2. Принципы построения компьютера.
реклама
Контрольные вопросы По теоретическому материалу 2 семестра 1. Структурно-функциональная схема компьютера. __________________________________ 2 2. Принципы построения компьютера. ______________________________________________ 3 3. Архитектура и структура компьютера ___________________________________________ 5 4. Магистрально – модульный принцип архитектуры персональных компьютеров _______ 6 5. Устройство персонального компьютера. Принцип открытой архитектуры. __________ 7 6. Основные блоки компьютера. Назначение и основные характеристики. Центральный процессор.__________________________________________________________________________ 9 7. Устройство памяти. Внешние устройства персонального компьютера. _____________ 11 8. Понятие программного обеспечения. Классификация программного обеспечения. _____ 13 9. Прикладное программное обеспечение. ___________________________________________ 15 10. Системное программное обеспечение. ____________________________________________ 19 11. Операционные системы Windows. ________________________________________________ 21 12. Этапы решения задач с помощью компьютера. ___________________________________ 25 13. Понятие модели. Материальные и информационные модели. Модели объектов и процессов (графические, вербальные, табличные, математические и др.). ________________________ 26 14. Понятие алгоритма. Свойства и виды алгоритмов. Способы задания алгоритмов. ____ 30 15. Элементы блок схем. Алгоритмические структуры (линейная, ветвление, цикл). _____ 31 16. Инструментальное ПО. Технологии программирования и системы программирования. 33 17. Языки программирования. _______________________________________________________ 36 18. Основные определения. Виды компьютерных сетей. Типовые топологии локальных вычислительных сетей. ____________________________________________________________ 41 19. Структура Интернет. Варианты доступа в Интернет. Сервисы Интернет. _________ 45 20. Система адресации. Доменные имена. Адресация ресурсов. _________________________ 48 21. Современное состояние информационной безопасности. Методы защиты информации.52 22. Комплексный подход к вопросу обеспечения информационной безопасности. __________ 54 1 1. Структурно-функциональная схема компьютера. Компьютер (англ. computer – вычислитель) представляет собой программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные и производить вычисления, а также выполнять другие задачи манипулирования символами. Структура компьютера – это совокупность его функциональных элементов и связей между ними. Элементами могут быть самые различные устройства – от основных логических узлов компьютера до простейших схем. Структура компьютера графически представляется в виде структурных схем, с помощью которых можно дать описание компьютера на любом уровне детализации. Существует два основных класса компьютеров: цифровые компьютеры, обрабатывающие данные в виде двоичных кодов; аналоговые компьютеры, обрабатывающие непрерывно меняющиеся физические величины (электрическое напряжение, время и т.д.), которые являются аналогами вычисляемых величин. Основу компьютеров образует аппаратура (HardWare), построенная, в основном, с использованием электронных и электромеханических элементов и устройств. Принцип действия компьютеров состоит в выполнении программ (SoftWare) – заранее заданных, четко определенных последовательностей арифметических, логических и других операций. Структура современных компьютеров основана на общих логических принципах, позволяющих выделить в любом компьютере следующие главные устройства: память (запоминающее устройство, ЗУ), состоящую из перенумерованных ячеек; процессор, включающий в себя устройство управления (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ); устройство ввода; устройство вывода. Эти устройства соединены каналами связи, по которым передается информация. Рисунок 1. Общее устройство компьютера. 2 Жирными стрелками показаны пути и направления движения информации, а простыми стрелками – пути и направления передачи управляющих сигналов. Функции памяти: прием информации из других устройств; запоминание информации; выдача информации по запросу в другие устройства машины. Функции процессора: обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций; программное управление работой устройств компьютера. Назначение элементов процессора. Та часть процессора, которая выполняет команды, называется арифметико-логическим устройством (АЛУ), а другая его часть, выполняющая функции управления устройствами, называется устройством управления (УУ). В составе процессора имеется ряд специализированных дополнительных ячеек памяти, называемых регистрами. Регистр выполняет функцию кратковременного хранения числа или команды. Основным элементом регистра является электронная схема, называемая триггером, которая способна хранить одну двоичную цифру (разряд двоичного кода). Регистр представляет собой совокупность триггеров, связанных друг с другом определенным образом общей системой управления. 2. Принципы построения компьютера. В основу построения подавляющего большинства компьютеров положены следующие общие принципы, сформулированные в 1945 г. ученым Джоном фон Нейманом. Рисунок 2. Схема взаимодействий устройств компьютера согласно архитектуре фон Неймана. 3 Принципы построения компьютера. 1. Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности. 2. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти – число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. 3. Принцип адресности. Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен. Основными функциональными характеристиками персонального компьютера являются: 1. производительность, быстродействие, тактовая частота; 2. разрядность микропроцессора и кодовых шин интерфейса; 3. типы системного и локальных интерфейсов; 4. емкость оперативной памяти; 5. емкость накопителя на жестких магнитных дисках (винчестера); 6. наличие, виды и емкость кэш-памяти наличие, виды и емкость кэш-памяти; 7. тип видеомониторов и видеоадаптера; 8. наличие и тип принтера; 9. наличие и тип накопителя на компакт дисках CD-ROM; 10. наличие и тип модема; 11. наличие и виды мультимедийных аудиовидеосредств; 12. имеющееся программное обеспечение и вид операционной системы; 13. аппаратная и программная совместимость с другими типами ЭВМ; 14. возможность работы в вычислительной сети; 15. возможность работы в многозадачном режиме; 16. надежность; 17. стоимость; 18. габариты, вес и внешний вид системного блока. 4 3. Архитектура и структура компьютера Архитектурой компьютера называется его описание на некотором общем уровне, включающее описание пользовательских возможностей программирования, системы команд, системы адресации, организации памяти и т.д. Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора, оперативного запоминающих устройств, внешних запоминающих устройств и периферийных устройств. Наиболее распространены следующие архитектурные решения. Классическая архитектура (архитектура фон Неймана) – одно арифметико-логическое устройство (АЛУ), через которое проходит поток данных, и одно устройство управления (УУ), через которое проходит поток команд – программа. Это однопроцессорный компьютер. Все функциональные блоки здесь связаны между собой общей шиной, называемой также системной магистралью. Многопроцессорная архитектура. Наличие в компьютере нескольких процессоров означает, что параллельно может быть организовано много потоков данных и много потоков команд. Таким образом, параллельно могут выполняться несколько фрагментов одной задачи. Структура такой машины, имеющей общую оперативную память и несколько процессоров, представлена на рисунке 3. Рисунок 3. Архитектура многопроцессорного компьютера. Многомашинная вычислительная система. Здесь несколько процессоров, входящих в вычислительную систему, не имеют общей оперативной памяти, а имеют каждый свою (локальную). Каждый компьютер в многомашинной системе имеет классическую архитектуру, и такая система применяется достаточно широко. Однако эффект от применения такой вычислительной системы может быть получен только при решении задач, имеющих очень специальную структуру: она должна разбиваться на столько слабо связанных подзадач, сколько компьютеров в системе. Архитектура с параллельными процессорами. Здесь несколько АЛУ работают под управлением одного УУ. Это означает, что множество данных может обрабатываться по одной 5 программе - то есть по одному потоку команд. Высокое быстродействие такой архитектуры можно получить только на задачах, в которых одинаковые вычислительные операции выполняются одновременно на различных однотипных наборах данных. Рисунок 4. Архитектура с параллельным процессором. 4. Магистрально – модульный принцип архитектуры персональных компьютеров Архитектура современных персональных компьютеров основана на магистрально-модульном принципе организации обмена информации. В соответствии с этим принципом центральные устройства компьютера взаимодействуют между собой (обмениваются информацией) и с периферийными устройствами через системную (информационную) магистраль (рисунок 5). Рисунок 5. Схема архитектуры ПК, основанной на магистрально-модульном принципе организации обмена информации. Магистраль (системная шина) — это набор электронных линий, связывающих центральный процессор, основную память и периферийные устройства воедино относительно передачи данных, служебных сигналов и адресации памяти. Благодаря модульному принципу построения потребитель сам может комплектовать компьютер нужной ему конфигурации и производить при необходимости ее модернизацию. 6 5. Устройство персонального компьютера. Принцип открытой архитектуры. Персональным компьютером (ПК) называют сравнительно недорогой универсальный микрокомпьютер, рассчитанный на одного пользователя. В 1979 г. фирма IBM (International Business Machines Corporation) решила попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров. Не конструировать персональный компьютер “с нуля”, а использовать блоки, изготовленные другими фирмами. В компьютере были использованы комплектующие различных фирм, а его программное обеспечение было поручено разработать небольшой фирме Microsoft. В августе 1981 г. новый компьютер под названием IBM PC был официально представлен публике и вскоре после этого он приобрел большую популярность у пользователей. Фактически IBM PC стал стандартом персонального компьютера. Сейчас такие компьютеры (“совместимые с IBM PC”) составляют около 90% всех производимых в мире персональных компьютеров. Принцип открытой архитектуры. В IBM PC была заложена возможность усовершенствования его отдельных частей и использования новых устройств. Фирма IBM сделала компьютер не единым неразъемным устройством, а обеспечила возможность его сборки из независимо изготовленных частей аналогично детскому конструктору. При этом методы сопряжения устройств с компьютером IBM PC не только не держались в секрете, но и были доступны всем желающим. Этот принцип, называется принципом открытой архитектуры На основной электронной плате компьютера IBM PC (системной, или материнской, плате) размещены только те блоки, которые осуществляют обработку информации (вычисления). Схемы, управляющие всеми остальными устройствами компьютера — монитором, дисками, принтером и 7 т.д., реализованы на отдельных платах, которые вставляются в стандартные разъемы на системной плате - слоты. К этим электронным схемам подводится электропитание из единого блока питания, а для удобства и надежности все это заключается в общий металлический или пластмассовый корпус — системный блок. Принцип открытой архитектуры заключается в следующем: регламентируется и стандартизируются только описание принципа действия компьютера и его конфигурация (определенная совокупность аппаратных средств и соединений между ними). Таким образом, компьютер можно собирать из отдельных узлов и деталей, разработанных и изготовленных независимыми фирмами- изготовителями; компьютер легко расширяется и модернизируется за счет наличия внутренних расширительных гнезд, в которые пользователь может вставлять разнообразные устройства, удовлетворяющие заданному стандарту, и тем самым устанавливать конфигурацию своей машины в соответствии со своими личными предпочтениями. Рисунок 1. Общая структура персонального компьютера с подсоединенными периферийными устройствами. Интерфейс – это средство сопряжения двух устройств, в котором все физические и логические параметры согласуются между собой (англ. interface от inter – между, и face – лицо). Контроллеры и адаптеры представляют собой наборы электронных цепей, которыми снабжаются устройства компьютера с целью совместимости их интерфейсов. Порты устройств представляют собой некие электронные схемы, содержащие один или 8 несколько регистров ввода-вывода и позволяющие подключать периферийные устройства компьютера к внешним шинам микропроцессора. Рисунок 2. Схема согласования интерфейсов периферийных устройств. 6. Основные блоки компьютера. Назначение и основные характеристики. Центральный процессор. Современный персональный компьютер состоит из нескольких основных конструктивных компонент: системного блока; монитора; клавиатуры; манипуляторов. В системном блоке размещаются: системная плата; блок питания; накопитель на жестких магнитных дисках; накопитель на гибких магнитных дисках; платы расширения; накопитель CD-ROM и др. Системная (материнская) плата является основной в системном блоке. Она содержит компоненты, определяющие архитектуру компьютера: центральный процессор; постоянную (ROM) и оперативную (RAM) память, кэш-память; интерфейсные схемы шин; гнезда расширения; обязательные системные средства ввода-вывода и др. Центральный процессор (CPU, от англ. Central Processing Unit) – это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера. 9 В состав микропроцессора входят следующие устройства. Арифметико-логическое 1. устройство предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией. 2. Устройство управления координирует взаимодействие различных частей компьютера. 3. Микропроцессорная память предназначена для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, используемой в вычислениях непосредственно в ближайшие такты работы машины. 4. Интерфейсная система микропроцессора предназначена для связи с другими устройствами компьютера. Важнейшими характеристиками микропроцессора являются: 1) тактовая частота - указывает, сколько элементарных операций выполняет микропроцессор за одну секунду. Тактовая частота измеряется в ГГц (1ГГц = 1 млд тактов/с); 2) разрядность процессора – это максимальное количество разрядов двоичного числа, над которым одновременно может выполняться машинная операция (процессор может быть 8-, 16-, 32- и 64-разрядным). 3) адресное пространство - максимальное количество памяти, которое процессор может обслужить. Определяется адресное пространство разрядностью адресной шины. Устройство памяти. Память компьютера построена из двоичных запоминающих элементов – битов, объединенных в группы по 8 битов, которые называются байтами. (Единицы измерения памяти совпадают с единицами измерения информации). Все байты пронумерованы. Номер байта называется его адресом. Байты могут объединяться в ячейки, которые называются также словами. Для каждого компьютера характерна определенная длина слова – два, четыре или восемь байтов. Байт 0 Байт 1 Байт 2 ПОЛУСЛОВО Байт 3 ПОЛУСЛОВО Байт 4 Байт 5 Байт 6 ПОЛУСЛОВО СЛОВО Байт 7 ПОЛУСЛОВО СЛОВО ДВОЙНОЕ СЛОВО Рисунок 3. Разбиение памяти на слова для четырехбайтовых компьютеров. 10 7. Устройство памяти. Внешние устройства персонального компьютера. Память компьютера подразделяется на внутреннюю и внешнюю. Внутренняя память делится; оперативную память; кэш-память; специальную память. Оперативная память (ОЗУ, англ. RAM, Random Access Memory – память с произвольным доступом) – это быстрое запоминающее устройство не очень большого объема, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами. Оперативная память используется только для временного хранения данных и программ, так как, когда машина выключается, все, что находилось в ОЗУ, пропадает. Модули памяти характеризуются такими параметрами, как объем – (16, 32, 64, 128, 256, 512 до 4096 Мбайт), число микросхем, паспортная частота (100 или 400 МГц), время доступа к данным (6 или 7 наносекунд) и число контактов (72, 68 или 184). Кэш (англ. cache), или сверхоперативная память – очень быстрое запоминающее устройство небольшого объема, которое используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и несколько менее быстродействующей оперативной памятью. Современные микропроцессоры имеют встроенную кэш-память, так называемый кэш первого уровня размером 8, 16 или 32 Кбайт. Кроме того, на системной плате компьютера может быть установлен кэш второго уровня емкостью 256, 512 Кбайт и выше. К устройствам специальной памяти относятся постоянная память (ROM), перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory), память CMOS RAM, питаемая от батарейки, видеопамять и некоторые другие виды памяти. Постоянная память (ПЗУ, англ. ROM, Read Only Memory – память только для чтения) – энергонезависимая память, используется для хранения данных, которые никогда не потребуют изменения. Перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory) – энергонезависимая память, допускающая многократную перезапись своего содержимого с дискеты. Важнейшая микросхема постоянной или Flash-памяти – модуль BIOS. Разновидность постоянного запоминающего устройства – CMOS RAM. CMOS RAM – это память с невысоким быстродействием и минимальным 11 энергопотреблением от батарейки. Используется для хранения информации о конфигурации и составе оборудования компьютера, а также о режимах его работы. Содержимое CMOS изменяется специальной программой Setup, находящейся в BIOS (англ. Set-up – устанавливать, читается «сетап»). Внешняя память делится: ‒ накопители на гибких магнитных дисках; ‒ накопители на жестких магнитных дисках; ‒ накопители на компакт-дисках; ‒ записывающие оптические и магнитооптические накопители; ‒ накопители на магнитной ленте (стримеры) и на сменных дисках. Внешние устройства персонального компьютера. К внешним устройствам относятся: ‒ устройства ввода информации; ‒ устройства вывода информации; ‒ диалоговые средства пользователя; ‒ средства связи и телекоммуникации; ‒ средства мультимедиа. ‒ К устройствам ввода информации относятся: ‒ клавиатура; ‒ графические планшеты (дигитайзеры); ‒ сканеры (читающие автоматы); ‒ устройства указания (графические ‒ сенсорные экраны. манипууляторы); Принтеры делятся: Матричные принтеры используют комбинации маленьких штырьков, которые бьют по красящей ленте, благодаря чему на бумаге остается отпечаток символа. Лазерные принтеры работают примерно так же, как ксероксы. Компьютер формирует в своей памяти «образ» страницы текста и передает его принтеру. Струйные принтеры генерируют символы в виде последовательности чернильных точек. Печатающая головка принтера имеет крошечные сопла, через которые на страницу выбрызгиваются быстросохнущие чернила. К диалоговым средствам пользователя относятся: ‒ видеотерминалы; 12 ‒ устройства речевого ввода-вывода информации. Видеосистема компьютера состоит из трех компонент: монитор (называемый также дисплеем) преобразует эти сигналы в зрительные образы. видеоадаптер посылает в монитор сигналы управления яркостью лучей и синхросигналы строчной и кадровой разверток; программное обеспечение (драйверы видеосистемы) обрабатывают видеоизображения – выполняют кодирование и декодирование сигналов, координатные преобразования, сжатие изображений и др. Средства связи и телекоммуникации Средства связи и телекоммуникации используются для подключения компьютера к каналам связи, другим компьютерам и компьютерным сетям. К этой группе прежде всего относятся сетевые адаптеры. В качестве сетевого адаптера чаще всего используются модемы (модулятор-демодулятор). Модем – устройство для передачи компьютерных данных на большие расстояния по телефонным линиям связи. Факс – это устройство факсимильной передачи изображения по телефонной сети. Средства мультимедиа и мультимедиа-компьютер Мультимедиа – это собирательное понятие для различных компьютерных технологий, при которых используется несколько информационных сред, таких, как графика, текст, видео, фотография, движущиеся образы (анимация), звуковые эффекты, высококачественное звуковое сопровождение. Мультимедиа-компьютер – это компьютер, снабженный аппаратными и программными средствами, реализующими технологию мультимедиа. 8. Понятие программного обеспечения. Классификация программного обеспечения. Программное обеспечение - согласно ГОСТ 19781-90 - совокупность программ системы обработки информации и программных документов, необходимых для их эксплуатации. Программное обеспечение - комплекс программ, обеспечивающих обработку или передачу данных, предназначенных для многократного использования и применения разными пользователями. Программа- последовательность машинных команд, предназначенная для достижения конкретного результата. Программа - согласно ГОСТ 19781-90 - данные, предназначенные для управления конкретными компонентами. К программному обеспечению (ПО) относится также вся область деятельности по 13 проектированию и разработке ПО: ‒ технология проектирования программ (например, нисходящее проектирование, структурное и объектно-ориентированное проектирование и др.); ‒ методы тестирования программ; ‒ методы доказательства правильности программ; ‒ анализ качества работы программ; ‒ документирование программ; ‒ разработка и использование программных средств, облегчающих процесс проектирования программного обеспечения, и т.д. Классификация программного обеспечения. Все программы, работающие на компьютере, можно условно разделить на следующие категории: ‒ прикладное программное обеспечение; ‒ системное программное обеспечение; ‒ инструментальное программное обеспечение; ‒ специальное программное обеспечение; ‒ математическое обеспечение; ‒ информационно-лингвистическое обеспечение. 1)прикладные программы, непосредственно обеспечивающие выполнение необходимых пользователям работ; 2) системные программы, выполняющие различные вспомогательные функции, например: ‒ управление ресурсами компьютера; ‒ создание копий используемой информации; ‒ проверка работоспособности устройств компьютера; ‒ выдача справочной информации о компьютере и др.; 3) инструментальные программные системы, облегчающие процесс создания новых программ для компьютера. 4)Специализированное программное обеспечение комплекс программ, предназначенных для выполнения специализированных программ пользователя, решающих уникальные пользовательские задачи; 5)Математическое обеспечение позволяет разрабатывать алгоритмы задач (последовательность действий для выполнения задачи) и программы на языках программирования; 6)Информационно-лингвистическое включает: 14 ‒ Систему унифицированных документов: ‒ Информационные базы данных; ‒ Нормативно-справочную информацию; ‒ Систему классификации и кодирования информации; ‒ Систему словарей; ‒ Языковые средства. На сегодняшний день можно сказать, что более или менее определенно сложились следующие группы программного обеспечения: ‒ операционные системы и оболочки; ‒ системы программирования (трансляторы, библиотеки подпрограмм, отладчики и т.д.); ‒ инструментальные системы; ‒ интегрированные пакеты программ; ‒ динамические электронные таблицы; ‒ системы машинной графики; ‒ системы управления базами данных (СУБД); ‒ прикладное программное обеспечение. 9. Прикладное программное обеспечение. Прикладная программа – это любая конкретная программа, способствующая решению какой-либо задачи в пределах данной проблемной области. Например, там, где на компьютер возложена задача контроля за финансовой деятельностью какой-либо фирмы, прикладной будет программа подготовки платежных ведомостей. Прикладные программы могут носить и общий характер, например, обеспечивать составление и печатание документов и т.п. Пакеты прикладных программ — это, в частности, наиболее известные программные средства такие, как текстовые и графические редакторы, электронные таблицы, а также системы управления базами данных, коммутационные программы. В прикладном ПО можно выделить следующие группы программных средств: ‒ ПС для обработки текстов – текстовые редакторы, текстовые процессоры, редакционно- издательские системы, программы-переводчики, программы проверки орфографии и синтаксиса, лингвокорректоры, программы оптического распознавания символов и т.п.; ‒ ПС для обработки числовой информации – электронные таблицы, пакеты математических программ, пакеты для статистической обработки данных и др.; 15 ‒ ПС для обработки графической информации – графические редакторы, аниматоры, программы деловой и презентационной графики, средства работы с трехмерными и видеоизображениями и др.; ‒ ПС для обработки звуковой информации – музыкальные и звуковые редакторы, синтезаторы звука, программы распознавания и синтеза речи и пр.; ‒ ПС, обеспечивающие работу в телекоммуникационных сетях – почтовые программы, поисковые системы, браузеры и пр.; ‒ ПС, обеспечивающие автоматизированное хранение информации – системы управления базами данных (СУБД), построенные с их помощью базы и банки данных (БД и БнД), специализированные информационно-поисковые системы (ИПС) и др.; ‒ ПС, используемые в процессах управления и диагностики – различные типы автоматизированных систем управления (АСУ) и систем автоматизированного управления (САУ), системы поддержки принятия решений (СППР), экспертные системы (ЭС) и пр.; ‒ ПС, применяемые для проведения исследовательских и проектно-конструкторских работ – специализированные моделирующие программы, системы автоматизированного проектирования (САПР) и пр.; ‒ ПС, используемые в обучении – электронные учебники, тренажеры, тесты и пр.; ‒ игровые программы; ‒ программы, созданные пользователем с помощью сред программирования. Текстовый редактор. Текстовый редактор – это программа, используемая специально для ввода и редактирования текстовых данных. Текстовые редакторы могут обеспечивать выполнение разнообразных функций, а именно: редактирование строк текста; возможность использования различных шрифтов символов; копирование и перенос части текста с одного места на другое или из одного документа в другой; контекстный поиск и замена частей текста; задание произвольных межстрочных промежутков; автоматический перенос слов на новую строку; автоматическая нумерацию страниц; обработка и нумерация сносок; выравнивание краев абзаца; 16 создание таблиц и построение диаграмм; проверка правописания слов и подбор синонимов; построение оглавлений и предметных указателей; распечатка подготовленного текста на принтере в нужном числе экземпляров и т.п. Наиболее распространенные текстовые редакторы: Лексикон, Edit, Слово и дело, Ched, NotePad, Write, Word Pad, Блокнот. Текстовый процессор отличается от текстового редактора более широкими функциональными возможностями. Наиболее распространенные текстовые процессоры: Word (Microsoft Office), Word Pro (Lotus SmartSuite), WordPerfect (Perfect Office), WordExpress, Accent, StratusPad. Редакционно-издательские системы (программы верстки) должны обеспечивать все функции текстового процессора. Полнофункциональные издательские системы — Microsoft Publisher, Corel Ventura и Adobe PageMaker. Издательские системы незаменимы для компьютерной верстки и графики. Графические редакторы. Графический редактор – это программа создания, обработки, просмотра и хранения графических изображений. Растровые графические редакторы: Paint, Adobe Photoshop, FhotoFiltre. Особенности применения растровых графических редакторов. + Растровые графические редакторы являются наилучшим средством представления тоновых оригиналов (фотографий), т.к. растр изображения обеспечивают довольно высокую точность передачи градации цветов и полутонов. - Качество растровой картинки зависит от разрешающей способности оборудования. Цветовые характеристики растровых изображений приводят к большим размерам графических файлов и искажению при масштабировании. Векторные графические редакторы: Corel Ddaw, Встроенный графический редактор приложенияWord, Adobe Illustrator. Особенности применения векторных графических редакторов. + Векторные графические редакторы являются оптимальным средством для создания штриховых (особенно при использовании мелких кеглей) и высокоточных графических объектов, для которых имеет значение сохранение четких, ясных контуров независимо от размера 17 изображения. + Векторные изображения могут отображаться и печататься с любым разрешением, доступным для внешнего устройства. Качество таких изображений постоянно при любом увеличении. - Сложность создания и обработки графических изображений. Табличный процессор. Табличный процессор – это комплекс взаимосвязанных программ, предназначенный для обработки электронных таблиц. Электронная таблица – это компьютерный эквивалент обычной таблицы, состоящей из строк и граф, на пересечении которых располагаются клетки, в которых содержится числовая информация, формулы или текст. Табличные процессоры представляют собой удобное средство для проведения бухгалтерских и статистических расчетов. В каждом пакете имеются сотни встроенных математических функций и алгоритмов статистической обработки данных. Самые популярные табличные процессоры – Microsoft Excel (Эксель) и Lotus 1-2-3. Назначение и возможности MS Excel. Приложение MS Excel предназначено для решения разнообразного класса задач, так или иначе связанных с вычислениями и расчетами. Возможности программы MS Excel: • Ввод и редактирование данных. • Форматирование ячеек, строк и столбцов таблицы • Ввод формул (автоматизация расчетов) • Применение широкого спектра разнообразных функций • Построение, редактирование и печать диаграмм. • Предварительный просмотр и печать таблицы • Создание и ведение баз данных Системы управления базами данных. База данных – это один или несколько файлов данных, предназначенных для хранения, изменения и обработки больших объемов взаимосвязанной информации. БД – совокупность данных, хранимых в таблицах. Причина сложности базы данных объясняется тем, что она должна обеспечивать еще и связи между различными элементами данных. 18 Рисунок 2. Пример связи Многие ко многим. Система управления базами данных (СУБД) – это система программного обеспечения, позволяющая обрабатывать обращения к базе данных, поступающие от прикладных программ конечных пользователей. Системы управления базами данных позволяют объединять большие объемы информации и обрабатывать их, сортировать, делать выборки по определённым критериям и т.п. Современные СУБД дают возможность включать в них не только текстовую и графическую информацию, но и звуковые фрагменты и даже видеоклипы. Популярные СУБД – FoxPro, Access for Windows, Paradox. На сегодняшний день считается, что существует три основных подхода к построению баз данных: иерархический, сетевой и реляционный. Реляционная модель ориентирована на организацию данных в виде двумерных таблиц. Каждая реляционная таблица представляет собой 2-мерный массив и обладает следующими свойствами: 1. каждый столбец имеет уникальное имя; 2. все столбцы в таблице однородные, т.е. все элементы в столбце имеют одинаковый тип; 3. одинаковые строки отсутствуют; 4. не может быть множественных записей в ячейках таблицы. 10. Системное программное обеспечение. Системные программы выполняются вместе с прикладными и служат для управления ресурсами компьютера – центральным процессором, памятью, вводом-выводом. Системное программное обеспечение включает в себя: ‒ Операционные системы; 19 ‒ Сетевое ПО; ‒ Утилиты - программы вспомогательного назначения. Разновидности утилит: программы контроля, тестирования и диагностики, которые используются для проверки правильности функционирования устройств компьютера и для обнаружения неисправностей в процессе эксплуатации; указывают причину и место неисправности; программы-драйверы, которые расширяют возможности операционной системы по управлению устройствами ввода-вывода, оперативной памятью и т.д.; с помощью драйверов возможно подключение к компьютеру новых устройств или нестандартное использование имеющихся; программы-упаковщики (архиваторы), которые позволяют записывать информацию на дисках более плотно, а также объединять копии нескольких файлов в один архивный файл; антивирусные программы, предназначенные для предотвращения заражения компьютерными вирусами и ликвидации последствий заражения вирусами; программы оптимизации и контроля качества дискового пространства; программы восстановления информации, форматирования, защиты данных; коммуникационные программы, организующие обмен информацией между компьютерами; программы для управления памятью, обеспечивающие более гибкое использование оперативной памяти; программы для записи CD-ROM, CD-R и многие другие. Операционная система. Операционная система – это комплекс взаимосвязанных системных программ, назначение которого – организовать взаимодействие пользователя с компьютером и выполнение всех других программ. В функции операционной системы входит: осуществление диалога с пользователем; ввод-вывод и управление данными; планирование и организация процесса обработки программ; распределение ресурсов (оперативной памяти и кэша, процессора, внешних устройств); запуск программ на выполнение; всевозможные вспомогательные операции обслуживания; передача информации между различными внутренними устройствами; программная поддержка работы периферийных устройств (дисплея, 20 клавиатуры, дисковых накопителей, принтера и др.). Операционные системы для персональных компьютеров. MS DOS и аналогичные операционные системы и операционные системы с графическим пользовательским интерфейсом. Операционные системы с графическим пользовательским интерфейсом: Операционные системы семейства Windows; Linux; Mac OS; OS/2 Warp и др.. 11. Операционные системы Windows. Компания Microsoft начала работу над операционной системой с графическим пользовательским интерфейсом в 1981 году. Первая версия Windows, выпущенная в ноябре 1985 года, обладала гораздо меньшими возможностями, чем Mac OS, и вплоть до выпуска в 1990-м Windows 3.0 эта операционная система практически никем всерьез не воспринималась. Линейка клиентских пакетов ОС Windows: ‒ Windows 3.0 (1990 г.); ‒ Windows NT (1992 г.); ‒ Windows 95 (1995 г.); ‒ Windows 98 (1998 г.); ‒ Windows 2000 (2000 г.); ‒ Windows Me (2000 г.); ‒ Windows XP (2002 г.); ‒ Windows Vista (2006 г.); ‒ Windows 7 (2009 г.). Особенности версий операционных систем. Windows 3.0 (1990 г.). Популярность новой версии Windows объяснялась несколькими причинами (графический интерфейс, многозадачность, работа с внешними устройствами различных производителей). Windows NT (1992 г.). Данная версия Windows существенно повысила надежность работы системы и эффективность поддержки сетевой работы. Windows 95 (1995 г.). Значительно изменился интерфейс, выросла скорость работы программ. Одной из новых возможностей Windows 95 была возможность автоматической настройки 21 дополнительного оборудования компьютера для работы без конфликтов друг с другом. Другой важной особенностью системы стала возможность работы с Интернетом без использования дополнительных программ. Windows 98 (1998 г.). При сохранившемся интерфейсе внутренняя структура была значительно переработана. Много внимания было уделено работе с Интернетом, а также поддержке современных протоколов передачи информации - стандартов, обеспечивающих обмен информацией между различными устройствами. Windows 2000 (2000 г.). Система Windows 2000 разработана на основе Windows NT и унаследовала от нее высокую надежность и защищенность информации от постороннего вмешательства. Windows Me (2000 г.). Операционная система Windows Me (Millennium Edition - редакция тысячелетия) стала наследницей Windows 98, но приобрела многие новые возможности. Прежде всего, это улучшенная работа со средствами мультимедиа, возможность записывать не только аудио, но и видеоинформацию, мощные средства восстановления информации после сбоев и многое другое. Windows XP (2002 г.). Операционная система Microsoft Windows XP, создана на основе технологии NT и является прямой наследницей системы Windows 2000. Вместе с тем, все лучшие нововведения, включенные в Windows Me, можно обнаружить и в Windows XP. Система поставляется в нескольких вариантах, ориентированных на разные особенности применения. Версия Microsoft Windows XP Home Edition предназначена для индивидуальных пользователей, чаще всего работающих на домашнем компьютере. В этой версии особый упор сделан на работу с рисунками, аудио и видео. Версия Microsoft Windows XP Professional предназначена, как ясно из названия, для профессионалов. Эта версия наиболее часто используется в организациях для работы в сетях. Windows Vista (2006 г.) Версии ОС Vista имеют обычное условное деление на два класса, которые всем знакомы по работе с Windows XP. Первая категория – “домашняя”, она будет включать в себя такие версии как: Starter, Home и Media Center Editions, вторая категория это "Pro", с такими версиями как Professional, Professional x64, и версия для Tablet PC. При этом терминология в Windows Vista немного изменилась, категории называются Home и Business. Microsoft выпустила несколько “домашних” версий: Windows Starter, Windows Vista Home Basic (и специальную европейскую версию Home Basic N), Windows Vista Home Premium, и наиболее полную Windows Vista Ultimate (ранее известная как "Uber"). 22 Категория Business будет представлена следующими версиями: Windows Vista Business (ранее известная как Professional Standard Edition; а так же выйдет европейская версия Business N), и наконец, Windows Vista Enterprise (ранее Professional Premium Edition). Каждая версия ориентирована для определенного круга пользователей. Возможности операционной системы Windows Vista. В версии Windows Vista сильно изменился внешний вид (интерфейс) системы (технология Aero Glass ). ОС стала существенно более стабильной и защищенной, по сравнению с предыдущими версиями Windows. Гаджеты – это небольшие графические приложения, которые устанавливаются на рабочий стол. С их помощью, к примеру, можно получить некоторую информацию из Интернета и красиво отобразить ее на рабочем столе. Переработан механизм создания резервных копий системы с помощью «Восстановления системы». Vista предлагает встроенную backup - программу. С ее помощью пользователь может вручную или автоматически (по расписанию) делать копии и восстановление определенных файлов, папок или целых разделов. Сохранить резервные копии можно на CD-ROM, DVD-ROM, жестких дисках и даже на других компьютерах, подключенные к локальной сети. В Vista встроен новый почтовый клиент, названный Windows Mail. Эта программа настолько хороша, что у большинства пользователей не возникнет потребности в установке дополнительного почтового клиента. Photo Gallery – это встроенное в Vista приложение для создания коллекций цифровых фотографий с возможностью их упорядочения и быстрого поиска. Обновленный Movie Maker в состав Vista. Теперь с помощью этой программы можно будет легко создавать DVD. Новый Media Player 11 работает как в Windows Vista, так и Windows XP. Хотя, по предварительным сведениям, версия плеера для Vista будет более функциональной. Cистема Windows 7 основана на Windows Vista и отличается большей безопасностью, надежностью, расширенными сетевыми возможностями и новыми возможностями взаимодействия с пользователем. Одновременно с этим система Windows 7 позволяет повысить производительность труда пользователей, где бы они ни находились, а также предоставляет средства для эффективного управления ПК. Возможности операционной системы Windows 7. 23 В области производительности, по словам разработчиков Windows 7, внесены существенные усовершенствования ускоряющие запуск компьютера, завершение работы и выход из ждущего режима по сравнению с предыдущими версиями Windows. Поиск и индексация теперь должны выполняться быстрее, а от внешних USB-устройств флэш-памяти можно получить больше преимуществ, способствующих повышению производительности компьютера. Усовершенствования в области надежности Windows 7 включают ряд новых средств устранения неполадок, общего повышения надежности и отказоустойчивости, позволяющей устранить наиболее распространенные проблемы, связанные с управлением памятью; средство восстановления процессов, позволяющее сократить время простоя, связанного с диагностикой; средство диагностики зависаний сети, предназначенное для обнаружения и диагностики наиболее распространенных ситуаций зависания сети и восстановления после таких зависаний без уведомления пользователя. Совместимость приложений - один из важнейших моментов. Основная цель, поставленная перед разработчиками, заключается в том, чтобы программное обеспечение для Windows Vista работало под Windows 7 так же или более эффективно. Для достижения этого Windows 7 тестируется с наиболее широко используемыми пользовательскими и корпоративными приложениями. Совместимость устройств. Как и в случае с программным обеспечением, при разработке Windows 7 была поставлена цель работоспособности устройств, работающих под Windows Vista, в системе Windows 7. Помимо этого, был значительно расширен список устройств и периферийного оборудования, протестированного на совместимость. Безопасность. Основные функции безопасности Windows 7 построены на базе системы безопасности Windows Vista; в том числе все процедуры и технологии безопасной разработки ПО (Security Development Lifecycle); при этом в ключевые технологии безопасности (обработка событий, контроль учетных записей, устройства хранения с повышенной безопасностью и проверка подлинности) внесены существенные усовершенствования. Фундаментальные функции безопасности, такие как защита ядра от изменений, усиление защиты служб, предотвращение выполнения данных, случайное изменение структуры адресного пространства и обязательные уровни целостности, по-прежнему обеспечивают защиту от вредоносных программ и атак. Увеличение времени работы батареи. В системе управления питанием Windows 7 ожидаются значительные изменения, направленные на продление время работы мобильных ПК. Так, 24 средство Powercfg включает новую функцию switch/energy, с помощью которой можно диагностировать наиболее распространенные проблемы расхода заряда батареи, а также протестировать работоспособность батареи и определить необходимость ее замены. 12. Этапы решения задач с помощью компьютера. Решение задач с помощью компьютера включает в себя следующие основные этапы: ‒ постановка задачи, ‒ анализ и исследование задачи, модели, ‒ разработка алгоритма, ‒ программирование, ‒ тестирование и отладка, ‒ сопровождение программы. Постановка задачи включает: ‒ сбор информации о задаче; ‒ формулировка условия задачи; ‒ определение конечных целей решения задачи; ‒ определение формы выдачи результатов; ‒ описание данных (их типов, диапазонов величин, структуры и т.п.). Анализ и исследование задачи, модели включает: ‒ анализ существующих аналогов; ‒ анализ технических и программных средств; ‒ разработка математической модели; ‒ разработка структур данных. Разработка алгоритма включает: ‒ выбор метода проектирования алгоритма; ‒ выбор формы записи алгоритма (блок-схемы, псевдокод и др.); ‒ выбор тестов и метода тестирования; ‒ проектирование алгоритма. Программирование включает: ‒ выбор языка программирования; ‒ уточнение способов организации данных; ‒ запись алгоритма на выбранном языке программирования. Тестирование и отладка включает: 25 ‒ синтаксическая отладка; ‒ отладка семантики и логической структуры; ‒ тестовые расчеты и анализ результатов тестирования; ‒ совершенствование программы. Сопровождение программы включает: ‒ доработка программы для решения конкретных задач; ‒ составление документации к решенной задаче, к математической модели, к алгоритму, к программе, к набору тестов, к использованию. 13. Понятие модели. Материальные и информационные модели. Модели объектов и процессов (графические, вербальные, табличные, математические и др.). В своей деятельности - научной, практической, художественной - человек очень часто использует модели, т.е. создает образ того объекта (процесса или явления), с которым ему приходится иметь дело. Модели создают. Когда исследуемый объект либо очень велик (модель Солнечной системы), либо очень мал (модель атома), когда процесс очень быстр (модель двигателя внутреннего сгорания) или очень медленен (геологические модели), исследование объекта может привести к его разрушению (модель самолета) или очень дорого (архитектурный макет города) и т.д. Моделирование - это метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей. Каждый объект имеет большое количество различных свойств. В процессе построения модели выделяются главные, наиболее существенные, свойства. Так, модель самолета должна иметь геометрическое подобие оригиналу, модель атома - правильно отражать физические взаимодействия, архитектурный макет города - ландшафт и т.д. Модель - это некий новый объект, который отражает некоторые существенные стороны изучаемого объекта, явления или процесса. Классы моделей: Предметные (материальные) и Знаковые (информационные). Предметные модели воспроизводят геометрические, физические и др. свойства объектов в материальной форме [глобус (география), муляжи (биология), модели кристаллических решеток (химия) и др.] Модели информационные представляют объекты и процессы в форме рисунков, схем, чертежей, таблиц, формул, текстов и т.д. [рисунок цветка (ботаника), карта (география), электрическая схема (физика), блок-схема алгоритма (информатика). периодическая система 26 элементов Д. И. Менделеева (химия), формула (математика) и т.д.] Язык как средство информационного моделирования. Идея описания мира с помощью языка заключается в том, чтобы выделить некоторое число простейших знаков, которые называются алфавитом. Последовательности символов алфавита, в соответствии с правилами грамматики, образуют основные объекты языка -слова. Правила, согласно которым образуются предложения из слов данного языка, называются синтаксисом. Сам же язык это множество слов и предложений, записываемых в данном алфавите согласно заданной грамматике и синтаксису. Язык является знаковой системой, которая позволяет создавать информационные модели. Естественные языки используются прежде всего для создания описательных текстовых информационных моделей. Например, такой литературный жанр, как басня или притча, имеет непосредственное отношение к понятию модели, поскольку смысл этого жанра состоит в переносе реальных отношений между людьми на отношения между животными, между вымышленными персонажами и пр. Всякое литературное произведение может рассматриваться как модель, ибо фокусирует внимание читателя на определенных сторонах человеческой жизни. Формально-логические модели. Наряду с естественными языками (русский, английский и т.д.) были разработаны формальные языки: системы счисления, алгебра высказываний, языки программирования и др. С помощью формальных языков строятся информационные модели определенного типа формально-логические модели. Например, с помощью алгебры высказываний можно построить логические модели сумматора и триггера. Процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков называется формализацией. Основное отличие формальных языков от естественных состоит в наличие не только жестко зафиксированного алфавита, но и строгих правил грамматики и синтаксиса. Математические модели. Математическая модель – это система математических соотношений – формул, уравнений, неравенств и т.д., отражающих существенные свойства объекта или явления. В курсе физики рассматривается много разнообразных уравнений, которые, по сути, представляют собой математические модели изучаемых явлений или процессов. Если вас просят решить физическую задачу, то вы начинаете, как правило, с поиска подходящего уравнения, т.е. с построения математической модели, которая отвечает условиям вашей задачи. 27 Создавая математическую модель для решения задачи необходимо: 1) выделить предположения, на которых будет основываться математическая модель; 2) определить, что считать исходными данными и результатами; 3) записать математические соотношения, связывающие результаты с исходными данными. При построении математических моделей далеко не всегда удается найти формулы, явно выражающие искомые величины через данные. В таких случаях используются математические методы, позволяющие дать ответы той или иной степени точности. Графические информационные модели. Графические информационные модели представляют собой рисунки, карты, чертежи и схемы, графики, диаграммы и т.д. Рисунки, описывающие различных представителей флоры и фауны (биология); Различные типы географических карт (политические, физические (география); Модели технических устройств, зданий и т.д. в виде чертежей (архитектура); Cхемы экспериментальных установок в форме электрических схем (физика); Графики функций, в экономике отражение статистических данных; Диаграммы различных типов для отражения числовых и статистических данных (математика). Табличные информационные модели. Одним из наиболее часто встречающихся типов информационных моделей является таблица, которая состоит из строк и столбцов. В табличной информационной модели элементы информации размещаются в отдельных ячейках. С помощью таблиц могут быть выражены как статические, так и динамические информационные модели. Например, рассмотрим компьютер с точки зрения стоимости его отдельных устройств и изменения его цены во времени. Для этого построим статическую информационную модель, отражающую стоимость отдельных устройств компьютера, и динамическую информационную модель, отражающую процесс изменения цены по годам. Пример. Широко известно табличное представление математических функций, статистических данных, расписаний поездов и самолетов, уроков и т.д. Иерархические информационные модели. Группа объектов, обладающих одинаковыми общими свойствами, называется классом объектов. Внутри класса объектов могут быть выделены подклассы, объекты которых обладают некоторыми особенными свойствами в свою очередь подклассы могут делиться на еще более мелкие 28 группы и т.д. В процессе классификации строятся информационные модели, которые имеют иерархическую (древовидную) структуру. Полученная информационная структура напоминает дерево, которое растет сверху вниз (именно поэтому такие информационные модели называют иногда древовидными). В иерархической информационной модели объекты или их свойства распределены по уровням, причем элементы нижнего уровня входят в состав элементов более высокого уровня. Для описания исторического процесса смены поколений семьи используются динамические информационные модели в форме генеалогического дерева. В качестве примера можно рассмотреть фрагмент Сетевые информационные модели. Сетевые информационные модели применяются для отражения таких систем, в которых связь между элементами имеет сложную структуру. Например, различные части глобальной компьютерной сети Интернет (американская, европейская, российская и т.д.) связаны между собой высокоскоростными линиями связи. При этом какие-то части (американская) имеют прямые связи со всеми региональными частями в то время как другие могут обмениваться информацией между собой только через американскую часть (например, российская и японская). 29 Системный подход в моделировании. Статические и динамические информационные модели. Практически каждый объект состоит из других объектов, т.е. представляет собой систему. Система состоит из объектов, которые называются элементами системы. Система - это объект, состоящий из элементов, находящихся между собой в различных отношениях и связях, которые обеспечивают ее целостное функционирование. Система характеризуется: Составом, свойствами элементов и Отношениями и связями элементов между собой. Статические и динамические информационные модели. Модели, описывающие систему в определенный момент времени, называются статическими информационными моделями. Модели, описывающие процессы изменения и развития систем, называются динамическими информационными моделями. 14. Понятие алгоритма. Свойства и виды алгоритмов. Способы задания алгоритмов. Алгоритм - это последовательность действий, приводящих к решению поставленной задачи. Алгоритм применительно к ПК - точное предписание, т.е. набор операций и правил их чередования, при помощи которого, начиная с некоторых исходных данных, можно решить задачу фиксированного типа. (Algorithmi (Аль-Хорезми) - среднеазиатский математик XI в., впервые описавший правила выполнения четырёх арифметических действий). Примеры выполнения определённого алгоритма: рецепт приготовления вкусного блюда, инструкция по сборке мебели, описание химического опыта, инструкции и описания из журналов по рукоделью, вязке и шитью, руководства по игровым и полезным компьютерным программам. Исполнитель алгоритма - человек или устройство (в частности, процессор ЭВМ), умеющий выполнять определённый набор действий. Такой набор действий - система команд исполнителя. Алгоритмы в зависимости от цели, начальных условий задачи, путей ее решения и определения действий исполнителя подразделяются на: механические алгоритмы, или детерминированные, жесткие (например, алгоритм работы машины, двигателя и т. п.); гибкие алгоритмы, например стохастические, т. е. вероятностные и эвристические. Механический алгоритм задает определенные действия, обозначая их в единственной и 30 достоверной последовательности, обеспечивая тем самым однозначный требуемый или искомый результат. Вероятностный (стохастический) алгоритм дает программу решения задачи несколькими путями или способами, приводящими к вероятному достижению результата. Эвристический алгоритм (от греческого слова "эврика" "Я нашел") -это такой алгоритм, в котором достижение конечного результата программы действий однозначно не предопределено, так же как не обозначена вся последовательность действий, не выявлены все действия исполнителя. Свойства алгоритма: понятность для исполнителя – содержание предписания о выполнении только таких действий, которые входят в систему команд исполнителя; дискретность (прерывность) – выполнение команд алгоритма последовательно, с точной фиксацией моментов окончания выполнения одной команды и начала выполнения следующей; определённость - каждое правило алгоритма должно быть чётким и однозначным; результативность (конечность) - алгоритм должен приводить к решению за конечное число шагов; массовость (универсальность) - алгоритм должен выполняться для любого набора исходных данных, удовлетворяющих условию задачи. Способы задания алгоритмов: ‒ словесный; ‒ графический; ‒ табличный; ‒ программный. Словесный способ записи задается в произвольном изложении на естественном языке. Графический способ записи - в виде блок-схем. Блок-схема - последовательность блоков, соединенных линиями передачи (ветвями). Табличный способ записи - в виде таблицы, устанавливающей зависимость результата от исходных данных. Программный способ записи - в виде текста на каком-либо языке программирования. 15. Элементы блок схем. Алгоритмические структуры (линейная, ветвление, цикл). Графические символы применяемые для построения алгоритмов. 31 Символ ''Процесс" представляет собой прямоугольник определенных размеров. Используется для отражения процессов выполнения операций над данными, в результате которых изменяются значения, расположение или форма представления данных. Внутри символа могут размещаться формульно-словесные записи. Символ ''Решение" представляет собой ромб. Используется для отображения выбора направления вычислений в зависимости от результатов (исходов) проверки некоторого условия. Условие записывается внутри ромба. В качестве признаков условия математические используются символы: =, ≠, слова >, "Да", < , "Нет" и т. и п. Признаки проставляются над выходящими линиями потока или справа от них. Если число исходов проверки условий больше трех, то признаки условия проставляются в разрыве линии потока. "Ввод-вывод" представляет собой параллелограмм. Используется для отображения ввода или вывода и сопровождающих их преобразований данных к виду, пригодному для переработки или регистрации. Внутри символа также размещаться запись формульно-словесного типа. Например, ' может Ввод X" или "Вывод У". Символ "Пуск-останов" представляет собой овал. Используется для отображения начала, конца или прерывания процесса обработки данных пли выполнения программ. Линейная алгоритмическая структура. Алгоритм в котором команды выполняются последовательно одна за другой, называется линейным алгоритмом. 32 Алгоритмическая структура «ветвление». Алгоритм, в котором та или иная серия команд реализуется в зависимости от выполнения условия, называется разветвляющимся алгоритмом. Команда ветвления может быть зафиксирована различными способами. Алгоритмическая структура «цикл». Алгоритм, в котором серия команд выполняется многократно, называется циклическим алгоритмом. 16. Инструментальное ПО. Технологии программирования и системы программирования. Инструментальные программные средства – это программы, которые используются в ходе разработки, корректировки или развития других прикладных или системных программ. К инструментальным программам, например, относятся: языки и системы программирования; интегрированные среды программирования; 33 отладочные программы (программы, помогающие находить и устранять ошибки); программные комплексы. Языки и системы программирования включают языки описания алгоритмов, используемых для решения различных задач на компьютере, а также средства для разработки, корректировки и развития других прикладных или системных программ. Интегрированные среды программирования включают весь набор средств для комплексного их применения на всех технологических этапах разработки программ. Основное назначение такого инструментария состоит в том, чтобы с его помощью повысить производительность и эффективность труда программистов. Отладочные программы используются при тестировании программы. Они позволяют находить и устранять ошибки. Программные комплексы используются при разработке сложных прикладных информационных систем. Они позволяют автоматизировать весь технологический процесс анализа, проектирования, разработки, отладки и сопровождения проекта целиком. Технологии программирования и системы программирования. Система программирования– это система для разработки новых программ на конкретном языке программирования. Система программирования состоит из: ‒ языковых средств разработчика программ, ‒ компилятора, ‒ редактора связей, ‒ отладчика, ‒ оптимизатора кода программ, ‒ набора библиотек, ‒ справочной системы и др. Системы программирования, ориентированные на создание Windows-приложений: пакет Borland Delphi (Дельфи) – блестящий наследник семейства компиляторов Borland Pascal, предоставляющий качественные и очень удобные средства визуальной разработки. Его исключительно быстрый компилятор позволяет эффективно и быстро решать практически любые задачи прикладного программирования. пакет Borland Bilder (Билдер) – платформа ориентированная на создание Windowsприложений на языке Си, одно из самых распространённых средств для разработки DOS и Windows приложений. 34 пакет Microsoft Visual Basic – удобный и популярный инструмент для создания Windowsпрограмм с использованием визуальных средств. Содержит инструментарий для создания диаграмм и презентаций. Технология – искусство, мастерство, умение (греч.); совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья, материала или полуфабриката, осуществляемых в процессе производства продукции. В широком смысле слова технология может определяться как процесс – последовательная смена явлений, состояний в развитии чего-нибудь; совокупность последовательных действий для достижения какого-либо результата. Информационная технология – это процесс, использующий совокупность средств и методов сбора, обработки и передачи данных для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления. Технологии программирования. При написании программ пользуются некоторым набором методов, способов, принципов, которые в совокупности можно определить термином “технологические средства”: Принцип модульности; Стратегии проектирования; Метод структурного программирования. Модульность - это принцип программирования, состоящий в том, что большие и сложные программы разрабатываются и отлаживаются по частям, которые затем объединяются в единый комплекс. Программа считается модульной только в том случае, если каждый входящий в нее модуль не зависит от других, т.е. его можно модифицировать, не вызывая каких либо изменении в других модулях. Следовательно, независимость - это та характеристика (хотя и качественная), которая превращает программную единицу в модуль. Очевидные достоинства модульного программирования не означают, что оно лишено недостатков. Даже для простых задач видно, что структура программы усложняется. Появляется дополнительная задача стыковки модулей, требуются определенные затраты времени и памяти на передачу данных. Стратегия проектирования определяет "направление движения" программиста от исходной постановки задачи к конечной цели - программе решения этой задачи. Различают две стратегии: нисходящее проектирование (сверху вниз) и восходящее (снизу вверх). В основе обеих стратегий лежит принцип модульности. 35 Нисходящее проектирование состоит в том, что разработка программы начинается сверху, с самых общих сведений о проекте и продолжается по уровням иерархии вниз путем разбиения на каждом уровне задачи предыдущего уровня на ряд более мелких, самостоятельных подзадач до тех пор, пока не окажется возможным записать программы решения задач нижнего уровня на одном из языков программирования. Восходящее проектирование состоит в том, что за основу проекта берутся какие-то уже готовые программные модули, из которых строятся другие, более сложные или недостающие в исходном наборе, таким образом, чтобы в итоге выполнилась исходная постановка задачи. Недостатком данной стратегии является то, что логически стройная структура программы получается лишь в результате многочисленных проб и ошибок, что затягивает сроки разработки программ. Во многих случаях представляется разумным сочетать восходящую и нисходящую стратегию. При нисходящем проектировании мы начинаем с управляющего модуля. Чтобы отладить программу этого модуля придется заменять модули нижнего уровня так называемыми "заглушками" - простыми программами, имитирующими работу этих модулей. При восходящем проектировании сначала надо будет составить и отладить программы модулей нижнего уровня, а затем переходить к управляющему модулю и при его отладке пользоваться полноценными отлаженными программами модулей нижнего уровня. Существо метода структурною программирования состоит в том, что программа разрабатывается в виде определенным образом соединенных структур трех различных типов. Количество типов структур ограничено тремя потому, что теоретически доказана возможность разработки программы любой сложности с помощью следующих типов структур: 1. последовательная (линейная), в которой команды или программы выполняются последовательно в том порядке, в котором они записаны; 2. условная (выбора, или ветвления), в которой ход вычислительного процесса зависит от выполнения некоторого условия; 3. циклическая (повторения), в которой определенная последовательность команд или программ повторяется до тех пор, пока не перестанет выполняться некоторое условие. 17. Языки программирования. Язык программирования - это формализованный язык описания алгоритмов, используемых 36 для решения различных задач на компьютере. На начальном этапе развития вычислительной техники программирование осуществлялось только в машинных командах. При программировании в машинных командах программист находится как бы на одном уровне с ПЭВМ: между его программой и реализующими ее техническими средствами ПЭВМ нет никаких посредников и программа выполняемся практически в том виде, в каком ее записал программист. Недостатки такого уровня программирования очевидны. Во-первых, программист должен не только в совершенстве знать систему команд ПЭВМ, уметь мыслить в " терминах" машинных функции, но и постоянно помнить, какие ячейки памяти и чем заняты. Во-вторых, такое программирование связано с большими трудозатратами. Первой попыткой человека "подняться" над уровнем ПЭВМ в процессе программирования и избавить себя от необходимости работать с кодами команд и действительными адресами ячеек памяти стали языки ассемблера. Основное отличие языка ассемблера от машинного языка заключается в использовании вместо двоичных кодов операций и адресов их символических обозначений. Далее появились языки высокого уровня. Команды языка высокого уровня - слова естественного языка, что упрощает работу программиста. Однако выполнить написанную программу на ПЭВМ в таком виде, как она написана, нельзя. Необходимо преобразовать ее на язык машинных кодов. Чтобы вычислительная машина могла выполнить программу, написанную на каком-либо языке программирования, в её программном обеспечении должна быть программа - транслятор для этого языка. Транслятор превращает программу в исполняемый файл. Транслятор (англ. translator – переводчик) – это программа-переводчик. Она преобразует программу, написанную на одном из языков высокого уровня, в программу, состоящую из машинных команд. Трансляторы бывают двух типов: интерпретаторы 37 компиляторы Интерпретатор - переводит каждую команду программы с одновременным её выполнением и, если обнаруживает ошибку, сообщает о ней и прекращает выполнение программы. Компилятор - переводит всю программу целиком и в конце работы выдаёт список ошибок, если они обнаружены. Для ввода текстов в компьютер и их изменения используется программа, называемая редактором. Редактору в принципе язык программирования незнаком, он воспринимает исходную программу как текст, который можно дополнять или изменять(то есть редактировать). После создания текста программы она еще не может выполняться машиной. Компилятор представляет собой большую программу, которая переводит исходный текст с языка высокого уровня на машинный язык, доступный компьютеру. Этот процесс называется компиляцией. При компиляции проверяется правильность написания программы. Если ошибок нет, то программа может быть выполнена; в противном случае снова может быть выбран редактор. Кроме ошибок выявляемых компилятором могут быть ошибки, выполняемые исполнительной системой. Тогда после запуска программы мы снова можем попасть в редактор. При этом как правило, имеется возможность использования специальных средств, помогающих выявить ошибки. Такая возможность обеспечивается программой, называемой отладчиком. Весь этот сервис, облегчающий получение программы на машинном языке, понятном компьютеру, носит название системы программирования. Назначение языков программирования. Программирование появилось задолго до появления не только первых персональных ЭВМ, но вообще ЭВМ. (Программы леди Ады Августы Лавлейс для разностной вычислительной машины 38 Бэббиджа). Языком программирования ЭВМ первого поколения был язык машинных кодов (язык низкого уровня). Во втором поколении появились языки высокого уровня. Команды языка высокого уровня - слова естественного языка, что упрощает работу программиста. Запись текста программы на языке программирования называют кодированием, а отладку программы - тестированием. Такая терминология более корректна, чем использование одного слова "программирование", в которое, в зависимости от контекста, включают либо проектирование, кодирование и тестирование вместе, либо кодирование и тестирование, либо просто кодирование. Многообразие языков программирования отчасти объясняется многообразием задач, для решения которых создаются программы на этих языках. В настоящее время в мире существует несколько сотен реально используемых языков программирования. Можно выделить следующие уровни языков программирования: машинные; машинно-оpиентиpованные (ассемблеpы); машинно-независимые (языки высокого уровня). Языки высокого уровня делятся на: процедурные (алгоритмические) (Basic, Pascal, C и др.), которые предназначены для однозначного описания алгоритмов; для решения задачи процедурные языки требуют в той или иной форме явно записать процедуру ее решения; логические (Prolog, Lisp и др.), которые ориентированы не на разработку алгоритма решения задачи, а на систематическое и формализованное описание задачи с тем, чтобы решение следовало из составленного описания; объектно-ориентированные (Object Pascal, C++, Java и др.), в основе которых лежит понятие объекта, сочетающего в себе данные и действия над нами. Языки программирования Язык C - это самый распространённый язык программирования. На нём написано больше программ, чем на любом другом. Подавляющее большинство профессиональных программистов владеют им. Исторически этот язык неотделим от операционной системы UNIX , которая в наши дни переживает своё второе рождение.60-е годы были эпохой становления операционных систем и языков программирования высокого уровня. Язык с самого начала создавался так, чтобы на нём можно было писать системные задачи. Разработчики языка - Кеннет Томсон и Деннис Ричи 1972 г. 39 Основные концепции языка Pascal были разработаны в 1967 г. профессором Николаусом Виртом, и он быстро превратился из средства для обучения студентов программированию в инструмент для создания новых программных проектов. Основные привлекательные черты Паскаля – логичность, поддержка концепций структурного и процедурного программирования, работа с динамической памятью, возможность создания своих типов данных. Строгая типизация данных позволяет резко снизить количество ошибок, появляющихся в программе вследствие невнимательности или опечаток. Язык Бейсик (BASIC – Beginners All-purpose Symbolic Instruction Code – универсальный символьный код для начинающих) был создан в 1965 г. Дж. Кемени и Т. Курцем как язык, облегчающий написание простых программ. Интерпретатор Basic был первым программным продуктом фирмы Microsoft, основанной Полом Аленом и Уильямом Гейтсом в 1975 году. В дальнейшем он не только поставлялся как программа, но и зашивался в ПЗУ компьютеров. В середине 80 - годов фирма Microsoft разработала QuickBasic. Это был уже компилятор, а не интерпретатор. Вообще Basic’ов несколько сотен. После появления Windows и визуальных средств разработки программ был создан Visual Basic. FORTRAN - старейший язык программирования. В начале 50-х годов он был разработан исследовательской группой под руководством Джона Бэкуса. Его название происходи от 2-х слов: FORMULA TRANSLATION. Первая версия системы FORTRAN для компьютера IBM была выпущена в начале 1957 г. ALGOL – это также старейший язык программирования, универсальный язык программирования общего назначения. Его название происходи от 2-х слов: ALGORITMIC LANGUAGE. Он был разработан международной рабочей группой, состоящей из 30 человек в 1969 г. Язык очень стройный и изящный благодаря тому, что он основан на принципе ортогональности, согласно которому язык должен по возможности состоять из независимых элементов, свободно комбинирующихся друг с другом. Один из активных разработчиков ALGOL-68 - Чарльз Линдси. ADA - язык программирования, который по сложности сравнивают с С++. Назван в честь леди Ады Августы Лавлейс, работавшей вместе с Чарльзом Беббиджем и разрабатывавшей программы для его «аналитической машины». Разработан язык группой под руководством в 1979 г. Жана Ишбиа в рамках конкурса, объявленного Министерством Обороны США. Мода на объектно- ориентированное программирование привела к созданию новой принципиально его версии ADA95. 40 18. Основные определения. Виды компьютерных сетей. Типовые топологии локальных вычислительных сетей. На самом элементарном уровне сеть - это два компьютера, обменивающихся информацией посредством специального соединения (например, по кабелю). Компьютерная (электронная) сеть — это система обмена информацией между различными компьютерами, которая дает возможность пользователям этих компьютеров применять их в качестве средств передачи и приема информации. Для чего необходимы сети. 1. Программные ресурсы эффективнее работают в сети (в случае автономных компьютеров применяемое программное обеспечение должно присутствовать на жестком диске каждого ПК, а не только на той машине, где выполняется конкретная задача). 2. Сети позволяют выполнять централизованное резервное копирование информации. 3. Сети реализуют дополнительный уровень защиты с помощью паролей (каждому работающему в сети пользователю можно присвоить отдельное учетное имя и пароль). 4. Сети обеспечивают использование ресурсов всех компьютеров сети и периферийных устройств. Определения терминов, связанных с аппаратным обеспечением сетей. Сервер (server) – компьютер, подключенный к сети, или выполняющаяся на нем программа, предоставляющие клиентам доступ к общим ресурсам и управляющие этими ресурсами. Наиболее важными типами серверов являются: • серверы WWW, предназначенные для представления взаимосвязанной мультимедийной информации и содержимого баз данных; • серверы электронной почты; • серверы FTP, предназначенные для обмена файлами; • серверы общения в реальном времени (чаты); • серверы, обеспечивающие работу Интернет-телефонии; • системы трансляции радио и видео через Интернет. Мост (bridge) – устройство для передачи сообщений из одной сети в другую. Он отслеживает весь трафик локальной сети, но, будучи интеллектуальным устройством, пропускает "наружу" только сообщения, адресованные другой сети. Хост (host) – установленный в узлах сети компьютер (сервер), решающий вопросы коммуникации и доступа к сетевым ресурсам: модемам, факс-модемам, большим компьютерам и др.; главный, ведущий, центральный компьютер. 41 Браузер (Browzer) – программа навигации (ориентирования, перехода по сайтам) и просмотра вэб- ресурсов (NetScape Communication, Opera, Internet Explorer и др.). Страница (page) или вэб-страница – документ, снабженный уникальным адресом, который можно открыть и посмотреть с помощью программы просмотра. Сайт (site) – это место в Интернете, которое определяется своим адресом (URL), имеет своего владельца и состоит из веб-страниц, которые воспринимаются как единое целое. "Всемирная паутина" (Вэб) (world wide web, WWW or Web) – ведущая и наиболее популярная технология организации информации в Интернете, позволяющая получать доступ к огромному массиву информации и найти сведения по заданной тематике независимо от места их расположения. Гиперссылка (hyperlink) – выделенный объект (текст или изображение) вэб-страницы, устанавливающий связь с другим объектом. Позволяет переходить к другому объекту в среде WWW. Гипертекст (hypertext) – система документов, содержащих ссылки на блоки текста внутри одного документа или на другие документы. Гиперсреда (hypermedia) – технология представления любых видов информации в виде относительно небольших блоков, ассоциативно связанных друг с другом. Протокол передачи гипертекстовой информации (hyper text transfer protocol, http) – транспортный протокол, обеспечивающий доступ к документам на вэб-узлах. Протокол управления передачей/межсетевой протокол (transmission control protocol / Internet protocol, TCP\IP) – набор протоколов, разработанный для Интернета и ставший его основой. Универсальный локатор ресурсов (uniform resourse locator, URL) – стандартный способ представления местонахождения определенного ресурса в Интернете. В него входит, кроме названия файла и каталога, сетевой адрес машины и метод доступа к файлу (http://historus.ru/about.html). Онлайновые технологии (on line) – средства коммуникации сообщений в сетевом информационном пространстве, обеспечивающие синхронный обмен информацией в реальном времени: "разговорные каналы" (чаты), аудио- и видеоконференции и др. Оффлайновые технологии (off line) – средства коммуникации сообщений в сетевом информационном пространстве, допускающие существенную асинхронность в обмене данными и сообщениями: списки рассылки, группы новостей, вэб-форумы и т. д. Маршрутизация (routing) – процесс определения в коммуникационной сети пути, по которому вызов, либо блок данных может достигнуть адресата. 42 Трафик (traffic) – совокупный объем передаваемой информации за единицу времени, выраженный в единицах измерения компьютерной памяти (бит/с). Виды компьютерных сетей. Компьютерные сети бывают локальные, отраслевые, региональные, глобальные. Принципы функционирования различных электронных сетей примерно одинаковы, так как все они представляют собой информационную систему, складывающуюся из компьютеров (как источников информации), канала связи, по которому информация в форме материальноэнергетического сигнала может поступить к компьютеру-адресату, а также некоторого соглашения (кода), которое позволит компьютеру-адресату преобразовать воспринятый сигнал в форму, понятную потребителю-человеку. Локальная сеть (LAN, local area network) представляет собой несколько компьютеров, соединенных друг с другом (кабелем) и расположенных в одном месте, обычно на этаже здания или в небольшой фирме. Составные части ЛВС: кабель, сетевая интерфейсная плата, сервер сети, центральное запоминающее устройство, рабочие станции. К кабелю передачи данных подключено каждое устройство в сети, именно поэтому возможен обмен информацией между ними. ЛВС могут работать с разными кабелями — от двужильных телефонных до оптоволоконных, повышающих качество и скорость передачи данных (в нашей стране пока чаще витой парой). Глобальная сеть (Global Area Network или GAN), соединяющая компьютеры, расположенные в разных странах и на разных континентах. Глобальные сети - это совокупность локальных сетей, связанных коммуникационными каналами. Большинство глобальных сетей являются частными и принадлежат компаниям, которые их эксплуатируют. В то же время существует такая крупнейшая в мире глобальная сеть, как Internet, не принадлежащая конкретному владельцу. Сегодня многие компании формируют свои частные глобальные сети с помощью шифрованной передачи данных через Internet (это так называемые виртуальные частные сети, VPN - Virtual Private Network). Региональная сеть (Metropolitan Area Network или MAN), объединяющая компьютеры, расположенные в пределах города, региона. Корпоративная сеть служит для объединения компьютеров организации, расположенные в пределах города, региона. Многие компании формируют свои частные сети с помощью 43 шифрованной передачи данных Типовые топологии локальных вычислительных сетей. Существует ряд принципов построения ЛВС на основе выше рассмотренных компонентов. Такие принципы называют топологиями. Типовые топологии локальных сетей: Топология типа звезда; Кольцевая топология; Шинная топология. Концепция топологии сети в виде звезды пришла из области больших ЭВМ, в которой головная машина получает и обрабатывает все данные с периферийных устройств как активный узел обработки данных. Вся информация между двумя периферийными рабочими местами проходит через центральный узел вычислительной сети. Файловый сервер При кольцевой топологии сети рабочие станции связаны одна с другой по кругу, т.е. рабочая станция 1 с рабочей станцией 2, рабочая станция 3 с рабочей станцией 4 и т.д. Последняя рабочая станция связана с первой. Коммуникационная связь замыкается в кольцо. Файловый сервер Специальной формой кольцевой топологии является логическая кольцевая сеть. Физически 44 она монтируется как соединение звездных топологий. При шинной топологии среда передачи информации представляется в форме коммуникационного пути, доступного дня всех рабочих станций, к которому они все должны быть подключены. Все рабочие станции могут непосредственно вступать в контакт с любой рабочей станцией, имеющейся в сети. Файловый сервер 19. Структура Интернет. Варианты доступа в Интернет. Сервисы Интернет. Интернет - это глобальная компьютерная сеть, объединяющая многие локальные, региональные и корпоративные сети и включающая десятки миллионов компьютеров. В 1969 году, когда был создан Интернет, эта сеть объединяла всего лишь четыре хосткомпьютера, а сегодня их число измеряется десятками миллионов. Каждый компьютер, подключенный к Интернету, — это часть Сети. В принципе, соединение с провайдером может идти по различным каналам: по телефонной линии, по выделенной линии, на основе беспроводной или спутниковой связи, по сети кабельного телевидения или даже по силовым линиям — все эти альтернативные варианты показаны на рисунке 1. Каждый провайдер имеет свою магистральную сеть, или бэкбоун2. На рисунке 1 условно 45 изображена магистральная сеть некоего провайдера ISP-A. Его магистральная сеть показана зеленым цветом. Обычно ISP-провайдеры — это крупные компании, которые в ряде регионов имеют так называемые точки присутствия (POP, Point of Presence), где происходит подключение локальных пользователей. Рисунок 1. Схема подключения домашнего компьютера к сети Интернет. Обычно крупный провайдер имеет точки присутствия (POP) в нескольких крупных городах. Провайдер может арендовать волоконно-оптические линии у телефонной компании для соединения всех своих точек присутствия (POP), а может протянуть свои собственные волоконно-оптические линии. Крупнейшие коммуникационные компаний имеют собственные высокопропускные каналы. На рисунке показаны опорные сети двух Интернет-провайдеров. Очевидно, что все клиенты провайдера ISP-А могут взаимодействовать между собой по собственной сети, а все клиенты компании ISP-В — по своей, но при отсутствии связи между сетями ISP-A и ISP-B клиенты компании «A» и клиенты компании «В» не могут связаться друг с другом. Для реализации данной услуги компании «A» и «B» договариваются подключиться к так называемым точкам доступа (NAP — Network Access Points) в разных городах, и трафик между двумя компаниями течет по сетям через NAP. На рисунке 1 показаны магистральные сети только двух ISP-провайдеров. Аналогично организуется подключение к другим магистральным сетям, в результате чего образуется объединение множества сетей высокого уровня. В Интернете действуют сотни крупных Интернет-провайдеров, их магистральные сети 46 связаны через NAP в различных городах, и миллиарды байтов данных текут по разным сетям через NAP-узлы. Варианты доступа в Интернет: Коммутируемая телефонная линия и обычный модем; Доступ в Интернет по DSL-технологии; Выделенная линия (ISDN); Доступ по сети кабельного телевидения (CATV); Доступ в Интернет по радиоканалу; Доступ в Интернет по спутниковому каналу; Использование бытовой электрической сети для доступа в Интернет; Доступ в Интернет по оптиковолокну (T1, T3). Скорость доступа, стоимость и удобство работы. Технология доступа Коммутируемая телефонная линия Скорость 56 Кбит/с ISDN 128 Кбит/с CATV 36 Мбит/c ADSL 1 Мбит/c (запрос) 8 Мбит/c (ответ) T1 1,5 Мбит/c T3 45 Мбит/c Радиоканал До 8 Мбит/c Спутниковый доступ От несколько Мбит/c до нескольких Гбит/c в зависимости от системы Сервисы Интернета. Обычно начинающие пользователи идентифицируют Интернет со службой WWW (World Wide Web — Всемирная паутина) однако это далеко не так, ибо WWW — одна из многочисленных служб Интернета. Интернет предоставляет множество сервисов и не может отождествляться с одним из них. 47 В число наиболее часто используемых служб Интернета входят: • электронная почта; • Всемирная паутина (WWW); • служба новостей Интернета; • передача файлов по протоколу FTP; • терминальный доступ по протоколу Telnet; • электронные платежи; и ряд других служб. Электронная почта является одной из самых известных служб Интернета. С ее помощью можно отправлять сообщения любому пользователю, подключенному к Интернету. World Wide Web — наиболее популярный вид Интернет-службы, представляющий собой распределенную информационную систему коллективного использования гипертекстовых документов и приложений, их генерирующих. Служба новостей Интернета позволяет размещать сообщения в электронных дискуссионных группах. FTP-протокол предоставляет доступ к файлам на удаленных компьютерах и в файловых архивах. Telnet обеспечивает терминальный доступ к удаленным компьютерам. Просмотр Web-страниц осуществляется с помощью специальных программ просмотра браузеров. В настоящее время наиболее распространенными браузерами являются Internet Explorer (его русскоязычная версия часто называется Обозреватель), Opera, Firefox и Netscape Navigator. 20. Система адресации. Доменные имена. Адресация ресурсов. Для того чтобы в процессе обмена информацией компьютеры могли найти друг друга, в Интернет существует единая система адресации, основанная на использовании IР-адреса. Каждый компьютер, подключенный к Интернет, имеет свой уникальный 32-битный (в двоичной системе) IP-адрес. IP-адрес имеет формат xxx.xxx.xxx.xxx, где xxx — числа от 0 до 255. Например типичный IP-адрес: 193. 27.61.137. Легко подсчитать, что общее количество различных IP-адресов составляет более 4 миллиардов: N=232=4294967296 Система IP-адресации учитывает структуру Интернет, т.е. то, что Интернет является сетью 48 сетей, а не объединением отдельных компьютеров. IP-адрес состоит из двух частей, одна из которых является адресом сети, а другая адресом компьютера в данной сети. Для обеспечения максимальной гибкости в процессе распределения IP-адресов, в зависимости от количества компьютеров в сети, адреса разделяются на три основных класса А, В, С. Первые биты адреса отводятся для идентификации класса, а остальные разделяются на адрес сети и адрес компьютера. Таблица 1. IP-адресация в сетях различных классов В десятичной записи IP-адрес состоит их 4 чисел, разделенных точками, каждое из которых лежит в диапазоне от 0 до 255. Например, IP-адрес сервера компании МТУ-ИНФОРМ записывается как 195.34.32.11. Существуют статические и динамические IP адреса. Если вы осуществляете сеансовое подключение (то есть подключаетесь на время сеанса выхода в Интернет), то IP-адрес вам выделяется только на время этого сеанса. Присвоение адреса на время сеанса связи называется динамическим распределением IP-адресов. Оно удобно для ISP-провайдера, поскольку в тот период времени, пока вы не выходите в Интернет, IP-адрес, который вы получали, может быть выделен другому пользователю. Этот IP-адрес является уникальным только на время вашей сессии — в следующий раз, когда вы будете выходить в Интернет через своего провайдера, IP-адрес может быть другим. Таким образом, Интернет-провайдер должен иметь по одному IP-адресу на каждый обслуживаемый им модем, а не на каждого клиента, которых может быть намного больше. Доменные имена. На ранней стадии своего развития Интернет состоял из небольшого количества компьютеров, объединенных модемами и телефонными линиями. Тогда пользователи могли установить соединение с компьютером, набрав цифровой адрес, например 163. 25.51.132. Это было удобно, пока сеть состояла из нескольких компьютеров. По мере увеличения их количества, учитывая тот факт, что текстовое имя всегда удобнее для запоминания, чем цифровое, постепенно цифровые имена стали заменять на текстовые. Возникла проблема автоматизации данного процесса, и в 1983 году в Висконсинском университете США (University of Wisconsin) была создана так называемая DNS (Domain Name System)-система, которая автоматически устанавливала соответствие между текстовыми именами и IP-адресами. Вместо чисел была предложена ставшая сегодня для нас привычной запись типа http://www.myhobby.narod.ru/. Подобным образом осуществляется сортировка обычной почты. Люди привыкли 49 ориентироваться по географическим адресам, например: «Москва, ул. Рылеева, д. 3, кв. 10», в то время как автомат на почте быстро сортирует почту по индексу. Таким образом, при пересылке информации компьютеры используют цифровые адреса, люди — буквенные, а DNS-сервер служит своеобразным переводчиком. Доменная система имен ставит в соответствие числовому IP-адресу каждого компьютера уникальное доменное имя. Так, например, сервер компании МТУ-ИНФОРМ имеет имя dialup.mtu.ru. Доменные адреса присваиваются в Центре сетевой информации Интернет (InterNIC) и читаются справа налево. Крайняя правая группа букв обозначает домен верхнего уровня (в данном случае ru). Домены верхнего уровня бывают двух типов: 1. географические (двухбуквенные - каждой стране соответствует двухбуквенный код) 2. административные (трехбуквенные). Доменные имена второго уровня географического типа распределяют национальные центры. Когда вы обращаетесь на Web или посылаете e-mail, вы используете доменное имя. Например, адрес http://www.microsoft.com/ содержит доменное имя microsoft.com. Аналогично email-адрес alproh@aha.ru содержит доменное имя aha.ru. В именах домены отделяются друг от друга точками: companya.msk.ru, companyb.spb.ru. В имени может быть различное количество доменов, но обычно их не больше пяти. По мере движения по доменам в имени слева направо, количество имен, входящих в соответствующую группу, возрастает. Каждый раз, когда вы используете доменное имя, вы также используете DNS-серверы для того, чтобы перевести буквенное доменное имя в IP-адрес на машинном языке. В качестве примера рассмотрим адрес http://www.pc.dpt1.company.msk.ru/. Первым в имени стоит название рабочей машины — реального компьютера с IP-адресом. Это имя создано и поддерживается группой dpt1. Группа входит в более крупное подразделение company, далее следует домен msk — он определяет имена московской части сети, а ru — российской. Каждая страна имеет свой домен. Так au — соответствует Австралии, be — Бельгии и т.д. Это географические домены верхнего уровня. Помимо географического признака используется тематический, в соответствии с которым существуют следующие доменные имена первого уровня: com — обозначает коммерческие предприятия; 50 (edu) — образовательные; (gov) — государственные; (mil) — военные; (net) — сетевые; (org) — учреждения других организаций и сетевых ресурсов). Внутри каждого доменного имени первого уровня находится целый ряд доменных имен второго уровня. Домен верхнего уровня располагается в имени правее, а домен нижнего уровня — левее. Система адресации URL. Чтобы найти документ в сети Интернет, достаточно знать ссылку на него — так называемый универсальный указатель на ресурс URL (Uniform Resource Locator — унифицированный указатель ресурса), который указывает местонахождение каждого файла, хранящегося на компьютере, подключенном к Интернету. Адрес URL является сетевым расширением понятия полного имени ресурса, например файла или приложения (пути к нему) в операционной системе. В URL, кроме имени файла и директории, где он находится, указывается сетевое имя компьютера, на котором этот ресурс расположен, и протокол доступа к ресурсу, который можно использовать для обращения к нему. Для того чтобы лучше разобраться с системой адресации, рассмотрим некоторый URL: http://www.abc.msk.ru/images/ANGEL.htm. Первая часть http:// (HyperText Transfer Protocol — протокол передачи гипертекста, по которому обеспечивается доставка документа с Web-сервера Web-браузеру) указывает программе просмотра (браузеру), что для доступа к ресурсу применяется данный сетевой протокол. Вторая часть http://www.abc.msk.ru/ указывает на доменное имя. Третья часть images/ANGEL.htm показывает программе-клиенту, где на данном сервере искать ресурс. В данном случае ресурсом является файл в формате html, а именно ANGEL.htm, который находится в папке images. Обратите внимание: при написании URL важно правильно указывать верхние и нижние регистры. Дело в том, что Web-серверы функционируют под управлением разных операционных систем, а в некоторых из них имена файлов и приложений являются регистро-чувствительными. В общем случае формат URL имеет вид: (протокол доступа) [://<домен>: <порт>](/<директория><имя ресурса>[/<параметры запроса>] Первая часть URL, как уже было отмечено выше, соответствует используемому протоколу доступа, например http:// (протокол передачи гипертекста), ftp:// (File Transfer Protocol — протокол 51 передачи файлов) и т.д. Вторая часть URL-адреса указывает доменное имя, а также может указывать номер порта. Любой сервер предоставляет сервис, используя нумерованные порты. При этом каждая служба имеет свой номер порта. . Если номер порта не указан, браузер будет по умолчанию обращаться к порту 80. Третья часть URL-адреса — путь доступа к файлу — аналогичен пути к файлу на клиентском компьютере. Если этот путь не указан, по умолчанию используется стандартный отклик, определяемый в настройках Web-сервера. В частности, стандартным откликом на HTTP-запрос для ряда Web-серверов служит вывод файла с именем Index.html. При обращении к таким ресурсам, как Web-приложения в состав URL могут входить различные параметры и переменные, например: http://www.abc.msk.ru/scripts/myapplication.exe/showinfo?var1=5& var2=10 21. Современное состояние информационной безопасности. Методы защиты информации. Информация – сведения о природе, человеке, объектах, предметах. Защита информация – деятельность, направленная на предотвращение утечки информации, несанкционированного и непреднамеренного воздействий на защищаемую информацию. Классификация методов защиты информации. 1. Законодательный (правовой). 52 2. Организационно-технический. 3. Морально-этический. 4. Физический. 5. Криптографический. Законодательный метод основывается на законах и постановлениях правительства РФ (“Об информатизации и защите информации”, статьях уголовного кодекса РФ - ст.272 о доступе к конфиденциальной информации, ст.273 о создании и распространении вредоносных программ, ст.274 о нарушении в работе сети). Организационно-технический метод рассматривает организационные и технические способы обеспечения защиты информации. Морально-этический метод включает вопросы этических норм поведения в информационном обществе. Физический метод охватывает вопросы обеспечения защиты информации обученными для этого сотрудниками различных ведомств. Криптографический включает вопросы защиты программных средств с помощью шифрования. Средства защиты информации. Технические средства создания помех. (Гном, Баррикада) Технические средства криптографической защиты (аппараты шифрования, пример Гранит). Технические средства поиска средств разведки. Рекомендации: защита телефонных аппаратов, защита линий связи, неразглашение в переговорах сведений, имеющих коммерческую тайну. Правовые аспекты охраны программ и данных. Законы запрещают использование пиратского компьютерного обеспечения и пропаганду насилия, наркотиков и порнографии в Интернете. Программы по их юридическому статусу можно разделить на три большие группы: - Лицензионные; - Условно бесплатные (shareware); - Свободно распространяемые программы (freeware). Лицензионные программы продаются. К бесплатно распространяемым программам можно отнести: новые недоработанные (бета) 53 версии программных продуктов (это позволяет провести их широкое тестирование); программные продукты, являющиеся частью принципиально новых технологий (это позволяет завоевать рынок); дополнения к ранее выпущенным программам, исправляющие найденные ошибки или расширяющие возможности; устаревшие версии программ; драйверы к новым устройствам или улучшенные драйверы к уже существующим. Условно-бесплатные в целях их рекламы их продвижения на рынок, предоставляют пользователю версию программы с ограниченным сроком действия. В настоящее время в России “законодательство в сфере информатизации” охватывает по различным оценкам несколько сотен нормативно правовых актов. Из них можно выделить около десятка основных. Это, например: Об авторском праве и смежных правах. Закон РФ от 19.07.1995 года № 110-ФЗ. Об информации, информационных технологиях и защите информации. Закон РФ от 27.07.2006 года №149-Ф3. Доктрина информационной безопасности Российской Федерации. Указ Президента РФ от 09.09.2000 года № Пр-1895. Об электронной цифровой подписи. Федеральный закон от 10.01.2002 года № 1-ФЗ. О федеральной целевой программе “Электронная Россия (2002 – 2010 годы)”. Постановление Правительства РФ от 28.01.2002 года № 65. ГОСТ Р6.30-2003. Унифицированная система организационно-распорядительной документации. Требования к оформлению документов. – М.: Изд-во стандартов, 2003. Среди правовых проблем, связанных с деятельностью в Интернете, можно назвать следующие: защита интеллектуальной собственности; защита национальной безопасности; ответственность провайдеров и владельцев сайтов; регулирование электронной коммерции; защита тайны личной жизни; защита несовершеннолетних (от оскорбительных форм маркетинга и порнографии); вопросы информационной безопасности и др. 22. Комплексный подход к вопросу обеспечения информационной безопасности. Мероприятия по защите информации в компьютерных системах: 1. Регулярное резервирование информации. 54 2. Создание эффективной антивирусной защиты. 3. Применение персонального брандмауэра (firewall) при работе в сети. 4. Использование лицензионных операционных систем и программного обеспечения. 5. Распределение прав пользователей при работе в локальной сети. 6. Контроль Интернет трафика. 7. Контроль почтового трафика. 8. Криптографическая защита информации и использование аутентификации пользователей. Регулярное резервирование информации. Самая страшная угроза для любой информационной системы — утрата хранящейся в ней информации. Даже проблемы защиты информации от хищения менее важны по сравнению с задачей обеспечения гарантированной сохранности информации в системе. Решение этой проблемы, заключается в использовании технологий резервного копирования информации на различные виды электронных носителей. Методика резервного копирования. 1. Создание архива данных. 2. Сохранение архива на электронном носителе. 3. Проверка на чтение записанной информации. В настоящее время в России наибольшее распространение получили два архиватора — WinRar и WinZip. Создание эффективной антивирусной защиты. Компьютерным вирусом будем называть программу, способную создавать свои копии и выполнять некоторые действия на компьютере пользователя без его ведома. В настоящее время в мире насчитывается более 50 тыс. различных вирусных программ и их модификаций. Для борьбы с вирусами используются специальные программы (антивирусы), позволяющие обнаружить и удалить их до начала активизации. Пути заражения вирусами: флоппи и CD диски, электронная почта, файловые архивы Интернета. Антивирусная защита В настоящее время в России наибольшее распространение получили два программных антивирусных комплекса — AVP (Е.Касперский, Россия) и Norton Antivirus Enterprise Edition (Symantec Co, USA). 55 Наряду с ними распространены DrWeb, Panda, AntiVir. Применение персонального брандмауэра (firewall) при работе в сети. Без дополнительных мер безопасности соединение вашего ПК с интернетом подобно проживанию в настежь открытом доме. Кто угодно может проникнуть внутрь, порыться в ваших вещах, похитить бумажник… Множество прикладных программ собирают и передают информацию, не уведомляя об этом пользователя, и в результате имеем то, что принято называть утечкой данных). Значение слова файрвол (firewall, англ.) - это "стена, построенная с целью остановить распространение огня". Программы, носящие это название, предназначены для предотвращения нежелательного вторжения из среды интернет в ваш компьютер. Назначение брандмауэра – контроль доступа к портам ПК из Интернет и разрешение работы программ в глобальной сети. Программы-файрволы: • Kerio Personal Firewall 2; • Outpost Firewall Free от Agnitum Limited; • Sygate Personal Firewall 5.1; • Zone Labs' ZoneAlarm 3.7. Использование лицензионных операционных систем и программного обеспечения. Применение лицензионных программных пакетов и регулярное их обновление позволяет повысить безопасность вашего персонального компьютера Безопасность Windows XP. Методы повышения безопасности операционной системы: Автоматическое обновление системы; Составление паролей пользователей; Отключение ненужных сервисов; Отключение автоматического запуска CD; Отключение Shared-ресурсов (доступных по сети дисков и папок); Отключение в Автозагрузке ненужных программ; Выбор файловой системы. Распределение прав пользователей при работе в локальной сети. После установки ОС необходимо: завести пользователя с правами администратора, закрыть доступ к своим файлам по схеме «юзер Х может все, прочие юзеры не могут ничего». Использование лицензионного программного обеспечения. 56 Что пpедставляет непосpедственную опасность: дыpки имеющие место быть в WWW бpаузеpах; дырки в программе-клиенте почтовой службы Есть два способа заражения при просмотре страничек: • через уязвимости самих браузеров; • через "активные" элементы страниц. Рекомендации Следует не только своевременно обновлять уязвимые программы, но и ограничивать выполнение различных "активных" элементов (ActiveX, Java-апплеты, VBS/Java-скрипты и т. п.) при просмотре документов с "ненадежных" сайтов. Если не запускать файлы, вложенные в письма электронной почты, то заразиться нельзя. Контроль Интернет трафика. Необходимо ограничить доступ приложениям к файловым ресурсам Интернета посредством брандмауэра; На основе анализа Интернет трафика необходимо определить сервисы, которые стоит развернуть во внутренней сети для снижения вероятности заражения ПК через канал Интернета. Контроль почтового трафика. Оптимальным будет: Необходимо применять систему фильтров, для просеивания почты на предмет “криминальных” слов и выражений; Не запускать файлы вложений без проверки их на наличие вирусов; Применять криптографическую защиту при обмене электронными сообщениями; Не высылать логины и пароли (даже якобы службе технической поддержки); Не сохранять пароли на дисках; Применять антиспамовые программы. Криптографическая защита информации и использование аутентификации пользователей. Для защиты информации при переписке, а также для скрытия информации от посторонних глаз необходимо применять криптографическую защиту информации. Существуют два способа шифрования Аппаратное; Программное. При аппаратной аутентификации применяют электронный USB ключи, дискеты, смарт-карты 57 и системы биометрической идентификации пользователя по уникальным биологическим признакам. Программное шифрование предполагает защиту шифрованием важных документов. Длина ключей защиты выбирается такой, чтобы время на раскрытие защищаемого документа превышало время его актуальности. Дополнительно знать. Типы компьютерных вирусов: способы распространения, меры борьбы с вирусами. Компьютерным вирусом называется программа (некоторая совокупность выполняемого кода/инструкций), которая способна создавать свои копии (не обязательно полностью совпадающие с оригиналом) и внедрять их в различные объекты/ресурсы компьютерных систем, сетей и т.д. без ведома пользователя, с целью нарушения работы программ, порчи файлов и каталогов, создание всевозможных помех при работе компьютера. Объективные критерии вируса Саморазмножение; Скрытность; Деструктивные свойства. Компьютерным вирусом называется специально написанная программа, способная самопроизвольно присоединяться к другим программам, создавать свои копии и внедрять их в файлы, в системные области компьютера с целью нарушения работы программ, порчи файлов и каталогов, создание всевозможных помех при работе компьютера. Основные признаки проявления вирусов: Прекращение работы или не правильная работа ранее успешно функционирующих программ; Медленная работа компьютера; Исчезновение файлов и каталогов или искажение их содержимого; Неожиданное значительное увеличение количества файлов на диске; Вывод на экран не предусмотренных сообщений или изображений; Подача непредусмотренных звуковых сигналов. Историческая справка Первые исследования саморазмножающихся искусственных конструкций проводились в середине прошлого столетия. В работах фон Неймана, Винера и других авторов дано определение и проведен математический анализ конечных автоматов, в том числе и самовоспроизводящихся. Термин "компьютерный вирус" появился позднее - официально считается, что его впервые 58 употребил сотрудник Лехайского университета (США) Ф.Коэн в 1984 г. на 7-й конференции по безопасности информации, проходившей в США. С тех пор прошло немало времени, острота проблемы вирусов многократно возросла, однако строгого определения, что же такое компьютерный вирус, так и не дано, несмотря на то, что попытки дать такое определение предпринимались неоднократно. Основная трудность, возникающая при попытках дать строгое определение вируса, заключается в том, что практически все отличительные черты вируса (внедрение в другие объекты, скрытность, потенциальная опасность и проч.) либо присущи другим программам, которые никоим образом вирусами не являются, либо существуют вирусы, которые не содержат указанных выше отличительных черт (за исключением возможности распространения). 59 Компаньон-вирусы (companion) - это вирусы, не изменяющие файлы. Алгоритм работы этих 60 вирусов состоит в том, что они создают для EXE-файлов файлы-спутники, имеющие то же самое имя, но с расширением .COM, например, для файла XCOPY.EXE создается файл XCOPY.COM. Вирус записывается в COM-файл и никак не изменяет EXE-файл. При запуске такого файла DOS первым обнаружит и выполнит COM-файл, т.е. вирус, который затем запустит и EXE-файл. Вирусы-«черви» (worm) - вирусы, которые распространяются в компьютерной сети и, так же как и компаньон-вирусы, не изменяют файлы или сектора на дисках. Они проникают в память компьютера из компьютерной сети, вычисляют сетевые адреса других компьютеров и рассылают по этим адресам свои копии. Такие вирусы иногда создают рабочие файлы на дисках системы, но могут вообще не обращаться к ресурсам компьютера (за исключением оперативной памяти). Не следует путать файловые вирусы-черви с сетевыми червями. Первые используют только файловые функции какой-либо операционной системы, вторые же при своем размножении пользуются сетевыми протоколами. «Паразитические» - все вирусы, которые при распространении своих копий обязательно изменяют содержимое дисковых секторов или файлов. В эту группу относятся все вирусы, которые не являются «червями» или «компаньон». «Стелс»-вирусы (вирусы-невидимки, stealth), представляющие собой весьма совершенные программы, которые перехватывают обращения ОС к пораженным файлам или секторам дисков и «подставляют» вместо себя незараженные участки информации. «Студенческие» - крайне примитивные вирусы, часто нерезидентные и содержащие большое число ошибок. «Полиморфик»-вирусы (самошифрующиеся или вирусы-призраки, polymorphic) - достаточно труднообнаруживаемые вирусы, не имеющие сигнатур, т.е. не содержащие ни одного постоянного участка кода. В большинстве случаев два образца одного и того же полиморфик-вируса не будут иметь ни одного совпадения. Это достигается шифрованием основного тела вируса и модификациями программы-расшифровщика. «Макро-вирусы» - вирусы этого семейства используют возможности макро-языков, встроенных в системы обработки данных (текстовые редакторы, электронные таблицы и т.д.). В настоящее время наиболее распространены макро-вирусы заражающие текстовые документы редактора Microsoft Word.). К троянским коням относятся программы, крадущие конфиденциальную информацию и наносящие какие-либо разрушительные действия, т.е. в зависимости от каких- либо условий или при каждом запуске уничтожающая информацию на дисках, "завешивающая" систему и т.п. 61
![Список вопросов государственного экзамена [, 35 кб]](http://s1.studylib.ru/store/data/000523607_1-b9550045bce955d36e0451dd1b51ab4b-300x300.png)