Построение сетей. Межсетевое взаимодействие:
Принцип открытой архитектуры:
В персональном компьютере IBM PC была заложена возможность усовершенствования его отдельных частей и использования новых устройств. Т.е. компьютер стал не единым неразъёмным устройством, а своего рода конструктором, состоящим из независимо изготовленных частей. При этом методы сопряжения устройств были в открытом доступе. Данный принцип стал называться принципом открытой архитектуры. Общую же идею построения ЭВМ предложил Джон фон Нейман в 40-х гг. XX в.
Рис.8 – Модель открытой архитектуры
На рисунке представлены основные элементы компьютера и их сопряжение. Так устройства ввода/вывода и другие внешние устройства подключены к процессору посредством системной магистрали, состоящей из шины управления, шины адреса и шины данных. В современных компьютерах системная магистраль есть материнская (системная) плата, устройства ввода/вывода – клавиатура, мыши, игровые джойстики, приводы cd-дисков и дискет, дисплеи, флэш-накопители и т.д. Центральный процессор обращается к внутренней памяти также через системную магистраль. Таким образом, на материнской плате размещены только блоки, которые осуществляют обработку информации. Схемы, управляющие всеми остальными устройствами, реализованы на отдельных платах-контроллерах, которые вставляются в стандартные разъёмы на материнской плате – слоты. К этим электронным схемам подводится электропитание из единого блока питания, а для удобства и надёжности всё это заключается в общий металлический или пластмассовый корпус – системный блок.
|
|
|
При этом спецификации взаимодействия внешних устройств с контроллерами, контроллеров с материнской платой остаются открыты. И любой производитель может использовать свои устройства, не меняя архитектуру самого компьютера.
II. 1) Обработка информации. Общие понятия:
Из множества систем счисления, используемых человеком, для ЭВМ наиболее подходящей оказалась двоичная. В ней каждая цифра или символ представлены в виде нулей и единичек, над которыми микропроцессор производит операции. Эти цифры легко представить двумя уровнями напряжения. Т.е. для простоты реализации программно-аппаратный комплекс компьютера работает именно с ними. В общем виде вся поступающая информация должна оцифроваться до двух уровней сигнала, над которыми работает микропроцессор.
Рис.9 – Процесс преобразования данных в ЭВМ
Допустим, речь человека представляет аналоговый сигнал различной частоты и амплитуды. После дискретизации в АЦП микроконтроллера последовательность квантов из нулей и единичек обрабатывается в виде производимых с ними математических операций и дальше в ЦАП возвращается в исходное состояние, выводясь на дисплей в привычном нам виде.
|
|
|
Чтобы оцифровать картинку, нужно разбить её на точки и определить яркость (цвет) каждой из них, а получившиеся цифры, характеризующие яркость (цвет) соответствующих точек, последовательно, точка за точкой записать в память компьютера. Оцифровывают не только звуковые и световые колебания, но и показания любых измерительных приборов: сейсмографов, радаров, датчиков давления, температуры, влажности, загазованности и т.д. Наоборот, числа из компьютера, преобразованные с помощью ЦАП в значения управляющих напряжений, заставляют в конечном итоге открываться и закрываться заслонки и клапаны в двигателях внутреннего сгорания, поворачиваться элероны на крыльях самолётов и т.д.
Для обозначения двоичных цифр применяется термин бит, являющийся сокращением словосочетания «двоичная цифра».
| Десятичные | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | … | 255 |
| Двоичные | 0 | 1 | 10 | 11 | 100 | 101 | 110 | 111 | 1000 | 1001 | … | 11111111 |
В восьми двоичных разрядах умещается 28=256 целых чисел, что достаточно для того, чтобы дать уникальное 8-битовое обозначение каждой заглавной и строчной букве двух алфавитов, всем цифрам, знакам препинания, некоторым другим необходимым символам, а также служебным кодам для передачи информации. Поэтому единицей измерения компьютерной информации служит восьмибитовое число – байт. Таблица кодирования символов 8-битовыми числами называется ASCII.
|
|
|
Когда счёт идёт на сотни тысяч и миллионы байт, оперировать такими числами становится неудобно. Поэтому разработана система более крупных единиц измерения объёмов информации, основанная на байте. Причём эти цифры получаются путём умножения основной единицы не на 1000, а на 1024, т.е. 210.
| 1 024 байт | килобайт, Кбайт |
| 1 048 576 байт | мегабайт, Мбайт |
| 1 073 741 824 байт | гигабайт, Гбайт |
| 1 099 511 627 776 байт | терабайт, Тбайт |
2) Понятие об алгоритмах и языках программирования:
В повседневной жизни человеку приходится решать множество задач, часто однотипного характера. Например, покидая квартиру, мы должны убедиться, что выключен газ и электрические приборы, закрыты форточки и входная дверь. Подобные процедуры воспринимаются как неотъемлемо верные действия, которые необходимо соблюдать. Так же и компьютер для решения текущих задач должен действовать по шаблоны или точнее алгоритму. Представим алгоритм как конечную последовательность однозначных предписаний, исполнение которых позволяет с помощью конечного числа шагов получить решение задачи, однозначно определяемое исходными данными. Зная условия задачи и путь её решения, можно получить решение. Каждый алгоритм, независимо от области его применения, создаётся конкретным автором (человеком или группой людей) в результате обобщения прошлого опыта или технологических разработок и рассчитан на конкретного исполнителя. При подготовке алгоритмов, исполнителем которых является компьютер, приходится учитывать точные требования к его реализации, при этом компьютер сам не может выстроить путь его исполнения. Таким образом, алгоритм должен обладать свойством определённости, выполнимости, конечности и делится на ряд элементарных шагов, понятных исполнителю.
|
|
|
Процесс подготовки задания для компьютера можно разделить на два общих этапа:
1) Создание укрупнённого алгоритма (требования к исходным данным и результатам, постановка задачи, описание точной схемы решения с указанием всех особых ситуаций);
2) Изложение укрупнённого алгоритма на языке, понятном машине, т.е. составления программы задания (задачи).
Рис.10 – Алгоритм расчёты на ЭВМ
В блоке 1 компьютер вычисляет значение дискриминанта d по заданным значениям a, b и c. В блоке 2 это значение проверяется: если оно меньше нуля, компьютер выдаёт нам сообщение «Решения нет» (блок 4); если d больше или равен нулю, вычисляются квадратный корень из дискриминанта, а затем значения двух корней (X1 и X2). В частном случае, если d = 0, получаются два равных корня (X1 = X2 = -b/2a).
Алгоритмы реализуются в компьютере посредством набора программ – набора машинных команд, которые следует выполнить компьютеру для реализации того или иного алгоритма. Первым программистам приходилось писать команды в «машинных кодах», т.е. именно так, как их воспринимает машина. Например, команда сложения двух чисел могла выглядеть примерно так:
15 0127 2677 3656.
Число 15, указанное в начале команды – это код операции, означающий: «Сложить два неких числа и сумму записать в память». Числа 0127, 2677 и 3656 – это номера ячеек памяти. Т.е. число в ячейке 0127 необходимо сложить с числом в ячейке 2677, а результат поместить в ячейку 3656. Данный способ был очень трудоёмким и сопровождался большим количеством ошибок.
Было решено автоматизировать процесс формирования машинного кода, если создать систему условных обозначений (язык программирования) для записи команд и составить программу, которая сама «переводила» бы такие команды в машинный код. Тогда предыдущую команду можно было представить в виде:
c = a + b.
Введя различные проверочные условия с помощью определённого синтаксиса (if, then и т.д.), стало бы возможно формировать цепочки команд для реализации сложных алгоритмов.
При таком подходе необходимо:
1) Создать строгую систему условных обозначений для записи команд в понятной для человека форме (язык программирования);
2) Создать программу-посредника, которая бы такие команды на язык, понятный машине.
После этого на языке программирования можно писать множество программ, пользуясь единственной программой-переводчиком.
Грамматика и синтаксис написания программ не допускает вольного толкования команд. При этом последовательность таких команд, реализующих тот или иной алгоритм, называют программой на исходном языке или просто исходным текстом. Далее программы-посредники обрабатывают эти исходные тексты. Существует два типа программ-посредников:
1) Программа-компилятор (транслятор), переводящая исходный текст в машинный код и записывающая его на диск в форме исполняемого (загрузочного) файла. После этого программа выполняется независимо от исходного текста;
2) Программа-интерпретатор, всегда работающая с исходным текстом. Она разбирает каждую инструкцию исходного текста (интерпретирует её) и немедленно исполняет. Т.е. файл на машинном языке не создаётся. Таким образом, можно выполнить отладку программы на каждом этапе её исполнения. Основной недостаток такого режима – медленная исполнимость программы.
Классифицируя языки программирования, можно выделить несколько уровней:
1) Языки ассемблера, представляющие собой машинные команды, записанные символическим кодом;
2) Языки «низкого» уровня Pascal и C, а также их объектно-ориентированные расширения;
3) Языки высокого уровня Fortran, Basic, Cobol, представляющие собой команды из нескольких машинных команд или целую подпрограмму в машинном коде.
Отметим, что программы и исходные данные для их решения заносятся в компьютер с помощью средств ввода/вывода и часто являются основой для работы компьютера. Частые ошибки в их работе, известные многим пользователям, связаны с их объёмными алгоритмами, когда один из блоков этого алгоритма подвергается изменению.
III. 1) Аппаратное обеспечение. Часть 1:
Функционирование персонального компьютера связано со слаженной работой программно-аппаратного комплекса, к которому относятся соответственно исполнимые программы и набор плат, микросхем. Рассмотрим составляющие аппаратного обеспечения. Если несколько дополнить схему открытой архитектуры, можно получить следующую картинку:
Схема из учебного пособия
Микропроцессор – это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера. Физически представляет собой интегральную плату – тонкую пластинку кристаллического кремния прямоугольной формы площадью всего несколько квадратных миллиметров, на которой размещены схемы, реализующие все функции процессора, к которым можно отнести обработку данных по заданной программе путём выполнения арифметических и логических операций, а также программное управление работой устройств компьютера. К основным рабочим параметрам процессора можно отнести:
1) Разрядность – количество внутренних битовых (двоичных) разрядов, обрабатываемых за один такт. Если процессор 64-х разрядный, то за один такт работы он обрабатывает и обменивается с оперативной памятью 8 байтами (64 битами) данных. Соответственно, чем выше разрядность, тем быстрее производительность процессора;
2) Интерфейс с системной шиной – количество внутренних битовых (двоичных) разрядов, влияющих на эффективность обмена данными с внешними устройствами. Измеряется в Мбит (Гбит)/сек или ГТ/с. Чем выше значение, тем выше максимальный объём адресуемой оперативной памяти;
3) Тактовая частота – количество машинных тактов, выполняемых за секунду. Измеряется в МГц (ГГц). Чем выше значение, тем выше производительность процессора.
Расшифруем обозначение микропроцессора, которое можно увидеть на полках магазинов: Intel Corei5 LGA1150, 2500 МГц, 5.2 GT/s, L2 512 Кб, L3 4096 Кб, SSE2, SSE3.
- процессор компании Intel;
- модель Core i5;
- гнездо для подключения на материнской плате типоразмера LGA1150;
- тактовая частота работы 2500 МГц;
- скорость обмена данными с оперативной памятью 5.2 ГТ/с (миллиардов пересылок в секунду);
- КЭШ-память уровня L2 размером 512 Кб;
- КЭШ-память уровня L3 размером 4096 Кб;
- расширенный набор инструкций SSE2;
- расширенный набор инструкций SSE3.
Итак, микропроцессор состоит из следующих основных элементов:
1) Арифметико-логическое устройство (АЛУ), выполняющие команды, хранимые в оперативной памяти компьютера;
2) Схемы управления шиной, предназначенные для связи и согласования микропроцессора с системной шиной, а также для приёма команд выполняемой программы;
3) КЭШ-память, предназначенную для кратковременного хранения, записи и выдачи информации. Обладает высоким быстродействием;
4) Регистры, выполняющие функции кратковременного хранения числа или команды и выполнения над ними некоторых операций. Представляют собой специальные запоминающие ячейки. Отличается от других видов памяти возможностью преобразования команд;
5) Схемы внутреннего управления – вспомогательные схемы для реализации основных функций.
Обязательным элементом компьютера является оперативная память (ОЗУ), необходимая для временного хранения данных. Выполняется в виде отдельной микросхемы. Особенностью расположения данных внутри неё является их неупорядоченность, поэтому называют памятью произвольного доступа. Характеризуется малым временем обращения, измеряемым десятками наносекунд. Выполняет свои функции только во время работы машины. Когда вы включаете компьютер, в оперативную память заносятся цепочки байтов, в которых хранится операционная система. Далее в ОЗУ с устройств хранения информации помещаются прикладные программы и данные, которые обрабатываются этими программами. Содержимое многих ячеек постоянно изменяется в процессе работы программ (пересылка байтов, арифметические операции и т.д.). К основным характеристикам можно отнести:
1) Объём, измеряемый в Гб. Чем больше, тем выше производительность;
2) Тактовая частота работы, измеряемая в МГц. Чем больше, тем выше скорость взаимодействия с процессором.
Рассмотрим представленную в магазине память: Kingston KVR 16N11S8/4 DDR3, 4 Гб, DIMM 240-конт., 1600 МГц, CAS Latency (CL):11.
- производитель компания Kingston;
- модель KVR 16N11S8/4;
- третье поколение памяти DDR3;
- форм-фактор DIMM (особенности исполнения);
- 240 контактных вывода;
- тактовая частота 1600 МГц;
- период ожидания при чтении запрашиваемой ячейки памяти процессором: 11 нс.
Системная или материнская плата компьютера является неотъемлемой его частью, предназначенной для объединения практически всех устройств. На ней же расположена системная шина. Взаимодействие микропроцессора с устройствами ввода-вывода идёт через шину данных, а использование памяти происходит при помощи адресной шины. Тип чипсета (набора микросхем системной логики), на котором построена материнская плата, целиком и полностью определяет тип и количество комплектующих, из которых состоит компьютер, а также его потенциальные возможности. Рассмотрим произвольно материнскую плату из магазина: Asus B85M-G, microATX, LGA 1150, Intel B85, 4 DDR3 DIMM, 1066-1600 МГц, разъёмы SATA.
- производитель компания Asus;
- модель B85M-G;
- корпус системного блока microATX;
- сокет (разъём для подключения микропроцессора) LGA 1150;
- чипсет Intel B85;
- число подключаемых планок ОЗУ 4 типа DDR3 DIMM;
- тактовая частота работы ОЗУ 1066-1600 МГц;
- встроенные разъёмы SATA для подключения жёстких дисков.
Система ввода информации в компьютер представлена клавиатурой, мышью и прочими устройствами. Отметим, что в настоящее время широко используется 101-а клавишная клавиатура с разделением на следующие группы:
1) Функциональные;
2) Алфавитно-цифровые;
3) Управления курсором;
4) Цифровая панель;
5) Специализированные;
6) Модификаторы.
При выборе клавиатуры стоит учитывать её эргономику, размер и наличие специальных клавиш для быстрого доступа к необходимым приложениям.
Оптические диски CD-ROM и DVD-ROM на сегодняшний день являются неотъемлемой частью компьютера. В этих устройствах для чтения и записи данных используется лазерный луч. Скорости чтения могут достигать 6000 Кбайт/сек (40х скоростной привод). Скорость записи достигает 3600 Кбайт/сек (24х скоростной привод).
Жёсткий диск (винчестер) является энергонезависимым, перезаписываемым компьютерным запоминающим устройством. Является основным накопителем данных практически во всех современных компьютерах. Объёмы хранимой информации могут достигать несколько Тбайт. Скорость чтения и записи достигают 300 Мбит/сек.
Вывод информации производится на дисплей или монитор компьютера. Сам по себе он представляет довольно простое устройство на основе электронно-лучевой трубки и во всём подчиняется командам, поступающим с платы видеоконтроллера. К основным характеристикам дисплея отнесём:
- графическое разрешение, определяющее количество точек изображения на единицу площади;
- частота развёртки;
- соотношение длин сторон экрана.
Видеоконтроллер предназначен для вывода изображения на дисплей и обладает следующими основными компонентами:
1) Графический процессор;
2) Видеопамять.
Рассмотрим предлагаемый в магазине видеоконтроллер (видеокарту): Asus Radeon HD 4650, 600 МГц, AGP, 1024 Мб, 800 МГц, 128 бит, GDDR2, DVI, HDMI, HDCP.
- производитель компания Asus;
- модель Radeon HD 4650;
- тактовая частота работы ядра 600 МГц;
- разъём для подключения дисплея AGP;
- встроенная память объёмом 1024 Мб;
- тактовая частота работы памяти 800 МГц;
- графический процессор объёмом 128 бит;
- тип энергонезависимой перезаписываемой памяти графического процессора GDDR2;
- поддерживаемые стандарты для передачи видеоизображения на дисплей DVI, HDMI, HDCP.
IV. 1) Программное обеспечение. Часть 1:
Программы, работающие на компьютере, можно разделить на три категории:
1) Прикладные программы, непосредственно обеспечивающие выполнение необходимых пользователям работ: редактирование текстов, рисование картинок, обработку информационных массивов и т.д.;
2) Системные программы, выполняющие различные основные и вспомогательные функции, например, это может быть как сама операционная система, так и программы для создания копий используемой информации, проверки работоспособности устройств компьютера и т.д.;
3) Инструментальные системы (системы программирования), обеспечивающие создание новых программ для компьютера.
Рассмотрим разновидность системных программ – операционные системы (ОС). Они занимают особое место в компьютере, поскольку управляют им, запускают программы, обеспечивают защиту данных, выполняют различные сервисные функции по запросам пользователя и программ, управляют оперативной памятью, осуществляют доступ к данным на энергонезависимых носителях. От выбора ОС зависят также производительность работы, степень защиты данных, необходимые аппаратные средства и т.д.
ОС работают с записанной информацией, которая на ряд блоков – наборов байтов, называемых файлами. Каждый файл должен иметь обозначение, по которому человек и система опознают и используют файл. Файл – это поименованная совокупность байтов, записанная на жёсткий или гибкий магнитный диск. В файлах хранится любая информация, которая может быть обработана компьютером: текстовые документы, исходные тексты программ, условные коды, программы на языке машины и т.д. Они появляются на диске в результате работы различных программ – текстовых редакторов, электронных таблиц, компиляторов языков программирования, информационных систем. К важнейшим параметрам файла можно отнести его имя, длину, дату создания/обновления, время создания/обновления. Имя файла состоит из двух частей – собственного имени (от 1 до 8 символов) и расширения (от 1 до 3 символов). Поскольку число хранимых файлов может достигать больших значений, то организовывают каталог – поименованную группу файлов. Тогда структура хранения данных становится упорядоченной и удобной для работы. В свою очередь каталоги размещаются на логических дисках одного винчестера. Тогда общий путь для нахождения файла в компьютере представляется следующим образом: C:\Работа\Документация.doc:
- наименование логического диска C: ;
- название каталога Работа;
- название файла Документация.doc.
К компонентам ОС можно отнести:
- загрузчик (программное обеспечение для загрузки ОС);
- ядро (центральная часть ОС для обеспечения доступа к ресурсам компьютера);
- командный процессор (для обеспечения интерфейса командной строки);
- драйвер (системное программное обеспечения для подключения вновь установленных устройств);
- встроенное программное обеспечение (набор прикладных программ).
В настоящее время используется множество операционных систем, отличающихся по своей технологии, открытости, применимости для узкой специализации, интерфейсу пользователя. Рассмотрим ОС Windows (XP, Vista, 7) и сравним её по ряду характеристик с другими широко распространёнными системами.
На смену ОС MS-DOS, известной своими возможностями для работы с файловой системой компьютера, но лишённой удобного графического интерфейса, пришла программа-надстройка, а будущем полноценная ОС – Windows. Под интерфейсом понимают средства взаимодействия компьютера с человеком, средства связи и согласования. Человек управляет работой машины, выдаёт задания, отвечает на её запросы и получает информацию о ходе работы программы. Основные элементы интерфейса – меню и диалоговое окно. В Windows он дополнен рядом других элементов – панелями инструментов, задач, полосами прокрутки, возможностями редактирования окон.
Приведём некоторые особенности ОС Windows:
- стандартизация интерфейса пользователя (не меняемого, в целом, при выходе новых версий ОС);
- оптимальное управление оперативной памятью;
- возможность без проблем подключать новые устройства;
- многозадачность (возможность выполнения нескольких задач одновременно и переключения между ними).
После включения компьютера происходит процесс загрузки. Если тестирование аппаратной части проходит без неисправностей, в ОЗУ происходит выборка ячеек ОС, и она начинает загружаться. Появляется экран с рабочим столом, панелью задач и меню «Пуск». Пользователь может приступать к работе.
Рис.10 – Оформление рабочего стола ОС Windows 7
Среда Windows управляется событиями, поэтому любой сигнал от аппаратуры, щелчок мышью, нажатие клавиши, ввод символа приводит к какому-либо действию. Основное понятие среды Windows – окно. Это не просто прямоугольный элемент экрана, ограниченный рамкой. Каждое приложение выполняется в отдельном окне, которое может занимать часть экрана или весь экран. Запустить прикладную программу – означает открыть окно приложения. Закрыть окно приложения – означает завершить программу. Одновременно может выполняться несколько приложений, каждое за своим окном, поэтому пользователь с помощью мыши легко переключается от одного приложения к другому. Для запуска любой программы достаточно дважды щёлкнуть клавишей мыши по её пиктограмме.
Для завершения работы Windows достаточно закрыть работающие приложения и корректно завершить работу, используя встроенные программные возможности.
Windows лидирует в домашнем использовании компьютеров благодаря своей универсальности, дружественному интерфейсу и легкой установке дополнительных устройств. Существуют другие операционные системы, например, Linux. Она отличается свободно распространяемым дистрибутивом (пакетом установочных программ), защитой от вредоносных программ и доступом к исходному коду для изменения функциональности системы. Благодаря устойчивой работе, Linux применяется в промышленности в серверном оборудовании, суперкомпьютерах (высокой производительности), а также смартфонах на базе Android.
Компания Apple предлагает свою ОС Mac OS, производимую для собственного оборудования. Она отличается высокой стабильностью работы, относительной неуязвимостью. Но высокая стоимость и ограниченность использования затрудняют повсеместное использование этой ОС.
Рассмотрим некоторые требования, предъявляемые к аппаратному обеспечению при установке Windows 7. В магазине выбираем наиболее востребованную версию для домашнего использования Home Premium:
- 32-х или 64-х разрядный процессор с тактовой частотой работы не ниже 1 ГГц;
- 1 Гб или 2 Гб памяти ОЗУ соответственно;
- 16 Гб или 20 Гб памяти ПЗУ (жёсткого диска) соответственно;
- видеокарта с поддержкой DirectX 9.
Рис.11 – Пакет дистрибутивов ОС Windows 7
Для длительной и стабильной работы Windows необходимо резервировать данные, в том числе с помощью встроенной программы архивации. Периодически обновлять BIOS материнской платы, драйверы устройств в целях исключения возможных неисправностей в работе, проверять жёсткий диск на наличие ошибок, регулярно обновлять антивирусные базы, удалять некорректно работающие приложения и программы.
V. 1) Периферийное оборудование:
В общем виде под периферийным оборудованием компьютера понимают весь комплекс внешних устройств, предназначаемых для ввода/вывода информации. Часто клавиатура и мышь воспринимаются как основные элементы, поэтому рассмотрим несколько устройств, позволяющих преобразовывать информацию в наглядную форму.
Рассмотрим разновидности принтеров и способы их подключения. Они работают в известной степени независимо от процессора. Программа формирует и направляет принтеру поток байтов (символов), представляющих собой смесь команд управления принтером и печатаемых символов. Содержимое этого потока принтер интерпретирует в соответствии с кодовой таблицей, в которой представляется 256 произвольных символов (первые 127 цифр есть стандарт ASCII, вторые есть символы национальных алфавитов) – управляющих кодов, букв, цифр, знаков препинания и вообще любых графических образов. Первые 32 символа являются управляющими и содержат команду для печати данных, в остальных содержатся данные. Далее принтер распознаёт тип информации – текстовый или графический. В текстовом режиме принтер пользуется либо «встроенными» шрифтами, либо подгружаемыми из библиотеки шрифтов ОС. Среди потока байтов есть команды установки и смены встроенных шрифтов, ввода и установки загружаемых шрифтов, перехода в графический режим и т.д. В текстовом режиме каждый символ печатается целиком, с помощью специальной «литеры» символа, то в графическом режиме каждый символ рисуется по точкам специальными программами. При этом в графическом режиме принтер работает медленнее.
Рис.12 – Семейство принтеров, матричный, струйный и лазерный (слева направо)
Матричные принтеры печатают с помощью головки с набором иголок. По команде компьютера иголки быстро собираются в группы, соответствующие очертания букв, и, выдвигаясь из головки, отбивают через красящую ленту нужное сочетание точек. При этом головка и лента перемещаются по ширине листа, формируя в нём строку. По длине лист смещается с помощью механического устройства. Движениями иголок, головки и листа управляет электронная схема принтера в соответствии с командами, поступающими из компьютера. Количество иголок может быть 9,18 или 24. Чем больше иголок, тем выше качество печати. При низкой стоимости печати и лёгкости обслуживания, матричные принтеры шумны и работают медленно, качество печати невысокое.
В корпусе струйного принтера есть крохотные пульверизаторы. Пьезо- или термоэлектрическая головка принтера под действием электрического импульса заставляет красящее вещество (чернила) выплёскиваться (или испаряться) из пульверизатора и оседать на бумаге в виде мелких точек. Картридж может двигаться с головкой вдоль листа или оставаться неподвижным (в этом случае чернила подаются к движущейся головке по гибким шлангам). В зависимости от цветности картриджа можно получать распечатки разных оттенков. Струйные относительно недороги и обладают неплохим качеством печати, то сменные картриджи подчас стоят аналогично стоимости нового принтера и их приходится часто менять.
Лазерные принтеры используют лазерный луч, который попадает на поверхность фотобарабана через зеркальную призму. По мере вращения призмы луч перемещается вдоль барабана, и формируется строка; когда поворачивается сам барабан, происходит смена строк. В результате на поверхности барабана образуются группы электростатических зарядов, соответствующие заданному изображению. Далее тонер подзаряжается и подаётся на барабан, а изображение переносится на лист бумаги или плёнку и закрепляется в электронагревательном приборе – «печке». Именно поэтому вышедшие из лазерного принтера листы тёплые. Лазерный принтер отличается высоким качеством печати, работает быстро и почти бесшумно. При низкой стоимости печати цена расходных материалов (картриджей) высока, как относительно и стоимость самого устройства.
К основным характеристикам принтера можно отнести формат, скорость печати и количество листов для печати на один картридж.
Рассмотрим работу устройства ввода изображения – сканера. Он позволяет создать в компьютере электронную копию изображения, считываемого с бумаги. Изображение может быть текстом, рисунком, фотографией, диаграммой, проекцией трёхмерного предмета на плоскость или чем-нибудь другим. Сейчас наиболее востребованы планшетные сканеры с автоматической подачей листов. Принцип работы основан на сканировании изображения, находящегося на прозрачном неподвижном стекле, вдоль которого движется сканирующая каретка с источником света. Отражённый свет через оптическую систему сканера (состоящую из объектива и зеркал или призмы) попадает на фоточувствительные полупроводниковые элементы, оцифровывается и передаётся в ЭВМ.
Рис.13 – Планшетный сканер
К основным характеристикам сканера можно отнести формат и разрешение сканируемого изображения.
2) Взаимодействие периферийных устройств:
Для подключения периферийных устройств чаще всего используются последовательные, параллельные, USB-порты различных поколений.
Рис.14 – панель разъёмов ввода/вывода ЭВМ
Для обслуживания периферийных устройств в ЭВМ используется подпрограмма обработки прерываний. Задача аппаратных средств в процессоре ЭВМ как раз и является приостановка выполнения одной программы (основной программы) и передача управления подпрограмме обработке прерывания в момент обращения к периферийным устройствам. Эта особенность позволяет организовывать обмен в произвольные моменты времени, не зависящие от программы, выполняемой в ЭВМ. Таким образом, экономится время процессора, затрачиваемое на обмен. Микропроцессор отправляет посылку с битами управления, при этом аппаратные средства обработки прерывания идут на сохранение содержимого счётчика команд и регистра состояния процессора, чтобы последний мог вернуться к выполнению основной программы. Формирование сигналов прерываний на обслуживание периферийного устройства происходит в их контроллерах. Сигнал «Готовность» поступает на системную шину ЭВМ, и процессор переходит в режим обработки прерывания. В процессоре имеется разряд, определяющий возможность прерывания.
Рис.15 – Алгоритм запроса прерывания
В ЭВМ используется одноуровневая система прерываний, т.е. все запросы поступают на один вход. Для задания приоритета обслуживания существует два основных способа идентификации периферийного устройства:
- программный опрос регистров состояния (последовательный опрос устройств);
- использование векторов прерывания (устройство выставляет вектор прерывания в ячейке памяти процессора, идентифицируя себя, при этом процессор сразу переключается на обработку соответствующего прерывания).
VI. 1) Определение локальной вычислительной сети:
Для передачи больших объёмов информации, решения вычислительных задач на удалённых компьютерах и совместного использования периферийного оборудования строят локальные вычислительные сети. В общем виде она представляет группу из нескольких компьютеров, соединённых между собой посредством кабелей, используемых для передачи информации между компьютерами. Существует несколько типов соединения: шина, звезда, кольцо, дерево и т.д. Шинная технология предполагает прокладку кабеля от одного компьютера к другому в виде последовательной цепочки с общей магистралью. В основном используется для постройки протяжённых сетей, например, Интернета. Кольцевая технология предполагает соединение компьютеров друг за другом, т.е. первый со вторым…второй с третьим…предпоследний с последним…последний с первым. Такое соединение обеспечивает высокую скорость при отсутствии вспомогательных устройств. Однако в случае выхода из строя хотя бы одного из компьютеров работа сети парализуется. Дерево – разветвлённая сеть, строящаяся с использованием активных и пассивных концентраторов (хабов). При большом количестве узлов она обладает невысокой скоростью работы. Для домашнего и корпоративного использования наибольшее распространение получила звездная топология.
Рис.17 – схема организации ЛВС
Если в сети имеется мощный компьютер, используемый как хранилище данных или вычислительный центр (сервер), то такой тип сети называется на основе сервера. Их основная задача максимально быстро отвечать на запросы рабочих станций (клиентов). Такую систему три основных элемента: комплекс аппаратных средств, сетевая операционная система, комплексы прикладных программ.
Для передачи информации используется метод коммутации пакетов. Отправляемое компьютером сообщение разбивается на маленькие фрагменты – пакеты. Они снабжаются специальными кодами, указывающими, куда и от кого идёт пакет, какой частью какого сообщения он является. Затем пакет разносится независимо от других пакетов по сети, выбирая наименее загруженные участки. Принимающий компьютер реконструирует исходное сообщение из набора прибывших к нему пакетов.
Указанные выше топологии сетей используют разные архитектура для коммутации пакетов. Приведём несколько примеров:
- Ethernet – широковещательная сеть, в которой все станции сети могут принимать сообщения;
- Token ring – эстафетная кольцевая сеть, в которой каждый узел ожидает прибытия короткой уникальной последовательности битов (маркера) для последующей отправки своего сообщения;
- Arcnet – широковещательная сеть с общей маркерной шиной для передачи сообщений;
- FDDI – эстафетная кольцевая маркерная сеть, строящаяся на основе волоконно-оптических кабелей, имеет большую протяжённость и количество пользователей;
- ATM – цифровая сеть, основанная на передаче ячеек (пакетов) фиксированного размера с различной частотой и высокой скоростью при помощи волоконно-оптических кабелей.
Каждая сеть реализует определённые уровни эталонной модели взаимодействия ISO/OSI - схемы интерфейсов и протоколов передачи данных. Протокол, в свою очередь, это набор соглашений об обмене данными, определяющий способ передачи обработки ошибок. Уровень модели обозначает программные и аппаратные средства, решающие свою часть задачи обеспечения связи компьютеров через сеть:
- физический уровень, определяет физические (механические, электрические, оптические) характеристики линий связи;
- канальный уровень, определяет правила использования физического уровня узлами сети;
- сетевой уровень, отвечает за адресацию и отправку сообщений;
- транспортный уровень, контролирует очерёдность прохождения компонентов сообщения;
- сеансовый уровень, координирует связь между двумя взаимодействующими прикладными программами, которые работают на разных рабочих станциях;
- уровень представления, преобразовывает данные из внутреннего формата компьютера в формат передачи;
- прикладной уровень, обеспечивает удобный интерфейс связи сетевых программ пользователя.
Построение сетей. Межсетевое взаимодействие:
Рассмотрим пример построения одноранговой ЛВС звёздной топологии и последующим объединением с другими сетями. Определимся с протоколом передачи данных – TCP/IP. Он реализует четыре уровня модели ISO/OSI: канальный, сетевой, транспортный, прикладной уровни. Установим необходимое оборудование: сетевые карты в каждый компьютер, концентратор. С помощью специальным образом «обжатых» кабелей (патч-кордов) подключим компьютеры к концентратору. Удостоверимся, что скорости передачи одинаковы и допустимы для работы концентратора. Зададим с помощью программных средств ОС адресацию каждого из компьютеров. Удостоверимся, что компьютеры «видят» друг друга, открыв общий доступ к папкам, хранящимся на жёстких дисках, или набрав имя соседнего компьютера в командной строке. Таким образом, создана одна небольшая подсеть. Дальше, на основе другого концентратора, создаём аналогичную подсеть и, соединив их между собой, получаем общую сеть. Любой компьютер такой сети может обмениваться данными с другими компьютерами. Так же можно настроить доступ к различному периферийному оборудованию, подключённому к отдельному компьютеру сети.
Рис.18 – Построение ЛВС с использованием подсетей и выходом в Интернет
Выбрав в сети компьютер в качестве сервера, можно подключить коммутационное оборудование для организации доступа в Интернет, чтобы каждый из узлов мог получить выход во всемирную сеть. Для этого задаются системные настройки и параметры доступа на сервере.
VII. 7) Определение Интернета:
Объединив в общую сеть множество сетей, стало возможным выстроить глобальную сеть Интернет, позволяющую миллионам пользователей поддерживать сотрудничество. Обширные возможности сети, быстрый доступ к самой разнообразной информации повышают конкурентоспособность организаций и позволяют людям обмениваться информацией, невзирая на расстояния. Благодаря созданной системе WWW (World Wide Web) доступ к сети получили люди разных специальностей. Такая возможность связана с появлением гипертекста – системы обозначения «ветвящихся» текстов, выполняющих действия по запросу. Обычно гипертекст представляется имеющим свойства интерфейса набором текста, содержащего узлы перехода между ними. Наиболее яркий пример гипертекста – Веб-страница.
Рис.19 – Веб-страница
Выделенные синим цветом части гипертекста называют гиперссылкой. Нажав на неё, можно перейти в соответствующий раздел или страницу.
Для универсальной и удобной работы в Интернете была разработана программа-браузер. Именно с неё мы начинаем работу. Браузеры распространяются, как правило, бесплатно. Потребителям он может быть поставлен в форме самостоятельного (автономного) приложения или в составе комплектного программного обеспечения. Наиболее распространёнными из них являются:
- Internet Explorer;
- Mozilla Firefox;
- Google Chrome;
- Opera и другие.
Для написания Веб-страниц используется стандартный язык разметки HTML. Он интерпретируется браузерами и отображается в виде документа в удобной для человека форме.
Рис.20 – Пример использования html-кода
Таким образом, с соблюдением синтаксиса написания HTML-кодов, можно самому составить Веб-страницу, доступную пользователям Интернета.
2) Основы работы в сети Интернет:
Для подключения Интернета необходимо иметь коммутационное оборудование и произвести соответствующие программные настройки. Модем позволяет преобразовывать аналоговые сигналы в цифровые и наоборот. Для организации беспроводной связи используют wi-fi роутеры.
Рис.21 – Модем и wi-fi роутер
Модем состоит из следующих основных устройств:
- порты ввода/вывода;
- сигнальный процессор, модулирующий исходящие сигналы и демодулирующий входящие в соответствии с используемым протоколом передачи данных;
- контроллер, управляющий обменом данных с компьютером;
- различные микросхемы памяти, содержащие наборы команд и данных для управления модемом, параметры настройки, области буферизации принимаемых и передаваемых данных.
Используя сетевую карту компьютера, соединяем её телефонным кабелем с модемом. Сам модем с физической телефонной линией. Далее удостоверяемся в наличии связи с сетью с помощью встроенного программного обеспечения. Настраиваем выход в Интернет. Открываем браузер и отслеживаем загрузку страниц. С помощью строки поиска вводим требуемый адрес Интернет страницы.
Работа wi-fi роутера (точки доступа) аналогична работе модема, для его подключения используются сетевые кабели ЛВС. Wi-fi роутер передаёт свой идентификатор сети (SSID) с помощью специальных сигнальных пакетов на скорости 0,1 Мбит/сек. Беспроводной адаптер после его обнаружения предлагает ввести логин и пароль для подключения нового узла в сеть. С помощью нескольких точек доступа можно организовывать единую сеть. К основным преимуществам такого подключения стоит отнести невысокую стоимость выхода в Интернет и мобильность работы (особенно актуально после начала массового использования мобильных устройств и планшетов с возможностью выхода в Интернет).
Для использования wi-fi роутера необходимо подключить сетевой кабель, заходящий в помещение, с ним. Далее с помощью адаптера беспроводного доступа настраиваем связь компьютера с wi-fi роутером. Аналогично производим сетевые настройки и убеждаемся в подключении к Интернету.
VIII. 1) Подбор компьютера по требуемым характеристикам:
Произведём подбор ЭВМ исходя из следующих требований:
- достаточная производительность для работы со сложными, в том числе, графическими прикладными программами;
- возможность обновления программ путём установки новых версий;
- построение домашней локальной вычислительной сети с выходом в Интернет;
- минимальное энергопотребление и финансовые вложения.
1. Выберем материнскую плату со слотами расширения различного назначения, с производительным чипсетом и сокетом для подключения современного процессора:
ASUS B85M-E.
2. Подберём процессор достаточной производительности известного изготовителя:
Intel Core I3 Haswell.
3. Корпус системного блока типа microATX:
Zalman Z3.
4. Оперативная память:
Kingston KVR13N9S8/4 – 2 модуля.
5. Монитор:
HP Pavilion 22xi.
6. Принтер:
HP LaserJet Pro M201 dw.
7. Wi-FI роутер:
D-link DIR-620.
Можно использовать другие компоненты со схожими характеристиками.
VIII. 2) Ответы на интересующие вопросы:
Дата добавления: 2021-05-18; просмотров: 105; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!