Учебное пособие: Предмет и содержание кибернетики

3.  Циклический – блоки алгоритма выполняются до тех пор, пока не будет выполнено определенное условие.

Блок алгоритма 1 будет выполняться 1 или несколько раз до тех пор, пока не выполнится условие. Алгоритм выполняется так: выполняется блок 1, проверяется условие, если оно не выполняется, то блок 1 выполняется снова и условие проверяется заново. При выполнении условия алгоритм заканчивается.

Программирование – это теоретическая и практическая деятельность, связанная с созданием программ.

Основная категория специалистов занятых разработкой программ – программисты, которые по характеру своей деятельности делятся на системных и прикладных.

Системные программисты занимаются разработкой, эксплуатацией и сопровождением системного программного обеспечения, поддерживающего работоспособность компьютера и создающего среду для выполнения программ, обеспечивающих реализацию функциональных задач.

Прикладные программисты осуществляют разработку и отладку программ для решения функциональных задач.

Для подготовки решения задач на компьютере часто обращаются к языкам создания программ: разработки и описания алгоритмов, поиска моделей и решений. Язык программирования представляет собой набор специальных лингвистических средств для фиксации задания исполнителю и исходной информации, используемой в ходе его выполнения.

Для того чтобы исполнитель следовал алгоритму, заложенному в программе, программный модуль на исходном языке (отдельно компилируемая часть программы) должен быть преобразован в загрузочный модуль – модуль с набором машинных команд (инструкций).

Существуют специальные языки программирования для создания программных модулей – языки низкого и высокого уровня. Языки низкого уровня предназначены для прямого кодирования работы реального исполнителя, вычислителя (Бейсик). Языки высокого уровня предназначены для программирования работы физически на существующего (виртуального) исполнителя, не связанного с имеющимися техническими ограничениями. В языке программирования зафиксированы определенные правила построения языковых конструкций – синтаксис. Синтаксисом задается состав допустимых конструкций, имеющих определенный смысл и формы их записи.

Лекция №8. Архивация файлов

Наименьшей единицей хранения данных на МД является файл – это именованная область внешней памяти, выделенная для хранения массива данных, хранимая, пересылаемая и обрабатываемая как единое целое.

Каждый файл на дисках имеет свой адрес. Если процессору нужна какая-то информация на МД, он находит на диске нужный файл, а потом байт за байтом считывает из него данные в оперативную память, пока не дойдет до конца файла. Чтобы у каждого файла на диске был свой адрес, диск и разбивают на дорожки, а дорожки – на секторы. Адреса записанных файлов компьютер запоминает в специальной таблице – таблице размещения файлов (FAT – таблице).

Программы архивации предназначены для упаковки файлов путем сжатия хранимой в них информации.

Сжатие информации – это процесс преобразования информации, хранящейся в файле, к виду, при котором уменьшается избыточность в ее представлении и, соответственно, требуется меньший объем памяти для ее хранения.

Сжатие информации в файлах производится за счет устранения избыточности различными способами, например, за счет упрощения кодов, исключения из них постоянных битов или представления повторяющихся символов или повторяющейся последовательности символов в виде коэффициента повторения и соответствующих символов.

Архивный файл – это специальным образом организованный файл, содержащий в себе один или несколько файлов в сжатом или в несжатом виде и служебную информацию об именах файлов, дате и времени их создания и т.д.

Целью упаковки файлов является обеспечение более компактного размещения информации на диске, сокращение времени и, соответственно, стоимости передачи информации по каналам связи в компьютерных сетях.

Степень сжатия файлов – характеризуется коэффициентом сжатия Кc, определяемым как отношения объема сжатого файла Vc к объему исходного файла V0, выраженное в процентах:

Степень сжатия зависит от используемой программы, метода сжатия и типа исходных данных. Наиболее хорошо сжимаются файлы графических образов, текстовые файлы и файлы данных (5 – 40%), меньше сжимаются файлы исполняемых программ (60 –90%).

Архивация (упаковка) – помещение (загрузка) исходных файлов в архивный файл в сжатом или несжатом виде.

Разархивация (распаковка) – процесс восстановления файлов из архива точно в таком же виде, какой они имели до загрузки в архив.

Программы, осуществляющие упаковку и распаковку файлов, называются программами – архиваторами.

Программы-архиваторы позволяют создавать такие архивы, для извлечения из которых содержащихся в них файлов не требуются какие-либо программы, так как сами архивные файлы могут содержать программу распаковки. Такие архивные файлы называются самораспаковывающимися.

Известно несколько программ-архиваторов: ARJ, PKPAK, EXPAND, RAR, WINZIP и др.

Первой появилась программа-архиватор ARJ, предназначенная для работы в среде MSDOS, которая известна как одна из лучших по набору функций, предоставляемых пользователю, степени сжатия и скорости работы.

Архиватор RAR служит мощным средством для создания и ведения архива. Его отличительными особенностями являются возможность работы в полноэкранном интерфейсе и использование высокоэффективного метода сжатия (но 10–50% выше, чем обычно).

Широкое использование в последнее время получил архиватор WINZIP, преимуществом которого является его графический интерфейс, доступный для понимания любому пользователю, а также возможность поддержки других типов архивов.

Компьютерные вирусы

Массовое применение ПК, к сожалению, оказалось связанным с применением программ-вирусов, мешающих нормальной работе компьютеров, разрушающих файловую структуру дисков и наносящих ущерб хранимой в ПК информации. Проникнув в один компьютер вирус способен распространяться в другие компьютеры.

Вирусы – это просто программы (довольно хитроумные), которые могут заражать ваш компьютер подобно тому, как реальные вирусы заражают людей. Они могут находиться в бездействии до определенного момента. А затем выдавать «едкие сообщения», «подвешивать» компьютер, удалять файлы или целые диски и т.д.

Компьютерным вирусом называется программа, которая может самопроизвольно присоединяться к другим программам, создавать свои копии и внедрять их в файлы, системные области компьютера и в вычислительные сети с целью нарушения работы программ, операционных систем, создания всевозможных помех.

Для борьбы с вирусами создаются антивирусные программы.

Компьютерные сети и их назначение

Компьютерная сеть – совокупность компьютеров и терминалов, соединенных с помощью каналов связи в единую систему и удовлетворяющую требованиям распределенной обработки данных.

Распределенная обработка данных – выполняемая на независимых, но связанных между собой компьютеров, представляющих распределенную систему.

Компьютерные сети обеспечивают три вида деятельности:

1.  Обмен файлами – это означает, что пользователь, не покидая своего рабочего места, может получать и передавать файлы другим компьютерам, подключенным к сети.

2.  Совместное использование ресурсов – использование нескольким компьютерами в сети общего аппаратного обеспечения, чаще всего принтеров или дисков. Например, к сети можно подключить принтер, на котором будут печатать все сотрудники отдела.

3.  Запуск общих программ – возможность использования программного обеспечения, установленного на других компьютерах. Правда при этом очень замедляется работа компьютера. Поэтому в сеть обычно включают большой компьютер, называемый файловым сервером.

Задача файлового сервера – управление огромным дисковым устройством, предназначенным для хранения всех необходимых пользователям программ. Это – главный компьютер в сети, который обладает огромным диском и высоким быстродействием.

Это обычно специализированный компьютер с установленным в нем специальным сетевым программным обеспечением, которое и превращает ПК в сервер, отвечающий за всю сеть.

Глобальная компьютерная сеть NTERNET с точки пользователя – это огромное хранилище информации. Само ее название означает «между сетей». Это сеть, соединяющая отдельные сети.

Логическая структура Internet представляет собой некое виртуальное объединение, имеющее свое собственное информационное пространство.

Internet обеспечивает обмен информацией между всеми компьютерами, которые входят в сети, подключенные к ней. Тип компьютера и используемая им операционная система значения не имеют. Соединение сетей обладает громадными возможностями. С собственного компьютера любой абонент Internet может передавать сообщения в другой город, просматривать каталог библиотеки Конгресса в Вашингтоне, знакомиться с картинами на последней выставке в музее Метрополитен в Нью-Йорке, участвовать в конференции IEEE и даже в играх с абонентами сети из разных стран. Internet предоставляет в распоряжение своих пользователей множество всевозможных ресурсов.

Основные ячейки Internet – локальные вычислительные сети (ЛВС). Это значит, что Internet не просто устанавливает связь между отдельными компьютерами, а создает пути соединения для более крупных единиц – групп компьютеров. Если некоторая локальная сеть непосредственно подключена к Internet, то каждая рабочая станция этой сети также может подключаться к Internet. Существуют также компьютеры, самостоятельно подключенные к Internet. Они называются хост-компьютерами (host – хозяин). Каждый подключенный к сети компьютер имеет свой адрес, по которому его может найти абонент из любой точки света.

Для подключения локальных сетей к Internet используются средства, рассмотренные в Лекции №. 9. Важной особенностью Internet является то, что она, объединяя различные сети, не создает при этом никакой иерархии – все компьютеры, подключенные к сети, равноправны.

Наиболее популярные службы INTERNET:

1. электронная почта;

2. телеконференции (Use Net) – эта служба чем-то напоминает электронную почту, но в ней сообщение посылается не одному лицу, а направляется в область общего доступа, называемой телеконференцией, где это сообщение могут просмотреть многие лица и дать свой ответ.

3. служба FTP – это программа, которая позволяет передавать файлы всех типов (звуковые, графические, мультимедиа и др.) с компьютера INTERNET на ваш компьютер.

4. служба ICQ – эта программа позволяет иметь непосредственную связь с вашими друзьями в INTERNET, независимо от того, где они живут в мире.

5. World Wide Web (Всемирная паутина, или просто Web) – это единственная служба мультимедиа в INTERNET. На Web-страницах успешно сочетаются текст, графика, музыка и т.д. На Web-страницах можно найти любую информацию. Информация представлена в виде гипертекста. Гипертекст – текст, содержащий в себе связи с другими текстами, графической видео или звуковой информацией.

Связь между гипертекстовыми документами осуществляется с помощью ключевых слов. Найдя ключевое слово, пользователь может перейти в другой документ, чтобы получить дополнительную информацию. Для эффективного использования WWW необходима программа быстрого просмотра страниц (броузер). Все гипертекстовые слова выделяются текстом или подчеркиванием.

Программы-броузеры это программы для просмотра информации в WWW. Наиболее популярными броузерами являются Netscape Navigator, Microsoft Internet Explorer.

Лекция №9. Типовые топологии и методы доступа ЛВС

кибернетика алгоритм файл архивация

Физическая передающая среда ЛВС

Абоненты сети – объекты, генерирующие или потребляющие информацию в сети. Ими могут быть отдельные ЭВМ, комплексы ЭВМ, терминалы, станки с числовым программным управлением и т.д. Любой абонент сети подключается к станции – аппаратуре, которая выполняет функции связанные с передачей и приемом информации. Совокупность абонента и станции принято называть абонентской системой (АС).

В зависимости от территориального расположения АС вычислительные сети разделяются на три класса:

·  Глобальные сети (WAN) – объединяют абонентов, расположенных в различных странах, на различных континентах, тем самым позволяют решить проблему объединения информационных ресурсов всего человечества и организации доступа к этим ресурсам.

·  Региональные сети – связываю абонентов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга, включая абонентов внутри города, региона, страны.

·  Локальные сети – объединяют абонентов, расположенных в пределах небольшой территории и обычно она привязана к конкретному месту (работа, школа, институт, банк и.т.д.)

Современные сетевые технологии распределенной обработки данных основаны на моделях архитектуры «клиент-сервер».

Сервер – компьютер, подключенный к сети и обеспечивающий ее пользователей определенными услугами. Серверы могут осуществлять хранение данных, управление базами данных, удаленную обработку заданий, печать заданий и ряд других функций, потребность в которых может возникнуть у пользователей сети. Сервер – источник ресурсов сети.

Рабочая станция – персональный компьютер, подключенный к сети, через который пользователь получает доступ к ее ресурсам. Рабочая станция сети функционирует как в сетевом, так и в локальном режиме. Она оснащена собственной операционной системой (MS DOS, Windows и т.д.), обеспечивает пользователя всеми необходимыми инструментами для решения прикладных задач.

Клиент – задача, рабочая станция или пользователь компьютерной сети.

В процессе обработки данных клиент может сформировать запрос на сервер для выполнения сложных процедур, чтение файла, поиск информации в базе данных и т.д.

Сервер, определенный ранее, выполняет запрос, поступивший от клиента. Результаты выполнения запроса передаются клиенту. Сервер обеспечивает хранение данных общего пользования, организует доступ к этим данным и передает данные клиенту.

Клиент обрабатывает полученные данные и представляет результаты обработки в виде, удобном для пользователя. В принципе обработка данных может быть выполнена и на сервере.

В распределенных локальных и глобальных вычислительных системах компьютеры-клиенты, называют рабочими станциями сети.

Физическая среда обеспечивает перенос информации между абонентами вычислительной сети. Как уже упоминалось, физическая передающая среда ЛВС представлена тремя типами кабелей: витая пара проводов, коаксиальный кабель, оптоволоконный кабель.

Витая пара состоит из двух изолированных проводов, свитых между собой (рис. 6.19). Скручивание проводов уменьшает влияние внешних электромагнитных полей на передаваемые сигналы. Самый простой вариант витой пары – телефонный кабель. Витые пары имеют различные характеристики, определяемые размерами, изоляцией и шагом скручивания. Дешевизна этого вида передающей среды делает ее достаточно популярной для ЛВС.

Основной недостаток витой пары – плохая помехозащищенность и низкая скорость передачи информации – 0,25 – 1 Мбит/с. Технологические усовершенствования позволяют повысить скорость передачи и помехозащищенность (экранированная витая пара), но при этом возрастает стоимость этого типа передающей среды.

Коаксиальный кабель (рис. 6.20) по сравнению с витой парой обладает более высокой механической прочностью, помехозащищенностью и обеспечивает скорость передачи информации до 10–50 Мбит/с. Для промышленного использования выпускаются два типа коаксиальных кабелей: толстый и тонкий. Толстый кабель более прочен и передает сигналы нужной амплитуды на большее расстояние, чем тонкий. В то же время тонкий кабель значительно дешевле. Коаксиальный кабель так же, как и витая пара, является одним из популярных типов передающей среды для ЛВС.

Оптоволоконный кабель – идеальная передающая среда (рис. 6.21). Он не подвержен действию электромагнитных полей и сам практически не имеет излучения. Последнее свойство позволяет использовать его в сетях, требующих повышенной секретности информации. Скорость передачи информации по оптоволоконному кабелю более 50 Мбит/с. По сравнению с предыдущими типами передающей среды он более дорог, менее технологичен в эксплуатации.

Вычислительные машины, входящие в состав ЛВС, могут быть расположены самым случайным образом на территории, где создается вычислительная сеть. Поэтому имеет смысл говорить о топологии ЛВС. Топологии вычислительных сетей могут быть самыми различными, но для локальных вычислительных сетей типичными являются всего три: кольцевая, шинная, звездообразная.

Кольцевая топология предусматривает соединение узлов сети замкнутой кривой – кабелем передающей среды (рис. 6.22). Выход одного узла сети соединяется со входом другого. Информация по кольцу передается от узла к узлу. Каждый промежуточный узел между передатчиком и приемником ретранслирует посланное сообщение. Принимающий узел распознает и получает только адресованные ему сообщения.

Кольцевая топология является идеальной для сетей, занимающих сравнительно небольшое пространство. В ней отсутствует центральный узел, что повышает надежность сети. Ретрансляция информации позволяет использовать в качестве передающей среды любые типы кабелей.

Шинная топология – одна из наиболее простых (рис. 6.23). Она связана с использованием в качестве передающей среды коаксиального кабеля. Данные от передающего узла сети распространяются по шине в обе стороны. Промежуточные узлы не транслируют поступающих сообщений. Информация поступает на все узлы, но принимает сообщение только тот, которому оно адресовано. Дисциплина обслуживания параллельная. Это обеспечивает высокое быстродействие ЛВС с шинной топологией. Сеть легко наращивать и конфигурировать, а также адаптировать к различным системам. Сеть шинной топологии устойчива к возможным неисправностям отдельных узлов.

Сети шинной топологии наиболее распространены в настоящее время. Следует отметить, что они имеют малую протяженность и не позволяют использовать различные типы кабеля в пределах одной сети.

Звездообразная топология базируется на концепции центрального узла, к которому подключаются периферийные узлы. Каждый периферийный узел имеет свою отдельную линию связи с центральным узлом. Вся информация передается через центральный узел, который ретранслирует, переключает и маршрутизирует информационные потоки в сети.

Любую компьютерную сеть можно рассматривать как совокупность узлов.

Узел – любое устройство, непосредственно подключенное к передающей среде сети.

Способы объединения ЛВС

Мост. Самый простой вариант объединения ЛВС – объединение одинаковых сетей в пределах ограниченного пространства. Физическая передающая среда накладывает ограничения на длину сетевого кабеля. В пределах допустимой длины строится отрезок сети – сетевой сегмент. Для объединения сетевых сегментов используются мосты.

Мост – устройство, соединяющее две сети, использующие одинаковые методы передачи данных.

Сети, которые объединяет мост, должны иметь одинаковые сетевые уровни модели взаимодействия открытых систем, нижние уровни могут иметь некоторые отличия.

Для сети персональных компьютеров мост – отдельная ЭВМ со специальным программным обеспечением и дополнительной аппаратурой. Мост может соединять сети разных топологий, но работающие под управлением однотипных сетевых операционных систем. Мосты могут быть локальными и удаленными.

Локальные мосты соединяют сети, расположенные на ограниченной территории в пределах уже существующей системы.

Удаленные мосты соединяют сети, разнесенные территориально, с использованием внешних каналов связи и модемов.

Локальные мосты, в свою очередь, разделяются на внутренние и внешние.

Внутренние мосты обычно располагаются на одной из ЭВМ данной сети и совмещают функцию моста с функцией абонентской ЭВМ. Расширение функций осуществляется путем установки дополнительной сетевой платы.

Внешние мосты предусматривают использование для выполнения своих функций отдельной ЭВМ со специальным программным обеспечением.

Маршрутизатор (роутер). Сеть сложной конфигурации, представляющая собой соединение нескольких сетей, нуждается в специальном устройстве. Задача этого устройства – отправить сообщение адресату в нужную сеть. Называется такое устройство маршрутизатором.

Маршрутизатор, или роутер, – устройство, соединяющее сети разного типа, но использующее одну операционную систему.

Маршрутизатор выполняет свои функции на сетевом уровне, поэтому он зависит от протоколов обмена данными, но не зависит от типа сети. С помощью двух адресов – адреса сети и адреса узла маршрутизатор однозначно выбирает определенную станцию сети.

Пример. Необходимо установить связь с абонентом телефонной сети, находящимся в другом городе. Сначала набирается адрес телефонной сети этого города – код города. Затем – адрес узла этой сети – телефонный номер абонента. Функции маршрутизатора выполняет аппаратура АТС.

Маршрутизатор также может выбрать наилучший путь для передачи сообщения абоненту сети, фильтрует информацию, проходящую через него, направляя в одну из сетей только ту информацию, которая ей адресована. Кроме того, маршрутизатор обеспечивает балансировку нагрузки в сети, перенаправляя потоки сообщений по свободным каналам связи.

Шлюз. Для объединения ЛВС совершенно различных типов, работающих по существенно отличающимся друг от друга протоколам, предусмотрены специальные устройства – шлюзы.

Шлюз – устройство, позволяющее организовать обмен данными между двумя сетями, использующими различные протоколы взаимодействия.

Шлюз осуществляет свои функции на уровнях выше сетевого. Он не зависит от используемой передающей среды, но зависит от используемых протоколов обмена данными. Обычно шлюз выполняет преобразование между двумя протоколами.

С помощью шлюзов можно подключить локальную вычислительную сеть к главному компьютеру, а также локальную сеть подключить к глобальной.

Мосты, маршрутизаторы и даже шлюзы конструктивно выполняются в виде плат, которые устанавливаются в компьютерах. Функции свои они могут выполнять как в режиме полного выделения функций, так и в режиме совмещения их с функциями рабочей станции вычислительной сети.

Протокол – набор правил, определяющий взаимодействие двух одноименных уровней модели взаимодействия открытых систем в различных абонентских ЭВМ.

Протокол – это не программа. Правила и последовательность выполнения действий при обмене информацией, определенные протоколом, должны быть реализованы в программе. Обычно функции протоколов различных уровней реализуются в драйверах для различных вычислительных сетей.

Основные типы протоколов

Проще всего представить особенности сетевых протоколов на примере протоколов канального уровня, которые делятся на две основные группы: байт-ориентированные и бит-ориентированные.

Байт-ориентированный протокол обеспечивает передачу сообщения по информационному каналу в виде последовательности байтов. Кроме информационных байтов в канал передаются также управляющие и служебные байты. Такой тип протокола удобен для ЭВМ, так как она ориентирована на обработку данных, представленных в виде двоичных байтов. Для коммуникационной среды байт-ориентированный протокол менее удобен, так как разделение информационного потока в канале на байты требует использования дополнительных сигналов, что в конечном счете снижает пропускную способность канала связи.

Наиболее известным и распространенным байт-ориентированным протоколом является протокол двоичной синхронной связи BSC (Binary Synchronous Communication), разработанный фирмой IBM. Протокол обеспечивает передачу двух типов кадров: управляющих и информационных. В управляющих кадрах передаются управляющие и служебные символы, в информационных – сообщения (отдельные пакеты, последовательность пакетов). Работа протокола BSC осуществляется в три фазы: установление соединения, поддержание сеанса передачи сообщений, разрыв соединения. Протокол требует на каждый переданный кадр посылки квитанции о результате его приема. Кадры, переданные с ошибкой, передаются повторно. Протокол определяет максимальное число повторных передач.

Передача последующего кадра возможна только тогда, когда получена положительная квитанция на прием предыдущего. Это существенно ограничивает быстродействие протокола и предъявляет высокие требования к качеству канала связи.

Бит-ориентированный протокол предусматривает передачу информации в виде потока битов, не разделяемых на байты. Поэтому для разделения кадров используются специальные последовательности – флаги. В начале кадра ставится флаг открывающий, а в конце – флаг закрывающий.

Бит-ориентированный протокол удобен относительно коммуникационной среды, так как канал связи как раз и ориентирован на передачу последовательности битов. Для ЭВМ он не очень удобен, потому что из поступающей последовательности битов приходится выделять байты для последующей обработки сообщения. Впрочем, учитывая быстродействие ЭВМ, можно считать, что эта операция не окажет существенного влияния на ее производительность. Потенциально бит-ориентированные протоколы являются более скоростными по сравнению с байт-ориентированными, что обусловливает их широкое распространение в современных вычислительных сетях.

Типичным представителем группы бит-ориентированных протоколов являются протокол HDLC (High-level Data Link Control – высший уровень управления каналом связи) и его подмножества. Протокол HDLC управляет информационным каналом с помощью специальных управляющих кадров, в которых передаются команды. Информационные кадры нумеруются. Кроме того, протокол HDLC позволяет без получения положительной квитанции передавать в канал до трех – пяти кадров. Положительная квитанция, полученная, например, на третий кадр, показывает, что два предыдущих приняты без ошибок и необходимо повторить передачу только четвертого и пятого кадров. Такой алгоритм работы и обеспечивает высокое быстродействие протокола.

Из протоколов верхнего уровня модели ВОС следует отметить протокол Х.400 (электронная почта) и FTAM (File Transfer, Access and Management – передача файлов, доступ к файлам и управление файлами).

Стандарты протоколов вычислительных сетей

Для протоколов физического уровня стандарты определены рекомендациями МККТТ. Цифровая передача предусматривает использование протоколов Х.21 и Х.21 – бис.

Канальный уровень определяют протокол HDLC и его подмножества, а также протокол Х.25/3.

Широкое распространение локальных вычислительных сетей потребовало разработки стандартов для этой области. В настоящее время для ЛВС используются стандарты, разработанные Институтом инженеров по электротехнике и радиоэлектронике – ИИЭР (IEEE – Institute of Electrical and Electronics Engineers).

Комитеты IEEE 802 разработали ряд стандартов, часть из которых принята МОС (ISO) и другими организациями. Для ЛВС разработаны следующие стандарты: 802.1 – верхние уровни и административное управление;

■  802.2 – управление логическим звеном данных (LLC);

■  802.3 – случайный метод доступа к среде (CSMA/CD – with Collision Detection – множественный доступ обнаружением столкновений);

■  802.4 – маркерная шина;

■  802.5 – маркерное кольцо;

■  802.6 – городские сети.

Обмен информацией между одноименными уровнями определяется протоколами, речь о которых шла выше.