Технические средства ИТ. Типы современных компьютеров. Средства компьютерной техники Средства вывода информации

Все устройства, входящие в состав современного компьютера, делятся на два класса - центральные устройства (прежде всего процессор и основная память) ивнешние устройства . Причем внешними устройства называют не по их размещению, а по функциям. Центральные устройства работают с информацией, представленной в специфической форме – в виде двоичных чисел. Основное назначение внешних устройств – организовать связь центральных устройств с окружающим миром, то есть преобразовать информацию из вида, понятного пользователю, во внутримашинное представление и наоборот. Кроме того, внешние устройства применяются для долговременного хранения больших объемов информации, для связи с другими ЭВМ и т.д.

Все внешние устройства можно разделить на четыре группы.

Устройства ввода информации : клавиатура, ручные манипуляторы ("мышь"), сканер, CD ROM и т.д.

Устройства вывода информации : видеосистема, принтер, графопостроитель и т.д.

Устройства хранения информации : внешние запоминающие устройства.

Устройства связи и передачи информации : модемы, сетевые платы (адаптеры) и т.д.

Общую схему вычислительного комплекса на базе персональной ЭВМ можно представить таким образом (рис. 1):

Рис. 1. Общая схема вычислительного комплекса

В России наибольшее распространение получили так называемые IBM-совместимые персональные компьютеры.

1.2. Центральные устройства компьютера

Обычно все центральные устройства размещены на так называемой системной (материнской) плате. Общая структура системной платы представлена на рис. 2. Кратко рассмотрим ее содержимое.

Рис. 2. Структура системной (материнской) платы

Центральный процессор – программно-управляемое электронное цифровое устройство, предназначенное для обработки различной информации, представленной в цифровом виде.

Основными функциями процессора являются:

Управление работой всего вычислительного комплекса.

Выполнение математических и логических действий с данными.

Осуществляя функции управления, процессор обеспечивает должное взаимодействие компонентов компьютерной системы друг с другом. Управление производится с помощью импульсных сигналов, посылаемых управляемым компонентам.

При выполнении вычислений и логических операций процессор настраивается на различные операции и непосредственно выполняет их.

IBM-совместимые компьютеры оснащаются микропроцессорами типа Intel или аналогичными. Современные компьютеры оснащены микропроцессорами модели Pentium.

Самый важный параметр конкретной модели процессора – тактовая частота, которая измеряется в единицах частоты (мегагерцах и гигагерцах). Этот показатель определяет скорость работы процессора и, следовательно, его производительность. Типичные значения тактовой частоты для некоторых процессоров приведены в таблице. Следует сказать, что увеличение порядкового номера процессора свидетельствует о росте его характеристик и, следовательно, об улучшении параметров компьютера в целом.

Основная память – электронное устройство, предназначенное для хранения информации. Основная память состоит из двух частей: оперативной памяти и постоянной памяти. Оперативная память предназначена для хранения информации, необходимой для текущего сеанса работы. Она обеспечивает как чтение, так и запись данных. Эта память являетсяэнергозависимой , т.к. её содержимое разрушается при выключении питания. Постоянная память обеспечивает только чтение данных. Содержимое этой части памяти постоянно и может быть изменено только специальными приёмами. Этоэнергонезависимая память и её содержимое не пропадает при отсутствии питания.

К важнейшим характеристикам памяти относятся её ёмкость (объём) и время доступа. Ё мкость памяти - это количество входящих в неё адресуемых элементов (ячеек). Объём основной памяти компьютера во многом определяется потребностями пользователя и устанавливается, исходя из возможностей пользователя и класса решаемых им задач. Следует отметить, что небольшой объем памяти существенно замедляет прохождение задач, вплоть до полной невозможности их решения. Слишком большой объем памяти иметь нерационально, поскольку это увеличивает цену компьютера. Для большинства персональных компьютеров общего назначения в настоящее время объём памяти лежит в пределах 32 Мб256 Мб.Время доступа определяется как интервал времени между моментом возникновения запроса к памяти (с целью чтения или записи информации) и моментом, когда информация прочитана или записана. Типичное значение этой величины для современных микросхем памяти 4*10 -8 с0,5*10 -8 с.

Контроллеры внешних устройств представляют собой программно- управляемые электронные блоки для согласования (сопряжения) внешних и центральных устройств компьютера между собой. Необходимость использования контроллеров вызывается тем, что внешние устройства обычно нельзя непосредственно подключить к центральным. Одной из причин этого является то обстоятельство, что характер сигналов, вырабатываемых или воспринимаемых процессором, как правило, отличается от сигналов, формируемых или воспринимаемых соответствующим внешним устройством. Контроллер и обеспечивает согласование этих сигналов. Кроме того, поскольку контроллер является программно-управляемым средством, то при наличии соответствующего программного обеспечения один и тот же контроллер может обеспечить подключение к компьютеру разных типов внешних устройств. Использование контроллеров несколько усложняет конструкцию компьютера, но при этом возникает возможность легко наращивать его технические возможности.

Системная магистраль (общая шина) служит для передачи сигналов между элементами системной платы. Контроль занятости магистрали и управление прохождением сигналов по ней осуществляется устройством управления системной магистралью. Оно не разрешает обращение к шине в те моменты, когда она уже занята и «регулирует» движение информации по магистрали.

Порты компьютера служат для подключения внешних устройств к центральному блоку.

1. Какие пары объектов не находятся в отношении "объект - модель"? А) компьютер - его фотография; Б) компьютер - его функциональная

В) компьютер - его процессор;

Г) компьютер - его техническое описание.

2. Информационной моделью, которая имеет иерархическую структуру является...

Б) расписание уроков;

В) таблица Менделеева;

Г) программа телепередач.

3. Какая модель является статической (описывающей состояние объекта)?

А) формула химического соединения;

Б) формулы равноускоренного движения;

В) формула химической реакции;

Г) второй закон Ньютона.

4. Информационной моделью, которая имеет сетевую структуру является...

А) файловая система компьютера;

Б) таблица Менделеева;

В) генеалогическое дерево семьи;

Г) модель компьютерной сети Интернет.

5. Информационной (знаковой) моделью является …

А) анатомический муляж;

Б) макет здания;

В) модель корабля;

Г) химическая формула.

6. В информационных моделях разомкнутых систем управления отсутствует...

А) управляющий объект;

Б) управляемый объект;

В) канал управления;

Г) канал обратной связи.

7. Какие из приведенных ниже определений понятия «модель» верные? Отметить все правильные на ваш взгляд ответы.

А) модель - это некое вспомогательное средство, объект, ко торый в определенной ситуации заменяет другой объект;

Б) модель - это новый объект, который отражает некоторые стороны изучаемого объекта или явления, существенные с точки зрения цели моделирования;

В) модель - это физический или информационный аналог объекта, функционирование которого - по определенным парамет рам - подобно функционированию реального объекта;

Г) модель некоторого объекта - это другой объект (реаль ный, знаковый или воображаемый), отличный от исходного, он обладает существенными для целей моделирования свойствами и в рамках этих целей полностью заменяет исходный объект.

8. Вставьте в предложение наиболее точный термин из предло женного ниже списка.

Если материальная модель объекта - это его физическое подобие, то информационная модель объекта - это его...

А) описание;

Б) точное воспроизведение;

В) схематичное представление;

Г) преобразование.

9. Какое из утверждений верно?

А) информационные модели одного и того же объекта, пусть даже предназначенные для разных целей, должны быть во многом сходны;

Б) информационные модели одного и того же объекта, предназначенные для разных целей, могут быть совершенно разными.

10. Может ли передаваться информация от человека к человеку и от поколения к поколению без использования моделей?

А) нет, без моделей никогда не обойтись;

Б) да, иногда, например, генетическая информация;

В) да, чаще всего знания передаются без использования ка ких-либо моделей.

11. Верно ли, что моделирование представляет собой один из основных методов познания, способ существования знаний?

А) нет; Б) да.

12. Какие из приведенных ниже моделей являются вероятност ными? Выбрать три правильных ответа.

А) прогноз погоды;

Б) отчет о деятельности предприятия;

В) схема функционирования устройства;

Г) научная гипотеза;

Е) план мероприятий, посвященных Дню Победы.

13. Правильно ли определен вид следующей модели: «Компью терная модель полета мяча, брошенного вертикально вверх, - динамическая формализованная модель, имитирующая поведение данного объекта»?

А) нет; Б) да.

Задание #1 Вопрос: Интернет - это: Выберите один из 4 вариантов ответа: 1) группа ПК, размещенных в одном помещении 2) глобальная компьютерная сеть,

объединяющая многие локальные, региональные и корпоративные сети 3) комплекс терминалов, подключенных каналами связи к ЭВМ 4) мультимедийный компьютер с принтером, модемом, факсом Задание #2 Вопрос: Файл - это: Выберите один из 4 вариантов ответа: 1) единица измерения информации 2) программа в оперативной памяти 3) область памяти ПК, имеющая имя 4) текст, напечатанный на принтере Задание #3 Вопрос: Укажите расширение файла proba.docx Выберите один из 4 вариантов ответа: 1) нет расширения 2) proba 3) docx 4) .docx Задание #4 Вопрос: Укажите тип файла fakt.exe Выберите один из 4 вариантов ответа: 1) текстовый 2) графический 3) исполняемый 4) Web-страница Задание #5 Вопрос: Скорость передачи данных через ADSL-соединение равна 256 000 бит/с. Передача файла через данное соединение заняла 3 мин. Определите размер файла в килобайтах. Выберите один из 4 вариантов ответа: 1) 125 2) 56 250 3) 45 000 4) 5 625 Задание #6 Вопрос: Для каких целей необходимо системное ПО Выберите один из 4 вариантов ответа: 1) для разработки прикладного ПО 2) для решения задач из проблемных областей 3) для управления ресурсами ЭВМ 4) для расширения возможностей операционной системы Задание #7 Вопрос: Локальная сеть объединяет: Выберите один из 4 вариантов ответа: 1) компьютеры одного учреждения 2) компьютеры нескольких учреждений 3) компьютеры одного региона 4) компьютеры, имеющие общие доменные имена Задание #8 Вопрос: Установите соответствие Укажите соответствие для всех 6 вариантов ответа: 1) информация, записанная на диск под определенным именем 2) программа, облегчающая работу пользователям с файлами и каталогами в операционной системе Windows 3) программы, используемые для работы на компьютере 4) первоначальная подготовка диска к работе - нанесение магнитных дорожек и секторов на его поверхность 5) программы, обеспечивающие работу компьютера и всех его устройств как единой системы 6) место на диске под определенным именем, где хранятся списки файлов и подкаталогов (папок) по определенной тематике __ программное обеспечение (ПО) __ форматирование диска __ операционная система __ файл __ каталог (папка) __ проводник Задание #9 Вопрос: URL- адрес Web-страницы http://www.mipcro.ru/index.htm. Укажите доменное имя компьютера. Выберите один из 4 вариантов ответа: 1) mipcro.ru 2) http 3) htm 4) index.htm Задание #10 Вопрос: Браузеры - это: Выберите один из 4 вариантов ответа: 1) серверы Интернета 2) антивирусные программы 3) трансляторы языка программирования 4) средства просмотра Web-страниц Задание #11 Вопрос: Что из перечисленного относится к браузерам Выберите несколько из 5 вариантов ответа: 1) Opera 2) Google 3) Excel 4) Mozilla 5) Hyper Text Задание #12 Вопрос: Тэг - это: Выберите один из 3 вариантов ответа: 1) инструкция браузеру, указывающая способ отображения текста 2) текст, в котором используются специальные символы 3) указатель на другой файл или объект Задание #13 Вопрос: Укажите теги, определяющие видимую часть документа Выберите несколько из 8 вариантов ответа: 1)2)3)

1.1. Состав технических средств

Все устройства, входящие в состав современного компьютера, делятся на два класса - центральные устройства (прежде всего процессор и основная память) и внешние устройства . Причем внешними устройства называют не по их размещению, а по функциям. Центральные устройства работают с информацией, представленной в специфической форме – в виде двоичных чисел. Основное назначение внешних устройств – организовать связь центральных устройств с окружающим миром, то есть преобразовать информацию из вида, понятного пользователю, во внутримашинное представление и наоборот. Кроме того, внешние устройства применяются для долговременного хранения больших объемов информации, для связи с другими ЭВМ и т.д.

Все внешние устройства можно разделить на четыре группы.

1. Устройства ввода информации : клавиатура, ручные манипуляторы ("мышь"), сканер, CD ROM и т.д.

2. Устройства вывода информации : видеосистема, принтер, графопостроитель и т.д.

3. Устройства хранения информации : внешние запоминающие устройства.

4. Устройства связи и передачиинформации : модемы, сетевые платы (адаптеры) и т.д.

Общую схему вычислительного комплекса на базе персональной ЭВМ можно представить таким образом (рис. 1):

Рис. 1. Общая схема вычислительного комплекса

В России наибольшее распространение получили так называемые IBM-совместимые персональные компьютеры.

1.2. Центральные устройства компьютера

Рис. 2. Структура системной (материнской) платы

Обычно все центральные устройства размещены на так называемой системной (материнской) плате. Общая структура системной платы представлена на рис. 2. Кратко рассмотрим ее содержимое.

Центральный процессор – программно-управляемое электронное цифровое устройство, предназначенное для обработки различной информации, представленной в цифровом виде.

Основными функциями процессора являются:

§ Управление работой всего вычислительного комплекса.

§ Выполнение математических и логических действий с данными.

Осуществляя функции управления, процессор обеспечивает должное взаимодействие компонентов компьютерной системы друг с другом. Управление производится с помощью импульсных сигналов, посылаемых управляемым компонентам.

При выполнении вычислений и логических операций процессор настраивается на различные операции и непосредственно выполняет их.

IBM-совместимые компьютеры оснащаются микропроцессорами типа Intel или аналогичными. Современные компьютеры оснащены микропроцессорами модели Pentium .

Самый важный параметр конкретной модели процессора – тактовая частота, которая измеряется в единицах частоты (мегагерцах и гигагерцах). Этот показатель определяет скорость работы процессора и, следовательно, его производительность. Типичные значения тактовой частоты для некоторых процессоров приведены в таблице. Следует сказать, что увеличение порядкового номера процессора свидетельствует о росте его характеристик и, следовательно, об улучшении параметров компьютера в целом.

Модель	Тактовая частота
Pentium	75 - 200 МГц
Pentium II	160 - 400 МГц
Pentium III	400 МГц- 1,1 ГГц
Pentium IV	1,1 ГГц – 2,0 ГГц

Основная память – электронное устройство, предназначенное для хранения информации. Основная память состоит из двух частей:оперативной памяти и постоянной памяти. Оперативная память предназначена для хранения информации, необходимой для текущего сеанса работы. Она обеспечивает как чтение, так и запись данных. Эта память является энергозависимой , т.к. её содержимое разрушается при выключении питания. Постоянная память обеспечивает только чтение данных. Содержимое этой части памяти постоянно и может быть изменено только специальными приёмами. Это энергонезависимая память и её содержимое не пропадает при отсутствии питания.

К важнейшим характеристикам памяти относятся её ёмкость (объём) и время доступа. Ё мкость памяти - это количество входящих в неё адресуемых элементов (ячеек). Объём основной памяти компьютера во многом определяется потребностями пользователя и устанавливается, исходя из возможностей пользователя и класса решаемых им задач. Следует отметить, что небольшой объем памяти существенно замедляет прохождение задач, вплоть до полной невозможности их решения. Слишком большой объем памяти иметь нерационально, поскольку это увеличивает цену компьютера. Для большинства персональных компьютеров общего назначения в настоящее время объём памяти лежит в пределах 32 Мб ¸ 256 Мб. Время доступа определяется как интервал времени между моментом возникновения запроса к памяти (с целью чтения или записи информации) и моментом, когда информация прочитана или записана. Типичное значение этой величины для современных микросхем памяти 4*10 -8 с ¸ 0,5*10 -8 с.

Контроллеры внешних устройствпр едставляют собой программно- управляемые электронные блоки для согласования (сопряжения) внешних и центральных устройств компьютера между собой. Необходимость использования контроллеров вызывается тем, что внешние устройства обычно нельзя непосредственно подключить к центральным. Одной из причин этого является то обстоятельство, что характер сигналов, вырабатываемых или воспринимаемых процессором, как правило, отличается от сигналов, формируемых или воспринимаемых соответствующим внешним устройством. Контроллер и обеспечивает согласование этих сигналов. Кроме того, поскольку контроллер является программно-управляемым средством, то при наличии соответствующего программного обеспечения один и тот же контроллер может обеспечить подключение к компьютеру разных типов внешних устройств. Использование контроллеров несколько усложняет конструкцию компьютера, но при этом возникает возможность легко наращивать его технические возможности.

Системная магистраль (общая шина) служит для передачи сигналов между элементами системной платы. Контроль занятости магистрали и управление прохождением сигналов по ней осуществляется устройством управления системной магистралью. Оно не разрешает обращение к шине в те моменты, когда она уже занята и «регулирует» движение информации по магистрали.

Порты компьютера служат для подключения внешних устройств к центральному блоку.

1.3. Внешняяпамятькомпьютера

Внешние устройства компьютеров, предназначенные для хранения больших объёмов информации, называются внешними запоминающими устройствами. В современных компьютерах чаще всего используются внешние накопители информации на магнитных дисках. Существуют дисковые накопители двух видов: на гибких дисках и на жестких дисках.

Устройства первого типа состоят из двух частей: дисковода, позволяющего считывать или записывать информацию (привод), и носителя информации (дискета). Дисковод устанавливается в компьютере, а носитель является съемным. В качестве носителя информации используется диск из синтетического материала, покрытый магнитным слоем. В настоящее время используются диски диаметром 3,5 дюйма (около 90 мм ). Они размещены в пластмассовом защитном конверте. Информация записывается и считывается с диска магнитными головками с использованием общеизвестных принципов магнитной записи. Перед использованием новая дискета определенным образом размечается магнитным полем (форматируется). Информационная ёмкость дискеты довольно невелика и составляет 1,44 Мб.

Другой современной разновидностью магнитных дисковых накопителей являются накопители на жестких магнитных дисках. Принципиальным отличием у них является то, что диски изготовлены из алюминиевого сплава и являются несменяемыми. Весь механизм (приводы, диски, головки и т.д.) помещаются в герметичный корпус, что существенно увеличивает долговечность устройства. Высокое качество магнитного покрытия, большая скорость вращения и другие технические решения дают возможность повысить плотность записи у накопителей информации данного типа. Информационная ёмкость серийных накопителей составляет до 40 Гб, а у отдельных моделей достигает сотен Гб.

Принципиально другой способ записи и считывания информации используется в устройствах с лазерными компакт-дисками ( CD диски). Они имеют несколько разновидностей. Самые простые и дешевые из них позволяют только считывать информацию. Такие устройства называются
CD ROM . Строго говоря, их следует отнести к устройствам ввода информации. Более дорогие приводы компакт дисков позволяют записывать информацию. Они называются CD - RW . Емкость стандартного компакт-диска - около 650 Мбайт.

Самым современным на настоящее время является стандарт записи, называемый DVD (цифровой многоцелевой диск). Уже у первых из появившихся моделей емкость составила более 4 Гбайт. Вслед за ними появились диски емкостью десятки Гбайт .

Время доступа к устройствам внешней памяти существенно больше, чем к основной памяти ПЭВМ. Для накопителей на жестких и оптических дисках оно составляет микросекунды, а для устройств с гибкими дисками уже десятые доли и даже целые секунды.

1.4. Устройства ввода-вывода информации

Рассмотрим основные устройства ввода-вывода информации современных компьютеров.

Клавиатура . Служит для ручного ввода информации в ПЭВМ и для управления работой компьютера. Клавиатура содержит клавиши цифр, латинских и русских букв, знаки операций и препинания, функциональные и управляющие клавиши. Клавиатура распознает нажимаемую клавишу, формирует соответствующий цифровой код и передаёт его в центральные устройства.

Мышь. Представляет собой устройство, позволяющее управлять компьютером. Мышь подключается к компьютеру гибким кабелем и имеет две или три кнопки, служащие органами управления. При перемещении мыши на экране компьютера синхронно двигается специальный указатель, имеющий в зависимости от программы или ситуации вид стрелки, прямоугольника и т. п. Работа с мышью сводится к нажатию, удержанию и отпусканию кнопок в определенном порядке.

Сканер. Так называется устройство для ввода в компьютер графической информации. С помощью сканеров обычно вводятся рисунки, фотографии и даже тексты. Информация, введенная сканером, может впоследствии обрабатываться.

CD ROM. Устройство для считывания информации с оптического диска (компакт-диска). Принципы его работы те же, что и у аналогичных устройств бытовой техники (CD-плейер ). Достоинством CD ROM является большой объём информации, хранимой на диске (сотни мегабайт), и защищенность этой информации.

Видеосистема . Служит для отображения выводимой информации на экране. Главными частями видеосистемы являются видеомонитор и видеоадаптер. Современные мониторы позволяют отображать информацию с сохранением полутонов (градаций яркости), как в бытовых телевизорах. Основной функцией видеоадаптера (видеокарты) является преобразование сигналов, поступающих от центральных устройств, в форму, доступную для монитора.

Принтеры . Печатающее устройство (принтер) предназначено для вывода информации на бумагу. Как правило, используются следующие типы принтеров: матричные ударные, струйные и лазерные.

Плоттер (графопостроитель). Это устройство для вывода на листы бумаги крупного формата графической информации, прежде всего технического и научного характера. В принципе, выводить иллюстративный материал можно и с помощью принтеров, однако это не всегда удобно, неэффективно и часто невозможно. Плоттер является специализированным устройством для вывода графических изображений и особенно удобен для построения технических чертежей, схем, диаграмм и т. д.

1. 5. В ычислительные сети

Вычислительная сеть представляет собой систему компьютеров, соединенных каналами передачи информации. Сети позволяют увеличивать вычислительные мощности за счет использования ресурсов сети и перераспределения нагрузки между машинами. Сети позволяют организовать ряд дополнительных услуг, таких как оперативные совещания, электронная почта, обучение и пр.

Различают локальные и распределенные вычислительные сети. В распределенной вычислительной сети компьютеры могут быть удалены на сотни и тысячи километров друг от друга. Они соединяются телекоммуникационными линиями связи для обмена информацией. В локальных сетях (ЛВС) максимальное расстояние между машинами не превышает нескольких километров. Как правило, ЛВС предназначаются для обработки информации в пределах одной организации. При этом узлами сети являются компьютеры (рабочие станции) и другое абонентское оборудование.

Главным техническим параметром сети является скорость передачи данных. У современных сетей она обычно составляет до 100 Мбит/с .

В качестве технических устройств дл я объединения компьютеров в сеть используют следующие аппаратные средства.

Сетевые адаптеры. Являются электронными устройствами, позволяющими объединять отдельные компьютеры в единые вычислительные сети. Сетевой адаптер устанавливается в компьютер и соединяется с аналогичными устройствами других компьютеров специальными линиями связи. Обычно в такие сети объединяют не слишком удаленные друг от друга компьютеры.

Модемы и факс-модемы. Модем - это устройство, позволяющее компьютеру общаться с внешним миром. В отличие от сетевых адаптеров модем позволяет получить доступ к удаленным компьютерным системам. Модем подключает компьютер к имеющимся линиям связи, например, телефонным, радиорелейным и др. Особым видом информации, которым способны обмениваться компьютеры, являются факсы, позволяющие передавать изображения. При этом применяется устройство под названием факс-модем. С его помощью пересылаются какие-либо документы.

Рис. 3. Сеть шинной топологии с выделенным файл-сервером

Важным свойством сети является способ соединения компьютеров в ней (топология сети). Существует несколько видов топологий сетей. Простейшей является сеть шинной топологии (рис.3). Она представляет собой общий кабель, к которому подключены сетевые адаптеры рабочих станций и другие сетевые устройства. Каждый узел такой сети физически связан с двумя соседними узлами. Сообщение проходит последовательно через все рабочие станции.

По приоритету (значимости) компьютеров в сети различают следующие виды сетей.

В одноранговых сетях все сетевые рабочие места равноправны и имеют одинаковый приоритет. В каждый момент передачей данных управляет тот компьютер, который инициирует процесс передачи. Однако использование одноранговых сетей оправдано лишь при небольшом числе рабочих станций - до десяти или чуть больше. При увеличении числа узлов сети резко падает производительность и скорость передачи данных. Поэтому для сетей с большим количеством рабочих станций на один из компьютеров возлагаются задачи управления работой сети. В данном случае получается сеть с выделенным файл-сервером . В таких сетях осуществляется не только передача информации между рабочими станциями, но возможно также использование машинных ресурсов (процессора, части оперативной памяти) одних рабочих станций для удовлетворения потребностей других станций. Распределение ресурсов сети, управление передачей данных и другие операции предъявляют к файл-серверу повышенные требования. Для обеспечения работы большого количества пользователей компьютер, используемый в качестве сервера, должен обладать большим объемом оперативной и дисковой памяти, мощным процессором и высокоскоростной системной магистралью.

Рис. 4. Схема компьютерной сети типа «звезда» с файл-сервером и концентратором

Компьютерные сети с большим числом рабочих мест часто имеют звездообразную топологию, когда каждое рабочее место соединено с сервером отдельным кабелем (рис.4). Шинные топологии проще и экономичнее, чем звездообразные, так как для них расходуется меньше кабеля, но они очень чувствительны к неисправностям кабельной системы.

Рабочие станции обычно подключаются к сети не напрямую, а через устройства доступа к среде, которые выполняют роль многопортовых концентраторов. Концентраторы бывают пассивные и активные. Активные концентраторы не просто передают сигнал на каждый из своих портов, но и регенерируют его, выполняя функцию усилителя. Применение данных устройств часто обусловлено ограничениями на длину сети и количество рабочих станций. Концентраторы являются ключевым компонентом и в обеспечении надежности локальной сети, поскольку их помещают в центр сети.

К коммуникационным средствам относятся локальные сети. Локальная сеть (Local Area Network, LAN) представляет собой соединение нескольких PC с помощью соответствующего аппаратного и программного обеспечения. Слово «локальная» в этом названии означает, что все соединенные PC находятся, как правило, в одном здании или соседних зданиях. Кроме LAN, существуют и другие сети:

MAN (Metropolitan Area Network). В этой сети основой является соединение систем в пределах города. В качестве области ее применения можно представить компьютеризированную главную управляющую систему или управление информацией о жителях большого города.

WAN (Wide Area Network). В данном случае речь идет о сети, которая может соединять несколько стран.

GAN (Global Area Network) обозначает сеть, которая соединяет континенты.

Естественно, PC может работать в любой из этих сетей. Однако типичной областью его применения является именно локальная сеть. Благодаря открытой архитектуре сети компьютер имеет возможности для подключения в сеть.

Преимущества, которые получит пользователь от объединения в сеть нескольких компьютеров, следующие:

Распределение данных. Данные в сети хранятся на центральном PC и могут быть доступны для любого PC, подключенного к сети, поэтому не надо на каждом рабочем месте иметь накопители для хранения одной и той же информации.

Распределение ресурсов. Периферийные (чаще всего дорогие) устройства могут быть доступны для всех пользователей сети, например, факс или лазерный принтер.

Распределение программ. Все пользователи сети могут иметь доступ к программам, которые были один раз централизованно установлены. Конечно, при этом должна работать сетевая версия соответствующих программ.

Электронная почта. Все пользователи сети могут передавать или принимать сообщения.

На предприятии, имеющем сеть, включающую несколько сотен рабочих мест, должен быть специалист, который отвечает за функционирование всей сети. Такого специалиста называют сетевым администратором.

Для защиты информации в первую очередь необходимы устройства на случай выхода из строя промышленной электрической сети. Для этой цели молено использовать аппаратные средства, например устройство бесперебойного питания компьютера (UPS). Оно действует таким образом, что при падении напряжения питания сеть продолжает функционировать в течение времени, необходимого для организованного отключения от сети всех пользователей и выключения центрального компьютера без потери данных.

В качестве другой меры необходимо иметь в распоряжении дополнительный компьютер, который может заменить вышедший из строя сервер или рабочую станцию.

Так как обычно в сети циркулирует большое количество данных, то необходимо тщательно и планомерно заботиться о защите информации. Например, могут быть установлены дополнительные винчестеры (зеркальные), на которых дублируется информация, или накопители большой емкости (стримеры), с помощью которых обеспечивается планомерное копирование (архивирование) данных.

Кроме того, в сети каждый пользователь может иметь доступ ко всей информации, т.е. прочитать и изменить любые данные. Обычно это нежелательно, и не только из соображений безопасности.

Соответствующие действия пользователей сети регулируются определенными правами доступа, которые устанавливают, какому пользователю разрешено читать или записывать определенные данные. Для разграничения доступа, распределения ресурсов сети и обеспечения сохранности данных необходимо сетевое администрирование.

Способ соединения компьютеров в сети называется топологией. Поэтому прежде чем говорить об отдельных компонентах, мы хотим представить важнейшие топологии сетей.

Прежде всего следует запомнить, что файловый сервер (или просто сервер) - это центральный компьютер всей локальной сети, с которым тем или иным способом связаны рабочие станции (Workstations) - клиенты.

PC - PC (псевдосеть). Самым дешевым, хотя и неэффективным, решением для передачи данных является соединение двух PC через последовательный интерфейс (подобное соединение называют иногда псевдосетью). В этом случае кроме интерфейсов необходим только кабель, соединяющий PC. Этот кабель часто называют кабелем нуль-модема, поскольку связь между двумя PC осуществляется без использования устройства усиления и преобразования переданных и полученных данных.

Как уже упоминалось, существенным преимуществом последовательного интерфейса является то, что кабель для передачи данных может быть намного длиннее, чем для параллельного интерфейса, так как опасность потери данных гораздо меньше. Такой кабель нуль-модема может иметь длину более 100 м и позволяет без проблем соединить два PC.

Имеется целый ряд программ, разработанных для организации обмена данными. Самая известная - LapLink. Эта программа устанавливает связь между двумя PC как через параллельный интерфейс по специальному кабелю, так и через последовательный интерфейс.

Одноранговая сеть. Одноранговая сеть (рис. 7.1 ) не имеет центрального компьютера и работает без резервирования файлов. Некоторые аппаратные средства (винчестеры, приводы CD-ROM) и, прежде всего, дорогие периферийные устройства (сканеры, принтеры и др.), подключенные к отдельным PC, используются совместно на всех рабочих местах. Каждый пользователь одноранговой сети может определить права доступа другим пользователям к информации на своем PC. Механизмом ограничения прав пользователей является возможность блокировки доступа к дискам других периферийных устройств, подключенных к его компьютеру.

Чтобы установить такую сеть, необходимо несколько больше аппаратных средств, чем в случае с псевдосетью. Каждый PC сети должен быть оснащен сетевой картой, а все рабочие места должны соединяться друг с другом кабелями.

Если количество пользователей одноранговой сети превышает 10, ее работа замедляется. В этом случае нужно использовать более мощные PC.

Сеть типа клиент-сервер. Под сетью типа клиент-сервер понимают сеть, в центре которой находится мощный PC (называемый сервером или файловым сервером), соединенный с отдельными рабочими станциями (клиентами). Такое соединение компьютеров называют сетью типа клиент-сервер.

Отдельные рабочие станции используют ресурсы сервера, поэтому могут быть оснащены более скромно. Управление сетью, в смысле управления отдельными рабочими станциями, а также контроль за периферийными устройствами сети, такими как модемы, факсы и т. д., осуществляется специальным мощным сетевым программным обеспечением. Топология таких сетей может быть различной.

Топология «звезда». В сети с топологией «звезда» файловый сервер находится в центре (рис. 7.2 ). Сеть такого типа имеет свои достоинства:

Повреждение кабеля является проблемой для одного конкретного компьютера и в целом не сказывается на работе сети.

Просто выполняется подключение, так как рабочая станция должна соединяться только с сервером.

Надежный механизм защиты от несанкционированного доступа.

Высокая скорость передачи данных от рабочей станции к серверу.

Кроме достоинств, имеются и недостатки. Перечислим их:

Если географически сервер находится не в центре сети, то подключение к нему отдельных удаленных рабочих станций может быть затруднительным и дорогим.

В то время как передача данных от рабочей станции к серверу (и обратно) происходит быстро, скорость передачи данных между отдельными рабочими станциями мала.

Мощность всей сети зависит от возможностей сервера. Если он недостаточно оснащен или плохо сконфигурирован, то будет являться тормозом для всей системы.

Невозможна коммуникация между отдельными рабочими станциями без сервера.

Кольцевая топология. В этом случае все рабочие станции и сервер соединены друг с другом по кольцу, по которому посылаются данные и адрес получателя. Рабочие станции получают соответствующие данные, анализируя адрес посланного сообщения. Топология такой сети показана на рис. 7.3 .

Достоинства:

Так как информация постоянно циркулирует по кругу между последовательно соединенными PC, то существенно сокращается время доступа к этим данным.

Нет ограничений на длину всей сети, т.е. имеет значение только расстояние между отдельными компьютерами.

Недостатки:

Время передачи данных увеличивается пропорционально числу соединенных в кольцо компьютеров.

Каждая рабочая станция причастна к передаче данных. Выход из строя одной станции может парализовать всю сеть, если не используются специальные переходные соединения.

При подключении новых рабочих станций сеть должна быть кратковременно выключена.

Шинная топология. Такая сеть похожа на центральную линию, к которой подключены сервер и отдельные рабочие станции. Шинная топология получила широкое распространение, что, прежде всего, можно объяснить небольшими потребностями в кабеле и высокой скоростью передачи данных.

Для исключения затухания электрического информационного сигнала вследствие переотражений в линии связи такой сети на концах линии устанавливаются специальные заглушки, называемые терминаторами (рис. 7.4 ). Достоинства:

Небольшие затраты на кабели.

Рабочие станции в любой момент времени могут быть установлены или отключены без прерывания работы всей сети.

Рабочие станции могут коммутироваться друг с другом без помощи сервера.

Недостатки:

При обрыве кабеля выходит из строя весь участок сети от места разрыва.

Возможность несанкционированного подключения к сети, поскольку для увеличения числа рабочих станций нет необходимости в прерывании работы сети.

Основой для организации локальной сети являются обычные PC, подключаемые в сеть с помощью карты расширения.

PC, как правило, подключаются в сеть с помощью сетевой карты. Исключение составляет псевдосеть, где PC соединяются с помощью кабеля нуль-модема. Сетевая карта устанавливается в один из свободных слотов материнской платы.

Сетевые карты являются посредниками между PC и сетью и передают данные по системе шин к CPU и РАМ сервера или рабочей станции.

Сетевая карта оборудована собственным процессором и памятью, обычно имеющей объем 8-16 Кбайт.

Кабели. В сети данные циркулируют по кабелям, соединяющим отдельные компьютеры разными способами в зависимости от выбранной топологии сети.

Витая пара - это два изолированных скрученных медных провода. Реальный кабель состоит, как правило, не из одной, а из нескольких витых пар. Для Ethernet используется 8-жильный кабель, т.е. состоящий физически из 4 витых пар.

1-я пара - синий и белый с синими полосками;

2-я пара - оранжевый и белый с оранжевыми полосками;

3-я пара - зеленый и белый с зелеными полосками;

4-я пара - коричневый и белый с коричневыми полосками.

Коаксиальный кабель состоит из центрального проводника (одножильного или многожильного) и внешней экранирующей оплетки. Между ними находится внутренний изолирующий материал. Внешняя изоляция защищает от воздействия окружающей среды. Благодаря хорошей защищенности кабеля от помех с его помощью можно соединять устройства на расстоянии нескольких километров, причем скорость передачи данных составляет 5-10 Мбит/с.

Основной характеристикой коаксиального кабеля является величина волнового сопротивления. Для Ethernet применяют кабель с волновым сопротивлением 50 Ом.

Оптоволоконный кабель. Кабель, проводящий световые волны, известен как оптоволоконный.Он состоит из двух проводов, причем каждый из них может передавать данные только в одном направлении. Информационный сигнал, передаваемый по такому проводу, не подвержен влиянию электрических полей. В каждой оболочке находятся усиливающие волокна в виде слоев пластика.

Скорость передачи данных по оптоволоконному кабелю составляет несколько гигабит в секунду, причем длина кабеля практически не играет никакой роли. Первые проблемы начинаются при длине кабеля около 50 км, что для локальных сетей более чем достаточно. Но вместе с тем это и самый дорогой способ коммуникации, прежде всего он выгоден в области телеконференций.

Подключение компонентов сети. Создание сети на аппаратном уровне завершается соединением всех компонентов сети кабелем в соответствии с ее топологией.

Сеть на тонком Ethernet. После подсоединения всех отрезков кабеля с BNC-коннекторами к Т-коннекторам получится единый кабельный сегмент. На обоих его концах устанавливаются терминаторы (заглушки) (рис. 7.5 ).

Ethernet на витой паре допускает соединение компьютеров на скорости до 100 Мбит. Основным недостатком при данном построении сети является необходимость приобретения специального устройства хаба (англ. hub - накопитель, концентратор), если вы хотите объединить в сеть три и более PC.

Каждый PC должен быть подключен к нему с помощью сегмента кабеля (рис. 7.6 ). Длина каждого сегмента не должна превышать 100 м.

Хаб является центральным устройством в сети на витой паре, от него зависит работоспособность сети. Он подключается к сети электропитания.

Контрольные вопросы

1. Какой тип компьютерной сети используется для объединения устройств в пределах одного здания?

2. Какое устройство необходимо использовать в сети типа Ethernet на витой паре?

3. Какое устройство позволяет обмениваться информацией между PC через аналоговые каналы связи?

4. Какие типы кабелей используются в компьютерных сетях?

5. Какие типы топологий сетей вы знаете?

Завсегдатаи компьютерных магазинов, постоянные читатели журналов «Chip», «Домашний компьютер» и других журналов и газет, специализирую­щихся на компьютерной тематике, могут этот параграф пропустить. Он для тех, кто мало знаком с компьютерным «железом» и считает, что пора воспол­нить этот пробел в своем образовании.

Компьютер (он же ПК, ЭВМ) – необходимый и основной элемент реали­зации любой компьютерной технологии. Для реализации сетевых технологий требуется иметь несколько компьютеров, объединенных в сеть. Состоит из системного блока, монитора, клавиатуры. При работе с графическими опе­рационными системами необходимым для работы техническим средством ста­новится манипулятор «мышь» . Системный блок компьютера не является единым неделимым устройством. Принцип открытой архитектуры , реализо­ванный в современных ПК, позволяет в процессе сборки компьютера из от­дельных стандартизованных компонентов добиваться желаемых технических характеристик (быстродействия процессора, объема оперативной памяти и же­сткого диска, производительности видеокарты и др.). Таким образом в ПК за­ложена возможность и его дальнейшей модернизации, а также подключения к нему различных периферийных устройств, повышающих его возможности. Набор устройств, подключаемых к компьютеру, зависит от необходимости решать те или иные задачи и может быть самым разнообразным. Основу сис­темного блока составляет материнская (или системная) плата , на которую монтируются процессор , микросхемы памяти, системы управления (кон­троллеры) всеми устройствами ПК. В системный блок в виде отдельных плат могут монтироваться внутренние модемы, TV, ЧМ – тюнеры и другие устрой­ства, традиционно относимые к устройствам периферийным, а также в виде отдельных блоков и устройств дисководы для дискет и компакт дисков, дис­ковые накопители (винчестеры) . Необходимыми компонентами системного блока является блок питания и система вентиляции , состоящая из одного или нескольких вентиляторов.

Мониторы ПК предназначены для визуального отображения результатов работы компьютера. Различают мониторы с электронно-лучевыми трубками (ЭЛТ) и мониторы с жидкокристаллическими экранами (TFT мониторы). По­следние имеют следующие преимущества по сравнению с мониторами с ЭЛТ:

У них отсутствует вредное для здоровья рентгеновское излучение, а также они не создают электромагнитных полей, мешающих работе электронных приборов.

В них практически полностью используется рабочая поверхность экрана.

Они, как правило, обладают большей контрастностью и светоотда­чей по сравнению с мониторами на ЭЛТ.

Потребляют меньше электроэнергии и отличаются меньшим весом и габаритами.

Работа монитора во многом зависит от производительности видеокарты компьютера и для создания оптимальной системы визуализации важны техни­ческие характеристики обоих устройств. Из основных технических характери­стик мониторов наиболее существенными считаются размер экрана (диагона­ли), разрешающая способность (количество светящихся точек – пикселей, на экране), частота смены кадров .

Внешние запоминающие устройства или устройства для работы со сменными дисками (дискетами), компакт дисками (CD-ROM), оптическими дисками (DVD-ROM), и другими носителями информации предназначены для создания архивов файлов и переноса информации с одного компьютера на другой. Могут использоваться для распространения информации (электронные издания на компакт дисках). В современных условиях являются обязательны­ми элементами «стандартной» комплектации ПК.

Принтеры предназначены для печати документов на бумаге или других материалах (например, пленке). Различают матричные, струйные и лазерные принтеры. Первые позволяют организовать наиболее дешевый процесс печати документов, хотя и с недостаточным во многих случаях качеством. Вторые ис­пользуются для недорогой цветной печати, в том числе и для печати фотогра­фий и графических изображений. Относительно невысокая стоимость делает струйные принтеры основным устройством для печати документов в бытовых условиях. Лазерные принтеры для черно-белой печати дороже струйных, но позволяют получать экономию в процессе эксплуатации из-за низкой стоимо­сти расходных материалов (в пересчете на количество печатаемых при одной заправке страниц). Эти принтеры нашли наиболее широкое применение в со­временных офисах. Цветные лазерные принтеры используются в издательст­вах, рекламных агентствах и др. организациях, где значительные начальные вложения в покупку этих дорогостоящих устройств окупаются за счет боль­ших объемов печати цветной графики.

Плоттеры – устройства для широкоформатной печати. Используются при изготовлении плакатов, афиш, чертежей и пр.

Сканеры - устройства для ввода графической информации в компьютер (сканирования документов). Используются для переноса на машинные носите­ли фотоматериалов, полученных традиционными способами, рукописных тек­стов и других документов с бумажных носителей информации.

Микрофоны, наушники, акустические системы – устройства необходи­мые для работы со звуком в мультимедийных программах. Могут использо­ваться для записи и воспроизведения звуковой информации при проведении совещаний, презентаций, просмотре видеоматериалов и пр.

Web-камеры – устройство для записи в память компьютера видеоинфор­мации. Может использоваться при проведении видеоконференций, в видеоте­лефонии, а также при проведении массовых мероприятий.

Цифровые фотокамеры – автономные устройства дли получения фото­изображений на машинных носителях. Использование в цифровых фотокаме­рах форматов отображения графической информации традиционных для ком­пьютерной обработки делают перспективным совместное использование циф­ровых фотокамер и компьютера для создания качественных фотоматериалов.

TV, ЧМ – тюнеры – устройства, позволяющие принимать и воспроизво­дить на устройствах, подключенных к компьютеру программы радио и теле­вещания.

Мультимедийные проекторы – устройства для проецирования на экран видеоинформации, аналогичной информации отображаемой монитором. Нахо­дят широкое применение при проведении презентаций, конференций, собра­ний коллектива организации, в выставочной деятельности и т.п.

Назначение устройств, важных для организации работы в сети: модемов, сетевых карт, концентраторов, маршрутизаторов и мостов уже рассмат­ривалось в разделе, посвященном компьютерным сетям.

Источники бесперебойного питания – устройства позволяющие сохра­нить работоспособность компьютеров при внезапных отключениях электропи­тания. Необходимы для повышения надежности работы как отдельных компь­ютеров, так и компьютерных сетей в целом.

Нельзя объять необъятного. MIDI клавиатуры, джойстики и ряд других устройств остались за рамками нашего рассмотрения. Всем желающим полу­чить больший объем информации по данной теме можно рекомендовать читать уже упомянутые выше журналы и страницы Интернета, отражающие новости компьютерного рынка.