Основные принципы структурного программирования

Программирование – это процесс составления компьютерной программы на основе некоторого алгоритма.

Структурное программирование основывается на двух важнейших принципах:

· последовательной детализацией алгоритма;

· использовании набора базовых структур (отсюда и название метода) для построения алгоритма любой степени сложности.

В теории структурного программирования доказывается, что алгоритм любой степени сложности можно построить с помощью следующих базовых структур:

· линейной (последовательной) структуры;

· разветвляющейся (ветвящейся) структуры;

· циклической структуры.

Каждая из этих структур имеет только один вход и только один выход, что позволяет соединять между собой в процессе разработки алгоритма любое количество элементов базовых структур в необходимом для решения задачи порядке. Сложные для понимания и реализации блоки заменяют на последовательность более простых базовых конструкций. При этом количество шагов детализации алгоритма в принципе не ограничено.

Метод структурного программирования дает возможность решать сложные задачи в самых разных областях профессиональной деятельности сотрудника УИС.

4.7. Объектно-ориентированный подход
в информационных технологиях

Объектно-ориентированное, или объектное – парадигма программирования (то есть совокупность идей и понятий), в которой основными концепциями являются понятия объектов и классов.

Объект в программировании, с одной стороны, обладает определенными свойствами, которые характеризуют его состояние в данный момент времени, а с другой стороны, над ним возможны операции, которые приводят к изменению этих свойств.

Объектно-ориентированный подход объединяет статическую модель, описывающую свойства объекта и динамическую модель, описывающую их изменения.

При этом подходе доступ к изменению свойств возможен только через принадлежащие этому объекту методы. Методы «окружают» свойства объекта; говорят что свойства «инкапсулированы» в объект.

Таким образом, в объектно-ориентированном программировании центральное место занимают объекты, которые объединяют в одно целое (инкапсулируют) свойства объекта и возможные над ними операции (методы).

Инкапсуляцией называется объединение в объекте его свойств и возможных над ними операций (методов).

Методы объекта, то есть набор операций, который он может выполнять, инкапсулирующие одинаковый перечень свойств операций, объединяются в классы. Каждый отдельный объект является экземпляром класса. Экземпляры класса могут иметь отличающиеся значения свойств.

Например, файловая система компьютера может содержать сотни и тысячи файлов. Все файлы обладают одним и тем же набором свойств (имя, положение в файловой системе и др.) и операций (переименование, перемещение или копирование и др.) и образуют класс объектов файлы. Каждый отдельный файл является экземпляром этого класса и имеет конкретные значения свойств (имя, местоположение и др.).

Наследование определяет положение между классами, объекты класса – потомок обладают всеми свойствами и операциями объектов класса – родитель.

Полиморфизм («много форм») – одна и та же операция над объектами различных классов может выполняться различными методами.

Для большинства классов объектов в среде Windows&Office (папки, документы символы и др.) также характерен набор одних и тех же операций (переименование, перемещение, копирование, удаление). Такое единообразие очень удобно для пользователя. Но механизмы реализации этих операций не одинаковы для различных классов.

Например, для копирования папки необходимо совершить последовательность действий по изменению файловой системы, а для копирования символа внести изменения в документ.

Реализуется полиморфизм при сохранении индивидуальных методов их реализации для каждого класса.

Основной единицей в объектно-ориентированном программировании является объект, который заключает в себе, инкапсулирует как описывающие его данные (свойства), так и средства обработки этих данных (методы).

Объектно-ориентированное программирование по своей сути – это создание, приложений из объектов. Одни объекты приходится полностью создавать самостоятельно, другие можно взять в готовом виде из разнообразных библиотек.

Важное место в технологии объектно-ориентированного программирования занимает событие. В качестве событий можно рассматривать щелчок кнопкой мыши на объекте, нажатие определенной клавиши, открытие документа и т. д. В качестве реакции на событие вызывается определенная процедура, которая может изменить свойства объекта, вызывать его методы и т. д.

В системах объектно-ориентированного программирования обычно используется графический интерфейс, который позволяет визуализировать процесс программирования. Появляется возможность создавать объекты, задавать им свойства и поведение с помощью мыши.

Наиболее распространенными системами объектно-ориентированного визуального программирования является Microsoft Visual Basic и Borland Delphi.

В среде Windows&Office в качестве программных объектов могут выступать приложения, документы и т. д. каждый из этих объектов может являться исполнителем алгоритмов. Команды объекту (исполнителю) могут дать либо другие объекты, функционирующие в данной системе, либо пользователь компьютера. Для того чтобы объект ив среде Windows&Office (например, приложение World) мог автоматически выполнять алгоритм, необходимо записать его на том формальном языке, который этот объект «понимает». Таким является язык VBA, который является ядром объектно-ориентированного языка Visual Basic.

Тема V. Локальные и глобальные компьютерные сети

План темы V	Продолжительность, мин
5.1. Сетевые технологии передачи и обработки информации. Теория компьютерных сетей: определения, классификации и основные понятия
5.2. Телекоммуникационные компьютерные системы: их основные компоненты, функции и характеристики
5.3. Типы каналов связи ТКС
5.4. Типы сигналов в ТКС
5.5. Режимы канала связи и режимы передачи в каналах связи ТКС
5.6. Направление передачи в канале связи ТКС
5.7. Режимы обработки в ТКС
5.8. Протоколы телекоммуникационных компьютерных систем и их основные функции
5.9. Сетевое телекоммуникационное аппаратное обеспечение
5.10. Сетевое телекоммуникационное программное обеспечение
5.11. Локальные вычислительные сети (ЛВС)
5.12. Топология ЛВС. Особенности построения и управления
5.13. Сетевое программное обеспечение
5.14. Технология «КЛИЕНТ-СЕРВЕР»
5.15. Понятие глобальной сети Internet и предоставляемые ею возможности
5.16. Протоколы передачи информации в сети Internet
5.17. Адреса компьютеров в сети Internet
5.18. Система доменных имен
5.19. Универсальный указатель ресурса (адрес) URL
5.20. Услуги телекоммуникационных компьютерных сетей. Поисковые системы сети Internet
5.21. Ведомственные сети ФСИН

5.1. Сетевые технологии передачи и обработки информации.
Теория компьютерных сетей: определения, классификации
и основные понятия

Телекоммуникации (от греч. tele – «вдаль, далеко» и лат. communication – «связь») – это обмен информации на расстоянии. Радиопередатчик, телефон, телетайп, факсимильный аппарат, телекс и телеграф – наиболее распространенные и привычные сегодня примеры технических средств телекоммуникаций. В последнее десятилетие к ним прибавилось еще одно средство – это компьютерные коммуникации, которые получают сейчас все более широкое распространение. Они уже потеснили факсимильную и телетайпную связь.

Компьютерная (электронная) сеть – это система, объединяющая некоторое количество компьютеров линиями и средствами связи с целью обмена информации без использования промежуточных носителей.

Компьютерная (электронная) сеть – это система обмена информации между различными компьютерами, которая дает возможность пользователям этих компьютеров применять их в качестве средств передачи и приема информации.

По степени распределенности в пространстве компьютерные сети классифицируют: локальные (англ. LAN) и распределенные (англ. WAN). Распределенные в свою очередь делятся на региональные (городские, кампусные), отраслевые и корпоративные (промышленные), глобальные сети. Принципы функционирования различных электронных сетей примерно одинаковые, так как все они представляют собой информационную систе му, скидывающуюся из компьютеров (как источников информации), канал связи, по которому информация в форме материально-энергетического сигнала может поступить к компьютеру-адресату, а также некоторого соглашения (кода), которое позволит компьютеру-адресату преобразовать воспринятый сигнал в форму, понятную потребителю-человеку.

Важнейшими понятиями теории сетей, являются: абонент, сервер и клиент.

Абонент(узел, хост, станция) – это устройство, подключенное к сети и активно участвующее в информационном обмене. Чаще всего абонентом (узлом) сети является компьютер, но абонентомтакже может быть, например, сетевой принтер или другое периферийное устройство, имеющее возможность напрямую подключаться к сети.

Сервером называется абонент (узел) сети, который предоставляет свои ресурсы другим абонентам, но сам не использует их ресурсы. Таким образом, он обслуживает сеть. Серверовв сети может быть несколько, и совсем не обязательно, что сервер– самый мощный компьютер. Выделенный (англ. dedicated) сервер – это сервер, занимающийся только сетевыми задачами. Невыделенный серверможет помимо обслуживания сети выполнять и другие задачи. Специфический тип сервераэто сетевой принтер.

Клиентом называется абонент сети, который только использует сетевые ресурсы, но сам свои ресурсы в сеть не отдает, то есть сеть его обслуживает, а он ей только пользуется. Компьютер-клиент также часто называют рабочей станцией.

В принципе каждый компьютер может быть одновременно как клиентом, так и сервером.

Под сервером и клиентом часто понимают также не сами компьютеры, а работающие на них программные приложения. В этом случае то приложение, которое только отдает ресурс в сеть, является сервером, а то приложение, которое только пользуется сетевыми ресурсами клиентом.

Практически любая сеть строится на основе нескольких мощных компьютеров-серверов. Серверы могут подключаться друг к другу по обычным телефонным каналам, а также выделенным линиям и посредством спутниковой связи. К этим серверам обычно подключены серверы и соответственно сети второго порядка (региональные), третьего порядка (отраслевые и корпоративные), четвертого порядка (локальные), а к ним пользователи отдельных компьютеров – абоненты сети. Для подключения отдельного компьютера, допустим, к глобальной сети, его не обязательно подключать к сетям всех промежуточных уровней, например, к отраслевым.

5.2. Телекоммуникационные компьютерные системы:
их основные компоненты, функции и характеристики

Телекоммуникационная система (ТКС) – это совокупность аппаратно и программно совместимого оборудования, соединенного в единую систему с целью передачи данных из одного места в другое. На рисунке показаны компоненты типичной телекоммуникационной системы.

Рис 5.1. Основные компоненты телекоммуникационной
компьютерной системы

Основные компоненты ТКС:

1. Коммуникационные каналы – линии и средства связи, по которым данные передаются между отправителем и получателем информации. Коммуникационные каналы используют различные типы среды передачи данных: телефонные линии, волоконно-оптический кабель, коаксиальный кабель, беспроводные и другие каналы связи.

2. Активное оборудование – модемы, сетевые адаптеры, концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы и проч. Эти устройства необходимы для передачи и приема данных.

3. Серверы, хранящие и обрабатывающие информацию.

4. Клиенты – рабочие станции и пользовательские ПК, служащие для ввода запросов к базам данных, получения и обработки результатов запросов и выполнения других задач конечных пользователей информационных систем.

5. Сетевое программное обеспечение, управляющее процессом передачи и приема данных и контролирующее работу отдельных частей коммуникационной системы.

Функции ТКС

Чтобы передать информацию из одного пункта и получить ее в другом, телекоммуникационной системе нужно выполнить некоторые операции, которые главным образом скрыты от пользователей. Прежде, чем телекоммуникационная система передаст информацию, ей необходимо:

1. Установить соединение между передающей (sender) и принимающей (receiver) сторонами.

2. Рассчитать оптимальный маршрут передачи данных.

3. Выполнить первичную обработку передаваемой информации (например, необходимо проверить адресата, что ваше сообщение передается именно тому, кому вы его отослали).

4. Преобразовать скорость передачи компьютера в скорость, поддерживаемую линией связи.

5. Управлять потоком передаваемой информации – трафиком в процессе функционирования телекоммуникационной системы.

5.3. Типы каналов связиТКС

Каналы связи (communications channels) – это линии связи, по которым одно сетевое устройство передает данные другому. Канал связи может использовать различные виды среды передачи данных: витую пару, коаксиальный кабель, волоконную оптику, радио- и инфракрасные волны, спутниковые линии связи. Каждый из типов каналов связи имеет свои преимущества и недостатки.

Телефонные линии

В телефонных линиях в качестве среды передачи применяется двухжильный медный кабель. Существуют два типа телефонных линий, по которым может осуществляться модемная связь. Первый тип – это каналы общедоступной коммутируемой (dial-up)телефонной связи. Это самые обычные телефонные линии. Они медленны, не очень надежны и требуют, чтобы пользователь вручную устанавливал соединения для каждого сеанса связи. Скорость передачи в обычных телефонных линиях невысока, от 14 до 56 Кбит/с. Тем не менее, именно телефонные линии, благодаря своей повсеместной распространенности, составляют основу многих сетей, в том числе мировой глобальной сети Интернет. Некоторые организации практикуют установку временной связи по коммутируемой линии для передачи файлов или обновления баз данных.

Другой вид телефонных линий – арендуемые, или выделенные (dedicated)линии. От обычных телефонных линий их отличает то, что такой канал используется только для организации связи между двумя определенными пунктами. В случае использования выделенной линии нет необходимости набирать номер абонента, с которым вы хотите связаться – у вас с ним проведена прямая линия связи, которая всегда к вашим услугам. Качество связи по выделенной линии обычно выше, чем связь по коммутируемой телефонной линии. Скорость передачи в выделенных линиях несколько выше – от 64 до 512 Кбит/с. Но нужно учитывать, что использовать выделенный канал можно только для передачи данных – для других целей, например для голосовой связи, он не подходит.

Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель (coaxial cable), используемый в телекоммуникационных сетях, очень похож на тот, который применяется в телевидении. Он содержит одну медную жилу в изоляции и металлической оплетке, выполняющей функцию экрана. Экран необходим для защиты от помех, что позволяет использовать этот тип кабеля на больших расстояниях, чем кабель типа витая пара. Этот вид кабеля нашел применение в локальных сетях Ethernet. Сегодня коаксиальный кабель постепенно выходит из употребления, главным образом из-за высокой стоимости и относительно небольшой скорости передачи данных (10–20 Мбит/с).

Кабель витая пара

Кабель типа витая пара (twisted pare)содержит несколько пар медных проводов. На сегодня этот тип кабеля наиболее распространен в локальных сетях. Многие новые здания строятся с заранее готовой кабельной системой, в которой используется кабель витая пара. При этом неиспользуемые для передачи цифровых данных пары проводов могут быть применены в других целях (например, для голосовой связи или сигнализации). Скорость передачи данных в сетях, где используется кабель витая пара, составляет от 10 Мбит/с до 100 Мбит/с. Кабель типа витая пара применяется в локальных сетях, создаваемых на основе технологий Ethernet и Fast Ethernet.

Волоконная оптика

Волоконно-оптический (fiber optic) кабель содержит тысячи стекловолокон, каждая из которых тоньше человеческого волоса. Для передачи данные преобразуются не электрические сигналы, а в световые импульсы, которые передаются по оптоволокну с помощью лазерного устройства со скоростью от 500 Кбит до нескольких гигабит в секунду. С одной стороны, волоконно-оптические линии связи значительно быстрее, легче и намного прочнее, чем медные провода; поэтому волоконная оптика используется в качестве каналов связи в тех системах, где нужно быстро передавать большие массивы данных. С другой стороны, волоконно-оптический кабель требует больших затрат при прокладке, кроме того он более дорог. Его лучше всего использовать для магистральных линий (backbone), а для подключения к сети компьютеров пользователей применять витую пару. Впрочем, оптоволоконный кабель находит применение и в локальных сетях, где требуется высокая степень защиты данных от несанкционированного использования (например, в банках), так как подключиться к оптоволокну с цель перехвата данных невозможно.

Беспроводная связь

Беспроводные каналы связи, использующие в качестве среды передачи радио или инфракрасные волны, не осуществляют физический контакт с передающими и принимающими устройствами. На сегодня такие каналы связи являются главной альтернативой контактным способам передачи данных на основе телефонных линий, витой пары и оптоволокна. Наиболее часто использующиеся сегодня устройства беспроводной передачи данных – пейджеры, сотовые телефоны, радиотелефоны, системы спутникового телевидения, системы микроволновой связи.

К системам микроволновой радиосвязи (microwave systems)относятся в основном наземные радиорелейные линии, которые в телекоммуникационных системах используются для передачи больших объемов информации между двумя пунктами. Микроволновые сигналы распространяются в пространстве по прямой линии, что ограничивает дальность передачи 40–50 километрами из-за кривизны земной поверхности. Еще один недостаток этих систем – зависимость от погодных условий.

Спутниковые системы связи (satellite communication systems)лишены недостатков, присущих радиорелейным линиям. В спутниковой системе сигналы передаются с наземной станции на спутник, который служит ретранслятором. В качестве принимающего устройства применяется обычная параболическая антенна. Спутники связи весьма эффективны по стоимости при передаче больших массивов данных на большие расстояния, поэтому системы связи этого типа используются в больших, географически распределенных организациях, а также там, где нельзя применить кабельные или радиорелейные линии связи.

Системы инфракрасной (ИК) связи (infrared/IR-/systems)используются, как правило, в небольших офисах для организации беспроводной связи между различными устройствами. Например, можно легко связать компьютер с принтером или соединить в локальную сеть от двух до шести компьютеров, находящихся друг от друга на небольшом расстоянии (1–8 м). Эти системы находят применение в мобильных офисах, когда нет необходимости или возможности прокладывать кабель. Сети, построенные на базе систем ИК-связи, быстро разворачиваются и настраиваются, но имеют низкую скорость передачи данных и не очень надежны.

Типы сигналов в ТКС

Поток информации в телекоммуникационной системе передается в виде электронных сигналов. Сигналы бывают двух типов: аналоговые и цифровые.

Рис 5.2. Аналоговый и цифровой тип сигнала в ТКС

Аналоговый сигналимеетнепрерывную форму и представляет собой совокупность синусоидальных гармоник. Цифровой сигнал, в отличие от аналогового, является дискретным и имеет импульсную форму. С помощью цифровых сигналов информация передается, предварительно закодированная двумя дискретными значениями сигнала: 0 и 1. Цифровая форма передачи данных весьма удобна при использовании компьютеров, которые понимают именно двоичную информацию. Но в большинстве коммуникационных каналов нельзя передавать цифровые данные без некоторого преобразования – чтобы в процессе передачи все цифровые сигналы не искажались в длинных линиях они должны быть преобразованы в аналоговые, прежде чем быть переданными по каналу связи.