Министерство образования и науки Российской ФедерацииГОУ ВПО «Алтайский государственный технический университетим. И. И. Ползунова»Е. В. АСТАХОВАТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ИНФОРМАТИКИУчебное пособиеБарнаул 2010
УДК 681.3Астахова Е. В. Теоретические основы информатики: Учебное пособие/ Алт.
госуд. технич. ун-т им. И. И. Ползунова.- Барнаул, 2010,- 191 с.В данном учебном пособии конспективно изложен лекционный материал
дисциплины ЕН.Ф.02 «Теоретические основы информатики». Пособие предназначено
для студентов, обучающихся по направлениям 231000 «Информатика и
вычислительная техника», 230100 «Программная инженерия», а также может быть
использовано студентами технических специальностей с углубленным изучением курса
информатики.Рекомендовано заседанием
кафедры «Прикладная математика»
Протокол № 1 от 8.09.2010© Астахова Е. В., 2010
ПРЕДИСЛОВИЕВ современном мире деятельность людей зависит от уровня их
информированности и способности эффективно использовать полученные
знания. Чтобы свободно ориентироваться в потоках информации современный
специалист должен овладеть информационной культурой, фундамент которой
закладывает дисциплина «Информатика». Информационная культура означает,
и умение целенаправленно работать с информацией, и профессиональное
использование информационных технологий для ее получения, обработки и
передачи. Информация расценивается как стратегический ресурс общества, во
многом определяющий уровень развития государства.Четкие границы информатики определить трудно, если вообще
возможно, поскольку она интегрирует знания из многих областей. Владение
основными понятиями из области информатики, информационных технологий
является обязательным атрибутом профессиональной пригодности человека в
обществе. Информатика является дисциплиной не только практического плана,
изучая которую студент приобретает навыки работы на персональном
компьютере, но и дисциплиной социальной, гуманитарной направленности,
способствующей формированию определенного мировоззрения.Учебное пособие содержит относительно стабильные базовые
теоретические знания и предназначено для формирования целостного
представления об информатике и ее роли в современной социально-
экономической жизни общества, о возможностях, способах и целях
использования информационных систем, программных средств и технологий.Учиться сегодня надо основательно, но при этом быстро и экономно.
Чтобы стать впоследствии грамотным специалистом мало одних фактических
знаний, необходимо научиться профессионально мыслить и действовать.
Познавательный труд нелегок, но нужно постараться сделать его максимально
продуктивным.Обучение строится по схеме модульного изложения материала. Модуль
представляет собой логически завершенную часть материала, изучение
которого имеет определенную цель. Учебное пособие состоит из 8 модулей.
Учебный материал модуля состоит из базовой информации, комментариев и
дополнительного материала, отмеченных символом и. Определения выделены
в тексте курсивом и отмечены значком 0. Особо важные моменты и
практические задания помечены символом ▲.Начиная работу с учебным пособием, ознакомьтесь с темой,
разделами, перечнем знаний, приведенными на титульном листе данного
модуля. Изучив материал модуля, попытайтесь ответить на вопросы для
самоконтроля самостоятельно или найти ответ в тексте модуля. Оцените
степень усвоения материала, опираясь на тезис, что специалист должен
уверенно ориентироваться в данном материале. Вернитесь к титульному листу
модуля и проверьте себя на усвоение перечисленных там знаний. Это то, что
Вы должны ЗНАТЬ, а, следовательно, тот материал учебного пособия, в
котором должны ОЧЕНЬ ХОРОШО РАЗОБРАТЬСЯ.Необходимо помнить, что при начальном поверхностном ознакомлении
с любым изучаемым материалом запоминается 10-30% информации.УСПЕХА!
Модуль 1ВВЕДЕНИЕ В ИНФОРМАТИКУ	1	ВВЕДЕНИЕ	57.7 История развития вычислительной техники	51.2	Информационный рынок	61.3	Информационная культура	71.4	Информатика, как комплексная естественнонаучная дисциплина	71.5	Информация: свойства, качество	81.6	Информация: адекватность, количество, мера	91.7	Положения комбинаторики, используемые в измерении информации	121.8	Информационный процесс	131.9	Информационные системы	141.10	Методы получения и использования информации	142	ЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭВМ	152.1	Основные понятия алгебры логики	152.2	Формализация высказываний	772.3	Логические схемы	773	АЛГОРИТМЫ	183.1	Понятие алгоритма	783.2	Запись алгоритмов	193 3 Структуры алгоритмов	204	СТРУКТУРЫ ДАННЫХ	225	КОМАНДЫ И ПРОГРАММЫ	245.7	Машинные команды	245.2	Свойства цифровых вычислительных машин	255.3	Трансляция и выполнение программ	266	КЛАССЫ МОДЕЛЕЙ. МОДЕЛИРОВАНИЕ	276.7	Классификация моделей	276.2	Моделирование	28Вопросы для самоконтроля	29ПОСЛЕ	ИЗУЧЕНИЯ МОДУЛЯ ВЫ ДОЛЖНЫ ЗНАТЬ:>	Элементную и программную базы поколений ЭВМ.>	В чем проявляется информационная культура.>	Различие понятий «информация», «сообщение», «данные».>	Понятие и формы адекватности информации.>	По каким критериям можно измерять информацию.>	Единицы измерения информации.>	Способы формирования подмножеств, применяемые в комбинаторике.>	Сущность информационного процесса.>	Понятие информационной системы.>	Разницу между утверждением, высказыванием и предикатом в алгебре логики.>	Элементарные функции и аксиомы алгебры логики.>	В чем заключается формализация высказываний алгебры логики.>	Основные логические элементы компьютера.>	Что такое алгоритм, его особенности и базовые элементы представления.>	Какие структуры используются для описания данных с различной организацией.>	Правила работы функций div и mod.>	Структуру машинных команд.>	Этапы решения задач на ЭВМ.>	Принципы программного управления.>	Этапы компьютерного моделирования.>	Классификационные признаки моделей и приемы моделирования.РЕЗУЛЬТАТ:>	Систематизация знаний в сфере общих положений информатики как науки и дисциплины.>	Создание общеобразовательной базы для успешного овладения такими дисциплинами как
«Структуры и алгоритмы обработки данных», «Программирование на языках высокого
уровня», «Базы данных».>	Закладка фундамента информационной культуры.>	Пополнение профессионального словарного запаса.4
1	ВВЕДЕНИЕ1.1	История развития вычислительной техникиВ соответствии с элементной базой и уровнем развития программного
обеспечения (ПО) выделяют 4 периода в развитии вычислительной техники:1.	1946-1955 гг. В середине 40-х были созданы первые ламповые вычислительные
устройства. Программирование осуществлялось на машинном языке. Системное
программное обеспечение составляли библиотеки математических и служебных
подпрограмм.2.	1955-1965 гг. Компьютеры второго поколения на базе полупроводниковых
элементов. Произошло разделение персонала на программистов и операторов,
эксплуатационщиков и разработчиков вычислительных машин. Появились первые
алгоритмические языки и первые системные программы — компиляторы.3.	1965-1980 гг. Рост объема обрабатываемой информации способствует
появлению первых систем управления базами данных. Появился новый способ
организации вычислительного процесса — мультипрограммирование и новый тип
операционных систем (ОС) — системы разделения времени.4.	С 1980 г. по настоящее время. Эра персональных компьютеров (ПК),
разработка "дружественного" программного обеспечения для пользователей-
непрофессионалов. Среди операционных систем доминируют MS DOS и UNIX.Таблица 1. Технические характеристики поколений ЭВМТехническиехарактеристики1-е поколение2-е поколение3-е поколение4-е поколение1946-19551955-19651965-19701970-1980С 1980...ЭлементнаябазаРеле,электронныелампыПолупроводни¬ковыеэлементыИСБИССверхбольшие БИСБыстродействие1 мс1 МКС10 нс1 НС< 1нсПлотностьупаковки(элемент/см3)ОД2-310-201000>10 000Режим работыОднопрограм¬мныйПакетныйРазделениявремениПерсональная/сетевая
работа3 Мультипрограммирование — это способ организации вычислительного процесса,
при котором на одном процессоре попеременно выполняются несколько программ.й Автором проекта первой автоматической вычислительной машины является Чарльз
Бэббидж (1791-1871) — английский математик. В начале 40-х годов двадцатого века Говард Айкен
построил машину Mark I, которую назвали «осуществленной мечтой Бэббиджа».й Ноутбук — портативный персональный компьютер. Osborn-1 — первая в мире
общедоступная модель (ОП 64Кб, тактовая частота 4 МГц, монохромный дисплей 8,75x6,6 см)
Первый коммерческий ноутбук был выпущен в 1981 году.й Лучшей отечественной ЭВМ 2-го поколения считается БЭСМ-6 (ОП 128 Кбайт, тактовая
частота 10 МГц, мультипрограммный режим).5
1.2 Информационный рынокEl Информационный рынок — это комплексная структура, включающая в себя
правовой статус субъектов, вступающих в отношения при оказании информационных
услуг и их использовании.Предмет продажи или обмена на информационном рынке: информационные
системы, информационные технологии, лицензии, патенты, товарные знаки, ноу-хау,
инженерно-технические услуги, информация.Предпосылки устойчивого функционирования информационного рынка:•	слияние компьютерных и телекоммуникационных систем и систем
обработки информации в одну модель;•	переход от бумажной к электронной технологии оказания услуг
(электронные платежи, электронная почта).Рис. 1 Компоненты информационного рынкай Поставщики информации на рынке информационных услуг именуются
информационными корпорациями, информационными агентствами, информационными службами,
информационными центрами.Основные участники рынка информационных услуг:•	производители информации (организации, добывающие, публикующие,
обрабатывающие информацию);•	продавцы информации (вендоры);•	пользователи информации.Отличительные особенности информационного продукта от других товаров:•	информация может быть использована многократно;•	информация морально устаревает со временем по мере снижения
актуальности предоставляемых ею знаний;•	информация адресна, т.е. рассчитана на разных потребителей;•	производство информации намного дороже последующего тиражирования.й Основным средством ликвидации «цифрового неравенства» в Великобритании,
Италии, Швеции является государственная поддержка покупки населением ПК. Для развитых стран
уровнем прекращения господдержки является показатель 75-80 ПК на 100 семей.6
1.3 Информационная культураИнформационная культура является частью общей культуры и предполагает
умение целенаправленно работать с информацией, используя для ее получения, обработки
и передачи компьютерные информационные технологии и современные технические
средства и методы.Информационная культура проявляется в умении:•	использовать различные технические устройства от телефона до
персонального компьютера;•	извлекать информацию из различных источников от периодической печати
до Internet и эффективно ее использовать;•	работать с различной информацией, грамотно используя компьютерную
информационную технологию и методы аналитической обработки.й Информационная культура невозможна без знаний в области кибернетики,
информатики, математики, теории проектирования баз данных и других дисциплин.1.4 Информатика, как комплексная естественнонаучная
дисциплинай Термин «информатика» возник в 60-х гг. во Франции для названия области,
занимающейся автоматизированной обработкой информации с помощью ЭВМ.й Термин «Informatique» (информатика) образован путем слияния слов information
(информация) и automatique (автоматика) — "информационная автоматика илиавтоматизированная переработка информации". В англоязычных странах этому терминусоответствует синоним computer science (наука о компьютерной технике).й В 1983 г. на сессии годичного собрания Академии наук СССР было принято решениеоб	организации нового отделения информатики, вычислительной техники и автоматизации.El Информатика — это область человеческой деятельности, связанная с процессамипреобразования информации с помощью компьютеров и их взаимодействием со средойприменения.В самом общем смысле под информатикой понимают фундаментальнуюестественную науку, изучающую процессы передачи, накопления и обработки
информации.Ядро информатики определяют три связанные между собой части:
алгоритмические {Brainwave), программные {Software) и технические средства {Hardware).13 Hardware — это устройства, имеющиеся в компьютере.3 Software — это совокупность всех программ, используемых на компьютере.El В га in ware — это то, что должен знать и уметь делать пользователь, чтобыправильно решать задачи.Главная функция информатики — разработка методов и средств преобразования
информации и их использование в организации технологического процесса переработки
информации.Задачи информатики:•	исследование информационных процессов любой природы;•	разработка информационной техники;•	создание новейших технологий переработки информации;•	решение научных и инженерных проблем создания, внедрения и
эффективного использования компьютерной техники и технологии.7
1.5 Информация: свойства, качествой По данным некоторых исследований, при переходе от атомного уровня к
молекулярному количество информации увеличивается в 103 раза. Количество информации,
относящейся к организму человека, примерно в 1011 раз больше информации, содержащейся в
одноклеточном организме.й Термин «информация» происходит от латинского informatio, что означает разъяснение,
осведомление, изложение. Информация есть отражение реального мира с помощью сведений
(сообщений).El Информация — это сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их
параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся о них степень
неопределенности, неполноты знаний.0Сообщение — это реальная форма представления информации в виде речи, текста,
изображения, цифровых данных, графиков, таблиц и т. п.0Данные — это сигналы, образы, рассматриваемые безотносительно к их смыслу.0Знание — это продукт накопления, систематизации данных, их осмысление с целью
получения информации, обеспечивающей достижение некоторой цели.Данные могут рассматриваться как признаки или записанные наблюдения,
которые по каким-то причинам не используются, а только хранятся. Если появляется
возможность использовать эти данные для уменьшения неопределенности о чем-либо, то
они превращаются в информацию. Таким образом, информацией являются используемые
данные.й Кибернетика — наука об управлении, связи и переработке информации. Отец
кибернетики — Норберт Винер.Всякое управление осуществляется посредством передачи информации.
Кибернетика изучает процессы хранения, передачи, переработки и восприятия
информации, способы ее кодирования. Н. Винер рассматривал информацию как данные, не
различая процессы приема и передачи данных автоматами и живыми существами.й Автомат преобразует данные в соответствии с тем, какой смысл (алгоритм) заложил в
него человек.Информация обладает тремя основными свойствами:1.	Синтаксис определяет способ представления информации на носителе
(например, параметры шрифта документа, формат бумаги).2.	Семантика определяет смысл информации и может рассматриваться как
соглашение о правилах ее интерпретации (например, дорожные знаки).3.	Прагматика определяет влияние информации на поведение потребителя
(например, успешная сдача экзамена по вождению автомобиля после изучения правил
дорожного движения).А Свойства информации:•	полнота, актуальность, значимость;•	адекватность, точность, корректность;•	избирательность, адресность, конфиденциальность;•	кодируемость, сжимаемость, компактность;•	помехоустойчивость.1.5.1	Потребительские показатели качества информацииРепрезентативность. Обеспечивается отбором информации в целях адекватного
отражения свойств объекта.Содержательность. Семантическая емкость информации, отношение количества
семантической информации (Iq в сообщении к объему обрабатываемых данных (Vd): С =
1с /УоА Объем обработанных данных составил 4 Гбайта. Содержательность 1000 Мбайт
семантической информации равна С = Ic / Vd = Ю00 / (4*1024) = 0,24.
А Коэффициент содержательности 800 Мбайт семантической информации равен 0,15.
Объем обработанных данных составил Vd = 1с / С = 800 / 0,15 /1024 = 5,2 Гбайт.А Объем обработанных данных составил 4 Гбайта. Коэффициент содержательности
равен 0,8. Количество семантической информации равно Ic = CVd = 0,8*4 = 3,2 Гбайта.Коэффициент информативности. Это отношение количества синтаксической
информации (по Шеннону) к объему данных Y = I / Vd.Достаточность (полнота) информации означает, что она содержит минимальный,
но достаточный для принятия правильного решения набор показателей.Доступность. Обеспечение соответствующих процедур получения и
преобразования информации.Актуальность. Степень ценности информации в момент ее использования.Своевременность. Поступление информации не позже заранее назначенного
момента времени.Точность. Степень близости получаемой информации к реальному состоянию
объекта, процесса, явления и т. п.Достоверность. Отражение реально существующих объектов с необходимой
точностью.Устойчивость. Способность информации реагировать на изменения исходных
данных без нарушения необходимой точности.1.6	Информация: адекватность, количество, мера0 Адекватность информации — это уровень соответствия создаваемого спомощью полученной информации образа реальному объекту, процессу, явлению.Синтаксическая адекватность отражает формально-структурные характеристики
информации и не затрагивает ее смыслового содержания. Учитываются тип носителя,
способ представления информации, скорость передачи и обработки, надежность и
точность преобразования информационных кодов.й Информацию, рассматриваемую только с синтаксических позиций, обычно называют
данными.Семантическая (смысловая) адекватность определяет степень соответствия
образа объекта и самого объекта; предполагает учет смыслового содержания информации.Прагматическая (потребительская) адекватность отражает отношение
информации и ее потребителя. Учитывается ценность, полезность использования
информации при выработке потребителем решения для достижения своей цели.Так как информация может пониматься и интерпретироваться в различных
предметных областях по-разному, то различаются и способы определения ее количества.0 Количество информации — числовая величина, характеризующая информацию поразнообразию, сложности, упорядоченности, определенности и т.п.Для измерения информации вводятся параметры: I — количество информации, Vd—	объем данных.А Количество семантической информации оценивается по формуле Ic = CVd, где С —
коэффициент содержательности.А За основную единицу измерения количества информации принят 1 бит.Для оценки состояния системы, которая может принимать одно из п возможных
состояний, используется мера информации (события).0	Мера — непрерывная действительная неотрицательная функция, определенная намножестве событий.1.6.1	Мера Р. ХартлиА Формула Хартли: Н = k logaN, где к — коэффициент пропорциональности, а —
основание системы меры.9
А Формула Хартли не работает в случае различных состояний системы.Хартли предложил оценивать количество информации в зависимости от мощности
алфавита I = L logah, где L — длина сообщения, Һ — мощность исходного алфавита
(количество символов в алфавите).Пусть известны N состояний системы S, которые необходимо закодировать
двоичным кодом. Вопрос: какой длины должен быть код? Число всех различных
комбинаций из {0,1} длины d должно быть не меньше, чем N, т.е. 2d>N (*).
Прологарифмируем это неравенство: log22d > log2N => d > log2N. Наименьшее решение
этого неравенства называется мерой разнообразия множества состояний системы и
задается формулой Хартли для двоичной системы счисления: Н = log2N (бит).Пример 1. Чтобы узнать положение точки в системе из 4-х клеток необходимо
задать два вопроса ("Левая или правая клетка?"). В итоге, узнав положение точки, мы
увеличиваем суммарную информацию о системе на 2 бита (I = log24).Пример 2. Имеются 200 монет. Известно, что одна из них — фальшивая и более
легкая по весу. Вопрос: за сколько взвешиваний можно выявить ее? Предположим, что на
весы кладется равное количество монет. Тогда получим 3 независимые возможности: а)
левая чашка ниже; б) правая чашка ниже; в) чашки уравновешены. Таким образом, каждое
взвешивание дает количество информации I = log23. Следовательно, для определения
фальшивой монеты нужно сделать не менее к взвешиваний, где наименьшее к
удовлетворяет условию log23k> log2200. Отсюда, к > 5.Пример 3. Пусть имеется система из 4-х светодиодов, каждый из которых может
находиться в одном из двух состояний — включено/выключено. Определить количество
разнообразных состояний системы. По формуле (*) имеем 24 > N, т.е N должно быть не
больше 16.Пример 4. В системе из 4-х светодиодов может быть включен только один.
Вопрос: на сколько увеличится суммарная информация о системе при обнаружении
включенного светодиода? Число состояний системы N = 4. Воспользуемся утверждением
Хартли, что для обнаружения произвольного элемента х; е X = {xi, хг, ..., х„} необходимо
получить не менее logan единиц информации. Тогда I = log24 = 2 бита. Каждый вопрос по
поводу включенного светодиода дает количество информации (да/нет) I = log22 = 1 бит.
Следовательно, необходимо задать два вопроса, например, «номер индикатора больше
двух?» (да/нет).Пример 5. Определить количество информации, содержащейся в двоичной цифре.
Имеем исходный алфавит {0,1}. Следовательно, Һ = 2. Длина сообщения L = 1 (одна
двоичная цифра). Тогда I = l*log22 = 1 бит. Это аналитическое определение бита.А На одну двоичную цифру приходится 1 бит информации.А Определить количество информации, приходящейся на одну восьмеричную цифру.
(Ответ: 3)А Доказать, что на одну шестнадцатеричную цифру приходится 4 бита информации.1.6.2.	Мера К. ШеннонаШеннон предложил связать количество информации в сообщении с вероятностью
получения этого сообщения.EI Вероятность — это количественная характеристика одного из исходовнекоторого опыта, известная до его проведения. Измеряется в пределах от 0 до 1.А Сумма вероятностей всех исходов опыта равна 1.Теория Шеннона разработана как теория передачи данных по каналам связи, а
мера Шеннона — как мера количества данных и не отражает семантического смысла.Формула Шеннона дает оценку информации независимо от ее смысла:10
где n — число состояний системы; р; — вероятность (относительная частота)
перехода системы в i-e состояние (сумма всех р; равна 1).Исходы называются равновероятными, если они могут совершиться с равной
долей вероятности.А Для равновероятных состояний р; = 1/п, I = log2n.В общем случае выполняется неравенство:Л1=-£л1ОДаА^1о8алнА Сообщение о наступлении события с меньшей вероятностью несет в себе больше
информации, чем сообщение о наступлении события с большей вероятностью.А Сообщение о наступлении достоверно наступающего события несет в себе нулевую
информацию.Пример 1. Определить, сколько бит информации несет произвольное двузначное
десятичное число со всеми значащими цифрами. Каждая из возможных цифр может
появиться на данном месте, в данном разряде с одинаковой вероятностью. Так как таких
чисел может быть всего 90 (10-99), то количество информации будет I = log290
(приблизительно I = 6,5). Так как в двузначных числах первая значащая цифра может
принимать 9 значений (1-9), а вторая — 10 значений (0-9), то I = log290 = log29 + Iog2l0.
Итак, сообщение в одну десятичную единицу несет в себе в 3,32 (значение log210) больше
информации, чем в одну двоичную единицу (log22 = 1). Вторая цифра в двузначном
десятичном числе несет в себе больше информации, чем первая.Количество информации I можно понимать как среднеарифметическое величин
f; = - nlog2Pi.Тогда f; можно интерпретировать как информационное содержание символа
алфавита с индексом i и величиной р; вероятности появления этого символа в сообщении.Пример 2. Определить количество информации в сообщении из 4-х букв "а", 2-х
букв "б", 1-й буквы "и", 6-ти букв "р". Число N различных сообщений длиной 13 букв
будет равно величине: N=13 !/(4! х2! х 1! х6!)=180180. Количество информации I в одном
сообщении будет равно величине: I=log2(N)=log2l80180~18 (бит).Пусть по результатам некоторого опыта получено п сообщений с вероятностью рь
Тогда количество информации в i-том сообщении определяется по формуле: I = - log2Pi.Пример 3. Определить количество информации в сообщении о результатах сдачи
экзамена нерадивым студентом, если известны вероятности получения оценок:«отлично» — р(5) = 0,1;«хорошо» — р(4) = 0,2;«удовлетворительно» — р(3) = 0,4;«неудовлетворительно» — р(2) = 0,3.Тогда количество информации в каждом сообщении будет равно:1(5) = -log20,l= 3,32;1(4) = -log20,2 = 2,32;1(3) = -log20,4 = 1,32;1(3) = -log20,3 = 1,74.Пример 4. Определить среднее количество информации в сообщении о
результатах сдачи экзамена нерадивым студентом. По формуле Шеннона получим:
1ср = - (0,1* log20,1 + 0,2* log20,2 + 0,4* log20,4 + 0,3* log20,3) = 1,73.А Если у опыта два равновероятных исхода, то 1ср = - (0,5* log2Ü,5 + 0,5* log2Ü,5) = 1.
Это аналитическое определение бита по Шеннону.11
1.6.3.	Термодинамическая мераВ реальной жизни всегда присутствует некоторая степень неопределенности.
Л. Бриллюэн охарактеризовал информацию как отрицательную энтропию. Так как
энтропия является мерой неупорядоченности, то информация может быть определена как
мера упорядоченности материальных систем.Пусть потребитель имеет предварительные сведения о системе а до получения
информации. Н (ß) — мера его неосведомленности о системе (или мера неопределенности
состояния системы). 1р(а) — дополнительная информация после получения сообщения ß,
уменьшившая неопределенность состояния системы Нр(а).Количество информации о системе, полученной в сообщении ß:Ip(a) = Н(а) - Нр(а)Другими словами, количество информации измеряется изменением
неопределенности состояния системы.А Энтропия системы Н(а) может рассматриваться как мера недостающей информации.Информационно-термодинамический подход связывает величину энтропии
системы с недостатком информации о внутренней структуре. Число состояний определяет
степень неполноты сведений о системе.Пусть дана термодинамическая система (процесс) S, а Но, Hi —
термодинамические энтропии системы S в начальном (равновесном) и конечном
состояниях термодинамического процесса. Тогда термодинамическая мера информации
(негэнтропия) определяется формулой: H(Ho,Hi) = Но - Hi. Уменьшение H(Ho,Hi) говорит о
приближении термодинамической системы S к состоянию статического равновесия, а
увеличение — об удалении.Пусть до начала процесса можно дать pi равновероятных ответов на вопрос о
состоянии термодинамической системы, а после окончания процесса — рг ответов.
Изменение информации определяется выражением AI = k ln(pi / рг) = к (ln pi - ln рг ).Если pi>p2 (А1>0), то сведения о системе стали более определенными. Если pi<p2
(А1<0) — менее определенными.Пример. Имеется термодинамическая система — газ в объеме V , который
расширяется до объема 2V. Каковы координаты молекулы m газа в новом объеме? До
расширения объема координаты были известны pi=l (lnpi=0). Число ответов было
пропорционально InV. После расширения мы знаем эту координату по изменившейся
информации о состоянии системы как AI = -k ln(2V /V) = -к ln 2 (нат).Величина AI может быть интерпретирована как количество информации,
необходимой для перехода от одного уровня организации системы к другому (при А1>0 —
более высокому, а при А1>0 — более низкому уровню организации).1.6.4.	Семантический подходДля оценки количества информации с позиций целесообразности используется
формула I = log(pi / рг), где pi — вероятность достижения цели после получения
сообщения, р2 — вероятность достижения цели до получения сообщения.Пример. Определить количество информации, содержащейся в шпаргалке, если
известно, что вероятность сдачи экзамена без шпаргалки равна 0,2. Использование
шпаргалки увеличивает вероятность сдачи до 0,8.Следовательно, I = log2(0,8/0,2) = log24 = 2. Пусть шпаргалка содержала неверную
информацию, вследствие чего вероятность сдачи экзамена уменьшилась до 0,1. ТогдаI	= log2(0,1/0,2) = log2Ü,5 = -1. Отрицательный знак результата говорит о дезинформации.1.7	Положения комбинаторики, используемые в измерении
информации	El Комбинаторика - раздел дискретной математики, изучающий способы
формирования подмножеств из элементов исходного множества.12
Из конечного счетного множества элементов мощности Һ можно сформировать
такие виды комбинаций элементов как:1.	Сочетания — группировка элементов исходного множества в подмножества
одинаковой мощности так, что элементы в них отличаются составом, а порядок элементов
произвольный. Число сочетаний из Һ элементов по L без повторений: C(Lh) = h!/(L!(h - L)!).Пример. Пусть {a,b,c} — исходное множество мощности h=3. По правилу
сочетаний можно получить следующие подмножества мощности 2: {а,Ь}, {а,с}, {Ь,с}.
Множества типа {а,Ь}, {Ь,а} являются идентичными и не формируются. Число сочетаний
из трех элементов по два без повторений С(2з) = 3 !/(2!(3 - 2)!) = 3.2.	Перестановки — группировка элементов исходного множества в подмножества
одинаковой мощности так, что элементы в них отличаются только порядком. Число
перестановок из Һ элементов без повторений: П(һ) = Һ!Пример. Пусть {а,Ь,с} — исходное множество мощности һ=3. По правилу
перестановок можно получить следующие подмножества: {а,Ь,с}, {а,с,Ь}, {Ь,с,а}, {Ь,а,с},
{с,а,Ь}, {с,Ь,а}. Число перестановок из трех элементов по три П(3) = 3! =6.3.	Размещения — группировка элементов исходного множества в подмножества
одинаковой мощности так, что элементы в них отличаются и составом и порядком. Число
размещений из Һ элементов по L без повторений: P(Lh) = h!/(h - L)!Пример 1. Пусть {а,Ь,с} — исходное множество мощности h=3. По правилу
размещений можно получить следующие подмножества мощности 2: {а,Ь}, {а,с}, {Ь,с},
{Ь,а}, {с,а}, {с,Ь}. Число размещений из трех элементов по два без повторений
Р(2з) = 3!/(3 -2)! =6.Число размещений из Һ элементов по L с повторениями: Pn(Lh) = hL.Пример 2. Пусть {0,1} — исходное множество мощности h=2. По правилу
размещений можно получить следующие подмножества мощности 3: {0,0,0}, {0,0,1},
{0,1,0}, {1,0,0}, {1,1,0}, {1,0,1}, {0,1,1}, {1,1,1}.Число размещений из двух элементов по три с повторениями Рп( г) = 2 =8.А. Определить количество различных последовательностей из символов «*» и «#»
длиной в 5 символов. (Ответ: 32)1.8	Информационный процессПод информационными процессами понимаются любые действия, выполняемые
над информацией. При работе с информацией всегда имеется ее источник и потребитель.0 Информационные коммуникации — это пути и процессы, обеспечивающие
передачу сообщений от источника информации к ее потребителю.При передаче информации от источника потребителю она проходит фазы,
составляющие информационный процесс:•	восприятие (сбор);•	передачу данных (скорость, пропускная способность, защита от шума);•	хранение данных (объем информации, надежность, время доступа);•	обработку данных (математические вычисления, логические рассуждения,
поиск, кодирование).Информационный процесс может проходить только в системе, в которой
присутствует человек, например, процессы познания, обучения, управления.0 Информационное взаимодействие — это взаимодействие между людьми
посредством передачи данных, в результате которого происходят изменения в ощущениях,
мнениях, представлениях, знаниях.13
1.9 Информационные системыEl Система — это совокупность элементов, находящихся в отношениях и связях
между собой и образующих определенную целостность.Система создается для описания каких-то процессов. Если процесс
информационный, то система обязательно должна включать людей, например, система
образования, система экономики, правовая система.0	Информационная система — это взаимосвязанная совокупность средств,
методов и персонала, используемых для хранения, обработки и выдачи информации в
интересах достижения поставленной цели.13 Информационная система — это организационно упорядоченная совокупность
документов и информационных технологий, реализующих информационные процессы.Управление системой (в системе) используется в целях:•	увеличения скорости передачи сообщений;•	увеличения объема передаваемых сообщений;•	уменьшения времени обработки сообщений;•	модификации связей системы.Управление любой системой можно представить в виде общей схемы (рис. 2).Информация о состоянии
выхода и внутренних текущих
состояний системыРис. 2 Схема управления системой1.10 Методы получения и использования информацииМетоды получения и использования информации можно разделить на три группы:1.	Эмпирические (наблюдение, сравнение, измерение, эксперимент).2.	Теоретические:a.	восхождение от абстрактного к конкретному;b.	идеализация — представление систем, не существующих в
действительности;c.	формализация — математическое, формальное описание;d.	виртуализация — создание особой среды для исследуемого объекта.3.	Эмпирико-теоретические:a.	абстрагирование — установление общих свойств объекта, замещение
его моделью;b.	анализ — разъединение системы на подсистемы с целью выявления их
взаимосвязей;c.	декомпозиция — разъединение системы на подсистемы с сохранением
их взаимосвязей с окружением;d.	синтез — соединение подсистем в систему с целью выявления их
взаимосвязей;e.	композиция — соединение подсистем в систему с сохранением их
взаимосвязей с окружением;14
f.	индукция — получение знания о системе по знаниям о подсистемах;g.	дедукция — получение знания о подсистемах по знаниям о системе;Һ. эвристики — получение знания о системе по знаниям о подсистемах,
наблюдениям и опыту;i.	моделирование — получение знания об объекте с помощью модели;
j. макетирование — представление подсистем в упрощенном виде;
к. мониторинг — наблюдение и анализ состояния системы;1.	имитация — подражание;
ш. верификация — сопоставление с опытом.2	ЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭВМ2.1	Основные понятия алгебры логикий Алгебра логики (булева алгебра) занимается исчислением высказываний и
применяется для описания работы дискретных устройств, к которым относятся и ЭВМ.Любая формальная математическая система состоит из трех множеств: элементов,
операций над ними и аксиом. Сигналы в логических схемах могут быть представлены
бинарными символами {0,1} или логическими значениями {Истина (1), Ложь (0)}.
Элементы бинарной алгебры В = {0,1} называются константами или логическими нулем и
единицей.3 Утверждение — основная единица, неделимая с точки зрения отражения смысла
информации.3Высказывание — повествовательное утверждение, про которое можно однозначно
сказать, истинно оно или ложно.13 Предикат — высказывательная форма с логическими переменными, имеющая
смысл при любых допустимых значениях этих переменных.А «Теплое лето», «Берегись автомобиля» — утверждения.А «Москва — столица РФ», «Юпитер — ближайшая к Солнцу планета» — высказывания.
А «х > 100» — предикат.3Логические связки — это слова и словосочетания «не», «и», «или», «если ..., то»,
«тогда и только тогда» и т.п.Логические связки позволяют из элементарных высказываний строить новые
составные высказывания.А Элементарные высказывания «Иванов — студент», «Иванов — футболист». Связка
«И» дает составное высказывание: «Иванов — студент, хорошо играющий в футбол».А Истинность составного высказывания зависит от истинности или ложности
элементарных высказываний.А Логические связки рассматриваются как операции над логическими высказываниями.Базовые логические операции булевой алгебры (по убыванию приоритета):НЕ — логическое отрицание;И — логическое умножение (конъюнкция);ИЛИ — логическое сложение (дизъюнкция).3Таблица истинности — таблица всех значений некоторой логической функции.А Булева функция п переменных полностью определяется таблицей из 2П строк.	Базовые операции булевой алгебры	ПеременныеЛогические операцииXYХлҮXvY^х0000101011100101111015
Кроме базовых операций существуют достаточно важные операции, такие как:1.	Импликация (X—»Ү) = (—iXvY)2.	Эквивалентность (X<-»Y) = (XaYv—iXa—iY)▲	Доказать с помощью таблицы истинности, что логическая функция F = -,A&Bv-,(A&B)
принимает значение Ложь (0) при А = 1, В = 1.Определить по таблице истинности логическую операцию в последнем столбцеа b сavb(avb) ? сООО0Варианты ответа:00 1011. (avb)&(cv—c)0 1 0112. (avb) vc0 1 1113. (avb)&c1 0 0114. -i(avb)1 0 1111 1 01111111А Логические функции эквивалентны, если совпадают их таблицы истинности.
0Тавтологии — всегда истинные формулы.Основные законы (аксиомы) булевой алгебры. -,(->Х) = ХДвойное отрицание2. XaY = YaX; XvY = YvXКоммутативность3. (XvY)vZ
(XaY)aZ= Xv(YvZ) = XvYvZ
= Xa(YaZ) = XaYaZАссоциативность4. XaX = X;XvX = XИдемпотентность5. Xv(XaY)= X; Xa(XvY) = XПоглощение6. Xv(YaZ)
Xa(YvZ)= (XvY)a(XvZ)
= (XaY)v(XaZ)Дистрибутивность7. —I (XvY) =
—I (XaY) =J J
< >
J JМоргана (перенесение бинарной
операции на операнды)8> <
< >
J J
II IIНейтральность9. —,0 = 1; —,1 = 0;Существование единицы—iXvX = 1; —iXaX = 0
Из аксиом можно вывести ряд полезных соотношений:
Хл1 = X	ХлО = 0	XvO = XРассмотрим сложение по mod 2 (неравнозначность)1 Ө X = ^Х	0ФХ=ХXv 1 = 1X Ө -,Х = 1AX0X0X0	0Х = Х — при нечетном числе членов, 0 — при четном.16
Таблица истинности для неравнозначностиПеременныеMod 2XYХӨҮ0000111011102.2	Формализация высказыванийФормализация высказывания заключается в замене его логической формулой,
составленной из логических переменных и символов логических операций.Пример. Иванов, Петров и Сидоров утверждают, что видели виновника ДТП.
Иванов говорит, что это были белые «Жигули», Петров — что черная «Волга», Сидоров —
что «Москвич», но не белый. Как определить истинный цвет и марку автомобиля?Составим простые высказывания:X = «машина — белая», Ү = «машина — жигули», Z = «машина — черная»,U = «машина — волга», V = «машина — москвич»На основе высказываний запишем логические выражения для каждого очевидца
Иванов: ХлҮ	Петров: ZaU	Сидоров: —iXaVПусть в каждом из этих логических выражений одна из переменных принимает
значение «истина». Тогда будут истинны и дизъюнкции вида:XvY = 1	ZvU = 1	—iXvV = 1По определению конъюнкции получим следующее выражение(XvY) a(ZvU) л(—iXvV) = 1 (*)Упростим данное выражение(XvY) a(ZvU) л(—iXvV) = (XaZvYaZvXaUvҮaU)a(—iXvV) == XaZa—iXvYaZa—iXvXaUa—iXvYaUa—iXvXaZaVvYaZaVvXaUaVvYaUaV == OvYaZa—iXvOvOvOvOvO = YaZa—iX = 1.Откуда следует, что конъюнкция истинна при Y = 1, Z = 1, —iX = 1. Поскольку два
высказывания о цвете и марке машины не могут быть одновременно истинными, то делаем
заключение, что автомобиль был черными жигулями. Аналогичный вывод может быть
получен и при составлении таблицы истинности для выражения (*).▲	Формализовать высказывание: «Если ты будешь говорить правду, то тебя
возненавидят люди. Если ты будешь лгать, то тебя возненавидят боги. Но ты должен говорить
правду или лгать. Значит, тебя возненавидят люди или возненавидят боги».2.3	Логические схемы3 Синтез логической схемы заключается в соединении известных элементарных
логических схем в новую схему.3 Анализ логической схемы состоит в установлении ее выходных значений по
значениям логических входов.3 Логический элемент компьютера — это часть электронной логической схемы,
которая реализует элементарную логическую функцию.Выходной сигнал> I (X \.	X.)Рис. 3 Базовый вентильВходныесигналыХ2ХлЭлементарнаялогическаяфункция17
По приведенной схеме определить логическую функциюВарианты ответа:1.2.3.4.5.ИИЛИНЕИ-НЕИЛИ-НЕА Набор {И, ИЛИ, НЕ} является функционально полным, так как на его основе можно
представить любую логическую функцию.Для реализации элементарных схем И-НЕ, ИЈ1И-НЕ используют графическое
изображение инвертора (НЕ) на выходе.ВходныесигналыXiХ2ХпЭлементарнаялогическаяфункцияс>Выходной сигнал
■* I (X \.	 X. )Рис. 4 Элементарный вентиль3	АЛГОРИТМЫ3.1	Понятое алгоритмаПонятие алгоритма относится к фундаментальным концепциям информатики,
возникло задолго до появления ЭВМ и стало одним из основных понятий математики.й Слово «алгоритм» использовалось в математике для обозначения правил выполнения
четырех арифметических действий: сложения, вычитания, умножения и деления. В настоящее
время его применяют во многих областях человеческой деятельности, например, говорят об
алгоритме управления производственным процессом, алгоритме поиска пути в лабиринте и т. п.й Значение слова «алгоритм» близко по смыслу к значению слов «указание» или
«предписание».13 Алгоритм — это некоторый конечный набор операций, рассчитанных наопределенного исполнителя, в результате выполнения которых через определенноечисло шагов может быть достигнута поставленная цель или решена задача.▲	Алгоритм указывает последовательность действий по переработке исходных данных в
результаты.Основные особенности алгоритма1.	Массовость. Алгоритм имеет некоторое число входных величин — аргументов,
задаваемых до начала работы. Один и тот же алгоритм применим для работы на разных
наборах исходных данных.2.	Дискретность. Алгоритм представлен в виде конечной последовательности
шагов, т. е. имеет дискретную структуру. Выполнение каждого очередного шага
начинается после завершения предыдущего.3.	Конечность. Выполнение алгоритма заканчивается после выполнения
конечного числа шагов.4.	Детерминированность (определенность). Каждый шаг алгоритма должен
быть четко и недвусмысленно определен, т.е. не должен допускать произвольной
трактовки исполнителем. При повторениях алгоритма для одних и тех же исходных
данных всегда получается одинаковый результат.5.	Эффективность. Алгоритм должен быть эффективным, т. е. действия
исполнителя на каждом шаге можно выполнить точно и за разумное конечное время.18
6. Результативность. Алгоритм должен завершаться определенными
результатами.3Команды — отдельные указания исполнителю на каждом шаге алгоритма.3 Система команд исполнителя — совокупность команд, которые могут быть
выполнены конкретным исполнителем.3.2	Запись алгоритмовЕсли алгоритм предназначен для исполнителя-человека, то для его записи может
использоваться естественный язык, лишь бы запись отражала все основные особенности
алгоритма. Для записи алгоритмов, предназначенных для исполнителей-автоматов,
необходима формализация.Средства, используемые для записи алгоритмов1.	Словесная запись алгоритмаКоманды алгоритма нумеруют, чтобы можно было на них ссылаться.Пример. Алгоритм Евклида для нахождения наибольшего общего делителя двух
натуральных чисел:1.	Если числа равны, то взять первое число в качестве ответа и закончить
исполнение алгоритма, иначе перейти к п. 2.2.	Определить большее из двух чисел.3.	Заменить большее число на разность большего и меньшего чисел.4.	Перейти к п. 1.Команды такого алгоритма выполняются в естественной последовательности, если
не оговорено противного.2.	Блок-схемы алгоритмовА Для визуализации формальной модели алгоритма используется блок-схема.Блок-схемы представляют алгоритм в наглядной графической форме. Команды
алгоритма помещаются внутрь блоков, соединенных стрелками, показывающими
очередность выполнения команд алгоритма. Приняты определенные стандарты
графических изображений блоков. Для записи команды внутри блоков используется
естественный язык с элементами математической символики.Наглядность быстро теряется при изображении большого алгоритма, так как схема
получается плохо обозримой.3.	ПсевдокодыПсевдокод представляет собой систему обозначений и правил, предназначенную
для единообразной записи алгоритмов. В псевдокоде, так же как и в формальных языках,
есть служебные слова, смысл которых определен раз и навсегда.4.	Языки программированияНа практике в качестве исполнителей алгоритмов используются ЭВМ.
Следовательно, язык для записи алгоритма должен быть формализован. Такой язык
принято называть языком программирования, а запись алгоритма на этом языке —
программой.13 Машинный язык — внутренний язык ЭВМ, на котором представляется иисполняется программа.В языках программирования высокого уровня принята символическая форма
записи, близкая к общепринятой математической. Выражение на языке программирования
задает правило вычисления некоторого значения. Выражение состоит из констант,
переменных, указателей функций, знаков операций и скобок. Выражение называют
арифметическим, если его значением является число. Арифметическое выражение
записывается в строку.А При записи нельзя опускать знак умножения.19
Правила выполнения операций в арифметическом выраженииДействия выполняются слева направо с соблюдением приоритета операций (по
убыванию):1.	действия в скобках;2.	вычисление функций;3.	NOT;4.	*, /, DIV, MOD, AND;5.	+, -, OR;6.	=,<>,<,>,<=,>=При одинаковом приоритете, выполняется операция, стоящая левее.▲	Дано выражениеab	—а + с2	ЪсВыбрать правильную запись выражения на языке программирования.a.	= ((а*Ь) - с/(а+с))/(2*Ь*с)b.	((а*Ь) - с/(а+с))/(2*Ь*с)c.	(а*Ь) - с/(а+с)/2*Ь*сd.	((ab) - c/(a+c))/(2bc)3.3	Структуры алгоритмовАлгоритмы можно представлять как некоторые жесткие структуры, состоящие из
отдельных базовых элементов.Простая команда является элементарной структурной единицей любого
алгоритма. Она обозначает один элементарный шаг переработки или отображения
информации. Переработка информации состоит в изменении значений некоторых величин,
с которыми работает алгоритм.А Величины делятся на постоянные, значения которых остаются неизменными в
процессе исполнения алгоритма, и переменные.С величиной связано имя, используемое для обозначения. В качестве имени
используется идентификатор. Простая команда на языке схем алгоритма изображается в
виде функционального блока, имеющего один вход и один выход (рис. 5).Рис. 5 Функциональный блок простой командыА Составные команды образуются из простых команд и команды проверки условий.А Команда следования образуется из последовательности команд.С помощью команды ветвления (рис. 6-а) осуществляется выбор одного из двух
возможных действий в зависимости от условия: если условие соблюдено, то выполняется
действие 1, в противном случае — действие 2. Под действием понимается простая, или
составная команда. Существует команда ветвления в сокращенной форме (рис. 6-6).Команда повторения (цикл). Алгоритм может содержать серии многократно
повторяемых команд. Составная команда цикла (команда повторения) содержит условие,
которое используется для определения количества повторений.Команда повторения с предусловием (рис. 7-а). Исполнение команды состоит в
том, что сначала проверяется условие, и если оно соблюдено, то выполняется действие.
После этого снова проверяется условие. Выполнение цикла завершается, когда условие
перестает соблюдаться.Команда повторения с постусловием (рис. 7-6). Условие проверяется после
выполнения команды. Повторное выполнение команды происходит, если условие не
соблюдено.20
а) развилка	б) коррекцияРис. 6 Функциональные блоки команды ветвления<^УСЛО]1НЕТЗИЕуДАгДЕЙСТВИЕа) с предусловием	б) с постусловиемРис. 7 Функциональные блоки команды повторенияА Действие, выполняемое в цикле, должно влиять на условие.▲	Приведенному фрагменту блок-схемы соответствует фрагмент программы ...а. ввод х, zЬ. ввод X, ZС. ВВОД X, Zd. ввод х, zвыборнцесли(х<100)если (х<100)при х<100: у = x*zпока (х<100) и (z>10)то если (z>10)то если (z>10)при z>10: у = x+zу = x*zто у = X+Zто у = x*zвсеу = X+Zиначе у = x*zиначе у = x+zвывод увывод увсевсекциначе у = x*zиначе у = x+zвсевсевывод увывод уА Любой алгоритм может быть построен с использованием только базовых конструкций:
следования, развилки и цикла.21
Построение алгоритма может происходить двумя путями:1.	Базовые элементы могут соединяться в последовательность, образуя
конструкцию следования.2.	Одна базовая конструкция может вкладываться в другую конструкцию, так как
внутри составных команд могут быть использованы другие составные команды.й Алгоритм может развиваться как “вширь” подключением в цепочку новых конструкций,
так и “вглубь” включением одних конструкций в другие.Алгоритм сначала формулируется в общих чертах, а затем уточняется путем
детализации более крупных действий через более мелкие. Это метод пошаговой
детализации или метод “сверху вниз”. При построении алгоритма по принципу «сверху
вниз» задача разбивается на более простые подзадачи. Если для какой-то подзадачи уже
построен алгоритм, то он может быть включен в разрабатываемый алгоритм.Готовые алгоритмы, целиком включаемые в состав разрабатываемого алгоритма,
называют вспомогательными или подчиненными алгоритмами.Ш Подпрограммы — вспомогательные алгоритмы, записанные на языкахпрограммирования.А Для работы с целыми числами в языках программирования используются стандартные
функции div — деление нацело и mod — остаток от деления нацело.А Результатом выполнения операции х div у будет целое число, округленное по
направлению к 0, например, 17 div 8 = 2, 3 div 5 = 0.А Результатом выполнения операции х mod у = х - (х div у)*у будет целое число —
остаток от деления нацело х на у, например, 17 mod 8 = 1,3 mod 5 = 3.А Операции *, /, div, mod имеют одинаковый приоритет.▲	Определить значения переменных а и b после вычисления выражений:а := 15 div (16 mod 7), b := 34 mod a*5 - 29 mod 5*2. (Ответ: a = 7, b = 22)4	СТРУКТУРЫ ДАННЫХЗадачи, решаемые на ЭВМ — это математические модели процессов или явлений
реальной жизни, в которых отражены наиболее существенные связи между реальными
объектами. Модели реальных объектов вместе с присущими им связями образуют
структуры данных. При решении задачи на ЭВМ структуры алгоритмов отображаются на
структуру машинного языка, а структуры данных отображаются на структуру машинной
памяти.А Память ЭВМ имеет дискретную структуру и состоит из линейной последовательности
элементов, называемых ячейками. Каждая ячейка может содержать одно значение — машинное
слово.0Простые переменные описывают структуры, состоящие из одного элемента.Каждая простая переменная характеризуется одним значением. При отображении
на память ЭВМ имени простой переменной ставится в соответствие номер ячейки памяти,
в которой хранится значение этой переменной.0 Массив — структура, состоящая из множества элементов, упорядоченных в
соответствии со значениями индексов.В зависимости от числа индексов различают массивы одномерные, двумерные и
т. д. Массив как структура данных характеризуется тем, что с помощью индексов
обеспечивается прямой доступ к любому элементу массива.0	Очередь — структура данных, организованная по принципу «первым пришел —
первым ушел».Обработка элементов очереди ведется последовательно один за другим. Элемент,
который первым попал в очередь, первым и обрабатывается и при этом покидает очередь.
Добавление новых элементов производится в конец очереди.0	Стек — структура данных, организованная по принципу «последним пришел —
первым ушел».22
При записи в стек очередной элемент заносится в его вершину, а остальные
элементы продвигаются вниз без изменения порядка. При выборке из стека выбирается
элемент из его вершины, а все остальные элементы без изменения порядка сдвигаются
вверх, так что в вершину попадает элемент, поступивший в стек предпоследним. Стек
можно отобразить на одномерный массив. Значение i = 0 перед чтением из стека служит
признаком того, что стек пуст, а значение i = п (п — размерность массива) перед записью в
стек — признаком того, что стек переполнен.El Строка — структура данных, описывающая последовательность символов из
некоторого алфавита.▲	Дан фрагмент алгоритма, в котором переменные а, Ь, с имеют тип «строка»,
переменные /, к — тип «целое». Значения строк записываются в одинарных кавычках, например,
Ь:= ‘память’.Используются функции:Длина(а) — возвращает количество символов в строке а (тип «целое»).Извлечь(а,1) — возвращает i-ый символ в строке а, начиная слева (тип «строка»).
Склеить(а,Ь) — возвращает строку, в которой записаны подряд символы строки а, затемстроки Ь.а:= ‘ИНФОРМАТИКА’/;= Длина(а) - 5к:= 1Ь:=’А’пока/> 2нцс:= Извлечь(а,1)Ь:= Склеить(с,Ь)/;= / - к
кцОпределить значение переменной b после завершения работы алгоритма. Заполнить
таблицу промежуточных результатов. В первой строке записаны операции, выполненные до начала
цикла. Сколько раз выполнился цикл?	АiксbИНФОРМАТИКА61А▲	Элементы массива D[1..5] равны соответственно 3, 4, 5, 1, 2. Определить значение
выражения D [D [5] ] - D [D [3] ]. (Ответ: 2)▲	Дан фрагмент программы:
цел таб А[1..12,1..12]нцдля i:=1 до 12
нцдля j:= 1 до 12
если mod(l + j, 2) = О
то A[i, j] = О
иначе A[i, j] = 1кцкцОпределить значение суммы А[1, 6] + А[2, 7] + А[3, 8] + А[4, 9] + А[5, 10] после выполнения
фрагмента программы. (Ответ: 5)Комментарий к решению. Для заполнения двумерного массива требуется два цикла для:
внешний —для ввода по строке и внутренний (вложенный) — для ввода по столбцам. Заполнение
матрицы А[12, 12] происходит по правилу: если сумма индексов элемента матрицы четна, то
элементу присваивается значение 0, иначе — 1. После заполнения матрицы нечетные строки будут
иметь вид 0101 ...01, а четные — 1010... 10. В вычисляемой сумме у всех входящих в нее элементов
сумма индексов нечетна, поэтому все элементы равны 1. Сумма пяти единиц равна 5.23
5	КОМАНДЫ И ПРОГРАММЫ5.1	Машинные командыРешение задач на ЭВМ реализуется программным способом, то есть, путем
выполнения операций, предусмотренных алгоритмом решения задачи.3 Операционная часть команды — это группа разрядов в команде, предназначенная
для представления кода операции машины.3 Адресная часть команды — это группа разрядов в команде, в которых
записываются коды адреса ячеек памяти машины, предназначенных для оперативного хранения
информации.Часто эти адреса называются адресами операндов, т. е. чисел, участвующих в
операции.По количеству адресов, записываемых в команде, команды делятся на
безадресные, одно-, двух- и трехадресные.Типовая структура трехадресной командыКОПА1А2A3КОП — код операции; А1 и А2 — адреса ячеек (регистров), где расположены
соответственно первое и второе числа, участвующие в операции; A3 — адрес ячейки
(регистра), куда следует поместить число, полученное в результате выполнения операции.Типовая структура двухадресной командыКОП А1А2А1 — обычно адрес ячейки (регистра), где хранится первое из чисел,
участвующих в операции, и куда после завершения операции должен быть записан
результат; А2 — обычно адрес ячейки (регистра), где хранится второе участвующее в
операции число.Типовая структура одноадресной командыКОП А1А1 — в зависимости от модификации команды может обозначать либо адрес
ячейки (регистра), где хранится одно из чисел, участвующих в операции, либо адрес
ячейки (регистра), куда следует поместить число — результат операции.й Безадресная команда содержит только код операции; информация для нее должна
быть заранее помещена в определенные регистры машины. Безадресные команды могут
использоваться только совместно с командами другой адресности.Состав машинных команд по видам выполняемых операций•	операции пересылки информации внутри ПК;•	арифметические операции над информацией;•	логические операции над информацией;•	операции обращения к внешним устройствам ПК;•	операции передачи управления;•	обслуживающие и вспомогательные операции.й Операции передачи управления (ветвление программы) служат для изменения
естественного порядка выполнения команд. Бывают операции безусловной и условной передачи
управления.й Операции безусловной передачи управления требуют выполнения не следующей по
порядку команды, а той, адрес которой указан в адресной части.й Операции условной передачи управления также требуют передачи управления по
адресу, указанному в адресной части команды, в случае, если выполняется некоторое заранее
оговоренное для этой команды условие, указанное в коде операции.24
5.2	Свойства цифровых вычислительных машинОсновными свойствами цифровой вычислительной машины (ЦВМ) являются
программное управление, алгоритмическая универсальность, высокие точность и
скорость вычислений.Сущность программного управления заключается в том, что сигналы управления
работой отдельных частей ЦВМ вырабатываются внутри машины в процессе вычислений.
Источниками информации о требуемых типах сигналов на каждом шаге вычислений
является код команды, считываемый из памяти машины. Программа вычислений в виде
последовательности команд, закодированных в цифровой форме, записывается в память
ЦВМ до начала вычислений. Поскольку команды программы внутри ЦВМ неотличимы от
других цифровых кодов, то в процессе выполнения программы можно их изменить. За счет
этого свойства порядок процесса вычислений в машине может изменяться без участия
оператора в зависимости от знака результата, абсолютной величины и т.д.▲	Принципы программного управления (фон Нейманом, 1945 г.)1.	Исходные данные и результаты кодируются обычно в двоичной форме и
разделяются на единицы информации — слова.2.	Правила вычисления используют операторы-преобразователи и операторы-
распознаватели. Первые обеспечивают выполнение операций над элементами
информации, вторые — управление порядком выполнения операторов
посредством анализа элементов информации.3.	Каждый оператор кодируется командой.3 Команда — это указание где расположены данные, над которыми должно быть
выполнено действие на аппаратном уровне.3 Операнды — данные, над которыми выполняется операция.13Программа — последовательность команд.4.	Слова информации размещаются в ячейках памяти и определяются адресами—	номерами ячеек.3 Алгоритмическая универсальность — способность ЦВМ решать
вычислительные и логические задачи из любой области человеческой деятельности.Это достигается включением в состав набора операций, выполняемых машиной,
действий, необходимых для реализации любых алгоритмов преобразования цифровой
информации.3 Точность вычислений — мера погрешности, определяемая абсолютными и
относительными ошибками.3 Скорость вычислений определяется затратами времени на решение задач и
зависит от структуры ЦВМ и быстродействие отдельных ее частей.В ЦВМ кроме электронных элементов имеются электронно-механические
элементы с относительно низким быстродействием. Поэтому в структуре ЦВМ
необходимо согласовать потоки обрабатываемой информации так, чтобы скорость работы
машины определялась быстродействием наиболее ее быстродействующих элементов▲	Общие принципы функционирования ЭВМ (по фон Нейману)1.	Принцип программного управления. Обеспечивает автоматизацию процессов
вычислений на ЭВМ.2.	Принцип однородности памяти. Отсутствие принципиальной разницы
между программой и данными дает возможность ЭВМ самой формировать
программу в соответствии с результатами вычислений.3.	Принцип адресности. Структурно основная память состоит из
пронумерованных ячеек. Процессору в произвольный момент доступна любая
ячейка.25
4.	Принцип двоичного кодирования. Вся информация, поступающая в ЭВМ
кодируется с помощью двоичных сигналов.5.3	Трансляция и выполнение программEl Исходный модуль — текст алгоритма задачи, описанный средствами языка
программирования (ЯП).3 Компиляция (интерпретация) — процедура перевода исходного модуля (ИМ) в
последовательность команд ЭВМ.Компилятор транслирует весь текст ИМ в машинный (объектный) код за один
непрерывный процесс.Компоновщик собирает программу из объектных модулей и стандартных
библиотечных модулей.El Исполняемый файл — это файл, который может быть выполнен компьютером без
предварительной трансляции.Исполняемый файл получается в результате компиляции и компоновки объектных
модулей и содержит машинные команды и/или команды операционной системы.Перед выполнением программы ее объектный модуль (ОМ) обрабатывается
редактором связей (PC), создающим загрузочный модуль (ЗМ). Загрузчик определяет для
ЗМ абсолютные адреса в ОП, после чего программа может выполняться.ИМ^ компилятор с ЯП —» ОМ —» PC —» ЗМ —» загрузчик —» выполняемый ЗМИнтерпретатор выполняет ИМ программы в режиме «оператор за оператором»,
превращая каждый оператор ЯП в машинные команды.Различия: присутствие в ОП компилятора после получения ОМ необязательно;
присутствие в ОП интерпретатора обязательно в период выполнения исходной
программы.▲	При работе с программами существуют этапы:a.	компиляции,b.	компоновки,c.	интерпретации,d.	исполнения программы.Выполнение каких этапов предполагает создание исполняемого файла из исходноготекста программы?▲	Режим интерпретации можно использовать для ...a.	отладки программ на языке высокого уровня;b.	изменения синтаксиса языка программирования;c.	изменения семантики языка программирования;d.	компоновки программ на языке высокого уровня.А Для решения задачи на ЭВМ необходимо выполнить следующие этапы:1.	Формализация данных (определяются исходные данные).2.	Создание математической модели (модель решения).3.	Детальное описание алгоритма (блок-схема).4.	Реализация на языке программирования.5.	Отладка (устранение явных некорректных ситуаций реализации алгоритма).6.	Тестирование программы (устранение скрытых и явных недостатков исходной задачи).7.	Анализ результатов работы (исследование полученных результатов).26
6	КЛАССЫ МОДЕЛЕЙ. МОДЕЛИРОВАНИЕ6.1	Классификация моделей3 Модель — это упрощенное подобие реального объекта, процесса или явления, егообразец.й Слово «модель» происходит от латинского «modulus», что в переводе означает
«образец».Модель должна отражать существенные черты объекта, процесса или явления,
чтобы сделанные по модели выводы можно было применить ко всему объекту, процессу
или явлению целиком. Один и тот же реальный объект может быть описан разными
моделями. Одна и та же модель может рассматриваться для разных реальных ситуаций.Модели делятся на универсальные и специализированные. К универсальным
относятся базы данных, системы управления базами данных, автоматизированные системы
управления, базы знаний, экспертные системы. Специализированные модели
предназначены для описания конкретных систем. Модели также можно разделить на
предметные (материальные) и информационные.Предметные модели воспроизводят физические, геометрические,
функциональные свойства объектов в материальной форме и связаны с конкретными
макетами, например, глобус — макет Земли, макет самолета, здания, игрушечный паровоз.3 Информационная модель — это связанная совокупность информационныхобъектов, описывающих информационные процессы в исследуемой предметнойобласти.Информационные модели представляют объекты в образной (фотографии,
рисунки, плакаты) или знаковой (текст программ, формулы, таблицы данных, карты)
формах. Знаковые модели можно подразделить на группы:•	описательные (содержат текстовую информацию на естественном языке об
объекте-оригинале, например, милицейский протокол);•	табличные (например, таблица с данными о планетах Солнечной системы,
хроника событий);•	математические;•	компьютерные.А Указать объекты, относящиеся к информационным/предметным моделям:1.	декорации театральной постановки;2.	эскизы костюмов для олимпийской сборной;3.	географический атлас;4.	объемная модель молекулы воды;5.	уравнение Больцмана;6.	макет скелета динозавра;7.	формула площади квадрата;8.	расписание движения поездов;9.	схема метрополитена;10.	игрушечный вездеход.По фактору времени различают динамические и статические модели.Динамические модели используют для описания развития объектов, процессов,
явлений во времени. Например, химическая реакция, движение планет.Статические модели описывают состояние системы в определенный момент
времени. Например, строение кристалла замороженной воды.По области использования модели делятся на опытные (опытный образец танка),
игровые (модель самолета), учебные (модель-тренажер автомобиля).27
3	Модель «материальная точка» — это абстракция, позволяющая изучать
движение объекта без учета его размеров.А В рамках механики материальная точка может быть моделью как песчинки, так и слона
или планеты Земля.Термин «черный ящик» используется в точных науках для обозначения системы
со сложным или неизвестным механизмом работы.й Модель «черного ящика» была предложена У. Р. Эшби.Ввод исходных
данныхРезультат
(зависит от входа)Рис. 5 Модель «черного ящика»«Черный ящик» позволяет изучать реакцию системы на различные внешние
воздействия. При этом не рассматривается, что происходит внутри системы и как она
устроена.А Основной принцип, лежащий в основе моделей типа «черный ящик» — реакция на
заданные входные данные.й «Гелиоцентрическая модель мира» принадлежит Н. Копернику, сформулирована в
семи утверждениях и является описательной информационной моделью.6.2	МоделированиеEl Моделирование — это процедура построения моделей для исследования и изученияобъектов, процессов, явлений.3	Моделирование — это процесс замены объекта, процесса, явления моделью,отражающей его существенные признаки.В моделировании используют инструменты познания (понимание устройства и
поведения объекта), прогнозирования (предположение характеристик и поведения
объекта), планирования и управления (воздействия, позволяющие достичь цель).Имитационное моделирование используется для воспроизведения алгоритма
функционирования системы во времени. По сведениям о состоянии системы в
определенные моменты времени можно оценить характеристики системы в целом.
Например, имитация ядерных процессов позволяет исследовать характер ядерного взрыва
безопасно для людей и с меньшими финансовыми затратами, чем реальный эксперимент.Геоинформационное моделирование предполагает создание многослойных
электронных карт. Опорный слой описывает географию некоторой территории. Вторичные
слои объектов (городов, дорог, численности населения) отражают состояние этой
территории.Натурное моделирование выполняется на реальном объекте при специально
создаваемых условиях. Для обработки результатов эксперимента используют теорию
подобия.А При натурном моделировании в модели узнается моделируемый объект. Натурная
модель всегда имеет визуальное сходство с объектом-оригиналом.Виды натурного моделирования:•	научный эксперимент (исследование вакцины);•	комплексные испытания (серия испытаний, например, на безотказную
работу компьютера);•	производственный эксперимент (обобщение опыта, накопленного в ходе
производственного процесса).28
А Статистическое моделирование используется, например, для получения прогноза
загруженности автобусного маршрута в течение дня.А Технология решения задачи при помощи компьютерного моделирования
предполагает выполнение таких этапов как:1.	Постановка задачи. Описание исходной задачи, исходных данных,
определение целей моделирования, требований к результатам.2.	Разработка концептуальной модели. Формулировка представлений и
упрощений, выделение существенных элементов и взаимосвязей в виде схем, диаграмм
или сжатого лаконичного описания.3.	Разработка математической модели (формализация). Описание
концептуальной модели на математическом («формальном») языке.4.	Алгоритмизация задачи. Разработка алгоритма, представляющего
математическую модель в виде последовательности операций.5.	Кодирование алгоритма. Переложение алгоритма на язык программныхсредств.6.	Тестирование {отладка). Выявление и устранение ошибок.7.	Использование компьютера для анализа функционирования модели,
прогнозирования ее поведения, принятия решений.8.	Интерпретация результатов. Формулировка выводов и следствий
полученных прогнозов.А Процесс решения задачи с использованием компьютерного моделирования является
итерационным (циклическим).й В середине 80-х гг. XX века в Японии был создан первый нейрокомпьютер,
моделирующий структуру человеческого мозга. Основная область его применения —
распознавание образов.й Идею мысленного эксперимента к воображаемому телу, свободному от всех внешних
воздействий, впервые выдвинул и применил Г. Галилей (1564-1642) — итальянский физик,
механик, астроном, философ и математик.Вопросы для самоконтроля1.	Сущность компьютеризации и информатизации общества.2.	Какая элементная база была у разных поколений ЭВМ?3.	Что такое мера информации?4.	Какова связь количества информации и энтропии, хаоса в системе?5.	Какие виды комбинаций конечного счетного множества элементов
рассматриваются в комбинаторике?6.	Назовите базовые логические операции булевой алгебры.7.	В чем заключается формализация высказываний?8.	Перечислить основные особенности алгоритма.9.	Как происходит выборка данных из стека?10.	Назвать типовые структуры машинных команд.11.	В каких формах представляются информационные модели?12.	Для чего используется имитационное моделирование?29
Модуль 2ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ В ЭВМ	1	СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ	3111	Основные понятия	3112	Перевод чисел	322	СПОСОБЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ЧИСЕЛ В ЭВМ	342.1	Формы представления чисел	342.2	Представление информации в эвм	353	АРИФМЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ	363.1	Двоичная арифметика	363.2	Прямой, обратный, дополнительный коды	383.3	Модифицированные коды	403.4	Сложение по модулю	41Вопросы для самоконтроля	41ПОСЛЕ ИЗУЧЕНИЯ МОДУЛЯ ВЫ ДОЛЖНЫ ЗНАТЬ:>	Представление чисел в позиционных системах счисления.>	Что означает однородность системы счисления.>	Чем разряд отличается от разрядности.>	Как нумеруются разряды.>	Правило перевода целых чисел из одной системы счисления в другую.>	Правило перевода правильной дроби из одной системы счисления в другую.>	Правило перевода смешанных чисел из одной системы счисления в другую.>	Представление чисел в формате с фиксированной точкой.>	Представление чисел в формате с плавающей точкой.>	Что означает процедура нормализации числа.>	Представление двоично-кодированных десятичных чисел в упакованном и распакованном
форматах.>	Правила выполнения арифметических действий в различных системах счисления.>	Для чего нужны обратный и дополнительный коды.>	В каком случае возникает переполнение разрядной сетки.>	В чем заключается модификация обратного и дополнительного кодов.>	Правила суммирования чисел в прямом, обратном, дополнительном и модифицированных
кодах.>	Правило сложения по модулю.РЕЗУЛЬТАТ:>	Получение представления о различных системах счислеия, преобразованиях чисел и
выполнении над ними арифметических операций.>	Формирование начальной профессиональной базы для успешного овладения такими
дисциплинами как «Организация ЭВМ и систем».>	Пополнение профессионального словарного запаса.30
1	СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ1.1	Основные понятия0 Система счисления — это способ изображения чисел с помощью конечного
множества символов.В зависимости от способа изображения чисел системы счисления (с/с) делятся на
позиционные и непозиционные.В позиционной системе счисления количественное значение каждой цифры
зависит от ее места (позиции) в числе.В непозиционной системе счисления цифры не меняют своего количественного
значения при изменении их расположения в числе.Количество (Р) различных цифр, используемых для изображения числа в
позиционной системе счисления, называется основанием системы счисления.▲	Число, равное основанию системы счисления, записывается только в двух позициях
данной системы.▲	Оборудование, необходимое для хранения любого числа от 0 до М, пропорционально
произведению основания системы счисления (р) на количество разрядов (п) в числе: p*n = 1одрМ.Однородность позиционной системы означает, что множества символов,
используемых в данной системе достаточно для представления любого числа.0Разряд (позиция) — место для цифры в числе.0Разрядность — количество цифр в числе.▲	Разряды нумеруются справа налево.▲	Каждому разряду соответствует степень основания. Значения цифр лежат в пределах
от 0 до Р-1.▲	Для системы счисления с основанием Р максимальная цифра в одном разряде равнаР-1.Разделение числа на целую и дробную части имеет смысл только позиционных
системах. В общем случае запись любого смешанного числа в системе счисления с
основанием Р будет представлять собой ряд вида:-тNp = ^ anPn ,Р = an +1 - основание
n=k-1	’О	<an< Р,А = {ai,ü2,...,an}- алфавитНижние индексы определяют местоположение цифры в числе (разряд):•	положительные значения индексов — для целой части числа (к разрядов);•	отрицательные значения индексов — для дробной части числа (т разрядов).Пример. - 851,12 = - (8*102 + 5*10* + 1*10° + 1*10_1 + 2*10'2) == -(800 + 50+ 1 + 0,1 + 0,02)
й Позиционная система счисления — арабская десятичная система.й Непозиционная система счисления — римская.Максимальное целое число, которое может быть представлено в к разрядах:N =Pk-1maxМинимальное значащее (не равное 0) число, которое можно записать в m разрядах
дробной части: Nmm = 1> .31
Имея в целой части числа к, а в дробной т разрядов, можно записать всего Рт+к
разных чисел.Анализ экономичности систем счисления показал, что наиболее эффективными
являются системы с основанием, кратным 2, т.е. 2, 4, 8, 16. В силу специфики построения
схем ЭВМ в современных машинах применяется шестнадцатеричная система счисления.й В одной из первых ЭВМ (ENIAC) использовалась десятичная система счисления.▲	Какой цифрой заканчивается четное двоичное число?1.2	Перевод чиселПравило перевода целого числа из системы с основанием р в систему с
основанием d. Делить число и получаемые частные на основание системы d до тех пор,
пока очередное частное не станет меньше d.Правило перевода правильной дроби. Умножать исходную дробь и дробные части
получающихся произведений на основание системы d. Целые части получающихся
произведений дают последовательность цифр в новой системе (перевод выполняется
приближенно).Правило перевода смешанного числа. Отдельно переводят целую и дробную
часть, каждую по своим правилам.Пример 1. Перевод целого числа из десятичной системы счисления в двоичную11ю = ?2Воспользуемся степенным рядом 8 4 2 1 и представим число 11 как 8 + 2 + 1, что
соответствует наличию в разложении разрядов 1011г.Пример 2. Перевод десятичной	Пример 3. Перевод двоичнойправильной дроби в двоичную	правильной дроби в десятичную0, 1496ю = 0, 00100120, 0010012 =* 2*10100, 29921001* 2+10010, 5984I, 011010* 2*10101, 196811010* 2+110100, 3936100. 000100* 2*10100, 7872100* 2+100I, 57440, 101000* 2*10101, 1488+10100010100032
110.010000 6▲	Количество различных однобайтовых двоичных кодов равно 28=256 (00000000,
00000001, ..., 11111111).▲	С помощью одного байта при двоичном кодировании можно представить целое
неотрицательное число от 0 до 255.▲	Наибольшее десятичное число, которое можно записать тремя цифрами в двоичной
системе равно 1112 = 7ю-▲	Наибольшее десятичное число, которое можно записать тремя цифрами в
восьмеричной системе равно 7778 = 51110.▲	Наибольшее десятичное число, которое можно записать тремя цифрами в
шестнадцатеричной системе равно ҒҒҒ16 = 409510.Пример 4. Перевод смешанного числа из десятичной системы счисления в
восьмеричную1996, 5510= 3714, 4(3146)8Перевод целой части	Перевод дробной части1996io L8	0,55 0,40 0,20 0,60 0,80
- 16 249 |_8	*8 *8 *8 *8 *8
	 -24 31 L8		 	 	 	 	39	24 3	4,40 3,20 1,60 4,80 6,40-32 9 —	8 776724▲	Любая позиционная система счисления дает более компактную запись числа по
сравнению с двоичной.▲	Правила во всех позиционных системах счисления одинаковы.▲	В восьмеричной системе счисления каждая цифра соответствует трем двоичным
разрядам — триаде.▲	В шестнадцатеричной системе счисления каждая цифра соответствует четырем
двоичным разрядам — тетраде.▲	Если имеется двоичный формат, то восьмеричный и шестнадцатеричный получатся
дроблением справа налево на триады (для 8 = 23) и тетрады (для 16 = 24).Алгоритм перевода чисел из любой системы счисления в десятичную основан на
представлении числа в форме Ар = а^^р11'1 + ап'2*рп'2 + ... + а°*р° + а'^р'1 + а'ш*р'ш, где
А — само число, р — основание системы счисления, а1 — цифры данной системы
счисления, п — количество разрядов целой части числа, m — количество разрядов
дробной части числа.▲	Перевести число 112 в десятичную систему счисления.▲	Перевести число 118 в десятичную систему счисления.▲	Перевести число 1116 в десятичную систему счисления.▲	Чему равна сумма 112 + 11s +11i6 в десятичной системе счисления?▲	Последовательность 5516, 558, 557 упорядочена по убыванию значений, так как
55-16 = 85-10, 558 = 45-10, 557 = 40-ю-▲	В какой системе счисления справедливо 21 + 24 = 100?33
2	СПОСОБЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ЧИСЕЛ В ЭВМ2.1	Формы представления чиселВ вычислительных машинах применяются две формы представления чисел:•	естественная форма или форма с фиксированной точкой (СФТ)•	нормальная форма или форма с плавающей точкой (СПТ)Числа СФТ изображаются в виде последовательности цифр с постоянным для всех
чисел положением запятой, отделяющей целую часть от дробной.й Числа (521,377; 0,000238; -102013,036), записанные в разрядную сетку, К = 5, М = 5
+ 00521,37700; + 00000,00238; - 10201,30360.Эта форма наиболее проста, естественна, но имеет небольшой диапазон
представления чисел и поэтому не всегда приемлема при вычислениях.Диапазон значащих чисел (N) в системе счисления с основанием Р при наличии к
разрядов в целой части и m разрядов в дробной части числа (без учета знака числа) будет:Р <N<P -Р , (при р=2, k= 10 и ш=6 получим 0,015 < N< 1024)Если в результате операции получится число, выходящее за допустимый диапазон,
происходит переполнение разрядной сетки, и дальнейшие вычисления теряют смысл. В
современных ЭВМ естественная форма представления используется как вспомогательная
и только для целых чисел.Числа СПТ изображаются в виде двух групп цифр. Первая группа цифр называется
мантиссой, вторая — порядком, причем абсолютная величина мантиссы должна быть
меньше 1, а порядок — целым числом. В общем виде число в форме с плавающей запятой
может быть представлено так:N = ±МР±Г,где М — мантисса числа (|М| < 1); г — порядок числа (г — целое число); Р —
основание системы счисления.▲	Вещественный формат с m-разрядной мантиссой позволяет абсолютно точно
представлять m-разрядные целые числа.▲	Любое целое число может быть без искажений преобразовано в вещественный форматМантисса должна быть правильной дробью, у которой первая цифра после запятойотлична от нуля. При выполнении этого требования число называется нормализованным.	Числа (521,377; 0,000238; -102013,036) в нормальной форме запишутся так:+ 0,521377*103	+ 0,238*10°	-0,102013036*10-з■\5й Нормальная форма представления имеет огромный диапазон отображения чисел и
является основной в современных ЭВМ.Диапазон значащих чисел в системе счисления с основанием Р при наличии к
разрядов у мантиссы и т разрядов у порядка (без учета знаковых разрядов порядка и
мантиссы) будет:1Q	1QПри Р = 2, к=10ит = 6 диапазон чисел простирается примерно от 10" до 10р-кр-(рт-1) <дг <(!_/»-*)/»= 6 диапазон чисел простирав▲	Чем больше разрядов отводится под мантиссу, тем выше точность представлениячисла.▲	Чем больше разрядов занимает порядок, тем шире диапазон от наименьшего,
отличного от нуля числа, до наибольшего, представимого в заданном формате.й Знак числа обычно кодируется двоичной цифрой; код 0 означает знак «+», код 1 —знак «-».34
й При кодированных способах изображения чисел количество разных знаков меньше,
чем количество используемых в системе цифр. Каждая цифра кодируется определенной
комбинацией из нескольких знаков. Так цифры десятичной системы счисления можно кодировать
цифрами двоичной системы. В двоично-десятичной системе каждая цифра кодируется четырьмя
двоичными цифрами.Двоично-десятичная система счисления получила большое распространение в
современных ЭВМ ввиду легкости перевода в десятичную систему и обратно. Она
используется там, где основное внимание уделяется не простоте технического построения
машины, а удобству работы пользователя. В этой системе счисления все десятичные
цифры отдельно кодируются четырьмя двоичными цифрами и в таком виде записываются
последовательно друг за другом.Двоичные коды десятичных и шестнадцатеричных цифрЦифра0123456789АВсDЕFКод0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111й Десятичное число 9703 в двоично-десятичной системе выглядит так:1001 0111 0000 0011.й Шестнадцатеричное число Ғ17В в двоичной системе выглядит так:ЦП 0001 0111 1011
ғ "Т" "Т" 72.2	Представление информации в ЭВМ▲	Разрядная сетка машины имеет постоянное число разрядов.При представлении чисел СФТ считают, что точка всегда находится перед
старшим разрядом. Все числа, участвующие в вычислениях по модулю меньше единицы.Диапазон изменения характеризуется пределами, в которых могут находиться
числа: |Х|тах = 0,111... 1 = 1-2'п |Х|т;п = 0,00...01 = 2'п. Числа, выходящие за диапазон
изменения не могут быть представлены в ЭВМ точно.Ошибка представления числа зависит от величины самого числа и способа
округления. При оптимальном округлении абсолютная ошибка |ДХ| < 0,5*2"п,
относительная ошибка 2'(п+1)< |8Х| < 0,5 (|5X|min = |AX|/|X|max, |5X|max = |AX|/|X|min).▲	Для малых чисел ошибка может достигать большой величины.▲	Если число меньше минимального, то оно воспринимается как машинный нуль.▲	Если число больше максимального, то оно воспринимается как машинная
бесконечность.Для чисел СПТ абсолютная ошибка равна |АХ| < 0,5*2"ш, относительная
|5X|min « 2'(m+1), при m — большом, и |8Х|шах = 2'ш.▲	Относительная ошибка для чисел СПТ не зависит от порядка числа.Единицы измерения объемов информации, хранимой или обрабатываемой в ЭВМКоличество двоичных
разрядов в группе188*10248*102428*102438*102448*10245Наименование единицы
измеренияБитБайтКило¬байтМега¬байтГига¬байтТера¬байтПента¬байт▲	Биты в числе нумеруются справа налево, начиная с 0-го разряда.Двоично-кодированные десятичные числа могут быть представлены в ПК полями
переменной длины в упакованном и распакованном форматах.35
Упакованный формат. Десятичной цифре отводится по 4 двоичных разряда
(полбайта); знак числа кодируется в крайнем правом полубайте числа (1100 - знак «+» и
1101- знак «-»).Структура поля упакованного формата:ЦифраЦифраЦифраЗнакБайтй Упакованный формат используется обычно в ПК при выполнении операций сложения
и вычитания двоично-десятичных чисел.Распакованный формат. Для каждой десятичной цифры отводится по целомубайту.Старшие полубайты (зона) каждого байта (кроме самого младшего) заполняются
кодом 0011 (в соответствии с ASCII-кодом). В младших полубайтах кодируются
десятичные цифры. Старший полубайт самого младшего байта используется для
кодирования знака числа.Структура поля распакованного форматаЗонацфЗонаЦФЗонаЦФЗнакЦФй Распакованный формат используется при вводе-выводе информации, при
выполнении операций умножения и деления двоично-десятичных чисел.Пример. Число - 193 ю = - 0001 1001 001 Ь-юа) в упакованном формате0001100100111101б) в распакованном формате001100010011100111010011й Распакованный формат является следствием использования в ПК ASCII-кода для
представления символьной информации.Код ASCII (American Standard Code for Information Interchange — Американский
стандартный код для обмена информацией) имеет основной стандарт и его расширение.
Основной стандарт для кодирования символов использует шестнадцатеричные коды
00-7F, расширение стандарта — 80-FF. Основной стандарт является международным и
используется для кодирования управляющих символов, цифр и букв латинского алфавита;
в расширении стандарта кодируются символы псевдографики и буквы национального
алфавита.3	АРИФМЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ3.1	Двоичная арифметикай Для записи одного и того же числа в различных системах счисления необходимо
различное число разрядов.▲	Чем меньше основание системы счисления, тем больше длина числа.й При выборе системы счисления для ЭВМ учитывают, что:основание системы счисления определяет количество устойчивых состояний, которые
должен иметь элемент ЭВМ (устройство, используемое для изображения разрядов числа);длина числа существенно зависит от основания системы;36
система счисления должна
арифметических и логических операций.обеспечивать простые алгоритмы выполненияПравила выполнения арифметических действий1+0=1 1-1=0
0+1=1 1-0=1
0+0=0 0-0=0
1 + 1 = 10 0-1 = 111*0 = 0
0*1=0
0*0 = 0
1*1 = 1Умножение многоразрядных чисел осуществляется путем образования частных
произведений и их последующего суммирования.й В двоичной системе умножение сводится к операциям сдвига и сложения, деление —
к операциям вычитания и сдвига.Пример 1. Умножение в двоичнойПример 2. Деление в двоичнойсистеме счислениясистеме счисления11100101, 011100 1010 1 1 10011х 101, 1- 10101—частное100111110010101+ 1110010101110011110010101- 1001110011101100, 11111001- 10011110 — остатокПример 3. Умножение в
восьмеричной системе счисления345, 28
* 5,48162508
+ 2172282354, 78Пример 4. Деление в
восьмеричной системе счисления6258|_238
2584681458
- 1378Пример 5. Умножение в	Пример 6. Деление вшестнадцатеричной системе счисления	шестнадцатеричной системесчисленияE5,4i6	19516 L1316*	5, 8i6	-	15,		1372 АО		+ 47 A4	65
		-5FП64	ЕС, Е016Последовательность вычислений при умножении Е54 на 837
1)4*8=32	2)32/16=203) 5*8=40	4)40/16=285) E=14*8=l 12 6) 112/16=7020
+ 28
7072100А3.2	Прямой, обратный, дополнительный коды▲	Положительные числа во всех кодах одинаковы.Старший разряд регистра — знаковый (0 — «+», 1 — «-»).▲	Для кодирования отрицательных чисел и выполнения действий над ними вводят
обратный и дополнительный коды.Обратный код отрицательного двоичного числа получается, если:•	в знаковый разряд поставить единицу;•	во всех разрядах мантиссы сменить цифры.Обратный код — инверсия прямого.Дополнительный код отрицательного двоичного числа получается, если:•	в знаковый разряд поставить единицу;•	во всех разрядах мантиссы сменить цифры;•	к младшему разряду мантиссы прибавить единицу и выполнить переносы, в
том числе в знаковый разряд.▲	Дополнительный код = обратный код + 1 в младшем разряде.▲	Отрицательное число -2009 в 16-разрядном компьютерном представлении будет
равно ...(Ответ: 1111100000100111)При сложении чисел в обратном коде, складываются все п разрядов, включая
знаковый. В случае возникновения переноса в знаковом разряде 1 добавляется к
младшему разряду, т.е. выполняется циклический перенос.При сложении чисел в дополнительном коде складываются все п разрядов,
включая знаковый. В случае возникновения переноса в знаковом разряде 1 не добавляется
к младшему разряду, а отбрасывается.При сложении в прямом коде не делается перенос из старшего цифрового разряда
в знаковый.й Если числа разных знаков, то в прямом коде приходится выполнять операцию
вычитания после предварительного сравнения кодов чисел. Результату приписывается знак
большего числа. Эти дополнительные операции приводят к дополнительному усложнению
сумматора.Пример 1. Сложение обратных кодов чисел.Сумма обратных кодов равна обратному коду результата.а)0,	00100 = [А]обр = А+0.	01100 = ГВП^р = в0,	10000 = [С]обр =сб)А = -0, 01001 1, 10110 = [А]обр+В = 0. 01110	0. 01110 = [Blofip Выполняется циклический перенос, чторавноценно суммированию с 0, 00001.I	 10,00100*	0, 00101 = [С]обр = С После циклического переноса.38
в)А = - 0, 01100
В = 0. 01001[А]обр = 1, 10011ь[BLfip = 0, 01001С = -0, 00011
г)А = - 0, 01100
В = -0, 010011,11100 = [С]обр
1, 10011 = [А]обр
1. 10110 = TALfipС = -0, 10101.С1	1, 010011,	01010 = [С]обрПример 2. Сложение чисел, представленных в дополнительном коде.
Сумма дополнительных кодов есть дополнительный код результата.а)0,	01001 = [А]доп = [А]пр+0. 00101 = ГВ1,.П=ГВ1ПР0,01110 = [С]дОП=[С]Прб)А = - 0, 10010+В= 0,010101,01110 = [А],0. 01010 = гвп^С = -0,01000	1, 11000 = [С] допНет переноса из мантиссы в знаковый разряд.в)А = 0, 10001 = [А]Д0П=[А]Пр+В = 0. 11111 = ГВ1тп = ГВ1лрС= 1, 10000При сложении положительных чисел в результате переноса в знаковом разряде
появилась единица. Результат неверен.г )	Произошли переносы в знаковыйА = -0, 01001 1,10111 = [А] доп рззряд и из знакового рязрядз,.+В = 0.01101 0. 01101 = ГВ1П„П10, ооюо = [С]доп = [С]прд)	Произошел перенос из знаковогоА = - 0, 10001 1,01111 = [А]доп разряда. Этот перенос в сумматоре,+	работающем в дополнительном коде,В = -0.11010 1. 00110 = [BLon теряется. Получилось положительное10,	10101 = [С]доп число. Результат неверен.▲	Доказать, что преобразование отрицательного числа в обратный код выполняется
компьютером быстрее, чем в дополнительный.▲	Доказать, что сложение дополнительных кодов выполняется в компьютере быстрее,
чем обратных.39
3.3 Модифицированные кодыПереполнение разрядной сетки возникает в результате сложения чисел, когда
старшие разряды результата не помещаются в отведенной для него области памяти.▲	Переполнение разрядной сетки в результате переноса из знакового разряда удобно
обнаруживать в модифицированных кодах.В модифицированных обратном и дополнительном кодах для кода знака
отводится 2 разряда и знак «-» обозначается 11, а знак «+» — сочетанием 00. Единица
левее знаковых разрядов теряется.▲	Сочетания 01 и 10 служат признаком переполнения.Пример 1. Модифицированный обратный код.а)А = 0, 10001	00, 10001=[А]мобр+В = -0. 00111	11. 11000=ГВ1%С = 0,01001100, 01010В результате циклического переноса из старшего знакового разряда в младший
разряд мантиссы получили положительное число 00, 01001.б)А = - 0, 10110	[А]мобр = 11, 01001+В = -0. 01011	ГВ1% = 11. 10100110.11101 С учетом циклического переноса
получаем 10, 11110 в знаковом разряде переполнение.в)А = -0, 10010	11, 01101 = [А]мобр+В = -0.01011	11. 10100 = ГВ1%С = -0,11101	111,00001С учетом циклического переноса получаем 11,00010г)А = 0,10011	+ 00, 10011 = [А]мобрВ = 0. 11001	00. 11001 = ГВ1%01,	01100	Результат неверен.Пример 2. Модифицированный дополнительный код.а)А = 0,1010	00, 1010 = [А]допм.+В = -0.0101	11. 1011 = [BLnrr..100, 0101 Единица, расположенная левее двух
знаковых разрядов, отбрасывается, получаем: 00, 0101б)А = -0, 1010	[А]мдоп. = 11, 0110+В = -0. 0101	ГВГПАП = 11. 1011111.	0001С учетом потери 1 получаем 11, 000140
в)А = -0, 1010	11, 0110 = [А]мдоп.+В = -0. 1010	11. 0110 = ГВ1МППППО, 1100В результате отбрасывания левой 1 получаем 10, 1100. Сочетание 10 в знаковых
разрядах говорит о переполнении разрядной сетки.г)А = 00, 1001+В = 00, 1001
С = 01, 0111Сочетание 01 говорит о переполнении разрядной сетки.▲	При сложении чисел, представленных в форме с плавающей запятой, необходимо
уравнять порядки слагаемых, сложить мантиссы и нормализовать результат.▲	При перемножении чисел, представленных в форме с плавающей запятой,
перемножают мантиссы, а значения порядков суммируют.	3.4 Сложение по модулю	0	Сложение по модулю — это операция арифметического сложения, при котором
единица переноса в старший разряд отбрасывается.При выполнении операции сложения по модулю необходимо конкретизировать, о
каком модуле идет речь. Обозначение операции — Ө.Пример 1. Сложить по модулю 2 двоичные числа 101 и 111.Разряд единиц 1Ө1 = 0. Разряд десятков 0Ө1 = 1. Разряд сотен 1Ө1 =0.Чтобы подчеркнуть, что в сложении участвовали трехразрядные слагаемые, в
результате оставляют три цифры 010.Пример 2. Сложить по модулю 10 десятичные числа 69 и 142.Разряд единиц 9Ө2 = 1. Разряд десятков 6Ө4 = 0. Разряд сотен 0Ө1 = 1.Результат: 101.Пример 3. Сложить по модулю 3 десятичные числа 69 и 142.Разряд единиц 9Ө2 = 2. Разряд десятков 6Ө4 = 1. Разряд сотен 0Ө1 = 1.Результат: 112.Вопросы для самоконтроля1.	Сколько цифр в шестнадцатеричном алфавите?2.	Как связаны основание системы счисления и длина числа в этой системе?3.	Есть ли разница между переводом и кодированием чисел?4.	Сколько двоичных цифр требуется для кодирования одной восьмеричной
цифры?5.	С каким кодом связано понятие циклического переноса?6.	Что такое циклический перенос?7.	Сколько разрядов используется под знак в обратном коде?8.	Где в разрядной сетке находится старший разряд?9.	Что означает переполнение разрядной сетки?10.	В чем заключается модификация обратного кода?11.	Как в знаковых разрядах кодируется «+»?12.	Что означает сочетание 11 в знаковых разрядах?13.	Для каких чисел используется представление СФТ?14.	В каком коде единица переноса в знаковом разряде отбрасывается?41
Модуль 3АРХИТЕКТУРА ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА	1	УСТРОЙСТВО ЭВМ	431.1	Состав и назначение основных блоков	431.2	Системные платы	4613	Процессоры	471.4	Типы и характеристики интерфейсов	5115 Оперативная память	551.6	Клавиатура	561.7	Монитор	571.8	Мышь	612	УСТРОЙСТВА ХРАНЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ	632.1	Классификация устройств	632.2	Характеристика устройств памяти	632.3	Процесс магнитной записи и чтения	652.4	Носители информации	663	ОЦЕНКА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ	753.1	Единицы измерения производительности	753.2	Контрольные испытания производительности	76Вопросы для самоконтроля	77ПОСЛЕ	ИЗУЧЕНИЯ МОДУЛЯ ВЫ ДОЛЖНЫ ЗНАТЬ:>	Функциональные характеристики ПК.>	Назначение и характеристики основных устройств ПК.>	Назначение и состав системной шины.>	Классификацию многопроцессорных систем по Флинну.>	Отличие гарвардской архитектуры ВС от принстонской.>	Виды памяти.>	Понятие и разновидности интерфейсов.>	Общую характеристику системных интерфейсов.>	Общую характеристику интерфейсов периферийных устройств.>	Понятие адресного пространства ОП.>	Типы элементов ОП.>	Принцип работы контроллера клавиатуры.>	Назначение видеоадаптера.>	Типы и технические характеристики мониторов.>	Типы и принцип действия манипулятора мышь.>	Технические характеристики устройств памяти.>	Методы адресации памяти.>	Правило ПОЛИЗ.>	Единицы измерения производительности процессора.РЕЗУЛЬТАТ:>	Систематизация знаний об основном оборудовании ЭВМ.>	Получение представления о методах оценки производительности вычислительных систем.>	Формирование начальной профессиональной базы для успешного овладения такими
дисциплинами как «Организация ЭВМ и систем», «Архитектура вычислительных систем».>	Пополнение профессионального словарного запаса.42
1 УСТРОЙСТВО ЭВМ1.1	Состав и назначение основных блоковй В 1976 г. двое энтузиастов придумали самый первый ПК, который впоследствии вырос
до знаменитого Apple Macintosh.й Август 1981 года. Фирма IBM выпустила первый ПК, появление которого произвело в
мире информационную революцию.Рис.1 Структурная схема ПКУстройство управления формирует и передает во все блоки машины
управляющие импульсы; формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой
операцией. Опорную последовательность импульсов устройство управления получает от
генератора тактовых импульсов.Микропроцессорная память (МИН) служит для кратковременного хранения и
выдачи информации, используемой в вычислениях в ближайшие такты работы машины;
состоит из быстродействующих регистров с разрядностью не менее 1 машинного слова.Арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для выполнения всех
арифметических и логических операций над числовой или символьной информацией.▲	АЛУ является составной частью микропроцессора.0 Шина (магистраль) — это среда передачи сигналов, к которой может параллельно
подключаться несколько компонентов вычислительной системы и через которую
осуществляется обмен данными.▲	Системная шина включает:•	шину данных для параллельной передачи всех разрядов кода операнда;•	шину адреса для параллельной передачи всех разрядов числового кода адреса
ячейки основной памяти или порта ввода/вывода внешнего устройства (порт
ввода/вывода — аппаратура сопряжения для подключения к процессору
устройств).•	шину инструкций (управления) для передачи инструкций в виде управляющих
сигналов во все блоки ПК.•	шину питания для подключения блоков ПК к системе питания.▲	Для объединения функциональных устройств ПК в вычислительную систему
используется системная шина.43
Подключение дополнительных устройств непосредственно к шине явилось
главным преимуществом, которое заключалось в разработке важнейшего принципа
построения ПК — открытой архитектуры.Рис. 2 Общая схема центрального процессораКодовая шина инструкцийКодовая шина	Кодовая шинаданных	адресаРис. 3 Общая схема устройства управления44
Регистры делятся на два вида:•	регистры общего назначения (универсальные, могут использоваться для
хранения любой информации);•	специальные регистры (применяют для контроля работы процессора, хранения
адресов, признаков результатов выполнения операций, режимов работы ПК).0 Суперкомпьютеры — компьютеры, созданные для решения предельно сложных
вычислительных задач.й Емкость регистра обычно составляет 4-8 байт.Кодовая шина	Кодовая шинаданных	инструкцийРис. 4 Общая схема АЛУ0 Сумматор — вычислительная схема; может иметь разрядность двойного
машинного слова. АЛУ выполняет арифметические операции только над целыми числами.й Для работы с вещественными и двоично-кодированными десятичными числами
используется математический сопроцессор.0 Контроллер — плата, управляющая работой периферийного устройства
(дисководом, винчестером, монитором и т.д.) и обеспечивающая его связь с материнской
платой.Основная память предназначена для хранения и оперативного обмена
информацией с блоками ПК; содержит ПЗУ (ROM) и ОЗУ (RAM). Структурно основная
память состоит из ячеек емкостью 1 байт каждая.▲	Аббревиатура ROM расшифровывается как память только для чтения.ПЗУ — постоянное запоминающее устройство — строится на основе
установленных на материнской плате модулей (кассет); используется для хранения
неизменяемой информации, например, загрузочных программ ОС, программ тестирования
устройств ПК; это энергонезависимая память.ОЗУ— оперативное запоминающее устройство — предназначено для хранения и
считывания информации, непосредственно участвующей в вычислительном процессе; это
энергозависимая память.▲	Программы начального тестирования и загрузки компьютера хранятся в ПЗУ.Логические области основной памяти•	непосредственно адресуемая память; занимает первые 1024 Кбайт;•	стандартная память — непосредственно адресуемая память в диапазоне от 0
до 640 Кбайт;•	верхняя память — непосредственно адресуемая память в диапазоне от 640 до
1024 Кбайт; зарезервирована под видеопамять и ПЗУ;•	расширенная память; занимает адреса от 1024 Кбайт и выше; используется
для хранения данных и некоторых программ ОС, для организации45
виртуальных дисков; доступ осуществляется с помощью специальных
программ-драйверов;0 Регистровая кэш-память — высокоскоростная память, является буфером между
оперативной памятью и микропроцессором.В кэш-памяти хранятся данные, которые микропроцессор получил и будет
использовать в ближайшие такты своей работы.й Наличие кэш 256 Кбайт увеличивает производительность ПК приблизительно на 20%.▲	Промежуточный буфер с быстрым доступом, содержащий копию той информации,
которая хранится в памяти с менее быстрым доступом, но с наибольшей вероятностью может быть
оттуда запрошена, называют кэш-памятью.▲	ОЗУ, ПЗУ и кэш относятся к устройствам внутренней памяти.Функциональные характеристики ПК1.	Производительность, тактовая частота.2.	Разрядность ПК и кодовых шин интерфейса.3.	Типы системного и локальных интерфейсов (разные скорости передачи
информации между узлами ПК, разное количество подключаемых внешних устройств).4.	Емкость оперативной памяти и накопителя на жестких магнитных дисках.5.	Параметры накопителей CD и ГМД.6.	Вид и емкость кэш-памяти.7.	Тип видеомонитора и видеоадаптера.8.	Имеющееся ПО и тип ОС.9.	Аппаратная и программная совместимость с другими типами ПК.10.	Возможность работы в вычислительной сети.11.	Надежность, стоимость, габариты и вес.▲	Базовую конфигурацию ПК составляют монитор, клавиатура, системный блок.1.2	Системные платыПлаты IBM-совместимых ПК подразделяются на классы в соответствии с типом
процессора, различаясь по быстродействию внутри каждого класса.Пример классификацииКласс процессора
(год выпуска)ТактоваячастотаМГцКласс процессора
(год выпуска)Тактовая частота
МГцАТ286 (1982)12-25Intel Pentium IIК6-2 (1997)233-450АТ386 (1985)16-40Intel Pentium III K6-3 (1999)450-1000АТ486 (1989)25-166Intel Pentium 4 (2000)2660-3400Intel Pentium (1993)60-200• • •••Intel Pentium Pro
(1995)150-200IBM Powerö (2007 r.)4000-5000й Платы АТ 286 без математического сопроцессора и без оперативной памяти сняты с
производства в 1992 году. Платы 386 сняты с производства в 1994 году.Все материнские платы различных ПК, практически, устроены по одной и той же
схеме вплоть до расположения различных элементов.0 Чипсет — комплект микросхем с системной логикой. Может быть реализован в
виде раздельных чипов, либо в виде интегральной монокристальной схемы.Чипсет обеспечивает работу процессора, системной шины, интерфейсов
взаимодействия с оперативной памятью и другими компонентами компьютера.й Системные наборы могут включать 2 «базовые» микросхемы — северный и южный
мосты. Северный мост управляет шинами AGP, системной памяти, PCI и взаимодействует с46
системной шиной процессора. Южный мост управляет интерфейсами IDE, USB, имеет
контроллеры клавиатуры, мыши, FDD.Системные наборы могут иметь хабовую (хаб — узел) архитектуру, основу
которой составляют 3 микросхемы:1.	Контроллер памяти.2.	Контроллер ввода/вывода.3.	Хаб с базовой системой ввода/вывода (BIOS) и генератором случайных чисел.Форм-фактор (типоразмер) системной платы определяет ее размеры, тип разъема
питания, расположение элементов крепления, размещение разъемов различных
интерфейсов.Форм-факторы системной платы:АТ — устаревший форм-фактор; размер паты 8,5” по ширине и 13” по глубине.АТХ (1995 г., Intel). Появился встроенный разъем мыши PS/2.Extended АТХ (для серверных стоек) имеет до 7 слотов расширения.Micro АТХ — 4 слота расширения.Flex АТХ — 3 слота расширения.LPX — типоразмер для сверхнизких корпусов.NLX — типоразмер для компактных компьютерных систем. Имеется отдельная
процессорная плата, которая вставляется в специальный разъем. Такая конструкция
позволяет существенно сократить длину шин и кабелей ля подсоединения дисководов.
Системная плата имеет специальные направляющие «салазки», по которым «въезжает» в
системный блок.й Большинство производителей системных плат указывают диапазон частот процессора,
на которых они работают. Это не вполне корректно, поскольку сама плата работает на
определенной частоте (например, 66, 100, 133 МГц). Умножение частоты происходит внутри
процессора и только он определяет, на какой частоте будет работать.▲	В слоты расширения могут подключаться видеокарты, звуковые адаптеры.▲	В слот PCI-Е устанавливают видеоадаптер.	1.3 Процессоры	▲	RISC — компьютер с сокращенным набором команд. RISC-архитектуре процессоров
соответствует принцип «более простые и компактные инструкции выполняются быстрее».й Первые RISC-процессоры были разработаны в начале 80-х годов в США.й CISC — компьютер с полным набором команд. Свойства CISC-архитектуры:
нефиксированное значение длины команды, кодирование арифметических действий в одной
инструкции.▲	Процессоры на основе х86 команд , вплоть до Pentium 4, имели CISC-архитекруру.Семейство процессоров IntelМикросхемаГодвыпускаКоличествотранзисторовОбъемпамяти400419712 300640 байтPentium19933 100 0004 ГбайтPentium Pro19955 500 0004 Гбайт2
(2 уровня кэш)Pentium II19977 500 0004 ГбайтPentium III19999 500 0004 ГбайтPentium 4200042 000 0004 Гбайт47
й По прогнозам аналитиков, к 2012 году число транзисторов в микропроцессоре
достигнет 1 млрд., тактовая частота возрастет до 10 ГГц, а производительность достигнет 100
млрд.оп/с.Технологические нормы производства процессоров определяют допустимое
расстояние между элементами на кристалле и минимально возможный их размер. Чем
меньше расстояние, тем больше элементов можно разместить на единице площади
кристалла, либо при определенном числе элементов сделать больше кристаллов из
сплошной кремниевой пластины. В настоящее время используется технологический
процесс с нормами 90 нм.й Теоретические и первые экспериментальные работы в области нанофизики и
нанотехнологии были сделаны выдающимся российским ученым и изобретателем профессором
П.К. Ощепковым (1908-1992). В его работах — обоснование физики ультратонких или, как сейчас
говорят, наноструктур. Ощепков впервые высказал основные положения современной
нанотехнологии об использовании волновых свойств электронов и их способности к
туннелированию на наноструктурах для создания принципиально новых энергетических устройств.й Pentium 4 — один из первых серийных процессоров, созданный по нанотехнологии.
Одновременно было решено перейти с римских цифр в обозначениях моделей на арабские.
Фактический размер микросхемы составляет 16,0 х 13,5 мм.С точки зрения программного обеспечения Pentium 4 представляет собой 32-
разрядную машину. Он поддерживает ту же стандартную промышленную архитектуру
(ISA), что и процессоры 80386, 80486, Pentium, Pentium II, Pentium Pro и Pentium III.
Помимо этого в Pentium 4 предусмотрен набор специализированных команд для
выполнения мультимедийных приложений.С точки зрения аппаратного обеспечения Pentium 4 схож с 64-разрядными
машинами, так как он может передавать данные в память и из памяти блоками по 64 бита.МониторРис 5. Схема системы на базе Pentium 4 ([4])Процессоры Pentium 4 снабжены микроархитектурой под названием NetBurst,
которая предусматривает, в частности, два АЛУ (каждое из которых работает в два раза
быстрее тактовой частоты, обеспечивая возможность выполнения двух операций за один
цикл), а также поддерживает технологию гиперпоточности. Под гиперпоточностью48
понимается наличие внутренних ресурсов, которые позволяют
Pentium 4 переключаться между двумя программами с высочайшей скоростью — так, как
будто в системе установлен не один, а два процессора.й Модель Core i7-930 — это 45-нанометровый процессор, имеет четыре ядра и
функционирует на тактовой частоте 2,8 ГГц. Технология Hyper-Threading позволяет одновременно
обрабатывать до восьми потоков инструкций, а система Turbo Boost при необходимости повышает
частоту.Четырехъядерные процессоры Intel Core i7 имеют рекордную производительность
и включают инновационные процессорные технологии:Технология Intel® Turbo Boost максимально повышает производительность
ресурсоемких приложений, динамически увеличивая производительность в соответствии с
нагрузкой.Технология Intel® Hyper-Threading позволяет многопоточным приложениям
выполнять больше задач параллельно.Технология Intel® Smart Cache обеспечивает высокую производительность и
эффективность кэш-памяти. Оптимизированы для современных многопоточных игр.Технология Intel® QuickPath Interconnect разработана для повышения пропускной
способности и снижения времени задержки. Она позволяет достигнуть скоростей передачи
данных до 25,6 ГБ/с с процессорами Extreme Edition.Технология Intel® HD Boost значительно повышает производительность
разнообразных мультимедийных и ресурсоемких приложений.й Поставки lntel-процессоров на основе микроархитектуры следующего поколения с
кодовым названием Sandy Bridge начнутся в 2011 году.й Фирма Intel предложила физическое разделение блоков на кристалле: ядро (сам
процессор) и остальные элементы (контроллеры памяти, интерфейс шины и т.п.). Разделение
осуществляется путем подачи на них разных напряжений питания.й Понятие «конструктив» означает некое сооружение, в недра которого заключены
процессоры. Это и процессорная плата, на которой располагаются кристаллы процессора, и кэш¬
память второго уровня, и корпус, охватывающий эту плату, и радиатор.Охлаждение процессорай Pentium II-300 потреблял при работе 43 Вт, a Pentium-4 (2 ГГц) —до 75 Вт.Практически вся электрическая мощность процессора преобразуется в тепловую
энергию, которую необходимо отводить. Радиатор — кусок металла с относительно
большой площадью поверхности — устанавливается на процессоре для его эффективного
охлаждения; относится к пассивным элементам охлаждения.В воздушных системах охлаждения шина питания и управления позволяет
контролировать частоту вращения крыльчатки вентилятора, удерживая температуру
процессора в заданном диапазоне. Незначительный перегрев может привести к зависаниям
компьютера. Воздушные системы охлаждения отличаются повышенным шумом и весом.В системах водяного охлаждения насос прокачивает воду через теплообменник,
закрепленный на кристалле. Нагретая вода поступает для охлаждения в радиатор,
обдуваемый вентилятором. Эффективность систем водяного охлаждения на 35-40% выше,
чем у типовых систем воздушного охлаждения.«Разгон» процессорай Повышение напряжения питания электронного устройства на 10 % по сравнению с
номинальным сокращает его ресурс в среднем в полтора-два раза.Средний ресурс процессора составляет порядка 100 тыс. часов, т.е. примерно 30
лет при ежедневной 10 часовой работе. Следовательно, после разгона ресурс составляет не
менее 15 лет при указанном режиме использования. Однако процессоры морально
устаревают максимум через 2 года после своего выпуска.49
1.3.1	Основные направления развития микропроцессоров1.	Повышение тактовой частотыДля повышения тактовой частоты при выбранных материалах используются:•	более совершенный технологический процесс;•	увеличение числа слоев металлизации;•	более совершенная схемотехника;•	более плотная компоновка функциональных блоков кристалла.й Уменьшение размеров транзисторов, сопровождаемое снижением напряжения питания
с 5 В до 2,5-3 В и ниже, увеличивает быстродействие и уменьшает выделяемую тепловую энергию.
Производители микропроцессоров перешли с проектных норм 0,35-0,25 мкм на 0,18 мкм и 0,12 мкм
и стремятся использовать уникальную 0,07 мкм технологию. При минимальном размере деталей
внутренней структуры интегральных схем 0,1-0,2 мкм достигается оптимум, ниже которого все
характеристики транзистора быстро ухудшаются. Норма 0,05-0,1 мкм (50-100 нм) — это нижний
предел твердотельной микроэлектроники.Проблема уменьшения длины межсоединений на кристалле при использовании
традиционных технологий решается путем увеличения числа слоев металлизации.й Компания Cyrix за счет увеличения с 3 до 5 слоев металлизации сократила размер
кристалла на 40%.Решением задачи уменьшения числа слоев металлизации и уменьшения длины
межсоединений стала технология, использующая медные проводники для межсоединений
внутри кристалла, разработанная фирмой ШМ.2.	Увеличение объема и пропускной способности подсистемы памятиРешением данной проблемы является создание кэш-памяти одного или нескольких
уровней, а также увеличение пропускной способности интерфейсов между процессором и
кэш-памятью путем увеличения частоты работы шины и/или ее ширины.3.	Увеличение количества параллельно работающих устройств4.	Системы на одном кристалле0SOC (System On Chip) — системы, выполненные на одном кристалле.й Корпорация IBM в 1999 году смогла реализовать процесс объединения на одном
кристалле логической части микропроцессора и оперативной памяти. В новой технологии
используется конструкция памяти с врезанными ячейками (конденсатор, хранящий заряд,
помещается в некое углубление в кремниевом кристалле). Это позволяет разместить на кристалле
свыше 24 тыс. элементов (почти в 8 раз больше, чем на обычном микропроцессоре).Использование данной технологии при создании более мощных и миниатюрных
микропроцессоров помогает создавать компактные, быстродействующие и недорогие
электронные устройства: маршрутизаторы, компьютеры, контроллеры жестких дисков,
сотовые телефоны, игровые и Интернет-приставки.1.3.2	Система классификации ФлиннаВ архитектуре многопроцессорных вычислительных систем используют понятиепотока.0 Поток — это последовательность команд/данных, обрабатываемая процессором.М. Флинн предложил следующую классификацию:SISD — одиночный поток команд и данных.MISD — множественный поток команд и одиночный поток данных.SIMD — одиночный поток команд и множественный поток данных.й Количество процессоров от 1024 до 16384 выполняют одну и ту же инструкцию
относительно разных данных.MIMD — множественные потоки команд и данных.й Параллельное выполнение множества подзадач с целью сокращения времени
выполнения основной задачи.▲	Архитектура ЭВМ MISD наиболее соответствует конвейерной обработке данных.▲	В гарвардской архитектуре вычислительных систем потоки команд и данных50
разделены, а в принстонской — нет.▲	К основным характеристикам процессора относится тактовая частота.1.4	Типы И ХАРАКТЕРИСТИКИ ИНТЕРФЕЙСОВ0 Интерфейс — совокупность средств сопряжения и связи устройств ПК,
обеспечивающая их эффективное взаимодействие.0 Внутримашинный системный интерфейс — совокупность электрических линий
связи (проводов), схем сопряжения с компонентами ПК, протоколов (алгоритмов) передачи
сигналов.Различают:•	многосвязной интерфейс, когда каждый блок ПК связан с другими блоками
своими локальными проводами;•	односвязный интерфейс, когда все блоки ПК связаны друг с другом через
системную шину.0 Интерфейс — это аппаратное и программное обеспечение, предназначенное для
сопряжения систем или частей системы.Под сопряжением подразумевается:•	выдача и прием информации;•	управление передачей данных;•	согласование источника и приемника информации.Технические характеристики интерфейсов:•	вместимость (максимально возможное количество абонентов, одновременно
подключаемых к контроллеру интерфейса);•	пропускная способность или скорость передачи;•	максимальная длина линии связи;•	разрядность;•	топология соединения.По функциональному назначению выделяют:•	системные интерфейсы (интерфейсы, связывающие отдельные части
компьютера как микропроцессорной системы);•	интерфейсы периферийных устройств.1.4.1	Системные интерфейсый Прародителями современных системных шин являются Unibus фирмы DEC
(интерфейс с общей шиной) и Multibus фирмы Intel (интерфейс с изолированной шиной).Различают два класса системных интерфейсов:1.	С общей шиной (сигналы адреса и данных мультиплексируются).2.	С изолированной шиной (раздельные сигналы данных и адреса).Первым стандартным системным интерфейсом для ПК следует считать ISA
(Industry Standard Architecture — Архитектура промышленного стандарта). ISA
представляет собой шину, используемую для обеспечения питания и взаимодействия плат
расширения с системной платой, в которую они вставляются.й Стандартная шина компьютера AT-ISA представляет 16-разрядный канал обмена
данными между устройствами ЭВМ. Шина EISA (расширенная архитектура промышленного
стандарта) имеет 32-разрядный канал обмена. MCA — микроканальная архитектура — имеет 32-
разрядную шину.й Наиболее распространенными локальными шинами считались VLB и PCI. VLB имеет
32-разрядную шину данных и 32-разрядную шину адреса. Спецификация VLB2, ориентирована на
Intel Pentium, (64-разрядная шина данных, тактовая частота до 50 МГц, поддержка Plug&Play),
однако эта разработка была вытеснена шиной PCI. Шина PCI (Peripheral Component Interconnect —51
Взаимодействие внешних компонентов) была предложена фирмой Intel в 1992 году как
альтернатива локальной шине VLB/VLB2.Интерфейс PCI независим от конкретного типа процессора и предоставляет
возможность параллельной работы с несколькими устройствами. С помощью PCI к
материнской плате подключаются устройства расширения: звуковые карты, контроллеры,
модемы, сетевые карты. Спецификация PCI позволяет устройствам перехватывать
управление шиной и самостоятельно распределять ее ресурсы. Специальный таймер
определяет максимальное время, в течение которого возможен монопольный доступ. КРис. 6 Сравнение топологий PCI и PCI ExpressОдна из особенностей интерфейса PCI Express — использование топологии
"звезда". В топологии "шина" устройствам приходится разделять пропускную способность
PCI между собой. При топологии "звезда" каждое устройство монопольно использует
канал, связывающий его с концентратором PCI Express.Й С повсеместным внедрением технологий мультимедиа пропускной способности шины
PCI стало не хватать для производительной работы видеокарты. Для ускорения ввода/вывода
данных в видеокарту и увеличения производительности обработки трехмерных изображений в
1996 году фирмой Intel был предложен выделенный интерфейс для подключения видеокарты —
AGP (Accelerated Graphics Port — высокоскоростной графический порт). Чип был разделен на два
моста (рисунок 7): "северный" (North Bridge) и "южный" (South Bridge). Северный мост связывал ЦП,
память и видеокарту. Собственно мост PCI, обслуживающий остальные устройства ввода/вывода в
системе, реализован на основе южного моста.расширенияРис. 7 Система на основе PCI-AGP ([4J)52
Интерфейс AGP по топологии не является шиной, так как обеспечивает только
двухточечное соединение, т.е. один порт AGP поддерживает только одну видеокарту.
Претендентами на замену AGP являются универсальные интерфейсы локальной шины
Hyper Transport и PCI Express.1.4.2	Интерфейсы периферийных устройствПервоначально для подключения накопителей к IBM PC использовались
интерфейсы низкого уровня, классифицируемые как интерфейсы на уровне устройства.
Для них характерно, что их сигналы являются функцией генерирующего и использующего
их устройства. Основная нагрузка по обработке данных лежала на контроллере или
процессоре, что негативно отражалось на скоростных характеристиках накопителей.Интерфейсы системного уровня используют сигналы в логике центрального
процессора, что предполагает реализацию функций контроллера накопителя в самом
накопителе.й В IBM PC таким интерфейсом является EIDE/АТА. Он представляет собой "приставку"
к 16-битной шине ISA, иначе называемой AT Bus, поэтому стандарт именуется АТ Attachment (АТА).
Другое название интерфейса — Enhanced Integrated Drive Electronics (EIDE).й Первая спецификация АТА (IDE) определяла возможность подключения двух
устройств к одному интерфейсу. Спецификация АТА-2 позволяла, подключать до четырех
устройств. С внедрением стандарта АТА-4 на поддержку пакетных команд (ATAPI — АТА Packet
Interface) стало возможным подключение устройств со сменным накопителем. После появления
последовательного интерфейса Serial АТА (SATA) принято ссылаться на EIDE/АТА как Parallel АТА.Кроме перечисленных интерфейсов, для подключения накопителей используются
универсальные периферийные интерфейсы: SCSI, USB, FireWire и т.п.й Интерфейс SCSI был разработан в конце 1970-х годов и предложен организацией
Shugart Associates. Первый стандарт на этот интерфейс был принят в 1986 г.Интерфейс SCSI определяет только логический и физический уровень.
Устройства, подключенные к шине SCSI, могут играть роль Ведущего (Initiator) и/или
Ведомого (Target). К шине может быть подключено до восьми устройств. Каждое
устройство на магистрали имеет свой адрес (SCSI ID) в диапазоне от 0 до 7. Одно из этих
устройств — хост-адаптер SCSI (Ш = 7) — предназначено для осуществления обмена с
процессором.Чтобы гарантировать качество сигналов на магистрали SCSI, линии шины должны
быть с обеих сторон согласованы при помощи терминаторов.0 Терминаторы — устройства для согласования уровней сигналов в цепи,
уменьшающие помехи и затухание.Взаимодействие между устройствами осуществляется по принципу «отправитель—	адресат». Отправитель инициирует запрос и, дождавшись ответа от адресата, начинает
обмен данными. Данные по шине SCSI передаются синхронно (с подтверждением
получения пакета данных) или асинхронно (с подтверждением получения каждого байта).й В 1994 году Ассоциацией инфракрасной передачи данных (Infra-Red Data Assotiation)
была принята первая версия стандарта IrDA. Интерфейс IrDA позволяет соединяться с
периферийным оборудованием без кабеля при помощи инфракрасного излучения с длиной волны
850-900 нм. Порт IrDA дает возможность устанавливать связь на коротком расстоянии до 1 метра в
режиме "точка-точка".Инфракрасный (ИК) интерфейс позволяет передавать данные 10-битными
словами: 8 бит данных, один стартовый бит в начале и один столовый бит в конце
посылки. Воздушный промежуток между устройствами позволяет принять ИК-энергию
только от одного источника в данный момент времени.Способ кодирования данных: логический "0" передается одиночным ИК-
импульсом длиной от 1,6 мкс до 3/16 периода передачи битовой ячейки, а логическая "1"
передается как отсутствие ИК-импульса.53
Стандарт IrDA описывает архитектуру с одним главным и множественными
подчиненными устройствами. Схема обращения устройств представляет собой протокол
обмена данными с запросами и ответами. Первичное устройство отвечает за организацию
соединения и за обработку ошибок. Посланные им кадры называются управляющими.
Пакеты вторичных устройств именуются ответными.Й Спецификация периферийной шины USB была разработана лидерами компьютерной и
телекоммуникационной промышленности (Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC и Northern
Telecom) для подключения компьютерной периферии вне корпуса ПК с автоматическим
автоконфигурированием (Plug&Play). Первая версия стандарта появилась в 1996 г.Интерфейс USB представляет собой последовательную, полудуплексную
(данные передаются в обоих направлениях, но не одновременно) шину.Й USB 1.1 — 1,5 Мбит/с или 12 Мбит/с; USB 2.0 — 480 Мбит/с.Архитектурой USB предусмотрена топология «звезда». То есть, в системе должен
быть корневой концентратор, к которому подключаются периферийные концентраторы, а
к ним уже — устройства USB. Корневой концентратор может поддерживать до 127
физических устройств, периферийные могут подключаться друг к другу, образуя каскады.Спецификация USB определяет 2 части интерфейса: внутреннюю и внешнюю.
Внутренняя часть делится на аппаратную (корневой концентратор и контроллер USB) и
программную (драйверы контроллера, шины, концентратора, клиентов). Внешнюю часть
представляют устройства (концентраторы) USB.Для обеспечения корректной работы устройства делятся на классы (принтеры,
сканеры, накопители) по единому способу взаимодействия с шиной USB. Например,
драйвер класса принтеров определяет не его разрешение и цветность, а способы передачи
и форматирования данных, порядок инициализации при подключении.Подключенное в свободный порт устройство вызывает перепад напряжения в
цепи. Контроллер направляет запрос в этот порт. Устройство принимает запрос и посылает
пакет с данными о классе. В результате ему присваивается уникальный
идентификационный номер USB (1:127). Далее происходит автоматическая загрузка и
активация драйвера устройства. Его конфигурирование завершает процесс подключения.
После отключения устройства от шины USB его идентификационный номер становится
доступным для других устройств. На подключение по USB рассчитаны многие
современные принтеры, сканеры, фотоаппараты и др.Физически USB представляет собой две скрученные пары проводов. По одной
паре передаются данные в каждом направлении, по другой — питание (+5 В).Хосг - конгроляер ■ хабПКРис. 8 Топология подключения устройств к USB ([4])54
Й Группой компаний разработана технология последовательной высокоскоростной
шины, предназначенной для обмена цифровой информацией между компьютером и другими
электронными устройствами. В 1995 году эта технология была стандартизована (стандарт IEEE
1394-1995). Компания Apple продвигает этот стандарт под торговой маркой FireWire, а компания
Sony — под торговой маркой i-Link.Интерфейс FireWire представляет собой дуплексную (данные передаются
одновременно в обоих направлениях), последовательную, общую шину для периферийных
устройств. Она предназначена для подключения компьютеров к таким бытовым
электронным приборам, как записывающая и воспроизводящая видео- и аудиоаппаратура,
а также используется в качестве интерфейса дисковых накопителей.Й Первоначальный стандарт (1394а) поддерживал скорости передачи данных 100, 200 и
400 Мбит/с. Последующие усовершенствования стандарта (1394b) обеспечивают поддержку
скорости передачи данных 800 и 1600 Мбит/с (FireWire-800, FireWre-1600).▲	COM-порты компьютера обеспечивают синхронную и асинхронную передачу данных.1.5	Оперативная память0 Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) — устройство, предназначенное
для хранения и текущего изменения информации при работе компьютера; работает с очень
большой скоростью, поэтому программы и переносятся в эту память; после выключения
питания информация теряется.Оперативная память является основной памятью для хранения информации. Она
организована как одномерный массив ячеек памяти размером в 1 байт. Каждый из байтов
имеет уникальный 20 битный физический адрес в диапазоне от 00000 до ҒҒҒҒҒҺ. Таким
образом, размер адресного пространства ОП составляет 220 = 1 Мбайт. Любые два смежных
байта в памяти могут рассматриваться как 16-битовое слово.Й Команды, байты и слова данных можно размещать по любому адресу, что позволяет
экономить память. Для экономии времени выполнения программ слова размещают в памяти,
начиная с четного адреса, так как микропроцессор передает такие слова за один цикл работы
шины. Слово счетным адресом называется выровненным по границе слов.0Адресное пространство — это набор адресов, формируемых процессором.Адреса делятся на виртуальные (логические) и физические — реальные адреса
реальных ячеек памяти. Адресное пространство ОП делится на сегменты. Сегмент состоит
из смежных ячеек ОП и является независимой и отдельно адресуемой единицей памяти. В
базовой архитектуре ПК единица памяти имеет фиксированную емкость 216 = 64Кбайт.
Каждому сегменту назначается базовый адрес — адрес первого байта сегмента.Базовый адрес сегмента (lö бит)Рис. 9 Схема получения физического адреса55
Физический адрес ячейки складывается из адреса сегмента и смещения ячейки
памяти относительно начала сегмента. Для хранения адреса сегмента и смещения
используются 16-битовые слова. В соответствии с алгоритмом вычисления физического
адреса, начальные адреса сегментов всегда кратны 16. Для получения 20-битового
физического адреса, микропроцессор умножает значение базового адреса сегмента на 16
(сдвиг на 4 разряда влево) и суммирует со значением смещения в сегменте. В результате
получается 20-битовое значение физического адреса (рисунок 9).1.5.1	Типы элементов оперативной памяти1.	SDRAM — синхронная DRAM; все операции синхронизированы с тактовой
частотой центрального процессора.2.	RDRAM— 9-разрядные микросхемы с тактовой частоой до 800 МГц.3.	SDRAA4M II (DDR) — DRAM с удвоенной скоростью передачи данных;
работа микросхемы синхронизирована с системными таймером, который управляется
центральным процессором.4.	DIMM-модули. Благодаря повышенной разрядности шины данных
обеспечивают более высокую производительность подсистемы ”ЦП — ОП”.▲	Буква D в наименовании элемента DRAM означает "динамический"Если информация, записанная в DRAM в течение нескольких миллисекунд
останется невостребованной, она будет утрачена, так как конденсаторы, составляющую
основу DRAM, разрядятся.Микросхемы DRAM используются в качестве составных элементов модулейпамяти.й FPM DRAM — микросхемы DRAM, реализующие страничный режим памяти; появились
в моделях PC с процессором 80486.й EDO DRAM — с расширенным выводом данных. Применяется в PC с процессором
Pentium. Быстродействие модулей EDO RAM на 10 — 15% выше, чем FPM DRAM.й BEDO DRAM — разновидность EDO DRAM; автоматическая выборка операндов,
требующихся для передачи.й CDRAM, EDRAM — основаны на интеграции небольшого количества ячеек быстрой
памяти SRAM (статическая RAM); CDRAM (Cache DRAM) и EDRAM (Enhanced DRAM)Синхронная оперативная память (DIMM SDRAM) разработана для синхронизации
работы памяти с тактами работы центрального процессора. Синхронная память имеет
таймер ввода данных. Это значит, что контроллер памяти точно знает цикл таймера, на
котором будут обработаны запрошенные данные.й Переход на DDR увеличивает общую производительность системы на 5-10% при
использовании процессоров Duron или Celeron. Использование Athlon или Pentium 4 дает 10-20%.
Переход с DDR на RDRAM увеличивает общую производительность системы в среднем на 5%.▲	Регенерация, т.е. периодическое восстановление состояния ячеек памяти, является
атрибутом динамической оперативной памяти.1.6	Клавиатура0Клавиатура — устройство ввода в ПК команд, данных и управляющих воздействий.й Старые клавиатуры имели 84 клавиши, новые — 101/104 плюс дополнительно 16
клавиш мультимедиа (Internet, E-mail и т.п.).И Средства мультимедиа (multimedia — многосредовость) — комплекс
аппаратных и программных средств, позволяющих человеку общаться с компьютером
посредствам естественной среды (звук, видео, графика, анимация).Блок клавиатуры содержит датчики клавиш, электронные схемы дешифрации и
контроллер, который состоит из буферной памяти и схемы управления. Блок подключается56
к основной плате ПК с помощью 4-проводного интерфейса (передача тактовых импульсов,
данных, напряжения питания +5 вольт и 0).▲	Контроллер клавиатуры осуществляет:•	опрос состояния клавиш;•	запоминание в буфер до 20 отдельных кодов клавиш на время между двумя
соседними опросами клавиатуры микропроцессором;•	преобразование кодов нажатия клавиш (scan-кодов) в коды ASCII с помощью
хранящихся в ПЗУ таблиц драйвера клавиатуры;•	тестирование клавиатуры при включении ПК;•	автоматическое повторение клавишной операции.Основной принцип работы клавиатуры заключается в сканировании
переключателей клавиш. Замыканию и размыканию любого из этих переключателей
соответствует уникальный цифровой код — scan-код. В случае, когда клавиша
отпускается, клавиатура IBM PC АТ предваряет scan-код кодом F016. Когда контроллер
клавиатуры фиксирует нажатие или отпускание клавиши, он инициирует аппаратное
прерывание. Если в клавиатурах компьютеров типа IBM PC XT передача данных может
осуществляться только в одном направлении, то в клавиатурах типа IBM PC АТ подобная
связь возможна уже в двух направлениях, т. е. клавиатура может принимать специальные
команды (установки параметров задержки автоповтора и частоты автоповтора).При работе с клавиатуры в буфер контроллера поступает код нажатия (0) или
отпускания (1) клавиши, который записывается в 7-й бит байта; номер клавиши или ее
scan-код записывается в остальные 7 бит. При поступлении информации в буфер
контроллера посылается запрос на аппаратное прерывание. При обработке прерывания
scan-код преобразуется в ASCII и оба кода пересылаются в ОЗУ. По наличию кода
отпускания идет проверка, все ли клавиши отпущены в момент нажатия следующей
клавиши, если нет, то возможно была использована комбинация клавиш (Ctrl+Fl и т.п.)
Если клавиша нажата более 0.5 с, то генерируются повторные коды нажатия клавиши
через регулярные интервалы времени.й С малой цифровой клавиатуры при нажатой клавише Alt можно ввести десятичный код
любого символа из таблицы ASCII-кодов.1.7	Монитор▲	Основными характеристиками мониторов и проекторов, связанными с качеством
изображения, являются максимальное число отображаемых пикселей по вертикали и горизонтали,
количество воспроизводимых цветов, максимальная яркость и контрастность.1.8.1	Видеоконтроллерй Аббревиатура SVGA (Super VGA) относится к любому увеличению разрешающей
способности, количеству цветовых режимов и псевдостандартов, которые созданы, чтобы
расширить пределы возможностей VGA. Самый популярный SVGA-стандарт — это набор
стандартов, созданных VESA (Video Electronics Standards Association).Обработка графической информации в видеокартах поддерживается
собственными мощными процессорами и, все равно, в значительной мере загружает
центральный процессор компьютера. Исключение — платы с установленными
геометрическими сопроцессорами от фирмы 3Dfx.й За 1998-2001 годы скорость обработки графических данных выросла в 20 —30 раз, что
намного превышает общий темп компьютерного развития.До появления ускорителей всю работу выполнял центральный процессор.
Процессор рассчитывал цвет каждого пикселя в общем изображении кадра на экране, а
видеокарта переводила цифровые данные в аналоговые сигналы, понятные монитору.
Ускорение — это помощь процессору, когда он может давать видеокарте общие команды57
(нарисовать треугольник формы А в области экрана В и залить его цветом С). Дальнейшие
вычисления с точностью до пикселя берет на себя видеокарта.й Формирование объемной Зй-картинки — гораздо более сложная задача. Процессор
выделяет в них не единицы, а сотни граней. Общее число примитивов (треугольников, из которых
складываются объекты) в современных играх доходит до нескольких миллионов. Кроме того,
необходимо учесть применение специальных эффектов, усиливающих реалистичность картины:
алгоритмов сглаживания, затуманивания, прозрачности и зеркальности объектов. В итоге
получается суперсложная компьютерная задача, с которой центральный процессор компьютера не
в состоянии справиться без помощника — Зй-ускорителя.Современная видеокарта является компьютером в компьютере, поскольку у нее
есть собственные процессор, память, внутренняя шина передачи данных.Видеоадаптер выполняет согласование монитора с системной шиной, вырабатывая
сигналы синхронизации и видеосигналы RGB (Red, Green, Blue), которые подаются на
вход монитора. Видеоадаптеры снабжены оперативной памятью, в которой хранится
информация об изображении в виде матрицы. Объем видеопамяти влияет на разрешение и
количество воспроизводимых цветов.И Разрешение — количество пикселей по вертикали и горизонтали.▲	Память видеоадаптера утроена так, что на пиксель приходится либо 4 бита, либо
целое количество байтов.Соответствие объема памяти, количества цветов и разрешенияКоличество
байт на пиксель0,5123Количествоцветов24=1628=15621б=65,5 тыс.224=16,8 млн.РазрешениеОбъем памяти видеоадаптера, Мбайт640x4800,250,511800x6000,250,5121024x7680,51241152x8640,51241280x102412441600x120012481.8.2	Мониторы CRT0 CRT — Cathode Ray Tube — электронно-лучевая трубка.Мониторы на базе электронно-лучевых трубок (ЭЛТ) по принципу действия мало
чем отличаются от обычного телевизора: испускаемый электронной пушкой пучок
электронов, попадая на экран, вызывает его свечение. На внутреннюю поверхность экрана
кинескопа нанесены три типа люминофорных элементов с заданным спектральным
диапазоном. Люминофорные элементы светятся под воздействием электронного потока.
Теневые маски и решетки служат для ограничения размера электронных пучков.Любое текстовое или графическое изображение на экране монитора состоит из
множества дискретных точек люминофора, именуемых пикселями (pixel — picture
element). Поэтому такие дисплеи называют растровыми. В случае цветного монитора
имеются три электронных пушки с отдельными схемами управления, а на поверхность
экрана нанесен люминофор трех основных цветов: R (Red, красный), G (Green, зеленый), В
(Blue, синий). Эти цвета называются первичными, поскольку путем сложения
соответствующего их количества можно получить любой другой цвет. При формировании
одного кадра изображения электронные пучки, испускаемые электронной пушкой,
проходят по строке, подсвечивая нужные пиксели с заданной интенсивностью. Процессом
развертки луча управляют синхросигналы видеоадаптера.Разрешающая способность и цветовая палитра определяются как возможностями
самого монитора, так и возможностями контроллера SVGA. Качество изображения,58
получаемого на экране монитора, зависит от параметров электронно-лучевой трубки:
размеры экрана и "зерна"; оптическое разрешение, определяющее количество
отображаемой информации и возможную степень ее детализации; скорость обновления
изображения (частота кадровой развертки), определяющая степень подавления мерцания.й Размеры экрана монитора: 14-дюймовый (36 см), 15-дюймовый (39 см), 17-дюймовый
(44 см), 19-дюймовый (49 см) и 21-дюймовый (54 см) и т.д. Цифры в дюймах (сантиметрах)
указывают размер ЭЛТ по диагонали.й Размер зерен экрана: (0.22, 0.26, 0.28, 0.29, 0.31). Чем меньше зерно, тем лучше
изображениеВ цветном мониторе разрешение соответствует одной триаде RGB. Шаг точки
равен расстоянию между соседними триадами.Рис. 10 Триада RGBВремя послесвечения люминофора и частота регенерации экрана должны
соответствовать друг другу. Если послесвечение больше, то наблюдается размытость и
удвоение кадров, если меньше, то заметно мелькание изображения.й При регенерации с частотой в 60 Гц. наблюдается мерцание экрана. С ростом
возможностей компьютера, стандартной стала сначала частота 75 Гц, затем 85 Гц, а
рекомендуется частота 100 Гц в любых экранных разрешениях.Классы ЭЛТ по принципу формирования цветного изображения1.	С теневой маской; структура экрана в виде триад из точек люминофора
основных цветов; электронный пучок направляется на люминофор соответствующего
цвета с помощью теневой маски — параллельной экрану тонкой пластины с круглыми
отверстиями2.	С апертурной решеткой; структура экрана в виде вертикальных чередующихся
полос люминофора основных цветов; вместо теневой маски используется решетка из
вертикально натянутых тонких струн.Есть третий гибридный тип маски кинескопа — щелевая маска. В отличие от
теневой маски точки не круглые, а прямоугольные, что позволяет получить стабильное
изображение с высокой контрастностью.й В мониторах с плоским экраном LG Flatron используется прямоугольная форма точки.Для уменьшения бликов от внешних источников света и эффекта электризации на
поверхность монитора наносятся антибликовые и антистатические покрытия1.8.3	Мониторы LCD0LCD — Liquid Crystal Display — жидкокристаллический дисплей.Жидкие кристаллы — нечто среднее между кристаллической структурой и
жидкостями — представляют собой сложные органические вещества.И Анизотропия — зависимость свойств среды от направления — основная
особенность жидких кристаллов.Приложенное к ЖК-слою напряжение (1,5-3 В) приводит к изменению ориентации
жидкого кристалла. При воздействии переменного поля группы молекул кристалла
скручиваются или выпрямляются, что приводит к рассеиванию лучей света.Разбиение экрана на определенное количество пикселей происходит по
специальной матрице. Матрица состоит из двух слоев с взаимно перпендикулярными
проводниками.59
0Пиксель — это ячейка, полученная пересечением проводников.Существует два типа матриц: пассивная и активная.Структура электрооптической ячейки	Стеклянная пластинка		Проводящий слой — электрод		Прокладка из непроводящего материала	Жидкий кристалл 5-50мкм	Прокладка из непроводящего материала		Проводящий слой — электрод		Стеклянная пластинка	Принцип работы пассивной матрицыНа заданные столбцы подается напряжение, затем построчно сверху вниз
пропускается ток. И так постоянно. При перекрещивании столбца и строки кристалл
метает структуру. Для смены изображения напряжение подается на другие столбцы. Для
отдельных пикселей производится последовательная установка строк, т.е. при выборе
строки напряжение подается на нужный столбец. Из-за малой скорости построчного
пропускания тока используются жидкие кристалла с большим временем отклика. Влияние
активного пикселя на соседей приводит к некоторой размытости изображения. Пассивные
матрицы используются в часах, приборах, калькуляторах.Принцип работы активной матрицыПрименение переключателей TFT, хранящих состояние поля пикселя, позволяет
использовать жидкие кристаллы с малым временем отклика. Кроме того, транзисторы
препятствуют помехам на соседние пиксели.Для передачи цветного изображения на ЖК-панель наносят цветофильтр (RGB).
Размер и форма цветовой ячейки определяется размером и формой электрооптической
ячейки. Кроме транзисторов на каждую ячейку приходятся конденсатор и сопротивление.
Видеосигнал заряжает конденсатор, который через сопротивление постепенно разряжается
до очередного повтора видеосигнала, что обеспечивает устойчивое изображение.На поверхность дисплея наносятся 2 пленки: одна рассеивает свет, вторая
компенсирует эффект запаздывания света в случае, если он проходит через жидкий
кристалл с наклоном (световой поток должен попадать в ЖК-ячейки строго под 90°
равномерно по всей поверхности, иначе наблюдается эффект просачивания света).И TFT (Thin Film Transistor) — тонкопленочный транзистор толщиной 0,1-0,01 мкм.1.8.4	Плазменные мониторыРис. 11 Схема плазменной панелиНа стеклянные пластины нанесены отдельно вертикальные и горизонтальные
проводники. Пространство между панелями заполнено инертным газом. Когда к
проводникам прикладывается определенное напряжение, газ начинает светиться. Между
пластинами с проводниками размещена вспомогательная пластина с круглыми
отверстиями для локализации свечения. Пикселем является воображаемая точка на60
пересечении проводников, номера которых задают координаты этой точки. Координаты
используются для генерации изображения.1.8.5	Воздействие CRT-мониторов на человекаЭлектронно-лучевые трубки, а также система отклонения электронного луча
являются источниками постоянного электромагнитного поля.й MPR I — один из первых стандартов по регламентации уровня электромагнитного
излучения. Разработан Шведским департаментом стандартов в 1987 году. В 1990 году появился
стандарт MPR II. В 1992 году Шведской конфедерацией профессиональных союзов был внедрен
стандарт ТСО 92, в котором все нормы были ужесточены (точки измерения перенесены на 20 см
ближе к экрану). MPR II является минимальным стандартом по эмиссионным свойствам. Он
определяет уровень электромагнитного излучения, величину статического заряда на мониторе и
величину рентгеновского излучения. Согласно данным "Гигиенических требований к
видеодисплейным терминалам, персональным электронно-вычислительным машинам и
организации работы" (постановление Госкомсанэпиднадзора России от 14 июля 1996 года №14)
этот стандарт принят в России де-факто.Стандарты ТСО содержат требования по электромагнитным излучениям, плюс
экологические нормы. В частности, в конструкциях мониторов не применяются некоторые
виды пластмасс, а упаковка не должна содержать хлоридов, бромидов и подлежит
вторичной переработке.й Если в MPR II допустимые уровни электромагнитного поля регламентировались на
расстоянии 50 см от любой поверхности корпуса монитора, то в ТСО — на расстоянии 30 см от
экранной поверхности и 50 см от других поверхностей.Основное отрицательное воздействие монитор оказывает на органы зрения и
нервную систему. Появились эргономические параметры. Начиная с ТСО 95, в них входят
две основные группы параметров: визуальная эргономика; четкость (освещенность,
контрастность, различия в цветах и др.) и стабильность (мерцание и позиционное
дрожание).й Зрительный анализатор воспринимает изменение картинки со скоростью 24 кадра в
секунду как единое целое в силу инертности процессов возбуждения в нервных клетках. Согласно
стандартам ТСО-95 и ТСО-99, необходимая частота вертикальной развертки должна быть не
менее 85 Гц, а рекомендуемая — 100 Гц при разрешении не менее 800x600 и размерах экрана от
14 до 21 дюйма.1.8 Мышь0 Мышь — особого рода манипулятор, позволяющий оптимизировать работу с
большой категорией компьютерных программ, исключить непроизводительное частое
повторное нажатие некоторых клавиш.й Единица измерения перемещения мыши — микки (1 дюйм = 200 микки).0 Разрешающая способность мыши — минимальное перемещение, которое может
интерпретироваться ее воспринимающими механизмами; указывается обычно числом точек на
дюйм.й Первую компьютерную мышь создал Дуглас Энджельбарт в 1963 году в
Стэндфордском исследовательском центре.й В 2002 году в спецификации Microsoft PC 2002 было предложено отказаться от портов
PS/2 в пользу универсального интерфейса USB.Принцип действия механической мышиНа внутренних «колесах» мыши имеются токопроводящие отметки. К колесам
примыкают проводящие «реснички» Их взаимодействие в процессе вращения колес
шариком мыши позволяет определить направление и скорость движения курсора.61
Принцип работы оптико-механической мышиРис. 12 Устройство оптико-механической мышиУтяжеленный шарик с резиновым покрытием катается по плоской поверхности и
вращает два перпендикулярно расположенных валика, сообщая движение в декартовой
системе координат. На конце каждого из валиков расположено колесо с мелкими
отверстиями по окружности. Это колесо вращается между оптопарой — светодиодом и
приемником-фототранзистором. Луч света проходит через «спицы» колеса, вращающегося
с разной скоростью. Порядок, в котором освещаются фоточувствительные элементы одной
оси, определяет направление перемещения мыши, а частота приходящих от них импульсов—	скорость. Информация о длительности световых импульсов преобразуется в
электронные сигналы и позволяет определить скорость перемещения и положение курсора
на экране.Принцип работы оптической мышиФотодатчики установлены прямо на нижней поверхности корпуса мыши. С
помощью светодиода и системы линз, фокусирующих его свет, под мышью
подсвечивается участок поверхности. Отраженный от этой поверхности свет собирается
другой линзой и попадает на приемный сенсор микросхемы процессора обработки
изображений, который с высокой частотой делает снимки поверхности под мышью и
обрабатывает их. Последовательность снимков представляет собой квадратную матрицу из
пикселей разной яркости. Интегрированный процессор высчитывает результирующие
показатели, свидетельствующие о направлении перемещения мыши вдоль осей X и Ү, и
передает результаты своей работы на периферийный интерфейс. Основные
характеристики, обеспечивающие надежность работы оптических мышей, определяются
техническими параметрами применяемых сенсоров.Параметры некоторых сенсоров для оптических мышейМарка сенсораHDNS-2000ADNS-2620ADNS-2051ADNS-3060Разрешение, (точек на дюйм)400400400/800400/800Макс. скорость, см/с303035100Частота снимков, кадр/с15001500/2300500-2300500-640062
Принцип работы беспроводной мышиСвязь с компьютером осуществляется через инфракрасный порт, поэтому
необходим прямой «визуальный» контакт между устройством и приемопередатчиком, что,
ограничивает свободу перемещения. Если используется радиоканал, то автоматически
снимается ограничение на прямую видимость устройств, но возможно влияние помех.2	УСТРОЙСТВА ХРАНЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ2.1	Классификация устройств1.	Ленточные накопители (библиотеки на магнитных лентах, накопители на
сменных картриджах).2.	Дисковые накопители2.1	CD накопители (CD-ROM, CD-R, WORM, DVD , накопители с
автоматической сменой дисков).2.2	Накопители на гибких магнитных дисках (3,5”, 5,25”, накопители со
сверхвысокой плотностью записи, накопители Бернулли, накопители Zip).2.3	Накопители на жестких магнитных дисках (классические
винчестеры, накопители Jaz, RAID системы).2.4	Магнитооптические накопители (накопители на сменных
картриджах, автоматы).3.	Накопители на твердотельной памяти3.1.	Модули flash-памяти.3.2.	Модули оперативной памяти.3.3.	Модули графической памяти.2.2	Характеристика устройств памяти0 Память ЭВМ — совокупность устройств, служащих для запоминания, хранения и
выдачи информации. Отдельные устройства, входящие в эту совокупность, называют
запоминающими устройствами или памятями того или иного типа.й Термин запоминающее устройство (ЗУ) употребляют, когда речь идет о принципе
построения некоторого устройства памяти (например, полупроводниковые ЗУ, ЗУ на магнитных
дисках и т. д.), а термин память — когда хотят подчеркнуть выполняемую устройством памяти
логическую функцию или место расположения в составе оборудования ЭВМ (например,
оперативная память, внешняя память и т. д.).Производительность и вычислительные возможности ЭВМ в значительной
степени определяются составом и характеристиками ее ЗУ.Основные операции в памяти (обращение к памяти): занесение информации в
память (запись) и выборка информации из памяти (считывание)Характеристики ЗУ•	Емкость памяти определяется максимальным количеством данных, которые
могут в ней храниться.•	Удельная емкость — отношение емкости ЗУ к его физическому объему.•	Быстродействие памяти определяется продолжительностью операции
обращения к памяти, т. е. временем, затрачиваемым на такие операции как:•	поиск нужной единицы информации в памяти;•	считывание;•	поиск места в памяти, предназначенного для хранения данной
единицы информации;•	запись в память.0 Время цикла памяти — продолжительность обращения к памяти.63
Время цикла памяти при считывании: ^с™т = ^счит +1
г	г	обр дост считгде ^дост — время доступа при чтении; промежуток времени между моментомначала операции обращения при считывании до момента, когда становится возможным
доступ к данной единице информации;^счит — продолжительность самого физического процесса считывания; времяобнаружения и фиксации состояний соответствующих участков поверхности носителя
информации.QOTT	ООГГВремя цикла памяти при записи: t , = t +t +tг	г	обр дост подг запгде	— время доступа при записи, т. е. время от момента начала обращенияпри записи до момента, когда становится возможным доступ к участкам поверхности
носителя, на которые производится запись;^подг — время подготовки, расходуемое на приведение в исходное состояниеучастков поверхности носителя информации для записи заданной единицы информации;t — время занесения информации, т. е. изменения состояния участковЗсШповерхности носителя.СЧИТ ЗсИТБольшей частью выполняется равенство: t =t = tдост дост достВ качестве продолжительности цикла обращения к памяти принимается величина:t к =maxf/cFr,/3“обр ^ обр обрй В процессе обработки информации осуществляется тесное взаимодействие
процессора и ОП. Из ОП в процессор поступают команды программы и операнды, над которыми
производятся предусмотренные командой операции; из процессора в ОП направляются для
хранения промежуточные и конечные результаты обработки.Запоминающее устройство любого типа состоит из запоминающего массива,
хранящего информацию, и блоков, служащих для поиска в массиве, записи и считывания.2.2.1	Методы адресации памятиЗапоминающее устройство содержит множество одинаковых запоминающих
элементов, образующих запоминающий массив. Массив разделен на отдельные ячейки;
каждая из них предназначена для хранения двоичного кода. Способ организации памяти
зависит от методов размещения и поиска информации в запоминающем массиве.Прямая адресация. В поле операндов в команде задан абсолютный адрес ячейки
памяти, в которой расположен операнд. Например, регистровая адресация.Относительная адресация. Позволяет создавать программы, работающие в
любых адресах памяти. В поле операндов команды указывается смещение адреса операнда
относительно базовой точки программы. Адрес базовой точки загружается в базовый
регистр, адрес (номер) которого указывается в поле операндов команды.Индексная адресация. Приметается в работе с массивами. Адрес операнда
вычисляется как сумма адреса начала массива и смещения относительно первого элемента,
который хранится в индексном регистре. На практике используется индексно¬
относительная адресация.Непосредственная адресация. Операнд записывается прямо в команде, что
ускоряет выполнение команды, так как не надо вычислять адрес операнда и считывать его
из оперативной памяти.64
Косвенная адресация. В поле операндов команды указывается адрес указателя на
операнд. Это может быть адрес регистра (ячейки памяти) с адресом операнда или
очередного указателя. Количество указателей в цепочке — кратность косвенной
адресации. Этот тип адресации позволяет обрабатывать динамические данные.Неявная адресация применяется, если операнд в поле операндов не указывается,
но по умолчанию используется в командах.Стековую адресацию можно рассматривать как автоинкрементную (запись в
стек) и автодекрементную (чтение из стека). Эти формы адресации предполагают
увеличение и уменьшение значения указателя на слово (или байт) соответственно.Стековая память является безадресной. Ячейки стековой памяти образуют
одномерный массив. Считывание возможно только из верхней (нулевой) ячейки памяти.
Порядок считывания слов соответствует правилу: последним поступил — первым
обслуживается (LIFO).Стек представляет собой группу последовательно пронумерованных регистров
или ячеек памяти, снабженных указателем стека. В указателе стека при записи и
считывании автоматически устанавливается номер (адрес) последней занятой ячейки стека
(вершины стека). Правило LIFO при обращении к стеку реализуется автоматически.
Команда не содержит адреса ячейки стека, но содержит адрес ячейки памяти или регистра,
откуда слово передается в стек или куда загружается из стека.При выполнении команды передачи слова в стек из ячейки ОП указатель стека
увеличивается на 1 и слово помещается в вершину стека.При выполнении команды загрузки из стека в ОП слово извлекается из вершины
стека и указатель стека уменьшается на 1.Вычисления с использованием стековой памяти удобно описывать и
программировать с помощью польской инверсной (бесскобочной) записи арифметических
выражений — ПО ЛИЗ.▲	Правило ПОЛИЗ. читать арифметическое выражение слева направо и
последовательно выписывать встречающиеся операнды. Как только все операнды
некоторой операции выписаны, записать знак этой операции и продолжать выписывать
операнды. Если операция имеет операндом результат некоторой предыдущей операции и
знак последней выписан, то считать этот операнд выписанным.Пример. Выражение (а + b - c)*(d - f) в ПОЛИЗ имеет вид: ab + c- df-*Выражение в ПОЛИЗ не содержит скобок, но порядок действий определяет
однозначно.й Безадресные команды на основе стековой адресации предельно сокращают формат
команд, экономят память и способствуют повышению производительности ЭВМ.й В архитектуре процессоров стек и стековая адресация используются при организации
переходов к подпрограммам, возврате от них, в системах прерывания.2.3	Процесс магнитной записи и чтенияЦифровая магнитная запись производится на магниточувствительный материал:
оксиды железа, никель, кобальт, магнитопласты, магнитоэласты со связкой из пластмасс и
резины, микропорошковые магнитные материалы. Чем тоньше магнитное покрытие, тем
выше качество магнитной записи. Покрытие наносится на немагнитную основу (для
жестких дисков — алюминиевые и керамические круги), и имеют доменную структуру.0 Магнитный домен — это однородно намагниченная область, отделенная от
соседних областей тонкими переходными слоями, доменными границами.Под воздействием внешнего магнитного поля собственные магнитные поля
доменов ориентируются по силовым линиям. После прекращения воздействия внешнего
поля на поверхности домена образуются зоны остаточной намагниченности. Изменение
направления тока записи изменяет направления магнитного потока в головке65
чтения/записи. В результате на поверхности носителя появляются участки с
противоположной ориентацией магнитных диполей. При считывании зоны остаточной
намагниченности наводят в магнитной головке эдс. Изменение направления эдс в течение
некоторого времени отождествляется с двоичной единицей, отсутствие изменения — с
двоичным нулем. Этот промежуток времени называется битовым элементом.0 Коэрцитивная сила — напряженность магнитного поля, необходимая для
перемагничивания. Чем больше эта сила, тем более сильное магнитное поле требуется для
перемагничивания.Магнитная поверхность может быть представлена последовательностью точечных
позиций, каждой из которых соответствует бит информации.2.4	Носители информации2.4.1	Гибкие магнитные дискиПоверхность гибкого магнитного диска разбивается на дорожки, начиная с
внешнего края (нулевая дорожка). Дорожки разбиваются на секторы.0Плотность записи — это объем информации, который можно надежно разместить
на единице площади поверхности носителя.ДорожкиРис. 3 Дорожки и секторы магнитного диска▲	Плотность записи бывает:•	радиальная (поперечная); измеряется числом дорожек, размещенных на
кольце диска шириной 1 дюйм (tpi).•	линейная (продольная); измеряется количеством бит, которое можно
записать на дорожке единичной длины (dpi).Й Емкость диска = число рабочих сторон * число дорожек на стороне * число секторов на
дорожке * емкость сектора. Размер сектора для различных дисков варьирует от 128 байт до 1
Кбайта. В качестве стандарта принят размер сектора 512 байт.Количество дорожек на Г’ (toi)Рис. 4 Плотность дорожек и плотность записиЙ На диск сверхвысокой плотности VHD диаметром 3,5” можно записывать до 21 Мбайта
данных. Такие диски называются гибкими оптическими или флоптическими. Запись информации66
производится на ферромагнитный слой. Дорожки содержат по 27 секторов емкостью 512 байт
каждый. Скорость вращения-720 об/мин. Скорость обмена данными 10 Мбайт/мин.Й В картриджах Бернулли применяются гибкие магнитные диски с форм-фактором 3,5" и
5,25", емкостью 150 Мбайт и выше, скорость вращения 3600 об/мин. Вращающийся диск
притягивается к головке на расстояние долей микрона, но не касается ее. Когда скорость диска
падает, он плавно отходит от магнитной головки. Среднее время безотказной работы 75000 часов.Й Картридж ZIP содержит гибкие магнитные диски, обеспечивающие хранение данных
до 100 Мб. Накопитель может быть внешний или встраивается в стандартный 5-дюймовый отсек.
Размеры картриджа 6x102x102 мм, вес 30 гр. Размер внешнего накопителя 375x137x180 мм вес
500 гр. Скорость вращения 3000 об/мин.В дисководах для гибких магнитных дисков применяется шаговый двигатель —
электродвигатель, ротор которого поворачивается ступенчато на строго определенный
угол. Каждому шагу ротора соответствует перемещение головок на одну дорожку.2.4.2	Жесткие магнитные дискиЖесткий диск представляет собой пакет, состоящий из нескольких дисков,
стороны дисков нумеруются, начиная с верхней стороны верхнего диска. Дорожки
жесткого диска также разбиваются на секторы, которым присваиваются номера, начиная с0.	Нулевой сектор резервируется для идентификации записываемой информации.0Кластер (ячейка размещения данных) — это наименьший участок диска, с которым
оперирует операционная система при записи файла.Кластер состоит из одного или нескольких секторов.0 Цилиндр — это все дорожки, одновременно находящиеся под головками чтениязаписи.0Раздел — независимые логические части диска.Типовый накопитель состоит из гермоблока и платы электронного блока. В
гермоблоке размещены все механические части, на плате — вся управляющая
электроника.Рис. 5 Основные элементы накопителя на жестких дисках
Й До 80-х гг. основа дисков изготавливалась из алюминиевого сплава. По мере
возрастания требований к емкости и размерам, стали использовать композиционный материал из
стекла и керамики. Диски из стеклокерамики менее восприимчивы к колебаниям температуры.Основа диска покрывается тонким слоем магнитного вещества, который может
быть и оксидным на основе тонких пленок. Оксидный рабочий слой представляет67
полимерное покрытие с наполнителем из окиси железа. Рабочий слой на основе тонких
пленок имеет меньшую толщину за счет гальванического напыления и более прочен. При
напылении рабочего слоя в специальных вакуумных камерах сплавы переводятся в
газообразное состояние, а затем осаждаются на подложку.На поверхность магнитного рабочего слоя наносится высокопрочное защитное
покрытие (карбид кремния) толщиной 0,025 мкм. Поверхность получается исключительно
гладкая, благодаря чему зазор между головками и поверхностью диска составляет 0,05-0,08 мкм. Чем ближе располагаются головки к поверхности рабочего слоя, тем ближе друг
к другу располагаются домены, тем выше емкость диска.й Преимущества "стеклянных" винчестеров:1.	Стеклянная подложка имеет примерно на 20 % меньше поверхностных дефектов,
чем алюминиево-магниевая. Это позволяет увеличить плотность записи и уменьшить высоту, на
которой головка «плавает» над поверхностью дисковых пластин.2.	Стеклянная подложка прочнее металлической, что позволяет уменьшить время
разгона/остановки и увеличить скорость вращения дисков, повысить их устойчивость к ударным
перегрузкам.Все головки чтения/записи смонтированы на общем подвижном каркасе и
перемещаются одновременно. Сердечники головок выполняют из прессованного оксида
железа, при протекании тока через обмотку в зазоре головки возникает магнитное поле.
При изменении направленности магнитного поля вблизи зазора головки в обмотке
наводится ЭДС. Таким образом, головка используется и для чтения, и для записи
информации.й Накопители на жестких дисках имеют функцию автоматической парковки головок. При
выключении ПК головки устанавливаются на последний цилиндр. Эта парковочная позиция
обозначается L-Zone.й Скорость вращения магнитных дисков от 3600 до 15000 об/мин.Винчестеры служат в компьютерах основными устройствами массовой памяти.
Базой для совершенствования является развитие технологии магнитной записи, которое
обеспечивает постоянное возрастание емкости при снижении стоимости. Если для
процессора главное — производительность, то для винчестера — емкость.Винчестер содержит один или несколько собственно магнитных дисков
(носителей). Количество магнитных головок равно количеству рабочих поверхностей. У
традиционных накопителей повышение плотности записи автоматически ведет к росту
производительности жестких дисков, так как при прочих равных условиях за единицу
времени считывается больше информации. Рост производительности достигается также и
за счет улучшения частоты вращения и среднего времени поиска, пропускной способности
интерфейса.й Для моделей жестких дисков массового применения с интерфейсом IDE частота
вращения составляет 7200 об/мин, а среднее время поиска 9 мс. Более высокие параметры —
частота вращения 10000 об/мин и среднее время поиска 5 мс — достигаются только в жестких
дисках высокого класса с интерфейсом SCSI.Универсальность современных жестких дисков заключается в том, что они
одинаково успешно справляются с широким кругом задач, включая аудио- и видео
приложения, для которых недопустимы перерывы в передаче информации. Надежная
работа жестких дисков гарантируется:•	большим сроком службы компонентов (5-7 лет);•	средней наработкой на отказ от 500 тыс. до 1 миллиона часов и более;•	системой активного контроля за состоянием узлов диска SMART.й Современные жесткие диски способны выдерживать перегрузку от удара в рабочем
состоянии до 55 G, в выключенном состоянии до величины в 400G. Это характерно для новых
дисков с пластинами на основе подложки из стекла, для остальных показатели раза в два меньше.68
Технические характеристики накопителейДиаметр дисков определяет плотность записи на дюйм магнитного покрытия.
Накопители с меньшим диаметром больших объемов имеют более высокотехнологичные
поверхности и высокие плотности записи информации.Число поверхностей определяет количество физических дисков, нанизанных на
шпиндель (ось дисковода), т.е. физический объем накопителя и скорость выполнения
операций на одном цилиндре.Число цилиндров определяется количеством дорожек, расположенных на одной
поверхности.Число секторов на всех дорожках всех поверхностей определяет физический
неформатированный объем устройства.Частота вращения шпинделя определяет время, затраченное на последовательное
считывание одной дорожки или цилиндра.Время успокоения головок с момента окончания позиционирования на требуемую
дорожку до момента начала операции чтения/записи.Время установки, затрачиваемое на перемещение головок к нужному цилиндру из
произвольного положения.Время ожидания для прохода нужного сектора под головкой чтения/записи.Время доступа определяется временем, затраченным на установку головок и
ожидание сектора.Среднее время доступа к данным определяется временем, прошедшим с момента
получения запроса на операцию чтения/записи от контроллера, до физического
выполнения данной операции.Скорость передачи данных, с которой данные считываются или записываются на
диск, является характеристикой контроллера и интерфейса.Внешняя скорость передачи данных показывает, с какой скоростью данные
считываются из буфера накопителя в оперативную память.Внутренняя скорость передачи данных отражает скорость передачи данных
между головками и контроллером накопителя; зависит от частоты вращения шпинделя.Размер кэш-буфера контроллера. Кэш призван сгладить большую разницу в
быстродействии между дисковой и оперативной памятью. Кэш-память может быть
встроенной в дисковод, а может создаваться программным путем в оперативной памяти.
Типичный размер памяти КЭШ 64 Кбайт (256 Кбайт, 512 Кбайт, 1024 Кбайт).Средняя потребляемая мощность, влияющая на температуру, от которой зависит
коэффициент расширения/сжатия магнитного носителя.▲	Принцип записи данных на винчестер заключается в намагничивании поверхностидиска.2.4.3	Накопители CD-ROM0 CD-ROM — это компакт-диск (CD), предназначенный только для хранения в
цифровом виде записанной на него информации и считывания ее.Информация, хранимая на CD-ROM практически не подвержена разрушению
электрическими и магнитными полями и стиранию в результате естественного старения
материала носителя. Стоимость записи и хранения единицы информации на CD-ROM
значительно меньше, чем на магнитных дисках.й Исторический предшественник стандарта CD-ROM — стандарт цифровой записи на
аудио компакт-диск (Compact Disk-Audio — CD-А).й Периоды развития технологии оптических носителей информации:1.	1980-1985 гг. Создание стандарта цифровой записи звуковой информации и выпуск
первого проигрывателя дисков.2.	1985-1994 гг. Дальнейшее совершенствование портативных музыкальных систем на
компакт-дисках, начало разработки стандарта CD-ROM (анонсирован в 1985 г). Расширение и
дополнение стандарта CD-ROM новыми стандартами для записываемых компакт-дисков CD-R (CD-
Recordable).69
3.	1985-2001 гг. Скорость передачи данных в CD-ROM выросла в 32 раза. Широко
применяются накопители записываемых дисков CD-R и перезаписываемых CD-RW. Начался
переход на новый, единый для PC и бытовой электронной техники, стандарт DVD-дисков емкостью4,7	Гбайт.Толщина диска составляет 1,2 мм, диаметр — 120 мм. Прозрачный
поликарбонатный диск, покрыт с одной стороны тонким металлическим отражающим
слоем (алюминия, реже золота) и защитной пленкой специального прозрачного лака.
Двоичный нуль представляется на диске как в виде углубления, так и в виде основной
поверхности, а двоичная единица — в виде границы между ними.▲	CD-R является диском однократной записи.▲	CD-RW является перезаписываемым диском.Рис. 6 Геометрические характеристики компакт-дискаОбласти поверхности диска1.	Входная директория — область в форме кольца шириной 4 мм, ближайшего к
центру диска. С нее начинается считывание информации. Содержит
оглавление, адреса записей, число заголовков, суммарное время записи,
название диска.2.	Основная область данных (файловая система) — область в форме кольца
шириной 33 мм.3.	Выходная директория содержит метку конца диска.Этапы изготовления CD1.	Подготовительный этап. Формирование информационного файла для
последующей записи на носитель.2.	Запись на носитель данных с помощью лазерного луча в виде
последовательности расположенных по спирали углублений (штрихов).Й Глубина каждого штриха (pit) равна 0,12 мкм, ширина — 0,8 мкм. Штрихи расположены
вдоль спиральной дорожки; расстояние между соседними витками составляет 1,6 мкм, что
соответствует плотности 16 000 витков/дюйм (625 витков/мм). Длина штрихов вдоль дорожки
записи 0,8-3,3 мкм.3.	Проявление фоторезнстивного слоя и металлизаг/ия диска.Изготовленный по такой технологии диск называется мастер-диском. Для
тиражирования компакт-дисков с мастер-диска методом гальванопластики снимается
несколько рабочих копий Рабочие копии покрыты более прочным металлическим слоем
(например, никелем), чем мастер-диск и могут использоваться в качестве матриц для70
тиражирования до 10 тыс. CD с помощью каждой матрицы. Тиражирование (репликация)
дисков осуществляется методом горячей прессовки. После прессовки информационная
сторона диска подвергается вакуумной металлизации слоем алюминия, а затем
покрывается слоем лака.Й Диски, выполненные методом горячей штамповки, в соответствии с паспортными
данными, обеспечивают до 10 ООО циклов безошибочного считывания данных.Й Хранение данных на CD-ROM, как и на магнитных дисках, организуется в двоичной
форме в виде древовидной файловой структуры. Максимальная емкость CD-ROM составляет 680
Мбайт (для дисков 4,72”).Й При кодировании 1 байта информации на диске записывается 14 бит плюс 3 бита.
Базовая информационная единица — кадр — содержит 24 кодированных байта или 588 бит (24 х
(14 + 3) + 180 бит для коррекции ошибок). Кадры на диске образуют секторы и блоки. Сектор
содержит 3234 кодированных байта. Такая организация записи данных на CD-ROM и
использование алгоритмов коррекции ошибок позволяют обеспечить качественное чтение
информации с вероятностью ошибки на бит 10"10Рис. 7 Оптико-механический блок приводаЙ Алгоритм функционирования привода CD-ROM1.	После помещения CD в привод оптико-механический блок обеспечивает
перемещение оптической головки считывания по радиусу диска и считывание информации.2.	Полупроводниковый лазер генерирует маломощный инфракрасный луч (длина
волны 780 нм, мощность излучения 0,2 —5,0 мВт), который попадает на отражающее зеркало.3.	Серводвигатель по командам встроенного микропроцессора перемещает
подвижную каретку с отражающим зеркалом к нужной дорожке на компакт-диске.4.	Отраженный от диска луч фокусируется линзой, расположенной под диском,
отражается от зеркала и попадает на разделительную призму, которая направляет луч на вторую
фокусирующую линзу.5.	Фотодатчик преобразует световую энергию в электроимпульсы, которые поступают
на универсальный декодер.6.	Универсальный декодер представляет собой процессор для обработки считанных с
CD сигналов. Декодер выделяет из цифрового потока информационные символы, синхросигналы и
служебную информацию. Каскадный декодер формирует блоки символов для их размещения на
различных участках информационной дорожки. Двойное декодирование с перемещением символов
позволяет восстановить потерянную информацию объемом до 500 байт, что соответствует
дефекту дорожки длиной 2,5 мм.7.	В усилителе системы автоматического регулирования выделяются сигналы ошибок
слежения и осуществляется коррекция считываемого сигнала.8.	Сигналы ошибок слежения поступают в системы автоматического регулирования
фокуса и радиального слежения.71
9.	Система автоматического регулирования радиальной подачи управляет
серводвигателем перемещения оптической головки.10.	Система автоматического регулирования мощности излучения лазера
поддерживает ее неизменной независимо от температуры окружающей среды и перепадов
напряжения.11.	Система автоматического регулирования линейной скорости обеспечивает
постоянную скорость вращения диска (при однократной скорости вращения диска 1,2 м/с).Технические характеристики приводаСкорость передачи данных — максимальная скорость, с которой данные
пересылаются от носителя информации в оперативную память компьютера.▲	Со скоростью передачи данных связана скорость вращения диска («кратность»).
Первое поколение приводов CD-ROM имело скорость передачи данных 150 Кбайт/с (как и
проигрыватели аудио CD). Скорости передачи данных следующих поколений устройств кратны
этому числу. Термин «кратность» соответствует линейной скорости движения дорожки диска
относительно считывающего устройства.й До недавнего времени приводы CD-ROM, использовали метод считывания
информации с постоянной линейной скоростью (CLV), при котором угловая скорость вращения
диска зависит от места считывания информации (уменьшается по мере продвижения головки от
центра к краю диска).й Специалисты фирмы Hitachi для поддержания постоянной производительности
накопителя при чтении на внешних и во внутренних областях диска (CAV-технология) предложили
следующее решение: по мере перемещения оптической головки от внутренних областей диска к
внешним, скорость передачи данных растет благодаря постоянной скорости вращения диска (CAV-
режим). В точке X скорость передачи данных достигает 2400 Кбайт/с. От точки X до внешней
стороны диска скорость вращения меняется так, что скорость передачи данных сохраняется на
постоянном уровне (CLV-режим).Высокая скорость передачи данных необходима для синхронизации изображения
и звука. При недостаточной скорости передачи возможен пропуск кадров
видеоизображения (дрожание изображения) и искажение звука. При скорости вращения
CD выше 7200 об/мин не обеспечивается требуемый уровень качества считывания.Уровень качества считывания характеризуется коэффициентом ошибок, который
отражает способность привода CD-ROM корректировать ошибки записи/чтения
(паспортные значения Ю"10-Ю"12).0 Коэффициент ошибок — это оценка вероятности искажения информационного
бита при его считывании с загрязненного или поцарапанного участка диска.Если ошибка не устраняется за счет избыточности помехоустойчивого кода, то
привод переходит на пониженную скорость считывания данных с многократным его
повтором. Если и это не устраняет сбоя, то на мониторе компьютера появляется
сообщение «Сектор не найден». В случае устранения сбоя привод переключается на
максимальную скорость считывания данных.Среднее время доступа АТ (Access Time) — это время (в миллисекундах), которое
требуется приводу для нахождения на носителе нужных данных. При работе на
внутренних участках диска время доступа меньше, чем при считывании информации с
внешних участков (в паспорте накопителя приводится среднее значение при выполнении
нескольких считываний данных с выбранных случайным образом участков диска).Объем буферной памяти — это объем оперативного запоминающего устройства
привода CD ROM; используется для увеличения скорости доступа к данным,
записанным на носителе. Благодаря буферной памяти данные в компьютер могут
передаваться с постоянной скоростью. Различают следующие типы буфера:•	статический буфер принимает и накапливает все блоки данных,
поступающих от накопителя, пока их не вызовет процессор компьютера.•	динамический буфер накапливает только те блоки данных, которые
предположительно могут быть затребованы повторно; используется при работе с
небольшими по размеру файлами, произвольно расположенными на диске.72
•	буфер с опережающим чтением учитывает характер передаваемых данных,
что позволяет подготовить нужные данные заблаговременно.Средняя наработка на отказ.й Для первых моделей приводов CD-ROM средняя наработка на отказ составляла около
30 тыс. ч. (3,5 года круглосуточной работы). Для современных моделей составляет 50 —125 тыс. ч.,
что почти на порядок превышает срок морального старения накопителя.Накопители CD-WORM или CD-R позволяют единожды записать информацию
на диск и многократно ее считывать. По технологии CD-WORM при записи данных на
поверхности диска не выжигаются углубления. Диск покрыт термочувствительным слоем
красителя с такими же отражающими свойствами, как у алюминиевого покрытия
обычного CD. При записи информации луч лазера разогревает слой золота и слой
красящего вещества. В результате химической реакции облучаемый участок на
поверхности диска изменяет свой цвет, и ,следовательно, свои отражательные свойства.
Считывающий лазер стандартного накопителя CD-ROM воспринимает эти участки как
псевдоуглубления с меньшим уровнем интенсивности отражаемого света.й Технология CD/RW — перезаписываемые CD (CD-E — стираемые CD) объединяет
технологии двойного изменения фазы вещества и CD-R.Устройство CD/RW рассчитано на
выполнение 1000-кратной перезаписи. Емкость CD-RW 700 Мбайт.й Для ликвидации несовместимости стандартов, в сентябре 1995 г фирма Sony в союзе с
восемью другими фирмами предложила новый универсальный формат записи данных на CD —
DVD (Digital Versatile Disk).й Диски формата DVD не тождественны с Digital Video Disks (цифровыми видеодисками).В накопителях DVD используется более узкий луч лазера, чем в приводах CD-
ROM, поэтому толщина защитного слоя диска была снижена до 0,6 мм. Так как общая
толщина диска должна остаться неизменной (1,2 мм), под предохранительный слой
поместили укрепляющий, на котором также стали записывать информацию. Так появились
двухслойные диски. При считывании лазерным лучом информации, записанной на первом
слое, в глубине диска, луч беспрепятственно проходит через полупрозрачную пленку,
образующую второй слой. По окончании считывания информации с первого слоя, луч
фокусируется в плоскости наружного полупрозрачного слоя для дальнейшего считывания
данных.Сравнительная характеристика стандартовПараметры дисковCD-ROMDVDДиаметр, мм120120Толщина, мм1,21,2Структураединаяскреплены 2 диска
по 0,6 ммДлина волны лазера, нм780 (инфракрасный)650 и 635 (красный)Расстояние между дорожками1,60,74Размер углубления (пит), мкм0,830,4Скорость вращения диска, об/мин200-4200570-1400Емкость, Мбайт680-8004700 (одна сторона)Скорость передачи информации, байт/с150-3600(1х-24х)13502.4.4	Магнитооптические накопителий Магнитооптическая (МО)-технология разработана фирмой IBM в 70-е годы.Устройство МО-дисков размеров 3,5 и 5,25"одинаковое; различие заключается в
числе рабочих поверхностей. Строение одностороннего МО-диска в разрезе представлено
совокупностью слоев (сверху вниз):•	защитного;•	диэлектрического;73
•	магнитооптического;•	диэлектрического;•	отражающего;•	подложки.На стеклопластиковую подложку для отражения лазерного луча наносится
алюминиевое (золотое) покрытие. Диэлектрические слои (прозрачный полимер)
окружающие магнитооптический слой, защищают диск от перегрева, повышают
чувствительность при записи и отражающую способность при считывании информации.
Магнитооптический слой создается на основе порошка из сплава кобальта, железа и
тербия. Верхний защитный слой из прозрачного полимера предохраняет рабочую
поверхность от механических повреждений. Магнитооптические диски бывают одно- и
двусторонние (два односторонних, склеенных между собой подложками). МО-диск
заключен в специальный пластиковый конверт — картридж.При записи данных лазерный луч фокусируется на поверхности магнитного слоя в
пятно микронного размера. Поверхность магнетика в точке фокусировки разогревается,
(до 200 °С), коэрцитивная сила падает до нуля, и поле записывающей магнитной головки
формирует запись. После охлаждения материала новая магнитная ориентация доменов в
данной точке сохраняется. В зависимости от магнитной ориентации участок магнитного
материала интерпретируется как логический нуль или логическая единица. Данные
записываются блоками по 512 байт. При первом проходе разогревается весь блок, а при
подходе сектора под магнитную головку происходит запись новых данных. Таким
образом, операция записи в МО-накопителе в два раза дольше операции считывания.Считывание данных происходит с помощью лазерного луча пониженной
мощности (около 25% от номинальной), которой недостаточно для разогрева рабочего
слоя. При попадании луча на магнитные частицы диска их магнитное поле изменяет
поляризацию луча на несколько градусов. Теоретически данные на магнитооптический
диск можно записывать бесконечное количество раз.й Скорость вращения МО диска составляет 2000 (3600) об/мин. В МО-накопителях
используется массивная головка чтения/записи, в которой совмещены оптический и магнитный
узлы. Среднее время доступа к данным в МО-накопителях около 30 мс, а гарантийный срок работы
(средняя наработка на отказ) — 75 000 ч. Появились накопители, в которых запись на носитель
осуществляется за один проход. Лидерами рынка накопителей на МО дисках являются компании
Sony, Fujitsu и HP.2.4.5	Накопители на магнитной ленте▲	Лучшая защита от потери информации — резервное копирование.й 1972 год. Фирма ЗМ разработала первую кассету размером 15x10x1,6 см (для
магнитной ленты шириной 1/4", предназначенную для хранения данных.й 1983 год. Выпущен первый стандартный QIC-накопитель на магнитной ленте, емкостью
60 Мбайт. Запись данных производилась на 9 дорожках, длина магнитной ленты около 90 м.й В дальнейшем были разработаны стандарты на мини-кассеты формата МС
8,25x6,35x1,5 см и системы резервного копирования с емкостью кассет от 86 Мбайт до 13 Гбайт.
Формат DC: емкость 130 Гбайт, плотность записи 68 бит/дюйм, 144 дорожки, длина 360 м.й DDS — наклонно-строчная технология записи цифровых данных на магнитную ленту.
Магнитная лента проходит через блок головок, установленных на вращающемся барабане (ось
вращения барабана наклонена под углом 7° к направлению движения ленты). Записывается
столько наклонных дорожек, сколько магнитных головок в блоке.й Технология DLT. Магнитная лента, разделенная на параллельные горизонтальные
дорожки, проходит через неподвижную магниторезистивную головку со скоростью 2,5 — 3,7 м/с, что
обеспечивает малый износ магнитного слоя ленты. Расчетный срок службы ленты — 500 000
перемоток. Накопители DLT могут хранить 20/40 Гбайт данных и обеспечивают скорость передачи
данных 1,5 — 3,0 Мбайт/с.й Фирма ЗМ разработала стандарт кассет TRAVAN, основанный на стандарте QIC.
Картридж TRAVAN содержит 225 м магнитной ленты шириной 8 мм.74
▲	Стример является устройством для резервного копирования больших объемов
информации.2.4.6Накопители на твердотельной памятиВ накопителях на твердотельной памяти носителями информации являются
полупроводниковые элементы. Эти элементы конструктивно выполнены в виде
интегральных CMOS-микросхем и называются твердотельной памятью.▲	Микросхемы Flash-памяти являются энергонезависимыми и перезаписываемыми.й 1998 г. Фирма Intel представила flash-память.Flash-память используется для мобильных приложений, так как устойчива к
неблагоприятным внешним воздействиям, имеет сравнительно малое среднее время
доступа к данным, низкое энергопотребление, высокую емкость, небольшой вес и
размеры.Основные характеристики накопителей на Flash-памятиХарактеристикаЗначениеСреднее время доступа к данным в режиме
считывания, мс50-60Среднее время записи 1 байта, мс8-9Среднее время стирания блока данных (4 байт), с1,6Количество циклов записи/стирания100 000Емкость, Мбайт256-2048Накопители на Flash-памяти•	полностью эмулируют работу накопителей на жестких магнитных дисках,•	сохраняют работоспособность при температурах от -40 до + 85 °С,•	выдерживают ударные ускорения до 1000 g.Микросхемы типа Bulk-Erase (стираемые целиком) имеют возможность
электрического стирания данных при сохранении энегонезависимости. При использовании
обычного постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) процесс модификации
программного кода требует извлечения микросхемы из платы и облучения ее
ультрафиолетовыми лучами для стирания. При использовании микросхем Flash-памяти
перепрограммирование выполняется под управлением процессора системы.Микросхемы типа Boot-Block, (стираемые по частям, блокам). Применяются в
качестве микросхем BIOS; и позволяют объединить BIOS (там хранятся параметры
компьютера и часть операционной системы) и загрузочный код, который может быть
защищен от несанкционированного доступа.Микросхемы Flash-памяти приметаются в аппаратах сотовой связи и цифровых
фотоаппаратах.3	ОЦЕНКА	ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ3.1	Единицы ИЗМЕРЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ▲	Единицей измерения производительности компьютера является время.Производительность оценивается скоростью появления некоторого числа событий
в секунду. Определяемое время называется астрономическим временем, временем ответа,
временем выполнения или прошедшим временем. Однако при работе в мультипрограммном
режиме во время ожидания ввода/вывода для одной программы, процессор может
выполнять другую программу, и система не обязательно будет минимизировать время
выполнения данной конкретной программы.Для измерения времени работы процессора на данной программе используется75
время ЦП, которое не включает время ожидания ввода/вывода или время выполнения
другой программы. Время ответа, видимое пользователем, является полным временем
выполнения программы, а не временем ЦП. Время ЦП может делиться на время,
потраченное ЦП непосредственно на выполнение программы пользователя, и время ЦП,
затраченное операционной системой на выполнение заданий, затребованных программой.й При измерениях производительности процессора часто используется сумма
пользовательского и системного времени ЦП.В современных процессорах скорость внутренних функциональных устройств
задается единой системой синхросигналов, вырабатываемых генератором тактовых
импульсов. Дискретные временные события называются тактами синхронизации, просто
тактами, периодами синхронизации, циклами или циклами синхронизации. Период
синхронизации определяется либо своей длительностью (например, 10 наносекунд), либо
частотой (например, 100 МГц).й Время ЦП может быть выражено количеством тактов синхронизации для данной
программы, умноженным на длительность такта синхронизации, либо количеством тактов
синхронизации для данной программы, деленным на частоту синхронизации.й В отчетах по процессорам используют среднее количество тактов синхронизации на
одну команду — CPI (clock cycles per instruction).Таким образом, производительность ЦП зависит от трех параметров: такта (или
частоты) синхронизации, среднего количества тактов на команду и количества
выполняемых команд. Частота синхронизации определяется технологией аппаратных
средств и функциональной организацией процессора. Среднее количество тактов на
команду зависит от функциональной организации и архитектуры системы команд.
Количество выполняемых в программе команд определяется архитектурой системы
команд и технологией компиляторов.Единственной надежной единицей измерения производительности является время
выполнения реальных программ.▲	Одной из альтернативных единиц измерения производительности процессора
является MIPS — (миллион команд в секунду). Для любой программы MIPS есть отношение
количества команд в программе ко времени ее выполнения.Недостатки использования MIPS:1.	MIPS зависит от набора команд процессора, что затрудняет сравнение поMIPS компьютеров, имеющих разные системы команд.2.	MIPS даже на одном и том же компьютере для разных программ разное.3.	MIPS может метаться по отношению к производительности впротивоположенную сторону.Подобные аномалии наблюдаются и при использовании оптимизирующих
компиляторов, когда в результате оптимизации сокращается количество выполняемых в
программе команд, рейтинг MIPS уменьшается, а производительность увеличивается.0 Флопс — количество операций с плавающей запятой, выполняемых
вычислительной системой за секунду.Рейтинг FLOPS зависит от машины и от программы. Он базируется на количестве
выполняемых операций, а не на количестве выполняемых команд. Одна и та же
программа, работающая на различных компьютерах, будет выполнять различное
количество команд, но одно и то же количество операций с плавающей точкой.▲	В терафлопсах и петафлопсах измеряется быстродействие современных
суперкомпьютеров.й Производительность суперкомпьютера Jaguar (2008) — 1,64 Пфлопс.3.2	Контрольные испытания производительностиНаиболее часто MFLOPS, как единица измерения производительности,
используется при проведении контрольных испытаний на тестовых пакетах76
"Ливерморские циклы" и LINPACK.0 Ливерморские циклы — это набор фрагментов фортран-программ, каждый из
которых взят из реальных программных систем, эксплуатируемых в Ливерморской
национальной лаборатории им. Лоуренса (США).Обычно при проведении испытаний используется либо малый набор из 14 циклов,
либо большой набор из 24 циклов.И UNPACK — это пакет фортран-программ для решения систем линейных
алгебраических уравнений.В 1988 году была учреждена корпорация SPEC (Standard Performance Evaluation
Corporation), основной целью которой является разработка и поддержка
стандартизованного набора специально подобранных тестовых программ для оценки
производительности компьютеров. Базовые наборы тестов SPEC ориентированы на
интенсивные расчеты и измеряют производительность процессора, системы памяти, а
также эффективность генерации кода компилятором.й Набор тестов CINT92, измеряющий производительность процессора при обработке
целых чисел, состоит из 6 программ, написанных на языке Си и выбранных из различных
прикладных областей: интерпретатор языка Лисп, разработка логических схем, упаковка текстовых
файлов, электронные таблицы и компиляция программ.й Набор тестов CFP92, измеряющий производительность процессора при обработке
чисел с плавающей точкой, состоит из 14 программ, выбранных из различных прикладных
областей: разработка аналоговых схем, моделирование методом Монте-Карло, квантовая химия,
оптика, робототехника, квантовая физика, астрофизика, прогноз погоды и другие научные и
инженерные задачи. Две программы из этого набора написаны на языке Си, а остальные 12 — на
Фортране.Для оценки производительности многопроцессорных и однопроцессорных
систем, работающих в многозадачном режиме нужно учитывать пропускную способность
системы, показывающую количество заданий, которое система может выполнить в течение
заданного интервала времени. Пропускная способность системы определяется
количеством ресурсов (числом процессоров, емкостью оперативной и кэш-памяти,
пропускной способностью шины), которые она может предоставить пользователю.	Вопросы для самоконтроля	1.	Как соотносятся тактовая частота и класс процессора?2.	Назовите основные компании, производящие процессоры.3.	Какие существуют проблемы разгона процессоров?4.	Что гарантирует надежную работу жестких дисков?5.	Для каких устройств используются контроллеры?6.	Как формируется цветное изображение в мониторе?7.	На какие классы делятся манипуляторы типа мышь?8.	Как производится запись на магнитный носитель с физической точки зрения?9.	Чем отличается физическая структура диска от логической?10.	Какие существуют методы адресации памяти?11.	Перечислите известные вам типы накопителей.12.	Какие устройства используются для резервного копирования?13.	Чем стек отличается от магазина?14.	Назовите типы оперативной памяти.15.	Перечислите известные вам типы головок чтения/записи.16.	На какие этапы делится процесс изготовления CD?17.	Чем динамический буфер CD отличается от статического?18.	В чем заключаются испытания производительности процессора?77
Модуль 4ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ1	ОСНОВЫ ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ	791.1	Свойства операционных систем	791.2	Файловая система диска	821.3	Система прерываний	842	КРАТКИЙ ОБЗОР ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ СЕМЕЙСТВА WINDOWS	852.1	История создания графической операционной среды	852.2.	Общие характеристики ОС семейства Windows	902.3.	Оконный интерфейс Windows	923	ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННАЯ МЕТОДОЛОГИЯ	933.1	Основные понятия	933.2	Объекты файловой системы	943.3	Объекты пользовательского уровня	953.4	Понятие технологии OLE	953.5	Обмен данными в среде Windows	96Вопросы для самоконтроля	97ПОСЛЕ	ИЗУЧЕНИЯ МОДУЛЯ ВЫ ДОЛЖНЫ ЗНАТЬ:>	Что такое операционная система.>	Основные рыночные требования, предъявляемые к операционным системам.>	Основные понятия файловой системы.>	Расширения для распространенных типов файлов.>	Модель функционирования файловой системы.>	Как физически организованы файлы на диске.>	Зачем нужна система прерываний, и какие бывают типы прерываний.>	Общую характеристику ОС Windows.>	Что означает технология Plug and Play.>	Как используется виртуальная память.>	Название и назначение элементов оконного интерфейса Windows.>	Технологию работы в среде Wndows.>	Основные понятия объектно-ориентированного программирования.>	Характеристики объектно-ориентированного программирования по Алану Кэю.>	Что относится к объектам пользовательского уровня.>	Для чего используется технология OLE.>	Разницу между внедрением и связыванием объекта.>	Принцип обмена данными в среде Wndows.>	Свойства буфера обмена.РЕЗУЛЬТАТ:>	Получение первичных знаний по принципам построения и функционирования файловых и
операционных систем>	Создание начальной базы для успешного овладения такими дисциплинами как
«Операционные системы», «Программно-аппаратная поддержка вычислительных систем»,
«Системная программная среда»>	Пополнение профессионального словарного запаса78
1	ОСНОВЫ ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ1.1	Свойства операционных систем0 Операционная система (ОС) — совокупность программных средств, которая•	управляет аппаратной частью компьютера,•	осуществляет взаимодействие блоков ПК,•	управляет выполнением программ,•	организует хранение информации во внешней памяти,•	поддерживает интерфейс пользователя.Операционная система — это автономная среда. Прикладные программы связаны
с ОС и могут эксплуатироваться на компьютерах с аналогичной системной средой; для
работы в другой системной среде необходимо специальное ПО.Операционная система — это основа сетевого программного обеспечения,
которая создает среду для выполнения приложений и во многом определяет, какими
полезными для пользователя свойствами эти приложения будут обладать.Современная ОС, должна реализовывать мультипрограммную обработку,
виртуальную память, свопинг, поддерживать многооконный интерфейс.▲	Совокупность средств ОС, обеспечивающих взаимодействие устройств и программ в
рамках вычислительной системы — это аппаратно-программный интерфейс.▲	Организация взаимодействия пользователя с компьютерной системой — это функция
операционной системы.▲	Уровни программного обеспечения вычислительной системы представляют собой
пирамиду, где каждый следующий уровень опирается на программное обеспечение
предшествующих уровней.Прикладное ПОСлужебное
(сервисное) ПОСистемное ПОБазовое ПО▲	Утилиты относятся к служебному программному обеспечению.▲	Драйверы входят в системное программное обеспечение.▲	Программы для решения конкретных задач относятся к прикладному программному
обеспечению.▲	Базовая система ввода/вывода (BIOS) относится к базовому программному
обеспечению.▲	Для завершения или запуска процессов и получения представления о текущей
загруженности системы используется программа Диспетчер задач.Свойства операционных системРасширяемость. Код должен быть написан таким образом, чтобы можно было
легко внести дополнения и изменения, без нарушения целостности системы.Переносимость. Код должен легко переноситься с процессора одного типа на
процессор другого типа и с аппаратной платформы (которая включает наряду с типом
процессора и способ организации всей аппаратуры компьютера) одного типа на
аппаратную платформу другого типа.Надежность и отказоустойчивость. Система должна быть защищена как от
внутренних, так и от внешних ошибок, сбоев и отказов. Ее действия должны быть всегда
предсказуемыми, а приложения не должны быть в состоянии наносить вред ОС.79
Совместимость. ОС должна иметь средства для выполнения прикладных
программ, написанных для других операционных систем. Кроме того, пользовательский
интерфейс должен быть совместим с существующими системами и стандартами.Безопасность. ОС должна обладать средствами защиты ресурсов одних
пользователей от других.Производительность. Система должна обладать настолько хорошим
быстродействием и временем реакции, насколько это позволяет аппаратная платформа.1.1.1	РасширяемостьВ то время как аппаратная часть компьютера устаревает за несколько лет,
полезная жизнь операционных систем может измеряться десятилетиями. Примером может
служить ОС UNIX. Изменения ОС обычно представляют собой приобретение ею новых
свойств. Например, поддержка новых устройств; возможность связи с сетями нового типа,
поддержка таких технологий как графический интерфейс пользователя или объектно-
ориентированное программное окружение; использование более чем одного процессора.й Расширяемость может достигаться за счет модульной структуры ОС, при которой
программы строятся из набора отдельных модулей, взаимодействующих только через
функциональный интерфейс.1.1.2	ПереносимостьТребование переносимости кода тесно связано с расширяемостью. Расширяемость
позволяет улучшать операционную систему, в то время как переносимость дает
возможность перемещать всю систему на машину, базирующуюся на другом процессоре
или аппаратной платформе, делая при этом по возможности небольшие изменения в коде..
Вопрос не в том, может ли быть система перенесена, а в том, насколько легко можно это
сделать.й Во-первых, большая часть кода должна быть написана на языке, который имеется на
всех машинах, куда предполагается переносить систему. Это означает, что код должен быть
написан на языке высокого уровня, предпочтительно стандартизованном, например, на языке С.й Во-вторых, следует учесть, в какое физическое окружение программа должна быть
перенесена. Например, ОС, построенная на 32-битовых адресах, не может быть перенесена на
машину с 16-битовыми адресами.й В-третьих, важно минимизировать или, если возможно, исключить те части кода,
которые непосредственно взаимодействуют с аппаратными средствами.й В-четвертых, если аппаратно зависимый код не может быть полностью исключен, то
он должен быть изолирован в нескольких хорошо локализуемых модулях.Для легкого переноса ОС при ее разработке должны быть соблюдены следующие
требования:•	Переносимый язык высокого уровня. Большинство переносимых ОС
написано на языке С (стандарт ANSI ХЗ. 159-1989). Разработчики выбирают язык С
потому, что он стандартизован, и потому, что С-компиляторы широко доступны.
Ассемблер используется только для тех частей системы, которые должны непосредственно
взаимодействовать с аппаратурой (например, обработчик прерываний) или для частей,
которые требуют максимальной скорости (например, целочисленная арифметика
повышенной точности). Однако непереносимый код должен быть тщательно изолирован
внутри тех компонентов, где он используется.•	Изоляция процессора. Некоторые низкоуровневые части ОС должны иметь
доступ к процессорно-зависимым структурам данных и регистрам. Однако код, который
делает это, должен содержаться в небольших модулях, которые могут быть заменены
аналогичными модулями для других процессоров.•	Изоляция платформы. Зависимость от платформы заключается в различиях
между рабочими станциями разных производителей, построенными на одном и том же
процессоре. Должен быть введен программный уровень, абстрагирующий аппаратуру80
вместе со слоем низкоуровневых программ таким образом, чтобы высокоуровневый код не
нуждался в изменении при переносе с одной платформы на другую.1.1.3	СовместимостьОдним из аспектов совместимости является способность ОС выполнять
программы, написанные для других ОС или для более ранних версий данной
операционной системы, а также для другой аппаратной платформы.Необходимо разделять вопросы двоичной совместимости и совместимости на
уровне исходных текстов приложений.Двоичная совместимость достигается в том случае, когда можно взять
исполняемую программу и запустить ее на выполнение на другой ОС. Для этого
необходимы: совместимость на уровне команд процессора и совместимость на уровне
системных вызовов.Совместимость на уровне исходных текстов требует наличия соответствующего
компилятора в составе программного обеспечения, а также совместимости на уровне
библиотек и системных вызовов. При этом необходима перекомпиляция имеющихся
исходных текстов в новый выполняемый модуль (важно для разработчиков приложений).й Совместимость на уровне исходных текстов важна в основном для разработчиков
приложений, в распоряжении которых эти исходные тексты всегда имеются. Но для конечных
пользователей практическое значение имеет только двоичная совместимость, так как только в этом
случае они могут использовать один и тот же коммерческий продукт, поставляемый в виде
двоичного исполняемого кода, в различных операционных средах и на различных машинах.1.1.4	БезопасностьОбеспечение защиты информации от несанкционированного доступа является
обязательной функцией сетевых операционных систем. В большинстве популярных систем
гарантируется степень безопасности данных, соответствующая уровню С2 в системе
стандартов США.й Основы стандартов в области безопасности были заложены "Критериями оценки
надежных компьютерных систем". Этот документ, изданный в США в 1983 году национальным
центром компьютерной безопасности (NCSC — National Computer Security Center), часто называют
Оранжевой Книгой.В соответствии с требованиями Оранжевой книги безопасной считается такая
система, которая "посредством специальных механизмов защиты контролирует доступ к
информации таким образом, что только имеющие соответствующие полномочия лица или
процессы, выполняющиеся от их имени, могут получить доступ на чтение, запись,
создание или удаление информации".Иерархия уровней безопасности, приведенная в Оранжевой Книге, помечает
низший уровень безопасности как D, а высший — как А.Уровень D охватывает системы, оценка которых выявила их несоответствие
требованиям всех других классов.Уровень С характеризуется наличием подсистемы учета событий, связанных с
безопасностью, и избирательного контроля доступа. Уровень С делится на 2 подуровня:
уровень С1, обеспечивающий защиту данных от ошибок пользователей, но не от действий
злоумышленников, и более строгий уровень С2. На уровне С2 должны присутствовать
средства секретного входа, обеспечивающие идентификацию пользователей путем ввода
уникального имени и пароля перед тем, как им будет разрешен доступ к системе.й Избирательный контроль доступа, требуемый на этом уровне позволяет владельцу
ресурса определить, кто имеет доступ к ресурсу и что он может с ним делать. Средства учета и
наблюдения (auditing) обеспечивают возможность обнаружить и зафиксировать любые попытки
создать, получить доступ или удалить системные ресурсы.Системы уровня В основаны на помеченных данных и распределении
пользователей по категориям, то есть реализуют мандатный контроль доступа. Каждому81
пользователю присваивается рейтинг защиты, и он может получать доступ к данным
только в соответствии с этим рейтингом. Этот уровень в отличие от уровня С защищает
систему от ошибочного поведения пользователя.Уровень А является самым высоким уровнем безопасности, он требует в
дополнение ко всем требованиям уровня В выполнения формального, математически
обоснованного доказательства соответствия системы требованиям безопасности.1.2	Файловая система дискаФайловая система является частью ОС и предназначена для обеспечения
пользователю удобного интерфейса при работе с хранящимися на диске данными. В
широком смысле понятие «файловая система» включает:•	совокупность всех файлов на диске;•	наборы структур данных для управления файлами;•	комплекс системных программных средств для управления файлами0 Файл — именованная область на диске, где хранится логически связанная
совокупность данных.▲	Размер файла в ОС определяется в байтах.А ОС распознает формат файла по его расширению.Тип файлаРасширениеИсполняемые файлыExe, com, batТекстовые файлыTxt, doc, rtfЭлектронные таблицыXisПрезентацииPptГрафические файлыGif, bmp, jpg, jpeg, tifЗвуковые файлыWav, midi, mp3, wmsВидеофайлыAvi, mpegВеб-страницыHtm, htmlБазы данныхDbf, mdbАрхивы данныхArj, rar, zip▲	Файлы с расширением DLL являются динамически компонуемыми библиотеками.И Кластер — минимальная единица пространства диска, отводимого файлу.На диске файл занимает свободные кластеры в различных частях диска, сведения
о номерах которых хранятся в таблице размещения файлов — FA Т.▲	Если размер кластера 512 байт, а размер файла 816 байт, то файл займет на диске 2
кластера.0 Каталог — это, с одной стороны, группа файлов, объединенных пользователем
исходя из некоторых соображений, а с другой стороны — это файл специального вида,
содержащий системную информацию о составляющих его файлах.В каталоге содержится список файлов и устанавливается соответствие между
файлами и их атрибутами. В разных файловых системах в качестве атрибутов
используются разные характеристики, например:•	информация о разрешенном доступе;•	владелец/создатель файла;•	признак «только для чтения» («скрытый файл», «системный файл»,
«архивный файл», «временный»);•	время создания, последнего доступа, последнего изменения;82
•	размер файла.Каталоги могут непосредственно содержать значения атрибутов файлов, или
ссылаться на таблицы, содержащие эти характеристики. Каталоги образуют дерево, если
файлу разрешено входить только в один каталог, и сеть, если файл может входить сразу в
несколько каталогов.0 Права доступа к файлу — набор операций для каждого пользователя, которые он
может применить к данному файлу.▲	В разных файловых системах может быть определен свой список операций доступа,
например, «создание файла», «уничтожение файла», «открытие файла», «чтение файла», «запись
в файл», «установление новых значений атрибутов», «переименование», «выполнение файла».Функционирование любой файловой системы можно представить многоуровневой
моделью, в которой каждый уровень предоставляет некоторый набор функций
вышележащему уровню, а сам обращается с набором запросов на нижележащий уровень.Запрос к файлу (операция, имя файла, логическая запись).
	i	1.	Символьный уровень. Определение по символьному имени файла его уникального
имени.	2.	Базовый уровень. Определение по уникальному имени атрибутов файла.	3.	Уровень проверки прав доступа. Проверка допустимости заданной операции к
заданному файлу.	4.	Логический уровень. Определение координат логической записи в файле..	5.	Физический уровень. Определение номера физического блока, содержащего логическую
запись.	К подсистеме ввода/вывода1.2.1	Файловая система FAT32Использование 32-разрядных записей увеличивает количество кластеров в разделе
до 268'435'456 (для сравнения в FAT16 — 65'536). Размер тома составляет 2 ТБ,
максимальный размер файла — 4 ГБ. Корневой каталог не имеет фиксированного места и
может иметь любой размер.й После выхода Windows ХР файловая система FAT32 постепенно сдает свои позиции.Структура диска FAT32Главная загрузочная область. Хранит информацию о разделах диска, а также указание
для BIOS, где хранятся основные файлы ОС.	Таблица разделов. Хранит информацию о дорожках, секторах, головках, о типе
файловой системы.	Загрузочный сектор. Хранит информацию о размере кластера, типе и размере FAT.	Таблица размещения файлов-1. Хранит информацию о размещении файлов на диске.	Корневой каталог. Хранит информацию о типе файлов, их названиях, размерах, дате
создания, номер начального кластера.	Область данных.Таблица размещения файлов-2. Копия FAT.	Область данных.83
1.2.2	Файловая система NTFS
й Файловая система NTFS (New Technology File System) используется в операционных
системах Windows NT/2000/XP. Размер кластера варьируется от 512 байт до 64 КБ.При установке файловой системы NTFS 12% общего объема диска отводится под
MFT (Master File Table) — общую таблицу файлов. Каждая запись в MFT соответствует
какому-нибудь файлу и занимает около 1 КБ. По сути, это каталог всех находящихся на
диске файлов. Первые 16 файлов (метафайлы) в МҒТ-зоне содержат служебную
информацию. Имена метафайлов начинаются с символа $, например: $МҒТ — сам MFT-
файл; $Boot — загрузочный сектор; $Bitmap — карта свободного места раздела.0 Каталог — это метафайл, хранящий имена файлов, атрибуты и ссылку на MFT-
файл, где хранится вся остальная информация.Каталог представлен бинарным деревом. Поиск файла осуществляется методом
деления каталога пополам. Файлов как таковых нет, а есть потоки. Один поток — это сами
данные, другие потоки — атрибуты файла.Зависимость размера кластера от размера раздела для NTFSРазмер разделаКоличество секторов в кластереРазмер кластераДо 512 Мбайт включительно1512 байт513-1024 Мбайт (1 Гбайт)21 Кбайт1025-2048 Мбайт (2 Гбайт)42 Кбайт2049-4096 Мбайт (4 Гбайт)84 Кбайт4097-8192 Мбайт (8 Гбайт)168 Кбайт8193 16 384 Мбайт(16 Гбайт)3216Кбайт16385-32768 Мбайт (32 Гбайт)6432 КбайтОт 32 678 Мбайт12864 Кбайт1.2.3	Физическая организация файлаФизическая организация файла описывает правила его расположения на
устройстве внешней памяти. Файл состоит из физических записей — блоков.0Блок — наименьшая единица данных, которой внешнее устройство обменивается с
оперативной памятью.Непрерывное размещение. Файлу предоставляется последовательность блоков
диска. Для задания адреса файла достаточно указать номер начального блока. Недостаток—	фрагментация.Размещение в виде связанного списка блоков. В начале каждого блока содержится
указатель на следующий блок. Адрес файла задается номером первого блока.
Фрагментация отсутствует, так как каждый блок может быть присоединен в цепочку
какого-либо файла. Недостаток: последовательное чтение цепочки блоков для доступа к
заданному месту файла.Размещение в виде связанного списка индексов. С каждым блоком связывается
индекс, который содержит номер следующего блока данного файла. Для доступа к
заданному месту файла читается блок индексов, отсчитывается нужное количество блоков
файла по цепочке и определяется номер нужного блока.▲	Раздел файловой системы в ОС Wndows, содержащий имена файлов и папок,
сведения об их размещении на носителе информации — это таблица FAT или NTFS.1.3	Система прерыванийСистема прерываний — основной механизм функционирования ОС.0 Прерывание означает прекращение выполнения текущей команды для обработки
некоторого события, после чего осуществляется возврат в выполнению прерванной
программы.Аппаратные прерывания инициируются аппаратурой (принтер, клавиатура).
Приоритеты запросов прерывания внешних устройств распределяются путем их84
физической коммутации по отношению к процессору и могут быть изменены только
физической перекоммутацией, но не программно.Логические прерывания возникают при нештатной ситуации (деление на О,
переполнение регистров).Программные прерывания возникают, когда одна программа хочет получить
сервис со стороны другой программы. При вызове прерывания процессор оставляет свою
работу, загружает адрес программы обработки прерывания и передает ей управление. По
окончании работы программы прерывания управление передается основной программе,
которая была прервана.0 Время реакции — это время между появлением сигнала запроса на прерывание и
началом выполнения программы обработчика прерываний.0	Гпубина прерывания определяется максимальным числом программ, которые
могут прерывать друг друга.Запросам на прерывание присваивается номер (тип прерывания), по которому
определяется адрес обработчика прерывания. Переход к одному из 256 обработчиков
прерывания осуществляется с помощью таблицы векторов прерываний.2	КРАТКИЙ ОБЗОР ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ
СЕМЕЙСТВА WINDOWS2.1	История создания графической операционной средыОперационная система Windows ориентирована на организацию удобной среды
работы пользователя на персональном компьютере.Windows прошла путь от графической оболочки операционной системы MS DOS в
первых версиях до полноценной операционной системы (Windows 95/98/2000/ХР).В 1981 г. компания Microsoft приступила к работе над графической средой для
персональных компьютеров (после выпуска операционной системы MS DOS 1.0)Апрель 1983 г. Выпуск программы Interface Manager, которая, несмотря на серию
доработок, не была принята.Июнь 1985 г. Windows 1.0. Этот вариант так же не нашел поддержки, но работа в
этом напралении была продолжена.Октябрь 1987 г. Windows 2.0. Разработан табличный процессор Microsoft Excel и
ряд текстовых процессоров, в том числе Word 1.0. В версии Windows для компьютеров с
микропроцессором 80386 впервые реализована многозадачность.Май 1990 г. Windows 3.0 — графическая оболочка операционной системы MS
DOS; полноценный графический интерфейс, поддержка режима многозадачности. В
системе Windows унифицированы работы с внешними устройствами, приложениям
предоставлен типовой интерфейс. Появление Диспетчера программ; переход на более
удобный способ управления компьютером с помощью мыши. Тем не менее, надежность
работы Windows 3.0 была невысокой.Апрель 1992 г. Windows 3.1. Начиная с этой версии, реализована заложенная в
процессоре 80386 и выше возможность организации виртуальной памяти. Недостаточный
объем оперативной памяти компьютера проявлялся лишь в некотором замедлении работы
системы. Магистральным направлением развития Windows становятся сетевые средства.i	Windows NT: NT 3.1 (1993 г.), NT 3.5 (1994 г.), NT 3.51 (1995 г.), NT 4.0 (1996 г.).Сентябрь 1995 г. Операционная система Microsoft Windows 95 — первая
графическая операционная система для компьютерной платформы IBM PC. Достоинства
Windows 95 весьма значительны, но при эксплуатации был обнаружен невысокий уровень
надежности работы.85
1998 г. Операционная система Windows 98; в комплект стандартных программ
включен ряд программных продуктов, до этого поставлявшихся отдельно. Благодаря
одинаковой концепции Windows 95 и Windows 98 очень близки между собой по
выполняемым функциям и предоставляют пользователю для работы весьма похожие, а
зачастую и одинаковые интерфейсы.й Windows 98 более производительна, так как файловая система FAT 32 (по сравнению
с FAT 16) позволяет рационально использовать диски. FAT 32 оперирует кластерами меньших
размеров, в результате чего повышается эффективность использования объема диска. В состав
Wndows 98 включена служебная программа, которая позволяет преобразовать на диске файловую
систему FAT 16 в FAT 32.Февраль 2000 г. Windows 2000 отличается от NT версии 4 гораздо сильнее, чем NT4.0	от NT 3.51. Можно выделить три основных различия: увеличилась надежность и
масштабируемость, возросла легкость использования, расширена поддержка аппаратного
обеспечения. Windows 2000 поддерживает компьютеры с 8, 16 и даже 32 процессорами.
Среди новых служб Windows 2000 особое место занимает служба каталога Active Directory
(AD), которую разработчики Microsoft сделали частью операционной системы.Служба единого каталога (AD) выполнена в виде иерархической базы данных с
информацией обо всех пользователях, компьютерах, а также совместно используемых
приложениях и данных. База данных службы AD вмещает примерно от 1,5 до 20 млн.
пользовательских учетных записей и легко расширяется.Служба удаленной установки (Remote Installation Service — RIS) упрощает
инсталляцию Windows 2000 Professional (Windows 2000 Pro) и руководит созданием на
рабочей станции нужной конфигурации. Политики группы размещаются в AD и позволяют
размещать пользовательские каталоги My Documents на серверах сети, что облегчает
создание резервных копий. Приложения и сама ОС могут самовосстанавливаться после
удаления или иных нарушений в программных файлах. Если некорректная программа
Setup случайно перезапишет системный файл Windows 2000 своим собственным
вариантом, то ОС автоматически восстановит его.Windows 2000 позволяет задать ограничения (квоту) на доступное пользователю
дисковое пространство. Устанавливается единый для всех размер ограничения либо
производится индивидуальная настройка квоты вручную.В Windows 2000 включено программное обеспечение для поддержки
универсальной последовательной шины USB, технологии Plug-and-Play.Октябрь 2001 г. Windows ХР. В основе системы Windows ХР Professional лежит
проверенный код Windows NT® и Windows 2000, характеризуемый 32-разрядной
вычислительной архитектурой и полностью защищенной моделью памяти.Отличительные особенности Windows ХР ProfessionalСредство проверки драйверов устройств, созданное на основе аналогичного
средства ОС Windows 2000, обеспечивает более тщательное испытание драйверов, что
гарантирует максимальную стабильность системы.Поддерживается до 4 ГБ оперативной памяти и до двух симметричных
микропроцессоров (масштабируемая поддержка памяти и процессора).Сохранив ядро Windows 2000, ОС Windows ХР Professional приобрела обновленный
внешний вид. Типичные задачи объединены и упрощены, добавлены новые визуальные
подсказки, помогающие пользователю в работе с компьютером.ОС адаптируется к особенностям работы конкретного пользователя. В обновленном
меню «Пуск» первыми появляются наиболее часто запускаемые приложения. При
открытии нескольких файлов в одном приложении открывающиеся окна объединяются
под одной кнопкой панели задач. Неиспользуемые объекты в области уведомления
скрываются.Благодаря интеллектуальному контролю состояния центрального процессора
сокращен объем потребляемой им энергии. ОС предоставляет более точные данные об86
оставшемся заряде, что позволяет предотвратить преждевременное отключение
компьютера.Каждый модуль в структуре Windows ХР выполняет определенную функцию и
имеет определенный интерфейс с другими модулями.Уровень аппаратных абстракций должен предоставлять операционной системе
абстрактные устройства, лишенные всех пороков и недостатков реальных устройств. К
моделируемым устройствам относятся кэш-память, расположенная вне микросхемы,
тактовые генераторы, шины ввода/вывода, контроллеры прерываний, контроллеры
прямого доступа к памяти.Ядро и все драйверы устройств, при необходимости, получают
непосредственный доступ к аппаратному обеспечению. Ядро поддерживает прерывания,
синхронизацию процессов, синхронизацию процессоров в многопроцессорных системах,
управление временем. Основная задача уровня ядра — сделать остальную часть
операционной системы полностью независимой от аппаратного обеспечения
(переносимой). Каждый драйвер устройств может управлять одним или несколькими
устройствами ввода/вывода.кго=Г го
2 2
к® <
£ о3 §1SSЪСО-ОÜ5 *CD О
§-0§1=>sлXXгошо5О. S^ Еос;1CLsCDCL1=Рис. 1 Структура Windows ХРИсполняющая система имеет независимую архитектуру, поэтому ее можно
переносить на другие машины. Самый нижний уровень содержит файловые системы и
диспетчер объектов. Файловые системы управляют файлами и каталогами. Диспетчер
объектов управляет процессами, программными потоками, каталогами, устройствами
ввода/вывода, тактовыми генераторами и т. п.Следующий уровень составляют:Диспетчер ввода/вывода обеспечивает управление устройствами ввода/вывода, а
также предоставляет базовые услуги по вводу/выводу.Диспетчер кэш-памяти имеет дело с файловыми блоками и помогает диспетчеру
виртуальной памяти определить, какие из них надо сохранить в памяти для использования
в будущем. Windows ХР можно конфигурировать для работы с несколькими файловыми
системами и диспетчер кэш-памяти управляет всеми файловыми системами.Диспетчер виртуальной памяти реализует архитектуру виртуальной памяти с
подкачкой страниц по требованию.87
Диспетчер процессов и потоков управляет процессами и программными
потоками, их созданием и удалением.Монитор безопасности включает механизм безопасности Windows ХР, который
соответствует требованиям Оранжевой книги министерства обороны США.Интерфейс графических устройств управляет выводом изображений на
мониторе и принтерах; предоставляет драйверы устройств для вывода графики.Модуль Win32 управляет системными вызовами.Системные службы предоставляют интерфейс к исполняющей системе;
получают системные вызовы Windows ХР и для их выполнения вызывают другие части
исполняющейся системы.Вне ядра находятся пользовательские программы и подсистема окружения.
Изначально существовали три подсистемы окружения: Win32 (для программ Windows NT,
Windows 2000, Windows ХР и Windows 95/98/ME), POSIX (для переносимых программ
UNIX) и OS/2 (для переносимых программ OS/2). Из них на данный момент
поддерживается только подсистема Win32.В ОС Windows ХР имеются все необходимые сведения о самой операционной
системе и компьютере, на котором она установлена. Центр справки и поддержки позволяет
быстро получить:•	понятные инструкции по выполнению конкретных действий;•	исчерпывающие статьи на интересующие темы;•	советы по устранению неполадок.При установке на жесткий диск ОС Windows создаётся много различных папок.
Далее приводятся некоторые из них.Системные папки ОС WindowsПапкаЧто хранитAll UsersРабочий стол и Главное меню, которые используются всеми
пользователями ПК.Application DataРазличные дополнительные программные надстройки, которые
создаются самими же программами. Чаще всего здесь хранятся лишь
части программ фирмы Microsoft.Apploglog-файлы приложений. Windows создаёт их автоматически при
каждом запуске приложений. Здесь находятся описания того, как
работали программы, что они запускали, какие ошибки делали.ConfigФайлы конфигурации оборудования ПК. Настраиваются
конфигурации в панели управления в настройках Система.CatrootКаталоги безопасности Windows, сжатые в архив.CookiesСпециальные файлы, которые отражают деятельность пользователя в
Internet.CursorsКурсоры для мыши.FontsШрифты.HelpФайлы справки Windows и её встроенных приложений.HistoryЖурнал ранее просмотренных ссылок в Internet.Infinf-файлы, которые содержат параметры установки устройств в
Windows.MediaЗвуковые файлы Windows.RecentЯрлыки для пятнадцати документов, открывавшихся в последнее
время. Её содержимое — основа для меню Документы.ShellNewДополнение к меню Создать, с помощью которого можно создавать
документы, папки, ярлыки и др.
SysbckupРезервные копии файлов, необходимых Windows.SystemДрайверы, программное ядро Windows, различные части приложений
(dll библиотеки), части Панели управления (cpl. файлы) и др.System32Дополнение к папке System, содержит в основном драйверы.TempМесто для хранения tmp-файлов (временные файлы, которые
создаются приложениями во время работы).Twain 32Некоторые элементы TWAIN.WebWeb-страницы.2007 г. Windows Vista. Многие существенные изменения в ОС Windows Vista не
затрагивают собственно ядро системы, а касаются усовершенствований оболочки
(например интегрированный поиск на рабочем столе), работы в сети (например новый стек
протоколов и двусторонний брандмауэр) и графической модели нового поколения (Aero™
Glass, платформа Windows® Presentation Foundation, диспетчер окон рабочего стола и
новая модель графических драйверов).ОС Windows Vista содержит множество усовершенствований в области процессов
и потоков, включая использование счетчика циклов центрального процессора для более
равномерного выделения ресурсов, а также новую службу Multimedia Class Scheduler
Service (MMCSS), способствующую безошибочному воспроизведению содержимого
мультимедийными приложениями. Все версии ОС Windows NT® до Windows Vista
включительно выполняют подпрограммы прерывания интервального таймера примерно
каждые 10 или 15 мс, в зависимости от аппаратной платформы. Подсчет времени на основе
интервалов может подходить средствам диагностики, сообщающим загрузку ЦП
процессами и потоками.Windows Vista — это полноценная 64-битная система. Релизы 64-битной и 32-
битной Windows Vista поступят в продажу одновременно. Обе версии имеют одинаковую
фу нкционал ьность.В Windows Vista появилась новая технология, которая называется SuperFetch
(“СуперВыборка”). SuperFetch определяет, какие приложения и компоненты системы
наиболее часто используются пользователем и выполняет предзагрузку этих программ в
оперативную память. Алгоритм, заложенный в основу SuperFetch, позволяет определить не
только то, как часто пользователь открывает определенные файлы, но и в какое время он
чаще всего использует то или иное приложение. Технология SuperFetch достаточно
интеллектуальна и для того чтобы определить приоритет программ в реальном времени.
Так, например, она не даст программам, выполняющимся в фоновом режиме (например,
антивирусу) приоритет выше, чем тем, которые активно используются в данный момент
пользователем. Благодаря этому практически исключено притормаживание компьютера
при выполнении системой ресурсоемких фоновых задач.Основа ядра в Windows Vista та же, что и в Windows 2000 и ХР, но серьезным
изменениям подверглось обеспечение защищенности ядра. Некоторые операционные
системы могут быть запущены в защищенном режиме.2009 г. Windows 7 — операционная система семейства Windows NT, следующая за
Windows Vista.й В линейке Windows NT система носит номер версии 6.1 (Wndows 2000 — 5.0, Windows
ХР — 5.1, Windows Server 2003 — 5.2, Wndows Vista и Windows Server 2008 — 6.0).В ОС Windows 7, по сравнению с Windows Vista, были внесены существенные
изменения, позволившие повысить скорость загрузки и производительность операционной
системы, ее защищенность и стабильность, а также снизить энергопотребление. Windows 7
содержит новые средства устранения неполадок, восстановления процессов, диагностики
зависаний сети без уведомления пользователя.89
2.2.	Общие характеристики ОС семейства Windows1.	62-разрядная архитектураWindows полностью обеспечивает работу 32-разрядных программ; 16-разрядные
программы также успешно функционируют, но они не могут задействовать все ресурсы
системы. 32-разрядные программы занимают больше оперативной дисковой памяти, чем
16-разрядные, но это компенсируется увеличением скорости работы и удешевлением всех
видов памяти.2.	Многозадачность и многопоточностьWindows является многозадачной, т.е. способна “одновременно” выполнять
несколько программ. Один микропроцессор может выполнять инструкции только одной
программы, но операционная система настолько быстро реагирует на потребности той или
иной программы, что создается впечатление одновременности их работы.
Многозадачность может быть кооперативной и вытесняющей.Кооперативная многозадачность. Операционная система не занимается
распределением процессорного времени. Активная программа самостоятельно решает,
отдавать ли процессор другой программе на момент обращения к системе за какой-либо
услугой (ввод/вывод на внешнее устройство и т.п.). Фоновым задачам выделяется
процессорное время при простое приоритетной задачи. Кооперативная многозадачность
реализована в среде Windows 3.1.Вытесняющая многозадачность. Распределением процессорного времени между
программами занимается операционная система. Каждой задаче выделяется
фиксированный квант времени процессора, по истечении которого система вновь получает
управление. Если задача обращается к операционной системе до истечения ее кванта
времени, — это также служит причиной переключения задач. Такой режим
многозадачности Windows 95 реализует для 16-разрядных программ DOS и 32-разрядных
приложений.Многопоточность операционной системы означает, что работающие программы
(процессы) могут разделяться на несколько частей, самостоятельно претендующих на
процессорное время.3.	Графический пользовательский интерфейс13Интерфейс — совокупность средств и правил, которые обеспечивают взаимодействие
устройств, программ и человека.Пользовательский интерфейс обеспечивает взаимодействие пользователя с
персональным компьютером.Символьный интерфейс используется обычно при работе видеосистемы в
текстовом режиме, когда информация выводится на экран монитора посимвольно.й До появления Windows все операционные системы предоставляли пользователю
символьный интерфейс. Он достаточно экономичен по потреблению ресурсов и способен
обеспечить вполне комфортную работу пользователя.Графический интерфейс предполагает, что видеосистема может работать в
графическом режиме, т. е. выводить на экран монитора информацию поточечно.
Графический интерфейс по сравнению с символьным воспринимается как более понятный
и интуитивно ясный.При разработке Windows использовались графические средства: рисунки,
специальные значки, цветовое оформление, разнообразные начертания шрифтов, дизайн
экрана и др. «Дружественный» по отношению к человеку интерфейс не требует
специальных программистских знаний. Графический интерфейс Windows позволяет более
оперативно задавать команды операционной системе, запускать программы, выбирать
файлы и параметры, указывая на соответствующие значки, кнопки, пункты меню,
элементы списка, флажки и др. Принятая концепция графического пользовательского90
интерфейса характерна для всех программных продуктов под Windows, что обеспечивает
комфортную среду работы пользователя.▲	По реализации интерфейса пользователя операционные системы разделяются на
графические и неграфические. В неграфических ОС реализован интерфейс командной строки.▲	Работа в графической ОС основана на взаимодействии активных (указатель мыши) и
пассивных графических элементов управления (кнопки, флажки, переключатели, списки и т.п.).4.	Подключение периферийных устройств по технологии Plug and PlayВ среде Windows система самостоятельно создает и изменяет файлы
конфигурации, распознает конкретное техническое устройство и производит его
автонастройку. Это технология Plug and Play — “включай и работай”. Дополнительные
устройства подключаются специальными программами-мастерами. Если устройство не
поддерживает эту технологию, программы-мастера запрашивают дополнительную
информацию в удобной для пользователя форме, что заметно упрощает процесс
подключения.5.	Использование виртуальной памятиПроблема нехватки оперативной памяти решается в среде Windows с помощью
виртуальной (реально не существующей) памяти, которая представляет расширение
адресного пространства задачи, полученное за счет использования части внешней памяти.
По умолчанию задан автоматический вариант настройки. Windows самостоятельно
выбирает размер виртуальной памяти в зависимости от реальной потребности текущей
задачи.Часть виртуального пространства, выделяемого для решения задачи, всегда
находится в оперативной памяти. Остальная часть располагается на дисковой памяти. Если
оперативной памяти не хватает для работы текущего приложения, то приложение (или его
часть), которое не использует в данный момент микропроцессор, выгружается
(вытесняется) из оперативной памяти на диск. На освободившееся место загружается
(подкачивается) необходимый фрагмент активного приложения. Таким образом,
программы циркулируют между диском и оперативной памятью. Поддержка виртуальной
памяти позволяет открыть большое количество приложений одновременно, но выгрузка на
диск и загрузка с диска снижают производительность компьютера.0 Файл подкачки — файл на жестком диске, используемый для организации
виртуальной памяти. Объем файла подкачки может в несколько раз превышать объем
оперативной памяти.6.	Совместимость с ранее созданными программными продуктами.0 Программная совместимость — способность операционной системы исполнять
программные продукты, созданные в другой операционной системе.В большинстве случаев Windows обеспечивает совместимость не только для
программ ранних версий, но и для программ, созданных в среде MS DOS.7.	Наличие сетевых программных средств для организации•	передачи данных между двумя соединенными кабелями компьютерами;•	электронной почты в локальной и глобальной сети;•	факсимильной передачи;•	обмена файлами с удаленным компьютером.8.	Наличие средств мультимедиаWindows обеспечивает интерактивную работу с высококачественным звуком и
видео при помощи специальных аппаратных и программных средств; звуковая плата
преобразует звук в компьютерную форму и обратно; видеоплата преобразует
видеоинформацию в компьютерную форму и обратно.А Назначение стандартных приложений ОС Windows:Paint — для создания, редактирования и просмотра растровых изображений.WordPad — для создания и редактирования текстовых документов.Проводник — для отображения файлов и папок.91
2.3. Оконный интерфейс WindowsГрафический интерфейс Windows разработан на основе принципа WYSIWYG
(What You See Is What You Get — что видишь, то и получишь). Это означает, что
изображение документа на экране при его просмотре и редактировании и изображение
документа на бумаге при его распечатке практически не отличаются.Основу графического интерфейса Windows пользователя составляет хорошо
организованная система окон и других графических объектов.0 Окно — обрамленная прямоугольная область на экране монитора, в которой
отображаются приложение, документ, сообщение.Окно активное (текущее), если с ним в данный момент работает пользователь.й Окно справочной системы является разновидностью диалогового окна с
дополнительной возможностью использования гиперссылок для быстрого перехода к различным
разделам справки.Общая концепция Windows состоит в максимальной стандартизации всех
элементарных приемов работы; структура окон максимально унифицирована и
пользовательский интерфейс очень однообразен.Стандартные элементы окон приложения и документа•	заголовок окна приложения отображает название приложения;•	кнопка системного меню вызывает команды изменения размеров окна
и его перемещения•	управляющее (основное) меню содержит имена ниспадающих меню;•	ниспадающее меню содержит группы команд, объединенных по
функциональному назначению;•	кнопки Свернуть, Развернуть (Восстановить) и Закрыть; дублируют
команды системного меню и служат для ускорения их вызова;•	панели инструментов представляют собой линейки кнопок для быстрого
выбора наиболее часто используемых команд;•	заголовок окна документа отображает название документа, совпадающее с
именем файла;•	кнопка системного меню и кнопки Свернуть, Развернуть
(Восстановить) и Закрыть имеют то же значение, что и в окне приложения.•	строка состояния содержит информацию о режимах работы приложения.
Окно документа всегда встроено в окно приложения. По своей структуре оно напоминает
окно приложения, но существенно проще.•	рабочее поле, где располагаются создаваемые в этом приложении
документы;•	вертикальные и горизонтальные линейки прокрутки появляются в
документах, занимающих места больше, чем площадь рабочего поля, и служат для
просмотра документа по вертикали и горизонтали;Если в данном приложении открыто несколько окон документов, то пользователь
может работать в одном из этих окон. Это окно называется активным, его заголовок
выделяется цветом. Остальные окна — пассивные.Окно диалога служит для настройки параметров операционной системы или
приложения; выводит необходимые в процессе работы сообщения.▲	Набор элементов управления окна диалога•	вкладки имеют вид окна диалога; расположены одна под другой, так что
видны только их ярлычки;•	командные кнопки служат для выполнения написанных на них команд (OK,
ОТМЕНА, . . .);92
•	переключатели предназначены для выбора одного из нескольких возможных
вариантов; выбранный вариант отмечается точкой внутри круга;•	флажки предназначены для включения/выключения режима; включенный
режим отмечается галочкой внутри квадрата;•	поле списка служит для выбора одного варианта из предлагаемого перечня;•	поле ввода служит для ввода текста или числовых данных;•	счетчик служит для ввода числовых значений.3	ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННАЯ МЕТОДОЛОГИЯ3.1	Основные понятияй Алан Кэй — американский ученый в области информатики, лауреат премии Тьюринга
2003 г. за работу над объектно-ориентированным программированием, изобретатель первой в
мире клиент-серверной системы, лазерного принтера, технологии Ethernet и графического
многооконного интерфейса, автор идеи ноутбука.Современная технология разработки программных продуктов базируется на
концепции объектно-ориентированного программирования, в которой выдерживается
единый подход к данным и программам. В основе лежит понятие объекта, который
объединяет в себе алгоритмы и данные, обрабатываемые этими алгоритмами.0 Объект — это совокупность свойств, методов их обработки и событий, на
которые данный объект может реагировать и которые, как правило, приводят к изменению
свойств объекта.0Свойство — характеристика объекта, его параметр.0Метод — программа действий над объектом или его свойствами.0 Событие — изменение состояния объекта.Пользователю предоставляется возможность при работе в интерактивном режиме
применять наглядные графические инструменты и различные подсказки.▲	Объектно-ориентированный подход базируется на объектной модели,
включающей основные элементы:Абстрагирование — выделение существенных характеристик объекта или
процесса.Инкапсуляция — процесс отделения друг от друга отдельных элементов объекта,
определяющих его устройство и поведение; данные и процедуры объекта скрываются от
внешнего пользователя.Модульность — свойство системы, связанное с возможностью ее декомпозиции
на ряд внутренне связанных, но слабо связанных между собой модулей.Иерархия — это ранжированная или упорядоченная система абстракций,
разделение их по уровням.▲	Декомпозиция сложных систем оперирует понятиями:Объект — это абстракция множества предметов реального мира, обладающих
общими характеристиками и законами поведения. Основной характеристикой объекта
является состав его атрибутов (свойств). Атрибут — это специальные признаки,
посредством которых можно задать правила описания свойств объектов.Экземпляр объекта — это конкретный элемент данного множества.Например, лицевой счет клиента банка — объект, конкретный номер счета —
экземпляр объекта.Класс — это множество предметов реального мира, связанных общностью
структуры и поведением.Экземпляр класса — это конкретный элемент данного множества.Объектно-ориентированное программирование определяет новое понимание
процесса вычисления, структурирования информации внутри компьютера.93
▲	Характеристики объектно-ориентированного программирования (АланКэй):•	все в компьютерном мире является объектами;•	вычисление в компьютере — это обмен данными между объектами. Объекты
взаимодействуют, посылая и получая сообщения — запрос на выполнение действия;•	каждый объект имеет независимую память;•	память объекта состоит из других объектов;•	каждый объект является представителем класса;•	каждый класс выражает свойства принадлежащих ему объектов;•	в классе задается поведение объекта, поэтому все объекты, принадлежащие к
данному классу, могут выполнять одинаковые действия;•	все классы образуют структуру, отражающую иерархию наследования.
Память и поведение, связанное с экземплярами определенного класса, могут
использоваться любым классом, расположенным ниже в иерархической структуре.0Полиморфизм — способность объекта принадлежать более чем одному типу.0Наследование — возможность определения новых классов на основе существующих
с возможностью добавления и переопределения данных и методов.Класс, от которого произошло наследование, называется базовым или
родительским. Классы, которые произошли от базового, называются потомками,
наследниками или производными классами.Операционная система Windows создана на базе объектно-ориентированной
методологии программирования.▲	Основные понятия рабочей среды: объект, его свойства и действия, которые объект
может выполнять в зависимости от запроса.В объектно-ориентированной среде с любым объектом сопоставлена определенная
совокупность действий.Последовательность действий в среде Windows:•	выбрать объект (щелкнуть левой кнопкой мыши по изображению этого
объекта на экране);•	выбрать необходимое действие, которое объект может выполнить;•	выполнить действие, выбрав соответствующую команду.
Объектно-ориентированная технология Windows предоставляет возможностьпользователю создавать документы, фрагменты которых подготовлены в разных средах.й В текстовом редакторе можно формировать документ, который включает рисунки,
созданные в графическом редакторе, а также таблицы, подготовленные в табличном процессоре.3.2	Объекты файловой системы0 Файл — это логически связанная совокупность данных или программ, для
размещения которой во внешней памяти выделяется именованная область.Файловая система обеспечивает:•	возможность доступа к конкретному файлу;•	поиск свободного места при записи нового файла;•	определение схемы записи информации, содержащейся в файлах, на
физический диск.Файлы на диске записываются в свободные кластеры, поэтому фрагменты одного
и того же файла могут находиться в разных местах диска. Производительность системы
выше, если фрагменты файла занимают подряд идущие кластеры.В среде Windows любой файл воспринимается как объект, имеющий уникальное
имя. Рекомендуется давать файлу такое имя, которое отражает суть хранящейся в нем
информации. В среде Windows имя может быть длиной до 255 символов и состоять из
цифр, букв русского и латинского алфавитов, различных символов, включая точку. Над94
файлом можно выполнить определенный набор действий, с которым можно
познакомиться, вызвав контекстное меню.3.3	Объекты пользовательского уровняПрограммные продукты, предназначенные для работы пользователя: пакет
прикладных программ, комплекс прикладных программ, прикладные программы.
Разработчики Windows ввели еще один синоним — приложение (application) или Windows-
приложение.13 Приложение — комплекс взаимосвязанных программ для создания, модификации и
управления объектами определенного типа.й Приложение Текстовый процессор Word состоит из комплекса взаимосвязанных
файлов. Главный файл запуска содержит уникальный значок — логотип данной среды.Объекты, создаваемые в среде приложения: тексты, таблицы, рисунки, звуки. В
среде Windows такие объекты называются документами. Тип файла может задаваться
самим приложением по умолчанию. Большинство приложений предлагают пользователю
несколько вариантов типа документа. Документы одного типа имеют один и тот же значок,
с помощью которого можно легко отличать одни документы от других и узнать
приложение, обрабатывающее данный документ по умолчанию.Термин «задача» тесно связан с термином «приложение». Приложение становится
задачей после его запуска. Приложение можно запустить открыв файл запуска, либо
открыв документ, созданный в этом приложении. Список задач можно получить,
одновременно нажав клавиши <Ctrl><Alt><Del>. Приложения могут запускаться по
инициативе пользователя и по инициативе Windows.El Задача — приложение, работающее в текущем сеансе и потребляющее ресурсы
компьютера: оперативную память, процессорное время, доступ к внешним устройствам.3.4	Понятие технологии OLEПоявление технологии OLE обусловлено необходимостью формирования
документов из данных разного типа. Основное достоинство технологии OLE состоит в
том, что она не имеет ограничений и позволяет организовать передачу данных
практически между любыми приложениями.й Аббревиатура OLE означает Object Linking and Embedding переводится как связывание
и внедрение объекта.Технологию OLE полностью поддерживают Windows-приложения, которые
предназначены для разработки составных документов. Одни приложения можно
использовать только в качестве приемника, другие — только в качестве источника, третьи
могут выступать в той и в другой роли.Технология OLE дает пользователю возможность редактировать вставленный в
составной документ объект средствами, которые предоставляет приложение-источник.Варианты обмена данными1.	Внедрение объекта. В документ-приемник вставляется сам объект. Для
отображения на экране или распечатки документа не используются средства приложения-
источника. При переносе составного документа на другой компьютер OLE-объект будет
отображаться нормально, даже если на этом компьютере нет соответствующего
приложения-источника. Однако OLE-объект сохраняет связь с приложением-источником,
которая позволяет обеспечить его редактирование внутри составного документа.2.	Связывание объекта. В документ-приемник помещается не сам объект, а лишь
ссылка на документ-источник. В этом случае OLE-объект будет связан не с приложением-
источником, а с документом-источником, в котором находится этот объект. Эта связь95
позволяет изменить представление объекта в документе-приемнике, как только этот
объект будет изменен в документе-источнике.Если один и тот же объект внедряется в несколько документов, то создаются его
независимые копии (изменение одной копии не влияет на остальные).Технологией связывания объекта целесообразно пользоваться в следующихслучаях:•	объект вставляется в несколько разных документов, и необходимо, чтобы
любые изменения этого объекта отражались в этих документах;•	объект занимает слишком много места и затрудняет работу с составным
документом;•	при недостатке внешней памяти.	3.5 Обмен данными в среде Windows	0Обмен данными — это передача информации от одного объекта к другому; процесс
ввода/вывода данных между оперативной памятью и периферийными устройствами.В результате этого процесса объекты могут изменяться и могут создаваться новые
объекты.При создании документа часто возникает необходимость вставить в него фрагмент
из документов, созданных в других программных средах. Такой фрагмент по отношению к
документу, в который он вставляется, может иметь иной тип данных.Операционная система Windows поддерживает механизмы обмена, с помощью
которых любое приложение может включать в свои документы любые данные. Эту
универсальность обеспечивает технология OLE.Документ, содержащий разнотипные данные, получил название составного или
интегрированного документа. В составном документе можно выделить главную часть,
которая создавалась в одном приложении, и куда вставлялись объекты из других
приложений. Составной документ вызывается из приложения, где создавалась его главная
часть.0 Источник (сервер) — приложение, откуда производится вставка фрагмента в
составной документ.0 Приемник (клиент, адресат) — приложение, где находится главная часть
составного документа, и куда вставляются объекты из других приложений (источников).Во многих приложениях обмен данными может быть выполнен путем
перетаскивания с помощью мыши (реализация операций копирования и перемещения),
если источник находится недалеко от приемника.Копирование осуществляется аналогично перемещению при одновременно
нажатой клавише <Ctrl>. При этом перемещаемый объект будет обозначен дополнительно
знаком "плюс".0Буфер обмена — часть виртуальной памяти, которая служит неким перевалочным
пунктом при обмене данными; обслуживается операционной системой.При небольших объемах передаваемых данных для буфера обмена выделяется
часть оперативной памяти.▲	Буфер обмена используют при:•	создании и редактировании простого или составного документа;•	перемещении или копировании объектов файловой системы;•	сохранении в файле выделенного фрагмента документа.Свойства буфера обмена•	объект, помещенный в буфер обмена, хранится до тех пор, пока не будет
помещен в него новый объект;•	буфер обмена доступен из любого приложения;•	буфер обмена очищается при перезагрузке операционной системы;•	объект в буфере обмена хранится в формате, определяемом источником;96
•	при вставке объекта в составной документ, предоставляется возможность его
преобразования в другой формат.Объект вставляется в составной документ как OLE-объект, сохраняющий связь с
приложением-источником. Его можно редактировать непосредственно в составном
документе, вызвав приложение-источник.й По технологии OLE 2.0 вызывается не само приложение-источник, а лишь
необходимые инструменты редактирования.Для изменения способа вставки объекта из буфера обмена, нужно использовать
команду специальная вставка.Вопросы для самоконтроля1.	Какие рыночные требования предъявляются к современным ОС?2.	Что предусматривает изоляция процессора?3.	Назовите типы совместимости.4.	Какие уровни безопасности описаны в Оранжевой Книге?5.	Что такое файловая система?6.	Для чего предназначена система прерываний?7.	Дайте общую характеристику Windows.8.	Что составляет оконный интерфейс Windows?9.	Чем отличается многозадачность от многопоточности?10.	Что входит в пользовательский графический интерфейс?11.	Для чего нужна виртуальная память?12.	Какова сущность объектно-ориентированной технологии?13.	Как вы понимаете технологию OLE?14.	Какими свойствами обладает буфер обмена?97
Модуль 5ПРЕДСТАВЛЕНИЕ, КОДИРОВАНИЕ, КОНТРОЛЬ
ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ	1	СПОСОБЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ И МЕТОДЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ ПО КАНАЛАМ СВЯЗИ	991.1	Представление информации физическими сигналами	991.2	Методы передачи информации	991.3	Базовые понятия теории информации	1001.4	Каналы связи	1011.5	Передача информации по каналам связи	1031.6	Коммутация в сетях	1052	КОДИРОВАНИЕ И КОНТРОЛЬ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ	1072	1 Основные понятия	1072.2	Классификация двоичных кодов	1082.3	Характеристики кодов	1092.4	Методы кодирования информации	1092.5	Контроль передачи информации. Помехоустойчивое кодирование	1103	СЖАТИЕ ИНФОРМАЦИИ	1153.1	Блочное кодирование	1163.2	Простейшие алгоритмы сжатия информации	1163.3	Особенности программ-архиваторов	1193.4	Сжатие информации с потерями	119Вопросы для самоконтроля	120ПОСЛЕ ИЗУЧЕНИЯ МОДУЛЯ ВЫ ДОЛЖНЫ ЗНАТЬ:>	Потенциальный и импульсный способы физического представления информации.>	Сущность последовательного и параллельного кодов.>	Сущность синхронной и асинхронной передачи.>	Базовые понятия теории информации.>	Чем определяются технические характеристики канала связи.>	Что влияет на эффективность канала связи.>	Чем отличаются дискретные каналы от непрерывных.>	Какие существуют типы каналов в зависимости от направления передачи данных.>	Типы помех в каналах связи.>	В каких единицах измеряется скорость передачи информации.>	В чем заключается процедура коммутации каналов.>	Как осуществляется контроль передачи информации.>	Основные характеристики кодов.>	Методы кодирования информации.>	Способы помехоустойчивого кодирования.>	Какие существуют алгоритмы сжатия информации.>	В каких случаях применяются алгоритмы сжатия информации с потерями.РЕЗУЛЬТАТ:>	Получение представления о методах кодирования данных и контроля их передачи.>	Формирование начальной профессиональной базы для успешного овладения такими
дисциплинами как «Организация ЭВМ и систем», «Программная и аппаратная поддержка
вычислительных систем».>	Пополнение профессионального словарного запаса.98
1	СПОСОБЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ И МЕТОДЫ ПЕРЕДАЧИ
ИНФОРМАЦИИ ПО КАНАЛАМ СВЯЗИ1.1 Представление информации физическими сигналамиТак как информация представляется в двоичном алфавите, то физическими
аналогами знаков 0 и 1 служат сигналы, способные принимать два хорошо различимых
значения. Например, напряжение высокого и низкого уровней, отсутствие и наличие
электрического импульса, и т.п.В схемах цифровых устройств сигналы изменяются в дискретные моменты
времени (0, 1, 2,...,).0 Такт — временной интервал между двумя соседними моментами дискретноговремени.Специальный блок вырабатывает синхронизирующие сигналы, которые отмечают
моменты дискретного времени (границы тактов).Приметают потенциальный и импульсный способы физического представления
информации.Потенциальный способ. Двум значениям переменной 1 и 0 соответствуют разные
уровни напряжения — потенциальный код. Потенциальный сигнал сохраняет постоянный
уровень в течение такта; его значение в переходные моменты не является определенным.Импульсный способ. Двум значениям двоичной переменной 1 и 0 соответствует
наличие и отсутствие электрического импульса либо разнополярные импульсы —
импульсный код.й Общие характеристики импульсного и потенциального сигналов: амплитуда Um,
продолжительность импульса по основанию tocH, длительность фронта 1фр, длительность среза
tcp. Потенциальный сигнал характеризуется, кроме того, разностью Uc верхнего и нижнего уровней
напряжения. Понятия фронта и среза у потенциального сигнала связаны с процессом перехода от
нижнего к верхнему и от верхнего к нижнему уровню напряжений соответственно.По типам используемых сигналов для представления информации схемы
цифровых устройств делятся на импульсные, потенциальные и импульсно-потенциальные.Последовательный код. Каждый временной такт предназначен для отображения
одного разряда кода слова. Все разряды слова фиксируются по очереди одним и тем же
элементом и проходят через одну линию передачи информации.Параллельный код. Все разряды кода слова представляются в одном временном
такте, фиксируются отдельными элементами и проходят через отдельные линии. Каждая
линия служит для передачи только одного разряда слова. Таким образом, код слова
развертывается не во времени, а в пространстве, так как значения всех разрядов слова
передаются по нескольким линиям одновременно.й В некоторых устройствах применяют последовательно-параллельный код, при
котором слова разбиваются на части (слоги) и передача производится последовательно слог за
слогом. При этом каждый слог представляется параллельным кодом.1.2	Методы передачи информацииПередача данных в канале связи может быть асинхронной и синхронной. При
асинхронной передаче символы передаются в свободном темпе независимо друг от друга.
Каждый символ передается со своими сигналами "Старт" и "Стоп", указывающими на
начало и конец передачи символа. При синхронной передаче блок символов передается
непрерывно в принудительном темпе. Синхронизация передающего и принимающего
устройств достигается посылкой специальных кодовых комбинаций перед каждым блоком
данных.99
й Асинхронная передача позволяет передавать информацию с устройств, которые
выдают ее асинхронно во времени (например, клавиатура). Однако скорость передачи информации
при асинхронном методе низка, так как велика ее избыточность из-за большого числа служебных
сигналов. Синхронный метод обеспечивает большую скорость передачи данных из-за меньшей
избыточности информации, но требует более сложной аппаратуры.Синхронная передача. Передающее устройство устанавливает одно из двух
возможных состояний сигнала (0 или 1) и поддерживает его в течение определенного
времени, по истечении которого состояние сигнала на передающей стороне может быть
изменено. Время передачи сигнала складывается из времени распространения сигнала по
линии и времени распознавания и фиксации сигнала в регистре приемного устройства.
Пусть Т — максимальное время передачи сигнала с учетом наихудших условий. Тогда для
синхронной передачи информации должно выполняться условие т > Т, где т — период, в
течении которого передатчик поддерживает состояние сигнала.Асинхронная передача. Передающее устройство устанавливает соответствующее
передаваемому коду состояние сигнала на линии. Принимающее устройство после приема
сигнала информирует об этом передатчик, изменяя состояние сигнала на линии.
Передающее устройство, получив сигнал о приеме, снимает передаваемый сигнал. Таким
образом, период т, является переменным и зависит от характеристик конкретной линии
связи и устройств, участвующих в передаче.Пусть t — время передачи нового состояния сигнала в один конец линии связи.
Тогда при асинхронной передаче должно выполняться условие т > 2t. Обычно время 2t
значительно меньше времени Т, которое выбирается, исходя из максимально возможных
расстояний между устройствами. При передаче параллельного кода по параллельным
линиям сигналы поступают в приемное устройство в разное время из-за разброса
параметров цепей, формирующих сигналы, и линий интерфейса. Максимальный разброс
времени передачи АТ=мах{| t;-tj|}Передача со стробированием (синхронная передача). Информация передается по
линиям JIi, ...,JIn в интервале времени, когда сигнал на линии Ло соответствует 1. При
нулевом сигнале на линии Ло сигналы на шинах Л1, ...,ЛП не имеют смысла. Для
гарантированной передачи данных по линиям Л1,..., Лп передаваемый код устанавливается
как минимум на время АТ раньше, чем появляется единичный сигнал на линии Ло. Снятие
передаваемого кода с линий Л 1, ..., Лп может закончиться на время АТ позже времени
установления нулевого состояния на линии Ло.Передача с квитированием (асинхронная передача). Сигнал на линии Ло
сигнализирует приемнику, что передатчик подготовил передаваемую информацию на
линиях Л1 ..., Лп. Сигнал на линии Лп+1 сигнализирует передатчику, что приемник принял
передаваемую информацию. Приняв сигнал по линии Лп+1, передатчик снимает
информацию с линий Л1, ..., Лп и гасит сигнал на линии Ло. Отсутствие сигнала на линии Ло
сигнализирует приемнику об окончании передачи данных. После этого приемник гасит
сигнал на линии Лп+1. Отсутствие сигнала на линии Лп+1 сигнализирует передатчику о
готовности приемника к приему следующей порции данных.Передача с квитированием используется, когда приемное устройство не всегда
готово к приему информации (занято выполнением других операций). Передача со
стробированием используется главным образом для пересылок информации внутри
устройства, например, между регистрами.	1.3 Базовые понятия теории информации	▲	Теория информации рассматривается как существенная часть кибернетики.0 Кибернетика — это наука об общих законах получения, хранения, передачи и
переработки информации.100
Й Родоначальниками кибернетики (датой ее рождения считается 1948 год, год
соответствующей публикации) считаются американские ученые Норберт Винер (он — прежде
всего) и Клод Шеннон (он же основоположник теории информации).Теория информации тесно связана с такими разделами математики как теория
вероятностей и математическая статистика, а также прикладная алгебра, которые
предоставляют для нее математический фундамент. С другой стороны теория информации
исторически и практически представляет собой математический фундамент теории связи.
Часто теорию информации вообще рассматривают как одну из ветвей теории вероятностей
или как часть теории связи. Таким образом, предмет "Теория информации" весьма узок,
т.к. зажат между "чистой" математикой и прикладными (техническими) аспектами теории
связи.Теория информации представляет собой математическую теорию, посвященную
измерению информации, ее потока, "размеров" канала связи и т.п., особенно
применительно к радио, телеграфии, телевидению и к другим средствам связи.
Первоначально теория была посвящена каналу связи, определяемому длиной волны и
частотой, реализация которого была связана с колебаниями воздуха или
электромагнитным излучением. Обычно соответствующий процесс был непрерывным, но
мог быть и дискретным, когда информация кодировалась, а затем декодировалась. Кроме
того, теория информации изучает методы построения кодов.0 Информация — нематериальная сущность, при помощи которой с любой
точностью можно описывать реальные (материальные), виртуальные (возможные) и
понятийные сущности. Информация — противоположность неопределенности.0 Канал связи — это среда передачи информации, которая характеризуется в первую
очередь максимально возможной для нее скоростью передачи данных (емкостью канала связи).0 Шум — это помехи в канале связи при передаче информации.0 Кодирование — преобразование дискретной информации одним из следующих
способов: шифрование, сжатие, защита от шума.▲	Скорость передачи данных в канале связи без шума может быть не меньше, чем
максимальная частота волновых процессов, допустимая в этом канале.▲	При предельной частоте, равной 1000Гц, можно обеспечить скорость передачи данных
не меньше 1Кбод.Й Примеры каналов связи и связанных с ними предельных частот: телеграф - 140Гц,
телефон - до 3.1КГц, короткие волны (10-100м) - З-ЗОМГц, УКВ (1-10м) - ЗО-ЗООМГц, спутник
(сантиметровые волны) - до ЗОГГц, оптический (инфракрасный диапазон) - 0.15-400ТГц, оптический
(видимый свет) - 400-700ТГц, оптический (ультрафиолетовый диапазон) - 0.7-1.75ПГц.Рис. 1 Передача информации по каналу связи1.4	Каналы связи0 Канал связи — совокупность средств, обеспечивающих передачу сигналов;
физическая среда и аппаратурные средства, осуществляющие передачу информации от одного
узла коммутации к другому либо к абоненту связи.0 Физическая среда — пространство или материал, обеспечивающие
распространение сигналов (проводная воздушная или кабельная линия, скрученная пара
проводов, коаксиальный кабель, стекловолоконная линия, эфир).101
Й По телеграфным каналам информация передается в дискретной форме, что
облегчает их сопряжение с ЭВМ. По телефонным каналам информация передается в аналоговой
форме, что усложняет сопряжение этих каналов с ЭВМ.0 Канал информационный — это совокупность устройств, объединенных линиями
связи, предназначенных для передачи информации от источника информации (начального
устройства канала) до ее приемника (конечного устройства канала).Технические характеристики канала определяются принципом действия
входящих в него устройств, видом сигнала, свойствами и составом физической среды, в
которой распространяются сигналы, свойствами применяемого кода.Эффективность канала характеризуется скоростью и достоверностью передачи
информации, надежностью работы устройств и задержкой сигнала во времени.0 Задержка сигнала во времени — это интервал времени от отправки сигнала
передатчиком до его приема приемником.Математически канал задается множеством допустимых сообщений на входе,
множеством допустимых сообщений на выходе и набором условных вероятностейHvJ-r) получения сигнала У на выходе при входном сигнале . Условные вероятности
описывают статистические свойства "шумов" (или помех), искажающих сигнал в процессепередачи. В случае, когда	= ^при ?* = -^и ^(^/■г‘)=^при УФХ, каналназывается каналом без "шумов ".В соответствии со структурой входных и выходных сигналов выделяют
дискретные и непрерывные каналы. В дискретных каналах сигналы на входе и выходе
представляют собой последовательность символов одного или двух (по одному для входа
и выхода) алфавитов. В непрерывных каналах входной и выходной сигналы представляют
собой функции от непрерывного параметра-времени. В случае смешанных или гибридных
каналов их дискретные и непрерывные компоненты рассматриваются раздельно.0 Канал передачи данных — канал связи, оснащенный аппаратурой для передачи
дискретной информации.▲	По направлениям передачи информации различают каналы:•	симплексные; позволяют передавать данные только в одном направлении;•	полудуплексные; передают данные в обоих направлениях, но не
одновременно;•	дуплексные; позволяют передавать одновременно данные в обоих
направлениях.Й Передача дискретной (двоично-кодированной) информации по аналоговым каналам
связи осуществляется путем модуляции в передающем пункте колебаний несущей частоты.0 Уплотнение каналов связи — статическое разделение канала, при котором
определенные полосы частот (или периоды времени) выделяются в фиксированном порядке для
использования в качестве отдельных каналов.0 Концентрация каналов связи — динамическая процедура распределения меньшего
числа более скоростных выходных каналов между большим числом менее скоростных входных
каналов.0 Коммутация каналов связи — совокупность операций по соединению каналов для
получения сквозного канала, который связывает через узлы коммутации один абонентский
пункт с другим.0 Коммутация сообщений — передача информации с запоминанием в
промежуточных узлах сети передачи данных без установления физического соединения между
пунктами отправления и назначения.Между пунктами устанавливается виртуальное или логическое соединение.
Каждое сообщение снабжается заголовком и передается как единое целое. Поступившее в
узел сообщение запоминается в буфере и когда освобождается соответствующий канал
связи, передается в следующий соседний узел. Сообщение как бы прыгает от узла к узлу,
занимая в каждый момент передачи только канал между соседними узлами.102
1.5 Передача информации по каналам связиРазличные по физической природе сообщения (цифровые данные, речь,
результаты измерений различных физических величин) предварительно должны быть
преобразованы в электрические колебания, сохраняющие все свойства исходных
сообщений. Для экономного использования линии связи и уменьшения влияния помех
передаваемая информация может быть преобразована с помощью кодирующего
устройства.Преобразование включает статистическое помехоустойчивое кодирование. В
результате на выходе кодирующего устройства образуется последовательность, которую
передатчик преобразует в форму, удобную для передачи по линии связи.0	Линия связи — это среда, по которой передаются сигналы от передатчика к
приемнику.На вход приемника попадают сигналы и различные помехи. Приемник выделяет
из смеси сигнала и помех последовательность, которая должна соответствовать
последовательность на выходе кодирующего устройства. Но из-за действия помех и
влияния среды полное соответствие получить невозможно. Полученная
последовательность вводится в декодирующее устройство, которое преобразует ее в
последовательность, соответствующую переданной. Полнота этого соответствие зависит
от корректирующих возможностей кодированной последовательности, уровня сигнала и
помех, свойств кодирующего устройства. После декодирования последовательность
поступает к получателю информации.Пусть передатчик описывается случайной величиной, А' , тогда из-за помех в
канале связи на приемник будет приходить случайная величина, ^ = К 2 где Z —
это случайная величина, описывающая помехи. Можно говорить о количестве
информации, содержащейся в случайной величине, ^ , относительно А . Чем ниже
уровень помех, тем больше информации можно получить из } . При отсутствии помех 1
содержит в себе всю информацию об А .▲	Основным показателем качества передачи является достоверность информации.Достоверность передачи информации характеризуется коэффициентом ошибок:Kom.=NonI./N,где Nom. — количество неверно принятых сообщений; N — общее количество
переданных сообщений.При увеличении N коэффициент ошибок стремится к вероятности ошибки:р = limTV INout.	ОШ.	•iV—»CO1.5.1	Помехи в каналах связиПри передаче по каналу связи информация подвергается воздействию помех.Флуктуационная помеха представляет собой напряжение, метающееся во времени
случайным образом; причина — тепловые шумы линии, элементов аппаратуры: действуют
непрерывно в течении длительного времени.Гармоническая помеха приближенно описывается синусоидальным колебанием;
возникает в самой аппаратуре из-за проникновения в канал различных несущих колебаний;
действует непрерывноИмпульсной помехой называется помеха, пиковое значение которой соизмеримо с
амплитудой полезного сигнала или превышает ее; появляются пачками, по несколько
помех в пачке. Действуют на сигнал в отдельные моменты времени.По типу источников импульсные помехи делятся на:•	естественного происхождения;•	промышленные;103
•	возникающие в аппаратуре.1.5.2Передача информации по каналу без помехПусть через канал связи без помех передается последовательность дискретных
сообщений длительностью Т. Тогда скорость передачи информации по каналу связи будет:lim {I IT) = V[aed / w],T —»ooгде I — количество информации, содержащейся в последовательности сообщений.
Предельное значение скорости передачи информации — пропускная способность канала
связи — определяется выражениемC = v = Hm (/ IT).max	xxxxx \ max	/71 —» oo▲	Скорость передачи информации измеряется в количестве переданных за одну секунду
бит или в бодах (baud): 1бод = 1 бит/сек (bps). Производные единицы для бода такие же, как и для
бита и байта, например, "lOKbaud = 10240baud.▲	Пропускная способность не зависит от скорости передачи информации и выражается
максимальным количеством двоичных единиц информации, которое данный канал связи может
передать за одну секунду.Основное условие согласования источника информации и канала связи: V<=C.
Согласование осуществляется путем кодирования сообщений.Способность канала передавать информацию характеризуется числом —
пропускной способностью или емкостью канала (С-1).Емкость канала без помех:С = limТ— CÖ Ггде ^ — число всех возможных сигналов за время Т.Пример. Пусть алфавит канала без "шумов" состоит из двух символов — 0 и 1,длительность тсекунд каждый. За время '1 успеет пройти 1- = ^7 *" сигналов, всего
возможны 2^ различных сообщений длиной та. В этом случаеС = lim	= 1/ғТ—со *	г бод.На рисунке 1 приведена схема процесса прохождения информации по каналу с
описанными в примере характеристиками.tÜ Ü10 0 0 01 1Ü Ü Ü "Рис. 2 прохождения информации по каналу без помехЗдесь для кодирования 0 используется низкий уровень сигнала, для 1 — высокий.Й В случаях, когда нужно передавать много сплошных нулей или единиц, малейшее
рассогласование синхронизации между приемником и передатчиком приводит тогда к
неисправимым ошибкам. Магнитные носители информации не могут поддерживать длительный
постоянный уровень сигнала.1.5.3	Передача информации по каналу с помехамиПри передаче информации через канал с помехами сообщения искажаются;
количество получаемой информации уменьшается на величину неопределенности,
вносимой помехами:I	= H(i) - Hj(i), где H(i) — энтропия источника сообщений; Hj(i) — энтропия
сообщений на приемной стороне.Выражение для скорости передачи по каналу связи с помехами:104
V' =Ншг_(//Г) = Ншг_((Яг -ЯД/))/Г).Если энтропия источника информации не превышает пропускной способности
канала (Н<=С), то существует код, обеспечивающий передачу информации через канал с
помехами со сколь угодно малой частотой ошибок.Пусть Wc — средняя мощность сигнала; Wm — средняя мощность помех. Тогда
для канала с высоким уровнем шумов (Wm»Wc) максимальная скорость передачи близка
к нулю.1.6	Коммутация в сетяхРаспределением информационных потоков занимается система коммутации,
включающая:•	собственно сеть;•	коммутационные станции и узлы коммутации;•	системы подключения пользователей.Узлы коммутации обеспечивают установление, поддержание и разъединение
соединений между терминалами (телефонный аппарат, компьютер).Непосредственное соединение осуществляется физическим соединением
входящих в узел коммутации каналов с исходящими каналами в соответствии с адресом.1.6.1	Соединение с накоплением информацииСигналы из входящих каналов записываются в ЗУ, а оттуда через определенное
время поступают в исходящие каналы. Если в момент прихода сигнала по входящему
каналу требуемый исходящий канал занят, то возможны два решения:1.	Источник сообщений уведомляется о невозможности установления
соединения в данный момент (это система с отказами); попытки повторяются до
получения положительного результата.2.	Входящее сообщение запоминается и передается в исходящий канал по его
освобождении (это система с ожиданием).В первом случае ЗУ находится в самой системе (децентрализовано), во втором —
в узле коммутации (централизовано).1.6.2	Коммутация каналовУстанавливается физическое соединение между пунктами отправления и
назначения (источником и адресатом) путем образования составного канала из
последовательно соединенных отдельных канальных участков. Пункт отправления
посылает сигнализирующее сообщение, которое, перемещаясь по сети передачи данных от
одного узла коммутации каналов к другому, прокладывает путь от источника к пункту
назначения. Этот путь (составной канал) состоит из физических каналов, имеющих одну и
ту же скорость передачи данных. Из пункта назначения в источник посылается сигнал
обратной связи. Затем из источника передается сообщение по установленному пути с
одновременным использованием всех образующих его каналов. В это время каналы
недоступны для других передач.й Выделенные ресурсы сети находятся в монопольном владении взаимосвязанных
абонентов независимо от использования и освобождаются решением абонента. Таким образом,
абоненты могут вести передачу в любое время независимо от нагрузки, поступающей от других
абонентов, но при этом плохо используются ресурсы сети.1.6.3	Передача в сети с коммутацией каналов•	абонент А посылает по абонентской линии в узел коммутации каналов
заявку на соединение с абонентом В;105
•	аппаратура узла коммутации каналов соединяет абонентские линии А и В,
если абоненты принадлежат одному узлу коммутации каналов, или образует сквозной
канал через несколько промежуточных узлов коммутации каналов;•	абонент В получает сигнал вызова, абонент А — сигнал установления
соединения;•	абоненты обмениваются информацией и подают сигнал отбоя;•	аппаратура узла коммутации каналов разрушает соединение.1.6.4Передача в сети с коммутацией сообщений•	абонент А передает в узел коммутации сообщение вместе с адресом
абонента В;•	сообщение запоминается в узле коммутации сообщений, где по адресу
определяется канал передачи;•	если канал к соседнему узлу коммутации сообщений свободен, то на него
немедленно передается сообщение и процесс повторяется;•	если канал занят, то сообщение хранится в ЗУ до его освобождения;•	сообщения в ЗУ выстраиваются в очередь по направлениям передачи и
категориям срочности.Метод коммутации пакетов отличается от метода коммутации сообщений тем, что
длинные сообщения разбиваются на части — пакеты.1.6.5	Режим виртуальных соединений при передаче пакетов0 Виртуальное соединение — это коммутация каналов не физическая, а через
память компьютеров в центрах коммутации.•	абоненту-получателю направляется служебный пакет, который прокладывает
виртуальное соединение;•	в каждом узле остается распоряжение, что пакеты k-го виртуального
соединения, пришедшие из i-ro канала, следует направить в j-й канал;•	проложив путь к абоненту-получателю служебный пакет сообщает ему
требуемый для приема объем памяти и запрашивает разрешение на передачу;•	если компьютер абонента свободен и памяти достаточно, то абоненту-
отправителю посылается служебный пакет с согласием на передачу;•	получив подтверждение абонент-отправитель передает пакет сообщений;•	виртуальное соединение существует пока служебный пакет, отправленный
одним из абонентов, не сотрет инструкции в узлах.1.6.6	Датаграммный режим передачи пакетов (используется для коротких
сообщений).0	Датаграмма — самостоятельный пакет, движущийся по сети независимо от
других пакетов.•	узел коммутации направляет датаграмму в сторону ближайшего узла;•	при получении подтверждения получения пакета узел коммутации стирает
его в своей памяти;•	если подтверждения нет, то пакет отправляется в другой смежный узел
первого ранга, затем второго ранга и т.д. пока пакет не будет принят (все узлы
ранжируются по близости к адресату). Это алгоритм маршрутизации; различают
детерминированные и вероятностные алгоритмы со случайным выбором траектории.й Режим используется в Internet в протоколах UDP (User Datagram Protocol) и TFTP
(Trivial File Transfer Protocol).0	Трафик — нагрузка, создаваемая потоком вызовов, требований, сообщений,
поступающих на входы системы массового обслуживания.106
Трафик, создаваемый одним источником равен произведению числа попыток
вызовов за некоторый интервал времени на среднюю длительность попытки; измеряется в
часо-занятиях.2	КОДИРОВАНИЕ И КОНТРОЛЬ ПЕРЕДАЧИ
ИНФОРМАЦИИ2.1	Основные понятияВ реальных условиях непрерывный сигнал может быть заменен дискретным.
Формой представления информации является сообщение.0 Кодирование — процесс преобразования сообщений в комбинации из дискретных
сигналов.0 Код — совокупность правил, в соответствии с которыми производится
кодирование.Каждому сообщению однозначно соответствует определенная кодовая
комбинация.▲	Набор элементов данного кода рассматривают как алфавит, а кодовые комбинации из
этих элементов — как кодовые слова.Выбор методов кодирования зависит от количества передаваемых сообщений,
требуемого времени передачи, параметров канала связи, возможности аппаратуры. В
общем случае качество метода кодирования оценивается объемом сигнала для достижения
требуемой помехоустойчивости при равной скорости передачи.Структурные характеристики кодов1.	Число импульсных признаков1.1	.Единичные1.2. Двоичные1.3	.Многопозиционные2.	Количество разрядов кодовой информации2.1.Постоянное	количество (равномерное)2.2.Непостоянное	количество (неравномерное)3.	Способ комбинирования3.1.Полное	использование комбинаций3.2.Частичное использование комбинацийХарактеристики сигналов кода1	.Импульсные признаки1.1	.Амплитудные1.2.	Частотные1.3.Полярные1.4.Фазовые1.5.Временные1	^.Комбинированные2.Способ передачи2.1	.Последовательный2.2.	Параллельный2.3.	Смешанный.й Коды могут иметь разное назначение и в соответствии с этим подразделяться на
телеграфные, телемеханические, телевизионные, коммерческие, дипломатические, военные, коды
цифровых машин.107
2.2 Классификация двоичных кодовВсе избыточные коды делятся на два класса: непрерывные и блочные. В блочных
кодах каждому сообщению соответствует кодовая комбинация (блок) из п символов. Блоки
кодируются и декодируются отдельно друг от друга.Большой класс разделимых блочных кодов составляют систематические коды.
Каждый проверочный символ выбирается таким образом, чтобы его сумма по модулю два
с определенными информационными символами была равной нулю.Двоичные коды бывают:1.	Неизбыточные1.1.	Равномерные1.1.1.Простые1.1.2.Отраженные•Грея1.1.3.Двоично-десятичные•Самодополняющиео С избытком 3о АйкенаНеравномерные1.2.1.Шеннона-Фэно1.2.2.Хафмена2.	Избыточные2.1.	Равномерные2.1.1.	Блочные•	Неразделимые
о Плоткинао С постоянным весом•	Разделимыео Несистематические■	Бергерао Систематические■	С одной проверкой на четность■	С простым повторением■	Корреляционный■	Инвесторный■	Хэмминга■	Г олея■	Макдональда■	Варшамова■	С малой плотностью проверок на четность■	Итеративный■	Коды циклические♦	Хэмминга♦	Боуза-Чоудхури♦	Мажоритарный♦	Милса-Абрамсона♦	Рида-Соломона108
2.3	Характеристики кодовДлина кода п — число разрядов (символов), составляющих кодовую комбинацию.Основание кода т — количество отличающихся друг от друга значений
импульсных признаков, используемых в кодовых комбинациях. Для случая двоичных
кодов ш=2. Значения импульсных признаков цифры 0 и 1.Мощность кода Np — число кодовых комбинаций, используемых для передачи
сообщений.Полное число кодовых комбинаций N — число всех возможных комбинаций длины
п из m различных символов, равное ш11 (для двочных кодов N = 2П).Число информационных символов к — количество символов (разрядов) кодовой
комбинации, предназначенных для передачи собственно сообщения.Число проверочных символов г — количество символов (разрядов) кодовой
комбинации, необходимых для коррекции ошибок.Под избыточностью кода R понимают относительную избыточность, равную
отношению числа проверочных символов к длине кода:Я = г/пСкорость передачи кодовых комбинаций — отношение числа информационных
символов к длине кода: R = k/n.Вес кодовой комбинации (кода) w — количество единиц в кодовой комбинации.Кодовое расстояние d между двумя кодовыми комбинациями — число
одноименных разрядов с различными символами. Практически кодовое расстояние
выражается как вес суммы кодовых комбинаций.Пример 1. Определить кодовое расстояние между комбинациями 100101 и
001001. Просуммируем их по модулю два:100101+001001101100Полученная в результате суммирования новая кодовая комбинация
характеризуется весом w = 3. Следовательно, кодовое расстояние между исходными
комбинациями d = 3.Весовая характеристика кода W(w) — число кодовых комбинаций веса w.Пример 2. Даны кодовые комбинации 00000, 11110, 11101 и 11010, весовая
характеристика W(0) = 1, W(3) = 1, W(4) = 2, т. е. данный код состоит из одного кодового
слова веса 0, двух слов веса 4 и одного слова веса 3.Вероятность необнаруженной ошибки Р„, 0. — это вероятность события, при
свойства данного кода не позволяют определить факт наличия ошибки в принятой
комбинации.Оптимальность кода — свойство кода, которое обеспечивает наименьшую
вероятность не обнаружения ошибки среди всех кодов той же длины и избыточности г.2.4	Методы кодирования информацииРазличают методы кодирования и методы записи информации. Методы
кодирования взаимно несовместимы, но подразумевают единый метод записи — без
возврата к нулю с инверсией. Методы кодирования не влияют на изменения направления
тока в магнитной головке при записи, а лишь задают их очередность.109
й Увеличение емкости ГМД в 10 раз по сравнению с первоначальным было достигнуто в
результате улучшения механической части дисковода(40%)и внедрения методов кодирования
данных, позволяющих эффективно использовать рабочую поверхность(60%).Метод ҒМКодирование с применением ҒМ-сигналов принято называть кодированием с
единичной плотностью. В начале битовых элементов записываются биты синхронизации, а
в промежутках между ними биты данных.0 Битовый элемент — минимальный интервал времени между битами данных,
получаемых при постоянной скорости вращения дискай Для диска 3,5” длительность битового элемента 8 мкс.Бит данных записывается через 4 мкс после бита синхронизации. Недостаток:
почти половина полезной емкости используется для записи служебной информации. Для
жестких магнитных дисков этот метод не применяется.й Диск 5,25”; запись информации с плотностью 50 tpi (дорожек на дюйм) на одной
стороне, емкость диска 110 Кбайт. Удалось повысить плотность до 100 tpi с удвоением продольной
плотности, емкость повысилась до 500 Кбайт (70-е годы).Методы MFM и M2FM — модифицированная частотная модуляция и
миллеровская модифицированная частотная модуляция. После внедрения двусторонней
записи по этому методу емкость возросла до 1 Мбайта. Метод ҒМ позволяет вдвое
увеличить продольную плотность записи. Длительность битового элемента 4 мкс. Биты
синхронизации записываются если в предыдущем и текущем битовых элементах не были
записаны биты данных. На каждой дорожке можно записывать 6,25 Кбайт данных.
Скорость обмена данными 5 Мбайт/с.При методе М ҒМ изменяется направление тока в случае длинной
последовательности нулей на каждые два битовых элемента. Это затрудняет
синхронизацию и не дает ощутимого выигрыша в емкости диска и скорости передачи
данных. В настоящее время метод не используется.Метод RLL — метод записи с групповым кодированием. Впервые был
использован в цифровой записи на магнитную ленту. Каждый байт данных делится на 2
полубайта, которые кодируются 5-разрядным кодом. Эти группы подбираются таким
образом, чтобы при передаче данных нули не встречались подряд более двух раз, что
делает код самосинхронизирующимся. Например, тетрада 0000 заменяется группой бит
11001, тетрада 1000 - 11010, тетрада 0001 - 11011, тетрада 1111 -01111. При считывании
каждые две 5-разрядные группы декодируются и полубайты объединяются. Скорость
передачи данных до 380 Кбайт/с; длительность битового элемента 2,6 мкс. На каждой
дорожке можно записывать 7,6 Кбайт данных. Скорость обмена данными 7,5 Мбайт/с.й Кодирование МҒМ или ҒМ можно представить как частный случай RLL.Метод ARLL — модифицированный RLL. Наряду с уплотнением данных
увеличена скорость обмена данными между накопителями и контролером. Скорость
обмена данными 10 Мбайт/с.Метод PRML использует алгоритм частного срабатывания по максимальной
вероятности. Для жестких магнитных дисков скорость обмена данными в 10-20 раз
больше, выше плотность записи.2.5	Контроль передачи информации. Помехоустойчивое
кодирование	Процедуры кодирования и декодирования могут повторяться много раз. Ошибки
при передаче информации происходят из-за шума в канале (атмосферные и технические
помехи), а также при кодировании и декодировании. Теория информации изучает, в
частности, способы минимизации количества таких ошибок.110
КОДИРОВАНИЕ КАНАЛ СВЯЗИ ДЕКОДИРОВАНИЕИСТОЧНИК —ПЕРЕДАТЧИК —ПРИЕМНИК- -ПОЛУЧАТЕЛЬ.Рис. 1 Передача информацииДостоверность передачи данных оценивается отношением числа ошибочно
принятых символов к общему числу переданных. Низкое значение достоверности
передачи заставляет применять специальные методы (контроль по четности, контрольные
суммы, циклические коды) и средства контроля правильности передачи, автоматического
повторения передачи при появлении ошибки или автоматической коррекции.Кодирование целесообразно производить так, чтобы среднее время, затрачиваемое
на передачу, было как можно меньше. Исходному входному алфавиту нужно однозначно
сопоставить новый алфавит, обеспечивающий большую скорость передачи.Основная теорема о кодировании при наличии помех позволяет при знании
емкости канала и энтропии передатчика вычислить максимальную скорость передачи
данных в канале.Теорема Шеннона. Пусть источник характеризуется ДСВ А . Рассматривается
канал с шумом, т.е. для каждого передаваемого сообщения задана вероятность € его
искажения в процессе передачи (вероятность ошибки). Тогда существует такая скорость
передачи и, зависящая только от X з что I> Ö Зи* < is сколь угодно близкая к и
такая, что существует способ передавать значения А со скоростью й’и с вероятностью
ошибки меньшей £Г, причемС
“ “ НХ'Фэно доказана обратная теорема о кодировании при наличии помех. Для *£ ■> и
можно найти такое положительное число - , что в случае передачи информации по линии
связи со скоростью и> вероятность ошибки - передачи каждого символа сообщения при
любом методе кодирования и декодирования будет не меньше - (- очевидно растет вслед
за ростом и*).На рисунке 1 представлен двоичный симметричный канал, где Р— это
вероятность безошибочной передачи бита, а Ч— вероятность передачи бита с ошибкой.
Предполагается, что в таком канале ошибки происходят независимо.Рис. 2 Двоичный симметричный каналДвоичный симметричный канал реализует схему Бернулли, поэтому вероятность
передачи п бит по двоичному симметричному каналу с к ошибками равнаFn(*)=c^"-V.Пример. Вероятность передачи одного бита информации с ошибкой равна^ = 0,01 Какова вероятность безошибочной передачи 1000 бит (125 байт) информации.
Искомую	вероятность	можно	подсчитать	по	формулеЛлио(0) =	äs 4.321 10-5 т e она ничтожно мала.Для минимизации вероятности ошибки при передаче данных используют
помехозащитные коды. Идея состоит в добавлении к символам исходных кодов,
нескольких контрольных символов по определенной схеме кодирования. При контроле
передачи информации наибольшее распространение получили методы информационной
избыточности, использующие коды с обнаружением и коррекцией ошибок.▲	Если длина кода п разрядов, то таким двоичным кодом можно представить максимум
2п различных слов.111
0 Если все разряды слова служат для представления информации, код называется
простым.Коды разделяются на равномерные и неравномерные. В равномерных кодах все
слова содержат одинаковое число разрядов. В неравномерных кодах число разрядов в
словах может быть различным. В вычислительных машинах применяются
преимущественно равномерные коды.Равномерные избыточные коды делятся на разделимые и неразделимые.Разделимые коды всегда содержат постоянное число информационных (т. е.
представляющих передаваемую информацию) и избыточных разрядов, причем
избыточные занимают одни и те же позиции в кодовом слове.В неразделимых кодах разряды кодового слова невозможно разделить на
информационные и избыточные.Способность кода обнаруживать или исправлять ошибки определяется так
называемым минимальным кодовым расстоянием.0	Минимальное кодовое расстояние — минимальное расстояние между двумя
любыми словами в этом коде.▲	Если имеется хотя бы одна пара слов, отличающихся друг от друга только в одном
разряде, то минимальное расстояние данного кода равно 1.Простой код имеет минимальное расстояние dmin = 1.ДЛЯ ИЗбыТОЧНЫХ КОДОВ dmin > 1 •Если dmin > 2, то любые два слова в данном коде отличаются не менее чем в двух
разрядах, следовательно, любая одиночная ошибка приведет к появлению запрещенного
слова и может быть обнаружена.Если dmin = 3, то любая одиночная ошибка создает запрещенное слово,
отличающееся от правильного в одном разряде, а от любого другого разрешенного слова—	в двух разрядах. Заменяя запрещенное слово ближайшим к нему (в смысле кодового
расстояния) разрешенным словом можно исправить одиночную ошибку.Для того, чтобы избыточный код позволял обнаруживать ошибки кратностью г,
должно выполняться условие: dmin > г + 1Одновременная ошибка в г разрядах слова создает новое слово. Чтобы оно не
совпало с каким-либо другим разрешенным словом, минимальное расстояние между двумя
разрешенными словами должно быть хотя бы на единицу больше, чем г.2.5.1.	Код с проверкой четностиКонтроль четности — простейший код для борьбы с шумом. Код образуется
добавлением к группе информационных разрядов (байту), представляющих простой код,
одного избыточного разряда. При формировании кода слова в контрольный разряд
записывается 0 или 1 таким образом, чтобы сумма 1 в слове, включая избыточный разряд,
была четной (при контроле по четности) или нечетной (при контроле по нечетности). В
дальнейшем при всех передачах слово передается вместе со своим контрольным разрядом.Если при передаче информации приемное устройство обнаруживает, что в
принятом слове значение контрольного разряда не соответствует четности суммы 1 слова,
то это воспринимается как признак ошибки.Минимальное расстояние кода dmin = 2, поэтому код с проверкой четности
обнаруживает все одиночные ошибки и все случаи нечетности числа ошибок (3,5 и т. д.).▲	Контроль по четности используется для обнаружения ошибок передачи.▲	При одновременном возникновении четного числа ошибок код с проверкой четности не
обнаруживает их.▲	При контроле по нечетности контролируется полное пропадание информации,
поскольку кодовое слово, состоящее из 0, относится к запрещенным.112
й Код с проверкой четности имеет небольшую избыточность; применяется для контроля
передач информации между регистрами и для контроля считываемой информации в оперативной
памяти.2.5.2.	Контроль по совпадениюПосле передачи информации из одного регистра в другой правильность передачи
можно проверить поразрядным сравнением содержимого всех разрядов регистров. При
этом не требуется формирования каких-либо дополнительных контрольных разрядов. При
контроле передачи по совпадению обнаруживаются ошибки любой кратности, а затраты
оборудования меньше, чем при контроле по четности.Недостаток: позволяет проверять правильность передачи числа в регистр и
отсутствие сбоев при его хранении только до тех пор, пока не изменит своего состояния
регистр, из которого передавалась информация. При контроле по четности проверяется
правильность передачи и отсутствие сбоев при хранении числа в регистре в течение сколь
угодно большого времени.2.5.3.	Код ХэммингаКод Хэмминга строится таким образом, что к имеющимся информационным
разрядам слова добавляется определенное число контрольных разрядов, после чего вся
конструкция записывается в ОП.При считывании слова контрольная аппаратура образует из прочитанных
информационных и контрольных разрядов корректирующее число, которое равно 0 при
отсутствии ошибки либо указывает место ошибки (двоичный порядковый номер
ошибочного разряда в слове). Ошибочный разряд автоматически корректируется
изменением его состояния на противоположное.Требуемое число контрольных разрядов (разрядность корректирующего числа)
определяется из следующих соображений.Пусть кодовое слово длиной п разрядов имеет m информационных и k = n - m
контрольных разрядов. Корректирующее число длиной к разрядов описывает 2к состояний,
соответствующих отсутствию ошибки и появлению ошибки в 1-м разряде. Таким образом,
должно соблюдаться соотношение:21' =п-1 или 21' - k + 1 = illИз этого следует, что пять контрольных разрядов позволяют передавать в коде
Хэмминга до 26 информационных разрядов. Если в ОП одновременно записываются или
считываются восемь информационных байт (64 разряда), то при использовании кода
Хэмминга потребуется семь дополнительных контрольных разрядов.й Контроль по коду Хэмминга реализуется с помощью набора схем подсчета четности,
которые при кодировании определяют контрольные разряды, а при декодировании формируют
корректирующее число.Модифицированный код ХэммингаК контрольным разрядам Хэмминга добавляется еще одни разряд контроля
четности всех одновременно считываемых (записываемых) информационных и
контрольных разрядов. Модифицированный код Хэмминга позволяет устранять
одиночные и обнаруживать двойные ошибки. При использовании в ОП
модифицированного кода Хэмминга может производиться коррекция двойных ошибок.Пусть X — слово, записанное в ОП, а X' — считанное из ОП слово, в котором
обнаружены две ошибки. Тогда по сигналу схемы контроля инициируется следующая
процедура:•	в неисправную ячейку ОП записывается обратный код считанного слова X
и затем производится его считывание;•	над получаемым при этом кодом (X ) и кодом X производится операция
сложения по модулю 2.113
Полученный код Z содержит 1 в разрядах, в которых имеются ошибки. Схемы
управления ОП по коду Z корректируют одну ошибку. После этого схема коррекции одной
ошибки исправляет вторую ошибку.Пример. Построение кода Хэмминга с кодовым расстоянием d=3.Пусть число передаваемых сообщений равно 16, тогда число информационных
элементов k=log2l6=4. Если выписать все 16 возможных комбинаций, то получим
исходный (простой) код. Возьмем только 4 кодовых комбинации в виде единичной
матрицы■ 1000
0100 (1)00100001Каждую кодовую комбинацию дополним справа проверочными элементами так,
чтобы d=3. Нулевая комбинация относится к числу разрешенных комбинаций
корректирующего кода, следовательно в проверочные элементы надо добавить не менее
двух единиц.' 1000|11
0100|11 (2)
0010|11
0001(11Сложим первые две строки матрицы (2) по модулю 2.100011+010011
110000Так как отличие только в двух элементах, то d=3 не обеспечено. Добавимпроверочные элементы следующим образом.' 1000(111можно и в другом виде)(3)0100(101
0010(011
0001(110Получили порождающую матрицу кода G(7,4), содержащего 7 элементов, 4 из
которых — информационные. Суммируя в различном сочетании строки матрицы (3),
получим все (за исключением нулевой) комбинации корректирующего кода с кодовым
расстоянием 3.Пустьai-a7 — элементы корректирующего кода,ai-a4 — информационные разряды,а5-а7 — проверочные разряды.Правило формирования проверочного элемента aj (верно для любой кодовой
комбинации): Проверочные разряды могут быть получены суммированием по модулю 2
определенных информационных элементов кода. Смотрим столбец aj в проверочных
разрядах. Если элемент a;j=l, то в соответствующей строке i в суммировании участвует
информационный элемент, равный 1.Пример.По матрице (3) сформируем элементы as-а?.a5=ai Ө аг Ө а4a6=ai Ө аз Ф а4 (*)a7=ai Ө а2 Ө а3114
Единицы в позициях информационных разрядов указывают, какие элементы
участвуют в формировании проверочного элемента. Единицы в позициях проверочных
элементов указывают, какой проверочный элемент (номер) формируется.Пусть передана кодовая комбинация 100011101, а принята П0011101. Подставим
в проверочные выражения (*)as =1 Ө 1 Ө 0 = 0 ^ as
аб =1 Ө 0 Ө 0 = 1 = аб
а? =1 Ф 1 Ф 0 = 0 ^ а?Синдром (проверочный вектор) определяется комбинацией S1S2S3.Si=a5 Ө as' =1;	S2=a6 Ө аб' = 0;	S3=a7 Ө а?'=1Синдром состоит из нулей, если нет ошибок в передаче, либо ошибки превратили
передаваемую кодовую комбинацию в другую разрешенную комбинацию (что
маловероятно, но не исключено). Вид синдрома зависит от местоположения одиночной
ошибки.№ ошибочного элемента1234567Вид синдрома111101011110100010001Таким образом, синдром 101 указывает на ошибку во втором разряде, для
исправления которой элемент аг меняется на противоположный. Код G(7,4) обнаруживает
двукратные ошибки, а исправляет только однократные.3	СЖАТИЕ ИНФОРМАЦИИЦель сжатия — уменьшение количества бит, необходимых для хранения или
передачи заданной информации, что дает возможность передавать сообщения более
быстро и хранить более экономно и оперативно.▲	Операция извлечения информации с устройства ее хранения будет проходить быстрее,
если скорость распаковки данных выше скорости считывания данных с носителя информации.Й Методы сжатия информации были разработаны как математическая теория, которая
до первой половины 80-х годов мало использовалась в компьютерах на практике.Сжатие данных не может быть большим некоторого теоретические предела. Для
формального определения этого предела рассматриваем любое информационное
сообщение длины ri как последовательность независимых, одинаково распределенных
ДСВ ^' или как выборки длины п значений одной ДСВ А" .Доказано:1.	Среднее количество бит, приходящихся на одно кодируемое значение ДСВ, неможет быть меньшим, чем энтропия этой ДСВ, т.е.	“ для любой ДСВ А илюбого ее кода.2.	Существует такое кодирование (Шеннона-Фэно), что	) " VС ростом длины п сообщения, при кодировании методом Шеннона-Фэно всего
сообщения целиком среднее количество бит на единицу сообщения будет сколь угодно
мало отличаться от энтропии единицы сообщения.Й Подобное кодирование практически не реализуемо из-за того, что с ростом длины
сообщения трудоемкость построения этого кода становится недопустимо большой. Кроме того,
такое кодирование делает невозможным отправку сообщения по частям, что необходимо для
непрерывных процессов передачи данных. Дополнительным недостатком этого способа
кодирования является необходимость отправки или хранения собственно полученного кода вместе
с его исходной длиной, что снижает эффект от сжатия.115
3.1	Блочное кодированиеНа практике для повышения степени сжатия используют метод блокирования. По
выбранному значению - 0можно разбить все сообщение на блоки длиной S,рассматриваемых как единицы сообщения. Всего будет блоков. Кодированием
Шеннона-Фэно таких блоков можно сделать среднее количество бит на единицусообщения большим энтропии менее, чем на - . Достаточно брать ** = V-Пример. Пусть ДСВ ^1јА'2,...Ан независимы, одинаково распределены имогут принимать только два значения	= О) = = 3/1 и Р(= 1) = ^ = 1/4при 2 от 1 до гс. ТогдаHXI = - logg ^ - löia 4 = 2-- löia ® зз ÜJS11 бит/енм.Й Минимальное кодирование здесь — это коды 0 и 1 с длиной 1 бит каждый. При таком
кодировании количество бит в среднем на единицу сообщения равно 1.Разобьем сообщение на блоки длины 2. Закон распределения вероятностей икодирование для 2-мерной ДСВX = (XijÄa)Я00011011V _9/163/163/161/16010110111ЦЛ)1233,Тогда при таком минимальном кодировании количество бит в среднем на единицу
сообщения будет уже= (1^ + 2^; -1-3-1 + 3-М/2 = U = ОЈ343Т &г\ I * ie 16 16 ie'- 32	гт.е. меньше, чем для неблочного кодирования.Й Для блоков длины 3 количество бит в среднем на единицу сообщения можно сделать
, для блоков длины 4— 0.313 и т.д.3.2	Простейшие алгоритмы сжатия информацииМетод Шеннона-Фэно состоит в следующем: значения ДСВ располагают в
порядке убывания их вероятностей, а затем последовательно делят на две части с
приблизительно равными вероятностями, к коду первой части добавляют справа 0, а к
коду второй — 1 слева.Для предшествующего примера получимZрcodiг(£)009/160013/16ю103/16110111/16111,MLi(X) = 27/32 = ÜJS43T& Гшг/«иы.Метод Хаффмена (разработан в 1952 г) более практичен и никогда по степени
сжатия не уступает методу Шеннона-Фэно. Более того, он сжимает максимально плотно.
Код строится при помощи двоичного (бинарного) дерева. Вероятности значений ДСВ
приписываются его листьям. Величина, приписанная к узлу дерева, называется весом узла.116
Два листа с наименьшими весами создают родительский узел с весом, равным сумме их
весов. В дальнейшем этот узел учитывается наравне с оставшимися листьями, а
образовавшие его узлы от такого рассмотрения устраняются. После постройки корта
нужно приписать каждой из ветвей, исходящих из родительских узлов, значения 0 или 1.
Код каждого значения ДСВ — это число, получаемое при обходе ветвей от корня к листу,
соответствующему данному значению.Й Для методов Хаффмена и Шеннона-Фэно каждый раз вместе с собственно
сообщением нужно передавать и таблицу кодов.▲	Алгоритм кодирования Хаффмена не может передавать на каждый символ сообщения
менее одного бита информации.Предположим, известно, что в сообщении, состоящем из нулей и единиц, единицы
встречаются в 10 раз чаще нулей. При кодировании методом Хаффмена и на 0 и на 1
придется тратить не менее одного бита. Энтропия ДСВ, генерирующей такие сообщения,
-0.469 бит/сим. Неблочный метод Хаффмена дает для минимального среднего количества
бит на один символ сообщения значение 1 бит.Арифметическое кодирование (разработано в 70-х годах XX века) является одной
из лучших схем, которая позволяет кодировать некоторые символы менее чем одним
битом. По исходному распределению вероятностей для выбранной ДСВ строится таблица,
состоящая из пересекающихся только в граничных точках отрезков для каждого иззначений этой ДСВ. Объединение этих отрезков должно образовывать отрезок [ОД] , а их
длины должны быть пропорциональны вероятностям соответствующих значений ДСВ.
Алгоритм кодирования заключается в построении отрезка, однозначно определяющего
данную последовательность значений ДСВ. Затем для построенного отрезка находится
число, принадлежащее его внутренней части и равное целому числу, деленному на
минимально возможную положительную целую степень двойки. Это число и будет кодом
для рассматриваемой последовательности.▲	Все возможные конкретные коды — это числа строго большие нуля и строго меньшие
одного, поэтому можно отбрасывать лидирующий ноль и десятичную точку, но нужен еще один
специальный код-маркер, сигнализирующий о конце сообщения.Отрезки строятся так. Если имеется отрезок для сообщения длины ^ — ^, то для
построения отрезка для сообщения длины Я , разбиваем его на столько же частей, сколько
значений имеет рассматриваемая ДСВ. Затем выбирается из полученных отрезков тот,
который соответствует заданной конкретной последовательности длины эт .Алгоритм получения исходного сообщения из его арифметического кода:Шаг 1. В таблице для кодирования значений ДСВ определяется интервал,
содержащий текущий код. По этому интервалу однозначно определяется один символ
исходного сообщения. Если этот символ — маркер конца сообщения, то конец.Шаг 2. Из текущего кода вычитается нижняя граница содержащего его интервала,
полученная разность делится на длину этого же интервала. Полученное число считается
новым текущим значением кода. Переход к шагу 1.Й Методы Шеннона-Фэно, Хаффмена и арифметическое кодирование обобщающе
называются статистическими методами.Словарные алгоритмы носят более практичный характер и позволяют кодировать
последовательности символов разной длины.Й Алгоритм LZ77 был опубликован в 1977 г. Разработан израильскими математиками
Якобом Зивом и Авраамом Лемпелом. Многие программы сжатия информации используют ту или
иную модификацию LZ77. Одной из причин популярности алгоритмов LZ является их
исключительная простота при высокой эффективности сжатия.Основная идея LZ77 состоит в том, что второе и последующие вхождения
некоторой строки символов в сообщении заменяются ссылками на ее первое вхождение.
Уже просмотренная часть сообщения используется как словарь. Чтобы добиться сжатия,
очередной фрагмент сообщения заменяется на указатель в содержимое словаря.117
Используется "скользящее" по сообщению окно, разделенное на две неравные части.
Первая, большая по размеру, включает уже просмотренную часть сообщения. Вторая,
намного меньшая, является буфером, содержащим еще незакодированные символы
входного потока. Алгоритм пытается найти в словаре фрагмент, совпадающий с
содержимым буфера.Й Обычно размер окна составляет несколько килобайт, а размер буфера — не более стаАлгоритм LZ77 выдает коды, состоящие из трех элементов, а именно:1.	Смещение в словаре относительно его начала подстроки, совпадающей с
началом содержимого буфера.2.	Длина этой подстроки.3.	Первый символ буфера, следующий за подстрокой.Пример. Размер окна — 20 символов, в том числе словаря — 12, буфера — 8.
Кодируется сообщение "ПРОГРАММНЫЕ ПРОДУКТЫ ФИРМЫ MICROSOFT". Пусть
словарь уже заполнен. Тогда он содержит строку "ПРОГРАММНЫЕ ", а буфер - строку
"ПРОДУКТЫ". Просматривая словарь, алгоритм обнаружит, что совпадающей подстрокой
будет "ПРО", в словаре она расположена со смещением 0 и имеет длину 3 символа, а
следующим символом в буфере является "Д". Таким образом, выходным кодом будет
тройка <0,3,'Д'>. После этого алгоритм сдвигает влево все содержимое окна на длину
совпадающей подстроки +1 и одновременно считывает столько же символов из входного
потока в буфер. Получаем в словаре строку "РАММНЫЕ ПРОД", в буфере - "УКТЫ ФИР".
В данной ситуации совпадающей подстроки обнаружить не удается, и алгоритм выдаст
код <0,0,'У'>, после чего сдвинет окно на один символ. Затем словарь будет содержать
"АММНЫЕ ПРОДУ", а буфер - "КТЫ ФИРМ". И т.д.Недостатки LZ77:•	с ростом размеров словаря скорость работы алгоритма-кодера
пропорционально замедляется;•	кодирование одиночных символов очень неэффективно.Й Алгоритм LZW был создан в 1984 г. Уэлчем (Welch) путем модификации LZ78.
Пошаговое описание алгоритма-кодера.Шаг 1. Инициализация словаря всеми возможными односимвольными фразами
(обычно 256 символами расширенного ASCII). Инициализация входной фразы w первым
символом сообщения.Шаг 2. Считать очередной символ К из кодируемого сообщения.Шаг 3. Если КОНЕЦ СООБЩЕНИЯВыдать код для wКонецЕсли фраза wK уже есть в словаре
Присвоить входной фразе значение wK
Перейти к Шагу 2
ИначеВыдать код w
Добавить wK в словарь
Присвоить входной фразе значение К
Перейти к Шагу 2.Й LZW-коды имеют постоянную длину, равную округленному в большую сторону
двоичному логарифму размера словаря.118
3.3	Особенности программ-архиваторовЙ Если коды алгоритмов типа LZ передать для кодирования алгоритму Хаффмена или
арифметическому, то полученный двухшаговый (конвейерный, а не двухпроходный) алгоритм даст
результаты сжатия подобные широко известным программам: GZIP, ARJ, PKZIP, ...Наибольшую степень сжатия дают двухпроходные алгоритмы, которые исходные
данные последовательно сжимают два раза, но они работают до двух раз медленнее
однопроходных при незначительном увеличении степени сжатия.Большинство программ-архиваторов сжимает каждый файл по отдельности, но
некоторые сжимают файлы в общем потоке, что дает увеличение степени сжатия, но
одновременно усложняет способы работы с полученным архивом.Й Примером программы, имеющей возможность сжимать файлы в общем потоке,
является RAR. Архиваторы ОС Unix (gzip, bzip2, ...) сжимают файлы в общем потоке практически
всегда.Практически все форматы файлов для хранения графической информации
используют сжатие данных. В следующей таблице приводятся некоторые типичные
расширения графических файлов и соответствующие им методы сжатия данных.РасширенияТип к<щир<шанияLZWpngLZTT, Х&ффыеи«,сжжгие « потерями* .Чпффмгип или &рифие1ичес:к<зеbmp, p«rRLEtiff, IdfССГТТ/3 для фактв* LZW или другиеЙ Сжатие RLE (Run Length Encoding — кодирование переменной длины) — это
простейший метод сжатия, в общем случае очень неэффективный, но дающий неплохие
результаты на типичной графической информации. Оно основано в основном на выделении
специального кода-маркера, указывающего сколько раз повторить следующий байт.3.4	Сжатие информации с потерямиВсе ранее рассмотренные алгоритмы сжатия информации обеспечивали
возможность полного восстановления исходных данных. Но иногда для повышения
степени сжатия можно отбрасывать часть исходной информации, т.е. производить сжатие
с потерями.▲	Сжатие с потерями используется в основном для трех видов данных: полноцветная
графика (2-1 16 млн. цветов), звук и видеоинформация.Сжатие с потерями обычно проходит в два этапа. На первом из них исходная
информация приводится (с потерями) к виду, в котором ее можно эффективно сжимать
алгоритмами 2-го этапа сжатия без потерь.Основная идея сжатия графической информации с потерями заключается в
следующем. Каждая точка в картинке характеризуется тремя равноважными атрибутами:
яркостью, цветом и насыщенностью. Но глаз человека воспринимает эти атрибуты не как
равные. Глаз воспринимает полностью только информацию о яркости и в гораздо меньшей
степени о цвете и насыщенности, что позволяет отбрасывать часть информации о двух
последних атрибутах без потери качества изображения.Й Для сжатия графической информации с потерями в конце 1980-х установлен единый
стандарт — формат JPEG (Joint Photographic Experts Group — название объединения его
разработчиков). В этом формате можно регулировать степень сжатия, задавая степень потери
качества.119
Сжатие видеоинформации основано на том, что при переходе от одного кадра
фильма к другому на экране обычно почти ничего не меняется. Таким образом, сжатая
видеоинформация представляет собой запись некоторых базовых кадров и
последовательности изменений в них. При этом часть информации может отбрасываться.
Сжатую подобным образом информацию можно далее сжимать и другими методами.й Наиболее распространенными являются стандарты MPEG (Motion Picture Experts
Group), первый из которых был опубликован в 1988 году.Видеоинформацию можно сжать необыкновенно плотно, до 100 и более раз, что
позволяет, например, на одну видеокассету, записать более ста различных
художественных фильмов.Для сжатия звуковой информации с потерями существует несколько стандартов.
Наиболее широко используемый из них — это MPEG без видеоданных. Стандарт LPC
(Linear Predictive Coding) используется для сжатия речи.Вопросы для самоконтроля1.	Как формируются последовательный и параллельный коды?2.	В чем сущность асинхронной передачи?3.	Какие существуют помехи в каналах связи?4.	Как бороться с шумом в каналах связи?5.	Чем характеризуется достоверность передачи информации?6.	В чем смысл коммутации в сетях?7.	Для чего используется датаграммный режим передачи пакетов?8.	Чем характеризуются коды?9.	Перечислите методы кодирования информации.10.	Какие коды используют для помехоустойчивого кодирования?11.	В чем заключается принцип блочного кодирования?12.	Что означает сжатие информации с потерями?120
Модуль 6ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ	1	ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ	1221.1	Общие понятия	1221.2	История развития информационных технологий	1221.3	Виды информационных технологий	1232	КОМПЬЮТЕРНЫЕ ОФИСНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ	1242.1	Текстовый процессор	1242.2	Электронная таблица	1272.3	Система управления базами данных	1332.4	Работа с графикой	1433	ОФИСНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ	1443.1	Принтеры	1443.2	Сканеры	1473.3	Плоттеры	1503.4	Дигитайзеры	151Вопросы для самоконтроля	151ПОСЛЕ ИЗУЧЕНИЯ МОДУЛЯ ВЫ ДОЛЖНЫ ЗНАТЬ:>	Виды новых информационных технологий.>	Принципы НИТ.>	Основные понятия среды текстового процессора.>	Набор операций для работы с документом.>	Что включает в себя процедура форматирования документа.>	Назначение шаблонов.>	Технологию создания интегрированного документа на основе технологии OLE.>	Основные понятия среды табличного процессора.>	Режимы работы табличного процессора.>	Технологию создания формул.>	Типы и форматы данных.>	Правила адресации в электронной таблице.>	Графические возможности табличного процессора.>	Основные понятия баз данных.>	Возможности и режимы работы СУБД.>	Технологию и основные принципы проектирования БД.>	Типы ключевых полей и отношений между таблицами.>	Типы и форматы данных.>	Типы и назначение запросов.>	Для чего используются формы в СУБД.>	Назначение и структуру отчетов в СУБД.>	Основные черты растровой и векторной графики.>	Основные характеристики и принцип действия офисных устройств.РЕЗУЛЬТАТ:>	Ознакомление с историей развития новых информационных технологий и компьютерными
офисными технологиями на примере ППП Microsoft Office, с назначением и
характеристиками офисного оборудования>	Получение общего представления о базах данных и системах их управления.>	Формирование начальной профессиональной базы для успешного овладения такими
дисциплинами как «Объектно-ориентированное программирование», «Базы данных».>	Пополнение профессионального словарного запаса.121
1	ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ1.1	Общие понятияИнформация является одним из ценнейших ресурсов общества. Процесс ее
переработки по аналогии с процессами переработки материальных ресурсов можно
воспринимать как технологию.0 Информационная технология — процесс сбора, обработки и передачи данных
(первичной информации) для получения информационного продукта.Цель информационной технологии — производство информации для ее анализа и
принятия на его основе решения по выполнению какого-либо действия.В современном обществе основным техническим средством технологии
переработки информации служит персональный компьютер. Внедрение персонального
компьютера в информационную сферу и применение телекоммуникационных средств
связи определили новый новаторский, а не эволюционный этап развития информационной
технологии.И Новая информационная технология — информационная технология с
“дружественным” интерфейсом работы пользователя, использующая персональные
компьютеры и телекоммуникационные средства.Коммуникационные технологии обеспечивают передачу информации разными
средствами (телефон, телеграф, телекоммуникации, факс).Основные принципы новой информационной технологии:•	интерактивный (диалоговый) режим работы с компьютером;•	интегрированность (взаимосвязь) с другими программными продуктами;•	гибкость процесса изменения как данных, так и постановок задач.0 Инструментарий информационной технологии — один или несколько
взаимосвязанных программных продуктов, технология работы с которыми позволяет достичь
поставленную пользователем цель.В качестве инструментария используются: текстовый процессор, настольные
издательские системы, электронные таблицы, системы управления базами данных,
электронные записные книжки, электронные календари, экспертные системы и т. д.1.2	История развития информационных технологийЭтапы обработки информации1-й	этап (60-70-е гг.) — обработка данных в вычислительных центрах в режиме
коллективного пользования. Основное направление — автоматизация рутинных действий
человека.2-й	этап (с 80-х гг.) — создание информационных технологий, направленных на
решение стратегических задач.Этапы информатизации общества1-й	этап (до конца 60-х гг.) — проблема обработки больших объемов данных в
условиях ограниченных возможностей аппаратных средств.2-й	этап (до конца 70-х гг.) — распространение ЭВМ серии IBM/360. Проблема
отставания программного обеспечения от уровня развития аппаратных средств.3-й	этап (с начала 80-х гг.) — компьютер становится инструментом
непрофессионального пользователя. Проблема нестыковки потребностей пользователя и
возможностей интерфейса компьютерной среды.4-й	этап (с начала 90-х гг.) — создание современной технологии информационныхсистем.122
Проблемы:•	выработка стандартов, протоколов для компьютерной связи;•	организация доступа к стратегической информации;•	организация защиты и безопасности информации.Этапы развития инструментария информационной технологии1-й	этап (до второй половины XIX в.) — коммуникации осуществлялись ручным
способом путем переправки через почту писем, депеш. Основная цель — представление
информации в нужной форме.2-й	этап (с конца XIX в.) — "механическая" технология (пишущая машинка,
телефон, диктофон, почта). Основная цель — представление информации в нужной форме
более удобными средствами.3-й	этап (40-60-е гг. XX в.) — "электрическая" технология (большие ЭВМ,
электрические пишущие машинки, ксероксы, портативные диктофоны). Акцент
перемещается с формы представления информации на формирование ее содержания.4-й	этап (с начала 70-х гг.) — "электронная" технология АСУ, ИПС.
Формирование содержательной стороны информации, организация аналитической работы.5-й	этап (с середины 80-х гг.) — "компьютерная" технология. Системы поддержки
принятия решений; имеют встроенные элементы анализа и интеллекта для разных уровней
управления; реализуются на персональном компьютере и используют телекоммуникации.1.3	Виды ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ1.	Информационная технология обработки данных предназначена для решения
хорошо структурированных задач, по которым имеются необходимые входные данные и
известны алгоритмы их обработки; применяется на уровне исполнительской деятельности
персонала невысокой квалификации в целях автоматизации рутинных операций. Основные
компоненты: сбор и обработка, хранение данных и создание отчетов.2.	Информационная технология управления ориентирована на работу в среде
информационной системы управления.Задачи обработки данных•	оценка отклонений от планируемого состояния;•	оценка планируемого состояния объекта управления;•	выявление причин отклонений;•	анализ возможных решений и действий.3.	Автоматизация офисаИсторически автоматизация началась на производстве и затем распространилась
на офис. Начальная цель — автоматизация рутинной секретарской работы.Компьютерные офисные технологии•	электронная почта;•	текстовый процессор;•	аудиопочта;•	табличный процессор;•	электронный календарь;•	компьютерные конференции;•	телеконференции;•	хранение изображений;•	видеотекст;•	управленческие программы.Некомпьютерные офисные технологии•	конференции - аудио, видео;•	факс;123
•	ксерокс;•	другие средства оргтехники.4.	Информационная технология поддержки принятия решенийВыработка решения происходит в результате итерационного процесса, в котором
участвуют система поддержки принятия решений (вычислительное звено и объекты
управления) и человек как управляющее звено, задающее входные данные и оценивающее
полученный результат.Окончание итерационного процесса происходит по воле человека. В этом случае
можно говорить о способности информационной системы совместно с пользователем
создавать новую информацию для принятия решений.5.	Информационная технология экспертных системНаибольший прогресс среди компьютерных информационных систем отмечен в
области разработки экспертных систем, основанных на использовании искусственного
интеллекта. Экспертные системы дают возможность специалисту получать консультации
экспертов по любым проблемам, о которых этими системами накоплены знания.2	КОМПЬЮТЕРНЫЕ ОФИСНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ2.1	Текстовый процессор	2.1.1	Интерфейс текстового процессора MS WordДокумент! - Microsoft Word^ЈпЈхЈ-^ Файл Правка Вид Вставка Формат Сервис Таблица Окно Справка	Введите вопрос& 1 • ftfflntsm-ÄSfiTl120% * ^ *\У~*Обычный▼ Times New Romanж 12©“*■-■ 12 ■ I • 13 • жӨ-*"©-*•Стр, 1 Разд 1Ji/iНа 2cmСт 1 Кол 1ЗАП ИСПР ВДЛ ЗАМ русский (F>0AРис. 1 Элементы интерфейса текстового процессора MS WordСтрока меню (1) содержит имена групп команд, объединенных по
функциональному признаку. Выбор пунктов меню обеспечивает доступ к меню более
низкого уровня. Система вложенных меню — основа интерфейса текстового процессора.Панели инструментов (2) — содержат кнопки наиболее часто используемых
команд. По умолчанию в окне отображаются панели Стандартная и Форматирования.Координатная линейка (3) (вертикальная и горизонтальная) определяет границы
документа и позиции табуляции; по умолчанию градуирована в сантиметрах; нулевая
точка выровнена по первому абзацу листа.Рабочее поле (4) — это пространство на экране дисплея для работы с документом.
Максимальный размер рабочего поля определяется параметрами монитора. Курсор —
короткая вертикальная, как правило, мигающая линия; показывает позицию рабочего поля,
в которую будет осуществляться ввод.Полоса прокрутки (5) служит для перемещения текста документа в рабочем окне.124
Индикаторы в строке состояния (6) — это символы или служебные (ключевые)
слова, отражающие режимы работы программы.Режим вставки — метод добавления текста в документ, при которомсуществующий текст сдвигается вправо, освобождая место вводимому тексту.Режим замены — метод добавления текста в документ, при котором символ,стоящий справа от курсора, заменяется вводимым с клавиатуры символом.2.1.2	Работа с фрагментами документа0 Фрагмент — непрерывная часть текста; может быть строчным, блочным или
линейным.Строчный фрагмент состоит из последовательности целых строк. Блочный
фрагмент обычно объединяет части строк, образующие в совокупности прямоугольник.
Линейный фрагмент может включать в себя последовательность (необязательно) целых
строк или часть строки.Операции копирования, перемещения и удаления фрагментов текста могут
выполняться с буфером промежуточного хранения и без него.й В текстовом процессоре, предусмотрена операция откатки, для реализации которой
фиксируется последовательность действий по изменению текста в виде последовательных шагов.
Специальной командой откатки можно вернуть документ к состоянию, которое было несколько
шагов назад. Глубина возможной откатки зависит от среды, мощности используемого компьютера и
других причин. Наряду с командой откатки существует команда отмены откатки.2.1.3	Форматирование документаФорматирование текста — процедура оформления страницы текста, которая
включает:•	изменение границы рабочего поля (сверху, снизу, слева, справа);•	задание межстрочного интервала;•	выравнивание текста;•	использование разных шрифтов.й Разреженность строк измеряется в пунктах. При выборе разреженности учитывается
размер шрифта. Низкая разреженность строк затрудняет чтение, а высокая — снижает
информативность документа.▲	1 пункт=1/72 дюйма=0,376 мм.Выбор шрифта должен соответствовать передаваемой информации. Различные
части документа (заголовок, подзаголовок, текст, примечание) набираются шрифтами
разных размеров. Ширина строки (колонки) также зависит от размера шрифта: чем мельче
шрифт, тем короче должна быть строка.▲	Тип шрифта (гарнитура) определяет особенности написания символов (заглавные и
строчные буквы, цифры, знаки препинания).▲	Каждый шрифт имеет несколько стилей начертания (полужирный, курсив, обычный).▲	Размер шрифта (кегль) по вертикали измеряется в пунктах.Форматирование часто применяется по отношению к абзацу.И Абзац — фрагмент текста, ввод которого закончился нажатием на клавишу Enter.Набор операций для абзацевУстановка границ абзацев. Производят с помощью маркеров отступов на
координатной линейке, или командами меню Формат.Выравнивание (выключка). Различают горизонтальное (влево, вправо, по центру,
по ширине) и вертикальное выравнивание (по верхнему краю, по нижнему краю, по
высоте).Перенос. При выключенном режиме автоматического переноса слово, не
поместившееся на строке, полностью переносится на следующую строку; при включенном—	не поместившееся слово переносится через дефис.2.1.4	Работа с окнами125
0 Мультиоконность текстового процессора — способность одновременно
работать с несколькими документами, находящимися в различных окнах.Можно упорядочивать окна документов, создавать новые и переходить из одного
окна в другое. Различают полноэкранный и оконный режимы. В полноэкранном режиме
активное окно перекрывает остальные открытые окна.Большинство документов слишком велики, чтобы целиком поместиться на экране.
Режим перемещения текста включается автоматически, как только курсор достигает
границ экрана.2.1.5	Работа с документомРабота с документом предполагает выполнение некоторого набора операций,
например, таких которые перечислены ниже.Создание нового документа (присвоение документу уникального имени; набор
текста документа)Загрузка ранее созданного документаСохранение документа (копирование документа из оперативной памяти во
внешнюю). Операция сохранения записывает документ, находящийся в оперативной
памяти, на диск для постоянного хранения.•	Сохранить и продолжить редактирование. Выполняется периодически,
гарантируя сохранность более свежей копии документа на случай возможной его утраты.•	Сохранить и выйти. Выполняет сохранения отредактированного документа
и выход из редактора.•	Автосохранение. Может выполняться как обычная операция сохранения или
как специальная операция сохранения текущего состояния текстового процессора в
специальном файле. В последнем случае при аварийном прекращении работы это
состояние может быть восстановлено, включая содержимое всех окон.Закрытие документа (удаление документа с экрана)Печать документа (создание твердой копии документа.). Режим просмотра
позволяет лучше организовать документ до его печати.Контекстный поиск и замена реализуется поиском в документе некоторого
текстового элемента и заменой его на заданный пользователем элемент. Элементы могут
быть различной длины, включать в себя одно слово, группу слов, часть слова и т.п.Дополнительные условия для поиска и заменыРазовая и глобальная замена. Режим разовой замены требует подтверждения
пользователя на замену после нахождения каждого вхождения заменяемого элемента.
Глобальная замена заметает все вхождения заменяемого элемента.Учет регистра символов. Если поисковый элемент “bit”, то текстовый процессор
пропустит встретившееся ему в тексте слово BIT.Направление поиска. Можно реализовать поиск, начиная от позиции курсора в
тексте, и до конца документа, либо до начала документа, либо во всем тексте.Проверка правописания слов и синтаксиса; выполняется специальными
программами, которые могут быть автономными либо встроенными в текстовый
процессор. Наиболее мощные программы проверяют не только правописание, но и
склонение, спряжение, пунктуацию и стиль. Указанный режим используют для контроля
одного слова, страницы или целого документа.й При создании документа безопаснее работать в режиме вставки и периодически
сохранять его на диске. Кроме того, возможно автоматическое создание резервных файлов. Для
создания больших документов лучше использовать технологию составного документа. Это
упрощает процедуру редактирования и замены отдельных его частей.2.1.6	Параметры страницыРазличают логическую и физическую страницы. Физическая страница имеет
некоторый стандартный размер (например, 210x297 мм). Логическая страница образуется
на поле физической за вычетом установленных пользователем полей.126
▲	Количество данных на логической странице определяется плотностью печати
(количеством знаков на строке) и разреженностью строк (интервалом между строками).Мягкий переход на новую страницу осуществляется автоматически после
заполнения последней строки на текущей странице.Жесткий переход (Вставка, Разрыв...) позволяет начать новую страницу, не
дожидаясь ее окончательного заполнения.Висячей строкой называется первая строка или заголовок нового абзаца,
оказавшиеся на последней строке страницы, или последняя строка абзаца, оказавшаяся в
начале страницы.Нумерация страниц предполагает задание месторасположения на листе номера
страницы, отказ от нумерации первой страницы, использование колонтитулов.0 Колонтитул — одна или несколько строк, помещаемых в начале/конце каждой
страницы документа; обычно содержит номера страниц, название глав и параграфов.Колонтитулы могут различаться для четных и нечетных страниц, для первой
страницы и последующих. Использование колонтитулов позволяет лучше ориентироваться
в документе, а также использовать дополнительные возможности рекламы.2.1.7	Использование шаблоновШаблон используется в целях стандартизации документов, которая предполагает
унификацию их структуры и внешнего вида. С помощью шаблонов можно составлять
бланки различных документов (писем, доверенностей, квитанций и т.п.). Шаблон
основывается на стилях, определяющих вид символов и абзацев.▲	Шаблон является типом файла для многократного использования, так как при
создании документа на основе шаблона с него автоматически снимается копия, которая и
заполняется конкретной информацией.Поля подстановки и макросы способствуют автоматизации создания шаблонов.2.2	Электронная таблица2.2.1	История создания электронных таблицй Идея создания электронной таблицы VisiCalc возникла у студента Гарвардского
университета США Дэна Бриклина в 1979 г. VisiCalc первоначально предназначалась для
компьютеров типа Apple II, но потом была преобразована для всех типов компьютеров. В
появившихся электронных таблицах-аналогах (SuperCalc) основные идеи VisiCalc были
многократно усовершенствованы.1982 г. Lotus 1-2-3 — первый табличный процессор, интегрировавший в своем
составе графику и возможность работы с системами управления базами данных.1987 г. Excel фирмы Microsoft. Эта программа предложила более простой
графический интерфейс значительно расширив при этом функциональные возможности
пакета и повысив качество выходной информации. Разработчикам Excel удалось найти
золотую середину, максимально облегчив пользователю освоение программы и работу с
ней. Благодаря этому Excel занимает ведущее место на рынке табличных процессоров.2.2.2	Интерфейс табличного процессора MS Excel0 Электронная таблица — компьютерный эквивалент обычной таблицы, в клетках
(ячейках) которой записаны данные различных типов: текст, даты, формулы, числа.Главное достоинство электронной таблицы — возможность мгновенного
пересчета всех данных, связанных формульными зависимостями при изменении значения
любого операнда.0 Рабочая книга — документ, содержащий несколько листов, в которые могут
входить таблицы, диаграммы или макросы.127
(z>G>I Е2 Microsoft Енсе! - Книга!-|П|х|1 1^Р] Файл Правка Вид ВставкаФормат Сервис Данные Окно Справка - S XArial Суг т 10 - Ж /С Ч = =Ш Ш1 % ООО t<5o Л tF iF _ - -Э» - А т »R1C1 - £ (!>-►123V-'416789жI 12СО345/—ч6©-■>\	/91011■12i13Ci)—*14Y1511м U ► и \Ллет 1 / Лист2 / ЛистЗ / Д 1 < 1 >11Готово ^6)	► NUMРис. 2 Элементы интерфейса табличного процессора MS ExcelСтрока формул (1) отображает вводимые в ячейку данные. В ней можно
просматривать или редактировать содержимое текущей ячейки. Особенность строки ввода—	возможность видеть содержащуюся в текущей ячейке формулу или функцию.Рабочее поле (2) — пространство электронной таблицы, сетка, в которой создается
документ Excel (книга).Рабочая область электронной таблицы состоит из строк (3) и столбцов (4),
имеющих свои имена. Имена строк — это их номера. Нумерация строк начинается с 1 и
заканчивается максимальным числом для данной программы. Имена столбцов — буквы
латинского алфавита от А до Z, затем от АА до AZ, ВА до BZ и т.д. до IV, либо номера для
типа ссылок R1C1. Максимальное количество строк и столбцов определяется
особенностями используемой программы и объемом памяти компьютера. Современные
программы дают возможность создавать электронные таблицы, содержащие более 1 млн.
ячеек, хотя практически в большинстве случаев этого не требуется.Пересечение строки и столбца образует ячейку таблицы (5), имеющую свой
уникальный адрес. Для указания адресов ячеек в формулах используются ссылки.Строка подсказки (6) предназначена для выдачи сообщений пользователю
относительно его возможных действий в данный момент.Вспомогательная область управления (7) включает:•	панели инструментов; содержат кнопки, предназначенные для быстрого
выполнения определенных команд меню и функций программы•	вертикальную и горизонтальную линейки прокрутки; используются, чтобы
вызвать на экране области таблицы, которые на нем в настоящий момент не отображены,
используются; бегунки линеек прокрутки показывают относительную позицию активной
ячейки в таблице, используются для быстрого перемещения по ней;•	область отображения ярлычков листов книги.Текущей (активной) называется ячейка электронной таблицы, в которой в данный
момент находится курсор. Существует понятие блока (диапазона) ячеек. В качестве блока
ячеек может рассматриваться строка (часть строки), столбец (часть столбца), а также
прямоугольник, состоящий из нескольких строк и столбцов или их частей.128
2.2.3	ФормулыВычисления в таблицах производятся с помощью формул. Результат вычисления
помещается в ячейку, в которой находится формула.Формула может начинаться со знака “равно” и представляет собой совокупность
математических операндов, чисел, ссылок, функций. При вычислениях с помощью формул
соблюдается принятый в математике порядок выполнения арифметических операций.▲	Формулы состоят из операторов и операндов, расположенных в определенномпорядке.▲	В качестве операндов используются данные, а также ссылки отдельных ячеек или
блоков ячеек, в которых эти данные расположены.▲	Операторы в формулах обозначают действия, производимые с операндами.В зависимости от используемых операторов различают арифметические
(алгебраические) и логические формулы.В арифметических формулах используются: операторы (+) сложение, (-)
вычитание, (*) умножение, (/) деление, (Л) возведение в степень.Операторы сравнения, равно (=), неравно (<>), больше (>), меньше (<), не более
(<=), не менее (>=). Результатом вычислений арифметической формулы является число.Логические формулы могут содержать указанные операторы сравнения, а также
специальные логические операторы #NOT# — логическое отрицание «НЕ», #AND# —
логическое «И», #OR# — логическое «ИЛИ».Логические формулы определяют, выражение истинно или ложно. Истинным
выражениям присваивается численная величина 1, а ложным — 0.По умолчанию электронная таблица вычисляет формулы при их вводе и
пересчитывает их повторно при каждом изменении входящих в них исходных данных.2.2.4	ФункцииФункции можно считать частным случаем формулы. Функция представляет собой
программу с уникальным именем, для которой пользователь должен задать конкретные
значения аргументов, стоящих в скобках после ее имени.Под функцией понимают зависимость одной переменной (у) от одной (х) или
нескольких переменных (Xi, Хг, ..., Хп).Функции вводят в таблицу в составе формул либо отдельно.Категории встроенных функций MS Excel:•	математические;•	статистические;•	текстовые;•	логические;•	финансовые;•	функции даты и времени и др.Математические функции выполняют различные математические операции
(вычисление логарифмов, тригонометрических функций, преобразование радиан в градусы
и т. п.)Статистические функции выполняют операции по вычислению параметров
случайных величин или их распределений, представленных множеством чисел
(стандартное отклонение, среднее значение, медиана и т. п.)Текстовые функции выполняют операции над текстовыми строками или
последовательностью символов, вычисляя длину строки, преобразуя заглавные буквы в
строчные и т. п.Логические функции используются для построения логических выражений,
результат которых зависит от истинности проверяемого условия.Финансовые функции используются в сложных финансовых расчетах (определение
амортизационных отчислений и др.)129
Даты имеют внутренний (количество дней от начала 1900 года) и внешний
формат. Этот тип данных обеспечивает выполнение таких функций, как добавление к дате
числа (пересчет даты вперед/ назад) или вычисление разности двух дат (длительность
периода). Внешний формат используется для ввода и отображения дат. Наиболее
употребительны следующие типы внешних форматов дат:ДД-МММ-ГГ (04-Янв-95)	МММ-ДД-ГЦЯнв-04-95)ДД-МММ(04-Янв)	МММ-ГГ (Янв-95)Тип входных данных, содержащихся в каждой ячейке, определяется первым
символом, который должен трактоваться не как часть данных, а как команда переключения
режима:•	если в ячейке содержатся числа, то первый их символ является либо цифрой,
либо десятичной точкой, либо знаком числа (плюсом или минусом);•	если в ячейке содержится формула, то часто используются левая круглая
скобка, знак числа (плюс или минус), знак равенства и т. п.;•	если ячейка содержит символьные данные, ее первым символом может быть
одинарная (апостроф) или двойная кавычка, или пробел.2.2.5	Типы и форматы данныхСимвольные (текстовые) данные имеют описательный характер; могут включать
в себя алфавитные, числовые и специальные символы.Числовые данные не могут содержать алфавитных и специальных символов,
поскольку с ними производятся математические операции. Единственными исключениями
являются десятичная точка (запятая) и знак числа, стоящий перед ним.Основной формат используется по умолчанию; обеспечивает запись данных в
ячейках в том же виде, как они вводятся или вычисляются.Формат с фиксированным количеством десятичных знаков обеспечивает
представление чисел с заданной точностью, которая определяется установленным
пользователем количеством десятичных знаков после запятой (десятичной точки).▲	Пусть установлен режим форматирования 2 десятичных знака. Тогда вводимое в
ячейку число 12345 будет записано как 12 345.00; число 0.12345 — как 0.12.Процентный формат обеспечивает представление данных в форме процентов со
знаком % (в соответствии с установленным количеством десятичных знаков)▲	Если установлена точность в один десятичный знак, то при вводе 0.123 на экране
появится 12.3 %, а при вводе 123 — 12300.0 %.Денежный формат обеспечивает представление чисел, при котором каждые три
разряда разделены запятой; пользователь может установить определенную точность
представления (округление).▲	Введенное число 12345 будет записано в ячейке как 12 345 (с округлением до целого
числа) и 12 345.00 (с точностью до двух десятичных знаков).Научный (экспоненциальный) формат используется для представления очень
больших или очень маленьких чисел, в виде двух компонентов:•	мантиссы, имеющей один десятичный разряд слева от десятичной точки, и
некоторого количества десятичных знаков справа от нее;•	порядка числа.Запись Е+п означает умножение мантиссы на 10 в степени ±п.▲	Число 12345 будет записано в ячейке как 1.2345Е +04 (при точности 4 разряда) и как
1.23 Е +04 (при точности в 2 разряда). Число .0000012 будет иметь вид 1.2Е-06.А Вычислить значение в ячейке В1 по приведенной формулеАВ16=0,314Е+1*2*А1Запись 0,314Е+1 следует рассматривать как 0,314*10, т.е. 3,14. Следовательно значение в
ячейке В1 будет 3,14*2*6 = 37,68.130
0 Форматирование данных — выбор формы представления числовых или
символьных данных в ячейке.0 Фильтрация данных — скрытие (но не удаление) данных, не удовлетворяющих
условиям отбора.▲	Фильтры бывают двух типов: обычный (автофильтр) и расширенный. Для групповых
операций при фильтрации можно использовать символы шаблона * и ?.▲	Если ширина вводимого числа превышает ширину ячейки (колонки), ячейка
заполняется ###, сигнализирующими о том, что ширина ячейки недостаточна для отображения
данных.2.2.6	Типы адресацииАдрес ячейки определяется названием столбца и номером строки.0 Ссылка — способ (формат) указания адреса ячейки.Адрес и содержимое текущей ячейки выводятся в строке ввода электронной
таблицы. Адрес блока ячеек задается указанием ссылок первой и последней его ячеек,
между которыми ставится разделительный символ двоеточие <:> или две точки подряд<>.0 Абсолютная ссылка — это не изменяющийся при копировании и перемещении
формулы адрес ячейки, содержащий исходное данное (операнд).▲	Абсолютная ссылка на ячейку А1 — $А$1.Для указания абсолютной адресации вводится символ $. Различают два типа
абсолютной ссылки: полная и частичная.Полная абсолютная ссылка указывается, если при копировании или перемещении
адрес ячейки, содержащей исходное данное, не меняется. Для этого символ $ ставится
перед наименованием столбца и номером строки.Частичная абсолютная ссылка (смешанная) указывается, если при копировании и
перемещении не метается номер строки или наименование столбца.▲	Ссылка формата А$1 является относительной по столбцу и абсолютной по строке. При
копировании ячейки с формулой выше/ниже текущего положения ссылка изменяться не будет. При
копировании влево/вправо будет изменяться адрес столбца.▲	Ссылка формата $А1 является абсолютной по столбцу и относительной по строке. При
копировании ячейки с формулой выше/ниже текущего положения будет изменяться адрес строки.
При копировании влево/вправо ссылка изменяться не будет..0 Относительная ссылка — это изменяющийся при копировании и перемещении
формулы адрес ячейки, содержащей исходное данное (операнд).▲	Относительная ссылка на ячейку А1 — А1.Правило относительной ориентации ячейки: формула, где в качестве
операндов используются относительные ссылки ячеек, воспринимается системой как
шаблон, а ссылки ячеек в таком шаблоне — как средство указания на местоположение
ячеек с операндами относительно ячейки с формулой.Копируемая формула называется формулой оригиналом. Скопированная формула—	формулой копией. При копировании формул действует правило относительной
ориентации ячеек. Поэтому после окончания копирования относительное расположение
ячеек, содержащих формулу-копию и исходные данные (заданные относительными
ссылками), остаются такими же, как в формуле-оригинале. Перемещение формул также
связано с автоматической подстройкой входящих в нее адресов операндов.0 Буфер промежуточного хранения — это область оперативной памяти, при
помощи которой можно переносить данные из одной части таблицы в другую, из одного окна в
другое или из одного приложения Windows в другое.▲	Буфер используется при выполнении команд копирования и перемещения для
временного хранения копируемых или перемещаемых данных.▲	Содержимое буфера сохраняется до тех пор, пока в него не будет записана новая
порция данных.131
2.2.7	Режимы работы табличного процессораРежим готовности — режим, в котором происходит выбор ячейки или блоков
ячеек для корректировки или выполнения какой-либо операции. В этом режиме текстового
курсора нет.Режим ввода данных может инициироваться щелчком мыши по строке формул,
либо двойным щелчком по ячейке.Командный режим предоставляет возможность выбрать и выполнить нужную
команду (пункт) главного меню.Режим редактирования дает возможность вносить изменения в содержимое
ячейки без полного повторения ее набора с клавиатуры. При переходе в режим ввода
данных прежнее содержимое текущей ячейки теряется.2.2.8	Графические возможностиИспользование графики повышает наглядность полученных результатов,
показывает соотношение различных значений и динамику их изменения. Например,
круговая диаграмма применяется для сравнения отдельных значений переменной между
собой и с общей их суммой; вертикальная столбцовая используется для сравнения
значений переменных в различные моменты времени; линейный график используется для
иллюстрации динамики переменной во времени.Обобщенная технология работы с электронной таблицейФормирование структурыввод заголовка и шапки
таблицыввод исходных данных
ввод формулМоделированиеАнализ с помощью
встроенных
функцийРабота с даннымиОдновременная
работа с
несколькими
таблицамиXГрафическое представление
выходных данныхРабота с базой
данныхПечать132
2.3	Система управления базами данных2.3.1	Основные понятия0 База данных (БД) — совокупность данных, организованных по определенным
правилам, предусматривающим общие принципы описания, хранения и манипулирования
данными, независимо от прикладных программ.▲	Базы данных могут содержать различные объекты: таблицы, запросы, макросы,
модули. Основными объектами являются таблицы.И Система управления базами данных (СУБД) представляет собой комплекс
программ и языковых средств для создания, ведения и использования БД.0 Визуализация информации — отбор отображаемых данных в соответствии с
заданными критериями, их упорядочение, оформление и последующая выдача на устройство
вывода или передача по каналам связи.▲	СУБД должна выполнять три основные функции: ввод данных, запросы по данным и
составление отчетов.▲	Для эффективной работы с базой данных СУБД должна обеспечивать целостность и
непротиворечивость данных. Это физическая сохранность данных, предотвращение неверного их
использования, поддержка допустимых сочетаний их значений, защита от структурных искажений и
несанкционированного доступа.Основная особенность СУБД — наличие процедур для ввода и хранения не
только самих данных, но и описаний их структуры.Возможности СУБД:•	поддержание логически согласованного набора файлов;•	обеспечение языка манипулирования данными;•	восстановление информации после разного рода сбоев;•	параллельная работа нескольких пользователей в реальном режиме времени.
В наиболее полном варианте СУБД может иметь следующие компоненты:•	среда пользователя, дающая возможность непосредственного управленияданными с клавиатуры;•	алгоритмический язык для программирования прикладных систем обработки
данных, реализованный как интерпретатор.•	программы-утилиты быстрого программирования рутинных операций:
отчетов, экранов, меню, запросов и т.п. (иногда их называют генераторами);СУБД предоставляет возможности выбирать любые поля, форматы полей,
сортировать данные, вычислять итоговые значения, отбирать интересующие данные по
какому-либо признаку, менять их, удалять, копировать в другие таблицы и т.д.2.3.2	Интерфейс системы управления базами данных MS AccessI_=_IöJüI[5 Файл Правка Вид Вставка Сервис Окно Справка [ Введите вопрос	- _ r5 х□ cs Н а # а !?■Открыть ^ Конструктор ^П] Создать(ifp ЗапросыШ ТаблицыОбъектыЕ1Э Формы
01 ОтчетыОбозначения активных режимов в
строке состояния
ФЛТР — фильтр;NUM — клавиатурный калькулятор
(NumLock);МодулиобъектовИзбранноегруппы AccessГ отовоNUMРис. 3 Элементы интерфейса СУБД MS Access133
Таблицы являются главными объектами Access. Данные, которые они содержат,
являются основой любой СУБД. Организация данных напоминает лист книги электронной
таблицы. В каждом столбце таблицы находятся данные одинакового типа, а каждая строка1 ЕЗ Microsoft Access-[Товары : таблица]-|П|х|! Ш] Файл ПравкаВид ВставкаФормат ЗаписиСервис Окно Справка_ Ө х1;i - У ® 1? а ф 1 & ч! ß 10 ^1ii JE! 1 ^ 'S V 1Л 1 ►* * 1 епКод товараОписание товаНа складеЦеуаМинимальный |ш<302051Запись: И | 4 \ \1 Hin !►*! из 1(2)1Рис. 4 Режим таблицы Access
Записъ(1) — это набор взаимосвязанных данных о конкретном предмете.Поле (2) — информационная единица записи.Ключ (ключевое поле) — поле, которое содержит наиболее характерную для данной
записи информацию.Группа — это идущие подряд записи с одинаковым одним или несколькими
полями.Поле:
Имя таблицы:
Сортировка:
Вывод на экран:
Условие отбора:
или:ЬписаниеТоварат 1 МинимальныйЗапа IА.ТТоварыТовары00□<200И-1-1 2Г\Рис. 5 Режим конструирования запроса Access
Запрос позволяет указать, какие именно поля будут отражаться; ввести критерий
(правило), согласно которому будут определяться отображаемые записи и порядок
сортировки этих записей. Запросы можно использовать в качестве основы для форм или
отчетов, чтобы определить, какие именно записи должны в них содержаться.▲	Таблица, полученная из совокупности связанных таблиц путем
удовлетворяющих заданным условиям на значения полей, является запросом.выбора строк,В1 ТоварыЗапись:Рис. 6 Режим формы Access
Формы позволяют управлять процессом отображения данных на экране.134
Для вывода на печать используются отчеты, которые можно отображать в режиме
"Конструктора", либо в окне предварительного просмотра.При коллективном использовании Access возможно разным пользователям дать
разные права по просмотру и изменению информации.▲	Каждая база данных хранится в виде файла с расширением mdb.1 IS. Товары,-|п|*Ј1IТоварJКод товара Описание товараНа складе1 Товар11002 Товар22003 ТоварЗСтраница: М | || 1 ► I Н I < |Рис. 7 Режим отчета Access2.3.3	Модели данныхПо способу установления связей между данными различают реляционную,
иерархическую и сетевую модели.Реляционная («relation» — отношение) модель является простейшей и наиболее
привычной формой представления данных в виде таблицы. Достоинством реляционной
модели является сравнительная простота инструментальных средств поддержки,
недостатком — жесткость структуры данных (например, невозможность создания строк
произвольной длины) и зависимость скорости её работы от размера БД.Иерархическая и сетевая модели предполагают наличие связей между данными,
имеющими какой-либо общий признак. В иерархической модели такие связи могут быть
отображены в виде дерева-графа, где возможны только односторонние связи от старших
вершин к младшим. Это облегчает доступ к необходимой информации, но только если
всевозможные запросы отражены в структуре дерева. Никакие другие запросы
удовлетворены быть не могут.Й Указанный недостаток снят в сетевой модели, где, по крайней мере, теоретически,
возможны связи "всех со всеми". Использование иерархической и сетевой моделей ускоряет
доступ к информации в базе данных. Но поскольку каждый элемент данных должен содержать
ссылки на некоторые другие элементы, требуются значительные ресурсы как дисковой, так и
оперативной памяти персонального компьютера.▲	Классификация животного мира, структура почтовых адресов, файловая структура
диска являются примерами иерархической модели баз данных.Й Реляционные системы лучше соответствуют их возможностям и вполне
удовлетворяют большинству пользователей. Скоростные характеристики этих СУБД
поддерживаются специальными средствами ускоренного доступа к информации —
индексированием баз данных.Производительность СУБД оценивается•	временем выполнения запроса;•	временем выполнения операции импортирования БД из других форматов;•	скоростью выполнения обновления, вставки, удаления данных;•	временем генерации отчета.135
2.3.4	Технология проектирования БДПрежде чем создавать таблицы необходимо задать структуру базы данных.
Хорошая структура базы данных является основой для эффективной работы.
Проектирование базы данных включает следующие этапы:1.	Определение цели создания базы данных.2.	Определение таблиц базы данных.3.	Определение полей таблиц.4.	Задание индивидуального значения полям таблиц.5.	Определение связей между таблицами.6.	Обновление структуры базы данных.7.	Ввод данных и создание объектов для работы с таблицами.Этап 1. Определение цели создания базы данныхНа этом этапе проектирования базы данных необходимо определить:•	цель создания базы данных;•	информацию, которую будут содержать поля таблиц;•	темы, которые должна охватывать база данных;•	отчеты по запросам, которые она должна выдавать;База данных должна отвечать требованиям тех, кто будет с ней работать.Этап 2. Определение таблиц базы данныхОдним из наиболее сложных этапов в процессе проектирования базы данных
является разработка таблиц, так как результаты, которые должна выдавать база данных
(отчеты, выходные формы и др.) не всегда дают полное представление о структуре
таблицы.Основные принципы проектирования:1.	Информация в одной таблице не должна дублироваться.2.	Не должно быть повторений между разными таблицами.▲	Хранение определенной информации только в одной таблице делает работу более
эффективной, так как исключает возможность несовпадения информации в разных таблицах.3.	Каждая таблица должна содержать информацию только на одну тему.▲	Сведения на каждую тему обрабатываются намного легче, если содержатся в
независимых друг от друга таблицах.Этап 3. Определение полей таблицКаждая таблица содержит информацию на отдельную тему. Каждое поле в
таблице содержит отдельные сведения по теме таблицы.При разработке полей для каждой таблицы необходимо помнить:•	каждое поле должно быть связано с темой таблицы;•	не рекомендуется включать в таблицу данные, которые являются
результатом вычислений;•	в таблице должна присутствовать вся необходимая информация по
конкретному вопросу;•	информацию следует разбивать на наименьшие логические единицы.
Например, поля «Имя», «Фамилия», «Отчество» а не общее поле «ФИО».▲	Структура таблицы реляционной базы данных изменится, если добавить или удалитьполе.Этап 4. Задание индивидуального значения полям таблицыПри работе с данными из нескольких таблиц, необходимо установить между ними
связи. Наличие одинакового поля в таблицах позволяет установить связь между ними и
работать с данными из обеих таблиц.136
Для того чтобы можно было связать данные из разных таблиц, каждая таблица
должна содержать поле или набор полей, которые будут задавать индивидуальное
значение каждой записи в таблице. Такое поле или набор полей называют основным
ключом. Например, чтобы связать данные о клиенте и его заказы необходимо, чтобы
таблицы «Клиенты» и «Заказы» имели одинаковое поле Код Клиента.Типы ключевых полейКлючевые поля счетчика. При добавлении записи в таблицу в поле счетчика
должно автоматически вноситься порядковое число. Это наиболее простой способ
создания ключевых полей.Простой ключ. Если поле содержит уникальные значения, такие как коды или
инвентарные номера, то это поле можно определить как ключевое. Если выбранное поле
содержит повторяющиеся или пустые значения, то оно не будет определено как ключевое.
Если устранить повторы путем изменения значений невозможно, то следует либо добавить
в таблицу поле счетчика и сделать его ключевым, либо определить составной ключ.Составной ключ. В случаях, когда невозможно гарантировать уникальность
значений каждого поля, существует возможность создать ключ, состоящий из нескольких
полей.▲	Если определить подходящий набор полей для составного ключа сложно, то нужно
добавить поле счетчика и сделать его ключевым.▲	Не рекомендуется определять ключ по полям Имена и Фамилии, поскольку нельзя
исключить повторения этой пары значений для разных людей.▲	Ключ в таблице базы данных не может быть пустым.Этап 5. Определение связей между таблицамиПосле распределения данных по таблицам и определения ключевых полей
необходимо выбрать схему для связи данных в разных таблицах. Для этого нужно
определить связи между таблицами.▲	Связь устанавливает отношения между совпадающими значениями в ключевых полях,
обычно между полями разных таблиц, имеющими одинаковые имена.В большинстве случаев с ключевым полем одной таблицы, являющимся
уникальным идентификатором каждой записи, связывается внешний ключ другой
таблицы.Типы отношений между таблицамиОтношение «один-ко-многим». Связь с отношением «один-ко-многим» является
наиболее часто используемым типом связи между таблицами. В такой связи каждой записи
в таблице А могут соответствовать несколько записей в таблице В, а запись в таблице В не
может иметь более одной соответствующей ей записи в таблице А.Отношение «многие-ко-многим». При отношении «многие-ко-многим» одной
записи в таблице А могут соответствовать несколько записей в таблице В, а одной записи
в таблице В несколько записей в таблице А.Отношение «один-к-одному». При отношении «один-к-одному» запись в
таблице А может иметь не более одной связанной записи в таблице В и наоборот; такие
данные могут быть помещены в одну таблицу.Связь с отношением «один-к-одному» используют для•	разделения очень широких таблиц,•	отделения части таблицы по соображениям защиты,•	сохранения сведений, относящихся к некоторым записям в главной таблице.▲	Отношение «один-ко-многим» создается в том случае, когда только одно из полей
является ключевым или имеет уникальный индекс.▲	Отношение «один-к-одному» создается в том случае, когда оба связываемых поля
являются ключевыми или имеют уникальные индексы.▲	Связь с отношением «многие-ко-многим» фактически является двумя связями с
отношением «один-ко-многим» через третью таблицу, ключ которой состоит из по крайней мере
двух полей, которые являются полями внешнего ключа в двух других таблицах.137
Этап 6. Обновление структуры базы данныхПосле проектирования таблиц, полей и связей необходимо еще раз просмотреть
структуру базы данных и выявить возможные недочеты, исключить из таблиц повторения
данных. Желательно это сделать, пока таблицы не заполнены данными.Для проверки необходимо:•	создать несколько таблиц;•	ввести несколько записей в каждую таблицу;•	посмотреть, отвечает ли база данных поставленным требованиям.Этап 7. Ввод данных и создание объектов для работы с таблицамиЕсли структуры таблиц отвечают поставленным требованиям, то можно вводить
все данные. Затем приступить к созданию запросов и отчетов.2.3.5	Работа с объектами Access2.3.5.1	ТаблицыДля нормальной работы с БД необходима однозначная идентификация каждой
записи. Это достигается автоматической нумерацией записей в поле с типом данных
Счетчик. Возможна ручная нумерация записей в поле с типом данных Числовой и
свойством Индексированное поле —ДА (совпадения не допускаются).Типы данныхОписаниеТекстовый0-255 символовMEMOТекстовые или числовые данные не более 64000 символовЧисловойДата/времяДенежныйЧисла ххххххххххххххх(15),хххх(4)СчетчикЛогическийДА или НЕТЧисловые форматыДиапазонЗначениеБайт0-255ЦелоеЦелое-32768 +32767ЦелоеДлинное целое-2147483648 +2147483647ЦелоеСПТ 4 байта-3,402823Е38 +3,402823Е38ДесятичноеСПТ 8байт-1,79769313486232Е308Десятичное▲ Значения числовых полей по умолчанию до ввода данных равны нулю.Форматы даты/времениОтображениеПолный формат даты
Длинный формат даты
Средний формат даты
Краткий формат даты
Длинный формат времени
Средний формат времени
Краткий формат времени21.07.03	13:05:41
21 июля 2003 г.
21-июл-ОЗ21.07.03
13:05:41
01:05
13:05й Функция поиска позволяет перейти к полю, содержимое которого известно (Правка,
Найти). Символы * и ? выполняют те же функции, что и при поиске файлов. Поиск с заменой
выполняется аналогично.▲	При удалении записей в поле первичного ключа нумерация не изменяется, то есть если
было 5 записей с номерами от 1 до 5, то после удаления третьей и четвертой записей, оставшиеся
будут с прежними номерами 1,2,5.▲	Выбранные вид, размер и начертание шрифта применяются ко всем записям таблицы.138
Для компактного отображения полей таблицы часть из них может быть скрыта.
Скрытые поля не участвуют в поиске и обработке запросов (Формат, Скрыть
столбцы/Отобразитъ столбцы).Для повышения удобочитаемости таблицы используют фиксацию маркированных
полей (Формат, Закрепить столбцы/Освободить все столбцы). В результате
фиксированное поле помещается в левой части таблицы и остается видимым при
прокрутке полей вправо.Свойства полейОписаниеРазмерФорматЧисло десятичных знаков
ПодписьЗначение по умолчаниюУсловие на значениеСообщение об ошибке
Обязательное поле
Индексированное полеМаксимальная длина текстового или числового поля (если
задан слишком большой размер, то неэкономно расходуется
память)Форма отображения данных:С разделителями разрядов (пробел между триадами, запятая
между целой и дробной частью и 2 знака после запятой);
Основной (число отображается так, как его ввел
пользователь).,ххххх	Выводится рядом с полем в форме или отчете, содержит
пояснениеПример. Если большинство студентов имеют оценку «5», то
это значение можно установить по умолчанию для всех
студентов. В записях для студентов, имеющих другие
значения оценки, выполняется корректировка.Устанавливает ограничения на вводимые значения
(например, муж/жен)Появляется при вводе недопустимого значения.Поле, подлежащее обязательному заполнению.Определяет простые индексы для ускорения поиска.	▲	Уменьшение размера поля , в которое вводится данное, ведет к его обрезке по новойгранице.0 Поле, с помощью которого осуществляется связывание таблиц, в главной
(родительской таблице) называется главным (первичным), а в подчиненной (дочерней) —
внешним.и размер.Поля, являющиеся главными и внешними ключами, должны иметь одинаковые имя, тип▲	В родительской таблице значения главного ключа должны быть уникальны.▲	В дочерней таблице значения внешнего ключа могут повторяться.▲	Поле первичного ключа не позволяет вводить в таблицу повторяющиеся записи,
поскольку содержит однозначный идентификатор для каждой записи.Первичный ключ определяется в режиме конструктора. Если при выходе из
конструктора первичный ключ не объявлен, Access выдает запрос на его создание и при
положительном ответе создает поле счетчика с именем КОД.В реляционных БД отдельные таблицы связаны между собой по ключевым полям.
В диалоговом окне Связи необходимо включить опцию Обеспечение целостности данных,
чтобы обеспечить проверку ссылочной целостности связи между таблицами. Это позволит
избежать ошибок при удалении записей из первичной таблицы и вводе информации в
связанную таблицу.Например:•	добавление в связанную таблицу записей, для которых отсутствует
соответствующая запись в главной таблице;139
•	удаление записей в главной таблице, на которые ссылаются записи из
связанной таблицы.▲	Между двумя таблицами может быть задано только одно отношение, тип которого
можно изменить.▲	В процесс создания новой таблицы базы данных не входит формирование запроса ктаблице.2.3.5.2	ЗапросыНаиболее распространенный запрос — запрос на выборку, который выполняет
отбор данных из одной или нескольких таблиц по некоторым критериям. Имя поля можно
перенести в бланки запроса методом Drag and Drop. Бланк запроса называют QBE-
областью {Query by Example — запрос по образцу).Для выполнения сортировки в окне запроса приметают команду Записи,
Сортировка или аналогичные кнопки на панели инструментов. При алфавитно-цифровой
сортировке по возрастанию вначале располагаются элементы, начинающиеся со знаков
пунктуации или спецсимволов, затем цифры и буквы.В окне запроса можно добавить или изменить данные в таблице, на основе
которых создан запрос. Это может нарушить порядок следования данных в запросе. Для
восстановления порядка необходимо повторить вызов запроса и сортировку данных.▲	Критерии отбора, устанавливаемые в QBE-области, заключаются в кавычки.▲	Критерии отбора, расположенные в разных строках, объединяются логическим
оператором ИЛИ; расположенные в одной строке — логическим оператором И.▲	Условия И выполняются раньше условий ИЛИ.Для исключения группы данных надо записать критерий НЕ РАВНО «значение»
или <> «значение».▲	В запросах символы * и ? применяются также как и во всех приложениях Microsoft OfficeНад полученными в результате запроса данными можно провести вычисления с
помощью функций. Для этого в QBE-области в нужном поле строки Групповая операция
выбирается из списка необходимая функция.ФункцияНазначениеГ руппировкаCountSumMinMaxAvgFirstLastОбъединение в одну группу записей с одинаковыми значениями
Определение числа записей в группеСуммирование значений поля в отобранных запросом записях
Определение минимального значения в заданном поле группы записей
Определение максимального значения в заданном поле группы записей
Определение среднего значения в заданном поле группы записей
Определение первого значения в заданном поле группы записей
Определение последнего значения в заданном поле группы записейПри разработке запроса для нескольких таблиц, между которыми нет связи,
Access рассматривает каждую таблицу как независимый объект и позволяет составить
любую возможную комбинацию из полей в окне конструктора.▲	Обязательное условие установления связи между таблицами — наличие двух
одинаковых полей.Фильтры используются в тех же целях, что и запросы на выборку данных. Однако
при фильтрации нельзя подавить отображение отдельных полей и выполнить вычисления.Обычный фильтр отбирает записи по содержимому нескольких полей (ИЛИ).Фильтр по выделенному фрагменту предполагает предварительное выделение
нужных данных. При этом можно выбрать команду Фильтр, Исключить выделенное.140
Расширенный фильтр создается в режиме конструктора перетаскиванием имен
нужных полей в QBE-область.Запросы делятся на:•	QBE-запросы по образцу, создаваемые в режиме конструктора запросов;•	SQL-запросы (Structured Query Language — структурированный язык
запросов), создаваемые с помощью операторов и функций языка SQL.▲	QBE- и SQL-запросы взаимно преобразуемыеКонструктор позволяет сконструировать запрос на выборку самостоятельно.Простой запрос создается на основе выбранных полей.Перекрестный запрос предоставляет данные в компактном формате как в
электронных таблицах.Повторяющиеся записи выбираются из таблицы или простого запроса.Записи без подчиненных — это записи, не связанные с записями из другой
таблицы.При составлении запроса на основе нескольких таблиц между ними должны быть
установлены связи, иначе результат обработки запроса может оказаться некорректным.Разработка запроса включает:•	добавление полей в запрос;•	установку критериев отбора записей;•	сортировку записей.й Не следует включать в запрос все поля выбранных таблиц. Если же это необходимо,
то можно выделить символ * в списке полей таблицы и перетащить его в бланк запроса. Тогда
добавление и удаление полей в исходной таблице автоматически ведет к изменению запроса.▲	Для удаления поля из бланка запроса используйте клавишу Delete.▲	Для удаления таблицы из запроса надо ее выделить, щелкнув по полю в верхней части
окна конструктора запроса и нажать Delete.Запрос может быть использован для выполнения расчетов и подведения итогов на
основе обобщенных данных их исходных таблиц. Для этого предусмотрены
статистические функции SQL, которые задаются в строке Групповая операция. Можно
обработать содержимое каждого поля запроса.й Режим таблицы используется, если надо получить наиболее полный обзор данных
или для эпизодического изменения данных. При частом изменении данных лучше использовать
форму.2.3.5.3	ФормыФормы используются как средство защиты БД от действий неквалифицированных
пользователей, повышают комфортность работы. Любая форма строится на основе
таблицы или запроса; поля располагаются произвольно. Логически взаимосвязанные поля
объединяются в группы. На основе одной таблицы могут быть построены разные формы
для различных работников.Автоформа использует стандартные шаблоны.Мастер форм в зависимости от назначения формы предлагает на выбор
стандартные шаблоны и стили оформления.Конструктор предоставляет инструменты для создания формы на пустом бланке.Мастер сводных таблиц создает сводную таблицу Excel на основе таблиц и
запросов Access.Мастер диаграмм создает формы с диаграммами на основе выбранных полей
таблицы. По умолчанию значения столбца образуют на диаграмме ряд данных, а значения
строки — категорию. Для отображения числовых значений служат маркеры данных —
линии, полосы, секторы и т.п. Метки у маркеров данных представляют числовые или141
текстовые значения элементов ряда. Оси используются для отображения шкалы —
диапазона значений рядов данных.0Легенда — пояснительный текст и свод условных знаков.Каждый элемент диаграммы имеет набор параметров, который можно изменить в
соответствующем диалоговом окне, дважды щелкнув на нужном элементе. Круговую
диаграмму рекомендуется использовать для отображения соотношения частей целого.
Точечные диаграммы используют для представления взаимосвязи между двумя или
несколькими величинами. Гистограммы используют для сравнения значений,
относящихся к определенному моменту времени.Из нескольких связанных таблиц можно создать составную форму. При этом
связанные поля должны иметь одинаковые типы данных. Главная форма включает
содержимое некоторой записи главной таблицы, а подчиненная форма — зависимые
записи подчиненной таблицы. Подчиненная форма встраивается в главную так, что они
обе видны в общем окне. При каждом вызове составной формы обновляются записи
соответствующих таблиц.Содержимое формы всегда соответствует информации в таблицах и запросах и
обновляется при каждом открытии.▲	Режим редактирования полей формы включается клавишей Ғ2.▲	Удалить запись из формы можно клавишей Delete.й Для отображения дополнительной информации используются колонтитулы.
Различают страничные колонтитулы (заголовок/примечание страницы) и общие
(заголовок/примечание формы). Они добавляются в верхнее и нижнее поля и удаляются попарно.При выполнении команды Вид, Заголовок/Примечание формы в окне
конструктора появляются области заголовка и примечания, в которых можно разместить
текст и элементы управления.2.3.5.4	ОтчетыПреимуществом отчетов перед формами является возможность группировки
данных, что не только улучшает его внешний вид, но и повышает читабельность. Данные в
отчете группируются не более чем по трем полям с возможностью изменения уровня
группировки. В диалоге Интервалы группировки при использовании стандартного
значения Обычный в одну группу объединяются записи с одинаковыми значениями в
заданном поле. Данные автоматически сортируются по тем же полям, по которым
выполняется группировка. Для подбора оптимальной ширины полей надо включить опцию
Настроить ширину полей для размещения на одной странице.В нижнем колонтитуле отчета автоматически устанавливается дата его создания.Структура отчетаЗаголовок расположен на первой странице отчета перед верхним колонтитулом.Верхний колонтитул по умолчанию помещается на каждую страницу отчета;
обычно содержит заголовки колонок. На страницах, содержащих шапку или резюме
отображение колонтитула можно заблокировать.Заголовок группы состоит из имени группы и названия Заголовок группы.Элементы области данных повторяются для каждой выбранной из таблицызаписи.Примечание группы появляется в конце группы записей; применяется для
указания числа записей или суммы значений в полях группы. Заголовок этой области
включает имя группы и название Примечание.Нижний колонтитул присутствует на каждой странице отчета; используется для
отображения номера страницы и текущей даты.142
Примечание отчета вставляется в конце отчета и содержит резюме ко всему
документу. В проекте отчета это последняя область, но при печати она идет перед нижним
колонтитулом последней страницы.По умолчанию все области отчета имеют одинаковую ширину. Изменить высоту и
ширину области одновременно можно перемещением слева маркировочного квадратика,
либо поочередным перемещением ограничительной линии сверху и справа. Точно задать
значение высоты и ширины можно в окне Свойства.Нумерация страниц отчета выполняется в текстовом поле, добавленном в
заголовки или колонтитулы.Для размещения отчета в несколько колонок надо установить соответствующие
параметры на вкладке Столбцы из меню Файл, Параметры страницы.Параметры отображения номеров страницВыражение в поле свойства ДанныеРезультат=[Page]1,2,3...=”Стр.”& [Page]Стр.1, Стр.2,...=[Page]&”/3 стр.”1/3 стр., 2/3 стр.,...=[Page]&”ro 3 стр.”1 из 3 стр.,...=”CTp”&[Page]&”/ro 3”Стр.1 из 3,...=Format([Page]”000”)001, 002, 0032.4	Работа с графикойТермины векторная и растровая графика относятся к категории двумерной
компьютерной графики.Векторная графика описывает изображение с помощью математических формул.
При изменении размеров изображения в формулах метаются коэффициенты.▲	При изменении масштаба векторного изображения оно не теряет своего качества.Векторные редакторы позволяют создавать изображения из геометрическихпримитивов: точек, отрезков, дуг, многоугольников.▲	Для создания векторных изображений, основой которых является линия,
предназначены графические редакторы Corel Draw, Adobe Illustrator.В основе растровой графики лежит принцип точечного формирования сцены в
ограниченных пространственных координатах без элементарных математических
преобразований.0 Независимый минимальный элемент изображения в растровой графике называется
пикселем (pixel — Picture Element).Формат растрового изображения содержит информацию о расположении,
количестве, и цвете пикселей.▲	Растровая графика зависит от разрешения. При уменьшении количества пикселей
теряются мелкие детали, при увеличении — ухудшается резкость изображения.Пример 1. Пусть растровое изображение размером 64x64 пикселя занимает 4
Кбайта памяти. Определить сколько цветов приходится на один пиксель? Для этого нужно
знать, сколько битов используется для кодирования цвета одного пикселя. Всего пикселей
64*64 = 4096. Объем памяти 4 Кбайта = 4096 байт. Следовательно, на кодирование цвета
каждого пикселя отводится 1 байт памяти, т.е. 8 бит. Получаем, что каждый пиксель может
иметь один цвет из 2 = 256 цветов.Пример 2. Растровый графический файл содержит черно-белое изображение с 2
градациями цвета (черный и белый) размером 800x600 точек. Определить необходимый
для кодирования цвета точек размер этого файла на диске в байтах. Служебную143
информацию о формате, авторстве, способах сжатия не учитывать. Так как изображение
двухцветное, то для указания цвета одной точки достаточно двух значений, т.е. одного
бита.Объем графического файла рассчитывается по формуле V = i*k, где i — глубина
цвета, к — количество точек. Тогда 800*600*1 бит = 480000 бит = 60000 байт.Пример 3. С помощью цифрового фотоаппарата получено изображение с
разрешением 3456x2592 точек и глубиной цвета 3 байта/пиксель. Для просмотра
используется монитор с разрешением 1280x1024 и цветопередачей 16 битов. Определить
во сколько уменьшится информационный объем изображения при отображении его на
этом мониторе. Объем изображения 3456*2592*3*8 бит. Для монитора 1280*1024*16 бит.
Отношение примерно равно 10.▲	К растровым относятся форматы bmp, gif, tif, jpeg, png, pcx.▲	К векторным относятся форматы wmf, svg, cdr.▲	В Интернете растровая графика представлена форматами gif, jpg, png.3	ОФИСНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ3.1	Принтеры0 Печатающие устройства (принтеры) — это устройства вывода данных из ЭВМ,
преобразующие информационные ASCII-коды в соответствующие им графические символы на
твердом носителе (бумага, синтетическая пленка).▲	Принтеры характеризуются:•	цветностью (черно-белые и цветные);•	способом формирования символов (знакопечатающие и
знакосинтезирующие);•	принципом действия (матричные, термические, струйные и лазерные);•	способом печати (ударные, безударные);•	способом формирования строк (последовательные, параллельные);•	скоростью печати (измеряется количеством выведенных символов за
единицу времени и может достигать нескольких тысяч в секунду);•	разрешающей способностью (измеряется максимальным количеством линий,
длина которых равна их ширине, на один квадратный сантиметр или дюйм).▲	Принтеры являются растровыми устройствами.▲	Первичными цветами для цветных принтеров является зелено-голубой (Cyan), светло-
красный (Magenta) и желтый (Yellow).Наложение двух из этих первичных цветов дает красный, зеленый или голубой
цвет. Смешение всех трех первичных цветов дает черный цвет.й В некоторых принтерах для получения истинно черного цвета используется отдельный
черный краситель (ЫесК), поэтому данная модель цветообразования называется CMY или CMYK.Модели цветообразования для мониторов и принтеров различаются. Наши глаза
являются сложной оптической системой, которая воспринимает излучаемый или
отраженный от освещаемых предметов свет. Цвет определяется длинной волны
электромагнитного излучения. Нанесенные на экран точки люминофора воспринимаются
именно того цвета, какой они излучают. Краситель, нанесенный на бумагу, напротив,
действует как фильтр, поглощая одни и отражая другие длины электромагнитных волн.
Насыщенность цвета (розовый, красный, пурпурный) зависит от количества белого цвета.
Таким образом, промежуточные цвета при выводе изображения, получаются, как правило,
путем пропуска (не печати) нескольких точек. В этом случае оттенки соответствующего
цвета получаются путем группировки нескольких точек изображения в псевдопиксели
размером 2x2, 3x3 и более точек.144
▲ Отношение количества цветных точек к белым и определяет уровень насыщенностицвета.й Исторически первым типом принтеров были лепестковые принтеры. Литеры
закреплялись на рычагах, которые приводились в движение при помощи электромагнитов,
управляемых компьютером. Данные принтеры не могли выводить графическую информацию, а
текстовую печатали со скоростью 100-200 знаков в минуту. Использование вместо отдельных
рычагов с литерами диска, с выгравированными по периметру литерами, повысило скорость печати
до 200-300 знаков в минуту.3.1.1	Матричные принтерыИдея матричных печатающих устройств заключается в том, что требуемое
изображение воспроизводится из набора отдельных точек, наносимых на бумагу тем или
иным способом. Матричные принтеры могут работать в двух режимах — текстовом и
графическом. В текстовом режиме на принтер посылаются коды печатаемых символов,
притом контуры символов выбираются из знакогенератора принтера. В графическом
режиме на принтер пересылаются коды, определяющие последовательность и
местоположение точек изображения.В игольчатых (ударных) матричных принтерах печать точек осуществляется
иглами, ударяющими бумагу через красящую ленту. Каждая игла управляется
собственным электромагнитом. Знаки в строке печатаются последовательно. Количество
иголок в печатающей головке определяет качество печати. Недорогие принтеры имеют 9
игл, более дорогие — 18 или 24 иглы. Матрица символов в таких принтерах имеет
размерность 7x9 или 9x9 точек.Качество печати матричных принтеров определяется также возможностью вывода
точек с частичным перекрытием за несколько проходов печатающей головки.
Быстродействие матричных принтеров при печати текста в режиме черновой печати
находится в пределах 100-300 символов/с, что соответствует примерно двум страницам в
минуту (с учетом смены листов). Режим печати, близкий к типографскому, реализуется за
два прохода: после первого прохода бумага протягивается на расстояние, соответствующее
половинному размеру точки; затем совершается второй проход с частичным перекрытием
точек. При этом скорость печати уменьшается вдвое.й Разновидности шрифтов, получившие широкое распространение:roman (мелкий шрифт пишущей машинки),italic (курсив),bold-face (полужирный),expanded (растянутый),elite (полусжатый),condenced (сжатый),pica (прямой шрифт — цицеро),courier (курьер),san serif (рубленый шрифт сансериф),пропорциональный шрифт (ширина поля символа, зависит от его ширины).Кроме матричных игольчатых принтеров есть еще группа матричных
термопринтеров, оснащенных вместо игольчатой печатающей головки головкой с
термоматрицей и использующих при печати специальную термобумагу или термокопирку.3.1.2	Струйные принтеры с жидкими черниламиВ печатающей головке этих принтеров вместо иголок имеются тонкие трубочки—	сопла, через которые на бумагу выбрасываются мельчайшие капельки
красителя(чернил). Это безударные печатающие устройства. Матрица печатающей
головки обычно содержит от 12 до 64 сопел.Струйные чернильные принтеры подразделяются на устройства непрерывного и
дискретного действия. Последние делятся на две категории: с нагреванием чернил и
основанные на действии пъезоэффекта.145
Принцип непрерывного действия основан на том, что струя чернил, постоянно
испускаемая из сопла печатающей головки, направляется либо на бумагу (для нанесения
изображения), либо в специальный приемник, откуда чернила снова попадают в общий
резервуар.При реализации технологии нагрева чернил в каждом сопле печатающей головки
находится маленький нагревательный элемент, который при пропускании тока за
несколько микросекунд нагревается до температуры около 500 градусов и отдает
выделяемое тепло непосредственно окружающим его чернилам. При резком нагревании
образуется чернильный паровой пузырь, который старается вытолкнуть через выходное
отверстие сопла каплю жидких чернил. Поскольку при отключении тока нагревательный
элемент также быстро остывает, паровой пузырь, уменьшаясь в размерах, «подсасывает»
через входное отверстие сопла новую порцию чернил, которые занимают место
«выстрелянной» капли.Обратный пъезоэффект заключается в деформации пьезокристалла под
воздействием электрического поля. Изменение размеров пьезоэлемента, расположенного
сбоку выходного отверстия сопла и связанного с диафрагмой, приводит к выбрасыванию
капли и приливу через входное отверстие новой порции чернил. Фирмой Epson предложен
новый тип многослойной пьезоэлектрической головки, которая устраняет маленькие
капельки, сопровождающие основную каплю. Четкость в этом случае повышается в
основном для монохромных изображений. Сопла на печатающей головке струйных
принтеров соответствуют «ударным» иглам матричных принтеров. Поскольку размер
каждого сопла существенно меньше диаметра иглы, а количество сопел может быть
больше, то получаемое изображение теоретически должно быть четче. Однако чернила
имеют свойства просачиваться, растекаться и смешиваться до высыхания, это приводит к
снижению яркости, и к изменению цветности изображения. Чтобы избежать смешивания
чернил предусмотрены паузы между проходами для нанесения первичных цветов или
подогрев носителя, то есть бумаги.3.1.3	Принтеры с термопереносом восковой мастикиТермопластичное красящее вещество попадает на бумагу именно в том месте, где
нагревательными элементами печатающей головки обеспечивается температура около 70-
80 градусов. Для нанесения цветного изображения требуется три или четыре прохода: по
одному для первичных цветов и один в случае использования отдельного черного цвета.При использовании данной технологии, требуется специальная бумага, что
повышает стоимость выведенной страницы с изображением. Скорость печати 1-2
страницы в минуту. Принтеры с термопереносом могут воспроизводить цветное
изображение (до 16,7 млн. цветов) на пленке и на бумаге с разрешением 200-300 dpi.3.1.4	Принтеры с термосублимацией красителяЭта технология наиболее близка к технологии термопереноса, только элементы
печатающей головки нагреваются до температуры около 400 градусов. Под сублимацией
понимают переход вещества из твердого состояния в газообразное минуя стадию
жидкости. Порция красителя сублимирует с подложки и осаждается на бумаге. В
принтерах с термосублимацией красителя имеется возможность точного определения
необходимого количества красителя, переносимого на бумагу (например: 19% cyan, 65%
magenta, 34% yellow). Данная технология используется только для цветной печати, при
которой получается практически фотографическое качество изображения.3.1.5	Принтеры с изменением фазы красителя (с твердым красителем)Восковые стерженьки для каждого первичного цвета красителя постепенно
расплавляются специальным насосом в печатающую головку, работающую обычно на
основе пьезоэффекта. Капли воскообразного красителя на бумаге застывают практически146
мгновенно, то есть не происходит ни просачивания, ни растекания, ни смешения,
красителей, что позволяет работать с любой бумагой. Скорость печати около 2 стр/мин.3.1.6	Лазерные принтерыВ лазерных принтерах, как цветных, так и черно-белых используется
электрографический принцип создания изображения. Наиболее важными частями
лазерного принтера можно считать фотопроводящий барабан (фоторецептор),
полупроводниковой лазер и оптико-механическую систему, перемещающую луч. Барабан
заряжается коротроном заряда.0 Коротрон — зарядное устройство, позволяющее получить равномерный заряд
поверхности барабана.Лазер формирует электронное изображение последовательно для каждого цвета
тонера (CMYK). Лазерная пушка светит на зеркало, вращающееся с высокой скоростью.
Отраженный луч через оптическую систему попадает на барабан и выбивает заряды по
всей длине барабана. Затем происходит поворот барабана на один шаг, который
измеряется в долях дюйма и определяет разрешение принтера по вертикали. Когда
изображение полностью построено, подаваемый лист заряжается таким образом, чтобы
тонер с барабана притягивался к бумаге.И Тонер — пыль, состоящая из мельчайших частиц определенного цвета.После этого изображение закрепляется на ней за счет нагрева частиц тонера до
температуры плавления. Окончательную фиксацию изображения осуществляют
специальные валики, прижимающие расплавленный тонер к бумаге. Оставшиеся частицы
тонера удаляются с помощью ракельного ножа. Удаление остаточного заряда выполняется
с помощью коротрона, знак напряжения которого противоположен знаку заряда барабана.ЗеркалоКоротронзарядаРакельРис. 1 Схема устройства лазерного принтера (копировального аппарата)Й Принтер, работающий в монохромном режиме со скоростью 8 стр/мин, в цветном
режиме обеспечит только 2 стр/мин.3.2	Сканеры0 Сканер — это устройство ввода в ЭВМ информации непосредственно с бумажного
документа.Можно вводить тексты, схемы, рисунки, графики, фотографии и другую
графическую информацию. Сканер подобно копировальному аппарату создает копию
изображения бумажного документа в электронном виде.0Файл, создаваемый сканером в памяти машины, называется битовой картой.Лазерная пушкаМагнитный вал с тонеромНагревательный элементФьюзер (печка)Вал переносаПрижимной вал147
Существуют растровый и векторный форматы представления графической
информации.В растровом формате графическое изображение запоминается в файле в виде
мозаичного набора множества точек (нулей и единиц), соответствующим пикселям этого
изображения на экране дисплея. Форма самой точки особой роли не играет. Главное для
точки — это ее цвет. Редактировать этот файл средствами стандартных текстовых и
графических процессоров нельзя.▲	Регистрацию растровых изображений способны обеспечить сканеры.▲	Утверждение «Цвет и форма неотделимы друг от друга, но цвет первичен, а форма не
существует без цвета» относится к растровой графике.й Битовая карта требует большого объема памяти для своего хранения. Так, битовая
карта с 1 листа документа формата A4 (204x297 мм) с разрешением 10 точек/мм и без передачи
полутонов (штриховое изображение) занимает около 1 Мбайта памяти, она же при
воспроизведении 16 оттенков серого — 4 Мбайта, при воспроизведении цветного качественного
изображения (стандарт high Color — 65536 цветов) — 16 Мбайт. Сокращение объема памяти,
необходимой для хранения битовых карт, осуществляется различными способами сжатия
информации, например TIFF (Tag Image File Format), CTIFF (Compressed TIFF), JPEG. PCX, GIF
(Graphics Interchange Format — формат графического обмена) и др.Целесообразно использовать сканер совместно с программами систем
распознавания образов, которые распознают считанные сканером с документа битовые
контуры символов и кодируют их ASCII-кодами, переводя в удобный для текстовых
редакторов векторный формат.Сканеры бывают черно-белые и цветные. Конструктивно сканеры бывают ручные
и настольные. Настольные сканеры, в свою очередь, делятся на планшетные, роликовые и
проекционные. Особняком стоят слайд-сканеры, считывающие изображение с прозрачных
носителей.Оптическое разрешение сканера определяется поточечной «съемкой»
светочувствительными элементами сканера горизонтальной полосы изображения.▲	Разрешающая способность описывается числом различаемых точек на единицу длины,
например, точек на дюйм — dpi.Уровень аппаратного разрешения определяется количеством шагов полоски
светочувствительных элементов при перемещении вдоль одного дюйма изображения по
вертикали.Оптическая плотность показывает насколько точно с оригинала снимаются
сильно затемненные или светлые участки. Предельное значение оптической плотности
равно 4,0 D; среднее — 2,5 D. Показатель оптической плотности определяется отношением
падающего светового потока к отраженному. При 10-кратном разбросе яркости оптическая
плотность составляет 1,0 D; при 100-кратном — 2,0 D; при 1000-кратном — 3,0 D.0ПЗС — тип светочувствительных элементов — приборы с зарядовой связью.0CIS (Contact Image Sensor) — линейка фотодиодов по ширине сканера.Рис. 2 Общая схема сканера148
В цветном сканере источник белого цвета освещает сканируемое изображение, а
отраженный свет через редуцирующую линзу попадает на 3-хполосную ПЗС через систему
специальных фильтров, разделяющих белый свет на 3 компонента — RGB.▲	Характеристиками сканера, определяющими качество получаемых цифровых
изображений служат пространственная разрешающая способность и количество передаваемых
цветов.▲	Количество передаваемых цветов определяется разрядностью представления цвета
одной точки. Современные значения — 24, 32 бита.3.2.1	Ручные сканерыКонструктивно самые простые; они вручную перемещаются по изображению. С
их помощью за один проход вводится небольшое количество строчек изображения (захват
обычно не превышает 105 мм). У ручных сканеров имеется индикатор, предупреждающий
оператора о превышении допустимой скорости сканирования. Скорость сканирования 5-50
мм/с в зависимости от разрешающей способности.3.2.2	Барабанные сканерыВ барабанных сканерах используется технология, позволяющая с высокой
точностью воспроизводить цветные и серые полутоновые изображения. Оригинал
монтируется на поверхности прозрачного цилиндра из оргстекла, барабана, укрепленного
на массивном основании. Барабан вращается со скоростью 300-1350 оборотов в минуту, а
в нескольких миллиметрах от его поверхности находится модуль сканирующего датчика.
Внутри модуля датчика находится яркий галогенный или ксеноновый источник света,
который направляет свет сначала на оригинал — выборка оригинала производится пиксель
за пикселем через крошечную конусообразную апертуру, — а затем на наклонные зеркала
и фильтры RGB, которые разбивают свет на три пучка. Прозрачные оригиналы
освещаются изнутри барабана, а отражающие — снаружи. Фотоэлектронные умножители
(ФЭУ) в модуле датчика получают и усиливают отраженный и отфильтрованный свет.
АЦП преобразуют эти аналоговые сигналы в цифровые.Барабанные сканеры могут оцифровывать слайды, диапозитивы, негативные
пленки, печатные издания, рисованные от руки оригиналы — фактически любой тип
прозрачных или отражающих материалов, достаточно гибких, чтобы их можно было
прикрепить к барабану.Пакетное сканирование позволяет сканировать несколько оригиналов
одновременно, сохраняя каждое изображение в отдельном файле.Автоматическое распознавание типа оригинала и автоматизированное
фокусирование дают возможность сканировать оригиналы с существенно отличающимися
плотностями без вмешательства оператора.Сменные барабаны, предлагаемые в некоторых моделях сканеров, позволяют
монтировать на второй барабан одну группу оригиналов, пока вращается первый.
Высококлассные барабанные сканеры имеют:•	встроенный компьютера•	специализированное программное обеспечение (автономные пакеты
программ, автоматизирующие функций повышения качества изображения);•	входное разрешение 8000 dpi и выше;•	барабаны позволяют обрабатывать оригиналы до 20x25 дюймов;•	частота вращения 1200 оборотов в минуту и выше.3.2.3	Планшетные сканерыСамые распространенные; в них сканирующая головка перемещается
относительно оригинала автоматически; они позволяют сканировать и листовые и
сброшюрованные документы (книги). Скорость сканирования: 2-10 секунд на страницу
формата A4.й Простые модели планшетных сканеров позволяют вводить изображение с 256
градациями серого, а большинство могут оцифровывать изображения в 24-битном цвете;149
некоторые могут оцифровывать прозрачные оригиналы. Стандартное оптическое разрешение — от
300 до 600 dpi.й Сканеры промежуточного класса имеют оптическое разрешение 600—1800 dpi,
глубину цвета 10-12 бит на канал, улучшенный динамический диапазон, большие области
отображения; могут оцифровать слайды, диапозитивы и негативы.Аналоговая глубина цвета указывает, сколько исходных градаций яркости могут
считывать ПЗС с учетом шума и прочих факторов; для всех планшетных сканеров
промежуточного и высокого класса разрядная глубина 30-36 (10-12 бит на канал цвета).
Стандарт глубины цвета среди популярных пакетов графических редакторов — 24 бита (8
бит на канал). С увеличением глубины цвета изображения растет и размер файла.й В современных планшетных сканерах используются или флуоресцентные источники
холодным катодом, или вольфрамовые галогенные лампы, что уменьшает выделение теплоты.
Пониженное выделение тепла означает, что сканирующий механизм можно поместить ближе к
оригиналу и дольше его экспонировать, улучшая выборку деталей. В планшетных сканерах
отражающие оригиналы освещаются снизу, а прозрачные — сверху.Оптическое разрешение сканеров для обработки пленок/диапозитивов лежит в
диапазоне от 2000 dpi для простых моделей до 5000 dpi. Разрешение 2000 dpi достаточно
для оцифровки 35-мм изображений, которые будут использоваться в презентациях и
мультимедиа, и даже для воспроизведения изображений в коммерческом издательском
деле при размерах до 6 х 9 дюймов. Для цветной печати изображения на полную страницу,
необходимо разрешение не менее 2700-3000 dpi.Средства повышения производительностиКорректируемый фокус; оптика сканера может автоматически регулировать
фокусное расстояние для различных типов пленки.Встроенный интеллект предполагает наличие специального процессора для
быстрой автоматической предварительной обработки изображения (увеличение контраста
переходов на границах областей и/или коррекция цвета).Пакетное сканирование включает аппаратные возможности пакетного
сканирования и/или программное обеспечение для сканирования множественных
оригиналов.3.2.4	Роликовые сканерыНаиболее автоматизированы; в них оригинал автоматически перемещается
относительно сканирующей головки, часто имеется автоматическая подача листовых
документов.3.2.5	Проекционные сканерыВнешне напоминают фотоувеличитель, но внизу лежит сканируемый документ, а
наверху находится сканирующая головка. Сканер оптическим образом сканирует документ
и вводит полученную информацию в виде файла в память компьютера.3.2.6	Слайд-сканерыКонструктивно бывают: планшетные, барабанные, проекционные и др.
Прозрачный оригинал представляет собой пленку с линейным размером стороны
прямоугольника 35-300 мм. Разрешающая способность слайд-сканеров обычно лежит в
пределах от 2000 до 5000 dpi.3.3	Плоттеры0 Плоттер (графопостроитель) — устройство вывода графической информации
(чертежи, схемы, рисунки, диаграммы) из ЭВМ на бумажный или иной вид носителя.По принципу формирования изображения выделяют два класса плоттеров:1.	плоттеры векторного типа; пишущий узел может перемещаться
относительно бумаги сразу по двум координатам, и изображение на бумаге создается
непосредственно вычерчиванием нужных прямых и кривых в любых направлениях;150
2.	плоттеры растрового типа; пишущий узел одновременно перемещается
относительно бумаги только в одном направлении, и изображение на бумаге формируется
строка за строкой из последовательно наносимых точек.По принципу действия плоттеры бывают: перьевые, струйные, лазерные,
термографические, электростатические.	3.4 Дигитайзеры	0 Дигитайзер (графический планшет) — это устройство для оцифровки
изображений. Он состоит из двух частей: основания (планшета) и устройства указания (пера
или курсора), перемещаемого по поверхности основания. При нажатии на кнопку курсора
его положение на поверхности планшета фиксируется, и координаты передаются в
компьютер. Дигитайзер может быть использован для ввода рисунка, создаваемого
пользователем, в компьютер: пользователь водит пером-курсором по планшету, но
изображение появляется не на бумаге, а фиксируется в графическом файле.Принцип действия дигитайзера основан на фиксации местоположения курсора с
помощью встроенной в планшет сетки тоненьких проводников с довольно большим шагом
между соседними проводниками (от 3 до 6 мм). Механизм регистрации позволяет
получить шаг считывания информации намного меньше шага сетки (до 100 линий на
миллиметр). Скорость обмена дигитайзера с компьютером ограничивается техническими
возможностями устройства на уровне 100-200 точек в секунду. Дигитайзеры бывают
электростатические и электромагнитные.▲	К устройствам ввода данных относятся клавиатура, сканер, веб-камера.▲	К устройствам ввода данных относятся монитор, принтер, плоттер, аудиоколонки.Вопросы для самоконтроля1.	Каких типов бывают фрагменты документа?2.	Назовите параметры абзаца и способы их установки.3.	Перечислите набор операций для документа.4.	Как реализуются контекстный поиск и замена?5.	Назовите варианты сохранения документа.6.	Перечислите параметры страницы и способы их установки.7.	Для чего используются колонтитулы?8.	Что представляет собой рабочая область электронной таблицы?9.	Какие ссылки могут быть использованы в формулах электронной таблицы?10.	Какие модели баз данных вы знаете?11.	Перечислите этапы проектирования баз данных12.	Какие типы ключевых полей можно использовать в СУБД?13.	Как формируется изображение в графопостроителях?14.	В чем заключается принцип действия дигитайзера?15.	Дайте общую характеристику принтеров и технологий печати.16.	Какие существуют типы сканеров?151
Модуль 7ОРГАНИЗАЦИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ	1	СЕТЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ПРОТОКОЛЫ, ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ	1531.1	Основные понятия сетевых технологий	1531.2Характеристики коммуникационной среды	1531.3	Протоколы сетевых архитектур	1551.4	Сетевые операционные системы	1552	ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ	1592.1	Локальные вычислительные сети	1592.2	Гповальные вычислительные сети	1623	ИНТЕРНЕТ	1643.1	Адресное пространство Интернет	1653.2	Услуги Internet	1663.3	Адресация в IP сетях	1683.4	Стек протоколов TCP/IP	169Вопросы для самоконтроля	170ПОСЛЕ ИЗУЧЕНИЯ МОДУЛЯ ВЫ ДОЛЖНЫ ЗНАТЬ:>	Характеристики физической передающей среды.>	Классификацию сетевых ОС.>	Классификацию компьютерных сетей.>	Топологию вычислительных сетей.>	Способы передачи информации в сетях.>	Что собой представляет адресное пространство Интернета.>	Правила формирования цифрового и доменного адресов Интернета.>	Назначение и функциональные возможности услуг Интернет.>	Назначение основных сетевых устройств.>	Для чего используются маски в сетях.>	Функции протоколов сетевых архитектур.>	Состав стека TCP/IP.>	Уровни протоколов TCP/IP.РЕЗУЛЬТАТ:>	Ознакомление с основными понятиями сетевых технологий, со структурой сетевой ОС, с
топологией вычислительных сетей, с организацией адресного пространства и услугами сети
Интернет.>	Получение общего представления о современных информационных технологиях.>	Формирование начальной профессиональной базы для успешного овладения такими
дисциплинами как «Сети ЭВМ и телекоммуникации», «Администрирование ГВС», «Системы
искусственного интеллекта», «Системы передачи данных».>	Пополнение профессионального словарного запаса.152
1	СЕТЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ПРОТОКОЛЫ,
ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ1.1 Основные понятия сетевых технологийКомпьютерная сеть включает передатчик, сообщение, средства передачи,
приемник.й Информация по каналам передается специальными кодами, которые
стандартизованы Международной организацией по стандартизации (ISO) или международным
консультативным комитетом по телефонии и телеграфии.Для внутренних связей ЭВМ и на небольшие расстояния используются
параллельный код, который обеспечивает высокое быстродействие, но плохо
помехозащищен. В вычислительных сетях используют экономически более выгодной
последовательный код.0 Узкополосный канал — все абоненты ведут передачу данных по каналу на одной
частоте.0 Широкополосный канал — все абоненты ведут передачу данных по каналу на
собственной частоте.Цифровой (узкополосный) способ передачи. Данные передаются в естественномвиде10 0 110 1сигналы в канале связи
1001101 — информация в компьютере
Аналоговый (широкополосный) способ передачи. Происходит управление
параметрами сигнала несущей частоты, который представляет гармоническое колебание
A=Amax Sin(Wt+(p0), где Ашах — амплитуда колебаний, W — частота колебаний, t — время,
ф0 — начальная фаза колебания.Так как цифровые данные по аналоговому каналу передаются в двоичном виде, то
можно использовать амплитудную, частотную и фазовую модуляции.Амплитудная модуляция: 0 — отсутствие сигнала несущей частоты, 1 — наличие
сигнала несущей частоты.Частотная модуляция: передача символов 0 и 1 производится на разных
частотах; при переходе 1 -0, 0-1 изменяется сигнал несущей частоты.Фазовая модуляция: при переходе 0-1, 1-0 меняется направление колебаний.0 Повторитель (репитер) — устройство, обеспечивающее сохранения формы и
амплитуды сигнала при передаче его на большее расстояние, чем предусмотрено
характеристиками физической передающей среды.й Локальные повторители — до 50 м., дистанционные — до 2000м.й Параллельную (независимую) передачу данных между несколькими парами абонентов
(компьютеров) в сети обеспечивают сетевые коммутаторы.	1.2 Характеристики коммуникационной среды	Скорость передачи данных по каналу связи зависит от типа канала связи,
используемых модемов и способа синхронизации.Пропускная способность канала оценивается количеством знаков в секунду.
Теоретическая пропускная способность определяется скоростью передачи данных,
реальная — способом передачи, качеством канала связи, структурой сообщения.153
Достоверность передачи информации оценивается как отношение количества
ошибочно переданных знаков к общему числу переданных знаков. Для вычислительных
сетей — это одна ошибка на 10 миллионов переданных знаков.Надежность компьютерной сети определяется средним временем безотказной
работы (в часах — несколько тысяч).▲	Безопасность циркулирующих данных через открытые каналы связи обеспечивает
защищенная виртуальная сеть.0 Виртуальная сеть — объединение локальных сетей и отдельных компьютеров
через открытую внешнюю среду передачи информации в единую сеть.1.2.1	Физическая передающая средаВитая пара представляет собой витое двухжильное проводное соединение; легко
наращивается.▲	Недостатками витой пары являются плохая помехозащищенность и относительно
низкая скорость передачи.й Для повышения помехозащищенности информации используют экранированную
витую пару. Скручивание проводов уменьшает влияние внешних электромагнитных колебаний на
передаваемые сигналы. Недостаток: плохая помехозащищенность, низкая скорость передачи.Коаксиальный кабель коаксиальный кабель состоит из внутреннего проводника
(стержня) в изоляции и трубки внешнего проводника с защитным покрытием. Хорошо
помехозащищен и применяется для связи на несколько километров.й Широкополосный коаксиальный кабель невосприимчив к помехам, легко
наращивается. Для передачи информации на расстояние более 1.5 км требуется репитер.
Конструктивно репитер может быть выполнен в виде отдельного устройства со своим блоком
питания, либо в виде платы, вставляемой в слот расширения материнской платы компьютера.
Таким образом, суммарное расстояние при передаче информации может быть увеличено до 10 км.Ethermt-кабель также является коаксиальным кабелем; его называют еще
толстый Ethernet.й Вследствие помехозащищенности является дорогой альтернативой обычным
коаксиальным кабелям. Максимально доступное расстояние без повторителя не превышает 500 м,
а общее расстояние сети Ethernet - около 3000 м.СИеарегпе1-кабель часто называют тонкий Ethernet. Это также коаксиальный
кабель со скоростью передачи информации в 10 Мбит/с.й Расстояние между двумя рабочими станциями без повторителей может составлять
максимум 300 м, а общее расстояние для сети на Cheapernet-кабеля - около 1000 м.Оптоволоконный кабель состоит из оптического волокна в стеклянном покрытии;
сверху защитное покрытие.й Оптоволоконные линии применяются там, где возникают электромагнитные поля
помех или требуется передача информации на большие расстояния (10 километров) без
использования повторителей. Они обладают противоподслушивающими свойствами, так как
техника ответвлений в оптоволоконных кабелях очень сложна.▲	По сравнению с другими типами кабелей оптоволоконный обладает высокой скоростью
передачи информации, не имеет излучения и не подвержен действию электромагнитных полей.Выбор физической среды передачи (кабельной системы) определяют:•	требуемая пропускная способность;•	скорость передачи в сети;•	размер сети;•	требуемый набор служб (передача данных, речи, мультимедиа и т.д.);•	требования к уровню шумов и помехозащищенности;•	общая стоимость проекта (покупка оборудования, монтаж, эксплуатация);•	требуемый уровень безопасности.154
1.3 Протоколы сетевых архитектурй Международная организация по стандартизации (ISO) приняла стандарт по
взаимодействию вычислительных систем №7498; позднее международный союз электросвязи
МСЭ-Т принял стандарт под №Х.200, в котором предусмотрено разбиение сложной системы на
подсистемы, связанные между собой через межуровневые интерфейсы. Подсистемы разных
систем связываются через протоколы N-ro уровня.й Организации, занимающиеся стандартизацией в области электросвязиГосстандарт РФ;ANSI —Американский национальный институт стандартов;EIA — Ассоциация электронной индустрии;ЕСМА — Институт инженеров по электронике и электротехнике.▲	Сетевые стандарты определяют формы представления и способы пересылки
сообщений, процедуры их интерпретации, правила совместной работы различного оборудования в
сетях.▲	Для правильной, полной и безошибочной передачи данных необходимо
придерживаться согласованных и установленных правил, которые оговорены в протоколе
передачи данных.Протоколы физического уровня обеспечивают взаимодействие процедур
канального уровня с физической средой передачи сигнала. В стандартах этих протоколов
описываются принципы построения устройств преобразования сигналов и межуровневых
интерфейсов.Протоколы канального уровня обеспечивают выполнение таких функций как:•	побайтная синхронизация;•	разбиение потока информации с физического уровня на блоки-кадры
канального уровня;•	формирование кадров канального уровня из пакетов, идущих с сетевогоуровня;•	обеспечение передачи информации любым кодом;•	распознавание кадров по адресам передающих станций;•	обеспечение коррекции ошибок в передаваемой информации;Протоколы транспортного уровня позволяют установить такие параметры
обслуживания как:•	пропускная способность;•	надежность сети;•	задержка передачи информации;•	приоритеты;•	защита от ошибок;•	управление потоком;•	обнаружение ошибок.Наборы протоколов сетевых архитектур (протокольные стеки) делятся на группы
для глобальных и локальных сетей.1.4	Сетевые операционные системыОт эффективности алгоритмов управления локальными ресурсами во многом
зависит эффективность всей сетевой ОС в целом.▲	В широком смысле слова, под сетевой ОС понимается совокупность операционных
систем отдельных компьютеров, которые взаимодействуют по единым правилам — протоколам.▲	В узком смысле, сетевая ОС — это операционная система отдельного компьютера,
обеспечивающая ему возможность работать в сети.155
Сетевая ОС имеет в своем составе средства передачи сообщений между
компьютерами по линиям связи, которые совершенно не нужны в автономной ОС. На
основе этих сообщений сетевая ОС поддерживает разделение ресурсов компьютера между
удаленными пользователями, подключенными к сети. Сетевые ОС содержат специальные
программные компоненты, реализующие популярные коммуникационные протоколы,
такие как ГР, Ethernet и др.▲	К сетевому программному обеспечению относятся сетевая ОС и сетевые прикладные
программы, например, почтовая.Сетевые ОС, а, следовательно, и сети делятся на одноранговые (каждая станция
может выполнять функции сервера и рабочей станции) и ОС с выделенным сервером
(рабочие станции не разделяют свои ресурсы, это делает сервер).Для связи отдельных сетей в единую сеть используют мосты.0 Мост — устройство, соединяющее две сети с одинаковыми методами передачиданных.Для организации внутреннего моста в один файл-сервер вставляется несколько
сетевых адаптеров, к которым подключается свой сегмент сети. Для организации внешнего
моста требуется отдельный компьютер с несколькими сетевыми адаптерами (по
количеству объединяемых сетей) и специальное программное обеспечение моста.▲	Перед началом работы с сетевой ОС необходимо выполнить процедуру присоединения
к серверу (регистрация — Login).	Средства управления локальными ресурсамиСерверная частьКлиентская частьСредства
! предоставления
собственных ресурсов в
i общее пользованиеСредства запроса
доступа к удаленным
ресурсамКоммуникационные средстваU В сетьРис 1. Структурная схема сетевой ОС отдельного компьютераСредства управления локальными ресурсами распределяют оперативную память
между процессами, планируют процессы, управляют процессорами и периферийными
устройствами.0 Процесс (задача) — абстракция, описывающая выполняющуюся программу.Средства предоставления собственных ресурсов в общее пользование
обеспечивают совместное использование файлов и записей, ведение справочников имен
сетевых ресурсов, обработку запросов удаленного доступа к собственной файловой
системе, управление очередями удаленных запросов к своим периферийным устройствам.Средства запроса доступа к удаленным ресурсам выполняют распознавание и
перенаправление в сеть запросов к удаленным ресурсам от приложений и пользователей,
прием ответов от серверов.0 Сервер — компьютер, предоставляющий свои услуги пользователям сети.156
0 Клиент — компьютер, обращающийся к услугам другой машины.▲	Основные виды компьютеров, подключенных к сети — это сервер и рабочая станция.Коммуникационные средства производят обмен сообщениями в сети (адресацию
сообщений, выбор маршрута передачи сообщения по сети, надежность передачи).▲	Вычислительные системы состоят из процессоров, памяти, таймеров, дисков, сетевой
коммуникационной аппаратуры и других устройств.▲	Функцией ОС является распределение процессоров, памяти, устройств и данных между
процессами, конкурирующими за эти ресурсы.Управление ресурсами включает:•	планирование ресурса, т.е., определение, кому, когда, и в каком количестве
необходимо выделить ресурс;•	отслеживание состояния ресурса, т.е., поддержание оперативной
информации о том, занят или не занят ресурс, а для делимых ресурсов — какое количество
ресурса уже распределено, а какое свободно.1.4.1	Классификация ОСОперационные системы могут различаться особенностями реализации алгоритмов
управления основными ресурсами компьютера (процессорами, памятью, устройствами),
особенностями методов проектирования, типами аппаратных платформ, областями
использования.По алгоритму управления процессором, операционные системы делят на:•	многозадачные и однозадачные;•	многопользовательские и однопользовательские;•	поддерживающие многонитевую обработку и не поддерживающие ее;•	на многопроцессорные и однопроцессорные системы.По числу одновременно выполняемых задач операционные системы могут быть
разделены на:•	однозадачные;•	многозадачные.Однозадачные ОС включают средства управления периферийными устройствами,
файлами, средства общения с пользователем.Многозадачные ОС, кроме вышеперечисленных функций, управляют разделением
совместно используемых ресурсов, таких как процессор, оперативная память, файлы и
внешние устройства.По числу одновременно работающих пользователей ОС делятся на:•	однопользовательские;•	многопользовательские.й Главным отличием многопользовательских систем от однопользовательских является
наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа
других пользователей.По способу распределения процессорного времени между несколькими
одновременно существующими в системе процессами (или нитями) выделяют две группы
алгоритмов:•	не вытесняющая многозадачность;•	вытесняющая многозадачность.й Основным различием между вытесняющим и не вытесняющим вариантами
многозадачности является степень централизации механизма планирования процессов. В первом
случае механизм планирования процессов целиком сосредоточен в операционной системе, а во
втором — распределен между системой и прикладными программами.157
Важным свойством операционных систем является возможность
распараллеливания вычислений в рамках одной задачи. Многонитевая ОС разделяет
процессорное время не между задачами, а между их отдельными ветвями (нитями).Другим важным свойством ОС является отсутствие или наличие в ней средств
поддержки многопроцессорной обработки — мультипроцессирование.Многопроцессорные ОС по способу организации вычислительного процесса
делятся на асимметричные и симметричные. Асимметричная ОС целиком выполняется
только на одном из процессоров системы, распределяя прикладные задачи по остальным
процессорам. Симметричная ОС полностью децентрализована и использует весь пул
процессоров, разделяя их между системными и прикладными задачами.По типу аппаратуры различают операционные системы персональных
компьютеров, мини-компьютеров, мейнфреймов, кластеров и сетей ЭВМ.0 Кластер - совокупность нескольких вычислительных систем, работающих
совместно для выполнения общих приложений, и представляющихся пользователю единой
системой.Поддержка со стороны ОС сводится к синхронизации доступа к разделяемым
ресурсам, обнаружению отказов и динамической реконфигурации системы.й Наряду с ОС, ориентированными на определенный тип аппаратной платформы,
существуют операционные системы, легко переносимые с компьютера одного типа на компьютер
другого типа, например UNIX. При переносе системы на новую платформу переписываются только
аппаратно-зависимые места. Перенос остальной части ОС облегчает написание ее на машинно¬
независимом языке, например, на С, который и был разработан для программирования
операционных систем.Многозадачные ОС подразделяются на системы:•	пакетной обработки;•	разделения времени;•	реального времени.Системы пакетной обработки предназначались для решения задач
вычислительного характера, не требующих быстрого получения результатов. Критерием
эффективности являлась максимальная пропускная способность.й В начале работы формировался пакет заданий, каждое задание содержало
требование к системным ресурсам; из этого пакета заданий формировалась мультипрограммная
смесь, то есть множество одновременно выполняемых задач. Для одновременного выполнения
выбирались задачи, предъявляющие отличающиеся требования к ресурсам, чтобы обеспечить
сбалансированную загрузку всех устройств. В таких ОС невозможно гарантировать выполнение
того или иного задания в течение определенного периода времени. Переключение процессора с
выполнения одной задачи на выполнение другой происходило только в случае, если активная
задача сама отказывалась от процессора. Поэтому одна задача может надолго занять процессор,
что делает невозможным выполнение интерактивных задач.В системах разделения времени каждому пользователю предоставлялся терминал,
с которого он мог вести диалог со своей программой. Каждой задаче выделялся квант
процессорного времени, ни одна задача не занимала процессор надолго, и время ответа
оказывалось приемлемым. Критерием эффективности являлось удобство и эффективность
работы пользователя.й Если квант выбран достаточно небольшим, то у всех пользователей, одновременно
работающих на одной и той же машине, складывалось впечатление, что каждый из них единолично
использует машину. Системы разделения времени обладали меньшей пропускной способностью,
чем системы пакетной обработки, так как на выполнение принималась каждая запущенная
пользователем задача, а не та, которая «выгодна» системе.Системы реального времени применяются для управления различными
техническими объектами, такими, например, как станок, спутник, или технологическими
процессами, такими, как гальваническая линия, доменный процесс и т.п. Критерием
эффективности является способность системы выдерживать заранее заданные интервалы158
времени между запуском программы и получением результата. Это время называется
временем реакции системы, а соответствующее свойство системы-реактивностью.й Существует предельно допустимое время, в течение которого должна быть
выполнена программа, управляющая объектом, в противном случае может произойти авария:
спутник выйдет из зоны видимости, экспериментальные данные, поступающие с датчиков, будут
потеряны, толщина гальванического покрытия не будет соответствовать норме.2	ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ▲	К основным компонентам вычислительных сетей относят коммуникационное
оборудование, компьютеры, сетевое программное обеспечение.0 Сетевая архитектура — это комбинация стандартов, топологий и протоколов
для создания работоспособной сети.2.1	Локальные вычислительные сетиЛокальная вычислительная сеть (ЛВС) состоит из файл-сервера и рабочих
станций, подключенных в сетевой сегмент.И Сетевой сегмент — отрезок коаксиального кабеля с подключенными к нему
компьютерами; это часть сети или отдельная локальная сеть.й ЛВС на тонком кабеле реализована по шинной технологии. Максимальная длина
сетевого сегмента 185 м. С помощью повторителей соединяются до 5 сегментов. Один сегмент
может включать до 30 рабочих станций. ЛВС на витой паре реализована по звездообразной
технологии. Рабочая станция подключается к концентратору. Один концентратор поддерживает до12	станций. Максимально рассчитанный концентратор-станция составляет 120 м. ОС NetWare —
распределенная ОС, модули которой располагаются на файл-сервере и рабочих станциях.И Концентратор — устройство, объединяющее несколько каналов связи.Локальные вычислительные сети подразделяются на одноранговые
(одноуровневые) сети и иерархические (многоуровневые).0 Одноранговая сеть — это сеть равноправных компьютеров, каждый из которых
имеет уникальное имя (имя компьютера) и обычно пароль для входа в него во время загрузки
ОС.▲	Имя и пароль входа назначаются владельцем ПК средствами ОС.▲	Сеть, где каждый коспьютер может играть роль как сервера, так и рабочей станции,
имеет одноранговую архитектуру.В иерархических локальных сетях имеется один или несколько специальных
компьютеров — серверов, на которых хранится информация, совместно используемая
различными пользователями.й Сервер в иерархических сетях - это постоянное хранилище разделяемых ресурсов.
Сам сервер может быть клиентом сервера более высокого уровня иерархии. Поэтому
иерархические сети иногда называются сетями с выделенным сервером. Серверы обычно
представляют собой высокопроизводительные компьютеры с несколькими процессорами, с
винчестерами большой емкости, с высокоскоростной сетевой картой (от 100 Мбит/с). Компьютеры,
с которых осуществляется доступ к информации на сервере, называются станциями или
клиентами.▲	Распределение функций между компьютерами сети, не зависящее от их расположения
и способов подключения, определяет логическая архитектура сети.▲	Основные виды логической сетевой архитектуры — одноранговая и на основе
выделенного сервера.2.1.1	Топология сети0 Способ соединения компьютеров называется структурой или топологией сети.▲	Сетевая топология определяет технологию передачи данных в сети.159
й Сети Ethernet могут иметь топологию «шина», когда все компьютеры подключены к
одному общему кабелю, и «звезда», когда от специального центрального устройства идут «лучи»-
кабели к каждому компьютеру.При шинной топологии среда передачи информации представляется в форме
коммуникационного пути, доступного для всех рабочих станций (PC), которые могут
непосредственно вступать в контакт с любой рабочей станцией, имеющейся в сети.Рис 2. Топология типа «шина»Рабочие станции в любое время, без прерывания работы всей вычислительной
сети, могут быть подключены к ней или отключены. Функционирование вычислительной
сети не зависит от состояния отдельной рабочей станции.й В ЛВС с прямой передачей информации всегда может существовать только одна
станция, передающая информацию. Для предотвращения коллизий применяется временной метод
разделения, согласно которому для каждой подключенной рабочей станции в определенные
моменты времени предоставляется исключительное право на использование канала передачи
данных. Рабочие станции присоединяются к шине посредством устройств TAP (Terminal Access
Point - точка подключения терминала). ТАР представляет собой специальный тип присоединения к
коаксиальному кабелю.Топология типа «звезда» предполагает, что головная машина получает и
обрабатывает все данные с периферийных устройств.й Этот принцип применяется в системах передачи данных, например, в электронной
почте. Вся информация между двумя периферийными рабочими местами проходит через
центральный узел вычислительной сети. Коллизий (столкновений) данных не возникает.При расширении вычислительной сети к новому рабочему месту необходимо
прокладывать отдельный кабель из центра сети.й Топология в виде звезды является наиболее быстродействующей из всех топологий
вычислительных сетей, поскольку передача данных между рабочими станциями проходит через
центральный узел. Производительность вычислительной сети в первую очередь зависит от
мощности центрального файлового сервера. В случае выхода из строя центрального узла
нарушается работа всей сети. Структура типа «шина» проще, экономичнее, но очень
чувствительна к неисправностям кабельной системы. В структуре «звезда» повреждение кабеля на
работе сети в целом не сказывается.При кольцевой топологии сети рабочие станции связаны одна с другой по кругу.
Последняя рабочая станция связана с первой.160
Рис. 4 Топология типа «кольцо»Сообщения циркулируют регулярно по кругу. Получив из кольца запрос, рабочая
станция посылает по определенному конечному адресу информацию. Неисправности в
кабельных соединениях локализуются легко. Ограничение на протяженность
вычислительной сети определяется исключительно расстояниями между двумя рабочими
станциями.й Специальной формой кольцевой топологии является логическая кольцевая сеть.
Физически она монтируется как соединение звездных топологий. Отдельные звезды включаются с
помощью хабов. В зависимости от числа рабочих станций и длины кабеля между ними применяют
активные или пассивные концентраторы. Активные концентраторы дополнительно содержат
усилитель для подключения от 4 до 16 рабочих станций. Пассивный концентратор является
исключительно разветвительным устройством максимум на три рабочие станции. Каждой рабочей
станции присваивается адрес, по которому передается управление (от старшего к младшему и от
самого младшего к самому старшему). Разрыв соединения происходит только для
нижерасположенного (ближайшего) узла вычислительной сети, так что лишь в редких случаях
может нарушаться работа всей сети.С помощью мостов (специальных устройств, объединяющих локальные сети с
разной структурой) из вышеперечисленных типов структур могут быть построены сети со
сложной иерархической структурой.Комбинированная древовидная структура образуется в виде комбинаций
основных топологий вычислительных сетей. Основание дерева вычислительной сети
располагается в точке (корень), в которой собираются коммуникационные линии
информации (ветви дерева). Вычислительные сети с древовидной структурой применяются
там, где невозможно непосредственное применение базовых сетевых структур в чистом
виде.Рис. 5 Древовидная структура ЛВС2.1.2	Типы сетей по методам передачи информациий Локальная сеть Token Ring разработана фирмой IBM. В качестве передающей среды
применяется неэкранированная или экранированная витая пара или оптоволокно. Скорость
передачи данных 4 Мбит/с или 16 Мбит/с.161
Для управления доступом станций к передающей среде используется метод
маркерного кольца (Token Ring),в соответствии с которым:•	устройства подключены к сети по топологии кольцо;•	все устройства, подключенные к сети, могут передавать данные, только
получив разрешение на передачу (маркер);•	в любой момент времени только одна станция в сети обладает таким правом.В IBM Token Ring используются три основных типа пакетов:1.	Пакет Управление/Данные. С помощью такого пакета выполняется передача
данных или команд управления работой сети.2.	Маркер. Станция может начать передачу данных только после получения
такого пакета. В одном кольце может быть только один маркер и, соответственно, только
одна станция с правом передачи данных.3.	Пакет сброса. Посылка такого пакета вызывает прекращение любых передач.й Локальная сеть Arcnet разработана корпорацией Datapoint в 1977 году. В качестве
передающей среды используется витая пара, коаксиальный кабель и оптоволоконный кабель.
Скорость передачи данных - 2.5 Мбит/с. При подключении устройств в Arcnet применяют топологии
шина и звезда.й Метод доступа Ethernet в 1975 году предложила компания Xerox Corporation. Позднее
к этому проекту присоединились компании Digital Equipment Corporation (DEC) и Intel Corporation.На логическом уровне в Ethernet приметается топология «шина»:•	все устройства, подключенные к сети, равноправны, т.е. любая станция
может начать передачу в любой момент времени (если передающая среда свободна);•	данные, передаваемые одной станцией, доступны всем станциям сети.Перед началом передачи рабочая станция определяет, свободен канал или занят.Сообщение, предназначенное конкретной станции включает в себя адрес станции и адрес
отправителя. Принимает сообщение станция-адресат, остальные — игнорируют его.
Аппаратура автоматически распознает коллизии, когда возникает одновременная передача
в одном направлении, и задерживает процесс передачи на некоторое время. Это время
небольшое и для каждой станции свое. Затем передача возобновляется.2.2	Глобальные вычислительные сетий Всемирная тенденция к объединению компьютеров в сети обусловлена ускорением
передачи информационных сообщений, возможностью быстрого обмена информацией между
пользователями, получением и передачей сообщений не отходя от рабочего места, возможностью
мгновенного получения любой информации из любой точки земного шара. Телефонная сеть, а
затем специализированные сети передачи данных послужили основой для объединения
компьютеров в информационно-вычислительные сети, образующие основное средство
коммуникации.Глобальные сети (Wide Area Networks, WAN) предоставляют свои сервисы
большому количеству абонентов, разбросанных по большой территории, требует очень
больших затрат, в которые входят стоимость кабелей, коммутационного оборудования, и
усилительной аппаратуры, а также эксплуатационные затраты.Типичными абонентами глобальной компьютерной сети являются локальные сети
предприятий, расположенные в разных городах и странах, которым нужно обмениваться
данными между собой.▲	Основная цель создания сетей заключается в обеспечении обмена данных между
двумя вычислительными машинами, входящими в сеть.й Первоначально подобные сети в США связывали научные центры - университеты.Первая сеть с коммутацией пакетов была разработана в Англии в 1968 году в
Национальной физической лаборатории.Первая многоузловая сеть с коммутацией пакетов вступила в действие в США в 1969 году.
В 1971 создана сеть (Гавайи, США), в которой реализованы методы передачи пакетов по
радиоканалам.162
Модель сети Ethernet была разработана сотрудниками фирмы Xerox в 1974-1976 годах.
Протокол этой сети был стандартизован в 80-х годах.В 1974-1982 годах в США разработаны архитектуры и сетевые технологии, повлиявшие на
формирование современных сетей. Фирмой DEC в 1975 создана сеть Decnet, развивавшаяся
вплоть до 1990.В 1982-1988 годах университетами и фирмами США была создана сеть Bitnet.Выделяют два направления создания интерсетей — общедоступные
(предоставляют услуги всем желающим за определенную плату) и специализированные
сети (академические).К общедоступным сетям принадлежит Internet, предоставляющий информацию о
различных научных исследованиях, огромные файловые архивы, коммерческие базы
данных, средства обмена информацией в режиме on-line (то есть когда время отклика
системы на запрос меньше, чем несколько секунд).К специализированным академическим сетям принадлежит, например, интерсеть
Bitnet (Because It’s Time Network), которая относится к классу глобальных.2.2.1	Передача информации в глобальных сетях2.2.1.1	Традиционный способ передачи информации▲	Устройством ПК, связывающим его с телефонной линией является модем.Информация, представленная в компьютере в цифровом виде, с помощью модема
преобразуется в аналоговый сигнал, который проходит через аналоговую телефонную
линию на телефонную станцию.На телефонной станции аналоговый сигнал преобразуется в цифровую форму и
передается по оптоволоконному каналу в уплотненном виде на другую станцию.На другой станции цифровой сигнал вновь преобразуется в аналоговую форму и
по аналоговой линии абонента передается к другому модему.Другой модем преобразует аналоговой сигнал в цифровую форму и полученную
информацию передает в компьютер. Таким образом получается, что данные на пути к
месту назначения проходят два цифро-аналоговых и два аналого-цифровых
преобразования.й Каждое аналого-цифровое преобразование сигнала на телефонной станции
добавляет шумы, возникающие при квантовании в восьмибитном аналого-цифровом
преобразователе (АЦП). Внутри модемов преобразование происходит практически без появления
шумов, так как в модемах применены АЦП с большей разрядностью и значения младших шумящих
битов просто отбрасываются. При достижении определенного порога (порог Шеннона)
соотношение сигнал/шум становится слишком малым для качественной передачи данных.
Большинство каналов, связывающих телефонные станции выполнены цифровыми
оптоволоконными линиями уплотнения. Для того чтобы уменьшить количество шума, линию от
провайдера Internet до телефонной станции пользователя стали делать цифровой.2.2.1.2	Выделенные линии. РадиоканалыУдержание связи и стабильность скоростных характеристик соединения
определяются как параметрами протоколов модема, так и качеством телефонной линии.И Выделенная линия — это провода, которые проложены к пользователю от
сервера поставщика услуг Internet, и (иногда) дополнительное оборудование.Радиосети передачи данных применяются в случаях, когда организация
проводных или оптоволоконных каналов связи невозможна физически, а существующие
каналы связи не удовлетворяют потребителей по скорости передачи информации, или их
использование является экономически нецелесообразным.й На здании устанавливается антенна, напоминающая обычную "тарелку" для приема
спутникового телевидения, которая через специальное оборудование соединяется с локальной
сетью офиса. Для объединения в общую сеть разбросанных точек используют специальные
радиомодемы, работающие в диапазоне сверхвысоких частот. Они обеспечивают устойчивую
связь на расстоянии от сотен метров до десятков километров.От диапазона работы оборудования зависят дальность связи, скорость передачи
информации и требования к обеспечению "прямой видимости". Чем выше частота, тем163
выше может быть скорость передачи данных, меньше дальность, выше требования к
обеспечению прямой видимости и больше чувствительность к перемене погоды.й 136-174 Мгц — скорость передачи данных до 19,2 Кбит/с, дальность связи до 50-70 км,
связь может осуществлять "из-за угла" и за горизонтом за счет искривления пути прохождения
радиолуча у земли. Параметры связи почти не зависят от погодных условий;400-512 Мгц — скорость передачи данных до 128 Кбит/с, дальность связи до 40-50 км.
Возможна радиосвязь при помощи приема сигналов, отраженных от различных зданий и
сооружений, гор и т. д., хотя наличие прямой видимости желательно;800-960 МГц и выше (30-35 ГГц) возможна скорость свыше 2 Мбит/с; обязательным
является условие прямой видимости между антеннами.Дальность связи зависит так же от мощности передатчиков, чувствительности
приемников и характеристик приметаемых антенн и радиочастотного кабеля.2.2.1.3	Беспроводные системыTETRA — является полностью цифровой технологией, отличается улучшенным
качеством передачи и более экономичным использованием частотного ресурса. Этот
стандарт был разработан Европейским Институтом по стандартизации в области связи
(ETSI) для обеспечения надежной передачи голоса и данных в мобильном режиме.Беспроводные микросотовые сети стандарта DECT используются для создания
учрежденческо-производственных систем на ограниченной территории (здание,
предприятие) и для систем абонентского радиодоступа с выносом номерной АТС на
расстояние до 5 км.Беспроводная технология Bluetooth (1998 г., Ericsson, Nokia, IBM, Intel, Toshiba)
совместима со многими протоколами и аналогичными системами (GSM, TCP, IP).
Bluetooth — маленький чип, представляющий собой высокочастотный (2,4-2,48 ГГц)
приемопередатчик, работающий в диапазоне ISM (Industry, Science, Medicine).
Обеспечивается передача трех голосовых каналов. Поддерживает связь на расстоянии 100
и более метров. Как радиотехнология Bluetooth способна обходить препятствия, соединяя
устройства вне зоны прямой видимости по принципу «точка - точка» и «точка - много
точек». Чтобы избежать интерференции с другими беспроводными устройствами,
Bluetooth работает по принципу скачкообразного изменения частоты (1600 скачков в
секунду).Технология Ultrawideband разработана для передачи потоков мультимедийной
информации на небольшие (до 30 м) расстояния со скоростью до 1 Гбит в секунду, что в 18
раз выше, чем у Wi-Fi.3	ИНТЕРНЕТАбонентами компьютерных сетей являются в основном компьютеры, включенные
в ЛВС, и поэтому часто решается задача организации взаимодействия нескольких
удаленных локальных вычислительных сетей. При этом требуется обеспечить удаленному
компьютеру связь с любым компьютером удаленной локальной сети, и, наоборот, любому
компьютеру ЛВС с удаленным компьютером.Internet является старейшей глобальной сетью; предоставляет различные способы
взаимодействия удаленных компьютеров и совместного использования распределенных
услуг и информационных ресурсов.й Компьютерная сеть Internet построена на базе компьютеров с ОС Unix и протокольного
стека TCP/IP.0 Intranet — корпоративная сеть, использующая транспортные услуги Internet и
гипертекстовую технологию.Информация собрана в файлы, которые хранятся на хост-компьютерах, и может
быть представлена в различных форматах. Любой компьютер, который поддерживает
протоколы TCP/IP, может выступать в качестве хост-компьютера.0 Host-компьютер — компьютер, самостоятельно подключенный к Internet.164
0 Интернет — это множество компьютеров, находящихся в разных местах, но
соединенных и обменивающихся информацией друг с другом.Сеть состоит из миллионов HTML-страничек, хранящихся на миллионах
компьютеров, разбросанных по всему миру.3.1	Адресное пространство ИнтернетКлючом к получению информации в Internet являются адреса ресурсов.
Используются почтовые адреса при пересылке сообщений по электронной почте и адреса
хост-компьютеров для соединения с ними и для получения файлов с информацией. Для
каждого компьютера устанавливается 2 адреса.1.	Цифровой IP-адрес длиной 32 бита, разделенных на 4 блока: 2 блока — адрес
сети, 2 блока — адрес компьютера внутри этой сети. Содержит полную информацию
необходимую для идентификации компьютера.Пример. 344.40.9.100 (00110101.00101000.00001001.01001100)
адрес сети — 344.40, адрес подсети — 9, адрес компьютера — 1002.	Доменный адрес определяет область, представляющую ряд host-компьютеров. В
отличие от цифрового читается в обратном порядке. Домен — область адресного
пространства Internet. В доменной системе имен реализуется принцип назначения имен с
определением ответственности за их подмножество со стороны соответствующих
сетевых групп. И если каждая группа присваивает уникальные имена, то никакие две
системы в Сети не смогут получить одинаковые имена. Компьютерное имя включает по
крайней мере 2 уровня доменов, которые отделяются друг от друга точкой. Все имена
слева от домена верхнего уровня — поддомены общего домена.▲	Доменное имя компьютера записывается латиницей, где все части имени разделяются
точками. Например, www.rambler.ru. Здесь www — имя сервера, rambler — имя домена второго
уровня, ru — имя домена первого уровня.Домены, представленные географическими регионами, имеют имя, составленное
из двух букв. Домены, разделенные по тематическим признакам, имеют три буквы в
названии.Пример, companya.msk.ru, window.edu
й Россия — ruedu — образовательное учреждениеgov — правительственное учреждениесот — коммерческая организацияnet — относится к различным компьютерным сетям.org — используется в основном некоммерческими организациями.mil — военные организации3.1.1	Система адресации URL0 Адрес URL — универсальный указатель на ресурс — является сетевым
расширением понятия полного имени ресурса в операционной системе.В URL указываются:•	имя файла и директория, где он находится;•	сетевое имя компьютера, на котором этот ресурс расположен;•	протокол доступа к ресурсу.Пример, http://www. microlab. msk. ru/struct/lab/LVANO V. htmПри написании URL важно различать прописные и строчные буквы.Первая часть http:// — это HyperText Transfer Protocol — протокол передачи
гипертекста, по которому обеспечивается доставка документа с Web-сервера Web-
браузеру. Вторая часть www.microlab.msk.ru указывает на доменное имя и адресует
конкретный компьютер или группу компьютеров, выполняющих одинаковую задачу.
Третья часть struct/lab/IVANOV.htm показывает программе-клиенту, где на данном
компьютере-сервере искать ресурс.165
В адресе http://www.microlab.msk.ru/struct/lab/IVANOV.htm файл IVANOV.htm
находится в папке lab, которая расположена в папке struct. При этом речь может идти
совсем не о физической папке на диске компьютера, так как система адресации файлов в
рамках сервера может быть полностью виртуальной.3.2	Услуги InternetОбращаясь в Интернет, мы пользуемся услугами Интернет-провайдера или ISP.0 ISP— Internet Service Provider— поставщик услуг Интернета.Это организация, которая имеет собственную высокоскоростную сеть,
объединенную с другими сетями по всему земному шару. ISP-провайдеры — это крупные
компании, которые в нескольких населенных пунктах имеют так называемые точки
присутствия с аппаратным обеспечением для подключения клиентов к Интернету. В
основе объединения малых и больших сетей лежит цепь договорных соглашений. Каждый
пользователь Интернета имеет договор с определенным провайдером о подключении к его
сети. В свою очередь провайдеры договариваются о соединении их сетей. Это позволяет
обмениваться сообщениями всем компьютерам, подключенным к Интернету.▲	Услуги предоставляемые сетью Internet условно делятся на две категории: обмен
информацией между абонентами сети и использование базы данных сети.FTP (File Transfer Protocol — протокол передачи файлов). Дает возможность
абоненту обмениваться файлами с любым компьютером сети. Файлы становятся
доступными для работы (чтение, исполнение только после копирования на собственный
компьютер.▲	ҒТР-протокол используется для перемещения данных между различными
операционными системами, которые могут встретиться в Internet.Программа, реализующая ҒТР-протокол, устанавливает связь с одним из FTP-
серверов в Internet.▲	Докачивание файла из сети Интернет после сбоя обеспечивает сервис FTP.0 ҒТР-сервер — компьютер, содержащий файлы открытого доступа.й Большинство ҒТР-серверов работает под управлением операционной системы Unix;
команды вводятся из командной строки. Хотя пересылка файлов может быть выполнена с
помощью WWW, ҒТР-системы продолжают оставаться весьма популярными ввиду их
быстродействия и простоты использования.Электронная почта. Осуществляет обмен почтовыми сообщениями с любым
абонентом сети.Формат адреса: <имя пользователя>@<адрес host-KOMnbKrrepa>Пример. Ivanov@abc.nsk.ru.Часть слева от значка "@" — это имя почтового ящика (E-mail Account Name) на
сервере, из которого владелец адреса забирает письма. Часть справа от значка @
называется доменом и указывает на местонахождение этого почтового ящика.Как правило, адрес электронной почты определяет не адрес домашнего
компьютера пользователя, а адрес сервера, на котором он получает почту.й Стандарт MIME — многоцелевое расширение почты Internet — позволяет вкладывать
в сообщение любые двоичные файлы (графику, аудио-, видеофайлы). Код ASCII используется для
передачи текстовых сообщений.▲	Протоколы POP3 и SMTP используются для организации сервиса электронной почты.
POP3 используется почтовым клиентом для получения сообщений с почтового сервера. SMTP
позволяет организовать электронную переписку «всех со всеми» без предварительной
договоренности.▲	Место на сервере, где хранится сообщение электронной почты, пока его не запросит
получатель, называется электронным почтовым ящиком.▲	Переписку с неизвестным адресатом в реальном времени обеспечивает сервис
Интернет-чат (IRC).▲	IRC и ICQ являются средствами общения on-line.166
Служба Gopher является средством поиска информации в Сети по ключевым
словам и фразам. На Gopher-cepBepe информация хранится в виде дерева данных
(иерархической системы меню). Gopher поддерживает разные типы файлов и выполняет
функции, аналогичные WWW.й Gopher-систөма является предшественником WWW и сейчас утрачивает свое
значение. Просмотр информации на Gopher-cepBepe организуется с помощью древовидного меню,
аналогичного меню в приложениях Windows или дереву каталогов файловой системы. Меню
верхнего уровня состоит из перечня крупных тем. Меню следующих уровней детализируют
выбранный элемент меню предыдущего уровня. Конечным пунктом движения вниз по дереву
(листом дерева) служит документ.Всемирная информационная сеть WWW. Все серверы WWW используют
специальный язык разметки гипертекста HTML.й 6 августа 1991 года появился первый в мире web-сайт: http://info.cern.chСоздатель: Тим Бернерс-Ли (в настоящее время возглавляет Консорциум Всемирной
паутины WWC, который занимается разработкой и внедрением стандартов Интернета)И HTML-документы — текстовые файлы со встроенными командами.й XML — язык разметки гипертекста — это стандартный язык разметки документов во
Всемирной паутине. Языки разметки используются везде, где требуется вывод форматированного
текста: в типографии (SGML, TeX, PostScript, PDF), пользовательских интерфейсах компьютеров
(Microsoft Word), Всемирной Сети (HTML, XHTML, XML, WML, PGML).Связь между гипертекстами осуществляется с помощью ключевых слов.
Информация в WWW состоит из страниц (документов). Страницы могут содержать
графику, сопровождаться анимацией изображений и звуком, воспроизводимым
непосредственно в процессе поступления информации на экран пользователя.
Гипертекстовая организация означает, что в документе существуют специальные элементы
(текст или рисунки), называемые гипертекстовыми ссылками, щелчок мышью по которым
выводит на экран другой документ, на который указывает данная ссылка. При этом новый
документ может храниться на совершенно другом сайте, возможно, расположенном в
другом конце земного шара.WWW-браузеры (программы-оболочки для вхождения в среду Интернет)
обеспечивают возможность обращения к автоматическим поисковым системам. В
браузеры встроены меню, имеющие ссылку на набор поисковых серверов (головных
компьютеров сети).й WebView — это браузер с синхронным переводом страниц, который построен на ядре
системы машинного перевода Stylus.▲	Для просмотра веб-страниц и навигации между этими страницами в сети Интернет
используют специальные программы — браузеры.▲	Приложение Internet Explorer позволяет загружать веб-страниы по протоколу http и
файлы по протоколу ftp.Телеконференции Usenett использовались для перемещения новостей между
компьютерами по всему миру и впоследствии интегрировались в Internet. Серверы Usenet
имеют средства для разделения телеконференций по темам. Телеконференции
организованы по иерархическому принципу.Верхний уровень составляют рубрики:•	comp — информация о компьютерах•	news — информация и новости Usenet•	tolk — дискуссии и др.Программы службы Usenet делают подписку на телеконференции, тематический
выбор, обеспечивают пользователя сообщениями, посылают ответ пользователя всем
участникам телеконференции или конкретному автору.Telnet предоставляет удаленный доступ, используемый для доступа в Internet к
библиотечным каталогам и электронным доскам объявлений. Пользователь получает167
возможность доступа ко всем ресурсам удаленного компьютера в соответствии со своими
правами.▲	Удаленное управление компьютером обеспечивает сервис Telnet.3.3 Адресация в IP сетяхIP-адресация построена на концепции сети, состоящей из хостов и других сетей.
Хост представляет собой объект сети, который может передавать и принимать 1Р-пакеты.
Хосты соединены между собой через одну или несколько сетей.▲	IP-адрес любого хоста состоит из адреса сети и адреса хоста в этой сети. Этот адрес
представляется 4 десятичными цифрами, каждое не превышающее 255 (адрес 32 битный). Этот
адрес разделяется на 2 или 3 части. Первая часть — адрес сети, вторая (если есть) — адрес
подсети, третья — адрес главной вычислительной машины.Адресация IP обеспечивает пять различных классов сетей (А, В, С, D, Е —
зарезервированный):класс А — 0 <номер сети> <номер узла> — большие сети общего назначения;
класс В — 10 <номер сети> <номер узла> — сети среднего размер;
класс С — 110 <номер сети> <номер узла> — небольшие сети;
класс D — 1110 <адрес группы> — для обращения к группам машин;
класс Е — 11110 <зарезервирован>.КлассНомер сети, байтНомер узла, байтКоличество узловА13217-224В2228-216С311-28Первые биты адреса определяют, какая часть адреса относится к номеру сети, а
какая к номеру узла.Некоторые IP адреса являются выделенными и трактуются по-особому:•	(все нули) 0.0.0.0 — обозначает данный узел•	(номер сети).(все нули), например, 194.28.0.0 — данная IP сеть•	(все нули).(номер узла), например, 0.0.0.18 — узел в данной локальной сети•	(все единицы) 255.255.255.255 — все узлы в данной локальной сети•	(номер сети).(все единицы) например 194.28.255.255 — все узлы в указанной
IP (локальной)сети•	127.(что угодно) — “петля”. Этот адрес используется для тестирования ПО—	данные не передаются по сети, а возвращаются как только что принятые.3.3.1. Структуризация IP-сетей с помощью масокВ случае, если количество централизовано выделенных номеров сетей
недостаточно для того, чтобы структурировать сеть надлежащим образом, то
администратор использует маски, которые позволяют разделять одну сеть на несколько
подсетей.0 Маска — это число, двоичная запись которого содержит единицы в тех разрядах,
которые должны интерпретироваться как номер сети.Например, для стандартных классов сетей маски имеют следующие значения:255.0.0.0	— маска для сети класса А;255.255.0.0	— маска для сети класса В;255.255.255.0	— маска для сети класса С.Пример. Маска имеет значение 255.255.192.0 (11111111 11111111 11000000
00000000). Сеть имеет номер 129.44.0.0 (10000001 00101100 00000000 00000000), из
которого видно, что она относится к классу В. После наложения маски на этот адрес, число
разрядов, интерпретируемых как номер сети, увеличилось с 16 до 18 (две единицы в
третьем байте), т.е., администратор получил возможность использовать вместо одного
централизованно заданного ему номера сети — четыре. Первые 2 бита в третьем байте168
могут принимать значения 00 — для исходного номера сети и значения 01, 10, 11 — для
номеров по маске:129.44.0.0 (10000001 00101100 00000000 00000000)129.44.64.0	(10000001 00101100 01000000 00000000)129.44.128.0	(10000001 00101100 10000000 00000000)129.44.192.0	(10000001 00101100 11000000 00000000)Например, 1Р-адрес 129.44.141.15 (10000001 00101100 10001101 00001111),
который по стандартам IP задает номер сети 129.44.0.0 и номер узла 0.0.141.15, теперь, при
использовании маски, будет интерпретироваться как пара:129.44.128.0	— номер сети, 0.0. 13.15 — номер узла.3.4	Стек протоколов TCP/IP▲	Internet работает по протоколу TCP/IP.й Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP) — это промышленный стандарт
стека протоколов, разработанный для глобальных сетей.Стек был разработан по инициативе Министерства обороны США для связи
экспериментальной сети ARPAnet с другими сетями как набор общих протоколов для разнородной
вычислительной среды. Университет Беркли, реализовал протоколы стека в своей версии ОС
UNIX. На этом же стеке работает всемирная информационная сеть Internet.Стандарты TCP/IP опубликованы в серии документов Request for Comment (RFC), которые
описывают внутреннюю работу сети Internet. Некоторые RFC описывают протоколы и их
реализацию, в то время как другие обобщают условия применения.При появлении новой технологии локальных или глобальных сетей, она быстро
включается в стек за счет разработки RFC, определяющего метод инкапсуляции IP-пакетов
в ее кадры.В состав стека TCP/IP входят:•	SMTP — протокол электронной почты;•	TELNET — протокол эмуляции терминала;•	FTP — протокол передачи файлов;•	TFTP — простой протокол передачи файлов;•	TCP — протокол управления передачей; обеспечивает сервис надежной
доставки информации;•	UDP — пользовательский датаграммный протокол; обеспечивает
негарантированную доставку пакетов без установления соединения между клиентами;•	IP (Internet Protocol) — межсетевой протокол доставки между узлами;•	IPng (Internet Protocol new generation) — межсетевой протокол нового
поколения с усовершенствованной системой адресации.Протоколы TCP/IP это:•	наиболее завершенный стандартный популярный стек сетевых протоколов;•	метод получения доступа к сети Internet;•	основа для создания intranet;•	аппарат, поддерживаемый всеми современными операционными системами;•	гибкая технология для соединения разнородных систем, как на уровне
транспортных подсистем, так и на уровне прикладных сервисов;•	масштабируемая межплатформенная среда приложений клиент-сервер.й Технология стека TCP/IP сложилась в основном в конце 1970-х годов и с тех пор
основные принципы работы базовых протоколов, (IP, TCP, UDP) и ICMP, практически не
изменились. Основные принципы остались неизменными: датаграммный метод работы,
фрагментация пакетов.Название блока данных, передаваемого по сети, зависит от того, на каком уровне
стека протоколов он находится. Блок данных, с которым имеет дело сетевой интерфейс,169
называется кадром. Блок данных, находящийся между сетевым интерфейсом и модулем ГР,
называется 1Р-пакетом.0 Модуль — это программа, взаимодействующая с драйвером, сетевыми
прикладными программами и другими модулями.Блок данных, находящийся между модулем IP и модулем UDP, называется UDP-
датаграммой. Блок данных, находящийся между модулем ГР и модулем TCP, называется
TCP-сегментом или транспортным сообщением. Блок данных, находящийся на уровне
сетевых прикладных процессов, называется прикладным сообщением.Уровни протоколов TCP/IPУровень IV канальный поддерживает все популярные стандарты физического и
канального уровней. Например, для локальных сетей это Ethernet, для глобальных —
соединение «точка-точка».Уровень III межсетевого взаимодействия занимается передачей пакетов с
использованием различных транспортных технологий локальных сетей, территориальных
сетей и т.п. В качестве основного протокола используется протокол ГР.Уровень II основной с протоколом управления передачей TCP и протоколом
датаграмм пользователя UDP. Протокол TCP обеспечивает надежную передачу сообщений
за счет образования виртуальных соединений. Протокол UDP обеспечивает передачу
прикладных пакетов датаграммным способом.Уровень I прикладной использует протокол TCP в качестве транспорта для
надежной передачи файлов по протоколу FTP. Пользователю предоставляется
возможность интерактивной работы с удаленной машиной.0 Процесс передачи пакета данных в другую сеть называется ретрансляцией.0 Машина, выполняющая ретрансляцию, называется шлюзом.▲	Сети с отличающимися протоколами данных объединяют с помощью шлюзов —
специальных сетевых устройств, обеспечивающих приведение одного протокола к формату
другого.0	Маршрутизатор — устройство, обеспечивающее трафик между локальными
сетями, имеющими разные сетевые адреса.й Организации, занимающиеся стандартизацией протоколов компьютерных сетей:ISOC (Internet Society) - Сообщество Интернета - это группа профессионалов и
экспертов, координирующая жизнедеятельность и развитие Интернета.IAB (Internet Architecture Board) - техническая консультативная группа в составе ISOC;
наблюдает за архитектурой и развитием протоколов Интернета, создает стандарты, управляет
серией протоколов RFC (Request for Comments) и готовит различные периодические издания. В
составе IAB есть две основные группы - IETF (Internet Engineering Task Force) и IRTF (Internet
Researching Task Force).IETF - рабочая группа инженеров Интернета - для разработки новых протоколов.IANA (Internet Assigned Numbers Authority) контролирует распределение в Интернете
параметров протокола IP, гарантируя, что каждый домен получит свое уникальное имя.Вопросы для самоконтроля1.	Назовите отличительные признаки новой информационной технологии.2.	Что входит в состав информационной системы?3.	Как развивался инструментарий информационных технологий?4.	Какие информационные технологии вы знаете?5.	Что влияет на пропускную способность канала связи?6.	Перечислите функции канального уровня.7.	Какие типы полей управления вы знаете?8.	Назовите параметры обслуживания протоколов транспортного уровня.9.	Для чего используются доменные адреса?10.	Что представляет собой Internet911.	Что входит в состав стека ТСР/ГР?12.	Перечислите уровни протоколов ТСР/ГР.170
Модуль 8ОСНОВЫ ИНФОРМАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ	1	МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ	1721.1	Система защиты информации	1721.2	Правовая защита	1731.3	Организационная защита	1741.4	Инженерно-техническая защита	1742	ИНФОРМАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ В ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ	1832.1	Компьютерные атаки как угроза безопасности информации	1832.2	Вирусы как угроза безопасности информации	1842.3	Средства защиты информации	1862.4	Средства защиты сети от компьютерных атак	187Вопросы для самоконтроля	188ПОСЛЕ ИЗУЧЕНИЯ МОДУЛЯ ВЫ ДОЛЖНЫ ЗНАТЬ:>	Требования к защите информации.>	Действия системы безопасности в отношении угроз.>	Виды обеспечения системы защиты информации.>	На чем основывается правовая защита.>	Что включает в себя организационная защита.>	Классификацию инженерно-технических средств по функциональному назначению.>	В чем заключается метод программных паролей.>	Характеристику средств защиты информации в телекоммуникационных сетях.>	Типы угроз и категории компьютерных атак.>	Способы распространения и классификацию вредоносных кодов.>	Формы защиты информации.>	Методы защиты данных.>	Формы контроля и разграничения доступа.>	Угрозы безопасности информации при передаче по каналам связи.>	Технологию шифрования с секретным и открытым ключами.РЕЗУЛЬТАТ:>	Получение общего представления об инженерно-технических, организационных и правовых
аспектах защиты информации от внутренних и внешних угроз.>	Приобретение первичных знаний в области информационной безопасности>	Формирование начальной профессиональной базы для успешного овладения такими
дисциплинами как «Правовые вопросы защиты информации», «Математические основы
криптографии», «Методы и средства компьютерной защиты информации», «Экономико¬
правовые аспекты рынка ПО»>	Пополнение профессионального словарного запаса171
1	МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИС конца 80-х годов проблемы, связанные с защитой информации, беспокоят как
специалистов в области компьютерной безопасности так и многочисленных рядовых
пользователей персональных компьютеров. Термин «информация» сейчас больше
используется для обозначения специального товара, который можно купить, продать,
обменять и т.д. При этом стоимость подобного товара зачастую превосходит в десятки, и
сотни раз стоимость самой вычислительной техники, в рамках которой он функционирует.Естественно, возникает потребность защитить информацию от
несанкционированного доступа, кражи уничтожения и других преступных действий.	1.1 Система здтттаты информации	0Система защиты информации (СЗИ) — организованная совокупность специальных
органов, средств, методов и мероприятий, обеспечивающих защиту информации.Требования к защите информации•	непрерывность;•	плановость;•	целенаправленность и конкретность;•	активность;•	надежность;•	универсальность (канал утечки перекрывается достаточными средствами
независимо от характера и вида информации);•	комплексность.Виды обеспечения СЗИ•	правовое (нормативные документы, положения, инструкции, руководства);•	организационное (службы защиты документов, режима допуска, охраны);•	аппаратное;•	информационное (показатели доступа, учета, хранения);•	программное (информационные, учетные, статистические программы);•	математическое (использование мат. методов в оценке опасности, зон и норм
необходимой защиты);•	лингвистическое (специальные языковые средства для специалистов и
пользователей в сфере защиты информации).Действия системы безопасности в отношении угроз•	выявление;•	предотвращение;•	нейтрализация;•	пресечение;•	локализация;•	отражение;•	уничтожение.Компоненты модели безопасности информации•	объект угрозы (сведения о составе, состоянии и деятельности объекта
защиты);•	угроза информации (нарушение целостности, конфиденциальности, полноты,
доступности информации);172
•	источник угрозы (конкуренты, преступники; возможно ознакомление с
информацией, ее модификация, уничтожение);•	способы неправомерного овладения информацией (утечка через технические
средства, несанкционированный доступ);•	источник информации (люди, документы, технические носители
информации);•	направления защиты (правовая, организационная, инженерно-техническая
защиты информации);•	средства защиты (физические, аппаратные, программные,
криптографические);•	способы защиты (упреждение, предотвращение, пресечение,
противодействие).й 82% угроз совершается собственными сотрудниками фирмы, 17% — внешние угрозы,1	% — угрозы от случайных лиц0 Разглашение — умышленные или неосторожные действия, приведшие к
ознакомлению посторонних лиц с конфиденциальной информацией.0 Утечка — бесконтрольный выход конфиденциальной информации за пределы
организации.0 Несанкционированный доступ — противоправное овладение конфиденциальной
информацией посторонним лицом.	1.2 Правовая зашита	Правовая защита информации как ресурса•	признана на международном, государственном уровне;•	определяется межгосударственными конвенциями, декларациями;•	реализуется патентами, авторским правом.1.2.1	Законодательство РФ в области защиты информации1.	Конституция РФ.2.	Законы РФ по информатизации и защите информации:«Об информации, информатизации и защите информации»;«Об участии в международном информационном обмене»;«О связи»;«Об авторском праве и смежных правах»;«О государственной тайне»;«О правовой охране программ ЭВМ и топологии микросхем»;«Об информационном обеспечении экономического и социальногоразвития»;«О страховании»;«О коммерческой тайне»;«Об органах государственной безопасности»;«О патентах»;«Об архивах».3.	Кодекс об административных правонарушениях, гражданский и уголовный
кодексы РФ.4.	Нормативно-правовые акты и организационно-распорядительные
документы.5.	Положения, инструкции, нормативно-технические и методические
документы.1.2.2	Защита информации от утечки по техническим каналам1.	ГОСТ 29339-92 «Информационная технология. Защита информации от
утечки за счет ПЭМИН при ее обработке СВТ»173
0 ПЭМИН — побочные электромагнитные излучения и наводки.0 СВТ — средства вычислительной техники2.	ГОСТ Р 50752 «Информационная технология. Методы испытаний»3.	Нормы эффективности и защиты АСУ и ЭВМ от утечки информации за счет
ПЭМИН4.	Специальные требования и рекомендации по защите объектов ЭВТ II и III
категории от утечки информации за счет ПЭМИН1.2.3	Защита информации от несанкционированного доступа1.	Постановление Правительства РФ от 15.09.93 № 912-51 «Положение о
государственной системе защиты информации от иностранной технической разведки и от
утечки по техническим каналам»2.	Указы Президента РФ:«О создании государственной технической комиссии при Президенте РФ»05.01.92	№9;«О защите информационно-коммуникационных систем и баз данных от
утечки конфиденциальной информации по техническим каналам связи»08.05.93	№ 644;«О мерах по соблюдению законности в области разработки, производства,
реализации и эксплуатации шифровальных средств, а также предоставления
услуг в области шифрования информации» 03.04.95 № 334;3.	ГОСТ Р 50739-95 «СВТ. Защита от НСД к информации»1.2.4	Формы защиты информации•	патентование;•	авторское право;•	признание сведений конфиденциальными;•	товарный знак.	1.3 Организационная защита	Организационная защита включает:•	режим и охрану;•	работу с сотрудниками (подбор, изучение, обучение персонала);•	работу с документами (использование, учет, возврат, хранение, уничтожение
носителей информации);•	использование технических средств сбора, обработки, хранения
конфиденциальной информации;•	анализ внутренних и внешних угроз;•	систематический контроль за работой персонала с конфиденциальной
информацией, порядком учета, хранения, уничтожения документов;▲	Организация защиты ПЭВМ, информационных систем и сетей определяет порядок и
схему функционирования основных подсистем, использование устройств и ресурсов, нормативно¬
правовые взаимоотношения пользователей.1.4	Инженерно-техническая защитаИнженерно-технические средства можно классифицировать по объектам
воздействия, масштабу охвата, классу средств, применяемых злоумышленниками.174
Классификация по функциональному назначению•	физические средства (механические, электромеханические, электронные,
электронно-оптические, радиоустройства; системы опознавания по отпечаткам
пальцев, по голосу, по почерку, по геометрии рук);•	аппаратные средства широко распространены, но не обладают достаточной
гибкостью; при раскрытии их принципов действия теряют свои защитные свойства;•	программные;•	криптографические;•	комбинированные.1.4.1	Физическая защита информациий Кабельная система является причиной более чем половины всех отказов сети.Наилучшим способом защиты кабеля от физических, температурных и химических
воздействий является его прокладка с использованием защищенных коробов.Наиболее надежным средством предотвращения потерь информации при
кратковременном отключении электроэнергии является установка источников
бесперебойного питания. Большинство источников бесперебойного питания одновременно
выполняет функции и стабилизатора напряжения. Многие сетевые устройства — серверы,
концентраторы, мосты и т. д. — оснащены собственными дублированными системами
электропитания.В небольших сетях, где установлены один-два сервера, чаще всего приметается
установка системы архивации непосредственно в свободные слоты серверов. В крупных
корпоративных сетях наиболее предпочтительно организовать выделенный
специализированный архивационный сервер.Основной и наиболее распространенный метод защиты информации и
оборудования от различных стихийных бедствий состоит в хранении архивных копий
информации или в размещении некоторых сетевых устройств, например, серверов баз
данных, в специальных защищенных помещениях, расположенных, как правило, в других
зданиях или, даже в другом районе города или в другом городе.1.4.2	Аппаратная защита данныхДля защиты центрального процессора приметается кодовое резервирование, т.е.
создание дополнительных битов в форматах машинных команд (биты секретности) и
резервных регистров в процессоре.Большинство средств криптографической защиты данных реализовано в виде
специализированных аппаратных устройств. Эти устройства встраиваются в линию связи
и осуществляют шифрование всей передаваемой по ней информации.й Преобладание аппаратного шифрования обусловлено несколькими причинами.Во-первых, аппаратное шифрование обладает большей скоростью.Во-вторых, аппаратуру легче физически защитить от проникновения извне. Чип
покрывается сверху специальным химическим составом, и в результате любая попытка преодолеть
защитный слой этого чипа приводит к самоуничтожению его внутренней логической структуры.
Электромагнитное излучение может служить источником информации о том, что происходит внутри
микросхемы, но от него легко избавиться, заэкранировав микросхему.В-третьих, аппаратура шифрования более проста в установке. Телефоны,
факсимильные аппараты и модемы значительно дешевле оборудовать устройствами аппаратного
шифрования, чем встраивать в них микрокомпьютеры с соответствующим ПО.Рынок аппаратных средств шифрования информации предлагает потенциальным
покупателям самодостаточные шифровальные модули (они самостоятельно выполняют
всю работу с ключами), блоки шифрования в каналах связи и шифровальные платы
расширения: для установки в персональные компьютеры.175
1.4.3	Программная и программно-аппаратная защитаСтепень конфиденциальности программ и данных, категорий пользователей
определяются битами конфиденциальности, которые представляют собой 2-3
дополнительных разряда для кодирования категории секретности.После обработки в ОЗУ могут остаться данные. Специальная схема стирания
формирует команду на стирание ОЗУ с указанием адреса блока освобождаемой от
информации памяти. Стирание осуществляется записью нулей или другой
последовательности символов во все ячейки данного блока памяти.Защита терминала в однопользовательском режиме заключается в его
идентификации по коду; в многопользовательском режиме дополнительно используется
аутентификация пользователя по ключу, персональной кодовой карте и т.п.▲	Наиболее распространенное средство аутентификации — пароль, проверяемый
программными средствами опознавания.▲	Программные средства используются для защиты информации от НСД, копирования ивирусов.Различают следующие средства программной защиты:•	собственная защита ПО;•	защита аппаратуры, дисков (выполнение программ зависит от
определенных условий, гарантирующих защиту);•	защита с запросом информации (для работы необходимо ввести
дополнительную информацию, чтобы идентифицировать полномочия пользователя);•	активная защита инициируется при вводе неправильного пароля, даты или
времени при запуске программы;•	пассивная защита предполагает контроль, поиск улик и доказательств для
создания обстановки неотвратимого раскрытия преступления.0	Программными средствами защиты называются специальные программы,
которые включаются в состав ПО для осуществления функций защиты.К недостаткам программных средств относится необходимость расходования
ресурсов процессора на их функционирование и возможность несанкционированного
изменения. Программные средства защиты применяются в центральных процессорах,
устройствах группового управления вводом/выводом данных.▲	Пароли доступа, установление прав доступа и защита полей и записей БД относятся к
методам компьютерной защиты информации.Программы защиты по функциям делятся на:•	программы идентификации;•	программы регулирования работы (технических средств, пользователей,
элементов баз данных и т. д.);•	программы шифрования защищаемых данных;•	программы защиты программ (операционных систем, систем управления
базами данных, программ пользователей и др.);•	вспомогательные программы (уничтожение остаточной информации,
формирование грифа секретности выдаваемых документов, ведение
регистрационных журналов, имитация работы с нарушителем, тестовый контроль
механизма защиты).Согласно методу программной идентификации запрещается доступ к операционной
системе ПЭВМ до тех пор, пока не будет введен пароль (Рис. 1). Пароль держится
пользователем в тайне и периодически меняется, чтобы предотвратить
несанкционированное его использование.▲	Метод паролей является самым простым и дешевым, однако не обеспечивает
надежной защиты.Основная уязвимость метода паролей заключается в том, что пользователи
зачастую выбирают очень простые и легкие для запоминания (и тем самым для176
разгадывания) пароли, которые не метаются длительное время, а нередко остаются
прежними и при смене пользователя.Операционная система для каждого зарегистрированного пользователя хранит его
краткие данные, включающие пароль пользователя (как правило, зашифрованный),
идентификатор группы пользователя и соответствующий набор прав пользователя по
отношению к данным.▲	Операционная система Unix позволяет владельцу файлов предоставлять другим
пользователям права только читать, записывать или выполнять (программы) для каждого из своих
файлов.Ввод пользователем
информациишифровка/дешифровказашифрованныеданныешифровка/дешифровка	►Словарь данных и
сведения о пользователяхСУБДккгОперационная система
(проверка паролей
пользователей; защита
файлов)	►Имена и пароли
пользователей▲1 гшифровка/дешифровка▲1 гИмена и пароли
файловПроцессорБаза данных
(зашифрованные данные)Рис. 1. Метод программных паролейЗачастую ущерб наносится не из-за "злого умысла'", а из-за элементарных ошибок
пользователей, которые случайно портят или удаляют жизненно важные данные.
Необходимым элементом защиты информации в компьютерных сетях является
разграничение полномочий пользователей. Для этого используются встроенные средства
сетевых операционных систем, предусматривающие систему паролей и разграничения
полномочий, возможность кодирования данных по принципу "открытого ключа"
(алгоритм RSA) с формированием электронной подписи для передаваемых по сети
пакетов.Для исключения возможности неавторизованного входа в компьютерную сеть
используется комбинированный подход: пароль, плюс идентификация пользователя по
персональному "ключу". В качестве "ключа" может использоваться пластиковая карта
(магнитная или со встроенной микросхемой - smart-card) или различные устройства для177
идентификации личности по биометрической информации - по радужной оболочке глаза
или отпечатков пальцев, размерам кисти руки и т.д.й Получить разрешение на доступ к определенным ресурсам можно не только по паролю,
но и способом, при котором специальные программы анализируют характеристики пользователя,
содержание заданий, параметры технических и программных средств. Поступающие в систему
защиты данные сравниваются с данными, занесенными в регистрационные секретные таблицы
(матрицы). Программы формирования и обработки матриц, а также сами матрицы зашифрованы и
находятся под контролем администратора безопасности.▲	Контроль доступа к секретным файлам осуществляется с помощью грифа
секретности, который формируется в виде трехразрядных кодовых слов и хранится в самом
файле или в специальной таблице.Рекомендации по защите пароля:•	длина пароля должна быть не менее 8 символов;•	нельзя использовать очевидный набор символов (№ телефона и т.п.);•	нельзя никому называть и нельзя записывать пароль;•	нужно чаще менять пароль;•	нельзя вводить пароль в макрокоманду.▲	Набранный на клавиатуре пароль часто сохраняется в последовательности команд
автоматического входа в систему.1.4.3.1	Электронные ключиДля защиты программного обеспечения используются программно-аппаратные
алгоритмы, имеющие в своём составе аппаратные электронные ключи. Современные
электронные ключи — это достаточно сложные устройства с энергозависимой памятью,
предназначенной для хранения различных данных, участвующих в самой защите,
“прозрачные” для разных периферийных устройств, в разрыв с которыми включают эти
ключи.й Электронные ключи, выполненные по технологии Stealth, имеют аппаратные алгоритмы
кодирования данных. В одном Stealth-ключе можно организовать до 18 различных аппаратных
алгоритмов и, соответственно, для защиты одного программного продукта можно одновременно
пользоваться несколькими алгоритмами (до 18).В формировании каждого аппаратного алгоритма участвует так называемый
определитель — последовательность байт, защищённая от чтения и модификации. Длина
определителя может достигать 200 байт или 1600 бит (для подбора алгоритма с таким
определителем придётся перебрать до 21600 различных комбинаций). Можно сделать
алгоритмы одинаковыми у всех Stealth-ключей для данного защищаемого продукта.
Можно создать алгоритм с ограничением числа его запусков для надёжной защиты демо¬
версий программ.Для выполнения любой операции со Stealth-ключом требуется задать код доступа
к нему. Существует общий код и 3 личных кода доступа. Все данные хранятся в памяти
Stealth-ключей в кодированном виде, причём в каждом ключе кодирование производится
уникальным образом. Процессом кодирования/декодирования занимается
микроконтроллер ключа. Можно получить аппаратную копию, записав все данные в
другой Stealth-ключ. Но микроконтроллер любого другого Stealth-ключа будет неверно
интерпретировать эти данные, так как станет декодировать их иначе, в соответствии со
своим алгоритмом.Stealth-ключ имеет уникальную аппаратную защиту от изучения логики его
работы под отладчиком. Если ключ обнаружит, что протокол обмена с ним выполняется в
среде отладчика, он попросту перестаёт отвечать на любые запросы.178
1.4.4Криптографические методы защиты информациий Криптография включает в себя разделы современной математики, специальные
отрасли физики, радиоэлектроники, связи; должна обеспечивать такую защиту информации, чтобы
в случае перехвата ее нельзя было дешифровать в течение нескольких десятков лет.▲	Защита данных от подделки осуществляется методами шифрования и цифровой
подписи на основе криптографических систем с открытым ключом. Объектом контроля может быть
файл, запись или поле записи в файле.▲	Электронная цифровая подпись устанавливает подлинность информации.▲	Сжатый образ исходного текста обычно используется для создания электронной
цифровой подписи.▲	В системах шифрования данных используются: перестановка, когда биты или
подблоки внутри блоков данных переставляются, и замещение, когда те же элементы заменяются.Методы криптоанализа1.	Статистический; вычисление ключа ведется исходя из некоторых
статистических зависимостей открытого текста (частота букв, цифр и т.п.).2.	Known plaintext; ключ вычисляется по известному куску открытого текста и
соответствующего ему зашифрованного.3.	Chosen plaintext; криптоаналитик формирует открытый текст, пропускает
через шифровальную машину и использует полученный зашифрованный текст.4.	Линейный криптоанализу Known plaintext, при которой “функция передачи”
шифровальной машины приближается полиномом, и вычисляются его коэффициенты.5.	Дифференциальный криптоанализ; в шифровальную машину подсовываются
два куска открытого текста, отличающиеся одним битом (или байтом). Отличия в
результате сравниваются, готовится новая пара и т.д.6.	Fault Analysis; шифровальная машина слегка модифицируется (например,
один случайный бит ключа сбрасывается в 0), после этого смотрят, как это отразилось на
результате шифрования.Способы получения информации злоумышленником:•	анализ перехваченного сообщения;•	априорные сведения о шифре, полученные из различных источников; раньше
это могла бы быть инструкция по расшифрованию или черновик с промежуточными
результатами для конкретного текста, в настоящее время — фрагмент компьютерного кода
или микросхема, реализующая шифрование аппаратно.▲	Для организации защищенного сеанса связи необходимо выполнить шифрованиеданных.Качества хорошего шифра:1.	Анализ зашифрованных данных не должен давать злоумышленнику никаких
сведений о внутреннем устройстве шифра. В шифротексте не должно прослеживаться
никаких статистических закономерностей.2.	Алгоритм должен быть перенастраиваемым, т.е. содержать легко сменяемуючасть.▲	В соответствие с принципом Кирхгофа шифр определяется как алгоритм, состоящий из
процедурной части и параметров.Процедурная часть шифра содержит описание того, какие именно операции в
какой последовательности выполняются над шифруемыми данными. Раскрытие только
процедурной части не должно приводить к увеличению вероятности успешного
дешифрования сообщения. По этой причине хранить ее в секрете нет смысла. В секрете
держится некоторая часть параметров алгоритма, которая называется ключом шифра.179
▲	Для того, чтобы шифр был абсолютно стойким, необходимо, чтобы размер
использованного для шифра ключа был не менее размера шифруемых данных. Точное равенство
возможно только в том случае если все возможные значения ключа равновероятны.Технология шифрованияВ современной криптографии применяются классические криптографические
алгоритмы, использующие секретные (закрытые) ключи и новые криптографические
алгоритмы с открытым и секретным ключами.В криптографическом алгоритме с открытым ключом имеются как минимум 2
ключа, которые не вычисляются один из другого. Если из ключа шифрования нельзя
вычислить ключ расшифрования, то секретность информации, зашифрованной с помощью
открытого ключа, обеспечена. Другими словами, если по ключу шифрования не
вычисляется ключ расшифрования, то ключ шифрования может быть открытым. Обратное
тоже верно. Если по ключу расшифрования не вычисляется ключ шифрования, то ключ
расшифрования может быть открытым. При этом оба ключа должны быть защищены от
подмены и модификации.В двухключевой системе шифрования каждый пользователь генерирует свою пару
ключей. Текст, зашифрованный одним из них, может быть расшифрован только с
использованием второго ключа и наоборот. Закрытый ключ остается у автора, открытый
передается абоненту связи.Секретные криптосистемы используют симметричные алгоритмы и
симметричные (секретные) ключи для шифрования данных.Открытые криптосистемы используют асимметричные алгоритмы и
асимметричные ключи для шифрования сеансовых ключей, а также симметричные
алгоритмы и симметричные секретные (ключи) для шифрования данных.1.4.4.1	Симметричная методология (с секретным ключом)Используется один секретный ключ, с помощью которого производится как
шифрование, так и расшифровка с использованием одного и того же алгоритма
симметричного шифрования. Этот ключ передается двум участникам взаимодействия
безопасным образом до передачи зашифрованных данных.Для шифрования и расшифровки отправителем и получателем приметается один и
тот же ключ, использование которого оговаривается до начала взаимодействия. Если ключ
не был скомпрометирован, то при расшифровке автоматически выполняется
аутентификация отправителя. Только отправитель имеет ключ, с помощью которого
можно зашифровать информацию, и только получатель имеет ключ, с помощью которого
можно расшифровать информацию. Так как отправитель и получатель — единственные
люди, которые знают этот симметричный ключ, при компрометации ключа будет
скомпрометировано только взаимодействие этих двух пользователей.▲	Алгоритмы симметричного шифрования используют ключи не очень большой длины и
могут быстро шифровать большие объемы данных.Порядок использования систем с симметричными ключами1.	Безопасно создается, распространяется и сохраняется симметричный
секретный ключ.2.	Отправитель создает электронную подпись с помощью расчета хэш-функции
для текста и присоединяет ее к тексту.3.	Отправитель приметает быстрый симметричный алгоритм шифрования-
расшифровки вместе с секретным симметричным ключом к полученному пакету (тексту с
присоединенной электронной подписью) для получения зашифрованного текста.4.	Отправитель передает зашифрованный текст. Симметричный секретный
ключ никогда не передается по незащищенным каналам связи.180
5.	Получатель применяет тот же самый симметричный алгоритм шифрования-
расшифровки вместе с тем же самым симметричным ключом (который уже есть у него) к
зашифрованному тексту для восстановления исходного текста и электронной подписи.7.	Получатель отделяет электронную подпись от текста.8.	Получатель создает другую электронную подпись для полученного текста.9.	Получатель сравнивает две этих электронных подписи для проверки
целостности сообщения.1.4.4.2	Асимметричная методология (с открытым ключом)Использует алгоритмы асимметричного шифрования и асимметричные ключи для
шифрования симметричного ключа. Создаются два взаимосвязанных асимметричных
ключа. Симметричный ключ, зашифрованный с использованием одного асимметричного
ключа и алгоритма асимметричного шифрования, должен расшифровываться с
использованием другого ключа и того же алгоритма шифрования.Один ключ должен быть безопасно передан его владельцу, а другой — тому лицу,
которое отвечает за хранение этих ключей, например СА — центру выдачи сертификатов,
до начала их использования.▲	Асимметричные ключи создаются парами, так как связаны друг с другом. Выражение
секретный ключ" часто используют для одного из пары асимметричных ключей, который должен
держаться в секрете.Асимметричный секретный ключ не имеет ничего общего с симметричным
секретным ключом.й Выражение "открытый ключ" часто используют для одного из пары асимметричных
ключей, который должен быть всем известен.Ключи для шифрования и расшифровки разные, хотя и создаются вместе. Один
ключ делается известным всем, а другой держится в тайне. Шифровать и расшифровывать
можно обоими ключами. Однако, данные, зашифрованные одним ключом, могут быть
расшифрованы только другим ключом.й Все асимметричные криптосистемы являются объектом атак путем прямого перебора.
Поэтому в них используются более длинные ключи, чем в симметричных криптосистемах.Длина
секретного ключаДлина
открытого ключа56 бит384 бит64 бита512 бит80 бит768 бит112 бит1792 бита128 бит2304 битаПорядок использования систем с асимметричными ключами1.	Безопасно создаются и распространяются асимметричные открытые и
секретные ключи. Секретный асимметричный ключ передается его владельцу. Открытый
асимметричный ключ хранится в базе данных и администрируется центром выдачи
сертификатов.2.	Создается электронная подпись текста с помощью вычисления его хэш-
функции. Полученное значение шифруется с использованием асимметричного секретного
ключа отправителя, а затем полученная строка символов добавляется к передаваемому
тексту (только отправитель может создать электронную подпись).3.	Создается секретный симметричный ключ, который будет использоваться
для шифрования только этого сообщения или сеанса взаимодействия (сеансовый ключ).
Затем при помощи симметричного алгоритма шифрования/расшифровки и этого ключа
шифруется исходный текст вместе с добавленной к нему электронной подписью.
Получается зашифрованный текст (шифр-текст).4.	Сеансовый ключ передается получателю сообщения.181
5.	Отправитель должен иметь асимметричный открытый ключ центра выдачи
сертификатов.й Перехват незашифрованных запросов на получение этого открытого ключа является
распространенной формой атаки. Может существовать целая система сертификатов,
подтверждающих подлинность открытого ключа СА. Но ни один из них не может полностью
защитить от подмены открытого ключа СА, что наглядно доказывает, что нет такой системы, в
которой можно было бы гарантировать подлинность открытого ключа СА.6.	Отправитель запрашивает у СА асимметричный открытый ключ получателя
сообщения.й Этот процесс уязвим к атаке, в ходе которой атакующий вмешивается во
взаимодействие между отправителем и получателем и может модифицировать трафик,
передаваемый между ними. Поэтому открытый асимметричный ключ получателя подписывается
СА. Только СА знает асимметричный секретный ключ, поэтому есть гарантии того, что открытый
асимметричный ключ получателя получен именно от СА.7.	После получения асимметричный открытый ключ получателя
расшифровывается с помощью асимметричного открытого ключа СА и алгоритма
асимметричного шифрования/расшифровки.8.	Теперь шифруется сеансовый ключ с использованием асимметричного
алгоритма шифрования-расшифровки и асимметричного ключа получателя (полученного
от С А и расшифрованного).9.	Зашифрованный сеансовый ключ присоединяется к зашифрованному тексту
с добавленной ранее электронной подписью.10.	Весь полученный пакет данных (зашифрованный исходный текст и его
электронная подпись, зашифрованный сеансовый ключ) передается получателю.11.	Получатель берет зашифрованный сеансовый ключ из полученного пакета.12.	Используя свой секретный асимметричный ключ и тот же самый
асимметричный алгоритм шифрования получатель расшифровывает сеансовый ключ.13.	Получатель применяет тот же самый симметричный алгоритм шифрования-
расшифровки и сеансовый ключ к зашифрованному тексту и получает исходный текст
вместе с электронной подписью.14.	Получатель отделяет электронную подпись от исходного текста.15.	Получатель запрашивает у С А асимметричный открытый ключ отправителя.16.	Как только этот ключ получен, получатель расшифровывает его с помощью
открытого ключа СА и соответствующего асимметричного алгоритма шифрования-
расшифровки.17.	Затем расшифровывается хэш-функция текста с использованием открытого
ключа отправителя и асимметричного алгоритма шифрования-расшифровки.18.	Повторно вычисляется хэш-функция полученного исходного текста.19.	Две эти хэш-функции сравниваются для проверки неизменности текста.1.4.4.3	Распространение ключейУправление ключами включает их распределение, аутентификацию и
регламентацию порядка использования.Курьеры и ручная выдача — вот два распространенных примера процедуры
физической раздачи ключей. Серьезные организации имеют инструкции, описывающие
порядок выдачи ключей. Раздача ключей может аудироваться и протоколироваться, но это
все-таки не защитит ее до конца от компрометации отдельными людьми. Используется как
симметричными, так и асимметричными криптосистемами.Выдача общего ключа участникам взаимодействия центром выдачи ключей может
использоваться как симметричными, так и асимметричными криптосистемами. Если центр
скомпрометирован, то обеспечение безопасности последующих запросов на выдачу
ключей проблематично, а безопасность ранее выданных ключей зависит от
криптосистемы.182
Предоставление центром сертификации ключей доступа к открытым ключам
пользователей и выдача секретных ключей пользователям используется асимметричными
криптосистемами.Сеть доверия используется в асимметричных криптосистемах. Пользователи сами
распространяют свои ключи и следят за ключами других пользователей; доверие
заключатся в неформальном способе обмена ключами.й DES (Data Encryption Standart) — стандарт шифрования данных, узаконенный
Американским национальным бюро по стандартизации NBS в качестве стандарта для систем
связи; шифрование основано на использовании ключа длиной 56 бит и блока исходного текста 64
бит. С момента опубликования (1974г.) не известно случаев расшифровки криптограммы без
знания ключа.2	ИНФОРМАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ В
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ0 «Информационная безопасность — это состояние защищенности
информационной среды общества, обеспечивающее ее формирование, использование и
развитие в интересах граждан, организаций, государств» (Закон РФ «Об участии в
международном информационном обмене»).Угрозы безопасности информации при передаче:•	перехват данных (подключение к линии связи либо использование
побочного электромагнитного излучения средств передачи);•	анализ трафика (наличие/отсутствие связи, частота, направление, объем
информации);•	изменение потока сообщений (внесение в сообщение необнаруживаемых
искажений, удаление сообщений, нарушение порядка следования);•	отказ передающего пользователя от авторства, принимающего — от факта
приема сообщений;•	маскарад (стремление выдать себя за другого пользователя с целью
получения его прав доступа к информации, либо навязывание другому пользователю
ложной информации, якобы исходящей из привычного источника);•	нарушение связи или задержка срочных сообщений.2.1	Компьютерные атаки как угроза безопасности информациий Федеральный центр по борьбе с компьютерными преступлениями в США FedCIRC
сообщил, что в 1998 году атакам подверглось около 130000 государственных сетей с 1100000
компьютерами.й Описания компьютерных атак размещаются на широко известных коммерческих веб¬
сайтах. Программы для организации компьютерных атак доступны для получения любым
пользователем Интернета.Категории компьютерных атак13 Компьютерная атака означает запуск людьми программ для получения
неавторизованного доступа к компьютеру.Удаленное проникновение в компьютер — программы, которые получают
неавторизованный доступ к другому компьютеру через Интернет (или локальную сеть)Локальное проникновение в компьютер — программы, которые получают
неавторизованный доступ к компьютеру, на котором они работают.Удаленное блокирование компьютера — программы, которые через Интернет
(или локальную сеть) блокируют работу всего удаленного компьютера или отдельной
программы на нем.Локальное блокирование компьютера — программы, которые блокируют работу183
компьютера, на котором они работаютСетевые сканеры — программы, которые осуществляют сбор информации о сети,
чтобы определить, какие из компьютеров и программ, работающих на них, потенциально
уязвимы к атакам.Сканеры уязвимых мест программ — программы, которые проверяют большие
группы компьютеров в Интернете в поисках компьютеров, уязвимых к тому или иному
конкретному виду атаки.Вскрыватели паролей — программы, которые обнаруживают легко угадываемые
пароли в зашифрованных файлах паролей.Сетевые анализаторы (снифферы) — программы, которые слушают сетевой
трафик. Часто в них имеются возможности автоматического выделения имен
пользователей, паролей и номеров кредитных карт из трафика.	2.2 Вирусы как угроза безопасности информации	По способу распространения вредоносные программы (или коды) можно условно
разделить на компьютерные вирусы, сетевые черви, троянские программы.А Компьютерные вирусы умеют размножаться и внедрять свои копии в другие файлы.А Сетевые черви распространяются по различным сетевым ресурсам (чаще всего по
электронной почте), но не внедряют свои копии в другие программы.А Троянские программы не распространяются сами по себе, но выполняют на
зараженных компьютерах вредоносные действия.2.2.1	Компьютерные вирусы13Компьютерный вирус — это программа, которая может создавать свои копии (не
обязательно совпадающие с оригиналом) и внедрять их в файлы, системные области
компьютера, сети и т.д. При этом копии сохраняют способность дальнейшего размножения.Для того чтобы размножаться, файловый вирус должен копировать свое тело в
память, открывать другие исполняемые файлы и записывать туда свое тело, записывать
данные в секторы жесткого диска и т.д.А Заражение компьютерным вирусом не может произойти при включении/выключении
компьютера.Классификация файловых вирусовПо способу заражения среды обитания:•	резидентный (оставляет в оперативной памяти свою резидентную часть;
активен до выключения компьютера или до перезагрузки);•	нерезидентный (не заражает память и является активным ограниченное время).По деструктивным возможностям:•	безвредные (не влияют на работу компьютера, кроме уменьшения свойств
памяти на диске в результате своего размножения);•	неопасные — это безвредные, плюс графические, звуковые эффекты;•	опасные (могут привести к серьезным сбоям в работе компьютера);•	очень опасные (потеря программ, уничтожение данных).По особенностям алгоритма:•	вирусы-"спутники" (не изменяют файлы, но создают для *.ехе-файла спутник с
расширением сот);•	"паразитические" (все вирусы, которые изменяют содержимое дисковых
секторов или файлов);•	«студенческие» (примитивные, с большим числом ошибок);•	"стелс"-вирусы, вирусы невидимки (перехватывают обращение ОС к
пораженным файлам и "подставляют " вместо себя незараженные участки);184
•	вирусы "призраки" (трудно обнаруживаемые вирусы; две копии одного и того
же вируса не имеют ни одного совпадения).2.2.2	Сетевые черви0 Сетевые черви — это программы, которые не изменяют файлы на дисках, а
распространяются в компьютерной сети, проникают в операционную систему компьютера,
находят адреса других компьютеров или пользователей и рассылают по этим адресам свои
копии.Сетевой червь пытается получить доступ к адресной книге, сканирует жесткий
диск на предмет обнаружения любых адресов электронной почты.▲	Сетевые черви могут вообще не обращаться к ресурсам компьютера (за исключением
оперативной памяти).По среде распространения выделяют следующие типы:1.	Интернет-черви (распространяются по Интернету),2.	LAN-черви (распространяются по локальной сети),3.	IRC-черви (распространяются через чаты Internet Relay Chat).Бестелесные черви вне компьютера существуют в виде сетевых пакетов, а внутризараженного компьютера — в виде программного кода прямо в оперативной памяти.
Распространяются автоматически, используя уязвимости в прикладном и системном
программном обеспечении.й В конце января 2003 года одному бестелесному червю удалось в течение нескольких
часов вывести из строя 25% всех серверов в Интернете. Он известен под двумя названиями:
Slammer и Helkern.2.2.3	Троянские программыКлассификация по выполняемым вредоносным действиям:•	утилиты несанкционированного удаленного администрирования (позволяют
злоумышленнику удаленно управлять зараженным компьютером);•	утилиты для проведения DDoS-атак (Distributed Denial of Service -
распределенные атаки типа отказ в обслуживании);•	шпионские и рекламные программы, а также программы дозвона;•	серверы рассылки спама;•	многокомпонентные "троянцы"-загрузчики (переписывают из Интернета и
внедряют в систему другие вредоносные коды или вредоносные дополнительные
компоненты).Действия злоумышленника на инфицированном ПК:•	кража любой информацию с компьютера-жертвы (файлы, пароли и т.п.);•	проведение любой файловой операции (форматирование жесткого диска,
удаление или переименование файлов и т.д.);•	перезагрузка компьютера, подключение к сетевым ресурсам;•	использование зараженного компьютера для атаки на какой-то третий
компьютер или сервер в Интернете.й Самыми известными утилитами несанкционированного удаленного
администрирования являются "троянцы" Back Orifice и NetBus.Цель DoS-атаки, или атаки типа отказ в обслуживании, — исчерпать ресурсы
информационной системы. В случае успешного проведения DoS-атаки система перестает
выполнять свои функции, становится недоступной и иногда непредсказуемой. Чаще всего
объектом атаки является web-сервер, например Интернет-магазин.DDoS-атака, или распределенная атака типа отказ в обслуживании, отличается от
DoS-атаки тем, что в ней один и тот же узел атакуют сразу несколько компьютеров. Если
большое число компьютеров, на которых установлена утилита для проведения DDoS-атак,
одновременно начнут посылать свои запросы web-серверу, то велика вероятность, что
ресурсы web-сервера быстро исчерпаются, а сам сервер не сможет обслуживать легальных
пользователей.185
▲	Шпионские программы втайне наблюдают за действиями пользователя и записывают в
свой журнал интересующие злоумышленника события.▲	Клавиатурные шпионы следят за пользователем и записывают каждое нажатиеклавиши.▲	«Троянцы»-шпионы отсылают на удаленный компьютер пароли и другую личную
информацию пользователя.▲	Рекламные программы любым способом пытаются рекламировать продукты или услуги
каких-то третьих компаний.▲	Программы дозвона пытаются с помощью модема и телефонной линии дозвониться до
платного сервера.2.3	Средства защиты информацииМежсетевые экраны (брандмауэры или файерволы).И Брандмауэр — это система, предотвращающая несанкционированный доступ
извне во внутреннюю сеть.Аппаратный брандмауэр подключается к сети физически, фильтрует входящий и
исходящий трафик и защищает от нежелательных проникновений во внутреннюю сеть или
на персональный компьютер. Программный брандмауэр выполняет те же функции, но
является не внешним аппаратным устройством, а программой.Параметры фильтрации:•	адреса получателя и отправителя каждого сетевого пакета;•	протокол передачи данных (например, HTTP, FTP и т.д.);•	приложение, которое отсылает или принимает сетевой пакет.Брандмауэр Windows представляет собой фильтр сетевых пакетов, способный
отразить стандартные сетевые атаки и не допустить низкоуровневого сетевого
подключения к защищенному компьютеру. Поставляемый по умолчанию с Microsoft
Windows ХР брандмауэр умеет корректно обрабатывать диагностические и служебные
пакеты, приходящие из Интернета. Служебные пакеты чаще всего используются для
организации сетевых атак.й Основные особенности Outpost Firewall Pro:•	обнаруживает и блокирует атаки хакеров;•	предотвращает несанкционированный доступ к данным;•	скрывает присутствие системы в сети;•	блокирует потенциально опасные входящие почтовые сообщения;•	препятствует посещению детьми или сотрудниками нежелательных сайтов;•	ведет подробный журнал сетевой активности системы;•	предотвращает утечку частной информации;•	отражает посягательства на конфиденциальность в сети Интернет;•	сохраняет в тайне перемещения и навигацию по Интернету;•	работает со всеми современными версиями Windows;•	систематически следит за обновлениями.Proxy-сервер является посредником между внутренней сетью организации и
Интернетом. Кэширует часто запрашиваемые web-страницы в своей памяти. При запросе
какой-нибудь страницы из Интернета проверяет, есть ли она в его базе данных. Если есть,
то отправляет ее к пользователю. Если нет, то запрашивает оригинальный сервер, где
размещена страница, и, получив ее, отправляет пользователю.Трансляция сетевых адресов (NAT — Network Address Translation) состоит в
том, чтобы сделать компьютеры внутренней сети организации невидимыми для внешних
запросов.й Если злоумышленник попытается "заглянуть" во внутреннюю сеть компании, он увидит
один лишь ргоху-сервер (в данном случае еще и брандмауэр). Он не сможет узнать внутренние
адреса компьютеров, следовательно, вторгнуться в корпоративную сеть будет сложнее.186
Системы обнаружения вторжений не только определяют сам факт
проникновения в сеть, но и выявляют подозрительные действия.й Охранная система включается, когда хакер уже проник внутрь и готовится поразить
жизненно важную систему. Работа системы обнаружения вторжений строится на законах
математической статистики. Каждое действие, происходящее в системе, подвергается анализу на
соответствие сценарию сетевой атаки. Так как действия злоумышленника разнятся от случая к
случаю, системе обнаружения вторжений приходится учитывать отклонения реально
происходящих событий от сценария нападения.Антивирусные программы используют эвристический анализ, который
представляет собой существенно усложненный эмулятор. Только в результате
анализируется не код подозрительного файла, а его действия. Благодаря этому
эвристический анализатор способен обнаружить даже те вредоносные коды, сигнатуры
которых еще неизвестны.Антивирус Касперского осуществляет контроль всех возможных путей
проникновения вирусов на персональный компьютер: съемные и постоянные файловые
носители, электронная почта, Интернет и локальная сеть. Проверка всех типов данных
производится в реальном времени. Поддерживается более 900 различных форматов
упаковщиков и архиваторов.2.4	Средства защиты сети от компьютерных атакй В каждой сети, независимо от того, насколько она безопасна, происходят какие-либо
события, связанные с безопасностью. Сотрудники организации должны заранее знать, что нужно
делать в том или ином случае. Важно заранее определить следующие моменты: когда вызывать
правоохранительные органы, когда вызывать сотрудников группы по борьбе с компьютерными
преступлениями, когда следует отключить сеть от Интернет, и что делать в случае компрометации
важного сервера.Оперативная установка исправлений для программ (Patching). Компании часто
выпускают исправления программ, чтобы ликвидировать неблагоприятные последствия
ошибок в них.Обнаружение вирусов и троянских коней. Хорошие антивирусные программы
наблюдают за работой компьютеров и выявляют на них вредоносные программы. Для
максимальной эффективности они должны быть установлены на всех компьютерах в сети.Межсетевые экраны — самое важное средство защиты сети — контролируют
сетевой трафик, входящий в сеть и выходящий из нее, могут блокировать передачу в сеть
какого-либо вида трафика. Хорошо сконфигурированный межсетевой экран в состоянии
остановить большинство известных компьютерных атак.Вскрыватели паролей. Это средство будет полезно системным администраторам,
для своевременного обнаружения слабых паролей.Шифрование. Соединения с удаленными машинами, защищаемые с помощью
пароля, должны быть зашифрованы.Сканеры уязвимых мест. Это программы, которые сканируют сеть в поисках
компьютеров, уязвимых к определенным видам атак.Грамотное конфигурирование компьютеров в отношении безопасности.
Компьютеры с заново установленными операционными системами часто уязвимы к
атакам, так как при начальной установке операционной системы обычно разрешаются все
сетевые средства.Боевые диалеры(м>аг dialer). Пользователи часто обходят средства защиты сети
организации, разрешая своим компьютерам принимать входящие телефонные звонки.
Системные администраторы должны регулярно использовать боевые диалеры для
проверки телефонных номеров своих пользователей и обнаружения сконфигурированных
подобным образом компьютеров.Рекомендации по безопасности — это предупреждения, публикуемые группами
по борьбе с компьютерными преступлениями и производителями программ о недавно187
обнаруженных уязвимых местах. Они описывают в целом угрозу и дают довольно
конкретные советы о том, что нужно сделать для устранения данного уязвимого места.Средства обнаружения атак (Intrusion Detection) могут быть установлены за
межсетевым экраном, чтобы обнаруживать атаки, организуемые изнутри сети. Или они
могут быть установлены перед межсетевым экраном, чтобы обнаруживать атаки на
межсетевой экран.Средства выявления топологии сети и сканеры портов. Эти программы
позволяют составить полную картину того, как устроена сеть и какие компьютеры в ней
работают, а также выявить все сервисы, которые работают на каждой машине. Системные
администраторы должны использовать эти средства для наблюдения за тем, какие
программы и на каких компьютерах работают в их сети. С их помощью можно обнаружить
неправильно сконфигурированные программы на компьютерах.Политики безопасности. Если в рамках одной организации имеется несколько
сетей с различными политиками безопасности, то одна сеть может быть
скомпрометирована из-за плохой безопасности другой сети. Политика определяет, какой
трафик должен пропускаться через межсетевые экраны сети; как и какие средства защиты
должны использоваться в сети; стандартные безопасные конфигурации для различных
типов компьютеров.Тестирование межсетевых экранов и WWW-серверов на устойчивость к
попыткам их блокирования Сети могут организовать атаки против себя сами, чтобы
определить, какой ущерб может быть нанесен им.Протоколы коррекции ошибок нижнего уровня. При передаче данных по
зашумленным телефонным линиям всегда существует вероятность, что данные,
передаваемые одним модемом, будут приняты другим модемом в искаженном виде.
Протоколы коррекции ошибок могут быть реализованы как на аппаратном уровне, так и на
программном.й Общая форма передачи данных по протоколам с коррекцией ошибок следующая:
данные передаются отдельными блоками (пакетами) по 16-20000 байт, в зависимости от качества
связи. Каждый блок снабжается заголовком, в котором указана проверочная информация,
например контрольная сумма блока. Принимающий компьютер самостоятельно подсчитывает
контрольную сумму каждого блока и сравнивает ее с контрольной суммой из заголовка блока. Если
эти две контрольные суммы совпали, принимающая программа считает, что блок передан без
ошибок. В противном случае принимающий компьютер передает передающему запрос на
повторную передачу этого блока.Вопросы для самоконтроля1.	Что включает система защиты информации?2.	Какие требования предъявляются к средствам защиты информации?3.	Перечислите действия, предусмотренные системой безопасности в
отношении угроз.4.	Что входит в понятие правовой защиты информации?5.	Как происходит организационная защита информации?6.	Как классифицируется инженерно-техническая защита информации?7.	Назовите способы защиты пароля?8.	Что угрожает безопасности информации при передаче по каналам связи?188
Используемая литература1.	www.intuit.ru2.	Андреева E., Фалина И. Системы счисления и компьютерная арифметика.-М.:
Лаборатория Базовых Знаний, 1999,- 256 с.3.	Архитектура компьютерных систем и сетей: учеб.пособие/Барановская Т. П. и др,-
М.: Финансы и статистика, 2003,- 256 с.4.	Бройдо В. Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. Учеб.для
вузов. 2-е изд.- СПб.: Питер, 2003,- 704 с.5.	Вранешич 3., Заки С., Хамахер К. Организация ЭВМ.-СПб.: Питер, 2003,- 848 с.6.	Гордеев А. В. Операционные системы: учеб. для вузов,- 2-е изд.- СПб: Питер,
2003,-416 с.7.	Гук М.Ю. Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия.-СПб. Литер, 2004,- 928 с.8.	Гук М. Ю. Аппаратные средства локальных сетей. Энциклопедия,- СПб.: Питер,
2003.- 576 с.9.	Гун Г. Е. Компьютер: как сохранить здоровье,- СПб.:Нева, 2003, 128 с.10.	Денисов А. и др. Интернет. Самоучитель. 2-е изд.- СПб.: Питер, 2004,- 368 с.11.	Иванов В. Microsoft Office. Systems 2003. Учеб. курс,- СПб.: Питер, 2003, 640 с.12.	Информатика: Учебник/Под ред. Н. В. Макаровой.-М.: Финансы и статистика,
2007.-768 с., ил.13.	Каян Э. Информационные технологии: толковый словарь аббревиатур,- М.:
Бином, 200314.	Кодирование информации: Двоичные коды. Справочник/Под ред. Березюка Н. Т,-
Харьков: Вища шк, 1978,- 251 с.,ил.15.	Комер Д. Принципы функционирования Интернета, СПб.: Питер, 2002,- 384 с.16.	Лавренов C. М. Excel: сборник примеров и задач,- М.: Финансы и статистика,
2003,-336 с.17.	Левин М. Методы поиска информации в Интернет,- М.: Солон-Пресс, 2003,- 224 с.18.	Мельников В. В. Безопасность информации в автоматизированных системах.-М.:
Финансы и статистика, 2003,- 368 с.19.	Надеждин О. Все браузеры Интернета,- Минск: Майор, 2003,- 512 с.20.	Новиков Ю. Н. и др. Компьютеры, сети, интернет. Энциклопедия. 2-е изд.- СПб.:
Питер, 2003,- 832 с.21.	Олифер В. Г., Олифер Н. А. Компьютерные сети. Принципы, технологии,
протоколы: Учеб.для вузов. 2-е изд.- СПб.: Питер, 2003,- 864 с.22.	Олифер В. Г., Олифер Н. А. Сетевые Операционные системы,- СПб. Литер, 2003,-23.	Основы информационной безопасности/Галатенко В.А.-ИНТУИТ.РУ, 2003,- 280 с.24.	Острейковский. Информатика: Учеб. для техн. направлений и спец. вузов,- М.:
Высш. шк., 2009,- 512 с. :рис.25.	Периодические издания: журналы "Компьютер-пресс", "Мир ПК", "Монитор",
"Компьютерра".26.	Попов В. Б. Основы компьютерных технологий.-М.: Финансы и статистика,
2002,- 704 с.27.	Попов В. Б. Практикум по Интернет-технологиям: учебный курс.- Спб.: Питер,
2002,- 480 с.28.	Сергиенко А. Б. Цифровая обработка сигналов.-СПб.: Питер, 2002,- 608 с.29.	Стинсон К., Зихерт К. Эффективная работа с Windows 2000 Professional.- СПб.:
Питер, 2003, 864 с.30.	Таненбаум Э. Архитектура компьютера. 5-е изд. — СПб.: Питер, 2007. — 844 с.31.	Таненбаум Э. Компьютерные сети.-СПб. Литер, 2003,- 991 с.32.	Таненбаум Э. Современные операционные системы,- СПб.: Питер, 2007,- 1040 с.189
33.	Фигурнов В. Э. IBM PC для пользователя:Краткий курс,- М.: ИНФРА-М, 1999,-
479 с.34.	Фридланд А. Я. Информатика: процессы, системы, ресурсы,- Минск, 2003,- 232 с.35.	Хелд Г. Технологии передачи данных. 7-е изд.-СПб.: Питер, 2003,- 720 с.36.	Холмогоров В. Windows ХР. Самоучитель. 2-е изд.,- СПб.: Питер, 2004,- 384 с.37.	Цилькер Б., Орлов С. Организация ЭВМ и систем: учеб. для вузов,- СПб., 2004,-
672 с.38.	Шахнович И. Современные технологии беспроводной связи, Техносфера, 2006,-
166 с.39.	Шнайер Б. Секреты и ложь. Безопасность данных в информационном мире.-
СПб. Литер, 2003.-368 с.40.	Ярочкин В. И. Информационная безопасность. Учеб. пособие для студентов
непрофильных вузов,- М.: Фонд «Мир», 2003,- 639 с.:ил.Рекомендуемая литератураОсновная литература1.	Астахова, Е.В. Введение в информатику: Лабораторный практикум /Алт. госуд.
технич. ун-т им. И.И.Ползунова. - Барнаул, 2009,- 105с.2.	Астахова, Е. В. Информационно-коммуникационные технологии: учебное
пособие в 3-х ч. / Е. В. Астахова; Алт. гос. техн. ун-т им. И. И. Ползунова. -
Барнаул, 2010. - Ч. 1. Информационная безопасность. - 82 с.3.	Астахова, Е. В. Информационно-коммуникационные технологии: учебное
пособие в 3-х ч. / Е. В. Астахова; Алт. гос. техн. ун-т им. И. И. Ползунова. -
Барнаул, 2010. - Ч. 2. Информационные ресурсы. - 74 с.4.	Астахова, Е. В. Информационно-коммуникационные технологии: учебное
пособие в 3-х ч. / Е. В. Астахова; Алт. гос. техн. ун-т им. И. И. Ползунова. -
Барнаул, 2010. - Ч. 3. Информационные коммуникации. - 78 с.5.	Астахова, Е. В. Информационно-коммуникационные технологии: практикум / Е.
В. Астахова; Алт. гос. техн. ун-т им. И. И. Ползунова. - Барнаул, 2010. - 78 с.Дополнительная литература1.	Бройдо В. Л.Информатика. Учебник, М.: Финансы и статистика, 2009, 768 с.2.	Акулов О., Медведев Н. Информатика: базовый курс: учебное пособие для
студентов вузов. - 2-е изд., испр. и доп. М.: Омега-Л, 2006, 552 с.3.	Иртегов Д. В. Введение в операционные системы. СПб.: БХВ-Петербург, 2008,-
1040 с.4.	.Информатика: Учебник/Под ред. Н.В. Макаровой.-М.: Финансы и статистика,
2007.-768с., ил.5.	Острейковский В. А. Информатика:Учеб. для техн. направлений и спец. вузов.-
М.: Высш. шк., 2009.-511 с.:рис.6.	Фигурнов В.Э. Windows для начинающих: Основы работ в Windows; Windows
ХР; Windows 2000 и др.-М.:ИНФРА-М, 2007, 432 с.:ил.7.	Бройдо В.Л.вычислительные системы, сети и телекоммуникации: Учеб.
пособие для вузов по направлениям "Прикладная математика" и "Информ.
системы в экономике" /В. Л. Бройдо :СПб.: Питер, 2008,- 768 с.8.	Степанов А. Архитектура вычислительных систем и компьютерных сетей.
Учебное пособие СПб.: Питер, 2007,- 512 с.9.	Гук М. :Аппаратные средства IBM PC: Энциклопедия /Михаил Гук :СПб. и др.:
Питер, 2008,- 1072 с.190
СОДЕРЖАНИЕМОДУЛЬ 1ВВЕДЕНИЕ В ИНФОРМА ТИКУ4-29МОДУЛЬ 2ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ ВЭВМ30-41МОДУЛЬ 3АРХИТЕКТУРА ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА42-77МОДУЛЬ 4ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ78-97МОДУЛЬ 5ПРЕДСТАВЛЕНИЕ, КОДИРОВАНИЕ, КОНТРОЛЬ ПЕРЕДАЧИ98-120ИНФОРМАЦИИМОДУЛЬ 6ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ121-151МОДУЛЬ 7ОРГАНИЗАЦИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ152-170МОДУЛЬ 8ОСНОВЫ ИНФОРМАЦИОННОЙ безоиа сности171-188Используемая литература189Рекомендуемая литература190191