125 Кібербезпека / Магістр (вступні питання)
.pdfкомп'ютера, що виконує обчислювальні операції, пов'язані з обробкою звуку,
мови, музики.
22. Кодування даних. Модем.
Кодування даних Дані – діалектична складова інформації. Вони являють собою
зареєстровані сигнали. При цьому фізичний метод реєстрації може бути довільним: механічним, електричним, магнітним, оптичним, тощо. Відповідно до методу реєстрації дані можуть зберігатись і транспортуватись на носіях різних видів. Самим розповсюдженим видом носія, хоча і не самим економічним та надійним, є папір. В обчислювальній техніці в ролі носіїв інформації виступають різноманітні магнітні диски, стрічки, оптичні диски,
тощо.
В ході виконання інформаційного процесу дані перетворюються з одного виду в інший за допомогою методів. Опрацювання даних містить в собі багато операцій, серед яких можна виділити наступні:
- збір даних – накопичення даних з метою забезпечення їх повноти для прийняття рішень;
- формалізація даних – зведення даних, одержаних з різних джерел,
до однакової форми;
- фільтрація даних – відкидання ―зайвих‖ даних, які не потрібні для прийняття рішення;
-сортування даних – впорядкування даних за певною ознакою;
-групування даних – об‘єднання даних за певною ознакою з метою їх
більш зручного використання;
- архівація даних – організація збереження даних в зручній та легкодоступній формі, як правило, в більш економному форматі;
- захист даних – комплекс заходів, направлених на запобігання втрати, модифікації або відтворення даних;
- транспортування даних – прийом та передача даних між віддаленими учасниками інформаційного процесу;
- перетворення даних – перевід даних з однієї форми або однієї структури до іншої.
Повний перелік операцій з даними набагато більший. Тому можна зробити висновок : опрацювання інформації має високу трудомісткість і тому її потрібно автоматизувати.
Для автоматизації опрацювання даних різних типів їх потрібно подати в єдиній формі. Для цього використовують кодування даних. Звичайна людська мова є прикладом кодування даних. Азбука Морзе, нотна грамота, малюнки є також прикладами систем кодування. Своя система існує і в обчислювальній техніці. Вона основана на використанні двійкової системи числення. Для подання інформації використовується дві цифри : 0 та 1. Ці цифри називаються війковими цифрами, або бітами. Таке подання є досить зручним. По-перше,
одним бітом може бути виражене одно з двох понять : так (1) або ні (0). Один біт легко подати у вигляді сигналів різної фізичної природи : намагнічено (1) –
не намагнічено (0); є струм (1) – немає струму (0); високий рівень напруги (1) –
низький рівень напруги (0).
Двома бітами можна подати вже чотири стани, трьома – 8. Всього n
бітами можливо подати 2n різних станів. Збільшуючи кількість розрядів на один, ми збільшуємо кількість можливих станів удвічі.
Біт є досить дрібною, а отже, і незручною одиницею виміру даних.
Тому біти об‘єднується у групи по 8 біт – байти. Два байти називаються машинним словом. Байти об‘єднуються в кілобайти (1Кб = 1024 » 1000 байт),
мегабайти
(1 Мб = 1024 » 1000 Кб » 1000 000 байт), гігабайти , терабайти і т. д.
Враховуючи сучасні можливості виготовлення носіїв інформації і об‘єми даних, які потрібно зберігати, найбільш вживаними одиницями виміру даних є мегабайти та гігабайти.
Для кодування числової інформації групи з декількох байт. При цьому як правило, старший біт відповідає за знак числа: 0– сило додатне, 1 – число
від‘ємне. Так, для цілих чисел використовується два байти, для дійсних чисел -
10 байт. В такому випадку деяка кількість біт відводиться під мантису (тобто,
значущі цифри числа), а інші – під порядок (разом за знаком).
Для кодування текстової інформації кожному символу ставиться у відповідність деяке ціле додатне число – його код. Так, одним байтом можна подати 256 різних символів. Цього достатньо для запису всіх символів англійського, російського (українського) алфавітів, цифр та спеціальних символів типу знаків арифметичних операцій, дужок, розділових знаків, тощо.
Кодування символів визначається стандартом, яких на даний час існує досить багато. Це призвело до певних суперечностей – текст, поданий в одній кодовій таблиці, неправильно відтворювався в іншій. Для позбавлення цього недоліку в даний час використовується універсальна таблиця кодування UNICODE, яка основана на 16-бітному поданні символів. Цього достатньо для розміщення в одній кодовій таблиці символів більшості мов нашої планети.
Графічне зображення на екрані складається з дрібних точок, які називаються пікселами. Вони утворюють характерний візерунок, який називається растром. Для кодування графічної інформації використовується принцип декомпозиції. Його сутність полягає у тому, що будь-який колір подається у вигляді комбінації трьох основних кольорів: червоного, зеленого та блакитного. Якщо для кодування інтенсивностей кожної складової використовувати 8 біт (256 різних значень), то на кодування однієї точки екрану потрібно 24 розряди. При цьому така система забезпечує кодування близько 16,5 млн. кольорів. Такий режим подання графічного зображення називається повнокольоровим (True Color).
Всі дані зберігаються на зовнішньому носієві. Для одержання швидкого доступу до даних потрібно, щоб вони мали впорядковану структуру.
В ролі такої структури використовується об‘єкт змінної довжини, який називається файлом. Отже, файл – це послідовність довільної кількості байт,
записаних на зовнішньому носієві даних, яка має ім‘я. Тип даних визначає тип файлу.
Збереження файлів організовується в ієрархічній структурі, яка називається файловою системою. Для зручності роботи файли групуються в каталоги, які , в свою чергу, можуть містити інші каталоги. Вони являють собою іменовані сукупності файлів. На найвищому рівні ієрархії розташований кореневий каталог. Унікальність імені файлу полягає у тому, що повне ім‘я
файлу містить як власне його ім‘я разом з маршрутом доступу до файлу.
Маршрут завжди починається з логічного імені носія. Більш детально цей матеріал буде розглянутий пізніше.
Модем Модем – це прилад для перетворення цифрової інформації в аналогову
і навпаки. Модем об'єднує в собі два пристрої: модулятор, тобто перетворювач цифрової інформації в аналогову форму, і демодулятор — зворотний перетворювач. Модеми мають ще й інші функції. Основні з них – це корекція помилок та стиснення даних. Ці функції збільшують швидкість та чистоту передачі інформації.
Модеми розрізняються за багатьма характеристиками: зовнішнім виглядом, розміщенням модема по відношенню до комп‘ютера, підтримкою протоколів передач даних, протоколам корекціі помилок, можливостям голосової, факсимільної передачі даних.
Головні характеристики модему - швидкість передачі даних,
чутливість до перешкод на лінії і якість з‘єднання. По видах модеми діляться на аналогових і цифрових, внутрішніх і зовнішніх, програмних і апаратних.
Аналогові (Dial-up або діалогові) модеми - прийнятний вибір для тих,
хто рідко користується Інтернетом. Діалоговий модем підходить до будь-якого типу комп‘ютера і операційної системи. Мінус - цей вид модему не забезпечує високої швидкості передачі даних. Для виходу в Інтернет потрібна телефонна карта оплати. З‘єднання здійснюється тільки при вільній телефонній лінії.
Цифрові модеми забезпечують підключення до Інтернету за технологією DSL. З‘єднання при цьому відрізняється високою швидкістю і якістю. Найпопулярніший з даного виду модемів - ADSL.
Вибір ADS -модема залежить від способу підключення до комп‘ютера. Виділяються два типи ADSL-модемів: USB і Ethernet. Для USB-
модема зовнішнє джерело живлення не потрібне. Цей вид модему недорого стоїть, але вимагає сумісності з операційною системою і установки драйверів.
Ethernet-модем (LAN ADSL) сумісний зі всіма ОС і підтримує доступ в Інтернет з декількох комп‘ютерів. Можливість розподіленого трафіку здійснюється за допомогою роутера - спеціального мережевого пристрою.
Швидкість передачі даних залежить від типу підтримуваного протоколу. Найпопулярніші види протоколів - V 34+, V 90 і V 92. Вони забезпечують високу швидкість обміну даними і мінімальне число перебоїв в з‘єднанні. Також на якість і швидкість з‘єднання може впливати лінія.
Внутрішні і зовнішні види модемів практично однакові по набору функцій. Внутрішній модем можна вбудувати в материнську плату комп‘ютера.
Для нього не потрібні додаткові дроти і електророзетка.
Зовнішній модем оснащений світловими індикаторами передачі даних, і з‘єднується з комп‘ютером за допомогою COM або USB кабелю. Цей вид модему має окремий корпус і окремий блок живлення. Також зовнішній модем менш чутливий до якості лінії, що дає йому перевагу перед внутрішнім.
Програмні модеми відносяться до ранніх розробок. В основному вони сумісні з ОС Windows, і вимогливі до якості роботи комп‘ютера. Програмний модем дешевше апаратного, але велика частина навантаження доводиться на комп‘ютер.
Апаратні модеми підходять до будь-якого типу операційної системи.
Вони можуть підтримувати додаткові функції: обробку сигналу, дозвон,
автовідповідач, визначника номера, прийом-передачу даних. Такі види модемів називаються голосовими або факс-модемами.
Модеми розрізняються за типами:
асинхронний модем може виконувати лише передачу по аналоговій мережі та робить лише з асинхронними комунікаціоними портами термінальних приладів (в чистому виді в наш час не використовується);
факс модем – це класичний модем з можливістю обміну факсами з факс апаратами або іншими факс модемами;
голосовий модем - це модем, здатний не лише виконувати функції факс-модема, але й приймати з мережі голосові повідомлення, записуючи їх до файлу;
модем з підстраховкою виділеної лінії - ці модеми використовуються, коли потрібна надійність зв'язку. У них є два незалежних входи для лінії (один з'єднується з виділеною лінією, а другий - з
комутованою);
SVD модем (Simultaneous Voice and Data – одночасно голос та данні) дозволяє одночасно з передачею даних вести розмову за допомогою телефонної трубки, підключеної до модему.
синхронний модем – підтримка синхронного та асинхронного режимів передачі;
чотирьохпровідний модем – ці модеми працюють з двома виділиними лініями ( одна використовується лише для передачі, друга – тільки для прийома) в дуплексном режимі. Це використовується для зменшення впливу еха;
сотовий модем – використовує мобільну радіотелефонію, до якої відноситься і сотовий звязок;
ISDN модем – об‘єднує в своєму корпусі звичайний модем та ISDN
адаптер;
радіо модем використовує радіо ефір як середу передачі інформації замість звичайних ліній;
модем зі встроєним адаптером локальної мережі для спільного використання в локальній мережі;
кабельний модем – котрі дозволяють використовувати для передачі інформації кабельну мережу.
Модеми також характеризуються швидкістю передачі даних.
Інформація передається модемом у вигляді послідовності байтів — груп по 8 бітів. До кожного байта добавляється один або кілька службових бітів
(старт-біт, стоп-біт). Сучасні модеми можуть об'єднувати байти в пакети,
стискаючи інформацію і підраховуючи контрольні суми для підвищення надійності передавання шляхом корекції помилок.
При з'єднанні два модеми автоматично домовляються між собою про максимально можливу для обох швидкість передачі і вибір способу передачі: зі стиском або без стиснення даних, з корекцією або без корекції помилок. Більш швидкісний модем може зв'язатися з повільнішим, встановивши меншу швидкість передачі.
23. Структура комп’ютерної системи, загальна будова та принцип роботи.
Персональний комп‘ютер (ПК) — це пристрій, що виконує операції введення інформації, оброблення її за певною програмою, виведення одержаних результатів у формі, придатній для сприйняття людиною.
Якість комп‘ютера характеризується багатьма показниками. Це - набір інструкцій (команд), які комп‘ютер здатен розуміти і виконувати; швидкість роботи (швидкодія) ЦП; кількість пристроїв введення-виведення, які можна приєднати до нього одночасно; споживання електроенергії та ін. Головним показником є швидкодія – кількість операцій, яку ЦП здатний виконати за одиницю часу.
Структура комп‘ютера – це модель, що встановлює склад, порядок та принципи взаємодії її компонентів.
Основні функції визначають призначення комп‘ютера: оброблення та зберігання інформації, обмін інформацією із зовнішніми об‘єктами. Додаткові функції підвищують ефективність виконання комп‘ютером основних функцій:
забезпечують ефективні режими її роботи, діалог з користувачем, високу надійність. Ці функції комп‘ютера реалізуються за допомогою її компонентів – апаратних та програмних засобів.
За кожну функцію відповідають спеціальні блоки комп‘ютера:
пристрій введення, центральний процесор (ЦП), пристрій виведення. Всі ці
блоки складаються з окремих дрібніших пристроїв. Номенклатура блоків може варіюватися, але мінімальний комплект складають: системний блок, клавіатура,
монітор, маніпулятор (миша). В числі додаткових пристроїв можуть бути:
принтер, додатковий накопичувач та ін.
Монітор (дисплей) — пристрій для відображення інформації, що вводиться в ПК і виводиться з нього.
Клавіатура — пристрій для ручного введення числової або текстової інформації в ПК. Пристрої мовного введення-виведення належать до засобів мультимедіа. Пристрої мовного введення — це різні мікрофонні акустичні системи (наприклад «звукові миші») зі складним програмним забезпеченням,
що дає змогу розпізнавати слова, ідентифікувати їх і видавати комп'ютеру відповідні команди або перетворювати мову на текст. Пристрої мовного виведення — це різні синтезатори звуку, які перетворюють цифрові коди на літери та слова, відтворювані через гучномовці (динаміки) або звукові колонки,
приєднані до комп'ютера.
Основні блоки ПК:
мікропроцесор – до нього входять логічні блоки: керуючий пристрій (КП), АЛП та мікропроцесорна пам‘ять (МПП);
материнська (системна) плата;
накопичувачі;
постійний запам‘ятовуючий пристрій (ПЗП);
оперативний запам‘ятовуючий пристрій (ПЗП);
блок живлення;
адаптери.
Системний блок (корпус)
Системний блок стаціонарного ПК — прямокутний каркас, в якому розміщено всі основні вузли комп'ютера: материнську плату, адаптери, блок живлення, один-два накопичувачів на гнучких магнітних дисках (НГМД), один
(іноді більше) накопичувач на жорсткому магнітному диску (НЖМД), динамік,
дисковод для компакт-дисків або інші накопичувачі, органи керування. Серед
органів керування, що, як правило, встановлюють на передній панелі можуть бути: вимикач електроживлення; кнопка загального скидання RESET; кнопка
"сну", яка дає змогу знизити енергоспоживання, коли комп'ютер не використовується; індикатори живлення та режимів роботи.
Із тильного боку системного блока розташовано штепсельні рознімні з'єднання — порти для підключення шнурів живлення і кабелів зв'язку із зовнішніми (встановленими поза системним блоком) пристроями. В середині системного блока розміщено плати сполучення пристроїв із центральним процесором (ЦП) та іншими пристроями на материнській платі (адаптери, або контролери, і плати розширення).
Блок живлення Цей блок перетворює змінний струм стандартної мережі
електроживлення (220 В, 50 Гц) на постійний струм низької напруги. Він має кілька виходів на різні напруги (12 і 5 В), які забезпечують живленням відповідні пристрої комп'ютера. Електронні схеми блока живлення підтримують ці напруги стабільними незалежно від коливань мережної напруги в досить широких межах (від 180 до 250 В). Звичайна потужність блоків живлення ПК становить 150—230 Вт, для мережного сервера вона може бути значно більшою. Більшість блоків живлення має вентилятор для відведення із системного блока надмірного тепла, що виділяється під час роботи електронних пристроїв.
Системна (материнська) плата Так називають велику друковану плату одного із стандартних
форматів, яка несе на собі головні компоненти комп'ютерної системи: ЦП;
оперативну пам'ять; кеш-пам'ять; комплект мікросхем логіки, що підтримують роботу плати, — чіпсет (chipset); центральну магістраль, або шину; контролер шини і кілька рознімних з'єднань-гнїзд (слотів, від англ. slot — щілина), які служать для підключення до материнської плати інших плат (контролерів, плат розширення та ін.). Частина слотів у початковій комплектації ПК залишається
вільною. В рознімні з'єднання іншої конфігурації встановлюють модулі оперативної пам'яті. Кількість і тип рознімних з'єднань є однією з важливих характеристик системної плати, оскільки при доукомплектовуванні або модернізації комп'ютера вільних слотів може не вистачити.
Крім того, на материнській платі є мініатюрні перемички (jumpers) або перемикачі (switches), за допомогою яких відбувається настроювання плати. На системній платі розташовано також з'єднувачі, до яких за допомогою спеціальних кабелів (шлейфів) підключають додаткові пристрої.
Ще один важливий елемент, який встановлюють на системній платі,
— мікросхема BIOS (Basic Input-Output System, базова система введення-
виведення). Вона є енергонезалежним постійним запам‘ятовуючим пристроєм
(ПЗП), в який записано програми, що реалізують функції введення-виведення, а
також програму тестування комп'ютера в момент вмикання живлення (POST, Power On Self Test), програму настроювання параметрів BIOS і системної плати та інші спеціальні програми.
У роботі BIOS використовують відомості про апаратну конфігурацію комп'ютера, які зберігає ще одна мікросхема — CMOS RAM (Complementary Metal-Oxide Semiconductor RAM). Це енергозалежна пам'ять, що постійно підживлюється від батарейки, яка також знаходиться на системній платі. Вона живить і схему кварцового годинника — годинника реального часу (real-time, clock, RTC), що безперервно відлічує час і поточну дату.
Мікропроцесор Мікропроцесор (МП) — це, по суті, мініатюрна обчислювальна
машина. Основними параметрами МП є: набір команд, розрядність, тактова частота.
Набір або система команд постійно вдосконалюється, з'являються нові команди, що замінюють серії найпримітивніших команд, — мікропрограми. На виконання нової команди потрібна менша кількість тактів, ніж на мікропрограму. Сучасні МП можуть виконувати до кількох сотень команд
(інструкцій).