- •Утверждено
- •Рецензенты:
- •Содержание
- •Введение
- •1. Цели и задачи дисциплины
- •2. Структура и объем дисциплины
- •3. Содержание дисциплины Распределение фонда времени по темам и видам занятий
- •1.1.2. Выключение компьютера.
- •1.3.13. Закрытие окон.
- •Упражнение 1.4. Настройка операционной системы Windows1.
- •1.4.1. Установка текущей даты и времени.
- •Ознакомьтесь с дополнительными возможностями настройки даты и времени!
- •1.4.2. Изменение заставки на «Рабочем столе».
- •Ознакомьтесь с дополнительными возможностями настройки экрана!
- •1.4.3. Настройка мыши.
- •Ознакомьтесь с дополнительными возможностями настройки мыши!
- •Упражнение 1.5. Форматирование дискеты.
- •2.1.4. Редактирование текстового документа.
- •Упражнение 2.4. Удаление и восстановление папок и файлов.
- •2.4.1. Удаление ярлыка.
- •2.4.2. Удаление сразу нескольких объектов.
- •2.4.3. Восстановление удаленного объекта.
- •3.1.2. Выбор необходимой папки.
- •3.1.3. Создание папки.
- •3.1.4. Открытие папки.
- •3.1.5. Создание файла (текстового документа «Информатика.Txt») в папке.
- •3.1.6. Редактирование текстового документа.
- •3.1.7. Переименование файла.
- •3.1.8. Переименование папки.
- •Упражнение 3.2. Создание ярлыков для папок и файлов.
- •3.2.1. Создание ярлыка для папки.
- •3.2.2. Открытие папки с помощью ярлыка.
- •3.2.3. Создание ярлыка для файла.
- •3.2.4. Открытие файла с помощью ярлыка.
- •3.3.2. Копирование ярлыка из одной папки в другую.
- •3.3.3. Перемещение1 папки из одной папки в другую.
- •Упражнение 3.4. Удаление и восстановление папок и файлов.
- •3.4.1. Удаление ярлыка.
- •3.4.2. Удаление сразу нескольких объектов.
- •3.4.3. Восстановление удаленного объекта.
- •3.4.4. Очищение «Корзины».
- •4.3.2. Вычисление суммы чисел. Вычислим сумму чисел: –5, 10, 30, –25.
- •5.1.4. Закрытие текстового документа.
- •Упражнение 5.2. Открытие и редактирование документа.
- •5.2.1. Открытие текстового документа «Клавиатура.Txt».
- •5.2.2. Редактирование текстового документа. Необходимо добавить новый абзац в конце текста.
- •5.2.3. Сохранение текстового документа под другим именем.
- •5.3.6. Перемещение фрагмента текста.
- •5.4.4. Поиск текста в документе.
- •5.4.5. Замена текста в документе.
- •6.3.2. Закрытие текстового документа.
- •6.3.3. Открытие текстового документа «Системы.Txt».
- •7.1.6. Закрытие рисунка.
- •7.1.7. Открытие документа «Рисунок.Bmp».
- •7.2.7. Рисование прямой линии.
- •7.2.8. Рисование кривой линии.
- •7.2.9. Рисование прямоугольника (или квадрата).
- •7.2.10. Рисование многоугольника.
- •7.2.11. Рисование эллипса (или круга).
- •7.2.12. Рисование скругленного прямоугольника (или квадрата).
- •Упражнение 7.3. Специальные функции программы.
- •7.3.1. Сохранение сжатого рисунка.
- •1.1.2. Настройка внешнего вида окна программы.
- •1.1.3. Настройка параметров архивации.
- •Упражнение 1.2. Создание и преобразование архивов.
- •1.2.1. Выбор объектов для архивирования.
- •1.2.2. Создание обычного1 архива «Обычный.Rar».
- •1.2.3. Создание несжатого архива «Несжатый.Rar».
- •1.2.4. Преобразование несжатого архива.
- •1.2.5. Преобразование архива в самораспаковывающийся5.
- •1.2.6. Создание самораспаковывающегося архива «СамРас.Exe».
- •1.2.7. Преобразование sfx-архива в обычный.
- •Упражнение 1.3. Извлечение и удаление файлов из архивов.
- •1.3.1. Извлечение всех файлов из архива (по умолчанию).
- •1.3.2. Извлечение всех файлов в специальную папку.
- •1.3.3. Извлечение файлов из самораспаковывающегося архива.
- •1.3.4. Удаление файлов из архива.
- •Упражнение 1.4. Специальные функции программы WinRar.
- •1.4.1. Получение информации об архиве.
- •1.4.2. Тест целостности архива.
- •1.4.3. Добавление файлов в существующий архив с помощью мастера.
- •Упражнение 1.5. Работа с архивами в операционной системе Windows (вне утилиты WinRar).
- •1.5.1. Создание архива по умолчанию.
- •1.5.2. Создание архива с выбором параметров архивации.
- •1.5.3. Извлечение всех файлов из архива (по умолчанию).
- •1.5.4. Извлечение файлов из архива в специальную папку.
- •2.1.2. Настройка программы.
- •2.2.3. Проверка выбранных объектов.
- •2.2.4. Приостановка проверки объектов.
- •2.2.5. Проверка всех объектов компьютера.
- •2.2.6. Полная остановка проверки объектов.
- •Упражнение 2.3. Сервисные функции утилиты kav.
- •2.3.1. Просмотр служебной информации о программе.
- •2.3.2. Обновление сигнатур (антивирусных баз).
- •2.3.3. Отмена обновления сигнатур.
- •Упражнение 2.4. Работа с антивирусом в операционной системе Windows (вне утилиты kav).
- •2.4.1. Проверка дискеты.
- •2.4.2. Проверка папки.
- •2.4.3. Проверка нескольких объектов.
- •Упражнение 3.2. Настройка параметров программы.
- •3.2.1. Настройка внешнего вида окна программы.
- •3.2.2. Настройка параметров страницы.
- •3.2.3. Настройка параметров абзаца.
- •3.2.4. Настройка параметров шрифта.
- •3.2.5. Добавление текста в документ. Введем с клавиатуры следующий текст:
- •3.2.6. Сохранение документа «Редактор1.Rtf».
- •Упражнение 3.3. Предварительный просмотр и печать документа.
- •3.3.1. Просмотр документа по две страницы на экране.
- •3.3.2. Печать документа.
- •3.3.3. Закрытие документа.
- •Упражнение 3.4. Редактирование документа.
- •3.4.1. Открытие документа «Редактор1.Rtf».
- •3.4.2. Выделение фрагмента текста с помощью мыши.
- •3.4.8. Выделение строки и абзаца с помощью мыши.
- •Упражнение 3.5. Поиск и замена текста.
- •3.5.1. Поиск одинаковых фрагментов.
- •3.5.2. Поиск одинаковых слов из одной буквы.
- •3.5.3. Поиск прописных букв.
- •3.5.4. Замена слов.
- •3.6.6. Выделение шрифта цветом.
- •3.6.7. Установка выравнивания абзаца. Установим выравнивание второго абзаца1 по правой стороне.
- •3.7.6. Удаление номера в списке. Удалим номер 1 перед первым абзацем2.
- •Упражнение 3.8. Специальное форматирование документа.
- •3.8.1. Создание границ и заливки абзаца текста. Создадим объемную границу синего цвета толщиной 3 и заливку красного цвета с узором 15% в третьем абзаце.
- •3.8.2. Создание колонок текста. Разделим второй абзац на две колонки с расстоянием 1 см между ними.
- •3.9.3. Изменение размера и формы рисунка.
- •3.9.4. Обтекание рисунка текстом.
- •3.9.5. Вставка фигурного текста (объекта WordArt).
- •3.9.6. Вставка формулы. Вставим такую формулу в конец документа:
- •Упражнение 3.11. Работа с таблицей.
- •3.11.1. Добавление таблицы. Создадим таблицу следующего вида:
- •3.13.3. Сохранение шаблона документа.
- •4.1.3. Сохранение документа «Расчет.Xls».
- •Упражнение 4.2. Настройка параметров программы.
- •4.2.1. Настройка внешнего вида окна программы.
- •4.3.5. Закрытие документа.
- •Упражнение 4.4. Редактирование таблицы.
- •4.4.1. Открытие документа «Расчет.Xls».
- •4.4.2. Выделение ячеек.
- •4.4.9. Удаление ячеек.
- •4.4.10. Копирование смежных ячеек с помощью мыши.
- •4.4.11. Создание формул с помощью мыши.
- •4.4.12. Сохранение документа под именем «Расчет1.Xls».
- •Упражнение 4.5. Изменение таблицы.
- •4.5.1. Вставка строки.
- •4.5.2. Вставка столбца.
- •4.6.3. Изменение формул с клавиатуры.
- •4.6.4. Изменение формул с помощью мыши.
- •Упражнение 4.7. Форматирование таблицы.
- •4.7.1. Изменение формата чисел. Установим денежный (р.) формат чисел во всех ячейках с числами.
- •4.7.2. Выравнивание данных в ячейках. Установим выравнивание ячеек с сотрудниками по центру.
- •4.7.3. Изменение шрифта.
- •4.7.4. Обрамление ячеек.
- •4.7.5. Изменение фона ячеек. Установим для группы ячеек с порядковыми номерами желтый фон с узором.
- •4.7.6. Сохранение документа под именем «Расчет2.Xls».
- •Отсортируем таблицу по сотрудникам.
- •4.9.3. Вставка любых функций с помощью мастера функций. Вычислим максимальный размер ндфл.
- •4.9.4. Вставка поля с текущей датой и временем. Вычислим текущую дату и время.
- •4.9.5.Изменение функций.
- •4.10.5. Удаление листа.
- •4.10.6. Копирование ячеек с одного листа на другой.
- •4.11.2. Построение диаграммы для нескольких столбцов (строк) с данными. Построим «гистограмму с накоплением» окладов и премий сотрудников на новом листе.
- •4.11.3. Построение диаграммы долей нескольких столбцов (строк) с данными в общей сумме. Построим «круговую диаграмму» ндфл сотрудников в общей сумме налога на текущем листе.
- •4.11.4. Форматирование диаграммы. Изменим размеры диаграммы.
- •Изменим рамку диаграммы.
- •Изменим фон диаграммы.
- •Изменим рамку, фон и шрифт заголовка диаграммы.
- •4.11.5. Удаление диаграммы с листа.
- •4.11.6. Сохранение документа под именем «Расчет3.Xls».
- •5.1.3. Закрытие базы данных.
- •5.1.4. Открытие базы данных.
- •Упражнение 5.2. Создание таблиц.
- •5.2.1. Создание таблицы в режиме «конструктора».
- •5.2.2. Выбор ключевого поля.
- •Переименуем поля (столбцы).
- •Удалим лишние поля.
- •Заполним таблицу данными, например, следующими:
- •Удалим лишние записи (строки).
- •5.2.6. Сохранение таблицы.
- •5.3.3. Закрытие окна «Схема данных».
- •Упражнение 5.4. Создание форм.
- •5.4.1. Создание формы с помощью «мастера».
- •Закроем форму.
- •5.4.2. Изменение данных таблицы с помощью формы.
- •Упражнение 5.6. Создание запросов.
- •5.6.1. Создание запроса к одной таблице с помощью «мастера».
- •5.6.2. Создание запроса к двум таблицам с помощью «мастера».
- •5.6.4. Создание копии запроса.
- •5.6.5. Открытие запроса в режиме «конструктора». Откроем созданный запрос для изменения в режиме «конструктора».
- •5.6.6. Изменение запроса в режиме «конструктора».
- •5.6.7. Создание итогового запроса с вычислениями. Создадим запрос с помощью «мастера» на подсчет общего количества прихода товаров.
- •Упражнение 5.7. Создание отчетов.
- •5.7.1. Создание отчета к одной таблице с помощью «мастера».
- •5.7.2. Создание отчета к двум таблицам с помощью «мастера».
- •После изучения дисциплины студент должен ответить на следующие вопросы. По теме 1. Понятие информатики и информации:
- •По теме 2. Кодирование информации и ее представление в эвм:
- •По теме 3. Общая характеристика процессов сбора, передачи, обработки и накопления информации:
- •По теме 4. Технические и программные средства реализации информационных процессов:
- •По теме 5. Программное обеспечение эвм и технологии программирования:
- •По теме 6. Алгоритмизация и программирование:
- •По теме 7. Языки программирования высокого уровня, базы данных:
- •По теме 8. Инструментарии функциональных задач:
- •По теме 9. Локальные и глобальные сети эвм:
- •По теме 10. Основы и методы защиты информации:
- •6. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
- •6.1. Конспект лекций Введение
- •Понятие информатики и информации.
- •§1.1. Понятие, структура и задачи информатики
- •§1.2. Понятия «информация», «данные», «знания»
- •§1.3. Адекватность и качество информации
- •§1.4. Классификация информации
- •§1.5. Экономическая и правовая информация
- •Кодирование информации и ее представление в эвм.
- •§2.1. Структурные единицы информации
- •§2.2. Кодирование информации
- •§2.3. Системы счисления
- •§2.4. Перевод чисел из одной системы счисления в другую
- •§2.5. Представление информации в эвм
- •Общая характеристика процессов сбора, передачи, обработки и накопления информации.
- •§3.1. Информационная система
- •§3.2. Информационный процесс
- •1. Сбор и регистрация данных.
- •2. Передача информации.
- •3. Ввод информации в компьютер.
- •4. Накопление и хранение информации.
- •5. Обработка информации.
- •§3.3. Информационная технология
- •§3.4. Обеспечение автоматизированных информационных систем
- •1. Информационное обеспечение (ио).
- •2. Техническое обеспечение (то).
- •3. Математическое обеспечение (мо).
- •4. Программное обеспечение (по).
- •5. Лингвистическое обеспечение (ло).
- •6. Организационное обеспечение (оо).
- •7. Правовое обеспечение (ПрО).
- •8. Методическое обеспечение (МтО).
- •9. Эргономическое обеспечение (эо).
- •Технические и программные средства реализации информационных процессов.
- •§4.1. История развития вычислительной техники
- •§4.2. Поколения электронной вычислительной техники
- •§4.3. Классификация вычислительных машин
- •§4.4. Современная классификация компьютеров
- •§4.5. Архитектура и структура эвм
- •§4.6. Общая характеристика персонального компьютера
- •§4.7. Классификация персональных компьютеров
- •Программное обеспечение эвм и технологии программирования.
- •§5.1. Классификация программного обеспечения
- •§5.2. Виды системного программного обеспечения
- •§5.3. Операционные системы
- •§5.4. Виды прикладного программного обеспечения
- •§5.5. Интегрированный пакет Microsoft Office
- •§5.6. Требования к программным продуктам
- •§5.7. Тенденции развития программного обеспечения
- •Алгоритмизация и программирование.
- •§6.1. Понятие и свойства алгоритма
- •§6.2. Способы записи алгоритмов
- •Сначала сформулируем задачу в математическом виде:
- •Словесно-формульная запись алгоритма:
- •§6.3. Типы алгоритмов
- •§6.4. Основные понятия программирования
- •§6.5. Этапы разработки программного обеспечения
- •§6.6. Технологии разработки программного обеспечения
- •§6.7. Структурное программирование
- •§6.8. Объектно-ориентированное программирование
- •Языки программирования высокого уровня, базы данных.
- •§7.1. Системы программирования
- •§ 7.2. Понятия «банк данных», «база данных», «система управления базой данных»
- •§ 7.3. Виды и модели баз данных
- •§ 7.4. Элементы базы данных
- •§ 7.5. Информационно-логическая модель базы данных
- •§ 7.6. Языковые средства баз данных
- •§ 7.7. Субд Microsoft Access
- •Инструментарии функциональных задач.
- •§8.1.1. Виды программ обработки текстовой информации
- •§8.1.2. Стандартные программы обработки текстов
- •§8.2. Текстовый процессор Microsoft Word
- •§8.3. Понятие и возможности табличных процессоров
- •§8.4. Табличный процессор Microsoft Excel
- •§8.5. Общая характеристика справочно-правовых систем
- •§8.6. Справочно-правовые системы «КонсультантПлюс»1
- •Раздел «Законодательство»
- •Раздел «Финансовые консультации»
- •Раздел «Судебная практика»
- •Раздел «Комментарии законодательства»
- •Раздел «Законопроекты»
- •Раздел «Формы документов»
- •Раздел «Международные правовые акты»
- •Раздел «Правовые акты по здравоохранению»
- •Раздел «Технические нормы и правила»
- •Локальные и глобальные сети эвм.
- •§9.1. Вычислительные комплексы и сети
- •§9.2. Функционирование вычислительных сетей
- •§9.3. Локальная вычислительная сеть
- •§9.4. Услуги сети Интернет
- •§9.5. История развития сети Интернет
- •§9.6. Интернет в России
- •Основы и методы защиты информации.
- •§10.1. Необходимость защиты информации
- •§10.2. Методы защиты информации
- •§10.3. Компьютерные вирусы
- •§10.4. Классификация компьютерных вирусов
- •§10.5. Антивирусные программы
- •§10.6. Архивация данных
- •6.2. Методические указания студентам
- •6.2.1. Общие рекомендации
- •6.2.2. Методические указания и задания на выполнение контрольной работы (очно-заочное и заочное отделение)
- •6.3. Литература
- •7. Требования к уровню освоения программы и формы текущего, промежуточного и итогового контроля
- •7.1. Формы текущего, промежуточного и итогового контроля
- •7.2. Тесты самопроверки знаний
- •7.2.1. По теме 1. Понятие информатики и информации:
- •7.2.2. По теме 2. Кодирование информации и ее представление в эвм:
- •7.2.3. По теме 3. Общая характеристика процессов сбора, передачи, обработки и накопления информации:
- •7.2.4. По теме 4. Технические и программные средства реализации информационных процессов:
- •7.2.5. По теме 5. Программное обеспечение эвм и технологии программирования:
- •7.2.6. По теме 6. Алгоритмизация и программирование:
- •7.2.7. По теме 7. Языки программирования высокого уровня, базы данных:
- •7.2.8. По теме 8. Инструментарии функциональных задач:
- •7.2.9. По теме 9. Локальные и глобальные сети эвм:
- •7.2.10. По теме 10. Основы и методы защиты информации:
- •7.3. Правильные ответы на тесты самопроверки знаний Ответы по тестам темы 1:
- •Ответы по тестам темы 6:
- •Ответы по тестам темы 7:
- •Ответы по тестам темы 8:
- •Ответы по тестам темы 9:
- •Ответы по тестам темы 10:
- •Вопросы к зачету (2 семестр)
- •Вопросы к экзамену (3 семестр)
- •11. Тематика курсовых, дипломных работ и рефератов
§4.4. Современная классификация компьютеров
Все существующие современные компьютеры можно разделить на семь категорий, причем каждой из них соответствует специфическая программно-аппаратная инфраструктура:
карманные компьютеры (Pocket PC – «наладонники»);
портативные компьютеры (Notebook);
настольные компьютеры (Base PC);
рабочие станции (Workstation);
серверы (Server);
суперкомпьютеры (Super Computer);
кластерные системы (Cluster System).
При создании карманных, портативных и настольных компьютеров важнейшей задачей является обеспечение предельно низкой цены при сохранении возможности выполнять необходимые функции. Рабочие станции, серверы, суперкомпьютеры и кластерные системы имеют высокую стоимость, поэтому применяются в тех сферах, где необходима высокая производительность, не взирая на стоимость.
Рыночные ниши между сверхдешевыми и сверхдорогими конструкциями заполняют переходные варианты, соответствующие усредненному балансу соотношения между стоимостными параметрами и производительностью (например, настольные компьютеры и рабочие станции).
Карманные персональные компьютеры (КПК) гораздо проще компьютеров других категорий, однако в комплекте с сотовым телефоном, специальным факс-модемом и мобильным принтером могут представлять собой полноценный мобильный офис. Корпоративные пользователи приобретают такие автономные продукты для удаленного доступа к локальной сети предприятия с помощью специализированного программного обеспечения.
КПК работают под управлением специальных операционных систем. На основе Windows СЕ корпорация Microsoft разработала спецификацию карманного компьютера Palm PC. Согласно ей такие КПК имеют следующие характерные особенности: всплывающую экранную клавиатуру, личную информационную систему Pocket Outlook, программу рукописного ввода Note Taker, диктофон Voice Recorder, офф-лайн браузер Internet Channel Browser, программное обеспечение для синхронизации данных с настольным компьютером Active-Sync. Первые Palm PC оснащались монохромными сенсорными ЖК-дисплеями с 16 оттенками серого (сегодня – цветные) с разрешением 240x320 пикселей, а также подсветкой.
Карманные компьютеры обычно оснащаются оперативной памятью не менее 4 МБ (сегодня – от 64 МБ), а их вес не превышает 200 гр. Несмотря на то, что КПК существуют около 10 лет, на рынке активно появляются их специализированные версии. К примеру, Palm Pilot оснащается сканером штрих-кода, также производятся модели с повышенной ударопрочностью. КПК с литиево-ионной батареей работают без подзарядки около 10 часов.
Между карманными и настольными (или портативными) компьютерами предусмотрена возможность беспроводной связи. При этом скорость передачи данных при инфракрасной связи составляет 115 Кбит/с, а по Bluetooth – 723 Кбит/с. Широко распространены разновидности КПК со встроенным сотовым телефоном – коммуникаторы.
Карманные компьютеры разрабатывают и выпускают многие известные фирмы: Apple, Asus, HP, Rover, Toshiba и др. В 2003 г. было продано более 12 млн карманных компьютеров. Такое широкое распространение данной категории объясняются тем, что при небольшом размере по своей функциональности КПК все больше приближаются к настольным компьютерам.
Портативные компьютеры (ноутбуки) появились в 1981 г. Первым был выпущен так называемый «Osborne I», который имел 2 дисковода формата 5,25 дюйма, пятидюймовый дисплей и весил почти 12 кг при стоимости около 1800 долларов. В 1985 г. компания Nippon-Shingo выпустила следующую примечательную модель портативного компьютера «Ampere WS-1», которая весила уже 4 кг, имела центральный процессор с тактовой частотой 8 МГц и работала под управлением операционной системы «BIG DOS».
К 1990 г. уже появляются модели с цветными экранами, а в 1991 г. начинает применяться цветная активная матрица на тонкопленочных транзисторах (Thin-Film Transistor – TFT). В 1994 г. в ноутбуках уже применяется процессор Intel Pentium.
1995 г. был ознаменован выходом на рынок модели IBM ThinkPad 701С, известной своей раскладывающейся клавиатурой «бабочка». Сейчас эта система находится в постоянной коллекции Музея современных искусств. Процесс появления клавиатуры визуально почти неуловим, так как совершается при открытии крышки на угол около 150 градусов.
В 1995 – 96 гг. совершенствовались графические возможности ноутбуков (появилась модель Toshiba Satellite Pro 400 CDT с возможностью отображать 16 млн цветов на жидкокристаллическом экране), применялись современные накопители (Toshiba Т2150 со встроенным приводом CD-ROM), а также уменьшались габариты (IBM ThinkPad 560 толщиной около 3 см и массой менее 2 кг).
В 2000 – 02 гг. для ноутбуков предлагались мобильные процессоры компаний Intel, AMD и Cyrix. Они оснащались SVGA или XGA TFT-дисплеями. Согласно спецификации корпорации Intel – Mobile Power Guidelines'99 в этот период стандартом стал 13,3-дюймовый экран с глубиной цвета 24 бит и разрешением 1024x768 пикселей. Норма энергопотребления такого дисплея – 2,3 Вт. Масса таких ПК обычно не превышала 3 – 4 кг, а толщина – 5 см. Все модели оснащались приводами CD-ROM или DVD-ROM. В портативных, как и в настольных ПК этого периода, было возможно применение одинаковых операционных систем семейства Windows.
Настольные компьютеры – это самая большая категория представленных на рынке персональных компьютеров, которые предназначены для пользователей, желающих потратить на покупку не более 2000 долларов.
Настольные компьютеры активно применяются как корпоративными пользователями (Office PC), так и в сфере домашнего хозяйства (Home PC). Данная категория персональных компьютеров способна решать огромный круг задач, охватывая широкий спектр направлений: от игровых развлечений до управления системой сигнализации и энергоресурсами. Кроме того, компьютер может работать как автоответчик, вести календарь или домашнюю бухгалтерию, получать электронную почту и делать заказы в магазинах. Для связи с датчиками и исполнительными механизмами может использоваться инфракрасный или радиоканал.
Рабочие станции – это более дорогостоящие, чем ранее рассматриваемые, компьютерные системы, которые предназначены для использования в специальных областях, например, там, где нужно работать со сложной графикой (трехмерная графика или издательские системы).
Рабочие станции занимают промежуточное положение между настольными компьютерами и серверами – по производительности примерно соответствуют серверам нижнего уровня. Границы между этими системами четко не определены, однако на рабочую станцию обычно устанавливают только один процессор, а на сервер начального уровня – один или два.
Серверы – это специальные высокопроизводительные компьютеры, способные обслуживать несколько одновременно подключающихся к ним компьютеров для выполнения определенных задач, например, обработки информации или получения каких-либо данных.
Все серверы можно разделить на три уровня:
высокий (стоимостью свыше 20 тысяч долларов);
средний (от 5 до 20 тысяч долларов);
нижний (цены ниже 5 тысяч долларов).
Сервер начального уровня может поддерживать небольшую локальную сеть (до 50 пользователей). Внешне такой сервер отличается от настольного компьютера только большим корпусом (типа Big Tower – «большая башня») и значительным количеством разъемов расширения. Практически все модели серверов содержат RAID-контроллеры для поддержки большого количества накопителей на жестких магнитных дисках и обеспечения целостности данных. Часто на сервер начального уровня устанавливалось два процессора.
Начиная с 2001 г., в производстве таких серверов применяется технология «ультраплотных серверов» (размер блоков в серверах не превышает по толщине 5 см). Технология способствовала экономии энергосбережения и уменьшения систем охлаждения. Такие сервера просты в установке и поддержании работоспособности. Сфера применения устройств: web-серверы и кэш-серверы, доставляющие web-страницы браузерам; SSL-серверы; серверы, доставляющие аудиоданные и видеоизображения; серверы-переводчики стандартных web-страниц в формат, пригодный для просмотра пользователями на экранах мобильных телефонов.
Серверы среднего уровня обычно имеют от двух до восьми специальных процессоров, не менее двух источников питания и вентиляторов, заменяемых «на ходу», несколько интегрированных контроллеров Ultra SCSI.
Серверы высокого уровня обычно имеют более четырех наиболее производительных процессоров, не менее двух источников питания и вентиляторов, заменяемых «на ходу», содержат большие объемы оперативной и дисковой памяти, несколько интегрированных контроллеров Ultra-Wide SCSI.
Для общей производительности серверов большое значение имеет быстродействие и объем кэш-памяти второго уровня. Поэтому при выборе следует отдавать предпочтение серверам, созданным на основе процессоров с более емкой и быстрой кэш-памятью, нежели более высокой тактовой частотой.
При рассмотрении особенностей применения многопроцессорных систем следует уделить особое внимание масштабируемости – возможности добавления новых процессоров, модулей памяти и других ресурсов вычислительной системы. Масштабируемость приобретает практическое выражение при проектировании аппаратной и программной частей компьютерной системы. Основной смысл масштабируемости заключается в возможности увеличения производительности системы и обеспечения выполнения практических задач качественно более высокого уровня. При этом проводится тестирование с целью проведения наращивания мощности именно в «узких местах» системы.
Одной из важнейших характеристик серверов является надежность. Высокая степень надежности достигается совершенствованием конструкции и повышением отказоустойчивости аппаратной и программной части. Отказоустойчивость – это возможность компьютерной системы выполнять свою работу после возникновения ошибок. В отличие от простых компьютерных систем, где временный выход из строя может не повлечь за собой больших негативных последствий, повышение отказоустойчивости сложных многопроцессорных систем необходимо и представляет собой сложнейшую задачу, решаемую несколькими путями. Среди них: введение дополнительных (запасных) блоков, мгновенная самореконфигурация системы, повышенное внимание отладке программного обеспечения и др.
Массовое освоение компаниями электронного бизнеса является сейчас основной движущей силой расширения серверного рынка. Имеющаяся в наличии серверная инфраструктура способна удовлетворить потребности электронного бизнеса всего лишь на 10%, что характеризует хорошие перспективы дальнейшего роста рынка серверов. Стремительный рост числа пользователей сети Интернет и объема электронных сделок между предприятиями ставит перед изготовителями серверов принципиально новые задачи. Сегодня требуется не только расширение производства этих систем в соответствии с потребностями в обслуживании растущего количества пользователей, но и наращивание производительности серверов в связи с резким возрастанием сложности программного обеспечения.
Суперкомпьютеры. С начала 50-х гг. быстродействие больших компьютеров для научных исследований удваивалось, в среднем, каждые два года. Возрастание быстродействия привело к увеличению емкости памяти, необходимой для хранения данных и результатов. Высокий уровень мощности суперкомпьютеров определяется успехами быстро развивающейся микроэлектроники и принципиально новыми концепциями в архитектуре компьютеров.
Важнейшими из нововведений в архитектуре компьютерной техники оказались те, которые позволили одновременно (параллельно) выполнять множество похожих операций. Если в середине XX века программистам приходилось разбивать решаемую задачу на ряд последовательно выполняемых элементарных шагов, то современная компьютерная техника позволяет выделить множество одновременно выполняющихся различных элементарных шагов.
Когда выполняемые задачи оказываются не под силу персональным компьютерам и высокопроизводительным серверам, в таких областях применяются суперкомпьютеры:
аэродинамика;
метеорология;
сейсмология;
атомная и ядерная физика;
физика плазмы;
военные исследования;
математическое моделирование сплошных сред.
Основная причина использования суперкомпьютеров в данных областях заключается в следующем. Моделирование процессов ведется с целью изучения изменения параметров вычислений от точки к точке в условиях внешнего воздействия в течение времени. А так как любая область пространства содержит бесконечное множество точек, то для полного описания материальной среды требуется бесконечное число данных. Рассматривая среду как сетку, состоящую из конечного множества точек или узлов, распределенных по всей области, ученые концентрируют свое внимание на изменении параметров среды только в узлах сетки. Для того чтобы получить более точное решение, необходимо в значительной степени увеличить объем арифметических вычислений. В разрабатываемых суперкомпьютерах постоянно увеличивается объем мультипроцессирования, что приводит к росту производительности.
Оценка производительности суперкомпьютеров производится программным пакетом Linpack, который разработал Джек Донгарра. Производительность измеряется в «мегафлопах» (миллионах операций с плавающей запятой в секунду – MFLOPS), «гигафлопах» (миллиардах операций – GFLOPS) или «терафлопах» (триллионах операций – TFLOPS).
Эффективность разработки и использования суперкомпьютеров зависит от времени их создания, стоимости изготовления, степени удовлетворения насущных нужд науки, возможности обмена информацией с другими суперкомпьютерами.
Разработка сети передачи данных, объединяющей суперкомпьютеры, является важной и насущной задачей для многих научных и коммерческих организаций. Кроме того, данные сети позволяют получить доступ индивидуальных пользователей к суперкомпьютерам в разных точках планеты.
Кластерная система представляет собой объединение машин, являющееся единым целым для операционной системы, прикладных программ и пользователей. В последнее время они получили широкое распространение, так как обеспечивают высокую степень отказоустойчивости за счет возможности мгновенного автоматического перехода с вышедшего из строя узла на работающий. Другое достоинство таких систем – более низкая, чем у суперкомпьютеров, стоимость создания и эксплуатации.
Компания DEC разработала идеологию кластерной системы, которая характеризуется возможностью разделения ресурсов, высокой готовностью (быстрым переводом пользователей на другой компьютер кластера), высокой пропускной способностью, удобством обслуживания системы и расширяемостью.
Практическая область применения кластерных систем – реализация технологии параллельных баз данных. При этом большое число процессоров разделяет доступ к одной базе данных, что позволяет достичь высокого уровня пропускной способности транзакций и поддерживать быструю работу большого числа одновременно работающих пользователей. Параллельные базы данных формируются на основе архитектуры с общей памятью (Shared Memory Architecture – SMA), архитектуры с общими дисками (Shared Disk Architecture – SDA) и архитектуры без разделения ресурсов (Shared Nothing Architecture – SNA).
Для практической работы в современных условиях использование параллельных баз данных весьма актуально, так как может проходить в режиме непосредственного доступа. Особое значение данные технологии приобретают для предприятий и организаций с непрерывным циклом производства.
Согласно проекту «Беовульф» в ряде университетов Европы и США были построены кластерные конфигурации, которые имеют высокую производительность при невысокой стоимости. Несмотря на это, так как отдельные станции взаимодействуют между собой по локальной сети, происходит ограничение области применения таких систем задачами с массовым параллелизмом. Однако, при замене существующей сети сетью устройств памяти (Storage Area Network – SAN), ядром системы становится общая для процессоров память, что в значительной степени повышает производительность.
Практическим воплощением таких усовершенствований стал первый суперкомпьютерный кластер в лаборатории систем прогнозирования (Forecast Systems Laboratory) Центра высокопроизводительных вычислительных систем (High Performance Computing System). Кластер заказан Министерством торговли США для Национального управления по атмосферным и океаническим явлениям (National Oceanic and Atmospheric Administration).