Аверянов Современная информатика 2011

ниченным набором портов ввода-вывода и упрощения дисковой системы.

Комплектующие для ноутбуков изначально проектируются фирмами с учетом именно мобильного применения. Так, ведущие производители процессоров Intel и AMD имеют в своих модельных рядах специализированные процессоры для ноутбуков. Выпускаются специализированные форматы практически всех видов дисковой памяти. Ноутбуки сыграли важнейшую роль в распространении ЖК-мониторов, поскольку они явились пионерами, их применения для ПК способствовали к их широкому внедрению и совершенствованию технологии их изготовления, что позволило значительно снизить их стоимость. Стоимость таких ПК на начальном этапе была достаточно высока, именно из-за стоимости ЖКмониторов.

Фирмы выпускают широкий спектр ноутбуков, различающихся по техническим характеристикам, по массогабаритным параметрам и стоимости, однако однозначно классификацию их провести затруднительно.

Ноутбуки, предназначенные для замены настольного ПК, имеют большие ЖК-экраны (16 и более дюймов), полноразмерные клавиатуры, полный набор портов ввода-вывода и т.п.

Но обратная сторона этих преимуществ – большие габариты, а также малое время автономной работы. Такие ноутбуки полезны тем, кто редко перевозит их с одного рабочего места на другое и практически никогда не работает в поездах. В последнее время такие ноутбуки часто используют в качестве замены стационарных ПК с питанием от электрической сети.

Большинство современных ноутбуков относится к «тонким и легким», которые значительно более мобильны, их вес не превышает 3 кг, а толщина 30 мм, экраны не более 15 дюймов. Они имеют полноразмерную клавиатуру и достаточно большой набор устройств ввода-вывода. Однако их производительность значительно ниже производительности ПК и у них довольно простая мультимедийная подсистема.

Тем не менее, говоря о производительности и других технических характеристиках ноутбуков, необходимо учитывать стремительное развитие компьютерной технологии. Поэтому временной период отставания технических характеристик ноутбуков от на-

141

стольных ПК значительно меньший, чем отставание ПК от суперкомпьютеров.

Дальнейшее развитие мобильности ноутбуков связано с так называемыми ультрапортативными бюджетными ноутбуками к которым этот термин уже прижился, но называть их так не корректно. Они образуют новый класс мобильных компьютеров – нетбуки, которые произвели настоящий потребительский бум, значительно превосходящий спрос даже на легкие и тонкие ноутбуки.

Первопроходцем стала компания ASUS, которая осенью 2007 г. анонсировала Eee PS 700 машину с 7-дюймовым экраном, экономичным процессором Intel 512 Мбайт ОП и твердотельным накопительным в 2 Гбайт. После выхода процессора Intel Atom с техпроцессом 47 нм, частотой 1,6 ГГц, 47 млн транзисторов и очень низким энергопотреблением, в среднем всего 0,6 Вт, практически все виды компактных и суперкомпактных компьютеров стали использовать его разновидности.

Появились нетбуки с ОП 1 Гбайт, объемом флэш-дисков до 8 Гбайт, а также HDD-диски 80 Гбайт, web-камеры, сетевой интерфейс, модуль беспроводной связи wi-fi.

Нетбуки по размеру и весу сравнимы с небольшой книжкой и предназначены для тех, кто много времени проводит в поездках и часто работает в пути, однако платой за миниатюрность является малый экран и клавиатура с клавишами меньшего размера.

Так в чем же отличие нетбука от ноутбука? Дело здесь не столько в его размерах, не во времени автономной работы, не в аппаратной конфигурации и даже не в производительности, а в различной модели использования ноутбуков и нетбуков.

Нетбуки – простые в эксплуатации и не дорогие «сверхбюджетные» устройства, предназначенные, в основном, для доступа в Интернет. Они ориентированы на решение таких задач, как webсерфинг, просмотр видео, общение в социальных сетях и т.п.

В прочем утверждать, что нетбук необходим только как средство доступа в Интернет, было бы не верно. Нетбуки можно эффективно использовать в качестве печатной машинки «причем не простой, но и с выходом в сеть», однако нужно учесть, что для повседневной работы с офисными приложениями нетбуки не слишком удобны из-за размеров клавиатуры.

142

Нужно четко представлять, что с помощью любого портативного ноутбука можно с успехом решать любые задачи, доступные нетбуку, но обратные утверждения не верны.

Ив заключение о сверхпортативных мобильных компьютерах нижнего уровня иерархии. Их появление также связано с разработкой МП, хотя они развивались независимо от ПК и ноутбуков. Родоначальником этого направления принято считать так называемые карманные ПК КПК, прадедушками которых можно считать калькуляторы (первый МП был разработан для калькулятора). Включение в состав КПК сотовых модулей привело к появлению двух типов изделий коммуникаторов и смартфонов. Смартфоны ориентированы, прежде всего, на голосовые коммуникации, работа с информацией (от просмотра web до редактирования документов) для них вторична. Коммуникаторы наоборот. Иными словами, смартфон – телефон с дополнительными функциями: коммуникатор – ручной ПК (КПК) со встроенным сотовым модемом. Разные сценарии использования предъявляют разные требования к конструкции аппарата. Смартфон – умный телефон, несколько ограниченный по возможностям с коммуникатором.

Разговоры об исчезновении традиционных КПК (без сотовых модулей) пока преждевременны, поскольку объем их продаж до последнего времени не уменьшается.

Ив заключение на одном из форумов, посвященном компактным

исверхкомпактным ПК, в 2007 г. было объявлено о появлении MIDустройств (Mobile internet divece) – мобильных устройств доступа в Интернет. По формату MID-устройства являются аналогами КПК, однако их функциональные возможности гораздо шире, чем у КПК. Именно поэтому предполагается, что в будущем MID-устройства полностью заменят КПК. Они могут иметь разные экраны (4,5 – 6 дюймов), наличие клавиатуры в них необязательно, но предусматривается операционная система Linux или Windows XP.

MID-устройства позволяют пользователям общаться через Интернет, получать доступ к информации, а кроме того, прослушивать музыку и видеоролики. Предполагается, что MID-устройства станут основой нового класса потребительской техники следующего поколения – портативных Интернет-видеоплееров, навигаторов

ипр.

143

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.В чем причины повышенного интереса к микропроцессорам? Дайте их определение. Какова их классификация, динамика и основные тенденции в развитии микропроцессоров фирмы Intel?

2.Перечислите различные типы архитектур микропроцессоров и области их применения. Назовите основные тенденции в развитии архитектуры микропроцессоров. Перечислите номенклатуру и ведущие фирмы-производители.

3.Каковы три этапа в развитии ПК, их основные достоинства концепции открытой архитектуры ПК IBM-клона? Назовите причины высокой популярности этих компьютеров. Перечислите основные этапы их развития. Каково современное состояние и направления их использования?

4.Какова динамика развития архитектуры ПК? В чем причины

ееусложнения? Каков современный дизайн, типы использования шин. Назовите состав периферийных устройств и их интерфейсы.

5.Сформулируйте определение рабочих станций и серверов, общность и различия. Каковы основные направления их использования, классификация и современные тенденции в их развитии? В чем причины популярности серверов младшего уровня?

144

ГЛАВА 4. СЕТИ КОМПЬЮТЕРОВ И СРЕДСТВА ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОГО ДОСТУПА

4.1.Эволюция распределенных вычислительных систем

Вначале ХIX в. передача электроэнергии и коллективное ее использование привели к технической революции во всех областях деятельности человеческого общества.

Внаше время решается, быть может, более важная задача – задача передачи информации, накапливаемой в банках данных. Коллективный опыт и знания, сконцентрированные в этих хранилищах информации, становятсядоступныочень широкомукругуабонентов.

В1993 г. группа экспертов подготовила по заказу Европейского союза материал «Европейское глобальное информационное сообщество (рекомендации для Европейского союза)». В этом материале утверждалось, что информационные и коммуникационные технологии вызвали новую революцию – информационную. Эта революция базируется на информации как таковой, а технологические возможности беспрецедентно увеличивают возможности интеллекта человека и изменяют способы совместной работы, общения и жизни человеческого общества. В качестве примера такой технологии в рекомендациях было названо глобальное сообщество компьютерных сетей Internet.

Средства связи и компьютеры находились в тесном взаимодействии с момента возникновения вычислительных машин, в которых использовались телетайпы, перфораторы и другое телеграфнотелефонное оборудование. Объединение средств телекоммуникации и компьютеров связано с созданием компьютерных сетей. На-

чало компьютерным сетям положили разработки первых машин с разделением времени* в начале 60-х годов, когда компьютер был дорогостоящим и дефицитным оборудованием. Штатное удаление периферии от большого компьютера не превышало 60 м (системы IBM 390 позволяют увеличить это расстояние до 11 км, применив

* Режим разделения времени (Time Sharing) реализуется на уровне операционных систем и обеспечивает одновременную работу большого количества пользователей с использованием одного и того же ЦП; при этом, безусловно, предполагается аппаратная поддержка многозадачности ЦП. Более подробно этот вопрос будет рассмотрен в гл. 6.

145

для связи оптоволокно). Использование стандартных телеграфнотелефонных каналов позволяло большому количеству пользователей на значительном удалении иметь возможность доступа к ресурсам вычислительных комплексов большой (по тем временам) мощности. Этот вид сетей интенсивно развивается и в настоящее время представляет так называемые глобальные вычислительные сети, хотя их роль и задачи значительно изменились по сравнению с первоначальными замыслами. Расширился также круг используемых средств телекоммуникаций (радиорелейная, спутниковая связь и т.п.). Появление малых компьютеров, а затем и персональных значительно уменьшило потребности в вычислениях и другой обработке информации на больших компьютерах. И хотя стоимость передачи данных снижается, темпы снижения стоимости каналов отстают от темпов снижения стоимости компьютеров, что на определенном этапе препятствовало развитию систем передачи данных, так как использование местных компьютеров оказывалось дешевле.

Однако в связи с расширением сферы использования компьютеров развитие вычислительных сетей становится актуальнее, чем это было раньше. Среди причин, требующих объединения компьютеров и создания вычислительных сетей, можно отметить следующие:

компьютер все в меньшей степени используется как вычислитель, более актуальными становятся информационные системы для хранения, модификации и поиска данных, количество и сложность организации которых становятся все более трудоемкими и требующими компьютеров очень большой мощности;

информация в банках (базах) данных очень часто обновляется с абонентских пунктов или с периферийных компьютеров, чтение и запись осуществляется в реальном масштабе времени (как, например, система резервирования билетов, банковские операции и др.), что требует хранения информации в одном месте и ее централизованной обработки;

повышение надежности и резервирование, использование общей (дорогостоящей) периферии и многое другое;

значительно повышается эффективность использования систем передачи данных (и их скорости) и уменьшается стоимость их использования.

146

4.2. Способы передачи данных по физическим линиям

Взаимное проникновение вычислительной техники и технических средств связи оказало серьезное влияние как на структуру компьютеров, так и на структуру каналов связи.

Средства связи, предназначенные для передачи информации между людьми, имеют длительную историю, развитую структуру (в мировом масштабе), мощную научную и технологическую базу и, начиная с 60-х годов, стали использоваться для передачи данных, т.е. для передачи информации между техническими средствами вычислительной техники, что потребовало включения в каналы связи дополнительных технических устройств.

В настоящее время для распределенных вычислительных систем наиболее широко используются телефонные каналы.

На рис. 4.1 представлена упрощенная схема линии аналоговой междугородней телефонной связи.

Рис. 4.1. Схема междугородней телефонной связи

На участке от телефонного аппарата до местной АТС происходит передача в первичной полосе частот ≈ 200 – 3100 Гц (полоса частот человеческого голоса). При этом от каждого аппарата до АТС проводится двухпроводная электрическая линия для передачи этого сигнала, в дальнейшем происходит преобразование его в иную форму с целью уплотнения передачи. В каждом из последующих кана-

147

лов идет очень большое количество передач. Существует два типа уплотнения: частотное и временное. В традиционных линиях связи, как правило, используется частотное уплотнение.

Сущность частотного уплотнения для трех абонентов представлена на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Частотное уплотнение телефонных каналов

Передаваемый сигнал на входе в магистральную линию «смешивается» с так называемой несущей (более высокой) частотой и одновременно с другими сигналами (которые передаются на других несущих частотах) распространяется по магистралям. На выходе передаваемые сигналы выделяются из несущих частот и по индивидуальным линиям доставляются абоненту.

Процедура на входе в магистральные линии связана с различного вида модуляцией несущих частот, а обратное преобразование на выходе из магистральных линий, соответственно, с демодуляцией.

Модуляция несущей – изменение ее амплитуды, частоты, фазы или комбинации этих характеристик в соответствии с передаваемым сигналом.

Использование описанных средств связи для передачи данных, т.е. замена абонента-человека на техническое устройство (ЭВМ),

148

требует включения в эту систему дополнительных устройств, адаптирующих информационные СОД к передаче по каналу связи.

Рис. 4.3. Типовая схема передачи данных: а – блок-схема системы передачи данных; б – реальная система передачи данных

На рис. 4.3, а представлена структурная схема передачи данных, а на рис. 4.3, б – реальные физические устройства, которые могут быть включены в канал.

На рис. 4.3, а приведены традиционно используемые сокращения для обозначения устройств систем передачи данных (СПД):

ООД – оконечное оборудование данных, в качестве которого может выступать персональный компьютер, большой компьютер, терминал и т.п. В литературе часто употребляется международный термин DTE (Data Terminal Equipment);

АКД – аппаратура канала данных, которую иногда называют аппаратурой передачи данных (АПД), функции которой состоят в обеспечении возможности передачи информации по каналу определенного типа, эти устройства, как правило, называются модемами

(модулятор-демодулятор); DCE (Data Communications Equipment) –

международный термин, используемый для обозначения этого устройства.

Канал передачи включает описанную выше структуру, если используется коммутируемая телефонная сеть общего назначения.

149

Интерфейс между каналами передачи и АКД в отечественной практике называется «стык 1» (С1), а интерфейс между ООД и АКД «стык 2» (С2).

В зависимости от типа передачи различают аналоговые (традиционно используемые, имеющие длительную историю развития) и цифровые каналы (систем ИКМ, ISDN* и др.), являющиеся битовым трактом с цифровым импульсным сигналом на выходе и входе канала. Цифровые каналы отличаются рядом преимуществ перед аналоговыми, поэтому вновь создаваемые системы передачи данных стараются строить на основе цифровых каналов. Следует отметить, что цифровые каналы весьма успешно применяются не только для передачи данных, но и в средствах бытовой связи (звук, изображение и т.д.), при этом аналоговые сигналы кодируются в цифровые перед передачей в канал.

Термины «аналоговый» и «цифровой» соответствуют непрерывным и дискретным процессам и используются при обсуждении коммуникационных систем в различных контекстах – данных, сигналов и передачи.

Аналоговые данные представляются физической величиной, которая может изменяться в непрерывном диапазоне значений. Величина прямо пропорциональна данным или является их функцией.

Цифровые данные принимают дискретные значения – текст, целые числа, двоичные данные.

Аналоговый сигнал – непрерывно изменяющаяся электромагнитная волна, распространяющаяся в различных средах.

Цифровой сигнал – дискретный (разрывной) сигнал, такой, как последовательность импульсов напряжения.

Возможны четыре вида передачи данных:

цифровые данные – цифровой сигнал, используется наиболее простое оборудование;

аналоговые данные – цифровой сигнал, необходимо преобразование аналоговых данных в цифровую форму, что позволяет использовать современное (высокоэффективное) оборудование передачи данных;

цифровые данные – аналоговый сигнал, необходимость преобразования связана с тем, что через некоторые среды (оптоволокно,

* ISDN – Integrated Services Digital Network.

150