Аналитическая машина Бэббиджа
Аналитическая машина Бэббиджа
В 1834 году англичанин Чарльз Бэббидж изобретает аналитическую машину. Она состояла из "склада" для хранения чисел ("накопитель"), "мельницы" - для производства арифметических действий над числами ("арифметическое устройство"), устройство, управляющее в определенной последовательности операциями машины ("устройство управления"), устройство ввода и вывода данных. В аналитической машине предусматривалось три различных способа вывода полученных результатов: печатание одной или двух копий, изготовление стереотипного отпечатка, пробивки на перфокартах. Аналитическая машина не была построена. Но Бэббидж сделал более 200 чертежей ее различных узлов и около 30 вариантов общей компоновки машины. При этом было использовано более 4 тысяч "механических обозначений". Аналитическая машина Бэббиджа - первый прообраз современных компьютеров.
Принципы фон Неймана.
В 1946 году Нейман на основе критического анализа конструкции ENIAC предложил ряд новых идей организации ЭВМ, в том числе концепцию хранимой программы, он предложил записывать и хранить в памяти алгоритм вычислений вместе с данными. Принципы Дж.фон Неймана показались вначале простыми и очевидными и лишь в дальнейшем они приобрели статус фундаментальных положений, надолго определивших направление развития вычислительной техники. В результате реализации идей фон Неймана была создана архитектура ЭВМ, во многих чертах сохранившаяся до настоящего времени.
В отчете "Предварительное обсуждение логического конструирования электронного вычислительного устройства" Дж. фон Нейман опубликовал основные принципы, которые заключались в следующем:
1. Компьютеры на электронных элементах должны работать не в десятичной, а в двоичной системе счисления.
2. Компьютер управляется программой, составленной из отдельных шагов - команд. Программа должна размещаться в одном из блоков компьютера - в запоминающем устройстве, обладающем достаточной емкостью и скоростью выборки команд.
3. Команды, так же как и числа, с которыми оперирует компьютер, записываются в двоичном коде. Это обстоятельство приводит к следующим важным последствиям:
а) промежуточные результаты вычислений, константы и другие числа могут размещаться в том же запоминающем устройстве, что и программа;
б) числовая форма записи программы позволяет производить операции над величинами, которыми закодированы команды программы;
в) появляется возможность перехода в процессе вычислений на тот или иной участок программы в зависимости от результатов вычислений, условных переходов.
4. Трудности физической реализации запоминающего устройства, быстродействие которого соответствует скорости работы логических схем требует иерархической организации памяти.
5. Арифметическое устройство конструируется на основе схем, выполняющих операцию сложения - создание специальных устройств для выполнения других операций нецелесообразно.
6. Необходимо использовать параллельный принцип организации вычислительного процесса (операции над словами производятся одновременно во всех разрядах слова)
Принцип использования двоичной системы счисления расширил набор физических приборов и явлений, которые можно использовать для представления информации в операционных и запоминающих устройствах компьютера. Две цифры для отображения "1" и "0" могут отображаться состоянием любой двухстабильной системы. Например, открытое и закрытое состояние электронного ключа (ламповой схемы), два состояния триггера, намагниченным или не намагниченным состоянием ферромагнитной поверхности. Ну, а в настоящее время набор электронных приборов и физических явлений, позволяющих получить два состояния для записи и обработки информации стал намного шире, но об этом поговорим позже. В двоичной системе счисления возможно построение логических схем и реализация функций алгебры логики или Булевой алгебры.
Принцип хранимой в памяти программы, представленной в двоичном коде, позволяет производить не только вычисления, направляя команду в устройство управления, а данные в арифметическое устройство, но и преобразовывать сами команды, например в зависимости от результатов вычислений, используя для преобразования коды команд и оперируя с ними, как с данными.
Принцип реализации условных переходов позволяет осуществлять программы с циклическими вычислениями с автоматическим выходом из цикла. Благодаря принципу условного перехода сокращается число команд, в программе, так как не требуется повторять одинаковые участки программы.
Принцип иерархической организации памяти был сформулирован в связи с тем, что с самого первого компьютера с сохраняемой программой существовало несоответствие между быстродействием арифметического устройства и оперативной памяти. Противоречия бы не существовало, если выполнить память на тех же элементах, что и арифметическое устройство, но такая память получалась слишком дорогой, кроме того, непомерно увеличивалось количество радиоламп, что заметно снижало надежность компьютера. Иерархическое построение оперативного запоминающего устройства позволяет иметь быстродействующую память небольшого объема только для данных и команд, подготовленных к выполнению. Все остальное хранится в запоминающем устройстве более низкого уровня, для этого стали использоваться появившиеся вскоре магнитные носители информации.
Параллельный принцип организации вычислений позволяет значительно увеличить скорость вычислений, хотя это и приводит к более значительным затратам оборудования.
Вопрос 1
Свойства информации.
Достоверность и полнота, ценность и актуальность, ясность и понятность, языки.
Информация достоверна, если она отображает истинное положение дел. Полна, если ее достаточно для принятия решения. Ценность информации зависит от того, какие задачи можно решать с ее помощью. Актуальность важно иметь при работе в постоянно меняющихся условиях.
Поскольку из-за многозначности понятия информация, очень трудно дать четкое определение , рассматривают по крайней мере четыре различных подхода к данному понятию. В первом "обыденном" подходе, слово информация применяется как синоним интуитивно понимаемых слов: сведение, значение, сообщение, осведомление. Во втором "кибернетическом" подходе понятие информация широко используется в системе управляющего сигнала, передаваемого по линиям связи (1,0). В "философском" понятии информация тесно связана с такими понятиями как взаимодействие, отражение. В "вероятностном" подходе под информацией не любое сообщение, а лишь то, которое уменьшает неопределенность знаний о каком либо событии у получателя информации.
Вопрос 2
Информационные процессы
Информационные процессы (сбор, обработка и передача информации) всегда играли важную роль в науке, технике и жизни общества. В ходе эволюции человечества просматривается устойчивая тенденция к автоматизации этих процессов, хотя их внутреннее содержание по существу осталось неизменным.
Сбор информации — это деятельность субъекта, в ходе которой он получает сведения об интересующем его объекте. Сбор информации может производиться или человеком, или с помощью технических средств и систем — аппаратно. Например, пользователь может получить информацию о движении поездов или самолетов сам, изучив расписание, или же от другого человека непосредственно, либо через какие-то документы, составленные этим человеком, или с помощью технических средств (автоматической справки, телефона и т. д.). Задача сбора информации не может быть решена в отрыве от других задач, — в частности, задачи обмена информацией (передачи).
Обмен информацией — это процесс, в ходе которого источник информации ее передает, а получатель — принимает. Если в передаваемых сообщениях обнаружены ошибки, то организуется повторная передача этой информации. В результате обмена информацией между источником и получателем устанавливается своеобразный «информационный баланс», при котором в идеальном случае получатель будет располагать той же информацией, что и источник.
Обмен информации производится с помощью сигналов, являющихся ее материальным носителем. Источниками информации могут быть любые объекты реального мира, обладающие определенными свойствами и способностями. Если объект относится к неживой природе, то он вырабатывает сигналы, непосредственно отражающие его свойства. Если объектом-источником является человек, то вырабатываемые им сигналы могут не только непосредственно отражать его свойства, но и соответствовать тем знакам, которые человек вырабатывает с целью обмена информацией.
Принятую информацию получатель может использовать неоднократно. С этой целью он должен зафиксировать ее на материальном носителе (магнитном, фото, кино и др.). Процесс формирования исходного, несистематизированного массива информации называетсянакоплением информации. Среди записанных сигналов могут быть такие, которые отражают ценную или часто используемую информацию. Часть информации в данный момент времени особой ценности может не представлять, хотя, возможно, потребуется в дальнейшем.
Хранение информации — это процесс поддержания исходной информации в виде, обеспечивающем выдачу данных по запросам конечных пользователей в установленные сроки.
Обработка информации — это упорядоченный процесс ее преобразования в соответствии с алгоритмом решения задачи.
После решения задачи обработки информации результат должен быть выдан конечным пользователям в требуемом виде. Эта операция реализуется в ходе решения задачи выдачи информации. Выдача информации, как правило, производится с помощью внешних устройств ЭВМ в виде текстов, таблиц, графиков и пр.
Вопрос 3
Язык как знаковая система
Для обмена информацией с другими людьми человек использует естественные языки (русский, английский, китайский и др.), то есть информация представляется с помощью естественных языков. В основе языка лежит алфавит, то есть набор символов (знаков), которые человек различает по их начертанию. В основе русского языка лежит кириллица, содержащая 33 знака, английский язык использует латиницу (26 знаков), китайский язык использует алфавит из десятков тысяч знаков (иероглифов).
Последовательности символов алфавита в соответствии с правилами грамматики образуют основные объекты языка — слова. Правила, согласно которым образуются предложения из слов данного языка, называются синтаксисом. Необходимо отметить, что в естественных языках грамматика и синтаксис языка формулируются с помощью большого количества правил, из которых существуют исключения, так как такие правила складывались исторически.
Наряду с естественными языками были разработаны формальные языки (системы счисления, язык алгебры, языки программирования и др.). Основное отличие формальных языков от естественных состоит в наличии строгих правил грамматики и синтаксиса.
Например, системы счисления можно рассматривать как формальные языки, имеющие алфавит (цифры) и позволяющие не только именовать и записывать объекты (числа), но и выполнять над ними арифметические операции по строго определенным правилам.
Некоторые языки используют в качестве знаков не буквы и цифры, а другие символы, например химические формулы, ноты, изображения элементов электрических или логических схем, дорожные знаки, точки и тире (код азбуки Морзе) и др.
Знаки могут -иметь различную физическую природу. Например, для представления информации с использованием языка в письменной форме используются знаки, которые являются изображениями на бумаге или других носителях, в устной речи в качестве знаков языка используются различные звуки (фонемы), а при обработке текста на компьютере знаки представляются в форме последовательностей электрических импульсов (компьютерных кодов).
Кодирование информации
Представление информации происходит в различных формах в процессе восприятия окружающей среды живыми организмами и человеком, в процессах обмена информацией между человеком и человеком, человеком и компьютером, компьютером и компьютером и так далее. Преобразование информации из одной формы представления (знаковой системы) в другую называется кодированием.
Средством кодирования служит таблица соответствия знаковых систем, которая устанавливает взаимно однозначное соответствие между знаками или группами знаков двух различных знаковых систем.
В процессе обмена информацией часто приходится производить операции кодирования и декодирования информации. При вводе знака алфавита в компьютер путем нажатия соответствующей клавиши на клавиатуре происходит кодирование знака, то есть преобразование его в компьютерный код. При выводе знака на экран монитора или принтер происходит обратный процесс - - декодирование, когда из компьютерного кода знак преобразуется в его графическое изображение.
Способы представления чисел
Двоичные (binary) числа – каждая цифра означает значение одного бита (0 или 1), старший бит всегда пишется слева, после числа ставится буква «b». Для удобства восприятия тетрады могут быть разделены пробелами. Например, 1010 0101b.
Шестнадцатеричные (hexadecimal) числа – каждая тетрада представляется одним символом 0...9, А, В, ..., F. Обозначаться такое представление может по-разному, здесь используется только символ «h» после последней шестнадцатеричной цифры. Например, A5h. В текстах программ это же число может обозначаться и как 0хА5, и как 0A5h, в зависимости от синтаксиса языка программирования. Незначащий ноль (0) добавляется слева от старшей шестнадцатеричной цифры, изображаемой буквой, чтобы различать числа и символические имена.
Десятичные (decimal) числа – каждый байт (слово, двойное слово) представляется обычным числом, а признак десятичного представления (букву «d») обычно опускают. Байт из предыдущих примеров имеет десятичное значение 165. В отличие от двоичной и шестнадцатеричной формы записи, по десятичной трудно в уме определить значение каждого бита, что иногда приходится делать.
Восьмеричные (octal) числа – каждая тройка бит (разделение начинается с младшего) записывается в виде цифры 0–7, в конце ставится признак «о». То же самое число будет записано как 245о. Восьмеричная система неудобна тем, что байт невозможно разделить поровну.
Вопрос 4
Вопрос 5
Гибкие магнитные диски.
Гибкие магнитные диски помещаются в пластмассовый корпус. Такой носитель информации называется дискетой. Дискета вставляется в дисковод, вращающий диск с постоянной угловой скоростью. Магнитная головка дисковода устанавливается на определенную концентрическую дорожку диска, на которую и записывается (или считывается) информация.
Информационная ёмкость дискеты невелика и составляет всего 1.44 Мбайт. Скорость записи и считывания информации также мала (около 50 Кбайт/с) из-за медленного вращения диска (360 об./мин).
В целях сохранения информации гибкие магнитные диски следует предохранять от воздействия сильных магнитных полей и нагревания, так как это может привести к размагничиванию носителя и потере информации.
Жесткие магнитные диски.
Жесткий диск (HDD — Hard Disk Drive) относится к несменным дисковым магнитным накопителям. Первый жесткий диск был разработан фирмой IBM в 1973 г. и имел емкость 16 Кбайт.
Жесткие магнитные диски представляют собой несколько десятков дисков, размещенных на одной оси, заключенных в металлический корпус и вращающихся с высокой угловой скоростью. За счет множества дорожек на каждой стороне дисков и большого количества дисков информационная емкость жестких дисков может в десятки тысяч раз превышать информационную емкость дискет и достигать сотен Гбайт. Скорость записи и считывания информации с жестких дисков достаточно велика (около 133 Мбайт/с) за счет быстрого вращения дисков (7200 об./мин).
Часто жесткий диск называют винчестер. Бытует легенда, объясняющая, почему за жесткими дисками повелось такое причудливое название. Первый жесткий диск, выпущенный в Америке в начале 70-х годов, имел емкость по 30 Мб информации на каждой рабочей поверхности. В то же время, широко известная в той же Америке магазинная винтовка О. Ф. Винчестера имела калибр - 0.30; может грохотал при своей работе первый винчестер как автомат или порохом от него пахло - не ясно, но с той поры стали называть жесткие диски винчестерами.
В процессе работы компьютера случаются сбои. Вирусы, перебои энергоснабжения, программные ошибки - все это может послужить причиной повреждения информации, хранящейся на Вашем жестком диске. Повреждение информации далеко не всегда означает ее потерю, так что полезно знать о том, как она хранится на жестком диске, ибо тогда ее можно восстановить. Тогда, например, в случае повреждения вирусом загрузочной области, вовсе не обязательно форматировать весь диск (!), а, восстановив поврежденное место, продолжить нормальную работу с сохранением всех своих бесценных данных.
В жестких дисках используются достаточно хрупкие и миниатюрные элементы. Чтобы сохранить информацию и работоспособность жестких дисков, необходимо оберегать их от ударов и резких изменений пространственной ориентации в процессе работы.
Лазерные дисководы и диски.
В начале 80-х годов голландская фирма «Philips» объявила о совершенной ею революцией в области звуковоспроизведения. Ее инженеры придумали то, что сейчас пользуется огромной популярностью - Это лазерные диски и проигрыватели.
За последние несколько лет компьютерные устройства для чтения компакт-дисков (CD), называемые CD-ROM, стали практически необходимой частью любого компьютера. Это произошло потому, что разнообразные программные продукты стали занимать значительное количество места, и поставка их на дискетах оказалась чрезмерно дорогостоящей и ненадёжной. Поэтому их стали поставлять на CD (таких же, как и обычные музыкальные).
Лазерные дисководы используют оптический принцип чтения информации. На лазерных дисках CD (CD — Compact Disk, компакт диск) и DVD (DVD — Digital Video Disk, цифровой видеодиск) информация записана на одну спиралевидную дорожку (как на грампластинке), содержащую чередующиеся участки с различной отражающей способностью. Лазерный луч падает на поверхность вращающегося диска, а интенсивность отраженного луча зависит от отражающей способности участка дорожки и приобретает значения 0 или 1.
Для сохранности информации лазерные диски надо предохранять от механических повреждений (царапин), а также от загрязнения.
На лазерных дисках хранится информация, которая была записана на них в процессе изготовления. Запись на них новой информации невозможна. Производятся такие диски путем штамповки. Существуют CD-R и DVD-R диски информация на которые может быть записана только один раз. На дисках CD-RW и DVD-RW информация может быть записана/перезаписана многократно. Диски разных видов можно отличить не только по маркировки, но и по цвету отражающей поверхности.
Запись на CD и DVD при помощи обычных CD-ROM и DVD-ROM невозможна. Для этого необходимы устройства CD-RW и DVD-RW с помощью которых возможны чтение-однократная запись и чтение-запись-перезапись. Эти устройства обладают достаточно мощным лазером, позволяющем менять отражающую способность участков поверхности в процессе записи диска.
Информационная ёмкость CD-ROM достигает 700 Мбайт, а скорость считывания информации (до 7.8 Мбайт/с) зависит от скорости вращения диска. DVD-диски имеют гораздо большую информационную ёмкость (однослойный односторонний диск - 4.7 Гбайт) по сравнению с CD-дисками, т.к. используются лазеры с меньшей длинной волны, что позволяет размещать оптические дорожки более плотно. Так же существуют двухслойные DVD-диски и двухсторонние DVD-диски. В настоящее время скорости считывания 16-скоростных DVD-дисководов достигает 21 Мбайт/с.
Оперативная память
Оперативная память (RAM – Random Access Memory) – это массив кристаллических ячеек, способных хранить данные. Существует много различных типов оперативной памяти, но с точки зрения физического принципа действия различают динамическую память (DRAM) и статическую память (SRAM).
Ячейки динамической памяти (DRAM) можно представить в виде микроконденсаторов, способных накапливать заряд на своих обкладках. Это наиболее распространенный и экономически доступный тип памяти. Недостатки этого типа связаны, во-первых, с тем, что как при заряде, так и при разряде конденсаторов неизбежны переходные процессы, то есть запись данных происходит сравнительно медленно. Второй важный недостаток связан с тем, что заряды ячеек имеют свойство рассеиваться в пространстве, причем весьма быстро. Если оперативную память постоянно не «подзаряжать», утрата данных происходит через несколько сотых долей секунды. Для борьбы с этим явлением в компьютере происходит постояннаярегенерация (освежение, подзарядка)ячеек оперативной памяти. Регенерация осуществляется несколько десятков раз в секунду и вызывает непроизводительный расход ресурсов вычислительной системы.
Ячейки статической памяти (SRAM) можно представить как электронные микроэлементы – триггеры, состоящие из нескольких транзисторов. В триггере хранится не заряд, а состояние (включен/выключен), поэтому этот тип памяти обеспечивае, более высокое быстродействие, хотя технологически он сложнее и, соответственно, дороже.
Микросхемы динамической памяти используют в качестве основной оперативной памяти компьютера. Микросхемы статической памяти используют в качестве вспомогательной памяти (так называемой кэш-памяти), предназначенной для оптимизации работы процессора.
Каждая ячейка памяти имеет свой адрес, который выражается числом. В настоящее время в процессорах Intel Pentium и некоторых других принята 32-разрядная адресация, а это означает, что всего независимых адресов может быть 232. Таким образом, в современных компьютерах возможна непосредственная адресация к полю памяти размером 232 = 4 294 967 296 байт (4,3 Гбайт). Однако это отнюдь не означает, что именно столько оперативной памяти непременно должно быть в компьютере. Предельный размер поля оперативной памяти, установленной в компьютере, определяется микропроцессорным комплектом (чипсетом) материнской платы и обычно составляет несколько сот Мбайт.
Одна адресуемая ячейка содержит восемь двоичных ячеек, в которых можно сохранить 8 бит, то есть один байт данных. Таким образом, адрес любой ячейки памяти можно выразить четырьмя байтами.
Представление о том, сколько оперативной памяти должно быть в типовом компьютере, непрерывно меняется. В середине 80-х годов поле памяти размером 1 Мбайт казалось огромным, в начале 90-х годов достаточным считался объем 4 Мбайт, к середине 90-х годов он увеличился до 8 Мбайт, а затем и до 16 Мбайт. Сегодня типичным считается размер оперативной памяти 32-64 Мбайт, но очень скоро эта величина будет превышена в 2-4 раза даже для моделей массового потребления.
Оперативная память в компьютере размещается на стандартных панельках, называемых модулями. Модули оперативной памяти вставляют в соответствующие разъемы на материнской плате. Если к разъемам есть удобный доступ, то операцию можно выполнять своими руками. Если удобного доступа нет, может потребоваться неполная разборка узлов системного блока, и в таких случаях операцию поручают специалистам.
Конструктивно модули памяти имеют два исполнения – однорядные(SIMM-модули) и двухрядные(DIMM-модули) (см. рис. 2.4). На компьютерах с процессорами Pentium однорядные модули можно применять только парами (количество разъемов для их установки на материнской плате всегда четное), а DIMM-модули можно устанавливать по одному. Многие модели материнских плат имеют разъемы как того, так и другого типа, но комбинировать на одной плате модули разных типов нельзя.
Основными характеристиками модулей оперативной памяти являются объем памяти и время доступа. SIММ-модули поставляются объемами 4,8,16,32 Мбайт, а DIMM-модули – 16, 32, 64, 128 Мбайт и более. Время доступа показывает, сколько времени необходимо для обращения к ячейкам памяти – чем оно меньше, тем лучше. Время доступа измеряется в миллиардных долях секунды (наносекундах, нс). Типичное время доступа к оперативной памяти для SIММ-модулей – 50-70 нс. Для DIMM-модулей оно составляет 7-10 нс.
Тип оперативной памяти
Первым делом надо определить тип оперативной памяти, поддерживаемый материнской платой вашего компьютера. Учтите, модули одного типа нельзя вставить в разъемы, предназначенные для другого. Для избегания недоразумений, которые могут привести к повреждению системной платы или самих модулей, модули выполнены в разных форм-факторах, т.е. имеют различные размеры.
SDRAM (PC-133) - устаревший вид оперативной памяти и встречается крайне редко, да и стоит недешево. Компьютеры с таким типом памяти лучше не модернизировать.
DDR SDRAM или просто DDR
DDR (double data rate — двойная скорость передачи данных) (PC-200, PC-400) — также устаревший вид памяти, используется крайне редко. Такой модуль выполнен в виде платы со 184-мя контактами. Для него стандартное напряжение 2,5 В.
DDR2 - наиболее распространенный на сегодняшний день тип памяти. DDR2 может делать выборку сразу 4 бита данных за один такт, тогда как DDR всего 2 бита, т.е. способна передать при каждом такте работы процессора в два раза больше бит информации из ячеек микросхемы памяти. Этот модуль имеет по 120 с обеих сторон, а стандартное напряжение для него 1,8 В.
DDR3 - новый тип памяти, который позволяет делать выборку уже 8 бит данных за такт. Выполнен также в виде 240-контактной платы, однако энергопотребление на 40% меньше, чем у DDR2, а рабочее напряжение всего 1,5 В. Относительно низкое энергопотребление особенно важно для ноутбуков и мобильных систем.
Пропускная способность
Оптимальным для быстродействия системы будет вариант, когда пропускная способность шины памяти совпадает с той же характеристикой шины процессора. Таким образом, если система имеет некий процессор с шиной (FSB) 1333 МГц пропускная способность которой 10600 Мб/с, то для обеспечения максимально благоприятных условий для быстродействия системы, можно поставить 2 модули памяти PC2-5300 с пропускной способностью 5300 Мб/с каждая (например), что в сумме даст нам 10600 Мб/с (но только если материнская плата поддерживает двухканальный режим работы памяти). Для такого режима модули памяти обязательно должны быть идентичны по объему памяти, частоте, а также должны быть выпущены одним производителем.
Важнейшее значение для быстродействия системы имеет такая характеристика ОЗУ как тайминги (временные задержки сигнала). Их значения имеют такой вид, например, 3-3-3-9 или 4-4-4-12.Главное знать, что чем ниже эти показатели, тем быстрее передается информация на процессор.
Объем оперативной памяти
Самые популярные модули с объемом 512Мб, 1024Мб и 2048Мб. Необходимый объем оперативной памяти зависит от установленной операционной системы и целей, для которых используется ПК. Как правило, если установлена Windows XP и компьютер используется для серфинга в интернете и работы с приложениями, то 512Мб — 1Гб. Для гэймеров и людей, работающих с графикой необходимо как минимум 2Гб. Если вы используете Windows Vista требования к объему памяти можно смело удваивать.
Простым способом узнать объем является запуск Диспетчера задач через нажатие комбинации клавиш (ctrl+alt+del), прогон самой ресурсоемкой программы или приложения, а после просмотр информации в группе «Выделение памяти» — «Пик». Определив таким образом максимально выделенный объем, мы узнаем до каких пределов желательно нарастить память так, чтобы наш пик умещался в оперативной памяти, чем достигнем максимального быстродействия. Дальнейшее увеличение объема, скорее всего, не принесет ожидаемого эффекта.
Вопрос 6
Развитие ВТ
Вопрос 7
Аппаратные средства ЛВС
Основными аппаратными компонентами ЛВС являются:
1. Рабочие станции(PC) – это, как правило, персональные ЭВМ, которые являются рабочими местами пользователей сети.
Требования, предъявляемые к составу PC, определяются характеристиками решаемых в сети задач, принципами организации вычислительного процесса, используемой ОС и некоторыми другими факторами. Иногда в PC, непосредственно подключенной к сетевому кабелю, могут отсутствовать накопители на магнитных дисках. Такие PC называютбездисковыми рабочими станциями. Однако в этом случае для загрузки в PC операционной системы с файл-сервера нужно иметь в сетевом адаптере этой станции микросхему дистанционной загрузки. Последняя поставляется отдельно, намного дешевле накопителей и используется как расширение базовой системы ввода-вывода BIOS. В микросхеме записана программа загрузки ОС в оперативную память PC. Основным преимуществом бездисковых PC является низкая стоимость, а также высокая защищенность от несанкционированного проникновения в систему пользователей и компьютерных вирусов. Недостаток бездисковой PC заключается в невозможности работать в автономном режиме (без подключения к серверу), а также иметь свои собственные архивы данных и программ.
2.Серверы в ЛВС выполняют функции распределения сетевых ресурсов. Обычно его функции возлагают на достаточно мощный ПК, мини-ЭВМ, большую ЭВМ или специальную ЭВМ-сервер. В одной сети может быть один или несколько серверов. Каждый из серверов может быть отдельным или совмещенным с PC. В последнем случае не все, а только часть ресурсов сервера оказывается общедоступной.
При наличии в ЛВС нескольких серверов каждый из них управляет работой подключенных к нему PC. Совокупность компьютеров сервера и относящихся к нему PC часто называютдоменом. Иногда в одном домене находится несколько серверов. Обычно один из них является главным, а другие – выполняют роль резерва (на случай отказа главного сервера) или логического расширения основного сервера.
Важнейшими параметрами, которые должны учитываться при выборе компьютера-сервера, являются тип процессора, объем оперативной памяти, тип и объем жесткого диска и тип дискового контроллера. Значения указанных характеристик, так же как и в случае PC, существенно зависят от решаемых задач, организации вычислений в сети, загрузки сети, используемой ОС и других факторов.
Оперативная память в сервере используется не только для собственно выполнения программ, а и для размещения в ней буферов, дискового ввода вывода. Определив оптимально количество и размер буферов, можно существенно ускорить выполнение операций ввода-вывода.
Объем выбираемого накопителя должен быть достаточным для размещения на нем необходимого программного обеспечения (особенно при бездисковых PC), а также совместно .используемых файлов и баз данных.
3. Линии передачи данных соединяют PC и серверы в районе размещения сети друг с другом. В качестве линий передачи данных чаще всего выступают кабели. Наибольшее распространение получили кабели на витой паре (рис. 7.1,а) и коаксиальный кабель (рис. 7.1,б). Более перспективным и прогрессивным является оптоволоконный кабель. В последнее время стали появляться беспроводные сети, средой передачи данных в которых является радиоканал. В подобных сетях компьютеры устанавливаются на небольших расстояниях друг от друга: в пределах одного или нескольких соседних помещений.
а) б)
Рис. 7.1. Сетевые кабели: а –кабель на основе скрученных пар (витая пара);
б – коаксиальный кабель
4.Сетевые адаптеры (интерфейсные платы) используются для подключения компьютеров к кабелю (рис. 7.2). Функцией сетевого адаптера является передача и прием сетевых сигналов из кабеля. Адаптер воспринимает команды и данные от сетевой операционной системы (ОС), преобразует эту информацию в один из стандартных форматов и передает ее в сеть через подключенный к адаптеру кабель.
Рис. 7.2. Сетевой адаптер
Используемые сетевые адаптеры имеют три основные характеристики:тип шины компьютера, к которому они подключаются (ISA, EISA, Micro Channel и пр.),разрядность(8, 16, 32, 64) итопология образуемой сети (Ethernet, Arcnet, Token-Ring).
Кдополнительному оборудованию ЛВС относят источники бесперебойного питания, модемы, трансиверы, репитеры, а также различные разъемы (коннекторы, терминаторы).
Источники бесперебойного питания (ИБП) служат для повышения устойчивости работы сети и обеспечения сохранности данных на сервере. При сбоях по питанию ИБП, подключаемый к серверу через специальный адаптер, выдает сигнал серверу, обеспечивая в течение некоторого времени стабильное напряжение. По этому сигналу сервер выполняет процедуру завершения своей работы, которая исключает потерю данных. Основным критерием выбора ИБП является мощность, которая должна быть не меньше мощности, потребляемой подключаемым к ИБП сервером.
Трансивер – это устройство подключения PC к толстому коаксиальному кабелю.Репитер предназначен для соединения сегментов сетей.Коннекторы (соединители) необходимы для соединения сетевых адаптеров компьютеров с тонким кабелем, а также для соединения кабелей друг с другом.Терминаторы служат для подключения к открытым кабелям сети, а также для заземления (так называемые терминаторы с заземлением).
Модем используется в качестве устройства подключения ЛВС или отдельного компьютера к глобальной сети через телефонную связь.
Топология ЛВС
Топология – это конфигурация соединения элементов в сеть. Топология во многом определяет такие важнейшие характеристики сети, как ее надежность, производительность, стоимость, защищенность и т.д.
Одним из подходов к классификации топологий ЛВС является выделение двух основных классов топологий:широковещательных и последовательных.
В широковещательных конфигурациях каждый персональный компьютер передает сигналы, которые могут быть восприняты остальными компьютерами. К таким конфигурациям относятся топологии «общая шина», «дерево», «звезда с пассивным центром». Сеть типа «звезда с пассивным центром» можно рассматривать как разновидность «дерева», имеющего корень с ответвлением к каждому подключенному устройству.
В последовательных конфигурациях каждый физический подуровень передает информацию только одному персональному компьютеру. Примерами последовательных конфигураций являются: произвольная (произвольное соединение компьютеров), иерархическая, «кольцо», «цепочка», «звезда с интеллектуальным центром», «снежинка» и др.
Коротко рассмотрим три наиболее широко распространенные (базовые) топологии ЛВС: «звезда», «общая шина» и «кольцо».
В случаетопологии «звезда» каждый компьютер через специальный сетевой адаптер подключается отдельным кабелем к центральному узлу (рис. 7.3). Центральным узлом служит пассивный соединитель или активный повторитель.
Рис. 7.3. Топология «звезда»
Недостатком такой топологии является низкая надежность, так как выход из строя центрального узла приводит к остановке всей сети, а также обычно большая протяженнос