1. Автоматизированная обработка информации: основные

ЛЕКЦИОННЫЙ
МАТЕРИАЛ
ПО ИНФОРМАТИКЕ
СПО
1
Оглавление
Введение ................................................................................................................... 3
1. Автоматизированная обработка информации: основные понятия и
технология ................................................................................................................ 4
1.1. Информация, информационные процессы и информационное общество
................................................................................................................................ 4
1.2. Технология обработки информации ........................................................... 8
1.3. Компьютерные коммуникации .................................................................. 16
2. Общий состав и структура ПК и их программное обеспечение .................. 21
2.1. Архитектура ЭВМ ....................................................................................... 21
2.2. Программное обеспечение вычислительной техники............................. 35
2.3. Операционная система Windows ............................................................... 39
2.4. Прикладное программное обеспечение .................................................... 43
3. Защита информации от несанкционированного доступа ............................. 45
4. Локальные и глобальные сети, сетевые технологии обработки данных ..... 54
5. Прикладные программные средства ............................................................... 65
5.1. Текстовые процессоры ............................................................................... 65
5.2. Электронные таблицы ................................................................................ 66
5.3. Системы управления базами данных ........................................................ 67
5.4. Графические редакторы ............................................................................. 69
5.5. Информационно-поисковые системы ....................................................... 69
6. Автоматизированные системы ........................................................................ 73
6.1. Понятие автоматизированной системы .................................................... 73
6.2. Виды автоматизированных систем ........................................................... 74
2
Введение
Цель преподавания дисциплины "Информатика" состоит в изучении
основных положений и разделов информатики; получении навыков практического использования компьютера; получении отчетливого представления о
роли информатики и информационных технологий в современном мире.
Задачами изучения дисциплины являются:
 развитие логического и алгоритмического мышления.
 овладение основами функционирования персональных компьютеров, методами и средствами хранения и передачи информации, обработкой результатов измерений на ЭВМ, компьютерной графикой
 выработка умения самостоятельного решения задач обработки текстовой и цифровой информации, навыков практической работы на
персональном компьютере.
Дисциплина "Информатика" связана со следующими дисциплинами:
 Математика (разделы "Линейная алгебра"; "Численные методы")
 Физика (Раздел "Электричество и магнетизм").
В соответствии с Государственным образовательным стандартом курс
"Информатика" должен включать в себя следующие темы обязательного минимума:
Понятие информации, общая характеристика процессов сбора, передачи, обработки и накопления информации; технические и программные средства реализации информационных процессов; модели решения функциональных и вычислительных задач; алгоритмизация и программирование;
языки программирования высокого уровня; базы данных; программное обеспечение и технологии программирования; локальные и глобальные сети
ЭВМ; основы защиты информации и сведений, составляющих государственную тайну; методы защиты информации.
3
1. Автоматизированная обработка информации: основные понятия и
технология
1.1. Информация, информационные процессы и информационное общество
Фундаментальной чертой цивилизации является рост производства, потребления и накопления информации во всех отраслях человеческой деятельности. Вся жизнь человека так или иначе связана с получением, накоплением и обработкой информации. Что бы человек не делал: читает ли он книгу, смотрит ли он телевизор, разговаривает ли - он постоянно и непрерывно
получает и обрабатывает информацию.
Для современной цивилизации характерна небывалая скорость развития
науки, техники и новых технологий. Так, от изобретения книгопечатания (середина XV века) до изобретения радиоприемника (1895 год) прошло около
440 лет, а между изобретением радио и телевидения - около 30 лет. Разрыв во
времени между изобретением транзистора и интегральной схемы составил
всего 5 лет.
В области накопления научной информации ее объем начиная с XVII
века удваивался примерно каждые 10 - 15 лет. Поэтому одной из важнейших
проблем человечества является лавинообразный поток информации в любой
отрасли его жизнедеятельности. Подсчитано, например, что в настоящее
время специалист должен тратить около 80% своего рабочего времени, чтобы
уследить за всеми новыми печатными работами в его области деятельности.
Увеличение информации и растущий спрос на нее обусловили появление отрасли, связанной с автоматизацией обработки информации - ИНФОРМАТИКИ.
Концепции информации
Существование множества определений информации обусловлено
сложностью, специфичностью и многообразием подходов к толкованию
сущности этого понятия. Существуют 3 наиболее распространенные концепции информации, каждая из которых по-своему объясняет ее сущность.
Первая концепция (концепция К. Шеннона), отражая количественноинформационный подход, определяет информацию как меру неопределенности (энтропию) события. Количество информации в том или ином
случае зависит от вероятности его получения: чем более вероятным является
сообщение, тем меньше информации содержится в нем. Этот подход, хоть и
не учитывает смысловую сторону информации, оказался весьма полезным в
технике связи и вычислительной технике и послужил основой для измерения
информации и оптимального кодирования сообщений. Кроме того, он пред4
ставляется удобным для иллюстрации такого важного свойства информации,
как новизна, неожиданность сообщений.
При таком понимании информация - это снятая неопределенность,
или результат выбора из набора возможных альтернатив.
Вторая концепция рассматривает информацию как свойство материи. Ее появление связано с развитием кибернетики и основано на утверждении, что информацию содержат любые сообщения, воспринимаемые человеком или приборами. Наиболее ярко и образно эта концепция информации выражена академиком В.М. Глушковым. Он писал, что "информацию
несут не только испещренные буквами листы книги или человеческая речь,
но и солнечный свет, складки горного хребта, шум водопада, шелест травы".
То есть, информация как свойство материи создает представление о ее
природе и структуре, упорядоченности и разнообразии. Она не может
существовать вне материи, а значит, она существовала и будет существовать вечно, ее можно накапливать, хранить и перерабатывать.
Третья концепция основана на логико-семантическом подходе, при
котором информация трактуется как знание, причем не любое знание, а та
его часть, которая используется для ориентировки, для активного действия,
для управления и самоуправления.
Иными словами, информация - это действующая, полезная часть
знаний. Представитель этой концепции В. Г. Афанасьев, развивая логикосемантический подход, дает определение социальной информации: "Информация, циркулирующая в обществе, используемая в управлении социальными
процессами, является социальной информацией. Она представляет собой
знания, сообщения, сведения о социальной форме движения материи и о всех
других формах в той мере, в какой она используется обществом..."
Социальная информация - многоуровневое знание. Она характеризует
общественные процессы в целом - экономические, политические, социальные, демографические, культурно-духовные и т.д.; конкретные процессы,
происходящие в различных ячейках общества - на предприятиях, в кооперативах, семьях и т.д.; а также интересы и стремления различных социальных
групп - рабочего класса, молодежи, пенсионеров, женщин и др. В самом общем смысле под социальной информацией понимают знания, сообщения,
сведения о социальной форме движения материи и о всех других ее формах в
той мере, в какой они используются обществом, вовлеченными в орбиту общественной жизни. То есть информация есть содержание логического мышления, которое, воспринимаясь с помощью слышимого или видимого слова,
может быть использована людьми в их деятельности.
Рассмотренные подходы в определенной мере дополняют друг друга,
освещают различные стороны сущности понятия информации и облегчают
тем самым систематизацию ее основных свойств. Обобщив данные подходы,
можно дать следующее определение информации:
Информация - это сведения, снимающие неопределенность об
окружающем мире, которые являются объектом хранения, преобразова5
ния, передачи и использования. Сведения - это знания выраженные в
сигналах, сообщениях, известиях, уведомлениях и т.д.
Классификация информации
1. Информация подразделяется по форме представления на 2 вида:
 дискретная форма представления информации - это последовательность символов, характеризующая прерывистую, изменяющуюся
величину (количество дорожно-транспортных происшествий, количество тяжких преступлений и т.п.);
 аналоговая или непрерывная форма представления информации это величина, характеризующая процесс, не имеющий перерывов
или промежутков (температура тела человека, скорость автомобиля
на определенном участке пути и т.п.).
2. По области возникновения выделяют информацию:
 элементарную (механическую), которая отражает процессы, явления
неодушевленной природы;
 биологическую, которая отражает процессы животного и растительного мира;
 социальную, которая отражает процессы человеческого общества.
3. По способу передачи и восприятия различают следующие виды информации:
 визуальную, передаваемую видимыми образами и символами;
 аудиальную, передаваемую звуками;
 тактильную, передаваемую ощущениями;
 органолептическую, передаваемую запахами и вкусами;
 машинную, выдаваемую и воспринимаемую средствами вычислительной техники.
4. Информацию, создаваемую и используемую человеком, по общественному назначению можно разбить на три вида:
 личную, предназначенную для конкретного человека;
 массовую, предназначенную для любого желающего ее пользоваться (общественно-политическая, научно-популярная и т.д.) ;
 специальную, предназначенную для использования узким кругом
лиц, занимающихся решением сложных специальных задач в области науки, техники, экономики.
5. По способам кодирования выделяют следующие типы информации:
 символьную, основанную на использовании символов - букв, цифр,
знаков и т. д. Она является наиболее простой, но практически применяется только для передачи несложных сигналов о различных событиях. Примером может служить зеленый свет уличного светофора, который сообщает о возможности начала движения пешеходам
или водителям автотранспорта.
 текстовую, основанную на использовании комбинаций символов.
Здесь так же, как и в предыдущей форме, используются символы:
6
буквы, цифры, математические знаки. Однако информация заложена
не только в этих символах, но и в их сочетании, порядке следования.
Так, слова КОТ и ТОК имеют одинаковые буквы, но содержат различную информацию. Благодаря взаимосвязи символов и отображению речи человека текстовая информация чрезвычайно удобна и
широко используется в деятельности человека: книги, брошюры,
журналы, различного рода документы, аудиозаписи кодируются в
текстовой форме.
 графическую, основанную на использовании произвольного сочетания в пространстве графических примитивов. К этой форме относятся фотографии, схемы, чертежи, рисунки, играющие большое
значение в деятельности человек.
Свойства информации можно рассматривать в трех аспектах: техническом - это точность, надежность, скорость передачи сигналов и т.д.; семантическом - это передача смысла текста с помощью кодов и прагматическом это насколько эффективно информация влияет на поведение объекта.
7
1.2. Технология обработки информации
Технология обработки текстовой информации
Редакторы текстов программ рассчитаны на редактирование программ
на том или ином языке программирования. Редакторы текста, и рассчитаны
на тексты программ, и выполняют следующие функции:
 диалоговый просмотр текста;
 редактирование строк программы;
 копирование и перенос блоков текста из одного места в другое;
 копирование одной программы или её части в указанное место другой программы;
 контекстный поиск и замену подстрок текста;
 автоматический поиск строки, содержащей ошибку;
 распечатку программы или её необходимой её части.
Редакторы документов – программы для обработки документов, ориентированные на работу с текстами, имеющие структуру документа, т. е. состоящими из разделов, страниц, абзацев, предложений, слов и т.д. Следовательно, редакторы для обработки документов обеспечивают такие функции, как:
 возможность использования различных шрифтов символов;
 задание произвольных межстрочных промежутков;
 автоматический перенос слов на следующую строку;
 автоматическую нумерацию страниц;
 обработку и нумерацию строк;
 печать верхних и нижних заголовков страниц (колонтитулов);
 выравнивание краев абзаца;
 набор текста в несколько столбцов;
 создание таблиц и построение диаграмм;
 проверку правописания и подбор символов.
Редакторы текстов программ, можно использовать для создания и корректировки небольших документов. Однако при необходимости серьезной
работы с документами лучше использовать редакторы, ориентированные на
работу с документами.
Современные текстовые процессоры предоставляют пользователю широкие возможности по подготовке документов. Это и функции редактирования, допускающие возможность любого изменения, вставки, замены, копирования и перемещения фрагментов в рамках одного документа и между различными документами, контекстного поиска, функции форматирования символов, абзацев, страниц, разделов документа, верстки, проверки грамматики
и орфографии, использования наряду с простыми текстовыми элементами
списков, таблиц, рисунков, графиков и диаграмм.
Значительное сокращение времени подготовки документов обеспечивают такие средства автоматизации набора текста, как автотекст и автозамена, использование форм, шаблонов и мастеров типовых документов.
8
Наличие внешней памяти компьютера обеспечивает удобное длительное хранение подготовленных ранее документов, быстрый доступ к ним в
любое время.
Существенно упрощают процедуру ввода данных сканеры и голосовые
устройства. Существующие системы распознавания текстов, принимаемых
со сканера, включают функцию экспорта документа в текстовые редакторы.
Широкий спектр печатающих устройств в сочетании с функциями подготовки документа к печати, предварительного просмотра, обеспечивает получение высококачественных черно-белых и цветных копий на бумаге и прозрачной пленке.
Таким образом, современные программы предусматривают множество
функций, позволяющих готовить текстовую часть документа на типографическом уровне. Кроме того, современные программы позволяют включать в
текст графические объекты: рисунки, диаграммы, фотографии. Благодаря
этим возможностям файл, представляющий собой текстовый документ, может содержать, помимо алфавитно-цифровых символов, обширную двоичную информацию о форматировании текста, а также графические объекты.
Технология обработки графической информации
Почти с момента создания ЭВМ появилась и компьютерная графика,
которая сейчас считается неотъемлемой частью мировой технологии. По
началу это была лишь векторная графика – построение изображения с помощью так называемых “векторов” - функций, которые позволяют вычислить
положение точки на экране или бумаге. Например, функция, графиком которой является круг, прямая линия или другие более сложные кривые.
Совокупность таких “векторов” и есть векторное изображения.
С развитием компьютерной техники и технологий появилось множество способов постройки графических объектов. Но для начала, определимся
с термином "графический объект". Это либо само графическое изображение
или его часть. В зависимости от видов компьютерной графики под этим термином понимаются как и пиксели или спрайты (в растровой графике), так и
векторные объекты, такие как круг, квадрат, линия, кривая и т.д. (в векторной
графике).
Для дальнейшего рассмотрения проблемы постройки объектов с помощью векторной графики, необходимо уяснить разницу между двумя основными видами компьютерной графики - растровой и векторной.
Векторная графика. Основным логическим элементом векторной графики является геометрический объект. В качестве объекта принимаются простые геометрические фигуры (так называемые примитивы - прямоугольник,
окружность, эллипс, линия), составные фигуры или фигуры, построенные из
примитивов, цветовые заливки, в том числе градиенты.
9
Преимущество векторной графики заключается в том, что форму, цвет
и пространственное положение составляющих ее объектов можно описывать
с помощью математических формул.
Важным объектом векторной графики является сплайн. Сплайн - это
кривая, посредством которой описывается та или иная геометрическая фигура. На сплайнах построены современные шрифты TryeType и PostScript.
У векторной графики много достоинств. Она экономна в плане дискового пространства, необходимого для хранения изображений: это связано с
тем, что сохраняется не само изображение, а только некоторые основные
данные, используя которые, программа всякий раз воссоздает изображение
заново. Кроме того, описание цветовых характеристик почти не увеличивает
размер файла.
Объекты векторной графики легко трансформируются и модифицируются, что не оказывает практически никакого влияния на качество изображения. Масштабирование, поворот, искривление могут быть сведены к паретройке элементарных преобразований над векторами.
В тех областях графики, где важное значение имеет сохранение ясных
и четких контуров, например, в шрифтовых композициях, в создании логотипов и прочее, векторные программы незаменимы.
Векторная графика может включать в себя и фрагменты растровой графики: фрагмент становится таким же объектом, как и все остальные (правда,
со значительными ограничениями в обработке).
Растровая графика. Растровая графика описывает изображения с использованием цветных точек, называемых пикселями, расположенных на
сетке. Например, изображение древесного листа описывается конкретным
расположением и цветом каждой точки сетки, что создает изображение примерно также как в мозаике.
10
При редактировании растровой графики Вы редактируете пиксели, а не
линии. Растровая графика зависит от разрешения, поскольку информация,
описывающая изображение, прикреплена к сетке определенного размера.
При редактировании растровой графики, качество ее представления может
измениться. В частности, изменение размеров растровой графики может привести к "разлохмачиванию" краев изображения, поскольку пиксели будут перераспределяться на сетке. Вывод растровой графики на устройства с более
низким разрешением, чем разрешение самого изображения, понизит его качество.
Основой растрового представления графики является пиксель (точка) с
указанием ее цвета. При описании, например, красного эллипса на белом
фоне приходится указывать цвет каждой точки как эллипса, так и фона.
Изображение представляется в виде большого количества точек – чем их
больше, тем визуально качественнее изображение и больше размер файла.
Т.е. одна и даже картинка может быть представлена с лучшим или худшим
качеством в соответствии с количеством точек на единицу длины – разрешением (обычно, точек на дюйм – dpi или пикселей на дюйм – ppi).
Кроме того, качество характеризуется еще и количеством цветов и оттенков, которые может принимать каждая точка изображения. Чем большим
количеством оттенков характеризуется изображения, тем большее количество разрядов требуется для их описания. Красный может быть цветом номер
001, а может и – 00000001. Таким образом, чем качественнее изображение,
тем больше размер файла.
Растровое представление обычно используют для изображений фотографического типа с большим количеством деталей или оттенков. К сожалению, масштабирование таких картинок в любую сторону обычно ухудшает
качество. При уменьшении количества точек теряются мелкие детали и деформируются надписи (правда, это может быть не так заметно при уменьшении визуальных размеров самой картинки – т.е. сохранении разрешения).
Добавление пикселей приводит к ухудшению резкости и яркости изображения, т.к. новым точкам приходится давать оттенки, средние между двумя и
более граничащими цветами. Распространены форматы .tif, .gif, .jpg, .png,
.bmp, .pcx и др.
Таким образом, выбор растрового или векторного формата зависит от
целей и задач работы с изображением. Если нужна фотографическая точность цветопередачи, то предпочтительнее растр. Логотипы, схемы, элементы оформления удобнее представлять в векторном формате. Понятно, что и в
растровом и в векторном представлении графика (как и текст) выводятся на
экран монитора или печатное устройство в виде совокупности точек. В Интернете графика представляется в одном из растровых форматов, понимаемых браузерами без установки дополнительных модулей – GIF, JPG, PNG.
Технология обработки числовой информации
11
Электронная таблица — это программа обработки числовых данных,
хранящая и обрабатывающая данные в прямоугольных таблицах.
Электронная таблица состоит из столбцов и строк. Заголовки столбцов
обозначаются буквами или сочетаниями букв (A, G, АВ и т. п.), заголовки
строк — числами (1, 16, 278 и т. п.). Ячейка — место пересечения столбца и
строки.
Каждая ячейка таблицы имеет свой собственный адрес. Адрес ячейки
электронной таблицы составляется из заголовка столбца и заголовка строки,
например: Al, B5, E7. Ячейка, с которой производятся какие-то действия, выделяется рамкой и называется активной.
Электронные таблицы, с которыми работает пользователь в приложении, называются рабочими листами. Можно вводить и изменять данные одновременно на нескольких рабочих листах, а также выполнять вычисления на
основе данных из нескольких листов. Документы электронных таблиц могут
включать несколько рабочих листов и называются рабочими книгами.
Электронные таблицы позволяют работать с тремя основными типами
данных: число, текст и формула.
Числа в электронных таблицах Excel могут быть записаны в обычном
числовом или экспоненциальном формате, например: 195,2 или 1.952Ё + 02.
По умолчанию числа выравниваются в ячейке по правому краю. Это объясняется тем, что при размещении чисел друг под другом (в столбце таблицы)
удобно иметь выравнивание по разрядам (единицы под единицами, десятки
под десятками и т. д.).
Текстом в электронных таблицах Excel является последовательность
символов, состоящая из букв, цифр и пробелов, например запись «32 Мбайт»
является текстовой. По умолчанию текст выравнивается в ячейке по левому
краю. Это объясняется традиционным способом письма (слева направо).
Формула должна начинаться со знака равенства и может включать в
себя числа, Имена ячеек, функции (Математические, Статистические, Финансовые, Дата и время и т.д.) и знаки математических: операций. Например,
формула «=А1+В2» обеспечивает сложение чисел, хранящихся в ячейках А1
и В2, а формула «=А1*5» — умножение числа, хранящегося в ячейке А1, на
5. При вводе формулы в ячейке отображается не сама формула, а результат
вычислений по этой формуле. При изменении исходных значений, входящих
в формулу, результат пересчитывается немедленно.
12
В формулах используются ссылки на адреса ячеек. Существуют два основных типа ссылок: относительные и абсолютные. Различия между ними
проявляются при копировании формулы из активной ячейки в другую ячейку.
Относительная ссылка в формуле используется для указания адреса
ячейки, вычисляемого относительно ячейки, в которой находится формула.
При перемещении или копировании формулы из активной ячейки относительные ссылки автоматически обновляются в зависимости от нового положения формулы. Относительные ссылки имеют следующий вид: А1, ВЗ.
Абсолютная ссылка в формуле используется для указания фиксированного адреса ячейки. При перемещении или копировании формулы абсолютные ссылки не изменяются. В абсолютных ссылках перед неизменяемым
значением адреса ячейки ставится знак доллара (например, $А$1).
Если символ доллара стоит перед буквой (например: $А1), то координата столбца абсолютная, а строки — относительная. Если символ доллара
стоит перед числом (например, А$1), то, наоборот, координата столбца относительная, а строки — абсолютная. Такие ссылки называются смешанными.
Пусть, например, в ячейке С1 записана формула =А$1+$В1, которая
при копировании в ячейку D2 приобретает вид =В$1+$В2.
Относительные ссылки при копировании изменились, а абсолютные —
нет.
Электронные таблицы позволяют осуществлять сортировку данных.
Данные в электронных таблицах сортируются по возрастанию или убыванию. При сортировке данные выстраиваются в определенном порядке. Можно проводить вложенные сортировки, т. е. сортировать данные по нескольким столбцам, при этом назначается последовательность сортировки столбцов.
В электронных таблицах возможен поиск данных в соответствии с указанными условиями — фильтрами. Фильтры определяются с помощью условий поиска (больше, меньше, равно и т. д.) и значений (100, 10 и т. д.).
Например, больше 100. В результате поиска будут найдены те ячейки, в которых содержатся данные, удовлетворяющие заданному фильтру.
Электронные таблицы позволяют представлять числовые данные в виде диаграмм или графиков. Диаграммы бывают различных типов (столбчатые, круговые и т. д.); выбор типа диаграммы зависит от характера данных.
13
Технология хранения, поиска и сортировки информации
Любой из нас, начиная с раннего детства, многократно сталкивался с
"базами данных". Это - всевозможные справочники, энциклопедии. Записная
книжка - это тоже "база данных", которая есть у каждого из нас.
Базы данных представляют собой информационные модели, содержащие данные об объектах и их свойствах. Базы данных хранят информацию о
группах объектов с одинаковыми свойствами. Информация в базах данных
хранится в упорядоченном виде (например, в записной книжке все записи
упорядочены по алфавиту, в библиотечном каталоге - либо по алфавиту, либо
по области знания).
База данных — это информационная модель, позволяющая упорядоченно хранить данные о группе объектов, обладающих одинаковым набором
свойств.
Существует несколько различных типов баз данных: табличные, иерархические и сетевые.
Табличные базы данных
Табличная база данных содержит перечень объектов одного типа, т. е.
объектов с одинаковым набором свойств. Такую базу данных удобно представлять в виде двумерной таблицы.
Рассмотрим, например, базу данных «Компьютер» (табл.), представляющую собой перечень объектов (компьютеров), каждый из которых имеет
имя (название). В качестве характеристик (свойств) могут выступать тип
процессора и объем оперативной памяти.
Столбцы такой таблицы называют полями; каждое поле характеризуется своим именем (названием соответствующего свойства) и типом данных,
отражающих значения данного свойства. Поля Название и Тип процессора —
текстовые, а Оперативная память — числовое. При этом каждое поле обладает определенным набором свойств (размер, формат и др.). Так, для поля Оперативная память задан формат данных целое число.
14
Поле базы данных — это столбец таблицы, включающий в себя значения определенного свойства.
Строки таблицы являются записями об объекте; эти записи разбиты на
поля столбцами таблицы. Запись базы данных — это строка таблицы, которая содержит набор значений различных свойств объекта.
В каждой таблице должно быть, по крайней мере, одно ключевое поле, содержимое которого уникально для любой записи в этой таблице. Значения
ключевого поля однозначно определяют каждую запись в таблице.
Иерархические базы данных
Иерархические базы данных графически могут
быть представлены как дерево, состоящее из объектов
различных уровней. Верхний уровень занимает один
объект, второй — объекты второго уровня и т. д.
Между объектами существуют связи, каждый
объект может включать в себя несколько объектов более низкого уровня. Такие объекты находятся в отношении предка (объект более близкий к корню) к потомку (объект более низкого уровня), при этом возможно, чтобы объект-предок не имел потомков или
имел их несколько, тогда как у объекта-потомка обязательно только один предок. Объекты, имеющие общего предка, называются близнецами.
Иерархической базой данных является Каталог
папок Windows, с которым можно работать, запустив Проводник. Верхний
уровень занимает папка Рабочий стол (На втором уровне находятся папки
Мой компьютер, Мои документы. Сетевое окружение и Корзина, которые
представляют собой потомков папки Рабочий стол, будучи между собой
близнецами. В свою очередь, папка Мой компьютер — предок по отношению
к папкам третьего уровня, папкам дисков (Диск 3,5(А:), С:, D:, E:, F:) и системным папкам (Принтеры, Панель управления и др.).
Иерархической базой данных является реестр Windows, в котором хранится вся информация, необходимая для нормального функционирования
компьютерной системы (данные о конфигурации компьютера и установленных драйверах, сведения об установленных программах, настройки графического интерфейса).
15
Содержание реестра автоматически обновляется при установке нового
оборудования, инсталляции программ и т.д. Для просмотра и редактирования
реестра Windows в ручном режиме можно использовать специальную программу regedit.exe. Однако редактирование реестра нужно проводить крайне
осторожно при условии понимания выполняемых действий. Неквалифицированное редактирование реестра может привести компьютер в неработоспособное состояние.
Еще одним примером иерархической базы данных является база данных Доменная система имен подключенных к Интернету компьютеров. На
верхнем уровне находится табличная база данных, содержащая перечень доменов верхнего уровня (всего 264). На втором уровне - табличные базы данных, содержащие перечень доменов второго уровня для каждого домена первого уровня. На третьем уровне могут находится табличные базы, содержащие перечень доменов третьего уровня для каждого домена второго уровня,
и таблицы, содержащие IP-адреса компьютеров, находящихся в домене второго уровня.
1.3. Компьютерные коммуникации
Компьютерная сеть — это два или более компьютера, обменивающихся информацией по линиям связи.
Компьютерная сеть позволяет передавать информацию с одного компьютера на другой, а значит, совместно использовать ресурсы, например,
принтеры, модемы и устройства хранения информации.
Сети бывают:
 локальные – объединяют компьютеры, находящиеся недалеко друг
от друга, например, стоящие в соседних комнатах, в одном здании;
 глобальные – компьютеры могут находиться в разных городах и
странах. Глобальные сети, как правило, объединяют несколько локальных сетей.
Internet – это глобальная компьютерная система, которая:
 логически взаимосвязана пространством глобальных уникальных
адресов (каждый компьютер, подключаемый к сети имеет свой уникальный адрес);
 способна поддерживать коммуникации (обмен информацией);
16
обеспечивает работу высокоуровневых сервисов (служб), например,
WWW, электронная почта, телеконференции, разговоры в сети и
другие.
Internet является одноранговой сетью, т.е. все компьютеры в сети
равноправны, и любой компьютер можно подключить к любому другому
компьютеру. Т.о., любой компьютер, подключенный к сети, может предлагать свои услуги любому другому.
Internet предоставляет пользователям всевозможные информационные и коммуникационные услуги.
Информационные услуги - услуги доступа к информации:
 доступ к информационные ресурсам сети, то есть можно получить
необходимую информацию, имеющуюся на серверах сети, например, документы, файлы, информацию из различных баз данных и
т.п.;
 размещение собственной информации в сети. Существует множество серверов, предоставляющих возможность бесплатно разместить
на них информацию. Если информация размещается в целях публикации, то любые пользователи Internet могут получить доступ к этой
информации и получать и просматривать ее в любое время.
Коммуникационные услуги - услуги обмена информацией, общения:
 обмен информацией в отсроченном режиме. Так работает, например,
электронная почта. Отправитель направляет письмо в почтовый
ящик получателя, который просмотрит это письмо в удобное для него время.
 обмен в режиме реального времени. Например, разговоры в сети.
Люди набирают свои реплики с клавиатуры и посылают их на разговорный сервер, и эти реплики видят все участники разговора одновременно.

История возникновения Internet
1969 – 4 компьютера объединены в APRANET.
1971 – работа над проектом Internetting Project (Проект объединения сетей). В ходе выполнения проекта был разработан протокол TCP/IP
(Transmission Control Protocol/Internet Protocol – Протокол управления передачей/Межсетевой протокол).
1 января 1983 года был осуществлен одновременный переход всех
компьютеров в составе ARPANET на протокол TCP/IP.
1990 – первая российская сеть RELCOM, созданная на базе Курчатовского института атомной энергии в Москве.
 При подключении к Интернет сеть не должна подвергаться внутренним переделкам;
 Если пакет с информацией не прибыл в пункт назначения, источник
должен вскоре повторно передать его;
17


Для объединения сетей должны использоваться черные ящики
(шлюзы и маршрутизаторы), которые должны оставаться простыми;
Не должно существовать общей системы управления глобальной сетью.
Протоколы передачи информации в Internet
Протокол — это набор правил и соглашений, используемых при передаче данных.
Основополагающим протоколом сети Internet является протокол
TCP/IP.
TCP (Transmission Control Protocol) — протокол управления передачей.
Он определяет, каким образом информация должна быть разбита на пакеты и
отправлена по каналам связи. TCP располагает пакеты в нужном порядке, а
также проверяет каждый пакет на наличие ошибок при передаче.
Каждый информационный пакет содержит IP-адреса (IP – Internet
Protocol) компьютера-отправителя и компьютера-получателя. Специальные
компьютеры, называемые маршрутизаторами, используя IP-адреса, направляют информационные пакеты в нужную сторону, то есть к указанному в них
получателю.
Протокол телеконференций
News Net Transfer Protocol
NNTP
Протокол получения электронных писем
Post Office Protocol 3
POP3
Простой протокол отправки электронных писем
Simple Mail Transfer Protocol
SMTP
протокол передачи файлов
File Transfer Protocol
FTP
Протокол передачи гипертекста
Hyper Text Transfer Protocol
HTTP
Адреса компьютеров в Internet
Каждый компьютер, подключенный к сети Internet, имеет свой уникальный IP-адрес.
IP-адрес — это уникальный номер, однозначно идентифицирующий
компьютер в Internet. IP-адрес представляет собой четыре числа (октета),
разделенные точками, например, 194.67.67.97 (после последнего числа точка
не ставится).
Каждое число может быть в интервале от 0 до 255, что соответствует
информационному объему в 1 байт или 8 бит. Таким образом, IP-адрес – это
4 байта или 32 бита. Если с помощью одного байта можно передать 28=256
18
вариантов, то с помощью 4-х байтов можно передать 232»4 млрд. вариантов,
то к сети Internet может быть максимально подключено 4 млрд. пользователей.
Система доменных имен
Числовые адреса хороши для связи машин, но при работе в сети удобнее использовать имена. Поэтому всем компьютерам в Internet были присвоены собственные (доменные) имена (напpимеp, www.sch130.nsc.ru).
Раньше соответствие между адресом и именем определялось из специального текстового файла - host file (файл рабочих ЭВМ).
Cистема запросов в сети Интернет, позволяющая получать информацию о соответствии адресов и имен по сети, которая сейчас называется доменной системой имен - DNS (Domain Name System).
Домены в именах отделяются друг от друга точками:
nsc.ru - Сеть ННЦ
ict.nsc.ru - Сеть ИВТ СО РАН
nsu.ru - Университетская сеть в Новосибирске
www.sch130.nsc.ru – Лицей №130
http://www.ripn.net/ Российский НИИ Развития Общественных Сетей
ru – Россия,
us – США,
fr – Франция,
cn – Китай,
cl – Чили,
jp – Япония
edu - сеть университетов
com - сеть коммерческих организаций
gov - сеть государственных организаций
mil - сеть Министерства обороны США
org - сеть общественных организаций
net - сеть сетевых организаций
19
URL
IP-адрес или соответствующее ему доменное имя позволяют однозначно идентифицировать компьютер в сети Internet.
Но дело в том, что на компьютере может присутствовать множество
различной информации в различных форматах, например, в виде файлов,
электронных сообщений, страниц и т.п. Для того, чтобы можно было безошибочно получать нужную информацию и в нужном формате используется
строка символов, которую называют универсальный указатель ресурса или
URL (Universal Resource Locator). Эта строка однозначно идентифицирует
любой ресурс в сети Internet.
20
2. Общий состав и структура ПК и их программное обеспечение
2.1. Архитектура ЭВМ
Архитектура ЭВМ - это общее описание структуры и функций ЭВМ
на уровне, достаточном для понимания принципов работы и системы команд
ЭВМ, не включающее деталей технического и физического устройства компьютера.
К архитектуре относятся следующие принципы построения ЭВМ:
1. структура памяти ЭВМ;
2. способы доступа к памяти и внешним устройствам;
3. возможность изменения конфигурации;
4. система команд;
5. форматы данных;
6. организация интерфейса.
Основные принципы построения ЭВМ были сформулированы американским учёным Джоном фон Нейманом в 40-х годах 20 века:
1. Любую ЭВМ образуют три основные компоненты: процессор, память и устройства ввода-вывода (УВВ).
2. Информация, с которой работает ЭВМ делится на два типа:
o набор команд по обработке (программы);
o данные подлежащие обработке.
3. И команды, и данные вводятся в память (ОЗУ) – принцип хранимой
программы.
4. Руководит обработкой процессор, устройство управления (УУ) которого выбирает команды из ОЗУ и организует их выполнение, а арифметикологическое устройство (АЛУ) проводит арифметические и логические операции над данными.
5. С процессором и ОЗУ связаны устройства ввода-вывода (УВВ).
Архитектура современных персональных компьютеров основана на
магистрально-модульном принципе. Информационная связь между
устройствами компьютера осуществляется через системную шину (другое
название - системная магистраль).
21
Шина - это кабель, состоящий из множества проводников. По одной
группе проводников - шине данных передаётся обрабатываемая информация, по другой - шине адреса - адреса памяти или внешних устройств, к которым обращается процессор. Третья часть магистрали - шина управления,
по ней передаются управляющие сигналы (например, сигнал готовности
устройства к работе, сигнал к началу работы устройства и др).
Системная шина характеризуется тактовой частотой и разрядностью.
Количество одновременно передаваемых по шине бит называется разрядностью шины. Тактовая частота характеризует число элементарных операций по передаче данных в 1 секунду. Разрядность шины измеряется в битах,
тактовая частота – в мегагерцах.
Всякая информация, передаваемая от процессора к другим устройствам
по шине данных, сопровождается адресом, передаваемым по адресной шине.
Это может быть адрес ячейки памяти или адрес периферийного устройства.
Необходимо, чтобы разрядность шины позволила передать адрес ячейки памяти. Таким образом, словами разрядность шины ограничивает объем оперативной памяти ЭВМ, он не может быть больше чем
, где n – разрядность
шины. Важно, чтобы производительности всех подсоединённых к шине
устройств были согласованы. Неразумно иметь быстрый процессор и медленную память или быстрый процессор и память, но медленный винчестер.
Ниже представлена схема устройства компьютера, построенного по магистральному принципу:
В современных ЭВМ реализован принцип открытой архитектуры,
позволяющий пользователю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости её модернизацию. Конфигурацией компьютера называют фактический набор компонентов ЭВМ,
которые составляют компьютер. Принцип открытой архитектуры позволяет
менять состав устройств ЭВМ. К информационной магистрали могут подключаться дополнительные периферийные устройства, одни модели
устройств могут заменяться на другие.
Аппаратное подключение периферийного устройства к магистрали на
физическом уровне осуществляется через специальный блок - контроллер
(другие названия - адаптер, плата, карта). Для установки контроллеров на материнской плате имеются специальные разъёмы - слоты.
22
Программное управление работой периферийного устройства производится через программу - драйвер, которая является компонентой операционной системы. Так как существует огромное количество разнообразных
устройств, которые могут быть установлены в компьютер, то обычно к каждому устройству поставляется драйвер, взаимодействующий непосредственно с этим устройством.
Связь компьютера с внешними устройствами осуществляется через
порты – специальные разъёмы на задней панели компьютера. Различают последовательные и параллельные порты. Последовательные (COM – порты)
служат для подключения манипуляторов, модема и передают небольшие
объёмы информации на большие расстояния. Параллельные (LPT - порты)
служат для подключения принтеров, сканеров и передают большие объёмы
информации на небольшие расстояния. В последнее время широкое распространение получили последовательные универсальные порты (USB), к которым можно подключать различные устройства.
Минимальная конфигурация компьютера включает в себя: системный
блок, монитор, клавиатуру и мышь.
Состав системного блока
Системный блок – основная часть компьютера. Он состоит из металлического корпуса, в котором располагаются основные компоненты компьютера. С ним соединены кабелями клавиатура, мышь и монитор. Внутри системного блока расположены:
 микропроцессор, который выполняет все поступающие команды,
производит вычисления и управляет работой всех компонентов
компьютера;
 оперативная память, предназначенная для временного хранения
программ и данных;
 системная шина, осуществляющая информационную связь между
устройствами компьютера;
 материнская плата, на которой находятся микропроцессор, системная шина, оперативная память, коммуникационные разъемы,
микросхемы управления различными компонентами компьютера,
счётчик времени, системы индикации и защиты;
 блок питания, преобразующий электропитание сети в постоянный
ток низкого напряжения, подаваемый на электронные схемы компьютера;
 вентиляторы для охлаждения греющихся элементов;
 устройства внешней памяти, к которым относятся накопители на
гибких и жестких магнитных дисках, дисковод для компакт-дисков
СD-ROM, предназначенные для длительного хранения информации.
Аппаратной основой системного блока является материнская плата самостоятельный элемент, который управляет внутренними связями и с по23
мощью системы прерываний взаимодействует с внешними устройствами. На
материнской плате расположены все важнейшие микросхемы.
Персональные компьютеры делятся на стационарные и портативные.
Стационарные обычно устанавливаются рабочем столе. Портативные компьютеры делятся на следующие категории:
1. переносные (portable), которые имеют небольшую массу и габариты и поддаются транспортировке одним человеком;
2. наколенные (laptop), выполненные в виде дипломата;
3. блокнотные (notebook), имеющие габариты большого блокнота;
4. карманные (pocket), которые помещаются в карман.
В соответствии с вышеприведенной классификацией, системные блоки
могут иметь следующие типы корпусов:

desktop

tower

notebook
Центральный процессор - это центральное устройство компьютера,
которое выполняет операции по обработке данных и управляет периферийными устройствами компьютера. У компьютеров четвёртого поколения и
старше функции центрального процессора выполняет микропроцессор на основе СБИС, содержащей несколько миллионов элементов, конструктивно созданный на полупроводниковом кристалле путём применения сложной микроэлектронной технологии.
В состав центрального процессора входят:
 устройство управления (УУ);
 арифметико-логическое устройство (АЛУ);
 запоминающее устройство (ЗУ) на основе регистров процессорной
памяти и кэш-памяти процессора;
 генератор тактовой частоты (ГТЧ).
Устройство управления организует процесс выполнения программ и
координирует взаимодействие всех устройств ЭВМ во время её работы.
24
Арифметико-логическое устройство выполняет арифметические и
логические операции над данными: сложение, вычитание, умножение, деление, сравнение и др.
Запоминающее устройство - это внутренняя память процессора. Регистры служит промежуточной быстрой памятью, используя которые, процессор выполняет расчёты и сохраняет промежуточные результаты. Для
ускорения работы с оперативной памятью используется кэш-память, в которую с опережением подкачиваются команды и данные из оперативной памяти, необходимые процессору для последующих операций.
Генератор тактовой частоты генерирует электрические импульсы,
синхронизирующие работу всех узлов компьютера. В ритме ГТЧ работает
центральный процессор.
К основным характеристикам процессора относятся:
 Быстродействие (вычислительная мощность) – это среднее число
операций процессора в секунду.
 Тактовая частота в МГц. Тактовая равна количеству тактов в секунду. Такт - это промежуток времени между началом подачи текущего импульса ГТЧ и началом подачи следующего. Характерные
тактовые частоты микропроцессоров: 40 МГц, 66 МГц, 100 МГц,
130 МГц, 166 МГц, 200 МГц, 333 МГц, 400 МГц, 600 МГц, 800 МГц,
1000 МГц и т. д. До 3ГГц Тактовая частота отражает уровень промышленной технологии, по которой изготавливался данный процессор. Она также характеризирует и компьютер, поэтому по названию
модели микропроцессора можно составить достаточно полное представление о том, к какому классу принадлежит компьютер. Поэтому
часто компьютерам дают имена микропроцессоров, входящих в их
состав. Ниже приведены названия наиболее массовых процессоров,
выпущенных фирмой Intel и годы их создания: 8080 (1974 г.), 80286
(1982 г.), 80386DX (1985 г.), 80486DX (1989 г.), 80586 или Pentium
(1993 г.), Pentium Pro (1995 г.), Pentium II (1997 г.), Pentium III (1999
г.), Pentium IV (2001 г.). Как видно, увеличение частоты – одна из
основных тенденций развития микропроцессоров. На рынке массовых компьютеров лидирующее место среди производителей процессоров занимают 2 фирмы: Intel и AMD. За ними закрепилось базовое
название, переходящее от модели к модели. У Intel – это Pentium и
модель с урезанной кэш-памятью Pentium Celeron; у AMD – это
Athlon и модель с урезанной кэш-памятью Duron.
 Разрядность процессора - это максимальное количество бит информации, которые могут обрабатываться и передаваться процессором одновременно. Разрядность процессора определяется разрядностью регистров, в которые помещаются обрабатываемые данные.
Например, если регистр имеет разрядность 2 байта, то разрядность
процессора равна 16 (2x8); если 4 байта, то 32; если 8 байтов, то 64.
25
Для пользователей процессор интересен прежде всего своей системой
команд и скоростью их выполнения. Система команд процессора представляет собой набор отдельных операций, которые может выполнить процессор
данного типа. Разные модели микропроцессоров выполняют одни и те же
операции за разное число тактов. Чем выше модель микропроцессора, тем,
как правило, меньше тактов требуется для выполнения одних и тех же операций.
Для математических вычислений к основному микропроцессору добавляют математический сопроцессор. Начиная с модели 80486DX процессор и
сопроцессор выполняют на одном кристалле.
Устройства памяти ЭВМ
Памятью компьютера называется совокупность устройств для хранения программ, вводимой информации, промежуточных результатов и выходных данных. Классификация памяти представлен на рисунке:
Внутренняя память предназначена для хранения относительно небольших объемов информации при ее обработке микропроцессором.
Внешняя память предназначена для длительного хранения больших
объемов информации независимо от того включен или выключен компьютер.
Энергозависимой называется память, которая стирается при выключении компьютера.
Энергонезависимой называется память, которая не стирается при выключении компьютера.
К энергонезависимой внутренней памяти относится постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Содержимое ПЗУ устанавливается на заводеизготовителе и в дальнейшем не меняется. Эта память составлена из микросхем, как правило, небольшого объема. Обычно в ПЗУ записываются программы, обеспечивающие минимальный базовый набор функций управления
устройствами компьютера. При включении компьютера первоначально
управление передается программе из ПЗУ, которая тестирует компоненты
компьютера и запускает программу-загрузчик операционной системы.
26
К энергозависимой внутренней памяти относятся оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), видеопамять и кэш-память. В оперативном
запоминающем устройстве в двоичном виде запоминается обрабатываемая
информация, программа ее обработки, промежуточные данные и результаты
работы. ОЗУ обеспечивает режимы записи, считывания и хранения информации, причём в любой момент времени возможен доступ к любой произвольно выбранной ячейке памяти. Это отражено в англоязычном названии
ОЗУ – RAM (Random Access Memory – память с произвольным доступом).
Доступ к этой информации в ОЗУ осуществляется очень быстро. Эта память
составлена из сложных электронных микросхем и расположена внутри корпуса компьютера. Часть оперативной памяти отводится для хранения изображений, получаемых на экране монитора, и называется видеопамять. Чем
больше видеопамять, тем более сложные и качественные картинки может
выводить компьютер. Высокоскоростная кэш-память служит для увеличения скорости выполнения операций компьютером и используется при обмене
данными между микропроцессором и RAM. Кэш-память является промежуточным запоминающим устройством (буфером). Существует два вида кэшпамяти: внутренняя, размещаемая внутри процессора и внешняя, размещаемая на материнской плате.
Внешняя память может быть с произвольным доступом и последовательным доступом. Устройства памяти с произвольным доступом позволяют получить доступ к произвольному блоку данных примерно за одно и то
же время доступа.
Выделяют следующие основные типы устройств памяти с произвольным доступом:
1. Накопители на жёстких магнитных дисках (винчестеры,
НЖМД) - несъемные жесткие магнитные диски. Ёмкость современных винчестеров от сотен мегабайт до нескольких сотен гигабайт.
На современных компьютерах это основной вид внешней памяти.
Первые жесткие диски состояли из 2 дисков по 30 Мбайт и обозначались 30/30, что совпадало с маркировкой модели охотничьего ружья “Винчестер” - отсюда пошло такое название этих накопителей.
2. Накопители на гибких магнитных дисках (флоппи-дисководы,
НГМД) – устройства для записи и считывания информации с небольших съемных магнитных дисков (дискет), упакованные в пластиковый конверт (гибкий - у 5,25 дюймовых дискет и жесткий у 3,5
дюймовых). Максимальная ёмкость 5,25 дюймовой дискеты 1,2Мбайт; 3,5 дюймовой дискеты - 1,44Мбайт. В настоящее время
5,25 дюймовые дискеты морально устарели и не используются.
3. Оптические диски (СD-ROM - Compact Disk Read Only Memory)
- компьютерные устройства для чтения с компакт-дисков. CD-ROM
диски получили распространение вслед за аудио-компакт дисками.
Это пластиковые диски с напылением тонкого слоя светоотражающего материала, на поверхности которых информация записана с
27
помощью лазерного луча. Лазерные диски являются наиболее популярными съемными носителями информации. При размерах 12 см в
диаметре их ёмкость достигает 700 Мб. В настоящее время все более
популярным становится формат компакт-дисков DVD-ROM, позволяющий при тех же размерах носителя разместить информацию
объемом 4,3 Гб. Кроме того, доступными массовому покупателю
стали устройства записи на компакт диски. Данная технология получила название CD-RW и DVD-RW соответственно.
Устройства памяти с последовательным доступом позволяют осуществлять доступ к данным последовательно, т.е. для того, чтобы считать
нужный блок памяти, необходимо считать все предшествующие блоки. Среди устройств памяти с последовательным доступом выделяют:
1. Накопители на магнитных лентах (НМЛ) – устройства считывания данных с магнитной ленты. Такие накопители достаточно медленные, хотя и большой ёмкости. Современные устройства для работы с магнитными лентами – стримеры – имеют увеличенную
скорость записи 4 - 5Мбайт в сек. Существуют также, устройства
позволяющие записывать цифровую информацию на видеокассеты,
что позволяет хранить на 1 кассете 2 Гбайта информации. Магнитные ленты обычно используются для создания архивов данных для
долговременного хранения информации.
2. Перфокарты – карточки из плотной бумаги и перфоленты – катушки с бумажной лентой, на которых информация кодируется путем пробивания (перфорирования) отверстий. Для считывания данных применяются устройства последовательного доступа. В настоящее время данные устройства морально устарели и не применяются.
Различные виды памяти имеют свои достоинства и недостатки. Так,
внутренняя память имеет хорошее быстродействие, но ограниченный объем.
Внешняя память, наоборот, имеет низкое быстродействие, но неограниченный объем. Производителям и пользователям компьютеров приходится искать компромисс между объемом памяти, скоростью доступа и ценой компьютера, так комбинируя разные виды памяти, чтобы компьютер работал оптимально. В любом случае, объем оперативной памяти является основной характеристикой ЭВМ и определяет производительность компьютера.
Кратко рассмотрим принцип работы оперативной памяти. Минимальный элемент памяти - бит или разряд способен хранить минимально
возможный объем информации - одну двоичную цифру. Бит очень маленькая
информационная единица, поэтому биты в памяти объединяются в байты восьмерки битов, являющиеся ячейками памяти. Все ячейки памяти пронумерованы. Номер ячейки называют ее адресом. Зная адрес ячейки можно совершать две основные операции:
1) прочитать информацию из ячейки с определенным адресом;
2) записать информацию в байт с определенным адресом.
28
Чтобы выполнить одну из этих операций необходимо, чтобы от процессора к памяти поступил адрес ячейки, и чтобы байт информации был передан от процессора к памяти при записи, или от памяти к процессору при
чтении. Все сигналы должны передаваться по проводникам, которые объединены в шины.
По шине адреса передается адрес ячейки памяти, по шине данных – передаваемая информация. Как правило, эти процессы проходят одновременно.
Для работы ОЗУ используются еще 3 сигнала и соответственно 3 проводника. Первый сигнал называется запрос чтения, его получение означает указание памяти прочесть байт. Второй сигнал называется запрос записи, его получение означает указание памяти записать байт. Передача сразу обоих сигналов запрещена. Третий сигнал – сигнал готовности, используемый для того, чтобы память могла сообщить процессору, что она выполнила запрос и
готова к приему следующего запроса.
Устройства ввода-вывода
Компьютер обменивается информацией с внешним миром с помощью
периферийных устройств. Только благодаря периферийным устройствам
человек может взаимодействовать с компьютером, а также со всеми подключенными к нему устройствами. Любое подключенное периферийное устройство в каждый момент времени может быть или занято выполнением порученной ему работы или пребывать в ожидании нового задания. Влияние скорости работы периферийных устройств на эффективность работы с компьютером не меньше, чем скорость работы его центрального процессора. Скорость работы внешних устройств от быстродействия процессора не зависит.
Наиболее распространенные периферийные устройства приведены на рисунке:
Периферийные устройства делятся на устройства ввода и устройства
вывода. Устройства ввода преобразуют информацию в форму понятную
машине, после чего компьютер может ее обрабатывать и запоминать.
Устройства вывода переводят информацию из машинного представления в
образы, понятные человеку.
Ниже приведена классификация устройств ввода:
29
Самым известным устройством ввода информации является клавиатура (keyboard) – это стандартное устройство, предназначенное для ручного
ввода информации. Работой клавиатуры управляет контроллер клавиатуры,
расположенный на материнской плате и подключаемый к ней через разъем на
задней панели компьютера. При нажатии пользователем клавиши на клавиатуре, контроллер клавиатуры преобразует код нажатой клавиши в соответствующую последовательность битов и передает их компьютеру. Отображение символов, набранных на клавиатуре, на экране компьютера называется
эхом. Обычная современная клавиатура имеет, как правило, 101-104 клавиши, среди которых выделяют алфавитно-цифровые клавиши, необходимые
для ввода текста, клавиши управления курсором и ряд специальных и управляющих клавиш. Существуют беспроводные модели клавиатуры, в них связь
клавиатуры с компьютером осуществляется посредством инфракрасных лучей.
Наиболее важными характеристиками клавиатуры являются чувствительность ее клавиш к нажатию, мягкость хода клавиш и расстояние между
клавишами. На долговечность клавиатуры определяется количеством нажатий, которые она рассчитана выдержать. Клавиатура проектируется таким
образом, чтобы каждая клавиша выдерживала 30-50 миллионов нажатий.
К манипуляторам относят устройства, преобразующие движения руки
пользователя в управляющую информацию для компьютера. Среди манипуляторов выделяют мыши, трекболы, джойстики.
Мышь предназначена для выбора и перемещения графических объектов экрана монитора компьютера. Для этого используется указатель, перемещением которого по экрану управляет мышь. Мышь позволяет существенно сократить работу человека с клавиатурой при управлении курсором и вводе команд. Особенно эффективно мышь используется при работе графическими редакторами, издательскими системами, играми. Современные операционные системы также активно используют мышь для управляющих команд.
У мыши могут быть одна, две или три клавиши. Между двумя крайними клавишами современных мышей часто располагают скрол. Это дополни30
тельное устройство в виде колесика, которое позволяет осуществлять прокрутку документов вверх-вниз и другие дополнительные функции.
Мышь состоит из пластикового корпуса, cверху находятся кнопки, соединенные с микропереключателями. Внутри корпуса находится обрезиненный металлический шарик, нижняя часть которого соприкасается с поверхностью стола или специального коврика для мыши, который увеличивает
сцепление шарика с поверхностью. При движении манипулятора шарик вращается и переедает движение на соединенные с ним датчики продольного и
поперечного перемещения. Датчики преобразуют движения шарика в соответствующие импульсы, которые передаются по проводам мыши в системный блок на управляющий контроллер. Контроллер передает обработанные
сигналы операционной системе, которая перемещает графический указатель
по экрану. В беспроводной мыши данные передаются с помощью инфракрасных лучей. Существуют оптические мыши, в них функции датчика движения выполняют приемники лазерных лучей, отраженных от поверхности
стола.
Трекбол по функциям близок мыши, но шарик в нем больших размеров, и перемещение указателя осуществляется вращением этого шарика руками. Трекбол удобен тем, что его не требуется перемещать по поверхности
стола, которого может не быть в наличии. Поэтому, по сравнению с мышью,
он занимает на столе меньше места. Большинство переносных компьютеров
оснащаются встроенным трекболом.
Джойстик представляет собой основание с подвижной рукояткой, которая может наклоняться в продольном и поперечном направлениях. Рукоятка и основание снабжаются кнопками. Внутри джойстика расположены датчики, преобразующие угол и направление наклона рукоятки в соответствующие сигналы, передаваемые операционной системе. В соответствии с этими
сигналами осуществляется перемещение и управление графических объектов
на экране.
Дигитайзер – это устройство для ввода графических данных, таких как
чертежи, схемы, планы и т. п. Он состоит из планшета, соединенного с ним
визира или специального карандаша. Перемещая карандаш по планшету,
пользователь рисует изображение, которое выводится на экран.
Сканер – устройство ввода графических изображений в компьютер. В
сканер закладывается лист бумаги с изображением. Устройство считывает
его и пересылает компьютеру в цифровом виде. Во время сканирования
вдоль листа с изображением плавно перемещается мощная лампа и линейка с
множеством расположенных на ней в ряд светочувствительных элементов.
Обычно в качестве светочувствительных элементов используют фотодиоды.
Каждый светочувствительный элемент вырабатывает сигнал, пропорциональный яркости отраженного света от участка бумаги, расположенного
напротив него. Яркость отраженного луча меняется из-за того, что светлые
места сканируемого изображения отражают гораздо лучше, чем темные, покрытые краской. В цветных сканерах расположено три группы светочувстви31
тельных элементов, обрабатывающих соответственно красные, зеленые и синие цвета. Таким образом, каждая точка изображения кодируется как сочетание сигналов, вырабатываемых светочувствительными элементами красной,
зеленой и синей групп. Закодированный таким образом сигнал передается на
контроллер сканера в системный блок.
Различают сканеры ручные, протягивающие и планшетные. В ручных сканерах пользователь сам ведет сканер по поверхности изображения
или текста. Протягивающие сканеры предназначены для сканирования изображений на листах только определенного формата. Протягивающее устройство таких сканеров последовательно перемещает все участки сканируемого
листа над неподвижной светочувствительной матрицей. Наибольшее распространение получили планшетные сканеры, которые позволяют сканировать
листы бусмги, книги и другие объекты, содержащие изображения. Такие сканеры состоят из пластикового корпуса, закрываемого крышкой. Верхняя поверхность корпуса выполняется из оптически прозрачного материала, на который кладется сканируемое изображение. После этого изображение закрывается крышкой и производится сканирование. В процессе сканирования под
стеклом перемещается лампа со светочувствительной матрицей.
Главные характеристики сканеров - это скорость считывания, которая
выражается количеством сканируемых станиц в минуту (pages per minute ppm), и разрешающая способность, выражаемая числом точек получаемого
изображения на дюйм оригинала (dots per inch - dpi).
После ввода пользователем исходных данных компьютер должен их
обработать в соответствии с заданной программой и вывести результаты в
форме, удобной для восприятия пользователем или для использования другими автоматическими устройствам посредством устройств вывода.
Выводимая информация может отображаться в графическом виде, для
этого используются мониторы, принтеры или плоттеры. Информация может также воспроизводиться в виде звуков с помощью акустических колонок или головных телефонов, регистрироваться в виде тактильных ощущений в технологии виртуальной реальности, распространяться в виде управляющих сигналов устройства автоматики, передаваться в виде электрических
сигналов по сети.
Монитор (дисплей) является основным устройством вывода графической информации. По размеру диагонали экрана выделяют мониторы 14дюймовые, 15-дюймовые, 17-дюймовые, 19-дюймовые, 21-дюймовые. Чем
больше диагональ монитора, тем он дороже. По цветности мониторы бывают монохромные и цветные. Любое изображение на экране монитора образуется из светящихся разными цветами точек, называемых пикселями (это
название происходит от PICture CELL - элемент картинки). Пиксель – это
самый мелкий элемент, который может быть отображен на экране. Чем качественнее монитор, тем меньше размер пикселей, тем четче и контрастнее
изображение, тем легче прочесть самый мелкий текст, а значит, и меньше
напряжение глаз. По принципу действия мониторы подразделяются на мо32
ниторы с электронно-лучевой трубкой (Catode Ray Tube - CRT) и жидкокристаллические - (Liquid Crystal Display - LCD).
В мониторах с электронно-лучевой трубкой изображение формируется
с помощью зерен люминофора – вещества, которое светится под воздействием электронного луча. Различают три типа люминофоров в соответствии с
цветами их свечения: красный, зеленый и синий. Цвет каждой точки экрана
определяется смешением свечения трех разноцветных точек (триады), отвечающих за данный пиксель. Яркость соответствующего цвета меняется в зависимости от мощности электронного пучка, попавшего в соответствующую
точку. Электронный пучок формируется с помощью электронной пушки.
Электронная пушка состоит из нагреваемого при прохождении электрического тока проводника с высоким удельным электрическим сопротивлением,
эмитирующего электроны покрытия, фокусирующей и отклоняющей системы.
При прохождении электрического тока через нагревательный элемент
электронной пушки, эмитирующее покрытие, нагреваясь, начинает испускать
электроны. Под действием ускоряющего напряжения электроны разгоняются
и достигают поверхности экрана, покрытой люминофором, который начинает
светиться. Управление пучком электронов осуществляется отклоняющей и
фокусирующей системой, которые состоят из набора катушек и пластин, воздействующих на электронный пучек с помощью магнитного и электрического полей. В соответствии с сигналами развертки, подаваемыми на электронную пушку, электронный луч побегает по каждой строчке экрана, последовательно высвечивая соответствующие точки люминофора. Дойдя до последней точки, луч возвращается к началу экрана. Таким образом, в течение
определенного периода времени изображение перерисовывается. Частоту
смены изображений определяет частота горизонтальной синхронизации. Это
один из наиболее важных параметров монитора, определяющих степень его
вредного воздействия на глаза. В настоящее время гигиенически допустимый
минимум частоты горизонтальной синхронизации составляет 80 Гц, у профессиональных мониторов она составляет 150 Гц.
Современные мониторы с электронно-лучевой трубкой имеют специальное антибликовое покрытие, уменьшающее отраженный свет окон и осветительных приборов. Кроме того, монитор покрывают антистатическим покрытием и пленкой, защищающей от электромагнитного излучения. Дополнительно на монитор можно установить защитный экран, который необходимо подсоединить к заземляющему проводу, что также защитит от электромагнитного излучения и бликов. Уровни излучения мониторов нормируются
в соответствии со стандартами LR, MPR и MPR-II.
Жидкокристаллические мониторы имеют меньшие размеры, потребляют меньше электроэнергии, обеспечивают более четкое статическое изображение. В них отсутствуют типичные для мониторов с электронно-лучевой
трубкой искажения. Принцип отображения на жидкокристаллических мониторах основан на поляризации света. Источником излучения здесь служат
33
лампы подсветки, расположенные по краям жидкокристаллической матрицы.
Свет от источника света однородным потоком проходит через слой жидких
кристаллов. В зависимости от того, в каком состоянии находится кристалл,
проходящий луч света либо поляризуется, либо не поляризуется. Далее свет
проходит через специальное покрытие, которое пропускает свет только определенной поляризации. Там же происходит окраска лучей в нужную цветовую палитру. Жидкокристаллические мониторы практически не производят
вредного для человека излучения.
Для получения копий изображения на бумаге применяют принтеры,
которые классифицируются:
o по способу получения изображения: литерные, матричные,
струйные, лазерные и термические;
o по способу формирования изображения: последовательные,
строчные, страничные;
o по способу печати: ударные, безударные;
o по цветности: чёрно-белые, цветные.
Наиболее распространены принтеры матричные, лазерные и струйные
принтеры. Матричные принтеры схожи по принципу действия с печатной
машинкой. Печатающая головка перемещается в поперечном направлении и
формирует изображение из множества точек, ударяя иголками по красящей
ленте. Красящая лента перемещается через печатающую головку с помощью
микроэлектродвигателя. Соответствующие точки в месте удара иголок отпечатываются на бумаге, расположенной под красящей лентой. Бумага перемещается в продольном направлении после формирования каждой строчки
изображения. Полиграфическое качество изображения, получаемого с помощью матричных принтеров низкое и они шумны во время работы. Основное
достоинство матричных принтеров - низкая цена расходных материалов и
невысокие требования к качеству бумаги.
Струйный принтер относится к безударным принтерам. Изображение
в нем формируется с помощью чернил, которые распыляются через капилляры печатающей головки.
Лазерный принтер также относится к безударным принтерам. Он
формирует изображение постранично. Первоначально изображение создается
на фотобарабане, который предварительно электризуется статическим электричеством. Луч лазера в соответствии с изображением снимает статический
заряд на белых участках рисунка. Затем на барабан наносится специальное
красящее вещество – тонер, который прилипает к фотобарабану на участках
с неснятым статическим зарядом. Затем тонер переносится на бумагу и
нагревается. Частицы тонера плавятся и прилипают к бумаге.
Для ускорения работы, принтеры имеют собственную память, в которой они хранят образ информации, подготовленной к печати.
К основным характеристикам принтеров можно относятся:
 ширина каретки, которая обычно соответствую бумажному формату
А3 или А4;
34
 скорость печати, измеряемая количеством листов, печатаемы в минуту
 качество печати, определяемое разрешающей способностью принтера - количеством точек на дюйм линейного изображения. Чем разрешение выше, тем лучше качество печати.
 расход материалов: лазерным принтером - порошка, струйным
принтером - чернил, матричным принтером - красящих лент.
Плоттер (графопостроитель) – это устройство для отображения векторных изображений на бумаге, кальке, пленке и других подобных материалах. Плоттеры снабжаются сменными пишущими узлами, которые могут перемещаться вдоль бумаги в продольном и поперечном направлениях. В пишущий узел могут вставляться цветные перья или ножи для резки бумаги.
Графопостроители могут быть миниатюрными, и могут быть настолько
большими, что на них можно вычертить кузов автомобиля или деталь самолета в натуральную величину.
2.2. Программное обеспечение вычислительной техники
В основу работы компьютеров положен программный принцип управления, состоящий в том, что компьютер выполняет действия по заранее заданной программе. Этот принцип обеспечивает универсальность использования компьютера: в определенный момент времени решается задача соответственно выбранной программе. После ее завершения в память загружается
другая программа и т. д.
Для нормального решения задач на компьютере нужно, чтобы программа была отлажена, не требовала доработок и имела соответствующую
документацию. Поэтому относительно работы на компьютере часто используют термин программное обеспечение (ПО, software), под которым понимают совокупность программ, процедур, правил и, касающихся функционирования программной системы для решения поставленной задачи.
Повышение производительности и качества труда пользователей при
использовании программного обеспечения происходит за счёт автоматизации
процедур расчётного и оформительского характера, реализуемых с помощью
разнообразных средств программирования (алгоритмических языков, пакетов
прикладных программ) и удобных средств ввода и вывода информации.
Программное обеспечение в настоящее время составляет сотни тысяч
программ, которые предназначены для обработки самой разнообразной информации с самыми различными целями. В состав программного обеспечения включают программы и необходимые для их функционирования данные.
Все программы состоят из совокупности операторов и данных, описанных на
некотором языке программирования и создаются с помощью инструментальных программ. Программы хранятся в файлах либо в виде текста программы
на определенном языке программирования, либо в виде исполняемой про35
граммы. В первом случае для выполнения программы ее необходимо наличие
транслятора или соответствующей системы программирования, во втором
случае для выполнения программы достаточно просто запустить ее.
Классификация программного обеспечения
Программное обеспечение (ПО) - это совокупность всех программ и
соответствующей документации, обеспечивающая использование ЭВМ в интересах каждого ее пользователя.
Различают системное и прикладное ПО. Схематически программное
обеспечение можно представить так:
Системное ПО – это совокупность программ для обеспечения работы
компьютера. Системное ПО подразделяется на базовое и сервисное. Системные программы предназначены для управления работой вычислительной
системы, выполняют различные вспомогательные функции (копирования,
выдачи справок, тестирования, форматирования и т. д.).
Базовое ПО включает в себя:
 операционные системы;
 оболочки;
 сетевые операционные системы.
Сервисное ПО включает в себя программы (утилиты):
 диагностики;
 антивирусные;
 обслуживания носителей;
 архивирования;
 обслуживания сети.
Прикладное ПО – это комплекс программ для решения задач определённого класса конкретной предметной области. Прикладное ПО работает
только при наличии системного ПО.
Прикладные программы называют приложениями. Они включает в себя:
 текстовые процессоры;
 табличные процессоры;
36
базы данных;
 интегрированные пакеты;
 системы иллюстративной и деловой графики (графические процессоры);
 экспертные системы;
 обучающие программы;
 программы математических расчетов, моделирования и анализа;
 игры;
 коммуникационные программы.
Особую группу составляют системы программирования (инструментальные системы), которые являются частью системного ПО, но носят прикладной характер. Системы программирования – это совокупность программ для разработки, отладки и внедрения новых программных продуктов.
Системы программирования обычно содержат:
 трансляторы;
 среду разработки программ;
 библиотеки справочных программ (функций, процедур);
 отладчики;
 редакторы связей и др.

Краткий обзор прикладного программного обеспечения
Рассмотрим наиболее часто встречающееся прикладное ПО.
Редакторы документов – это наиболее широко используемый вид
прикладных программ. Они позволяют подготавливать документы гораздо
быстрее и удобнее, чем с помощью пишущей машинки. Редакторы документов позволяют использовать различные шрифты символов, абзацы произвольной формы, автоматически переносят слова на новую строку, позволяют
делать сноски, включать рисунки, автоматически нумеруют страницы и
сноски и т.д. Представители редакторов документов – программы Microsoft
Word, Wordpad.
Табличные процессоры. При работе с табличным процессором на
экран выводится прямоугольная таблица, в клетках которой могут находиться числа, пояснительные тексты и формулы для расчета значения в клетке по
именующимся данным. Все распространенные табличные процессоры позволяют вычислять значения элементов таблиц по заданным формулам, строить
по данным в таблицах различные графики и т.д. Представители семейства
табличных процессоров Microsoft Excel, Quatro Pro.
Графические редакторы позволяют создавать и редактировать рисунки. В простейших редакторах предоставляются возможности рисования линий, кривых, раскраски областей экрана, создание надписей различными
шрифтами и т.д. Большинство редакторов позволяют обрабатывать изображения, полученные с помощью сканеров. Представители графических редакторов – программы Adobe Photoshop, Corel Draw.
37
Правовые базы данных содержат тексты нормативных документов и
предоставляют возможности справки, контекстного поиска, распечатки и т.д.
Представители правовых баз данных – пакеты Гарант и Консультант+ .
Системы автоматизированного проектирования (САПР) позволяют
осуществлять черчение и конструирование различных предметов и механизмов с помощью компьютера. Среди систем малого и среднего класса в мире
наиболее популярна система AutoCad фирмы AutoDesk. Отечественный пакет с аналогичными функциями – Компас.
Системы управления базами данных (СУБД) позволяют управлять
большими информационными массивами - базами данных. Программные системы этого вида позволяют обрабатывать на компьютере массивы информации, обеспечивают ввод, поиск, сортировку выборку записей, составление
отчетов и т.д. Представители данного класса программ – Microsoft Access,
Clipper, Paradox.
Интегрированные системы сочетают в себе возможность системы
управления базами данных, табличного процессора, текстового редактора,
системы деловой графики, а иногда и другие возможности. Как правило, все
компоненты интегрированной системы имеют схожий интерфейс, что облегчает обучение работе с ними. Представители интегрированных систем – пакет Microsoft Office и его бесплатный аналог Open Office.
Бухгалтерские программы предназначены для ведения бухгалтерского учета, подготовки финансовой отчетности и финансового анализа деятельности предприятий. Из-за несовместимости отечественного бухгалтерского учета с зарубежным в нашей стране используются почти исключительно отечественные бухгалтерские программы. Наиболее распространены системы 1C: Предприятие и Инфо-бухгалтер.
Вспомогательные программы
Вспомогательные программы (утилиты) обычно предназначены не
для решения конкретных пользовательских задач, а для обслуживания и повышения эффективности вычислительной системы. Кратко остановимся на
основных видах вспомогательных программ.
Программы-архиваторы позволяют за счет применения специальных
алгоритмов упаковки информации сжимать информацию на дисках, т.е. создавать копии файлов меньшего размера, а также объединять копии нескольких файлов в один архивный файл. Применение программ-архиваторов очень
полезно при создании архива файлов, так как в большинстве случаев значительно удобнее их хранить, предварительно сжав программамиархиваторами. Представители данных программ –WinRar и WinZip.
Программы для создания резервных копий информации позволяют
периодически копировать важную информацию, находящуюся на жестком
диске компьютера, на дополнительные носители. Представители программ
резервного копирования – APBackUp, Acronis True Image.
38
Антивирусные программы предназначены для предотвращения заражения компьютерными вирусами и ликвидации последствий заражения вирусом. Представители антивирусного семейства программ – Kaspersky
Antivirus, DrWeb, Norton Antivirus.
Коммуникационные программы предназначены для организации обмена информацией между компьютерами. Это программы позволяют удобно
пересылать файлы с одного компьютера на другой при соединении кабелем
их последовательных портов. Другой вид таких программ обеспечивает возможность связи компьютеров по телефонной сети (при наличии модема).
Они дают возможность посылать и принимать телефаксные сообщения.
Представители коммуникационных программ – Venta Fax, Cute FTP.
Программы для диагностики компьютера позволяют проверить
конфигурацию компьютера (количество памяти, ее использование, типы дисков и т. д.), проверить работоспособность устройств компьютера, оценить его
производительность. Представители программ диагностики компьютеров –
Sisoft Sandra, Norton System Information.
Программы для оптимизации дисков позволяют обеспечить более
быстрый доступ к информации на диске за счет оптимизации размещения
данных на диске. Эти программы перемещают все участки каждого файла
друг к другу (устраняют фрагментацию), собирают все файлы в начале диска
и т.д., за счет чего уменьшается число перемещений головок диска (т.е. ускоряется доступ к данным) и снижается износ диска. Представители программ
для оптимизации дисков - Norton Disk Doctor, Microsoft Scandisk.
Программы для печати экрана бывают весьма полезны при использовании графических программ для вывода на печать содержимого экрана,
так как отнюдь не всегда это можно сделать с помощью самой графической
программы. Представители программ для печати экрана – SnagIt,
HyperSnap-DX.
2.3. Операционная система Windows
Операционная система – это комплекс программ, обеспечивающих
управление работой компьютера и его взаимодействие с пользователем.
С точки зрения человека операционная система служит посредником
между человеком, электронными компонентами компьютера и прикладными
программами. Она позволяет человеку запускать программы, передавать им
и получать от них всевозможные данные, управлять работой программ, изменять параметры компьютера и подсоединённых к нему устройств, перераспределять ресурсы. Работа на компьютере фактически является работой с
его операционной системой. При установке на компьютер только операционной системы (ОС) ничего содержательного на компьютере также сделать не
удастся. Для ввода и оформления текстов, рисования графиков, расчёта зарплаты или прослушивания лазерного диска нужны специальные прикладные
39
программы. Но и без ОС ни одну прикладную программу запустить невозможно.
Операционная система решает задачи, которые можно условно разделить на две категории:
 во-первых, управление всеми ресурсами компьютера;
 во-вторых, обмен данными между устройствами компьютера, между
компьютером и человеком.
Кроме того, именно ОС обеспечивает возможность индивидуальной
настройки компьютера: ОС определяет, из каких компонентов собран компьютер, на котором она установлена, и настраивает сама себя для работы
именно с этими компонентами.
Ещё не так давно работы по настройке приходилось выполнять пользователю вручную, а сегодня производители компонентов компьютерной техники разработали протокол plug-and-play (включил - заработало). Этот протокол позволяет операционной системе в момент подключения нового компонента получить информацию о новом устройстве, достаточную для
настройки ОС на работу с ним.
Операционные системы для ПК различаются по нескольким параметрам. В частности, ОС бывают:
 однозадачные и многозадачные;
 однопользовательские и многопользовательские;
 сетевые и несетевые.
Кроме того, операционная система может иметь командный или графический многооконный интерфейс (или оба сразу).
Однозадачные операционные системы позволяют в каждый момент
времени решать только одну задачу. Такие системы обычно позволяют запустить одну программу в основном режиме.
Многозадачные системы позволяют запустить одновременно несколько программ, которые будут работать параллельно.
Главным отличием многопользовательских систем от однопользовательских является наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей. Следует заметить, что не всякая многозадачная система является многопользовательской,
и не всякая однопользовательская ОС является однозадачной.
В последние годы фактическим стандартом стал графический многооконный интерфейс, где требуемые действия и описания объектов не вводятся в виде текста, а выбираются из меню, списков файлов и т.д.
На смену операционной системе MS DOS с ее графическими оболочками Windows 3.1 и Windows 3.11 пришли полноценные операционные системы семейства Windows (сначала Windows 95, затем Windows 98, Windows
Millennium, Windows 2000, Windows XP, Windows Vista и Windows 7). На рисунке показаны этапы развития персональных компьютеров класса РС и операционной системы Windows:
40
Операционные системы семейства Windows представляет собой 32разрядные операционные системы, обеспечивающую многозадачную и многопоточную обработку приложений. Они поддерживает удобный графический пользовательский интерфейс, возможность работы в защищенном режиме, совместимость с программами реального режима и сетевые возможности. В Windows реализована технология поддержки самонастраивающейся
аппаратуры Plug and Play, допускаются длинные имена файлов и обеспечиваются повышенные характеристики устойчивости.
32-разрядность означает, что операции над 32-разрядными данными
здесь выполняются быстрее, чем над 16-разрядными. 32-разрядные Windowsприложения выполняются в собственном адресном пространстве, доступ в
41
которое для других программ закрыт. Это защищает приложения от ошибок
друг друга. При сбое в работе одного приложения другое продолжает нормально функционировать. Сбойное же приложение можно завершить.
Многозадачность предоставляет возможность параллельной работы с
несколькими приложениями. Пока одно из них занимается, например, печатью документа на принтере или приемом электронной почты из сети Internet,
другое может пересчитывать электронную таблицу или выполнять другую
полезную работу.
Многопоточность позволяет определенным образом разработанным
приложениям одновременно выполнять несколько своих собственных процессов. Например, работая с многопоточной электронной таблицей, пользователь сможет делать перерасчет в одной таблице в то время, как будет выполняться печать другой и загрузка в память третьей. Пока один поток находится в состоянии ожидания, например, завершения операции обмена данными с медленным периферийным устройством, другой может продолжать
выполнять свою работу.
Отличительной чертой Windows является объектно-ориентированный
подход к построению системы. На уровне пользователя объектный подход
выражается в том, что интерфейс представляет собой подобие реального мира, а работа с машиной сводится к действиям с привычными объектами. Так,
папки можно открыть, убрать в портфель, документы – просмотреть, исправить, переложить с одного места на другое, выбросить в корзину, факс или
письмо – отправить адресату и т. д. Пользователь работает с задачами и приложениями так же, как с документами на своем письменном столе. Обьектноориентированный подход реализуется через модель рабочего стола – первичного объекта Windows. После загрузки Windows он выводится на экран.
На рабочем столе могут быть расположены различные объекты: программы,
папки с документами (текстами, рисунками, таблицами), ярлыки программ
или папок.
Ярлыки обеспечивают доступ к программе или документу из различных мест, не создавая при этом нескольких физических копий файла. На рабочий стол можно поместить не только пиктограммы приложений и отдельных документов, но и папок. Папки - еще одно название каталогов.
Существенным нововведением в Windows стала панель задач. Несмотря на небольшие функциональные возможности, она делает наглядным
механизм многозадачности и намного ускоряет процесс переключения между
приложениями. Внешне панель задач представляет собой полосу, обычно
располагающуюся в нижней части экрана, на которой размещены кнопки
приложений и кнопка “Пуск”. В правой ее части обычно присутствуют часы
и небольшие пиктограммы программ, активных в данный момент.
Windows обеспечивает работу с аудио и видеофайлами различных
форматов. Значительным достижением Windows стали встроенные в систему
программы для компьютерных коммуникаций. Коммуникационные средства
Windows рассчитаны на обычных пользователей и не требуют специальных
42
знаний. Эти средства включают в себя возможности работы в локальных сетях и глобальных сетях, настройку модемов, подключение к электронной почте и многое другое.
В операционной системе Windows при работе с окнами и приложениями широко применяется манипулятор мышь. Обычно мышь используется для
выделения фрагментов текста или графических объектов, установки и снятия
флажков, выбора команд меню, кнопок панелей инструментов, манипулирования элементами управления в диалогах, "прокручивания" документов в окнах.
В Windows активно используется и правая кнопка мыши. Поместив
указатель над интересующем объекте и сделав щелчок правой кнопкой мыши, можно раскрыть контекстное меню, содержащее наиболее употребительные команды, применимые к данному объекту.
При завершении работы нельзя просто выключить компьютер, не завершив работу системы по всем правилам - это может привести к потере некоторых несохраненных данных. Для правильного завершения работы необходимо сохранить данные во всех приложениях, с которыми работал пользователь, завершить работу всех ранее запущенных DOS-приложений, открыть
меню кнопки “Пуск” и выбрать команду “Завершение работы”.
2.4. Прикладное программное обеспечение
Рассмотрим наиболее часто встречающееся прикладное ПО.
Редакторы документов – это наиболее широко используемый вид
прикладных программ. Они позволяют подготавливать документы гораздо
быстрее и удобнее, чем с помощью пишущей машинки. Редакторы документов позволяют использовать различные шрифты символов, абзацы произвольной формы, автоматически переносят слова на новую строку, позволяют
делать сноски, включать рисунки, автоматически нумеруют страницы и
сноски и т.д. Представители редакторов документов – программы Microsoft
Word, Wordpad.
Табличные процессоры. При работе с табличным процессором на
экран выводится прямоугольная таблица, в клетках которой могут находиться числа, пояснительные тексты и формулы для расчета значения в клетке по
именующимся данным. Все распространенные табличные процессоры позволяют вычислять значения элементов таблиц по заданным формулам, строить
по данным в таблицах различные графики и т.д. Представители семейства
табличных процессоров Microsoft Excel, Quatro Pro.
Графические редакторы позволяют создавать и редактировать рисунки. В простейших редакторах предоставляются возможности рисования линий, кривых, раскраски областей экрана, создание надписей различными
шрифтами и т.д. Большинство редакторов позволяют обрабатывать изображения, полученные с помощью сканеров. Представители графических редакторов – программы Adobe Photoshop, Corel Draw.
43
Правовые базы данных содержат тексты нормативных документов и
предоставляют возможности справки, контекстного поиска, распечатки и т.д.
Представители правовых баз данных – пакеты Гарант и Консультант+ .
Системы автоматизированного проектирования (САПР) позволяют
осуществлять черчение и конструирование различных предметов и механизмов с помощью компьютера. Среди систем малого и среднего класса в мире
наиболее популярна система AutoCad фирмы AutoDesk. Отечественный пакет с аналогичными функциями – Компас.
Системы управления базами данных (СУБД) позволяют управлять
большими информационными массивами - базами данных. Программные системы этого вида позволяют обрабатывать на компьютере массивы информации, обеспечивают ввод, поиск, сортировку выборку записей, составление
отчетов и т.д. Представители данного класса программ – Microsoft Access,
Clipper, Paradox.
Интегрированные системы сочетают в себе возможность системы
управления базами данных, табличного процессора, текстового редактора,
системы деловой графики, а иногда и другие возможности. Как правило, все
компоненты интегрированной системы имеют схожий интерфейс, что облегчает обучение работе с ними. Представители интегрированных систем – пакет Microsoft Office и его бесплатный аналог Open Office.
Бухгалтерские программы предназначены для ведения бухгалтерского учета, подготовки финансовой отчетности и финансового анализа деятельности предприятий. Из-за несовместимости отечественного бухгалтерского учета с зарубежным в нашей стране используются почти исключительно отечественные бухгалтерские программы. Наиболее распространены системы 1C: Предприятие и Инфо-бухгалтер.
44
3. Защита информации от несанкционированного доступа
Использование компьютеров и автоматизированных технологий приводит к появлению ряда проблем для руководства организацией. Компьютеры, часто объединенные в сети, могут предоставлять доступ к колоссальному
количеству самых разнообразных данных. Поэтому люди беспокоятся о безопасности информации и наличии рисков, связанных с автоматизацией и
предоставлением гораздо большего доступа к конфиденциальным, персональным или другим критическим данным. Электронные средства хранения
даже более уязвимы, чем бумажные: размещаемые на них данные можно и
уничтожить, и скопировать, и незаметно видоизменить.
Число компьютерных преступлений растет - также увеличиваются
масштабы компьютерных злоупотреблений. По оценке специалистов США,
ущерб от компьютерных преступлений увеличивается на 35 процентов в год.
Одной из причин является сумма денег, получаемая в результате преступления: в то время как ущерб от среднего компьютерного преступления составляет 560 тысяч долларов, при ограблении банка - всего лишь 19 тысяч долларов.
По данным Миннесотского университета США, 93% компаний, лишившихся доступа к своим данным на срок более 10 дней, покинули свой
бизнес, причем половина из них заявила о своей несостоятельности немедленно.
Число служащих в организации, имеющих доступ к компьютерному
оборудованию и информационной технологии, постоянно растет. Доступ к
информации больше не ограничивается только узким кругом лиц из верхнего
руководства организации. Чем больше людей получает доступ к информационной технологии и компьютерному оборудованию, тем больше возникает
возможностей для совершения компьютерных преступлений.
Компьютерным преступником может быть любой.
Типичный компьютерный преступник - это не молодой хакер, использующий телефон и домашний компьютер для получения доступа к большим
компьютерам. Типичный компьютерный преступник - это служащий, которому разрешен доступ к системе, нетехническим пользователем которой он
является. В США компьютерные преступления, совершенные служащими,
составляют 70-80 процентов ежегодного ущерба, связанного с компьютерами.
Признаки компьютерных преступлений:
 неавторизованное использование компьютерного времени;
 неавторизованные попытки доступа к файлам данных;
 кражи частей компьютеров;
 кражи программ;
 физическое разрушение оборудования;
45
уничтожение данных или программ;
 неавторизованное владение дискетами, лентами или распечатками.
Это только самые очевидные признаки, на которые следует обратить
внимание при выявлении компьютерных преступлений. Иногда эти признаки
говорят о том, что преступление уже совершено, или что не выполняются
меры защиты. Они также могут свидетельствовать о наличии уязвимых мест
и указать, где находится брешь в защите. В то время как признаки могут помочь выявить преступление или злоупотребление, меры защиты могут помочь предотвратить его.
Защита информации – это деятельность по предотвращению утраты и
утечки защищаемой информации.
Информационной безопасностью называют меры по защите информации от неавторизованного доступа, разрушения, модификации, раскрытия
и задержек в доступе. Информационная безопасность включает в себя меры
по защите процессов создания данных, их ввода, обработки и вывода.
Информационная безопасность дает гарантию того, что достигаются
следующие цели:
 конфиденциальность критической информации;
 целостность информации и связанных с ней процессов (создания,
ввода, обработки и вывода);
 доступность информации, когда она нужна;
 учет всех процессов, связанных с информацией.
Под критическими данными понимаются данные, которые требуют
защиты из-за вероятности нанесения ущерба и его величины в том случае,
если произойдет случайное или умышленное раскрытие, изменение, или разрушение данных. К критическим также относят данные, которые при неправильном использовании или раскрытии могут отрицательно воздействовать
на способности организации решать свои задачи; персональные данные и
другие данные, защита которых требуется указами Президента РФ, законами
РФ и другими подзаконными документами.
Любая система безопасности, в принципе, может быть вскрыта. Эффективной считают такую защиту, стоимость взлома которой соизмерима с ценностью добываемой при этом информации.
Применительно к средствам защиты от несанкционированного доступа
определены семь классов защищенности (1 - 7) средств вычислительной техники и девять классов (1А, 1Б, 1В, 1Г, 1Д, 2А, 2Б, 3А, 3Б) автоматизированных систем. Для средств вычислительной техники самым низким является
класс 7, а для автоматизированных систем - 3Б.

Технические, организационные и программные средства обеспечения
сохранности и защиты от несанкционированного доступа
Существует четыре уровня защиты компьютерных и информационных
ресурсов:
46
Предотвращение предполагает, что только авторизованный персонал
имеет доступ к защищаемой информации и технологии.
Обнаружение предполагает раннее раскрытие преступлений и злоупотреблений, даже если механизмы защиты были обойдены.
Ограничение уменьшает размер потерь, если преступление все-таки
произошло, несмотря на меры по его предотвращению и обнаружению.
Восстановление обеспечивает эффективное воссоздание информации
при наличии документированных и проверенных планов по восстановлению.
Меры защиты - это меры, вводимые руководством, для обеспечения
безопасности информации. К мерам защиты относят разработку административных руководящих документов, установку аппаратных устройств или дополнительных программ, основной целью которых является предотвращение
преступлений и злоупотреблений.
Формирование режима информационной безопасности - проблема комплексная. Меры по ее решению можно разделить на четыре уровня:
 законодательный: законы, нормативные акты, стандарты и т. п.;
 административный: действия общего характера, предпринимаемые
руководством организации;
 процедурный: конкретные меры безопасности, имеющие дело с
людьми;
 программно-технический: конкретные технические меры.
В настоящее время наиболее подробным законодательным документом
России в области информационной безопасности является Уголовный кодекс. В разделе "Преступления против общественной безопасности" имеется
глава "Преступления в сфере компьютерной информации". Она содержит три
статьи - "Неправомерный доступ к компьютерной информации", "Создание,
использование и распространение вредоносных программ для ЭВМ" и
"Нарушение правил эксплуатации ЭВМ, системы ЭВМ или их сети". Уголовный кодекс стоит на страже всех аспектов информационной безопасности доступности, целостности, конфиденциальности, предусматривая наказания
за "уничтожение, блокирование, модификацию и копирование информации,
нарушение работы ЭВМ, системы ЭВМ или их сети".
Рассмотрим некоторые меры защиты информационной безопасности
компьютерных систем.
1. Аутентификация пользователей. Данная мера требует, чтобы пользователи выполняли процедуры входа в компьютер, используя это как средство для идентификации в начале работы. Для аутентификации личности
каждого пользователя нужно использовать уникальные пароли, не являющиеся комбинациями личных данных пользователей, для пользователя. Необходимо внедрить меры защиты при администрировании паролей, и ознакомить
пользователей с наиболее общими ошибками, позволяющими совершиться
компьютерному преступлению. Если в компьютере имеется встроенный
стандартный пароль, его нужно обязательно изменить.
47
Еще более надёжное решение состоит в организации контроля доступа
в помещения или к конкретному компьютеру сети с помощью идентификационных пластиковых карточек с встроенной микросхемой - так называемых
микропроцессорных карточек (smart - card). Их надёжность обусловлена в
первую очередь невозможностью копирования или подделки кустарным способом. Установка специального считывающего устройства таких карточек
возможна не только на входе в помещения, где расположены компьютеры, но
и непосредственно на рабочих станциях и серверах сети.
Существуют также различные устройства для идентификации личности
по биометрической информации - по радужной оболочке глаза, отпечаткам
пальцев, размерам кисти руки и т.д.
2. Защита пароля.
Следующие правила полезны для защиты пароля:
 нельзя делится своим паролем ни с кем;
 пароль должен быть трудно угадываемым;
 для создания пароля нужно использовать строчные и прописные
буквы, а еще лучше позволить компьютеру самому сгенерировать
пароль;
 не рекомендуется использовать пароль, который является адресом,
псевдонимом, именем родственника, телефонным номером или чемлибо очевидным;
 предпочтительно использовать длинные пароли, так как они более
безопасны, лучше всего, чтобы пароль состоял из 6 и более символов;
 пароль не должен отображаться на экране компьютера при его вводе;
 пароли должны отсутствовать в распечатках;
 нельзя записывать пароли на столе, стене или терминале, его нужно
держать в памяти;
 пароль нужно периодически менять и делать это не по графику;
 на должности администратора паролей должен быть самый надежный человек;
 не рекомендуется использовать один и тот же пароль для всех сотрудников в группе;
 когда сотрудник увольняется, необходимо сменить пароль;
 сотрудники должны расписываться за получение паролей.
3. Процедуры авторизации.
В организации, имеющей дело с критическими данными, должны быть
разработаны и внедрены процедуры авторизации, которые определяют, кто
из пользователей должен иметь доступ к той или иной информации и приложениям.
В организации должен быть установлен такой порядок, при котором
для использования компьютерных ресурсов, получения разрешения доступа
48
к информации и приложениям, и получения пароля требуется разрешение тех
или иных начальников.
Если информация обрабатывается на большом вычислительном центре,
то необходимо контролировать физический доступ к вычислительной технике. Могут оказаться уместными такие методы, как журналы, замки и пропуска, а также охрана. Ответственный за информационную безопасность должен
знать, кто имеет право доступа в помещения с компьютерным оборудованием и выгонять оттуда посторонних лиц.
4. Предосторожности при работе.
Рекомендуется:
 отключать неиспользуемые терминалы;
 закрывать комнаты, где находятся терминалы;
 разворачивать экраны компьютеров так, чтобы они не были видны
со стороны двери, окон и прочих мест, которые не контролируются;
 установить специальное оборудование, ограничивающее число неудачных попыток доступа, или делающее обратный звонок для проверки личности пользователей, использующих телефоны для доступа к компьютеру
 использовать программы отключения терминала после определенного периода неиспользования;
 выключать систему в нерабочие часы;
 использовать системы, позволяющие после входа пользователя в систему сообщать ему время его последнего сеанса и число неудачных
попыток установления сеанса после этого. Это позволит сделать
пользователя составной частью системы проверки журналов.
5. Физическая безопасность.
В защищаемых компьютерных системах необходимо принимать меры
по предотвращению, обнаружению и минимизации ущерба от пожара,
наводнения, загрязнения окружающей среды, высоких температур и скачков
напряжения.
Пожарная сигнализация и системы пожаротушения должны регулярно
проверяться. ПЭВМ можно защитить с помощью кожухов, чтобы они не были повреждены системой пожаротушения. Горючие материалы не должны
храниться в этих помещениях с компьютерами.
Температура в помещении может контролироваться кондиционерами и
вентиляторами, а также хорошей вентиляцией в помещении. Проблемы с
чрезмерно высокой температурой могут возникнуть в стойках периферийного оборудования или из-за закрытия вентиляционного отверстия в терминалах или ПЭВМ, поэтому необходима их регулярная проверка.
Желательно применение воздушных фильтров, что поможет очистить
воздух от веществ, которые могут нанести вред компьютерам и дискам. Следует запретить курить, принимать пищу и пить возле ПЭВМ.
Компьютеры должны размещаться как можно дальше источников
большого количества воды, например трубопроводов.
49
6. Защита носителей информации (исходных документов, лент,
картриджей, дисков, распечаток).
Для защиты носителей информации рекомендуется:
 вести, контролировать и проверять реестры носителей информации;
 обучать пользователей правильным методам очищения и уничтожения носителей информации;
 делать метки на носителях информации, отражающие уровень критичности содержащейся в них информации;
 уничтожать носители информации в соответствии с планом организации;
 доводить все руководящие документы до сотрудников;
 хранить диски в конвертах, коробках, металлических сейфах;
 не касаться поверхностей дисков, несущих информацию
 осторожно вставлять диски в компьютер и держать их подальше от
источников магнитного поля и солнечного света;
 убирать диски и ленты, с которыми в настоящий момент не ведется
работа;
 хранить диски разложенными по полкам в определенном порядке;
 не давать носители информации с критической информацией неавторизованным людям;
 выбрасывать или отдавать поврежденные диски с критической информацией только после их размагничивания или аналогичной процедуры;
 уничтожать критическую информацию на дисках с помощью их
размагничивания или физического разрушения в соответствии с порядком в организации;
 уничтожать распечатки и красящие ленты от принтеров с критической информацией в соответствии с порядком организации;
 обеспечить безопасность распечаток паролей и другой информации,
позволяющей получить доступ к компьютеру.
7. Выбор надежного оборудования.
Производительность и отказоустойчивость информационной системы
во многом зависит от работоспособности серверов. При необходимости
обеспечения круглосуточной бесперебойной работы информационной системы используются специальные отказоустойчивые компьютеры, т. е. такие,
выход из строя отдельного компонента которых не приводит к отказу машины.
На надежности информационных систем отрицательно сказываются и
наличие устройств, собранных из комплектующих низкого качества, и использование нелицензионного ПО. Чрезмерная экономия средств на обучение персонала, закупку лицензионного ПО и качественного оборудования
приводит к уменьшению времени безотказной работы и значительным затратам на последующее восстановление системы.
8. Источники бесперебойного питания.
50
Компьютерная система энергоемка, и потому первое условие ее функционирования - бесперебойная подача электроэнергии. Необходимой частью
информационной системы должны стать источники бесперебойного питания
для серверов, а по возможности, и для всех локальных рабочих станций. Рекомендуется также дублировать электропитание, используя для этого различные городские подстанции. Для кардинального решения проблемы можно
установить резервные силовые линии от собственного генератора организации.
9. Разработка адекватных планов обеспечения непрерывной работы и восстановления.
Целью планов обеспечения непрерывной работы и восстановления являются гарантии того, что пользователи смогут продолжать выполнять свои
самые главные обязанности в случае невозможности работы по информационной технологии. Обслуживающий персонал должен знать, как им действовать по этим планам.
Планы обеспечения непрерывной работы и восстановления (ОНРВ)
должны быть написаны, проверены и регулярно доводиться до сотрудников.
Процедуры плана должны быть адекватны уровню безопасности и критичности информации. План ОНРВ может применяться в условиях неразберихи и
паники, поэтому нужно регулярно проводить тренировки сотрудников.
10. Резервное копирование.
Одним из ключевых моментов, обеспечивающих восстановление системы при аварии, является резервное копирование рабочих программ и данных. В локальных сетях, где установлены несколько серверов, чаще всего система резервного копирования устанавливается непосредственно в свободные слоты серверов. В крупных корпоративных сетях предпочтение отдается
выделенному специализированному архивационному серверу, который автоматически архивирует информацию с жестких дисков серверов и рабочих
станций в определенное время, установленное администратором сети, выдавая отчет о проведенном резервном копировании.
Для архивной информации, представляющей особую ценность, рекомендуется предусматривать охранное помещение. Дубликаты наиболее ценных данных, лучше хранить в другом здании или даже в другом городе. Последняя мера делает данные неуязвимыми в случае пожара или другого стихийного бедствия.
11. Дублирование, мультиплексирование и резервирование офисов.
Помимо резервного копирования, которое производится при возникновении внештатной ситуации либо по заранее составленному расписанию, для
большей сохранности данных на жестких дисках применяют специальные
технологии - зеркалирование дисков и создание RAID-массивов, которые
представляют собой объединение нескольких жестких дисков. При записи
информация поровну распределяется между ними, так что при выходе из
строя одного из дисков находящиеся на нем данные могут быть восстановлены по содержимому остальных.
51
Технология кластеризации предполагает, что несколько компьютеров
функционируют как единое целое. Кластеризуют, как правило, серверы.
Один из серверов кластера может функционировать в режиме горячего резерва в полной готовности начать выполнять функции основной машины в
случае ее выхода из строя. Продолжением технологии кластеризации является распределенная кластеризация, при которой через глобальную сеть объединяются несколько кластерных серверов, разнесенных на большое расстояние.
Распределенные кластеры близки к понятию резервных офисов, ориентированных на обеспечение жизнедеятельности предприятия при уничтожении его центрального помещения. Резервные офисы делят на холодные, в которых проведена коммуникационная разводка, но отсутствует какое-либо
оборудование и горячие, которыми могут быть дублирующий вычислительный центр, получающий всю информацию из центрального офиса, филиал,
офис на колесах и т.д.
12. Резервирование каналов связи.
При отсутствии связи с внешним миром и своими подразделениями,
офис оказывается парализованным, потому большое значение имеет резервирование внешних и внутренних каналов связи. При резервировании рекомендуется сочетать разные виды связи - кабельные линии и радиоканалы, воздушную и подземную прокладку коммуникаций и т.д.
По мере того, как компании все больше и больше обращаются к
Internet, их бизнес оказывается в серьезной зависимости от функционирования Internet-провайдера. У поставщиков доступа к Сети иногда случаются
достаточно серьезные аварии, поэтому важно хранить все важные приложения во внутренней сети компании и иметь договора с несколькими местными
провайдерами. Следует также заранее продумать способ оповещения стратегических клиентов об изменении электронного адреса и требовать от провайдера проведения мероприятий, обеспечивающих оперативное восстановление
его услуг после аварий.
12. Защита данных от перехвата.
Для любой из трех основных технологий передачи информации существует технология перехвата: для кабельных линий - подключение к кабелю,
для спутниковой связи – использование антенны приема сигнала со спутника, для радиоволн - радиоперехват. Российские службы безопасности разделяют коммуникации на три класса. Первый охватывает локальные сети, расположенные в зоне безопасности, т. е. территории с ограниченным доступом
и заэкранированным электронным оборудованием и коммуникационными
линиями, и не имеющие выходов в каналы связи за ее пределами. Ко второму
классу относятся каналы связи вне зоны безопасности, защищенные организационно-техническими мерами, а к третьему - незащищенные каналы связи
общего пользования. Применение коммуникаций уже второго класса значительно снижает вероятность перехвата данных.
52
Для защиты информации во внешнем канале связи используются следующие устройства: скремблеры для защиты речевой информации, шифраторы для широковещательной связи и криптографические средства, обеспечивающие шифрование цифровых данных.
Важнейшими характеристиками алгоритмов шифрования являются
криптостойкость, длина ключа и скорость шифрования. В настоящее время
наиболее часто применяются три основных стандарта шифрования:
o DES;
o ГОСТ 28147-89 - отечественный метод, отличающийся высокой
криптостойкостью;
o RSA - система, в которой шифрование и расшифровка осуществляется с помощью разных ключей.
53
4. Локальные и глобальные сети, сетевые технологии обработки данных
При физическом соединении двух или более компьютеров образуется
компьютерная сеть. В общем случае, для создания компьютерных сетей
необходимо специальное аппаратное обеспечение - сетевое оборудование и
специальное программное обеспечение - сетевые программные средства.
Уже сейчас есть сферы человеческой деятельности, которые принципиально не могут существовать без сетей (например работа банков, крупных
библиотек и т. д. Сети также используются при управлении крупными автоматизированными производствами, газопроводами, электростанциями и т.п.
Для передачи данных компьютеры используют самые разнообразные физические каналы, которые обычно называются средой передачи.
Назначение всех видов компьютерных сетей определяется двумя функциями:
 обеспечение совместного использования аппаратных и программных ресурсов сети;
 обеспечение совместного доступа к ресурсам данных.
Например, все участники локальной сети могут совместно использовать одно общее устройство печати - сетевой принтер или, например, ресурсы жестких дисков одного выделенного компьютера - файлового сервера.
Аналогично можно совместно использовать и программное обеспечение. Если в сети имеется специальный компьютер, выделенный для совместного использования участниками сети, он называется файловым сервером.
Группы сотрудников, работающих над одним проектом в рамках локальной сети, называются рабочими группами. В рамках одной локальной
сети могут работать несколько рабочих групп. У участников рабочих групп
могут быть разные права для доступа к общим ресурсам сети. Совокупность
приемов разделения и ограничения прав участников компьютерной сети
называется политикой сети. Управление сетевыми политиками называется
администрированием сети. Лицо, управляющее организацией работы
участников локальной компьютерной сети, называется системным администратором.
Основные характеристики и классификация компьютерных сетей
По территориальной распространенности сети могут быть локальными, глобальными, и региональными.
Локальная сеть (LAN - Local Area Network) - сеть в пределах предприятия, учреждения, одной организации.
Региональная сеть (MAN - Metropolitan Area Network) - сеть в пределах города или области.
54
Глобальная сеть (WAN - Wide Area Network) – сеть на территории
государства или группы государств.
По скорости передачи информации компьютерные сети делятся на
низко-, средне- и высокоскоростные:
 низкоскоростные сети - до 10 Мбит/с;
 среднескоростные сети- до 100 Мбит/с;
 высокоскоростные сети - свыше 100 Мбит/с.
По типу среды передачи сети разделяются на:
 проводные (на коаксиальном кабеле, на витой паре, оптоволоконные);
 беспроводные с передачей информации по радиоканалам или в инфракрасном диапазоне.
По способу организации взаимодействия компьютеров сети делят на
одноранговые и с выделенным сервером (иерархические сети).
Все компьютеры одноранговой сети равноправны. Любой пользователь
сети может получить доступ к данным, хранящимся на любом компьютере.
Главное достоинство одноранговых сетей – это простота установки и
эксплуатации. Главный недостаток состоит в том, что в условиях одноранговых сетей затруднено решение вопросов защиты информации. Поэтому такой
способ организации сети используется для сетей с небольшим количеством
компьютеров и там, где вопрос защиты данных не является принципиальным.
В иерархической сети при установке сети заранее выделяются один или несколько серверов - компьютеров, управляющих обменом данных по сети и
распределением ресурсов. Любой компьютер, имеющий доступ к услугам
сервера называют клиентом сети или рабочей станцией.
Сервер в иерархических сетях - это постоянное хранилище разделяемых ресурсов. Сам сервер может быть клиентом только сервера более высокого уровня иерархии. Серверы обычно представляют собой высокопроизводительные компьютеры, возможно, с несколькими параллельно работающими процессорами, винчестерами большой емкости и высокоскоростной сетевой картой.
Иерархическая модель сети является наиболее предпочтительной, так
как позволяет создать наиболее устойчивую структуру сети и более рационально распределить ресурсы. Также достоинством иерархической сети является более высокий уровень защиты данных. К недостаткам иерархической
сети, по сравнению с одноранговыми сетями, относятся:
1. Необходимость дополнительной ОС для сервера.
2. Более высокая сложность установки и модернизации сети.
3. Необходимость выделения отдельного компьютера в качестве
сервера.
55
По технологии использования сервера различают сети с архитектурой файл-сервер и сети с архитектурой клиент-сервер. В первой модели
используется файловый сервер, на котором хранится большинство программ
и данных. По требованию пользователя ему пересылаются необходимая программа и данные. Обработка информации выполняется на рабочей станции.
В системах с архитектурой клиент-сервер обмен данными осуществляется между приложением-клиентом и приложением-сервером. Хранение данных и их обработка производится на мощном сервере, который выполняет
также контроль за доступом к ресурсам и данным. Рабочая станция получает
только результаты запроса.
К основным характеристикам сетей относятся:
Пропускная способность – максимальный объем данных, передаваемых сетью в единицу времени. Пропускная способность измеряется в
Мбит/с.
Время реакции сети - время, затрачиваемое программным обеспечением и устройствами сети на подготовку к передаче информации по данному
каналу. Время реакции сети измеряется миллисекундах.
Топологии сетей
Топологией сети называется физическую или электрическую конфигурацию кабельной системы и соединений сети. В топологии сетей применяют
несколько специализированных терминов:
 узел сети - компьютер, либо коммутирующее устройство сети;
 ветвь сети - путь, соединяющий два смежных узла;
 оконечный узел - узел, расположенный в конце только одной ветви;
 промежуточный узел - узел, расположенный на концах более чем
одной ветви;
 смежные узлы - узлы, соединенные, по крайней мере, одним путём,
не содержащим никаких других узлов.
Существует всего 5 основных типов топологии сетей:
1. Топология “Общая Шина”. В этом случае подключение и обмен
данными производится через общий канал связи, называемый общей шиной:
Общая шина является очень распространенной топологией для локальных сетей. Передаваемая информация может распространяться в обе стороны. Применение общей шины снижает стоимость проводки и унифицирует
подключение различных модулей. Основными преимуществами такой схемы
являются дешевизна и простота разводки кабеля по помещениям. Самый серьезный недостаток общей шины заключается в ее низкой надежности: любой дефект кабеля или какого-нибудь из многочисленных разъемов полностью парализует всю сеть. Другим недостатком общей шины является ее невысокая производительность, так как при таком способе подключения в каждый момент времени только один компьютер может передавать данные в
56
сеть. Поэтому пропускная способность канала связи всегда делится здесь
между всеми узлами сети.
2. Топология “Звезда”. В этом случае каждый компьютер подключается отдельным кабелем к общему устройству, называемому концентратором, который находится в центре сети:
В функции концентратора входит направление передаваемой компьютером информации одному или всем остальным компьютерам сети. Главное
преимущество этой топологии перед общей шиной - существенно большая
надежность. Любые неприятности с кабелем касаются лишь того компьютера, к которому этот кабель присоединен, и только неисправность концентратора может вывести из строя всю сеть. Кроме того, концентратор может играть роль интеллектуального фильтра информации, поступающей от узлов в
сеть, и при необходимости блокировать запрещенные администратором передачи.
К недостаткам топологии типа звезда относится более высокая стоимость сетевого оборудования из-за необходимости приобретения концентратора. Кроме того, возможности по наращиванию количества узлов в сети
ограничиваются количеством портов концентратора. В настоящее время
иерархическая звезда является самым распространенным типом топологии
связей как в локальных, так и глобальных сетях.
3. Топология “Кольцо”. В сетях с кольцевой топологией данные в сети передаются последовательно от одной станции к другой по кольцу, как
правило, в одном направлении:
57
Если компьютер распознает данные как предназначенные ему, то он
копирует их себе во внутренний буфер. В сети с кольцевой топологией необходимо принимать специальные меры, чтобы в случае выхода из строя или
отключения какой-либо станции не прервался канал связи между остальными
станциями. Преимущество данной топологии - простота управления, недостаток - возможность отказа всей сети при сбое в канале между двумя узлами.
4. Ячеистая топология. Для ячеистой топологии характерна схема соединения компьютеров, при которой физические линии связи установлены со
всеми рядом стоящими компьютерами:
В сети с ячеистой топологией непосредственно связываются только те
компьютеры, между которыми происходит интенсивный обмен данными, а
для обмена данными между компьютерами, не соединенными прямыми связями, используются транзитные передачи через промежуточные узлы. Ячеистая топология допускает соединение большого количества компьютеров и
характерна, как правило, для глобальных сетей. Достоинства данной топологии в ее устойчивости к отказам и перегрузкам, т.к. имеется несколько способов обойти отдельные узлы.
5. Смешанная топология. В то время как небольшие сети, как правило, имеют типовую топологию - звезда, кольцо или общая шина, для крупных
сетей характерно наличие произвольных связей между компьютерами. В таких сетях можно выделить отдельные произвольно подсети, имеющие типовую топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологией:
Модель взаимосвязи открытых систем
58
Основной задачей, решаемой при создании компьютерных сетей, является обеспечение совместимости оборудования по электрическим и механическим характеристикам и обеспечение совместимости информационного
обеспечения (программ и данных) по системе кодирования и формату данных. Решение этой задачи относится к области стандартизации и основано на
так называемой модели OSI (модель взаимодействия открытых систем Model of Open System Interconnections). Модель OSI была создана на основе
технических предложений Международного института стандартов ISO
(International Standards Organization).
Согласно модели OSI архитектуру компьютерных сетей следует рассматривать на разных уровнях (общее число уровней - до семи). Самый верхний уровень - прикладной. На этом уровне пользователь взаимодействует с
вычислительной системой. Caмый нижний уровень - физический. Он обеспечивает обмен сигналами между устройствами. Обмен данными в системах
связи происходит путем их перемещения с верхнего уровня на нижний, затем
транспортировки и, наконец, обратным воспроизведением на компьютере
клиента в результате перемещения с нижнего уровня на верхний.
Для обеспечения необходимой совместимости на каждом из семи возможных уровней архитектуры компьютерной сети действуют специальные
стандарты, называемые протоколами. Они определяют характер аппаратного взаимодействия компонентов сети (аппаратные протоколы) и характер
взаимодействия программ и данных (программные протоколы). Физически
функции поддержки протоколов исполняют аппаратные устройства (интер59
фейсы) и программные средства (программы поддержки протоколов). Программы, выполняющие поддержку протоколов, также называют протоколами.
Каждый уровень архитектуры подразделяется на две части:
 спецификацию услуг;
 спецификацию протокола.
Спецификация услуг определяет, что делает уровень, а спецификация
протокола - как он это делает, причем каждый конкретный уровень может
иметь более одного протокола.
Рассмотрим функции, выполняемые каждым уровнем программного
обеспечения:
1. Физический уровень осуществляет соединения с физическим каналом, так, отсоединения от канала, управление каналом. Определяется скорость передачи данных и топология сети.
2. Канальный уровень добавляет в передаваемые массивы информации вспомогательные символы и контролирует правильность передаваемых данных. Здесь передаваемая информация разбивается на
несколько пакетов или кадров. Каждый пакет содержит адреса источника и места назначения, а также средства обнаружения ошибок.
3. Сетевой уровень определяет маршрут передачи информации между
сетями, обеспечивает обработку ошибок, а так же управление потоками данных. Основная задача сетевого уровня - маршрутизация
данных (передача данных между сетями).
4. Транспортный уровень связывает нижние уровни (физический,
канальный, сетевой) с верхними уровнями, которые реализуются
программными средствами. Этот уровень разделяет средства формирования данных в сети от средств их передачи. Здесь осуществляется разделение информации по определенной длине и уточняется
адрес назначения.
5. Сеансовый уровень осуществляет управление сеансами связи между двумя взаимодействующими пользователями, определяет начало
и окончание сеанса связи, время, длительность и режим сеанса связи, точки синхронизации для промежуточного контроля и восстановления при передаче данных; восстанавливает соединение после
ошибок во время сеанса связи без потери данных.
6. Представительский - управляет представлением данных в необходимой для программы пользователя форме, производит компрессию
и декомпрессию данных. Задачей данного уровня является преобразование данных при передаче информации в формат, который используется в информационной системе. При приеме данных данный
уровень представления данных выполняет обратное преобразование.
7. Прикладной уровень взаимодействует с прикладными сетевые программами, обслуживающими файлы, а также выполняет вычислительные, информационно-поисковые работы, логические преобразо60
вания информации, передачу почтовых сообщений и т.п. Главная
задача этого уровня - обеспечить удобный интерфейс для пользователя.
8. На разных уровнях обмен происходит различными единицами информации: биты, кадры, пакеты, сеансовые сообщения, пользовательские сообщения.
Сетевое оборудование
Основными компонентами сети являются рабочие станции, серверы,
передающие среды (кабели) и сетевое оборудование.
Рабочими станциями называются компьютеры сети, на которых пользователями сети реализуются прикладные задачи.
Серверы сети - это аппаратно-программные системы, выполняющие
функции управления распределением сетевых ресурсов общего доступа. Сервером может быть это любой подключенный к сети компьютер, на котором
находятся ресурсы, используемые другими устройствами локальной сети. В
качестве аппаратной части сервера используется достаточно мощные компьютеры.
Сети можно создавать с любым из типов кабеля.
1. Витая пара (TP - Twisted Pair) – это кабель, выполненный в виде
скрученной пары проводов. Он может быть экранированным и неэкранированным. Экранированный кабель более устойчив к электромагнитным помехам. Витая пара наилучшим образом подходит для малых учреждений. Недостатками данного кабеля является высокий коэффициент затухания сигнала и
высокая чувствительность к электромагнитным помехам, поэтому максимальное расстояние между активными устройствами в ЛВС при использовании витой пары должно быть не более 100 метров.
2. Коаксиальный кабель состоит из одного цельного или витого центрального проводника, который окружен слоем диэлектрика. Проводящий
слой алюминиевой фольги, металлической оплетки или их комбинации
окружает диэлектрик и служит одновременно как экран против наводок. Общий изолирующий слой образует внешнюю оболочку кабеля.
Коаксиальный кабель может использоваться в двух различных системах передачи данных: без модуляции сигнала и с модуляцией. В первом случае цифровой сигнал используется в таком виде, в каком он поступает из ПК
и сразу же передается по кабелю на приемную станцию. Он имеет один канал
передачи со скоростью до 10 Мбит/сек и максимальный радиус действия
4000 м. Во втором случае цифровой сигнал превращают в аналоговый и
направляют его на приемную станцию, где он снова превращается в цифровой. Операция превращения сигнала выполняется модемом; каждая станция
должна иметь свой модем. Этот способ передачи является многоканальным
(обеспечивает передачу по десяткам каналов, используя для этого всего лишь
один кабель). Таким способом можно передавать звуки, видео сигналы и другие данные. Длина кабеля может достигать до 50 км.
61
3. Оптоволоконный кабель является более новой технологией, используемой в сетях. Носителем информации является световой луч, который
модулируется сетью и принимает форму сигнала. Такая система устойчива к
внешним электрическим помехам и таким образом возможна очень быстрая,
секретная и безошибочная передача данных со скоростью до 2 Гбит/с. Количество каналов в таких кабелях огромно. Передача данных выполняется
только в симплексном режиме, поэтому для организации обмена данными
устройства необходимо соединять двумя оптическими волокнами (на практике оптоволоконный кабель всегда имеет четное, парное кол-во волокон). К
недостаткам оптоволоконного кабеля можно отнести большую стоимость, а
также сложность подсоединения.
4. Радиоволны в микроволновом диапазоне используются в качестве
передающей среды в беспроводных локальных сетях, либо между мостами
или шлюзами для связи между локальными сетями. В первом случае максимальное расстояние между станциями составляет 200 - 300 м, во втором - это
расстояние прямой видимости. Скорость передачи данных - до 2 Мбит/с.
Беспроводные локальные сети считаются перспективным направлением развития ЛС. Их преимущество - простота и мобильность. Также исчезают проблемы, связанные с прокладкой и монтажом кабельных соединений - достаточно установить интерфейсные платы на рабочие станции, и сеть готова к
работе.
Выделяют следующие виды сетевого оборудования:
1. Сетевые карты – это контроллеры, подключаемые в слоты расширения материнской платы компьютера, предназначенные для передачи сигналов в сеть и приема сигналов из сети.
2. Терминаторы - это резисторы номиналом 50 Ом, которые производят затухание сигнала на концах сегмента сети.
3. Концентраторы (Hub) – это центральные устройства кабельной
системы или сети физической топологии "звезда", которые при получении пакета на один из своих портов пересылает его на все
остальные. В результате получается сеть с логической структурой
общей шины. Различают концентраторы активные и пассивные. Активные концентраторы усиливают полученные сигналы и передают
их. Пассивные концентраторы пропускают через себя сигнал, не
усиливая и не восстанавливая его.
4. Повторители (Repeater)- устройства сети, усиливает и заново
формирует форму входящего аналогового сигнала сети на расстояние другого сегмента. Повторитель действует на электрическом
уровне для соединения двух сегментов. Повторители ничего распознают сетевые адреса и поэтому не могут использоваться для
уменьшения трафика.
5. Коммутаторы (Switch) - управляемые программным обеспечением
центральные устройства кабельной системы, сокращающие сетевой
трафик за счет того, что пришедший пакет анализируется для выяс62
6.
7.
8.
9.
нения адреса его получателя и соответственно передается только
ему. Использование коммутаторов является более дорогим, но и более производительным решением. Коммутатор обычно значительно
более сложное устройство и может обслуживать одновременно несколько запросов. Если по какой-то причине нужный порт в данный
момент времени занят, то пакет помещается в буферную память
коммутатора, где и дожидается своей очереди. Построенные с помощью коммутаторов сети могут охватывать несколько сотен машин и иметь протяженность в несколько километров.
Маршрутизаторы (Router) - стандартные устройства сети, работающие на сетевом уровне и позволяющее переадресовывать и
маршрутизировать пакеты из одной сети в другую, а также фильтровать широковещательные сообщения.
Мосты (Bridge)- устройства сети, которое соединяют два отдельных сегмента, ограниченных своей физической длиной, и передают
трафик между ними. Мосты также усиливают и конвертируют сигналы для кабеля другого типа. Это позволяет расширить максимальный размер сети, одновременно не нарушая ограничений на
максимальную длину кабеля, количество подключенных устройств
или количество повторителей на сетевой сегмент.
Шлюзы (Gateway) - программно-аппаратные комплексы, соединяющие разнородные сети или сетевые устройства. Шлюзы позволяет
решать проблемы различия протоколов или систем адресации. Они
действует на сеансовом, представительском и прикладном уровнях
модели OSI.
Межсетевые экраны (firewall, брандмауэры) - это сетевые
устройства, реализующие контроль за поступающей в локальную
сеть и выходящей из нее информацией и обеспечивающие защиту
локальной сети посредством фильтрации информации. Большинство межсетевых экранов построено на классических моделях разграничения доступа, согласно которым субъекту (пользователю,
программе, процессу или сетевому пакету) разрешается или запрещается доступ к какому-либо объекту (файлу или узлу сети) при
предъявлении некоторого уникального, присущего только этому
субъекту, элемента. В большинстве случаев этим элементом является пароль. В других случаях таким уникальным элементом является
микропроцессорные карточки, биометрические характеристики
пользователя и т. п. Для сетевого пакета таким элементом являются
адреса или флаги, находящиеся в заголовке пакета, а также некоторые другие параметры. Таким образом, межсетевой экран - это программный и/или аппаратный барьер между двумя сетями, позволяющий устанавливать только авторизованные межсетевые соединения. Обычно межсетевые экраны защищают соединяемую с Internet
63
корпоративную сеть от проникновения извне и исключает возможность доступа к конфиденциальной информации.
64
5. Прикладные программные средства
5.1. Текстовые процессоры
Текстовый процессор — вид прикладной компьютерной программы,
предназначенной для производства (включая набор, редактирование, форматирование, иногда печать) любого вида печатной информации. Иногда текстовый процессор называют текстовым редактором второго рода.
Текстовыми процессорами в 1970-е — 1980-е годы называли предназначенные для набора и печати текстов машины индивидуального и офисного использования, состоящие из клавиатуры, встроенного компьютера для
простейшего редактирования текста, а также электрического печатного
устройства. Позднее наименование «текстовый процессор» стало использоваться для компьютерных программ, предназначенных для аналогичного использования.
Текстовые процессоры, в отличие от текстовых редакторов, имеют
больше возможностей для форматирования текста, внедрения в него графики, формул, таблиц и других объектов. Поэтому они могут быть использованы не только для набора текстов, но и для создания различного рода документов, в том числе официальных. Классическим примером текстового процессора является Microsoft Word.
OpenOffice.org Writer
Программы для работы с текстами можно разделить на простые текстовые процессоры, мощные текстовые процессоры и издательские системы.
Известные текстовые процессоры
 AbiWord
 Adobe InCopy
 JWPce — текстовый процессор для японского языка.
 Lotus WordPro
 Microsoft Word
 Microsoft Works
 OpenOffice.org Writer
 PolyEdit
65


WordPad — входит в дистрибутив MS Windows
WordPerfect
5.2. Электронные таблицы
Электронные таблицы (или табличные процессоры) - это прикладные
программы, предназначенные для проведения табличных расчетов.
Появление электронных таблиц исторически совпадает с началом распространения персональных компьютеров. Первая программа для работы с электронными таблицами — табличный процессор, была создана в 1979 году,
предназначалась для компьютеров типа Apple II и называлась VisiCalc. В
1982 году появляется знаменитый табличный процессор Lotus 1-2-3, предназначенный для IBM PC. Lotus объединял в себе вычислительные возможности электронных таблиц, деловую графику и функции реляционной СУБД.
Популярность табличных процессоров росла очень быстро. Появлялись новые программные продукты этого класса: Multiplan, Quattro Pro, SuperCalc и
другие. Одним из самых популярных табличных процессоров сегодня является MS Excel, входящий в состав пакета Microsoft Office.
Что же такое электронная таблица? Это средство информационных
технологий, позволяющее решать целый комплекс задач:
1. Прежде всего, выполнение вычислений. Издавна многие расчеты
выполняются в табличной форме, особенно в области делопроизводства: многочисленные расчетные ведомости, табуляграммы, сметы расходов и т. п. Кроме того, решение численными методами целого ряда математических задач; удобно выполнять в табличной
форме. Электронные таблицы представляют собой удобный инструмент для автоматизации таких вычислений. Решения многих вычислительных задач на ЭВМ, которые раньше можно было осуществить
только путем программирования, стало возможно реализовать
2. Математическое моделирование. Использование математических
формул в ЭТ позволяет представить взаимосвязь между различными
параметрами некоторой реальной системы. Основное свойство ЭТ
— мгновенный пересчет формул при изменении значений входящих
в них операндов. Благодаря этому свойству, таблица представляет
собой удобный инструмент для организации численного эксперимента:
 подбор параметров,
 прогноз поведения моделируемой системы,
 анализ зависимостей,
 планирование.
Дополнительные удобства для моделирования дает возможность графического представления данных (диаграммы);
3. Использование электронной таблицы в качестве базы данных. Конечно, по сравнению с СУБД электронные таблицы имеют меньшие
66
возможности в этой области. Однако некоторые операции манипулирования данными, свойственные реляционным СУБД, в них реализованы. Это поиск информации по заданным условиям и сортировка информации.
В электронных таблицах предусмотрен также графический режим работы, который дает возможность графического представления (в виде графиков, диаграмм) числовой информации, содержащейся в таблице.
Основные типы данных:
 числа, как в обычном, так и экспоненциальном формате,
 текст – последовательность символов, состоящая из букв, цифр и
пробелов,
 формулы. Формулы должны начинаться со знака равенства, и могут
включать в себя числа, имена ячеек, функции (математические,
статистические, финансовые, текстовые, дата и время и т.д.) и
знаки математических операций.
Электронные таблицы просты в обращении, быстро осваиваются
непрофессиональными пользователями компьютера и во много раз упрощают и ускоряют работу бухгалтеров, экономистов, ученых.
5.3. Системы управления базами данных
Систе́ма управле́ния ба́зами да́нных (СУБД) — специализированная
программа (чаще комплекс программ), предназначенная для организации и
ведения базы данных. Для создания и управления информационной системой
СУБД необходима в той же степени, как для разработки программы на алгоритмическом языке необходим транслятор.
Основные функции СУБД:
 управление данными во внешней памяти (на дисках);
 управление данными в оперативной памяти с использованием дискового кэша;
 журнализация изменений, резервное копирование и восстановление
базы данных после сбоев;
 поддержка языков БД (язык определения данных, язык манипулирования данными).
Обычно современная СУБД содержит следующие компоненты:
 ядро, которое отвечает за управление данными во внешней и оперативной памяти и журнализацию,
 процессор языка базы данных, обеспечивающий оптимизацию запросов на извлечение и изменение данных и создание, как правило,
машинно-независимого исполняемого внутреннего кода,
67


подсистему поддержки времени исполнения, которая интерпретирует программы манипуляции данными, создающие пользовательский
интерфейс с СУБД
а также сервисные программы (внешние утилиты), обеспечивающие
ряд дополнительных возможностей по обслуживанию информационной системы.
Классификация СУБД
По модели данных
По типу управляемой базы данных СУБД разделяются на:
 Иерархические
 Сетевые
 Реляционные
 Объектно-реляционные
 Объектно-ориентированные
По архитектуре организации хранения данных
 локальные СУБД (все части локальной СУБД размещаются на одном компьютере)
 распределенные СУБД (части СУБД могут размещаться на двух и
более компьютерах)
По способу доступа к БД
 Файл-серверные
В файл-серверных СУБД файлы данных располагаются централизованно на файл-сервере. Ядро СУБД располагается на каждом клиентском компьютере. Доступ к данным осуществляется через локальную сеть. Синхронизация чтений и обновлений осуществляется посредством файловых блокировок. Преимуществом этой архитектуры является низкая нагрузка на ЦП сервера, а недостатком — высокая загрузка локальной сети.
На данный момент файл-серверные СУБД считаются устаревшими.
Примеры: Microsoft Access, Paradox, dBase.
 Клиент-серверные
Такие СУБД состоят из клиентской части (которая входит в состав
прикладной программы) и сервера (см. Клиент-сервер). Клиент-серверные
СУБД, в отличие от файл-серверных, обеспечивают разграничение доступа
между пользователями и мало загружают сеть и клиентские машины. Сервер
является внешней по отношению к клиенту программой, и по надобности его
можно заменить другим. Недостаток клиент-серверных СУБД в самом факте
существования сервера (что плохо для локальных программ — в них удобнее
встраиваемые СУБД) и больших вычислительных ресурсах, потребляемых
сервером.
Примеры: Firebird, Interbase, IBM DB2, MS SQL Server, Sybase, Oracle,
PostgreSQL, MySQL, ЛИНТЕР.
 Встраиваемые
68
Встраиваемая СУБД — библиотека, которая позволяет унифицированным образом хранить большие объёмы данных на локальной машине. Доступ
к данным может происходить через SQL либо через особые функции СУБД.
Встраиваемые СУБД быстрее обычных клиент-серверных и не требуют установки сервера, поэтому востребованы в локальном ПО, которое имеет дело с
большими объёмами данных (например, геоинформационные системы).
5.4. Графические редакторы
Графический редактор — программа (или пакет программ), позволяющая создавать и редактировать двумерные изображения с помощью компьютера.
Типы графических редакторов:
 Растровые графические редакторы. Наиболее популярны: Adobe
Photoshop для операционных систем Microsoft Windows и Mac OS X,
GIMP для GNU/Linux и других POSIX-совместимых. GIMP распространяется под лицензией GNU GPL.
 Векторные графические редакторы. Наиболее популярны: Adobe
Illustrator, Corel Draw, Macromedia Free Hand — для операционных
систем Microsoft Windows и Mac OS X, Inkscape — для всех ОС.
 Гибридные
графические редакторы. Наиболее популярны:
RasterDesk для AutoCAD, Spotlight (программа) для операционных
систем Microsoft Windows.
5.5. Информационно-поисковые системы
ИПС (информационно-поисковая система) - это система, обеспечивающая поиск и отбор необходимых данных в специальной базе с описаниями
источников информации (индексе) на основе информационно-поискового
языка и соответствующих правил поиска.
Главной задачей любой ИПС является поиск информации релевантной
информационным потребностям пользователя. Очень важно в результате
проведенного поиска ничего не потерять, то есть найти все документы, относящиеся к запросу, и не найти ничего лишнего. Поэтому вводится качественная характеристика процедуры поиска - релевантность.
Релевантность - это соответствие результатов поиска сформулированному запросу.
Далее мы будем, в основном, рассматривать ИПС для всемирной паутины (WWW). Основными показателями ИПС для WWW являются пространственный масштаб и специализация. По пространственному масштабу
ИПС можно разделить на локальные, глобальные, региональные и специализированные. Локальные поисковые системы могут быть разработаны для
быстрого поиска страниц в масштабе отдельного сервера. Региональные ИПС
69
описывают информационные ресурсы определенного региона, например,
русскоязычные страницы в Интернете. Глобальные поисковые системы в отличие от локальных стремятся объять необъятное - по возможности наиболее
полно описать ресурсы всего информационного пространства сети Интернет.
В общем случае, можно выделить следующие поисковые инструменты
для WWW: каталоги, поисковые системы, метапоисковые системы.
Каталог - поисковая система с классифицированным по темам списком
аннотаций со ссылками на web-ресурсы. Классификация, как правило, проводится людьми.
Поиск в каталоге очень удобен и проводится посредством последовательного уточнения тем. Тем не менее, каталоги поддерживают возможность
быстрого поиска определенной категории или страницы по ключевым словам
с помощью локальной поисковой машины. База данных ссылок (индекс) каталога обычно имеет ограниченный объем, заполняется вручную персоналом
каталога. Некоторые каталоги используют автоматическое обновление индекса.
Результат поиска в каталоге представляется в виде списка, состоящего
из краткого описания (аннотации) документов с гипертекстовой ссылкой на
первоисточник.
Поисковая машина - поисковая система с формируемой роботом базой
данных, содержащей информацию об информационных ресурсах.
Отличительной чертой поисковых машин является тот факт, что база
данных, содержащая информацию об Web-страницах, статьях Usenet и т.д.,
формируется программой-роботом.
Поиск в такой системе проводится по запросу, составляемому пользователем, состоящему из набора ключевых слов или фразы, заключенной в кавычки. Индекс формируется и поддерживается в актуальном состоянии роботами-индексировщиками.
В описании документа чаще всего содержится несколько первых предложений или выдержки из текста документа с выделением ключевых слов.
Как правило, указана дата обновления (проверки) документа, его размер в
килобайтах, некоторые системы определяют язык документа и его кодировку
(для русскоязычных документов).
Что можно делать с полученными результатами? Если название и описание документа соответствует вашим требованиям, можно немедленно перейти к его первоисточнику по ссылке. Это удобнее делать в новом окне,
чтобы иметь возможность далее анализировать результаты выдачи. Многие
поисковые системы позволяют проводить поиск в найденных документах,
причем вы можете уточнить ваш запрос введением дополнительных терминов. Если интеллектуальность системы высока, вам могут предложить услугу
поиска похожих документов. Для этого вы выбираете особо понравившийся
документ и указываете его системе в качестве образца для подражания. Од70
нако, автоматизация определение похожести - весьма нетривиальная задача,
и зачастую эта функция работает неадекватно вашим надеждам. Некоторые
поисковики позволяют провести пересортировку результатов. Для экономии
вашего времени можно сохранить результаты поиска в виде файла на локальном диске для последующего изучения в автономном режиме.
Метапоисковая система. Обратите внимание на то, что различные
поисковые системы описывают разное количество источников информации в
Интернет. Поэтому нельзя ограничиваться поиском только в одной из указанных поисковых системах. Теперь познакомимся с инструментами поиска,
которые не формируют собственный индекс, но умеют использовать возможности других поисковых систем. Это метапоисковые системы (поисковые службы) - системы, способные послать запросы пользователя одновременно нескольким поисковым серверам, затем объединить полученные результаты и представить их пользователю в виде документа со ссылками.
Поиск источников информации
Обсудим проблему поиска такого источника информации, как статьи в
группах новостей. Инструментами поиска в данном случае могут являться
рассмотренные поисковые машины WWW, которые индексируют не только
пространство WWW, но и статьи в телеконференциях и имеют специальный
режим поиска именно в этом ресурсе. Поиск в группах новостей поддерживает, например, поисковый сервер Altavistа. Следует отметить, что поисковые системы WWW весьма оперативно индексируют группы новостей и содержат информацию о статьях, реально существующих в сети. Для поиска в
архивах новостей существую специализированные системы, самой известной
из которых является система Deja (www.deja.com). Эта система позволяет
проводить как поиск отдельных статей, содержащих введенный термин, так и
поиск определенных групп новостей, посвященных обсуждению заданной
темы. Можно зарегистрироваться в Deja и подписаться на определенные
группы новостей.
Теперь рассмотрим инструменты, позволяющие проводить поиск файлов. Многие поисковые системы WWW стали оказывать услугу поиска мультимедийных файлов (Altavista, Aport). Для этого вовсе нет необходимости
знать специальные операторы, а достаточно перейти с домашней страницы
по ссылкам Картинки (Images), MP3/Audio или Video к специальному режиму поиска. Поиск проводится по возможному имени файла или по тексту в
комментарии к ссылке на мультимедийный файл.
Что касается поиска программного обеспечения, во всемирной паутине
существуют поисковые Web-серверы с коллекциями условно-бесплатного
ПО, некоторые из них специализируются на поиск программного обеспечения для Интернета или для конкретной операционной системы. Эти системы
в конечном итоге приведут вас к конкретному серверу, с которого и можно
скачать искомый программный продукт. Следует упомянуть серверы Archie,
71
также оказывающие услугу поиска файлов на FTP-серверах, однако пользоваться Web-серверами гораздо удобнее.
Рассмотрим поисковые инструменты для поиска адресной информации.
Введем понятие Белого(White) и Желтого (Yellow) поиска.
White-поиск - поиск адресной информации по заранее известному собственному имени адресата (имя человека или организации)
Yellow-поиск - поиск собственного имени по дополнительным признакам (по роду деятельности, по географическому признаку), а затем поиск его
адресной информации.
Обычно Yellow Pages системы фактически сразу включают в себя и
White Pages - у найденного адресата сразу видны его телефон и почтовый адрес. Кроме того, некоторые Yellow Pages позволяют искать просто в алфавитном списке своих абонентов (white-поиск). С другой стороны, White pages
также содержат элементы yellow-поиска - кроме задания собственного имени
они обычно позволяют указать название города, штата и другие, сужающие
поиск, данные (что необходимо в случае многих однофамильцев). Возможно,
именно поэтому многие on-line телефонные справочники, выполняющие,
фактически white-поиск, называют себя Yellow pages.
72
6. Автоматизированные системы
6.1. Понятие автоматизированной системы
Под системой понимают любой объект, который одновременно рассматривается и как единое целое, и как объединенная в интересах достижения поставленных целей совокупность разнородных элементов. Системы
значительно отличаются между собой как по составу, так и по главным целям.
Пример 1. Приведем несколько систем, состоящих из разных элементов и направленных на реализацию разных целей.
Таблица.
Система
Фирма
Компьютер
Телекоммуникационная система
Информационная система
Элементы системы
Люди, оборудование, материалы, здания и др.
Электронные и электромеханические элементы, линии
связи и др.
Компьютеры, модемы, кабели, сетевое программное
обеспечение и др.
Компьютеры, компьютерные сети, люди, информационное и программное
обеспечение
Главная цель системы
Производство товаров
Обработка данных
Передача информации
Производство профессиональной информации
В информатике понятие "система" широко распространено и имеет
множество смысловых значений. Чаще всего оно используется применительно к набору технических средств и программ. Системой может называться
аппаратная часть компьютера. Системой может также считаться множество
программ для решения конкретных прикладных задач, дополненных процедурами ведения документации и управления расчетами.
Добавление к понятию "система" слова "информационная" отражает
цель ее создания и функционирования. Информационные системы обеспечивают сбор, хранение, обработку, поиск, выдачу информации, необходимой в
процессе принятия решений задач из любой области. Они помогают анализировать проблемы и создавать новые продукты.
Информационная система - взаимосвязанная совокупность средств,
методов и персонала, используемых для хранения, обработки и выдачи информации в интересах достижения поставленной цели.
Современное понимание информационной системы предполагает использование в качестве основного технического средства переработки информации персонального компьютера. В крупных организациях наряду с
73
персональным компьютером в состав технической базы информационной системы может входить суперЭВМ. Кроме того, техническое воплощение информационной системы само по себе ничего не будет значить, если не учтена
роль человека, для которого предназначена производимая информация и без
которого невозможно ее получение и представление, поэтому
Автоматизированная информационная система - это человекомашинная система, обеспечивающая автоматизированную подготовку,
поиск и обработку информации в рамках интегрированных сетевых,
компьютерных и коммуникационных технологий для оптимизации экономической и другой деятельности в различных сферах управления.
На этой основе создаются различные автоматические и автоматизированные системы управления технологическими процессами. Типичным примером таких систем может служить в связи - автоматическая коммутационная станция. В этой системе управление осуществляется с помощью технических устройств типа процессоров или других более простых приборов. Человек-оператор не входит в контур управления, замыкающий связи объекта и
органа управления, а лишь следит за ходом технологического процесса и по
мере необходимости (например, в случае сбоя) вмешивается. Иначе обстоит
дело с автоматизированной системой управления производственным процессом. В АС производственными процессами и объект и орган управления
представляет собой единую человеко-машинную систему, человек обязательно входит в контур управления. По определению АС - это человекомашинная система, предназначенная для сбора и обработки информации, необходимой для управления производственным процессом, то есть управления
коллективами людей. Иначе говоря, успех функционирования таких систем
во многом зависит от свойств и особенностей жизнедеятельности человеческого фактора. Без человека система АС производством самостоятельно не
может работать, так как человек формирует задачи, разрабатывает все виды
обеспечивающих подсистем, выбирает из выданных ЭВМ вариантов решений наиболее рациональный. И, разумеется, человек, что очень важно, в конечном счете юридически отвечает за результаты реализации принятых им
решений. Как видим, роль человека огромна и не заменима. Человек организует программу подготовительных мероприятий перед созданием АС, следовательно, требуется помимо всего прочего специальное организационное и
правовое обеспечение.
6.2. Виды автоматизированных систем
Классифицировать АС можно:
o
o
o
o
По уровню:
О Г А С;
АСУ Отрасли;
АСУ Производства;
АСУ Цеха;
74
o АСУ Участка;
o АСУ Т П ( технологического процесса).
По типу принимаемого решения:
o Информационно-справочные системы, которые просто сообщают информацию ("экспресс", "сирена", "09");
o Информационно-советующая (справочная) система, представляет варианты и оценки по различным критериям этих вариантов;
o Информационно-управляющая система, выходной результат
не совет, а управляющее воздействие на объект.
По типу производства:
o АСУ с дискретно-непрерывным производством;
o АСУс дискретным производством;
o АСУс непрерывным производством.
По назначению:
o Военные АСУ;
o Экономические системы (предприятия, конторы, управляющие властные структуры);
o Информационно-поисковые системы.
По областям человеческой деятельности:
o Медицинские системы;
o Экологические системы;
o Системы телефонной связи.
По типу применяемых вычислительных машин:
o Цифровые вычислительные машины (ЦВМ);
o БВМ;
o Средние;
o Миниэвм, др.
Необходимо понимать разницу между компьютерами и информационными системами. Компьютеры, оснащенные специализированными программными средствами, являются технической базой и инструментом для
информационных систем. Информационная система немыслима без персонала, взаимодействующего с компьютерами и телекоммуникациями.
75