прочностью, теплопроводностью и электрической проводимостью. С общей тенденцией к миниатюризации устройств и инструментов, нанотехнологии являются закономерным этапом развития науки. Поворотным для развития нанотехнологий считается выступление Ричарда Фейнмана на ежегодной встрече Американского Физического Общества в 1959 году. Ученый позволил себе немного помечтать о будущем развитии инструментария и отметил, что нанотехнологии (в современном понимании) не противоречат основным научным положениям. Термин же появился только в 1974 году. А бурное развитие отрасли началось лишь в 1980- х благодаря разработке Гердом Биннигом и Генрихом Рорером принципов Сканирующей Туннельной Микроскопии (СТМ). В 1986 году за свои исследования они были удостоены Нобелевской премии по физике. Нанотехнологии невозможно однозначно отнести к той или иной дисциплине: это сочетание фундаментального и прикладного аспектов в различных разделах физики, химии и биологии. На сегодняшний день, несмотря на то, что научный мир лишь приоткрыл завесу тайны над нанометровыми масштабами, предложена масса практических применений сделанных открытий. В настоящее время нанотехнология является одним из приоритетных направлений развития науки. Ученые разработали алгоритм, позволяющий за несколько минут вычислить генетическое дерево тысячи человек. Приемные дети, став взрослыми, не имеют ни малейшего понятия о своем культурном и генетическом происхождении. Они не знают ни о своих предках, ни о болезнях, которыми те болели. Да и многие из нас лишь в общих чертах представляют себе родословное дерево, ничего не подозревая о его нижних ветвях, формирующих предрасположенность к целому ряду заболеваний. Недавно международная группа, состоящая из программистов, математиков и биологов, разработала компьютерный алгоритм, позволяющий быстро вычислять генетическое родословие по одному небольшому образцу ДНК. Эта программа за считанные минуты может проделать такую работу для тысячи желающих без каких-либо сведений об их прошлом. В сентябрьском 97 номере журнала PLoS Genetics была опубликована статья о мультидисциплинарном подходе в этой области, что позволило ученым направить свои усилия в новом направлении. В отличие от предыдущих программ, в которых требуются родословные сведения, данный алгоритм обнаруживает молекулярно-генетические маркеры, известные как однонуклеотидные полиморфизмы (SNP), по образцу ДНК в виде ротового или буккального мазка. Для демонстрации эксперимента ученые использовали генетические данные предыдущих разработок, включая полный каталог вариаций человеческого генома международного консорциума HapMap. Последняя "работа дала нам удивительную возможность сформировать междисциплинарную команду, состоящую из программистов, математиков и генетиков", – говорит Петрос Дринеас, ведущий автор исследования, доцент факультета кибернетики в Ренсселеровском политехническом институте. "Теперь, когда мы знаем, что программа работает хорошо, мы надеемся применить ее более масштабно, используя сотни тысяч SNP", продолжает Дринеас. Компьютерная программа "станет ценным средством изучения нашего генетического происхождения, целевых препаратов и медицинского лечения, что может по-разному отражаться на людях с разной родословной". Знание своей генетической структуры важно для выявления генетической базы сложных заболеваний. Несмотря на то, что человеческий геном у всех людей на 99 процентов одинаков, один процент может сыграть решающую роль, что касается нашей реакции на болезни, вирусы, лекарства и токсичные вещества. Если ученым удастся раскрыть разделяющие нас мельчайшие генетические подробности, станет возможным оптимальное биомедицинское исследование и лечение каждого пациента. С помощью этой программы люди смогут узнать свою уникальную родословную, а историки и антропологи - изучить происхождение различных народов и причину возникновения многообразия мирового сообщества. Во время испытаний программа более, чем на 99 процентов, показала точные результаты и безошибочно определила родословную сотен людей. В их число вошли представители генетически похожих (китайцы и японцы) и генетически сложных (пуэрториканцы) народностей, представляющих собой возможное переплетение родословной американских аборигенов, европейцев и африканцев. «Когда мы сравнили полученные результаты с уже имеющимися данными, только один человек был неправильно идентифицирован. Его происхождение было где-то между китайским и японским,» – говорит Дринеас. Результаты пока предварительные, однако весьма обещающие. Группа сейчас работает над тем, чтобы протестировать программу на большем количестве людей. Помимо Дринеаса в разработке программного обеспечения участвовали ученые из Калифорнии, Пуэрто-Рико и Греции. 98 Текст№ 8. Математикиисламскогосредневековья В IX веке жил Ал-Хорезми – сын зороастрийского жреца, прозванный за это ал-Маджуси (маг), заведовал библиотекой «Дома мудрости», изучал индийские и греческие знания. Ал-Хорезми написал книгу «Об индийском счёте», способствовавшую популяризации позиционной системы во всём Халифате, вплоть до Испании. В XII веке эта книга переводится на латинский, от имени её автора происходит наше слово «алгоритм» (впервые в близком смысле использовано Лейбницем). Другое сочинение ал-Хорезми, «Краткая книгаобисчисленииаль-джабраиаль-мукабалы», оказало большое влияние на европейскую науку и породило ещё один современный термин «алгебра». В книге разбираются линейные и квадратные уравнения. Отрицательные корни игнорируются. Алгебры в нашем смысле тоже нет, всё разбирается на конкретных примерах, сформулированных словесно. Новые математические результаты в книгах ал-Хорезми фактически отсутствуют. В средневековой исламской математике было сделано довольно много попыток доказать Пятый постулат Евклида. Чаще всего исследовалась фигура, позднее названная четырёхугольником Ламберта. Ал-Джаухари, Сабит ибн Курра, Омар Хайям и другие математики дали несколько ошибочных доказательств, явно или неявно используя один из многочисленных эквивалентов V постулата. Одним из величайших учёных-энциклопедистов исламского мира был Ал- Бируни. Он родился в Кяте, столице Хорезма. В 1017 году афганский султан Махмуд захватил Хорезм и переселил Ал-Бируни в свою столицу, Газни. Несколько лет Ал-Бируни провёл в Индии. Главный труд Ал-Бируни — «Канон Мас‘уда», включающий в себя множество научных достижений разных народов, в том числе целый курс тригонометрии (книга III). В дополнение к таблицам синусов Птолемея (приведенных в уточнённом виде, с шагом 15'), Ал-Бируни даёт таблицы тангенса и котангенса (с шагом 1°), секанса и пр. Здесь же даются правила линейного и даже квадратичного интерполирования. Книга Ал-Бируни содержит приближённое вычисление стороны правильного вписанного девятиугольника, хорды дуги в 1°, числа π и др. Прославленный поэт и математик Омар Хайям (XI—XII вв.) внёс вклад в математику своим сочинением «О доказательствах задач алгебры и аль- мукабалы», где изложил оригинальные методы решения кубических уравнений. До Хайяма был уже известен геометрический метод, восходящий к Менехму и развитый Архимедом: неизвестное строилось как точка пересечения двух подходящих конических сечений. Хайям привёл обоснование этого метода, классификацию типов уравнений, алгоритм выбора типа конического сечения, оценку числа положительных корней и их величины. К сожалению, Хайям не заметил возможности для кубического уравнения иметь три вещественных корня. До формул Кардано Хайяму дойти не удалось, но он высказал надежду, что явное решение будет найдено в будущем. В «Комментариях к трудностям во введениях книги Евклида» (ок. 1077) Хайям рассматривает иррациональные 99 числа как вполне законные. В этой же книге Хайям пытается решить проблему пятого постулата, заменив его на более очевидный. Насир ад-Дин ат-Туси, выдающийся персидский математик и астроном, наибольших успехов достиг в области сферической тригонометрии. В его «Трактате о полном четырехстороннике» (1260) тригонометрия впервые была представлена как самостоятельная наука. Трактат содержит довольно полное и целостное построение всей тригонометрической системы, а также способы решения типичных задач, в том числе труднейших, решенных самим ат-Туси. Сочинение ат-Туси стало широко известно в Европе и существенно повлияло на развитие тригонометрии. Ему принадлежит также первое известное нам описание извлечения корня любой степени; оно опирается на правило разложения бинома. Джемшид Ибн Масуд ал-Каши, сотрудник школы Улугбека, написал сочинение «Ключ арифметики» (1427). Здесь вводится система десятичной арифметики, включающая учение о десятичных дробях, которыми ал-Каши постоянно пользовался. Он распространил геометрические методы Хайяма на решение уравнений 4-й степени. «Трактат об окружности» (1424) ал-Каши является блестящим образцом выполнения приближенных вычислений. Используя правильные вписанный и описанный многоугольники с числом сторон , аль-Каши для числа π получил значение 3,14159265358979325 (ошибочна только последняя, 17-я цифра мантиссы). В другой своей работе он сосчитал, что sin 1° = 0,017452406437283571 (все знаки верны — это примерно в два раза точнее, чем у ал-Бируни). Итерационные методы ал-Каши позволяли быстро численно решить многие кубические уравнения. Составленные ал-Каши самаркандские астрономические таблицы давали значения синусов от 0 до 45° через 1' с точностью до девяти десятичных знаков. В Европе такая точность была получена только полтора столетия спустя. Текст№ |