Chast_1-Osnovy_informatiki

1 . Информационные процессы и средства их реализации

ного изображения. После проявления изображения порошком красителя (то-

нера) выполняется печать − перенос тонера на бумагу и закрепление изображения на бумаге при помощи высокой температуры. Разрешение у таких принтеров до 50 точек/мм, скорость печати − 1000 символов/сек.

Плоттер (графопостроитель) – устройство, которое чертит графики, рисунки или диаграммы под управлением микро-ЭВМ.

Плоттеры используются для получения сложных конструкторских чертежей, архитектурных планов, географических и метеорологических карт, деловых схем. Плоттеры рисуют изображения с помощью пера. Роликовые плоттеры прокручивают бумагу под пером, а планшетные плоттеры перемещают перо через всю поверхность горизонтально лежащей бумаги.

1.4.3. Телеобработка

Одной из современных и прогрессивных форм применения ЭВМ является их использование удаленными пользователями – телеобработка. Для реализации систем телеобработки данных необходимы: каналы связи, терминалы (устройства ввода-вывода, используемые пользователем при взаимодействии с удаленной ЭВМ), устройства сопряжения ЭВМ с аппаратурой передачи данных и аппаратура передачи данных. В настоящее время в качестве терминалов широко используются персональные ЭВМ, являющиеся по существу микро-ЭВМ с внешними устройствами.

Обмен информацией между ЭВМ и терминалами или между двумя ЭВМ может происходить по следующим каналам связи: телефонным некоммутируемым (выделенным); телефонным коммутируемым; широкополосным; физическим – обычным проводным или кабельным линиям. Последний способ связи возможен при небольшом удалении друг от друга источников и приемников информации. Широкополосные каналы применяются в высокоскоростных линиях связи между удаленными друг от друга ЭВМ. Такие линии позволяют, например, передавать информацию со скоростями, измеряемыми миллионами битов в секунду.

Для передачи информации могут использоваться режимы: дуплексный, полудуплексный, симплексный. В дуплексном режиме информация одновременно может передаваться как в прямом, так и в обратном направлениях. Реализация этого режима требует наибольших аппаратурных затрат. Поэтому он применяется в основном в таких звеньях передачи данных, как ЭВМ – ЭВМ или ЭВМ – комплексы терминалов. Достаточно удобным и более эко-

46

1 . Информационные процессы и средства их реализации

номичным является полудуплексный режим. В этом режиме информация в прямом и обратном направлениях передается по одной электрической цепи в различные моменты времени. Такая передача приемлема для звеньев типа: ЭВМ – терминал, терминал – терминал. Односторонняя связь, основанная на передаче информации только в одном направлении (симплексный режим), применяется в специальных системах сбора данных.

Передача данных может быть либо синхронной, либо асинхронной. Асинхронную передачу часто называют стартстопной. При синхронной передаче символы передаются непрерывным потоком. За один раз можно передать блок длиной 100 символов и более, причем во время передачи этого блока приемник информации должен работать синхронно с ее источником. При асинхронной передаче за один раз передается один символ. Передача начинается сигналом «Старт» и заканчивается сигналом «Стоп». Импульсы между этими двумя сигналами представляют биты, составляющие передаваемый символ. Символы могут быть разнесены во времени с неопределенной длительностью временного интервала между ними. Когда передача данных между терминалом и ЭВМ ведется непрерывно и регулярно во времени, синхронный режим оказывается более эффективным в смысле использования канала связи. При синхронной передаче биты очередного символа следуют непосредственно за битами предыдущего, т. е. отсутствуют паузы между символами и отпадает необходимость в использовании сигналов «Старт» и «Стоп». В этом случае последовательность символов делится на блоки и все биты одного блока передаются через равные интервалы времени. Источник данных и их приемник при передаче всего блока данных должны работать строго синхронно; только при этом условии приемник, опознав первый бит символа, будет в состоянии различать символы (или слова).

Длина блоков, которыми обмениваются устройства при синхронной передаче, не является величиной постоянной. В одних случаях блок может состоять всего из нескольких символов, в других – из нескольких сотен. При передаче каждый следующий блок отделен от предыдущего определенным интервалом времени. Поэтому чем длиннее блок, тем выше, как правило, скорость передачи всего сообщения. При синхронной передаче символы накапливаются в буфере до тех пор, пока не сформируется полный блок. Этот блок из буфера пересылается с максимальной скоростью, которую могут обеспечить канал связи и его модемы. Блок данных, который пересылается при синхронной передаче, должен обладать определенными характеристиками. Например, он должен начинаться синхронизирующим кодом или симво-

47

1 . Информационные процессы и средства их реализации

лом, а заканчиваться обычно контрольным кодом или символом. Длина блока может быть фиксированной или переменной. Чаще применяются блоки переменной длины, так как в этом случае более эффективно используются каналы связи. При использовании блоков фиксированной длины в большинстве систем пришлось бы заполнять блоки пустыми символами. При переменной длине блока необходима посылка кода конца блока, который заставляет приемник перейти к выполнению операций, следующих за концом блока. Обычно сразу после кода конца блока посылается контрольный код.

В звеньях передачи данных систем телеобработки, реализуемых на основе телефонных каналов, используется аппаратура передачи данных, сопряжение которой с ЭВМ осуществляется через мультиплексоры передачи данных, представляющие собой автоматические многоканальные коммутаторы. По командам, поступающим из машины, мультиплексор (МПД) направляет информацию в нужные линии связи. Принимая информацию с разных направлений, поступающую по каждой линии связи с относительно низкой скоростью по сравнению с возможностями электронных схем ЭВМ, мультиплексор производит ее временное уплотнение в канале непосредственного ввода в машину. Подключение мультиплексора осуществляется через цепи стандартного сопряжения устройства ввода-вывода (через интерфейс вводавывода). С аппаратурой передачи данных мультиплексоры соединяются через унифицированные цепи сопряжения, называемые стыками. Для передачи данных по телефонным линиям связи необходимо преобразование импульсов постоянного тока в частотно-модулированные сигналы и обратно. Модуляция передаваемых сигналов и демодуляция принимаемых осуществляется с помощью устройств преобразования сигналов (УПС). Если конструктивно модулятор и демодулятор объединяются в одном блоке, то вместо УПС применяется термин «модем».

По телефонным линиям связи передача данных осуществляется в полосе 300 – 3400 Гц. При этом комбинации двоичных символов передаются в виде последовательностей посылок частотноили фазово-модулированных синусоидальных колебаний. Скорости преобразования и передачи данных в модемах соответствуют пропускным способностям телефонных и широкополосных каналов. В системах телеобработки применяются модемы, рассчитанные на разные пропускные способности каналов, (например, 1200, 2400, 4800, 48000, 64000 бит/с).

Если к достоверности передачи данных предъявляются повышенные требования, то в звенья передачи данных включают специальные устройства

48

1 . Информационные процессы и средства их реализации

защиты от ошибок (УЗО). Они предназначаются для обнаружения и исправления ошибок, возникающих в каналах связи и, частично, в самой аппаратуре передачи данных. Для различных по пропускной способности каналов выпускаются и соответствующие УЗО. Помимо скоростных характеристик, они также различаются алгоритмами работы. Одинаковым в логике работы у всех них является возможность автоматического повторения блока или блоков данных по запросу приемного устройства. Передаваемая информация делится в УЗО на блоки фиксированной длины, в каждый из которых, содержащий служебные и информационные символы, вводятся контрольные биты. Длина блока зависит как от качества канала связи, так и от скорости передачи данных.

Обмен данными между абонентскими пунктами (АП) системы телеобработки может осуществляться через абонентские системы телефонной связи. В этих случаях такие системы предоставляют услуги абонентам в организации линий связи. Абонентские системы строятся по радиально-узловому принципу с установкой в узлах автоматических или ручных коммутационных станций. При связи через автоматическую телефонную станцию (АТС) к соответствующему выходу МПД подключается автоматическое вызывное устройство. Оно обеспечивает автоматическое соединение с абонентскими пунктами, посылая соответствующие запросы. Установление соединений со стороны абонентских пунктов производится с помощью телефонных аппаратов. Машина вызывается набором номера. Получив сигнал ответа, оператор начинает «разговор» с машиной с помощью устройства, имеющего клавиатуру (персональная ЭВМ, печатающая машинка, телеграфный аппарат или специальное устройство ввода-вывода), или включает какое-либо автоматическое быстродействующее устройство ввода-вывода. Вызов абонента или ЭВМ через АТС напоминает вызов в телефонной сети. От вызывного устройства на станцию АТС посылается сигнал вызова. При готовности станция посылает вызывающему абоненту разрешающий сигнал. После приема этого сигнала на станцию передается номер вызываемого абонента. Если соответствующая аппаратура абонентского пункта (или ЭВМ) вызываемого абонента включена, то вызывающей станции посылается положительный ответ и производится либо передача запрашиваемого сообщения, либо подготовка к приему сообщения. При неготовности к работе аппаратуры АП вызываемого абонента вызывающему абоненту может быть выдан отрицательный ответ. При окончании передачи сообщения разъединение звена передачи данных производится сигналом отбоя.

49

1 . Информационные процессы и средства их реализации

1.5.Программные средства реализации информационных процессов

Программное обеспечение является неотъемлемой частью любой электронной вычислительной машины. Возможности ЭВМ, как системы обработки данных, в существенной степени связаны с используемым программным обеспечением.

Программа – упорядоченная последовательность команд ЭВМ, выпол- нение которой позволяет получить решение некоторой задачи.

Программное обеспечение электронной вычислительной машины – со- вокупность программ вычислительной машины и необходимых для их экс- плуатации документов.

Процесс создания программы можно условно разбить на три этапа: постановка задачи, алгоритмизация решения задачи, программирование.

Постановка задачи – это точная формулировка решения задачи на ЭВМ с описанием входной и выходной информации.

Алгоритм – последовательность точно сформулированных действий, определяющих процесс преобразования допустимых исходных данных в же- лаемый результат за конечное число шагов.

Алгоритм решения задачи имеет следующие свойства:

1.Понятность (указания должны быть понятны исполнителю);

2.Однозначность (единственность толкования правил выполнения

действий и порядка их выполнения);

3.Дискретность (возможность разбиения алгоритма на отдельные элементарные действия, выполнение которых человеком или машиной не вызывает сомнения);

4.Массовость (возможность их применения для решения целого класса конкретных задач с общей постановкой);

5.Конечность (завершение работы алгоритма в целом за конечное число шагов);

6.Результативность (во всех случаях можно указать, что понимается под результатом выполнения алгоритма).

В алгоритме отражаются логика и способ формирования результатов решения с указанием необходимых расчетных формул, логических условий, соотношений для контроля достоверности выходных результатов. В алгоритме обязательно должны быть предусмотрены все ситуации, которые могут возникнуть в процессе решения задачи.

50

1 . Информационные процессы и средства их реализации

Программирование – теоретическая и практическая деятельность, связанная с созданием программы.

Программный продукт – одна программа, комплекс программ или про- граммная система, предназначенные для решения определенной задачи или определенного класса задач и подготовленные к реализации как любой вид промышленной продукции.

Все программы, составляющие программное обеспечение вычислительной машины, можно условно разделить на две категории:

–системные программы, включающие программы, облегчающие процесс создания новых программ, а также программы, выполняющие различные вспомогательные функции, например, управление ресурсами вычислительной машины, создание копий используемой информации, проверку работоспособности устройств ЭВМ, выдачу справочной информации о вычислительной машине и др.;

–прикладные программы, непосредственно обеспечивающие выполнение необходимых пользователям работ.

1.5.1. Системное программное обеспечение

Системное программное обеспечение – совокупность программ, про- граммных комплексов и систем для обеспечения работы вычислительных машин, систем, комплексов и информационно-вычислительных сетей.

Системное программное обеспечение электронной вычислительной машины должно обеспечивать решение следующих задач:

–создание операционной среды функционирования других программ;

–обеспечение надежной и эффективной работы самой вычислительной машины;

–проведение диагностики и профилактики аппаратуры вычислительной машины;

–выполнение вспомогательных технологических процессов (копирование, архивирование, восстановление файлов программ и баз данных).

Данный класс программных продуктов тесно связан с типом вычислительной машины и является ее неотъемлемой частью. Структура системного программного обеспечения ЭВМ представлена на рис. 1.8.

Операционная система ЭВМ – это система взаимосвязанных систем- ных программ, назначение которой – обеспечить в процессе работы элек- тронной вычислительной машины взаимодействие всех ее устройств, взаи-

51

1 . Информационные процессы и средства их реализации

модействие устройств и системных программ, взаимодействие пользовате- ля с вычислительной машиной и выполнение всех других программ.

Операционная система (ОС) является основной составляющей программного обеспечения электронной вычислительной машины. Операционная система обеспечивает функционирование и взаимосвязь всех компонентов вычислительной машины, а также доступ пользователя к ее вычислительным и информационным ресурсам.

Системное

программное

обеспечение

Антивирусные Операционная программы

оболочка

Программы обслуживания дисков

Рис. 1.8. Системное программное обеспечение электронной вычислительной машины.

Функции операционной системы:

−осуществление диалога с пользователем;

−ввод-вывод и управление данными;

−планирование и организация процесса выполнения программ;

−распределение ресурсов (оперативной памяти, процессора, внешних устройств и т. п.);

52

1 . Информационные процессы и средства их реализации

−запуск программ на выполнение;

−всевозможные вспомогательные операции обслуживания;

−передача информации между различными устройствами ЭВМ;

−программная поддержка работы внешних устройств (дисплея, клавиатуры, запоминающих устройств на магнитных дисках, принтера и др.).

При работе на персональной ЭВМ, как правило, выполняется большое число действий с файлами. Ядром операционной системы является программа, которая обеспечивает управление файловой системой.

Файл – это именованная совокупность любых данных, размещенная в запоминающем устройстве и хранимая, пересылаемая и обрабатываемая как единое целое.

Файл может содержать программу, числовые данные, текст, закодированное изображение и т. п.

Файловая система – это средство для организации хранения файлов на каком-либо носителе.

Файловые системы операционных систем создают для пользователей некоторое виртуальное представление внешних запоминающих устройств ЭВМ, позволяя работать с этими устройствами не на низком уровне команд управления физическими устройствами (например, обращаться к запоминающему устройству на магнитных дисках с учетом особенностей его адресации), а на уровне наборов и структур данных. Файловая система освобождает пользователя от необходимости знания реального расположения информации во внешних запоминающих устройствах, обеспечивает независимость программ от особенностей конкретной конфигурации ЭВМ, а также стандартные реакции на ошибки, возникающие при обмене данными.

Файл обладает уникальным идентификатором (именем), обеспечивающим доступ к файлу. Идентификатор включает имя файла (его буквенноцифровое обозначение, которое может включать специальные символы: «_» (подчеркивание), «-» (дефис), «!» и т. д.) и расширение имени файла (обычно отделяемое от имени файла точкой). Если имена создаваемых файлов пользователь может задавать произвольно, то в использовании расширений следует придерживаться правила, согласно которому расширение указывает на тип файла, характер его содержимого. Например, .com, .exe, .txt, .doc, .pas,

.bas, .c.

Имена файлов регистрируются в каталоге.

Каталог представляет собой список элементов, каждый из которых описывает характеристики конкретного файла, используемые для организа-

53

1 . Информационные процессы и средства их реализации

ции доступа к этому файлу (имя файла, его тип, местоположение на диске и длина файла).

Для удобства поиска файлы хранятся в иерархической структуре каталогов, которая имеет «древовидную» структуру. Каждый каталог рассматривается как файл и имеет собственное имя. Продвижение по дереву при поиске некоторого каталога или файла возможно как вниз по дереву от текущего узла, так и вверх − по направлению к корню. В каждом каталоге хранится список имен файлов, а также ссылки на дескрипторы файлов. В дескрипторах сосредоточена подробная информация о файле (список номеров блоков, занимаемых файлом, метод доступа к файлу, дата создания файла, идентификатор владельца, тип файла). В процессе работы могут создаваться новые каталоги и вписываться в требуемое место иерархической структуры каталогов.

Файловая система ОС обеспечивает основные операции над файлами: их открытие (что сопровождается копированием учетной информации о файле, обеспечивающей быстрый доступ к нему, в некоторую структуру данных, расположенную в оперативной памяти, подготовкой буферов и каналов для передачи информации), копирование, перемещение, объединение, удаление, закрытие. Вторую группу операций представляют операции чтения и записи составных элементов файла. Особая группа операций обеспечивает печать содержимого каталогов или файлов, управление правами доступа к файлам, поиска файлов и т. д.

Операционная система скрывает от пользователя сложные ненужные подробности взаимодействия с аппаратурой. В результате этого пользователи освобождаются от трудоемкой работы по организации взаимодействия с аппаратурой ЭВМ. Примеры операционных систем для персональных ЭВМ: MS-DOS, Microsoft Windows (Windows 95, 2000, NT, XP), Unix, Linux.

Операционная оболочка – это программы, созданные для упрощения взаимодействия пользователей со сложными программными системами.

Они преобразуют командный пользовательский интерфейс в дружественный графический интерфейс или интерфейс типа «меню». Оболочки предоставляют пользователю удобный доступ к файлам и обширные сервисные услуги. Примеры операционных оболочек: Norton Commander, DOS Navigator, Far, Windows Commander.

Системное программное обеспечение включает также сервисное программное обеспечение, представляющее собой набор сервисных программ, которые можно классифицировать по функциональному признаку следующим образом:

54

1 . Информационные процессы и средства их реализации

−программы контроля, тестирования и диагностики, которые используются для проверки правильности функционирования устройств ЭВМ и для обнаружения неисправностей в процессе эксплуатации (они указывают причину и место неисправности);

−программы диагностики работоспособности ЭВМ;

−программы-драйверы, которые расширяют возможности операционной системы по управлению устройствами ввода-вывода, оперативной памятью и т. д.; с помощью драйверов возможно подключение к ЭВМ новых устройств или нестандартное использование имеющихся;

−программы-упаковщики (архиваторы), которые позволяют записывать информацию на дисках более плотно, а также объединять копии нескольких файлов в один архивный файл;

−программы обслуживания дисков, обеспечивающие проверку качества поверхности магнитного диска, контроль сохранности файловой системы на логическом и физическом уровнях;

−антивирусные программы, предназначенные для предотвращения заражения компьютерными вирусами и ликвидации последствий заражения вирусами.

Существенную часть системного программного обеспечения составляют программные системы, относящиеся к инструментарию различных технологий программирования: трансляторы, компиляторы, интерпретаторы и т. п.

Транслятор – это системная программа, предназначенная для преобразования программы пользователя, написанной на одном из языков программирования высокого уровня, в программу на машинном языке.

Компилятор – это системная программа, которая предназначена для преобразования программы пользователя, написанной на одном из языков программирования высокого уровня, в программу на машинном языке, и которая, в отличие от транслятора, в программах на машинном языке для реализации средств и конструкций языка высокого уровня использует обращения к соответствующим подпрограммам.

Интерпретатор – это системная программа, которая предназначена для преобразования программы пользователя, написанной на одном из языков программирования высокого уровня, в программу на машинном языке, и которая, в отличие от транслятора и компилятора, обеспечивает последовательное преобразование и немедленное выполнение операторов используемого языка программирования высокого уровня.

55