Основы информатики

1) Информатика. Основные направления информатики.

Информатика — это наука о вычислении, вычислительных машинах, хранении и обработке информации. Включает в себя многие дисциплины, охватывающие математические основы, теорию вычислений, алгоритмы и структуры данных, языки программирования, базы данных, вычислительные системы. Фундаментальным принципом информатики является тезис Чёрча-Тьюринга, согласно которому любой алгоритм, выполнимый на одном вычислительном устройстве, может быть выполнен и на любом другом.

К основным направлениям информатики относят: теоретическую информатику, кибернетику, программирование, искусственный интеллект, информационные системы, вычислительную технику, информатику в природе и обществе.

2) Информация. В каком виде существует, как передается. Единицы измерения информации.

Термин информация происходит от латинского слова «informatio», что означает сведения, разъяснения, изложение. Первоначально информация — это сведения, передаваемые людьми устным, письменным и другими способами (с помощью условных сигналов, технических средств и т. д.). В настоящее время наука пытается найти общие свойства и закономерности, присущие многогранному понятию информация, но пока это понятие во многом остается интуитивным и получает различные смысловые наполнения в различных отраслях человеческой деятельности.

Можно сказать, что информация — это данные и сведения, представленные в самых разнообразных формах: в виде текстов, рисунков, чертежей, фотографий; в виде световых или звуковых сигналов; в виде радиоволн; в виде электрических и нервных импульсов; в виде магнитных записей; в виде жестов и мимики; в виде запахов и вкусовых ощущений; в виде хромосом, посредством которых передаются по наследству признаки и свойства организмов и т. д.

Информация передается от человека к человеку, от человека к устройству, от устройства к человеку, от устройства к устройству.

Информация в компьютере измеряется битами. С помощью последовательности битов можно представить самую разную информацию. Такое представление информации называется двоичным или цифровым кодированием. 1 бит — минимальная единица измерения информации. При вероятностном подходе к измерению информации, принятом в теории информации, это количество информации, уменьшающее неопределенность знаний в 2 раза. Связь между единицами измерения информации: 1 байт = 2³ бит = 8 бит; 1 Кб (килобайт) = 2¹⁰ байт = 1024 байт; 1 Мб (мегабайт) = 2¹⁰ Кб; 1 Гб (гигабайт) = 2¹⁰ Мб; 1 Тб (терабайт) = 2¹⁰ Гб.

3) Информатизация общества. Информационные ресурсы и информационные технологии.

Информатизация общества — организованный социально-экономический и научно-технический процесс создания оптимальных условий для удовлетворения информационных потребностей и реализации прав граждан, органов государственной власти, органов местного самоуправления, организаций, общественных объединений на основе формирования и использования информационных ресурсов.

Информационные ресурсы — это идеи человечества и указания по их реализации, накопленные в форме, позволяющей их воспроизводство. Это книги, статьи, патенты, диссертации, научно-исследовательская и опытно-конструкторская документация, технические переводы, данные о передовом производственном опыте и др. Информационные ресурсы (в отличие от всех других видов ресурсов — трудовых, энергетических, минеральных и т. д.) тем быстрее растут, чем больше их расходуют. Информационный ресурс — это симбиоз знаний и информации.

Информационная технология — процесс, использующий совокупность средств и методов сбора, обработки и передачи данных (первичной информации) для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления (информационного продукта). Цель информационной технологии — производство информации для её анализа человеком и принятия на его основе решения по выполнению какого-либо действия.

4) Компьютер, классы компьютеров. Устройство компьютеров.

Компьюмтер (англ. сomputer — «вычислитель») — устройство или система, способное выполнять заданную, чётко определённую последовательность операций. Это чаще всего операции численных расчётов и манипулирования данными, однако, сюда относятся и операции ввода-вывода. Описание последовательности операций называется программой.

Все вычислительные машины (компьютеры) можно разделить на ряд групп и видов, объединяя их по общим признакам:

v по классу выполняемых задач: универсальные, специализированные;

v по виду вычислительного процесса: аналоговые вычислительные машины, гибридные вычислительные системы (машины), цифровые вычислительные машины (двоичные, троичные, десятичные);

v по виду рабочей среды: квантовый компьютер, механический компьютер (пневматический компьютер, гидравлический компьютер), оптический компьютер, электронный компьютер, биологический компьютер;

v по назначению: сервер, рабочая станция;

v в зависимости от размера: мейнфрейм, миникомпьютер (термин уже не используется), карманный персональный компьютер, ноутбук, нетбук, нанокомпьютер;

v по другим признакам: встраиваемая система, параллельные вычислительные системы, компьютер для операций с функциями, суперкомпьютер, нейрокомпьютер, биокомпьютер, молекулярный компьютер, ДНК-компьютер.

Персональный компьютер состоит из отдельных устройств и модулей: одни находятся внутри системного блока, другие к нему подключаются. Последние служат для ввода или вывода информации: монитор, принтер, сканер, клавиатура, мышь и др.

Внутри системного блока находятся устройства для обработки и хранения информации. В зависимости от конфигурации компьютера они могут быть различными, но большинство типичных системных блоков включает следующие устройства: блок питания, системная (материнская) плата, процессор, оперативная память, видеоадаптер, жесткий диск, дисковод, привод для CD/DVD, платы расширения.

5) Принципы построения компьютеров, сформулированные Д. Нейманом.

В основу построения подавляющего большинства ЭВМ положены следующие общие принципы, сформулированные в 1945 году американским ученым венгерского происхождения Джоном фон Нейманом.

Принцип двоичного кодирования. Согласно этому принципу, вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов.

Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому ЭВМ не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

Принцип адресности. Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек, процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти так, чтобы к запомненным в них значениям можно было бы впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программы с использованием присвоенных имен.

Согласно фон Нейману, ЭВМ состоит из следующих основных блоков: устройства ввода/вывода информации, память компьютера, процессор, состоящий из устройства управления (УУ) и арифметико-логического устройства (АЛУ). Машины, построенные на этих принципах, называются фон-Неймановскими.

6) Команда, что содержит, какие бывают. Как выполняется команда.

Команда — это описание элементарной операции, которую должен выполнить компьютер.

В общем случае, команда содержит следующую информацию: код выполняемой операции, указания по определению исходных данных (операндов) или их адресов, указания по размещению получаемого результата.

В зависимости от количества операндов, команды бывают: одноадресные, двухадресные, трехадресные, переменноадресные.

Команды хранятся в ячейках памяти в двоичном коде.

В современных компьютерах длина команд переменная (обычно от двух до четырех байтов), а способы указания адресов переменных весьма разнообразные. В адресной части команды может быть указан, например: сам операнд (число или символ), адрес операнда (номер байта, начиная с которого расположен операнд), адрес адреса операнда (номер байта, начиная с которого расположен адрес операнда), и др.

Процесс выполнения команды, как правило, разбивается на следующие этапы:

· из ячейки памяти, адрес которой хранится в счетчике команд, выбирается очередная команда, — содержимое счетчика команд при этом увеличивается на длину команды;

· выбранная команда передается в устройство управления на регистр команд;

· устройство управления расшифровывает адресное поле команды;

· по сигналам УУ операнды считываются из памяти и записываются в АЛУ на специальные регистры операндов;

· УУ расшифровывает код операции и выдает в АЛУ сигнал выполнить соответствующую операцию над данными;

· результат операции либо остается в процессоре, либо отправляется в память, если в команде был указан адрес результата;

· все предыдущие этапы повторяются до достижения команды «стоп» .

7) Архитектура и структура компьютера.

Архитектурой компьютера называется его описание на некотором общем уровне, включающее описание пользовательских возможностей программирования, системы команд, системы адресации, организации памяти и т. д. Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора, оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), внешних запоминающих устройств и периферийных устройств. Общность архитектуры разных компьютеров обеспечивает их совместимость с точки зрения пользователя.

Структура компьютера — это совокупность его функциональных элементов и связей между ними. Элементами могут быть самые различные устройства — от основных логических узлов компьютера до простейших схем. Структура компьютера графически представляется в виде структурных схем, с помощью которых можно дать описание компьютера на любом уровне детализации.

8) Центральный процессор, что в себе содержит. Функции процессора.

Центральный процессор (ЦП; CPU, от англ. Central Processing Unit, дословно — центральное вычислительное устройство) — это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера. Центральный процессор в общем случае содержит в себе арифметико-логическое устройство, шины данных и шины адресов, регистры, счётчики команд, кэш — очень быструю память малого объема (от 8 до 512 Кбайт), математический сопроцессор чисел с плавающей точкой.

Основные функции любого процессора следующие:

· выборка (чтение) выполняемых команд;

· ввод (чтение) данных из памяти или устройства ввода/вывода;

· вывод (запись) данных в память или в устройства ввода/вывода;

· обработка данных (операндов), в том числе арифметические операции над ними;

· адресация памяти, то есть задание адреса памяти, с которым будет производиться обмен;

· обработка прерываний и режима прямого доступа.

9) Устройства образующие внутреннюю память (описать каждое).

В состав внутренней памяти входят оперативная память, кэш-память и специальная память.

1. Специальная память. К устройствам специальной памяти относятся постоянная память, перепрограммируемая постоянная память, память CMOS RAM, питаемая от батарейки, видеопамять и некоторые другие виды памяти. Видеопамять — разновидность ОЗУ, в котором хранятся закодированные изображения. Это ЗУ организовано так, что его содержимое доступно сразу двум устройствам — процессору и дисплею.

2. Оперативная память — это быстрое запоминающее устройство не очень большого объёма, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами. Оперативная память используется только для временного хранения данных и программ, так как, когда машина выключается, все, что находилось в ОЗУ, пропадает. Доступ к элементам оперативной памяти прямой — это означает, что каждый байт памяти имеет свой индивидуальный адрес.

3. Кэш-память. Кэш (англ. cache), или сверхоперативная память — очень быстрое ЗУ небольшого объёма, которое используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и несколько менее быстродействующей оперативной памятью. Кэш-памятью управляет специальное устройство — контроллер.

10) Устройства образующие внешнюю память (описать каждое).

Внешняя память (ВЗУ) предназначена для длительного хранения программ и данных, и целостность её содержимого не зависит от того, включен или выключен компьютер. В отличие от оперативной памяти, внешняя память не имеет прямой связи с процессором. В состав внешней памяти компьютера входят:

1. Накопители на жёстких магнитных дисках — это наиболее массовые запоминающие устройства большой ёмкости, в которых носителями информации являются круглые алюминиевые пластины — платтеры, обе поверхности которых покрыты слоем магнитного материала. Используются для постоянного хранения информации — программ и данных.

2. Накопители на гибких магнитных дисках. Гибкий диск (англ. floppy disk), или дискета, — носитель небольшого объема информации, представляющий собой гибкий пластиковый диск в защитной оболочке. Используется для переноса данных с одного компьютера на другой и для распространения программного обеспечения. Способ записи двоичной информации на магнитной среде называется магнитным кодированием.

3. Накопители на компакт-дисках. Здесь носителем информации является CD-ROM (Сompact Disk Read-Only Memory — компакт диск, из которого можно только читать). CD-ROM представляет собой прозрачный полимерный диск диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм, на одну сторону которого напылен светоотражающий слой алюминия, защищенный от повреждений слоем прозрачного лака. Толщина напыления составляет несколько десятитысячных долей миллиметра.

4. Накопители на магнито-оптических компакт-дисках — носитель информации, сочетающий свойства оптических и магнитных накопителей. Для чтения информации используется оптическая система, для записи — одновременно оптическая и магнитная.

5. Накопители на магнитной ленте (стримеры, — от англ. streamer), также лемнточный накопитель, — запоминающее устройство на принципе магнитной записи на ленточном носителе, с последовательным доступом к данным, по принципу действия аналогичен бытовому магнитофону. Основное назначение: запись и воспроизведение информации, архивация и резервное копирование данных.

11) Аудиоадаптер, что в себе содержит. Область применения.

Аудиоадаптер (Sound Blaster или звуковая плата) — это специальная электронная плата, которая позволяет записывать звук, воспроизводить его и создавать программными средствами с помощью микрофона, наушников, динамиков, встроенного синтезатора и другого оборудования.

Аудиоадаптер содержит в себе два преобразователя информации:

— аналого-цифровой, который преобразует непрерывные (то есть, аналоговые) звуковые сигналы (речь, музыку, шум) в цифровой двоичный код и записывает его на магнитный носитель;

— цифро-аналоговый, выполняющий обратное преобразование сохраненного в цифровом виде звука в аналоговый сигнал, который затем воспроизводится с помощью акустической системы, синтезатора звука или наушников.

Область применения звуковых плат — компьютерные игры, обучающие программные системы, рекламные презентации, «голосовая почта» (voice mail) между компьютерами, озвучивание различных процессов, происходящих в компьютерном оборудовании, таких, например, как отсутствие бумаги в принтере и т. п.

12) Видеоадаптер и графические акселераторы (какие бывают).

Видеоадаптер — это электронная плата, которая обрабатывает видеоданные (текст и графику) и управляет работой дисплея. Содержит видеопамять, регистры ввода вывода и модуль BIOS. Посылает в дисплей сигналы управления яркостью лучей и сигналы развертки изображения.

С увеличением числа приложений, использующих сложную графику и видео, наряду с традиционными видеоадаптерами широко используются разнообразные устройства компьютерной обработки видеосигналов:

1. Графические акселераторы (ускорители) — специализированные графические сопроцессоры, увеличивающие эффективность видеосистемы. Их применение освобождает центральный процессор от большого объема операций с видеоданными, так как акселераторы самостоятельно вычисляют, какие пиксели отображать на экране и каковы их цвета.

2. Фрейм-грабберы, которые позволяют отображать на экране компьютера видеосигнал от видеомагнитофона, камеры, лазерного проигрывателя и т. п., с тем, чтобы захватить нужный кадр в память и впоследствии сохранить его в виде файла.

3. TV-тюнеры — видеоплаты, превращающие компьютер в телевизор. TV-тюнер позволяет выбрать любую нужную телевизионную программу и отображать ее на экране в масштабируемом окне. Таким образом, можно следить за ходом передачи, не прекращая работу.

13) Клавиатура. Функциональные и управляющие клавиши.

Клавиатумра — комплект расположенных в определенном порядке рычагов-клавиш у какого-либо механизма для управления каким-либо устройством или для ввода информации. Как правило, кнопки нажимаются пальцами рук. Однако бывают и сенсорные.

Функциональные клавиши. F1 — F12 — клавиши, вызывающие наиболее часто употребляемые команды. В различных программах они имеют различные значения.

Управляющие клавиши имеют следующее назначение:

§ Enter — клавиша ввода;

§ Esc (Escape — выход) клавиша для отмены каких-либо действий, выхода из программы, из меню и т. п.;

§ Ctrl и Alt — эти клавиши самостоятельного значения не имеют, но при нажатии совместно с другими управляющими клавишами изменяют их действие;

§ Shift (регистр) — обеспечивает смену регистра клавиш (верхнего на нижний и наоборот);

§ Insert (вставлять) — переключает режимы вставки (новые cимволы вводятся посреди уже набранных, раздвигая их) и замены (старые символы замещаются новыми);

§ Delete (удалять) — удаляет символ с позиции курсора;

§ Back Space или — удаляет символ перед курсором;

§ Home и End — обеспечивают перемещение курсора в первую и последнюю позицию строки, соответственно;

§ Page Up и Page Down — обеспечивают перемещение по тексту на одну страницу (один экран) назад и вперед, соответственно;

§ Tab — клавиша табуляции, обеспечивает перемещение курсора вправо сразу на несколько позиций до очередной позиции табуляции;

§ Caps Lock — фиксирует верхний регистр, обеспечивает ввод прописных букв вместо строчных;

§ Print Screen — обеспечивает печать информации, видимой в текущий момент на экране.

§ Длинная нижняя клавиша без названия — предназначена для ввода пробелов.

§ Клавиши служат для перемещения курсора вверх, вниз, влево и вправо на одну позицию или строку.

§ Малая цифровая клавиатура используется в двух режимах — ввода чисел и управления курсором. Переключение этих режимов осуществляется клавишей Num Lock.

14) Видеосистема компьютера (из чего состоит).

Одной из наиболее важных составных частей любого компьютера является его видеосистема. Под этим понятием обычно подразумевают монитор (дисплей), видеоадаптер и набор соответствующих программ-драйверов, поставляемых в комплекте с видеоадаптером или в составе прикладных пакетов.

15) Принтеры. Устройство и работа.

Компьютерный принтер (англ. printer — печатник) — устройство печати цифровой информации на твёрдый носитель, обычно на бумагу. Принцип технологии заключается в следующем. По поверхности фотобарабана коротроном (скоротроном) заряда, либо валом заряда равномерно распределяется статический заряд, после этого светодиодным лазером (либо светодиодной линейкой) на фотобарабане снимается заряд, — тем самым на поверхность барабана помещается скрытое изображение. Далее на фотобарабан наносится тонер. Тонер притягивается к разряженным участкам поверхности фотобарабана, сохранившей скрытое изображение. После этого фотобарабан прокатывается по бумаге, и тонер переносится на бумагу коротроном переноса, либо валом переноса. После этого бумага проходит через блок термозакрепления для фиксации тонера, а фотобарабан очищается от остатков тонера и разряжается в узле очистки.

16) Плоттеры и сканеры. Устройство и работа.

Плоттеры — устройства вывода графической информации. Их используют для оформления больших плакатов, чертежей, карт, эскизов печатных плат, диаграмм, гистограмм. Работа плоттера основана на механических и немеханических способах вывода графической информации. При механическом способе применяются карандаши, перья с чернилами. Аналогично принтерам в немеханических графопостроителях применяются термический, матричный, струйный и лазерный способы печати. В качестве устройств, способных выполнять функции ввода и вывода информации, могут использоваться коммуникационные адаптеры. С их помощью осуществляется связь между ЭВМ и телефонной линией. Поскольку телефонные линии работают не с цифровыми, а с аналоговыми электрическими сигналами звукового диапазона, необходимо преобразовать цифровые сигналы, поступающие от ЭВМ, в аналоговые сигналы и передать их в телефонную сеть.

Сканеры. Ввод плоского изображения в ОЗУ обеспечивает сканер. Сканер исключает утомительную процедуру введения текста с помощью клавиатуры и рисунка с помощью мыши. Полученную копию изображения можно редактировать: изменять масштаб, добавлять и удалять детали, изменять цвет и т. д. Электронную копию изображения можно длительное время хранить на магнитном или оптическом носителе. По своему конструктивному исполнению сканеры бывают ручные, планшетные, барабанные, проекционные и др. Планшетные сканеры предназначены для ввода графической информации с прозрачного или непрозрачного листового материала. Принцип действия этих устройств состоит в том, что луч света, отраженный от поверхности материала (или прошедший сквозь прозрачный материал), фиксируется специальными элементами, называемыми приборами с зарядной связью (ПЗС). Обычно элементы ПЗС конструктивно оформляют в виде линейки, располагаемой по ширине исходного материала. Перемещение линейки относительно листа бумаги выполняется механическим протягиванием линейки при неподвижной установке листа или протягиванием листа при неподвижной установке линейки.

17) Манипуляторы (какие бывают). Модем и факс-модем.

Манипуляторы — это специальные устройства, которые используются для управления курсором.

Ш Мышь имеет вид небольшой коробки, полностью умещающейся на ладони. Мышь связана с компьютером кабелем через специальный блок — адаптер, и её движения преобразуются в соответствующие перемещения курсора по экрану дисплея. В верхней части устройства расположены управляющие кнопки (обычно их три), позволяющие задавать начало и конец движения, осуществлять выбор меню и т. п.

Ш Джойстик — обычно это стержень-ручка, отклонение которой от вертикального положения приводит к передвижению курсора в соответствующем направлении по экрану монитора. Часто применяется в компьютерных играх. В некоторых моделях в джойстик монтируется датчик давления. В этом случае, чем сильнее пользователь нажимает на ручку, тем быстрее движется курсор по экрану дисплея.

Ш Трекбол — небольшая коробка с шариком, встроенным в верхнюю часть корпуса. Пользователь рукой вращает шарик и перемещает, соответственно, курсор. В отличие от мыши, трекбол не требует свободного пространства около компьютера, его можно встроить в корпус машины.

Ш Дигитайзер — устройство для преобразования готовых изображений (чертежей, карт) в цифровую форму. Представляет собой плоскую панель — планшет, располагаемую на столе, и специальный инструмент — перо, с помощью которого указывается позиция на планшете. При перемещении пера по планшету фиксируются его координаты в близко расположенных точках, которые затем преобразуются в компьютере в требуемые единицы измерения.

Модем — устройство для передачи компьютерных данных на большие расстояния по телефонным линиям связи. Модем обеспечивает преобразование цифровых сигналов компьютера в переменный ток частоты звукового диапазона — этот процесс называется модуляцией, а также обратное преобразование, которое называется демодуляцией. Отсюда название устройства: модем — модулятор/демодулятор.

Факс — это устройство факсимильной передачи изображения по телефонной сети. Название «факс» произошло от слова «факсимиле» (лат. fac simile — сделай подобное), означающее точное воспроизведение графического оригинала (подписи, документа и т. д.) средствами печати. Модем, который может передавать и получать данные как факс, называется факс-модемом.

18) Устройство системного блока персонального компьютера.

Внутри системного блока находятся устройства для обработки и хранения информации. В зависимости от конфигурации компьютера они могут быть различными, но большинство типичных системных блоков включает следующие устройства:

— Блок питания. Вырабатывает стабилизированные напряжения для питания всех устройств, находящихся в системном блоке. От блока питания выходят многочисленные кабели, которые подключаются к системной плате, дисковым накопителям и другим устройствам.

— Системная, или материнская, плата. Базовое устройство компьютера для установки процессора, оперативной памяти и плат расширения. К ней подключаются устройства ввода/вывода, дисковые накопители и др. Системная плата обеспечивает их взаимодействие, используя специальный набор микросхем системной логики, или чипсет. На системной плате также располагаются другие устройства, например микросхема BIOS, батарейка для питания часов и CMOS (память с автономным питанием), тактовый генератор.

— Процессор. Является «сердцем» компьютера и служит для обработки информации по заданной программе.

— Оперативная память. Используется для работы операционной системы, программ и для временного хранения текущих данных. Она выполнена в виде модулей, установленных на системную плату, и может хранить информацию только при включенном питании.

— Видеоадаптер. Обычно выполняется в виде платы расширения и служит для формирования изображения, которое потом выводится на монитор. Современные видеоадаптеры содержат мощный видеопроцессор и большие объемы видеопамяти, что позволяет формировать трехмерное изображение с высоким разрешением. Для недорогих компьютеров выпускаются системные платы с интегрированным видеоадаптером, и его не нужно устанавливать дополнительно.

— Жесткий диск. Основное устройство для хранения информации в компьютере.

— Дисковод. Хотя дискеты уже морально устарели, но дисководы для их чтения еще присутствуют в большинстве компьютеров.

— Привод для CD/DVD. CD/DVD широко используются для распространения информации, поэтому приводы есть почти в каждом компьютере.

— Платы расширения. При необходимости в системный блок можно установить дополнительные устройства, выполненные в виде плат или карт расширения. Примерами таких устройств могут быть модемы, сетевые платы, ТВ-тюнеры и многие другие.

19) Организация межкомпьютерной связи.

Компьютерная сеть (вычислительная сеть, сеть передачи данных) — система связи компьютеров и/или компьютерного оборудования (серверы, маршрутизаторы и другое оборудование). Для передачи информации могут быть использованы различные физические явления, как правило — различные виды электрических сигналов или электромагнитного излучения.

Есть три основных способа организации межкомпьютерной связи:

o объединение двух рядом расположенных компьютеров через их коммуникационные порты посредством специального кабеля;

o передача данных от одного компьютера к другому посредством модема с помощью проводных или спутниковых линий связи;

o объединение компьютеров в компьютерную сеть.

20) Компьютерная сеть, компоненты. Наиболее распространенные виды топологий сетей.

Компьютерная сеть — это набор устройств и конечных систем (например, компьютеров и серверов), которые соединены между собой и могут обмениваться данными друг с другом. Компьютерные сети служат для передачи данных в различных средах, включая жилые помещения, небольшие компании и крупные предприятия.

Компьютерная сеть состоит из следующих физических компонентов:

§ Персональные компьютеры. Компьютеры являются конечными устройствами сети, которые отправляют и получают данные.

§ Соединительные устройства — это компоненты, позволяющие передавать данные из одной точки сети в другую. В эту категорию входят следующие компоненты:

— сетевые адаптеры, которые преобразуют данные компьютера в формат, который позволит передавать их по локальной сети;

— сетевая среда передачи (например, кабели или беспроводные среды), которые служат для передачи сигнала от одного сетевого устройства к другому;

— разъемы, которые предоставляют точки подключения носителей.

§ Коммутаторы — устройства, обеспечивающие подключения сети к конечным системам и выполняющие интеллектуальную коммутацию данных внутри локальной сети.

§ Маршрутизаторы служат для соединения сетей между собой и выбора наилучшего пути между ними.

Сетевая топология — способ описания конфигурации сети, схема расположения и соединения сетевых устройств. Сетевая топология может быть:

o физической — описывает реальное расположение и связи между узлами сети;

o логической — описывает хождение сигнала в рамках физической топологии;

o информационной — описывает направление потоков информации, передаваемых по сети;

o управления обменом — это принцип передачи права на пользование сетью.

Существует множество способов соединения сетевых устройств. Выделяют 3 базовых топологии:

· Шина. Все компьютеры подключаются к одному кабелю. На его концах должны быть расположены терминаторы.

· Кольцо. Эта топология представляет собой последовательное соединение компьютеров, когда последний соединён с первым. Сигнал проходит по кольцу от компьютера к компьютеру в одном направлении. Каждый компьютер работает как повторитель, усиливая сигнал и передавая его дальше. Поскольку сигнал проходит через каждый компьютер, сбой одного из них приводит к нарушению работы всей сети.

· Звезда — схема соединения, при которой каждый компьютер подсоединяется к сети при помощи отдельного соединительного кабеля. Один конец кабеля соединяется с гнездом сетевого адаптера, другой подсоединяется к центральному устройству, называемому концентратором (hub).

И дополнительные (производные): двойное кольцо, ячеистая топология, решётка, дерево, Fat Tree, снежинка, полносвязная. Дополнительные способы являются комбинациями базовых. В общем случае такие топологии называются смешанными или гибридными, но некоторые из них имеют собственные названия, например «Дерево» .

21) Архитектура сети. Наиболее распространенные архитектуры.

Вычислительная сеть (ВС) — это сложный комплекс взаимосвязанных и согласованно функционирующих аппаратных и программных компонентов. Аппаратными компонентами локальной сети являются компьютеры и различное коммуникационное оборудование (кабельные системы, концентраторы и т. д.). Программными компонентами ВС являются операционные системы (ОС) и сетевые приложения.

Сеть может быть построена по одной из трех схем:

· сеть на основе одноранговых узлов — одноранговая сеть;

· сеть на основе клиентов и серверов — сеть с выделенными серверами;

· сеть, включающая узлы всех типов — гибридная сеть.

Архитектура сети определяет основные элементы сети, характеризует ее общую логическую организацию, техническое обеспечение, программное обеспечение, описывает методы кодирования. Архитектура также определяет принципы функционирования и интерфейс пользователя.

Архитектура терминал-главный компьютер — это концепция информационной сети, в которой вся обработка данных осуществляется одним или группой главных компьютеров. Рассматриваемая архитектура предполагает два типа оборудования:

— главный компьютер, где осуществляется управление сетью, хранение и обработка данных;

— терминалы, предназначенные для передачи главному компьютеру команд на организацию сеансов и выполнения заданий, ввода данных для выполнения заданий и получения результатов.

Одноранговая архитектура (peer-to-peer architecture) — это концепция информационной сети, в которой ее ресурсы рассредоточены по всем системам. Данная архитектура характеризуется тем, что в ней все системы равноправны. К одноранговым сетям относятся малые сети, где любая рабочая станция может выполнять одновременно функции файлового сервера и рабочей станции.

Архитектура клиент-сервер (client-server architecture) — это концепция информационной сети, в которой основная часть ее ресурсов сосредоточена в серверах, обслуживающих своих клиентов. Рассматриваемая архитектура определяет два типа компонентов:

· Серверы — это объекты, предоставляющие сервис другим объектам сети по их запросам. Сервис — это процесс обслуживания клиентов.

· Клиенты — это рабочие станции, которые используют ресурсы сервера и предоставляют удобные интерфейсы пользователя. Интерфейсы пользователя это процедуры взаимодействия пользователя с системой или сетью. информатика компьютер процессор сеть

22) Классификация компьютерных сетей по степени географического распространения. Как соединяются между собой устройства сети.

По степени географического распространения сети делятся на локальные, городские, корпоративные, глобальные и др. Локальная сеть (LAN — Local Area NetWork) — сеть, связывающая ряд компьютеров в зоне, ограниченной пределами одной комнаты, здания или предприятия. Глобальная сеть (WAN — World Area NetWork) — сеть, соединяющая компьютеры, удаленные географически на большие расстояния друг от друга. Отличается от локальной более протяженными коммуникациями (спутниковыми, кабельными и др.). Глобальная сеть объединяет локальные сети. Городская сеть (MAN — Metropolitan Area NetWork) — сеть, которая обслуживает информационные потребности большого города.

Для соединения устройств сети используется специальное оборудование:

Ш Сетевые кабели

o коаксиальные, состоящие из двух изолированных между собой концентрических проводников, из которых внешний имеет вид трубки;

o оптоволоконные;

o кабели на витых парах, образованные двумя переплетенными друг с другом проводами, и др.

Ш Коннекторы (соединители) для подключения кабелей к компьютеру, разъемы для соединения отрезков кабеля.

Ш Сетевые интерфейсные адаптеры для приема и передачи данных. В соответствии с определенным протоколом управляют доступом к среде передачи данных. Размещаются в системных блоках компьютеров, подключенных к сети. К разъемам адаптеров подключается сетевой кабель.

Ш Трансиверы повышают уровень качества передачи данных по кабелю, отвечают за прием сигналов из сети и обнаружение конфликтов.

Ш Хабы (концентраторы) и коммутирующие хабы (коммутаторы) расширяют топологические, функциональные и скоростные возможности компьютерных сетей. Хаб с набором разнотипных портов позволяет объединять сегменты сетей с различными кабельными системами. К порту хаба можно подключать как отдельный узел сети, так и другой хаб или сегмент кабеля.

Ш Повторители (репитеры) усиливают сигналы, передаваемые по кабелю при его большой длине.

23) Как соединяются между собой локальные сети. Работа беспроводных сетей.

Для соединения локальных сетей используются следующие устройства, различающиеся между собой по назначению и возможностям:

v Мост (англ. Bridge) связывает две локальные сети. Передает данные между сетями в пакетном виде, не производя в них никаких изменений. Мосты создают расширенную сеть, которая обеспечивает своим пользователям доступ к прежде недоступным ресурсам. Кроме этого, мосты могут фильтровать пакеты, охраняя всю сеть от локальных потоков, данных и пропуская наружу только те данные, которые предназначены для других сегментов сети.

v Маршрутизатор (англ. Router) объединяет сети с общим протоколом более эффективно, чем мост. Он позволяет, например, расщеплять большие сообщения на более мелкие куски, обеспечивая тем самым взаимодействие локальных сетей с разным размером пакета. Маршрутизатор может пересылать пакеты на конкретный адрес (мосты только отфильтровывают ненужные пакеты), выбирать лучший путь для прохождения пакета и многое другое. Чем сложней и больше сеть, тем больше выгода от использования маршрутизаторов.

v Мостовой маршрутизатор (англ. Brouter) — это гибрид моста и маршрутизатора, который сначала пытается выполнить маршрутизацию, где это только возможно, а затем, в случае неудачи, переходит в режим моста.

v Шлюз (англ. GateWay), в отличие от моста, применяется в случаях, когда соединяемые сети имеют различные сетевые протоколы. Поступившее в шлюз сообщение от одной сети преобразуется в другое сообщение, соответствующее требованиям следующей сети. Таким образом, шлюзы не просто соединяют сети, а позволяют им работать как единая сеть. C помощью шлюзов также локальные сети подсоединяются к мэйнфреймам — универсальным мощным компьютерам.

Беспроводные сети используются там, где прокладка кабелей затруднена, нецелесообразна или просто невозможна. Например, в исторических зданиях, промышленных помещениях с металлическим или железобетонным полом, в офисах, полученных в краткосрочную аренду, на складах, выставках, конференциях и т. п. В этих случаях сеть реализуется при помощи сетевых радиоадаптеров, снабженных всенаправленными антеннами и использующих в качестве среды передачи информации радиоволны. Такая сеть работоспособна при дальности 50−200 м. Для связи между беспроводной и кабельной частями сети используется специальное устройство, называемое точкой входа (или радиомостом). Можно использовать и обычный компьютер, в котором установлены два сетевых адаптера — беспроводной и кабельный.

Другой важной областью применения беспроводных сетей является организация связи между удалёнными сегментами локальных сетей при отсутствии инфраструктуры передачи данных (кабельных сетей общего доступа, высококачественных телефонных линий и др.). В этом случае для наведения беспроводных мостов между двумя удалёнными сегментами используются радиомосты с антенной направленного типа.

Если в сеть нужно объединить несколько сегментов, то используется топология типа «звезда». При этом в центральном узле устанавливается всенаправленная антенна, а удалённых узлах — направленные. Сети звездообразной топологии могут образовывать сети разнообразной конфигурации.

Сетевая магистраль с беспроводным доступом позволяет отказаться от использования медленных модемов.

24) Интернет и как работает. Связь в Интернет. Протоколы.

Интернемт (англ. Internet) — всемирная система объединённых компьютерных сетей для хранения и передачи информации. Часто упоминается как Всемирная сеть и Глобальная сеть, а также просто Сеть. Построена на базе стека протоколов TCP/IP. На основе Интернета работает Всемирная паутина (World Wide Web, WWW) и множество других систем передачи данных.

Интернет состоит из многих тысяч корпоративных, научных, правительственных и домашних компьютерных сетей. Объединение сетей разной архитектуры и топологии стало возможно благодаря протоколу IP (англ. Internet Protocol) и принципу маршрутизации пакетов данных.

Протокол IP был специально создан агностическим в отношении физических каналов связи. То есть любая система (сеть) передачи цифровых данных, проводная или беспроводная, для которой существует стандарт инкапсуляции в неё IP-пакетов, может передавать и трафик Интернета. Агностицизм протокола IP, в частности, означает, что компьютер или маршрутизатор должен знать тип сетей, к которым он непосредственно присоединён, и уметь работать с этими сетями; но не обязан (и в большинстве случаев не может) знать, какие сети находятся за маршрутизаторами.

На стыках сетей специальные маршрутизаторы (программные или аппаратные) занимаются автоматической сортировкой и перенаправлением пакетов данных, исходя из IP-адресов получателей этих пакетов. Протокол IP образует единое адресное пространство в масштабах всего мира, но в каждой отдельной сети может существовать и собственное адресное подпространство, которое выбирается исходя из класса сети. Такая организация IP-адресов позволяет маршрутизаторам однозначно определять дальнейшее направление для каждого пакета данных. В результате между отдельными сетями Интернета не возникает конфликтов, и данные беспрепятственно и точно передаются из сети в сеть по всей планете и ближнему космосу.

Связь. Электронная почта в настоящее время является одним из наиболее используемых средств связи. Также популярны IP-телефония и использование таких программ, как Skype (бесплатное проприетарное программное обеспечение с закрытым кодом, обеспечивающее шифрованную голосовую связь и видеосвязь через Интернет между компьютерами, используя технологии пиринговых сетей, а также платные услуги для звонков на мобильные и стационарные телефоны). Развитие Интернета, используемого как средство связи, приводит к всё большему распространению такой формы занятости как удалённая работа.

Сетевой протокол — набор правил и действий (очерёдности действий), позволяющий осуществлять соединение и обмен данными между двумя и более включёнными в сеть устройствами.

Протокол — это, образно говоря, «язык», используемый компьютерами для обмена данными при работе в сети. Чтобы различные компьютеры сети могли взаимодействовать, они должны «разговаривать» на одном «языке», то есть использовать один и тот же протокол. Проще говоря, протокол — это правила передачи данных между узлами компьютерной сети. Систему протоколов Интернет называют «стеком протоколов TCP/IP». Разные протоколы зачастую описывают лишь разные стороны одного типа связи. Названия «протокол» и «стек протоколов» также указывают на программное обеспечение, которым реализуется протокол.

Наиболее распространённой системой классификации сетевых протоколов является так называемая модель OSI (Open System Interconnection — взаимодействие открытых систем), в соответствии с которой протоколы делятся на 7 уровней по своему назначению — от физического (формирование и распознавание электрических или других сигналов) до прикладного (интерфейс программирования приложений для передачи информации приложениями).

Сетевые протоколы предписывают правила работы компьютерам, которые подключены к сети. Они строятся по многоуровневому принципу. Протокол некоторого уровня определяет одно из технических правил связи. В настоящее время для сетевых протоколов используется модель OSI.

25) Что такое WWW. Взаимодействие и работа.

Всемирная паутина (англ. World Wide Web) — распределённая система, предоставляющая доступ к связанным между собой документам, расположенным на различных компьютерах, подключенных к Интернету. Для обозначения Всемирной паутины также используют слово веб (англ. web «паутина») и аббревиатуру WWW. Всемирная паутина вызвала настоящую революцию в информационных технологиях и взрыв в развитии Интернета.

Всемирную паутину образуют миллионы веб-серверов сети Интернет, расположенных по всему миру. Веб-сервер — это компьютерная программа, запускаемая на подключённом к сети компьютере и использующая протокол HTTP для передачи данных. В простейшем виде такая программа получает по сети HTTP-запрос на определённый ресурс, находит соответствующий файл на локальном жёстком диске и отправляет его по сети запросившему компьютеру. Более сложные веб-серверы способны в ответ на HTTP-запрос динамически генерировать документы с помощью шаблонов и сценариев.

Для просмотра информации, полученной от веб-сервера, на клиентском компьютере применяется специальная программа — веб-браузер. Основная функция веб-браузера — отображение гипертекста. Всемирная паутина неразрывно связана с понятиями гипертекста и гиперссылки. Большая часть информации в Вебе представляет собой именно гипертекст.

Для облегчения создания, хранения и отображения гипертекста во Всемирной паутине традиционно используется язык HTML (англ. HyperText Markup Language «язык разметки гипертекста»). Работа по созданию (разметке) гипертекстовых документов называется вёрсткой, она делается веб-мастером либо отдельным специалистом по разметке — верстальщиком. После HTML-разметки получившийся документ сохраняется в файл, и такие HTML-файлы являются основным типом ресурсов Всемирной паутины. После того, как HTML-файл становится доступен веб-серверу, его начинают называть «веб-страницей». Набор веб-страниц образует веб-сайт.

Гипертекст веб-страниц содержит гиперссылки. Гиперссылки помогают пользователям Всемирной паутины легко перемещаться между ресурсами (файлами) вне зависимости от того, находятся ресурсы на локальном компьютере или на удалённом сервере. Для определения местонахождения ресурсов во Всемирной паутине используются единообразные локаторы ресурсов URL (англ. Uniform Resource Locator). URL-локаторы сочетают в себе технологию идентификации URI (англ. Uniform Resource Identifier «единообразный идентификатор ресурса») и систему доменных имён DNS (англ. Domain Name System). Доменное имя в составе URL обозначает компьютер (точнее — один из его сетевых интерфейсов), который исполняет код нужного веб-сервера. URL текущей страницы обычно можно увидеть в адресной строке браузера, хотя многие современные браузеры предпочитают по умолчанию показывать лишь доменное имя текущего сайта.

26) Мультимедиа. Аппаратные и программные средства. Технологии.

Мультимедиа — это интерактивные (диалоговые) системы, обеспечивающие одновременную работу со звуком, анимированной компьютерной графикой, видеокадрами, статическими изображениями и текстами.

Аппаратные средства мультимедиа:

? средства звукозаписи (звуковые платы, микрофоны);

? средства звуковоспроизведения (усилитель, колонки, акустические системы, наушники и гарнитуры);

? манипуляторы (компьютерные мыши, джойстики, миди-клавиатуры);

? средства «виртуальной реальности» (перчатки, очки, шлемы виртуальной реальности, используемые в играх);

? носители информации (CD, DVD и HDD);

? средства передачи (мини видеокамеры, цифровые фотоаппараты);

? средства записи (приводы CD / DVD-ROM, CDRW / DVD+RW, TVи FM-тюнеры);

? средства обработки изображения (платы видеомонтажа, клавиатуры, графические акселераторы);

? компьютер, телевизор, средства для получения и удобного восприятия информации и др.

Программные средства мультимедиа складываются из трех компонентов:

1. Системные программные средства — это набор программ, входящих в состав операционной системы компьютера и осуществляющих управление устройствами мультимедиа, причем это управление на двух уровнях — физическое управление вводом-выводом информации на низком уровне с помощью машинных команд и управление пользователем характеристиками устройств с помощью графического интерфейса, изображающего пульт управления устройством, например регулировки громкости звука, тембра, стереобаланса и т. д. Как правило, программы физического управления устройствами называют драйверами устройств.

2. Инструментальные программные средства — программы позволяющие модифицировать мультимедийные файлы и создавать мультимедийные приложения.

3. Прикладные программные средства — это готовые программные системы на CD или DVD дисках — фильмы, учебники, энциклопедии, игры, книги, виртуальные музеи, путеводители, рекламные материалы и т. д.

Мультимедийные технологии — это совокупность современных средств аудиотеле-, визуальных и виртуальных коммуникаций, используемых в процессе организации, планирования и управления различных видов деятельности.

Средства мультимедиа позволяют создавать базы, банки данных и знаний в сфере культуры, науки и производства. Такие продукты всё более завоёвывают рынок пользователей. Мультимедиа технологии широко используются в рекламной деятельности, при организации управления маркетингом средств и методов продвижения товаров и услуг, в обучении и досуговой деятельности.

Технология мультимедиа позволяет вводить, сохранять, перерабатывать и воспроизводить текстовую, аудиовизуальную, графическую, трёхмерную и иную информацию. Обладают свойством интегрировать эти виды данных, компактно и длительно хранить их на электронных носителях, не разрушающихся со временем и не ухудшающих свои характеристики при копировании.

Организации и подразделения, обладающие информационными ресурсами и средствами мультимедиа, использующими мультимедийные технологии порой называют медиатеками. Медиатеки находят широкое распространение в библиотеках и учебных заведениях. В этом случае считается, что медиатека — хранилище информационных медиаресурсов.

Технические средства мультимедиа, как и любые компьютерные информационные системы, позволяют выполнять все виды информационных процессов.

27) Этапы развития ЭВМ.

Первое поколение ЭВМ (1945;1954) — компьютеры на электронных лампах. Это эпоха становления вычислительной техники. Большинство машин первого поколения были экспериментальными устройствами и строились с целью проверки тех или иных теоретических положений. Вес и размеры этих компьютеров нередко требовали для себя отдельных зданий.

Во втором поколении компьютеров (1955;1964) вместо электронных ламп использовались транзисторы, а в качестве устройств памяти стали применяться магнитные сердечники и магнитные барабаны — далекие предки современных жестких дисков. Все это позволило резко уменьшить габариты и стоимость компьютеров, которые тогда впервые стали строиться на продажу. Наконец, в третьем поколении ЭВМ (1965;1974) впервые стали использоваться интегральные схемы — целые устройства и узлы из десятков и сотен транзисторов, выполненные на одном кристалле полупроводника (то, что сейчас называют микросхемами). В это же время появляется полупроводниковая память, которая и по всей день используется в персональных компьютерах в качестве оперативной.

Обычно считается, что период с 1975 по 1985 гг. принадлежит компьютерам четвертого поколения. Однако есть и другое мнение — многие полагают, что достижения этого периода не настолько велики, чтобы считать его равноправным поколением. Сторонники такой точки зрения называют это десятилетие принадлежащим «третьему с половиной» поколению компьютеров, и только с 1985 г., по их мнению, следует отсчитывать годы жизни собственно четвертого поколения, здравствующего и по сей день.