KITpdf

Тенденции развития технических средств КИТ

Все современные вычислительные машины строятся на микропроцессорных наборах, основу которых составляют БИС (большие интегральные схемы), СБИС (сверхбольшие интегральные схемы), УБИС (ультрабольшие интегральные схемы). Такие высокие технологии порождают целый ряд проблем. Микроскопическая толщина линий, сравнимая с диаметром молекул, требует высокой чистоты используемых и напыляемых материалов, применения вакуумных установок и снижения рабочих температур.

Уменьшение линейных размеров микросхем и повышения уровня их интеграции заставляют проектировщиков искать средства борьбы с потребляемой и рассеиваемой мощностью. При сокращении линейных размеров микросхем в 2 раза их объемы изменяются в 8 раз. Пропорционально этим цифрам должны меняться и значения мощности, в противном случае, схемы будут перегреваться и выходить из строя. Уменьшение питающих напряжение, локальные средства охлаждения микросхем и другие меры не позволяют в целом решить эти проблемы. Аналитики предрекают достижение пределов в производстве микросхем к 2010-2015 гг.

Дальнейший прогресс в повышении производительности может быть обеспечен либо за счет архитектурных решений, либо за счет новых принципов построения и работы микросхем. Альтернативных путей развития не так уж и много.

В настоящее время возможности микроэлектроники еще не исчерпаны, но давление пределов уже ощутимо. Внедрение новых технологий производства микропроцессоров испытывает экономические проблемы. Например, построение нового завода по производству микросхем с 0,13-микронной технологией стоит от 2 до 4 млрд. долларов. Это заставляет искать альтернативные пути построения будущих ЭВМ. Интенсивные поиски идут по многим направлениям. Наиболее перспективные из них:

−создание молекулярных и биокомпьютеров (нейрокомпьютеров);

−разработка квантовых компьютеров;

−разработка оптических компьютеров.

Тема 3. Сетевые информационные технологии Компьютерные сети.

Компьютерная сеть — это два или более компьютера, обменивающихся информацией по линиям связи.

Компьютерная сеть позволяет передавать информацию с одного компьютера на другой, а значит, совместно использовать ресурсы, например, принтеры, модемы и устройства хранения информации. Большой сетью управляет системный администратор, который устанавливает степень доступности ресурсов, определяет пароли доступа к ресурсам, права пользователей.

Классификация по территориальному признаку, топологии, методу коммутации.

Сети бывают:

−локальные – объединяют компьютеры, находящиеся недалеко друг от друга, например, стоящие в соседних комнатах, в одном здании;

−глобальные – компьютеры могут находиться в разных городах и странах. Глобальные сети, как правило, объединяют несколько локальных сетей.

Сети с архитектурой клиент-сервер

−Специализированный компьютер (выделенный сервер) используется для установки всех разделяемых ресурсов. Такое решение ускоряет доступ пользователей к централизованным ресурсам сети.

−Сетевое администрирование проще за счет незначительного числа серверов

всети и их узкой специализации.

−Обеспечение высокой производительности требует установки на сервере большого количества оперативной памяти, диска большого размера и использования в сервере производительного процессора.

−При нарушении работы сервера сеть становится практически неработоспособной.

Одноранговые сети

−Сетевые приложения могут быть распределены по многочисленным серверам для повышения производительности сети и снижения расходов.

−Гибкое разделение ресурсов любого узла сети.

−Администрирование одноранговой сети может быть сложнее за счет большего числа серверов и более развитых возможностей каждого сервера.

−Невыделенные серверы медленнее специализированных.

Топология - общая схема компьютерной сети, отображающая физическое расположение компьютерных систем в сети и соединений между ними.

Топология "общая шина".

−Предполагает использование одного кабеля, к которому подключаются все компьютеры сети. В этом случае кабель используется совместно всеми станциями по очереди. Принимаются специальные меры для того, чтобы при работе с общим кабелем компьютеры не мешали друг другу передавать и принимать данные.

−Каждый компьютер через специальный сетевой адаптер подключается отдельным кабелем к объединяющему устройству.

−При необходимости можно объединять вместе несколько сетей с топологией "звезда", при этом получаются разветвленные конфигурации сети.

−С точки зрения надежности эта топология не является наилучшим решением, так как выход из строя центрального узла приведет к остановке всей сети. Однако при использовании этой топологии легче найти неисправность в кабельной сети.

Топология «Звезда»

−Каждый компьютер через специальный сетевой адаптер подключается отдельным кабелем к объединяющему устройству.

−При необходимости можно объединять вместе несколько сетей с топологией "звезда", при этом получаются разветвленные конфигурации сети.

−С точки зрения надежности эта топология не является наилучшим решением, так как выход из строя центрального узла приведет к остановке всей сети. Однако при использовании этой топологии легче найти неисправность в кабельной сети.

Топология «Кольцо»

−Данные передаются от одного компьютера к другому по эстафете.

−Если компьютер получает данные, предназначенные для другого компьютера, он передает их дальше по кольцу.

−Если данные предназначены для получившего их компьютера, они дальше не передаются.

Соединение компьютеров (сетевых адаптеров) между собой производится с помощью кабелей различных типов (коаксиального, витой пары, оптоволоконного). Для подключения к локальной сети портативных компьютеров часто используется беспроводное подключение, при котором передача данных осуществляется с помощью электромагнитных волн.

Стандартизация компьютерных сетей.

Работы по стандартизации вычислительных сетей ведутся большим количеством организаций. В зависимости от статуса организаций различают следующие виды стандартов:

−стандарты отдельных фирм, например стек протоколов SNA компании IBM или графический интерфейс OPEN LOOK для Unix-систем компании Sun;

−стандарты специальных комитетов и объединений создаются несколькими компаниями, например стандарты технологии ATM, разрабатываемые специально созданным объединением ATM Forum, которое насчитывает около 100 коллективных участников, или стандарты союза Fast Ethernet Alliance, касающиеся технологии 100

Мбит Ethernet;

−национальные стандарты, например стандарт FDDI, представляющий один из многочисленных стандартов института ANSI, или стандарты безопасности для операционных систем, разработанные центром NCSC Министерства обороны США;

−международные стандарты, например модель и стек коммуникационных протоколов Международной организации по стандартизации (ISO), многочисленные стандарты Международного союза электросвязи (ITU), в том числе стандарты на сети с коммутацией пакетов Х.25, сети Frame Relay, ISDN, модемы и многие другие.

Понятие интерфейса и протокола компьютерных сетей, стека сетевых протоколов.

Главная цель, которая преследуется при соединении компьютеров в сеть - это возможность использования ресурсов каждого компьютера всеми пользователями сети. Для того, чтобы реализовать эту возможность, компьютеры, подсоединенные к сети, должны иметь необходимые для этого средства взаимодействия с другими компьютерами сети. Задача разделения сетевых ресурсов является сложной, она включает в себя решение множества проблем - выбор способа адресации компьютеров и согласование электрических сигналов при установление электрической связи, обеспечение надежной передачи данных и обработка сообщений об ошибках, формирование отправляемых и интерпретация полученных сообщений, а также много других не менее важных задач.

Интерфейс определяет совокупный сервис, предоставляемый данным уровнем выше лежащему уровню.

При организации взаимодействия компьютеров в сети каждый уровень ведет "переговоры" с соответствующим уровнем другого компьютера. При передаче сообщений оба участника сетевого обмена должны принять множество соглашений. Например, они должны согласовать уровни и форму электрических сигналов, способ определения длины сообщений, договориться о методах контроля достоверности и т.п. Другими словами, соглашения должны быть приняты для всех уровней, начиная от самого низкого уровня передачи битов, до самого высокого уровня, детализирующего, как информация должна быть интерпретирована.

Правила взаимодействия двух машин могут быть описаны в виде набора процедур для каждого из уровней. Такие формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах, называются протоколами.

Из приведенных определений можно заметить, что понятия "интерфейс" и "протокол", в сущности, обозначают одно и то же, а именно - формализовано заданные процедуры взаимодействия компонент, решающих задачу связи компьютеров в сети. Однако довольно часто в использовании этих терминов имеется некоторый нюанс: понятие "протокол" чаще применяют при описании правил взаимодействия компонент одного уровня, расположенных на разных узлах сети, а "интерфейс" - при описании правил взаимодействия компонентов соседних уровней, расположенных в пределах одного узла.

Согласованный набор протоколов разных уровней, достаточный для организации межсетевого взаимодействия, называется стеком протоколов.

Локальные компьютерные сети.

Локальная сеть объединяет компьютеры, установленные в одном помещении (например, школьный компьютерный класс, состоящий из 8-12 компьютеров) или в одном здании (например, в здании школы могут быть объединены в локальную сеть несколько десятков компьютеров, установленных в различных предметных кабинетах).

Локальная сеть объединяет несколько компьютеров и дает возможность пользователям совместно использовать ресурсы компьютеров, а также подключенных

ксети периферийных устройств (принтеров, плоттеров, дисков, модемов и др.).

Внебольших локальных сетях все компьютеры обычно равноправны, то есть пользователи самостоятельно решают, какие ресурсы своего компьютера (диски, каталоги, файлы) сделать общедоступными по сети. Такие сети называются одноранговыми.

Если к локальной сети подключено более 10 компьютеров, одноранговая сеть может оказаться недостаточно производительной.

Сервер, рабочая станция.

Для увеличения производительности, а также в целях обеспечения большей надежности при хранении информации в сети некоторые компьютеры специально выделяются для хранения файлов и программных приложений.

Сервером называется компьютер, выделенный из группы персональных компьютеров (или рабочих станций) для выполнения какой-либо сервисной задачи без непосредственного участия человека. Сервер и рабочая станция могут иметь одинаковую аппаратную конфигурацию, так как различаются лишь по участию в своей работе человека за консолью.

Некоторые сервисные задачи могут выполняться на рабочей станции параллельно с работой пользователя. Такую рабочую станцию условно называют невыделенным сервером.

Рабочая́ ста́нция (англ. workstation) — комплекс аппаратных и программных средств, предназначенных для решения определённого круга задач.

Рабочая станция как место работы специалиста представляет собой полноценный компьютер или компьютерный терминал (устройства ввода-вывода, отделённые и часто удалённые от управляющего компьютера), набор необходимого ПО, по необходимости дополняемые вспомогательным оборудованием: печатающее устройство, внешнее устройство хранения данных на магнитных и/или оптических носителях, сканер штрих-кода и пр.

Глобальная сеть Internet.

Internet – это объединение десятков тысяч локальных сетей, разбросанных по всему миру. Internet – это единая сеть, способная передавать информацию из любой точки земного шара в любую другую точку.

Internet (с заглавной буквы) — самое большое и популярное межсетевое объединение в мире.

Internet — совокупность соединенных друг с другом компьютерных сетей во всем мире, предназначенных для передачи данных от одного компьютера к другому.

Рис. 1.2. Internet – сеть сетей.

Отличие Internet от традиционных сетей состоит в том, что она не имеет своего официального владельца. Это добровольная ассоциация различных сетей. Существуют только организации, которые координируют регистрацию новых пользователей в сети. Техническую сторону организации сети контролирует Федеральный сетевой совет (FNC), который 24 октября 1995 года принял определение того, что же мы подразумеваем под термином "Интернет":

Internet – это глобальная компьютерная система, которая:

логически взаимосвязана пространством глобальных уникальных адресов (каждый компьютер, подключаемый к сети имеет свой уникальный адрес);

способна поддерживать коммуникации (обмен информацией);

обеспечивает работу высокоуровневых сервисов (служб), например, WWW, электронная почта, телеконференции, разговоры в сети и другие.

Internet предоставляет пользователям всевозможные информационные и коммуникационные услуги.

Информационные услуги - услуги доступа к информации:

−доступ к информационные ресурсам сети, то есть можно получить необходимую информацию, имеющуюся на серверах сети, например, документы, файлы, информацию из различных баз данных и т.п.;

−размещение собственной информации в сети. Существует множество серверов, предоставляющих возможность бесплатно разместить на них информацию. Если информация размещается в целях публикации, то любые пользователи Internet могут получить доступ к этой информации и получать и просматривать ее в любое время.

Коммуникационные услуги - услуги обмена информацией, общения:

−обмен информацией в отсроченном режиме. Так работает, например, электронная почта. Отправитель направляет письмо в почтовый ящик получателя, который просмотрит это письмо в удобное для него время.

−обмен в режиме реального времени. Например, разговоры в сети. Люди набирают свои реплики с клавиатуры и посылают их на разговорный сервер, и эти реплики видят все участники разговора одновременно.

Структура сети Internet.

Internet является одноранговой сетью, т.е. все компьютеры в сети равноправны, и любой компьютер можно подключить к любому другому компьютеру. Т.о., любой компьютер, подключенный к сети, может предлагать свои услуги любому другому.

Надо отметить, что Internet – это не только каналы связи. В узлах этого всемирного соединения установлены компьютеры, которые и содержат нужную информацию и предлагающие различные информационные и коммуникационные услуги. Эти компьютеры называются серверы (хосты).

Серверы содержат информационные ресурсы. К ресурсам относятся любые базы данных, например, законодательные, научно-технические, коммерческие, рекламные, информацию из газет и журналов, файлы, программы, Web-страницы и т.д.

Компьютер сервер предоставляет услуги другим компьютерам, запрашивающим информацию, которые называют клиентами (пользователями, абонентами). Таким образом, работа в Internet предполагает наличие передатчика информации, приемника и канала связи между ними. Когда мы «входим» в Internet, наш компьютер выступает в качестве клиента, он запрашивает необходимую нам информацию на выбранном нами сервере.

Стек протоколов TCP/IP.

Для взаимодействия между собой программ в Internet используют протоколы. Протокол — это набор правил и соглашений, используемых при передаче данных. Таким образом, каждая программа, претендующая на работу в сети, должна

следовать определенным правилам для приема и передачи данных. Основополагающим протоколом сети Internet является протокол TCP/IP. TCP/IP

это два различных протокола, тесно связанных между собой. TCP (Transmission Control Protocol) — протокол управления передачей. Он определяет, каким образом информация должна быть разбита на пакеты и отправлена по каналам связи. TCP располагает пакеты в нужном порядке, а также проверяет каждый пакет на наличие ошибок при передаче.

Каждый информационный пакет содержит IP-адреса (IP – Internet Protocol) компьютера-отправителя и компьютера-получателя. Специальные компьютеры, называемые маршрутизаторами, используя IP-адреса, направляют информационные пакеты в нужную сторону, то есть к указанному в них получателю.

Протоколы прикладного уровня сети Internet.

Для работы прикладных программ, таких как программы электронной почты, требуется не только правильно упаковать информацию в пакеты и отправить их, но и необходимо четко договориться о содержимом этих пакетов, а также о процедуре

обмена пакетами. Так, например, для получения письма необходимо предъявить пароль обладателя почтового ящика, а это уже целая последовательность действий. Таким образом, необходимы и другие протоколы.

Адресация компьютера в сети.

Чтобы информация безошибочно могла передаваться с одного компьютера на другой, необходимо наличие уникальных адресов, с помощью которых можно однозначно определить (идентифицировать) получателя информации. Подобно тому, как обычная почта доставляет почтовые отправления по адресам, включающим в себя область, город, улицу, дом, квартиру, так и в сети Internet информационные пакеты доставляются по адресам, только в адресе указываются не дома и улицы, а номера сетей, к которым подключен компьютер-получатель и номера самих компьютеров в этих сетях.

Итак, каждый компьютер, подключенный к сети Internet имеет свой уникальный IP-адрес.

IP-адрес — это уникальный номер, однозначно идентифицирующий компьютер в Internet. IP-адрес представляет собой четыре числа (октета), разделенные точками, например, 194.67.67.97 (после последнего числа точка не ставится).

Расшифровка такого адреса ведется слева направо. Первое число – номер наиболее крупной сети в составе Интернет, последнее – номер конкретного компьютера. Второе и третье число обозначают участки сети, например, региональную и локальную сеть.

Каждое число может быть в интервале от 0 до 255, что соответствует информационному объему в 1 байт или 8 бит. Таким образом, IP-адрес – это 4 байта или 32 бита. Если с помощью одного байта можно передать 28=256 вариантов, то с помощью 4-х байтов можно передать 232 4 млрд. вариантов, то к сети Internet может быть максимально подключено 4 млрд. пользователей. Поскольку в настоящее время наблюдается стремительный рост пользователей Internet, а кроме того, современные технические достижения позволяют подключать к сети Internet не только компьютеры, но и сотовые телефоны, телевизоры, и даже холодильники, то это пространство адресов становится очень тесным. Для его расширения предполагается перевести Internet на 128-битный IP-адрес (максимум пользователей 2128).

Система доменных имен в сети Internet.

Когда при деловом общении представители двух фирм обмениваются визитками, то в них (визитках) обязательно будут указаны адрес электронной почты и имя корпоративного Web-узла компании. При этом можно также услышать, как собеседники обмениваются "интернет-адресами" ("электронными адресами") компаний. Во всех выше перечисленных случаях так или иначе речь идет об использовании доменных имен.

Вадресе электронной почты формально доменным именем можно считать то, что написано после символа коммерческого ат - "@". Например, в user@corp.ru доменное имя почтового узла - corp.ru.

Имя Web-узла - это доменное имя этого узла. Например, Web-узел компании

Microsoft имеет доменное имя Microsoft.com.

Вбольшинстве случаев при поиске информации в Сети мы перебираем доменные имена или следуем по ссылкам, в нотации которых опять же используются доменные имена.

Довольно часто наряду со словосочетанием "интернет-адрес" употребляют "доменный адрес". Вообще говоря, ни того, ни другого понятий в сетях TCP/IP не существует. Есть числовая адресация, которая опирается на IP-адреса, (группа из 4-ех чисел, разделенных символом ".") и Internet-сервис службы доменных имен (Domain Name System - DNS).

Виды сервисов в Internet, их назначение и особенности.

Службы (сервисы) – это виды услуг, которые оказываются серверами сети Internet.

Вистории Интернет существовали разные виды сервисов, одни из которых в настоящее время уже не используются, другие постепенно теряют свою популярность,

вто время как третьи переживают свой расцвет. Перечислим те из сервисов, которые не потеряли своей актуальности на данный момент:

World Wide Web – всемирная паутина – служба поиска и просмотра гипертекстовых документов, включающих в себя графику, звук и видео.

E-mail – электронная почта – служба передачи электронных сообщений.

Usenet, News – телеконференции, группы новостей – разновидность сетевой газеты или доски объявлений.

FTP – служба передачи файлов.

ICQ – служба для общения в реальном времени с помощью клавиатуры. Telnet – служба удаленного доступа к компьютерам.

Gopher – служба доступа к информации с помощью иерархических каталогов. Среди этих служб можно выделить службы, предназначенные для коммуникации,

то есть для общения, передачи информации (E-mail, ICQ), а также службы, назначение которых – это хранение информации и обеспечение доступа к этой информации пользователей. Среди последних служб лидирующее место по объему хранимой информации занимает служба WWW, поскольку данная служба наиболее удобна для работы пользователей и наиболее прогрессивна в техническом плане. На втором месте находится служба FTP, поскольку какие бы интерфейсы и удобства не разрабатывали для пользователя, информация все равно хранится в файлах, доступ к которым и обеспечивает эта служба. Службы Gopher и Telnet в настоящее время можно считать

«отмирающими», так как новая информация уже почти не поступает на серверы этих служб и количество таких серверов и их аудитория практически не увеличивается.

Служба World Wide Web (сокращенно WWW, англ. Всемирная паутина) – это служба поиска и просмотра гипертекстовых документов. Эти документы называются Web-страницы, а совокупность близких по смыслу или тематике и хранящихся вместе Web-страниц называется – Web-сайт или Web-узел.

Web-страницы могут включать в себя текст, рисунки, анимацию, звук, видео, а также активные элементы – небольшие программы, оживляющие страницу, делающие ее интерактивной, то есть изменяющейся в зависимости от действий пользователя.

Служба передачи файлов FTP

Как известно, вся информация хранится в файлах. Файл может иметь различный объем и содержать абсолютно любую информацию. Именно поэтому в сети Internet за последние 15-20 лет скопилось огромное количество разнообразных файлов, доступ к архивам которым осуществляется с помощью службы передачи файлов FTP.

Любой пользователь может воспользоваться услугами этой службы и с помощью анонимного доступа скопировать интересующие его файлы. Объем программного обеспечения в архивах FTP составляет терабайты информации (1 терабайт = 1012 байт). Кроме программ в FTP-архивах можно найти стандарты Internet, пресс-релизы, книги по различным отраслям знаний (и особенно по компьютерной проблематике) и многое другое.

Практически любой архив строится как иерархия папок, а для доступа к информации используется протокол FTP (File Transfer Protocol) – протокол передачи файлов. Для работы пользователя с этой службой существует множество программ

FTP-клиентов, например, CuteFTP, Far, Windows Commander. Как правило, эти программы являются также файловыми менеджерами, то есть позволяют просматривать как информацию на локальных дисках, так и точно также на удаленных и выполняют функции копирования информации с удаленного диска на локальный диск.

World Wide Web: понятие гипертекстового и гипермедиа-документа; Webстраницы, сайта, языка HTML.

Идея гипертекста проста: гипертекст – это текст, содержащий ссылку на другой документ, который может быть как аналогичной Web-страницей, так и текстом, рисунком, звуком, видеозаписью и вообще файлом любого формата. Гипертекст представлен в виде гиперссылок, выделенных на странице обычно подчеркиванием, цветом, по которым достаточно щелкнуть мышью, и будет осуществлен переход к другой Web-странице или загружен нужный файл. Именно потому, что страницы с помощью гиперссылок переплетены между собой, эту службу называют «паутина».

Технологически Web-страницы представляют собой текстовые файлы,

написанные на языке HTML. HTML (Hyper Text Markup Language) – это язык разметки гипертекста, он позволяет не только разместить на странице текст как таковой, но и указать его формат, то есть шрифт, размер, выравнивание. Это же самое относится и к рисункам и другим элементам, только рисунки размещаются в отдельных файлах, а внутри страницы указываются имена этих файлов. В настоящее время в связи с развитием данной технологии Web-страницы стали мультимедийными.