Информатика-Лекции

21

Существует множество способов соединения сетевых устройств, из них можно выделить четыре базовых топологии: шина, кольцо, звезда и ячеистая топология. Остальные способы являются комбинациями базовых. В общем случае такие топологии называются смешанными или гибридными, но некоторые из них имеют собственные названия, например «Дерево».

1)Шина - общий кабель (называемый шина или магистраль), к которому подсоединены все рабочие станции. На концах кабеля находятся терминаторы, для предотвращения отражения сигнала.

Отправляемое рабочей станцией сообщение, распространяется на все компьютеры сети. Каждая машина проверяет — кому адресовано сообщение и если ей, то обрабатывает его. Для того, чтобы исключить одновременную посылку данных, применяется либо «несущий» сигнал, либо один из компьютеров является главным и «даёт слово» остальным станциям.

2)Кольцо — рабочие станции подключены последовательно друг к другу, образуя замкнутую сеть.

В кольце не используется конкурентный метод посылки данных, компьютер в сети получает данные от соседа и перенаправляет их дальше, если они адресованы не ему. Для определения того, кому можно передавать данные обычно используют маркер. Данные ходят по кругу, только в одном направлении.

Наиболее широкое применение получила в оптоволоконных сетях.

3)Звезда — все компьютеры сети присоединены к центральному узлу (обычно сетевой концентратор).

Рабочая станция, которой нужно послать данные, отсылает их на концентратор, а тот определяет адресата и отдаёт ему информацию. В определённый момент времени только одна машина в сети может пересылать данные, если на концентратор одновременно приходят два пакета, обе посылки оказываются не принятыми и отправителям нужно будет подождать случайный промежуток времени, чтобы возобновить передачу данных.

Одна из наиболее распространённых топологий, поскольку проста в обслуживании. В основном используется в сетях, где носителем выступает кабель витая пара.

4)Полносвязная топология — соединяет каждую рабочую станцию сети со всеми другими рабочими станциями этой же сети.

Отправитель сообщения по очереди соединяется с узлами сети, пока не найдёт нужный, который примет у него пакеты данных.

В проводных сетях данная топология используется редко, поскольку из-за преизбыточного расхода кабеля становится слишком дорогой. Однако, в беспроводных технологиях сети на основе ячеистой технологии встречаются всё чаще, поскольку затраты на сетевой носитель не увеличиваются и на первый план выходит надёжность сети.

4.Коммуникационное оборудование.

1)Коаксиальный кабель

Недорогой, легкий, гибкий и удобный в применении. Безопасный и простой в установке.

2) Кабель - витая пара

Самая простая витая пара - это два перевитых вокруг друг друга изолированных медных провода.

Витая пара наилучшим образом подходит для малых учреждений. Недостатками данного кабеля является высокий коэффициент затухания сигнала и высокая чувствительность к электромагнитным помехам, поэтому максимальное расстояние между активными устройствами в ЛВС при использовании витой пары должно быть не более 100 метров.

3) Оптоволоконный кабель

Это относительно надежный (защищенный) способ передачи, поскольку электрические сигналы при этом не передаются. Следовательно, оптоволоконный кабель нельзя вскрыть и перехватить данные, от чего не застрахован любой кабель, проводящий электрические сигналы.

Оптоволоконные линии предназначены для перемещения больших объемов данных на очень высоких скоростях, так как сигнал в них практически не затухает и не искажается.

Для подключения ПК к сети требуется сетевая плата. Для организации беспроводной связи в ноутбуки устанавливаются специальные сетевые платы.

22

Протяженность сети, расстояние между ПК определяется физическими характеристиками передающей среды. При передаче данных в любой среде происходит затухание сигнала, что приводит к ограничению расстояния. Для преодоления этих ограничений и расширения сети устанавливаются специальные устройства.

1)Повторитель – используется при наращивании сети на большое расстояние для поддержание передаваемого сигнала в исходном состоянии.

2)Концентратор – используется для объединения ПК в ЛВС. Точка подключения кабеля

кконцентратору наз. портом. Обычно выпускаются модели с 5, 8, 12, 16, 24, 32 портами для подключения витой пары.

3)Коммутатор – позволяет не только объединить ПК в ЛВС, но и увеличить полосу пропускания и уменьшить время задержки обработки информации в ЛВС. Использование коммутатора является более дорогим, но более производительным. Может обслуживать одновременно несколько запросов. Если по какой-то причине нужный порт в данный момент времени занят, то пакет помещается в буферную память коммутатора, где и дожидается своей очереди. Построенные с помощью коммутатора сети могут охватывать несколько сотен машин и иметь протяженность несколько километров.

4)Маршрутизатор – соединяет сети разного типа, но использующих одну операционную систему. Выбирает оптимальный путь передачи сообщения в сети, фильтрует информацию, обеспечивает балансировку нагрузки в сети, перенаправляя потоки сообщений по свободным каналам связи. Аппаратно он может быть представлен в крупных сетях специальным устройством, в небольших – роль маршрутизатора может выполнять компьютер, оснащенный двумя и более сетевыми картами.

5)Шлюз – устройство, объединяющее сети, использующие разные протоколы взаимодействия. С помощью шлюза подключается ЛВС к ГВС. Конструктивно шлюз выполняется в виде платы, устанавливаемой в ПК.

5. Интернет

Интернет – глобальная компьютерная сеть, объединяющая сети, шлюзы, серверы и компьютеры, использующие для связи единый набор протоколов. Интернет не является коммерческой организацией и никому не принадлежит; оплачиваются только услуги провайдера - организации, предоставляющей возможность подключения к Интернет.

Фактически, Интернет состоит из множества локальных и глобальных сетей, принадлежащих различным компаниям и предприятиям, работающих по самым разнообразным протоколам, связанных между собой различными линиями связи, физически передающих данные по телефонным проводам, оптоволокну, через спутники и радиомодемы.

За Интернет никто централизовано не платит, каждый платит за свою часть. Представители сетей собираются вместе и решают, как им соединяться друг с другом и содержать эти взаимосвязи. Пользователь платит за подключение к некоторой региональной сети, которая в свою очередь платит за свой доступ сетевому владельцу государственного масштаба. Интернет не имеет никакого собственника, здесь нет и специального органа управления, который бы контролировал всю работу сети Интернет. Локальные сети различных стран финансируются и управляются местными органами согласно политике данной страны.

Структура Интернет напоминает паутину, в узлах которой находятся компьютеры, связанные между собой линиями связи. Узлы Интернет, связанные высокоскоростными линиями связи, составляют базис Интернет. Как правило, это поставщики услуг (провайдеры). Оцифрованные данные пересылаются через маршрутизаторы, которые соединяют сети с помощью сложных алгоритмов, выбирая маршруты для информационных потоков.

Адресация в электронной почте

Поскольку в internet обеспечивается доступ не только к компьютерам - информационным источником, но и к разнообразным программам электронной почты, являющейся компьютерным аналогом обычной почты, и, следовательно, призванной поддерживать общение между людьми, предусмотрена и адресация лиц, участвующих в переписке.

Почтовый адрес пользователя имеет следующую структуру:

<имя пользователя>@<адрес компьютера>

23

Адресация документов в WWW-технологии

В WWW-технологии документом называется гипертекстовый документ, который может содержать в седее иллюстрации, видеоинформацию, другие документы.

Адресом документа здесь является так называемый URL (Uniform Resource Locator), включающий весь комплекс сведений, необходимый для его поиска и правильной интерпретации тем или иным браузером. Рассмотрим, напpимеp, адрес:

http://www.relcom.ru/Internet/Literature/index.html

http (HyperText Transfer Protocol) - определяет протокол, то есть способ передачи документа. В данном случае, документ должен быть передан как гипертекстовый.

www.relcom.ru - адрес сервера.

/www.relcom.ru/Internet/Literature/ - каталог или путь к искомому файлу в файловом аpхиве сеpвеpа.

index.html - имя файла, включающее суффикс html (HyperText Marcup Language) - указывающий язык HTML, на котором подготовлен документ. Наиболее часто употребляемые значения суффикса - html и htm.

6. Способы подключения к Интернет

Современный интернет развивается настолько стремительно, что подключиться к нему может почти каждый. Правда возможности у всех разные, а от них как раз и зависит выбор способа подключения к интернету.

1)Dial-Up - ПК пользователя подключается к серверу провайдера, используя телефон – коммутируемый доступ по аналоговой телефонной сети скорость передачи данных до 56 Кбит/с.

Это самый старый, но всё ещё широко используемый способ подключения. Модемное (dial-up) подключение сейчас используется только там, где есть операторы абонентской телефонной связи, предоставляющие услуги dial-up подключения, и нет других способов подключения.

Для подключения этим способом необходимо наличие dial-up модема и стационарного телефона.

Достоинство: возможность подключения к интернету, низкая стоимость модема, простота настройки и установки.

Недостатки: низкая скорость передачи данных, постоянная занятость телефона привыходе в Сеть, скачать большие файлы практически невозможно из-за низкого качества передачи данных, да и дорого.

2)DSL (Digital Subscriber Line) - семейство цифровых абонентских линий, предназначенных для организации доступа по аналоговой телефонной сети, используя кабельный модем. Эта технология обеспечивает высокоскоростное соединение до 50 Мбит/с.

Кабельным модемом называется абонентское устройство, обеспечивающее высокоскоростной доступ к Интернету по сетям кабельного телевидения. Для передачи данных используется один или несколько свободных от телепередач телевизионных каналов. Передача данных и телевизионных программ ведутся одновременно, по одному и тому же кабелю, совершенно не мешая друг другу.

Преимущества по сравнению с dial-up:

1)Свободный телефон, как следствие - отсутствие поминутной оплаты;

2)Высокоскоростная работа с ресурсами в сети. .

3)Высокая стабильность соединения. Модем может сколь угодно долго находиться в сети Интернет без разрыва соединения.

4)У многих провайдеров есть для абонентов некоторые бесплатные сервисы (файловые архивы сервера кабельного оператора, игровые серверы, чат, форум);

5)Возможно подключение к одному модему 16-32 компьютеров (в зависимости от модели) в самом простом случае без сервера и установки соответствующего программного обеспечения, а используя обычный коммутатор Ethernet.

6)Абонентам кабельного телевидения не надо нарушать интерьер квартир, прокладывая лишние кабели.

24

Недостатки:

1)Сети кабельного телевидения обычно не полностью покрывают город.

2)Поскольку кабельные сети используются пользователями совместно, в часы пиковой загруженности, когда сетью одновременно пользуется большое число клиентов, скорость доступа снижается. Совместное пользование сетью также приводит к проблемам с безопасностью. Хотя эти проблемы решаются VPN тунелированием и шифрованием трафика на лету.

3)Выделенная линия - компьютер пользователя соединен с сервером провайдера с помощью кабеля (витой пары или оптоволокно) и это соединение является постоянным, т.е. некоммутируемым, и в этом главное отличие от обычной телефонной связи. Скорость передачи данных до 100 Мбит/c.

4)Радиоинтернет - подключение с помощью специальной антенны.

Такой вид подключения используется в том случае, если провайдер по каким-либо причинам не может протянуть кабель в желаемое место использования интернета, но может предоставить беспроводную точку доступа. Точка доступа должна находиться в пределах прямой видимости, на расстоянии не более 5км от желаемого места использования интернета.

Если все условия выполнены, можно устанавливать специальную антенну, точно так же как бы ставили телевизионную (на крыше, столбе, дереве…) и направить рупор антенны непосредственно на точку доступа. Сама антенна подключается кабелем к радиокарте на компьютере.

Качество и скорость передачи данных приемлемые, но могут зависеть от погодных условий. На оборудование конечно надо будет потратиться.

5)Спутниковый доступ бывает двух видов:

1)односторонний предусматривает использование спутниковой антенны для приема данных, запрос на передачу которых отправлен с помощью обычного проводного модема или какого-то другого соединения. Схема работы этой системы выглядит так: например, для загрузки какого-нибудь файла вы передаете запрос через обычный модем, после чего этот файл передается к вам, используя спутниковый канал связи. Скорость приема данных со спутника может очень сильно варьироваться – как правило – это несколько сотен Кбит/с, что очень даже неплохо.

2) двухсторонний (прием и отправка) предусматривает использование специальной аппаратуры для передачи сигналов на спутник и приема их с него. Стоимость такой системы исчисляется десятками тысяч долларов, что по карману немногим.

6) Беспроводные технологии:

WiFi, WiMax, MMDS, LMDS, Мобильный GPRS – Интернет.

WiFi (Wireless Fidelity - точная передача данных без проводов) – технология широкополосного доступа к сети Интернет. Скорость передачи информации для конечного абонента может достигать 54 Мбит/с. Радиус их действия не превышает 50 – 70 метров. Беспроводные точки доступа применяются в пределах квартиры или в общественных местах крупных городов. Имея ноутбук или карманный персональный компьютер с контроллером WiFi, посетители кафе или ресторана (в зоне покрытия сети Wi-Fi) могут быстро соединиться с Интернетом.

Мобильный GPRS – Интернет. Для пользования услугой "Мобильный Интернет" при помощи технологии GPRS необходимо иметь телефон со встроенным GPRS - модемом и компьютер. Технология GPRS обеспечивает скорость передачи данных до 114 Кбит/с. При использовании технологии GPRS тарифицируется не время соединения с Интернетом, а суммарный объем переданной и полученной информации. Вы сможете просматривать HTMLстраницы, перекачивать файлы, работать с электронной почтой и любыми другими ресурсами Интернет.

25

Тема 5. Основы алгоритмизации и программирования

1.Алгоритм. Свойства алгоритма.

Вматематике для решения типовых задач мы используем определенные правила, описывающие последовательности действий. Например, правила сложения дробных чисел, решения квадратных уравнений и т. д. Обычно любые инструкции и правила представляют собой последовательность действий, которые необходимо выполнить в определенном порядке. Для решения задачи надо знать, что дано, что следует получить и какие действия и в каком порядке следует для этого выполнить. Предписание, определяющее порядок выполнения действий над данными с целью получения искомых результатов, и есть алгоритм.

Алгоритм — заранее заданное понятное и точное предписание возможному исполнителю совершить определенную последовательность действий для получения решения задачи за конечное число шагов.

Исполнитель алгоритма — это некоторая абстрактная или реальная (техническая, биологическая или биотехническая) система, способная выполнить действия, предписываемые алгоритмом.

Винформатике универсальным исполнителем алгоритмов является компьютер.

Основные свойства алгоритмов следующие:

1.Понятность для исполнителя — исполнитель алгоритма должен понимать, как его выполнять. Иными словами, имея алгоритм и произвольный вариант исходных данных, исполнитель должен знать, как надо действовать для выполнения этого алгоритма.

2.Дискpетность (прерывность, раздельность) — алгоpитм должен пpедставлять пpоцесс pешения задачи как последовательное выполнение пpостых (или pанее опpеделенных) шагов.

3.Опpеделенность — каждое пpавило алгоpитма должно быть четким, однозначным и не оставлять места для пpоизвола. Благодаpя этому свойству выполнение алгоpитма носит механический хаpактеp и не тpебует никаких дополнительных указаний или сведений о pешаемой задаче.

4.Pезультативность (или конечность) состоит в том, что за конечное число шагов алгоpитм либо должен пpиводить к pешению задачи, либо после конечного числа шагов останавливаться из-за невозможности получить решение с выдачей соответствующего сообщения, либо неограниченно продолжаться в течение времени, отведенного для исполнения алгоритма, с выдачей промежуточных результатов.

5.Массовость означает, что алгоpитм pешения задачи pазpабатывается в общем виде, т.е. он должен быть пpименим для некотоpого класса задач, pазличающихся лишь исходными данными. Пpи этом исходные данные могут выбиpаться из некотоpой области, котоpая называется областью пpименимости алгоpитма.

2.Формы представления алгоритма.

-словесная - запись на естественном языке;

-графическая - изображения из графических символов;

-программная - тексты на языках программирования.

Словесный способ записи алгоритмов представляет собой описание последовательных этапов обработки данных. Алгоритм задается в произвольном изложении на естественном языке.

Графический способ представления алгоритмов является более компактным и наглядным по сравнению со словесным. Алгоритм изображается в виде последовательности связанных между собой функциональных блоков, каждый из которых соответствует выполнению одного или нескольких действий.

Такое графическое представление называется блок-схемой алгоритма. В блок-схеме каждому типу действий (вводу исходных данных, вычислению значений выражений, проверке условий, управлению повторением действий, окончанию обработки и т.п.) соответствует геометрическая фигура, которые соединяются линиями переходов, определяющими очередность выполнения действий. В таблице 7.1 приведены наиболее часто употребляемые символы.

26

Графический способ записи алгоритма

Блок "процесс" применяется для обозначения действия или последовательности действий, изменяющих значение, форму представления или размещения данных. Для улучшения наглядности схемы несколько отдельных блоков обработки можно объединять в один блок. Представление отдельных операций достаточно свободно.

Блок "решение" используется для обозначения переходов управления по условию. В каждом блоке "решение" должны быть указаны вопрос, условие или сравнение, которые он определяет.

3. Базовые алгоритмические структуры

Алгоритмы можно представлять как некоторые структуры, состоящие из отдельных базовых (т.е. основных) элементов.

Логическая структура любого алгоритма может быть представлена комбинацией трех базовых структур: линейная, ветвление, цикл.

Характерной особенностью базовых структур является наличие в них одного входа и одного выхода.

1) Базовая структура "линейная".

Линейным принято называть вычислительный процесс, в котором операции выполняются последовательно, в порядке их записи. Каждая операция является самостоятельной, независимой от каких-либо условий. На схеме блоки, отображающие эти операции, располагаются в линейной последовательности.

Линейные вычислительные процессы имеют место, например, при вычислении арифметических выражений, когда имеются конкретные числовые данные и над ними выполняются соответствующие условию задачи действия. Пример: у=(b2-ас):(а+с).

28

4. Язык программирования. Понятие трансляции

При записи алгоритма в словесной форме или в виде блок-схемы допускается определенный произвол при изображении команд. Вместе с тем такая запись точна настолько, что позволяет человеку понять суть дела и исполнить алгоритм.

Однако на практике в качестве исполнителей алгоритмов используются специальные автоматы — компьютеры. Поэтому алгоритм, предназначенный для исполнения на компьютере, должен быть записан на понятном ему языке. И здесь на первый план выдвигается необходимость точной записи команд, не оставляющей места для произвольного толкования их исполнителем.

Следовательно, язык для записи алгоритмов должен быть формализован. Такой язык принято называть языком программирования, а запись алгоритма на этом языке —

программой для компьютера.

В настоящее время в мире существует несколько сотен реально используемых языков программирования. Для каждого есть своя область применения.

Любой алгоритм, как мы знаем, есть последовательность предписаний, выполнив которые можно за конечное число шагов перейти от исходных данных к результату. В зависимости от степени детализации предписаний обычно определяется уровень языка программирования — чем меньше детализация, тем выше уровень языка.

Для того, чтобы ЭВМ могла выполнять программу, программа должна быть записана по строгим правилам в виде, доступном для обработки на ЭВМ. Программа для такой машины записывается на так называемом машинном языке, т. е. представляет собой последовательность двоичных чисел. Придумывать и записывать программу на машинном языке неудобно. Это нудная и долгая работа не обходилась без ошибок, которые было очень непросто найти.

Поэтому возникла идея записывать программу на так называемом алгоритмическом языке или языке программирования.

Языки программирования – специально разработанные искусственные языки, предназначенные исключительно для записи алгоритмов, исполнение которых поручается ЭВМ.

Программа — это детальное и законченное описание алгоритма средствами языка программирования. Исполнителем программы является компьютер. Для выполнения компьютером программа должна быть представлена в машинном коде — последовательности чисел, понимаемых процессором.

Написать программу в машинных кодах вручную достаточно сложно. Поэтому сегодня практически все программы создаются с помощью языков программирования, которые по своим синтаксису и семантике приближены к естественному человеческому языку. Это снижает трудоемкость программирования. Однако, текст программы, записанный с помощью языка программирования, должен быть преобразован в машинный код. Эта операция выполняется автоматически с помощью специальной служебной программы, называемой транслятором.

5. Классификация языков программирования.

1) языки низкого и высокого уровня.

Если язык близок к естественному языку программирования, то он называется языком высокого уровня, если ближе к машинным командам, – языком низкого уровня.

В группу языков низкого уровня входят машинные языки и языки символического кодирования: Автокод, Ассемблер. Операторы этого языка – это те же машинные команды, но записанные мнемоническими кодами, а в качестве операндов используются не конкретные адреса, а символические имена. Все языки низкого уровня ориентированы на определенный тип компьютера, т. е. являются машинно–зависимыми.

К языкам программирования высокого уровня относят: Фортран, Алгол, Кобол, Паскаль, Бейсик, Си, Пролог и т.д.

Эти языки машинно–независимы, т.к. они не ориентированы тот или иной тип ЭВМ. Такие языки ближе и понятнее человеку, т.к. команды языка пишутся на естественном языке. Такие

29

программы создавать проще и ошибок допускается меньше, но они занимают больше памяти и медленнее выполняются, чем программы на машинных языках.

Программу, написанную на языке программирования высокого уровня, ЭВМ не понимает, поскольку ей доступен только машинный язык. Поэтому для перевода программы с языка программирования на язык машинных кодов используют специальные программы – трансляторы.

Языки высокого уровня:

процедурные (алгоритмические) (Basic, Pascal, C и др.), которые предназначены для однозначного описания алгоритмов; для решения задачи процедурные языки требуют в той или иной форме явно записать процедуру ее решения;

логические (Prolog, Lisp и др.), которые ориентированы не на разработку алгоритма решения задачи, а на систематическое и формализованное описание задачи с тем, чтобы решение следовало из составленного описания;

объектно-ориентированные (Object Pascal, C++, Java и др.), в основе которых лежит понятие объекта, сочетающего в себе данные и действия над нами. Программа на объектноориентированном языке, решая некоторую задачу, по сути описывает часть мира, относящуюся

кэтой задаче. Описание действительности в форме системы взаимодействующих объектов естественнее, чем в форме взаимодействующих процедур.

Языки высокого уровня:

-для обучения (БЕЙСИК, ЛОГО, ПАСКАЛЬ);

-профессиональные (СИ, ФОРТРАН, ПАСКАЛЬ);

-для задач искусственного интеллекта (ПРОЛОГ, ЛИСП);

-для интернета (JAVA, JAVASCRIPT, PERL, PHP, ASP).

2) по поколениям:

–языки первого поколения (н.50-х): машинно–ориентированные с ручным управлением памяти на компьютерах первого поколения (ассемблеры).

–языки второго поколения (н.60-х): символический ассемблер с мнемоническим представлением команд, так называемые автокоды.

–языки третьего поколения (60-е): универсальные языки высокого уровня, используемые для создания прикладных программ любого типа. Например, Бейсик, Кобол, Си и Паскаль.

–языки четвертого поколения (70-е): усовершенствованные, разработанные для создания специальных прикладных программ, для управления базами данных, для реализации крупных проектов. Они ориентированы на специализированные области применения.

–языки программирования пятого поколения (90-е): к ним относятся системы автоматизированного создания прикладных программ с помощью визуальных средств разработки, без знания программирования языки (Пролог, ЛИСП, Си++, Visual Basic, Delphi, Java).