Тема 1. Мировые информационные ресурсы: определение, классификация и характеристика основных структур (баз данных, сетей) по различным признакам.

Лекция 2. Компьютерные сети, операционные системы.

В.1 Компьютерные сети

В.2.Операционные системы

Введение

Использовать ЭВМ, человек стал еще во второй половине ХХ века, первые машины представляли собой огромных размеров комплексы, занимающие совсем не малое пространство, к тому же были очень дорогими, да и производительность тех машин по сегодняшним меркам оставляла желать лучшего. Говорить об использовании лазера, как средства для создания носителей информации было из области фантастики.

Вследствие того, что ЭВМ на тот момент не имели общих стандартов и работали каждая уникально, возможности использовать их совместно не предоставлялось. Но время шло и технологии развивались. Инженеры начали соединять ЭВМ уже друг с другом, так что они теперь могли взаимодействовать и между собой. В то же время вычислительная техника становилась все меньше по размерам и дешевела. Тем самым было положено начало развитию мини - и микро ЭВМ (микрокомпьютеров). Первые компьютерные сети использовали одиночные линии связи, такие как телефонные провода, для соединения только двух отдельных компьютеров. В начале 80 – х в магазинах появились первые модели IBM PC ( International Busines Mashine), стремительно завоевавшие товарный рынок микрокомпьютеров. Соответственно, преимущества совместной работы этих небольших по размерам компьютеров, объединенных вместе стали очевидными. Компьютеры, связанные сетью, могли использовать один принтер, что по экономическим соображениям, гораздо предпочтительнее оснащения каждого компьютера принтером. Когда же возникла необходимость передачи файла от одного пользователя к другому, сеть позволяла обходиться без обычных дискет. Проблема, тем не менее, оставалась. И заключалась она в том, что соединить дюжину офисных компьютеров одиночными двухточечными каналами связи было практически невозможно. Окончательным решением этой проблемы стало появление локально – вычислительных сетей (LAN, local area network).

Локальные вычислительные сети

Локальная вычислительная сеть, или, сокращенно, ЛВС – это группа компьютеров, объединенных совместно используемой средой передачи данных, как правило, кабелем. Используя единый кабель, каждый компьютер требует только одной точки подключения к сети, при этом он может полноценно взаимодействовать с любым другим компьютером в группе. Геометрически ЛВС всегда ограничена по размерам небольшой площадью в силу электрических свойств кабеля, используемого для построения сети, и относительно небольшим количеством компьютеров, которые могут разделять одну сетевую среду передачи данных. ЛВС обычно располагается в пределах одного здания или, самое большое, нескольких близко расположенных зданий. Некоторые технологии, такие как волоконная оптика, позволяют увеличить длину линий ЛВС до одного или двух километров.

Кабели и топологии

Большинство ЛВС созданы с использованием медных кабелей, применяющих обычный электрический ток для передачи сигналов. Изначально большинство ЛВС состояли из компьютеров, соединенных коаксиальным кабелем, но в итоге прокладка кабеля типа «витая пара»

(TP, twisted pair), используемого в телефонных системах, стала наиболее популярной и здесь. Еще один альтернативный тип кабеля – оптоволоконный кабель, не использующий электрические сигналы, при прохождении по нему двоичная информация кодируется импульсами света. Также существуют виды сетевых решений, в принципе не использующие кабеля, и, соответственно, передающие сигналы по так называемым неограниченным средам, таким как радиоволны, инфракрасные волны и излучения микроволнового диапазона.

Различные способы конфигурации соединения кабелей для объединения компьютеров в ЛВС называются топологиями. Они зависят от типа употребляемого кабеля и поддерживаемого протокола. Наиболее распространены следующие топологии.

• Шина. Шинная топология, реализуемая кабелем, прокладываемым от одного компьютера к другому в виде последовательной цепочки, напоминающей гирлянду на новогодней елке. Все сигналы, предаваемые любым компьютером в сеть, идут по шине в обоих направлениях ко всем остальным компьютерам. Два конца шины должны быть «закрыты» при помощи электрических сопротивлений, обнуляющих напряжения, приходящие на эти концы, для того, чтобы, сигналы не отражались и не уходили в обратном направлении. Основной недостаток шинной топологии состоит в том, что, подобно елочной гирлянде, дефект кабеля в любом месте его протяженности делит сеть на две части, не способные общаться между собой. Большая часть сетей, построенных на коаксиальных кабелях, таких как сети Ethernet, используют шинную архитектуру.

• Звезда. Топология «звезда» использует отдельный кабель для каждого компьютера, проложенный от центрального устройства, называемого хабом (hub) или концентратором. Концентратор транслирует сигналы, поступающие на любой из его портов, на все остальные порты; в результате чего сигналы, посылаемые одним узлом, достигают остальных компьютеров. Сеть на основе «звезды» более устойчива к повреждениям, нежели сеть на базе шинной архитектуры, так как повреждение кабеля затрагивает непосредственно только тот компьютер, к которому он подсоединен, а не всю сеть. Большинство сетей, использующих кабель типа «витая пара», монтируются по топологии «звезда», например, 10 BaseT Ethernet.

• Кольцо. Топология кольца функциональна, эквивалентна шине, у которой концы соединены друг с другом; таким образом, сигналы передаются от одного компьютера к другому, двигаясь по кругу. Однако коммуникационное кольцо – это только логическая абстракция, а не физическая конструкция. Фактически сеть представляет собой звезду, но при этом специальный концентратор реализует логическое кольцо путем пересылки входящего сигнала только через следующий нисходящий порт (вместо передачи через все порты, как это делает концентратор при применении топологии «звезда»). Каждый компьютер, получив входящий сигнал, обрабатывает его (если это необходимо) и посылает обратно концентратору для передачи следующей рабочей станции в сети. В соответствии с данным принципом работы, система, передающая сигнал в сеть, должна также удалить его после того, как он обошел все кольцо полностью. Сети, сконструированные на основе топологии «кольцо», могут использовать различные типы кабеля. Например, сети Token Ring используют витую пару, в то время как FDDI – сети реализуют топологию «кольцо» с помощью оптоволоконных кабелей.

• Шина – звезда. Данная топология – один из способов расширения одиночной «звезды». Эта схема формируется из множества «звезд», концентраторы которых соединяются отдельными сегментами общей шины. Каждый компьютер по – прежнему может связываться с любым другим в сети, поскольку связанный с ним концентратор передает входящий трафик через порты «звезды». Разработанная для расширения сетей Ethernet 10BaseT, архитектура «шина – звезда» сейчас мало распространена в связи с ограничениями информационной емкости шин на коаксиальном кабеле. Коаксиальный кабель становиться «узким местом» подобной сетевой организации, снижая скорость передачи данных в быстрых сетях, собранных на основе топологии «звезда», таких как Fast Ethernet.

Рисунок 1. Основные виды топологий

Шина

Концентратор

Звезда

сигнал

Кольцо

шина

концентратор концентратор

Шина – звезда

Протоколы и стандарты

Взаимодействие компьютеров в сети регламентируется протоколами, то есть формальными наборами правил и соглашений, определяющими, каким образом в сети устройства обмениваются данными. Эти протоколы описывают любой момент взаимодействия – от характеристик сигналов, передаваемых по кабелям, до языков запросов, позволяющих обмениваться сообщениями приложениям, исполняемым на разных компьютерах. Компьютеры сети используют множество протоколов, которое называется «стек» и простирается от пользовательского интерфейса программы, расположенной на «вершине», до физического интерфейса сети на «дне». Традиционно стек делится на семь уровней, функции которых определяются эталонной моделью взаимодействия открытых систем (OSI, Open System Interconnection) – документом, описывающим как отдельные функции каждого уровня, так и их совместное применение для обеспечения взаимодействия компьютеров сети.

Ранние сетевые технологии были частными решениями отдельных производителей, однако, с течением времени, на первый план выступила совместимость, и разработчики вынуждены были разработать и принять соглашения о стандартах сетевых протоколов. Большинство из этих соглашений опираются на большое количество технических и технологических стандартов. В настоящее время стандартные протоколы для широкого использования разрабатываются специальными международными организациями или группами, некоторые из которых перечислены ниже.

• Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE, Institute of Electrical and Electronic Engineers). Североамериканская организация, опубликовавшая рекомендации рабочей группы 802 (IEEE, 802 working group), содержавшие стандарты, определившие протоколы, известные в настоящее время как Ethernet и Token Ring, а также многие другие.

• Международная организация по стандартизации (ICO, International Organization for Standardization). Всемирное объединение организаций по выработке стандартов, включающее более 100 государств. Разработала эталонную модель OSI.

• Проблемная группа проектирования сети Интернет (IETF, Internet Engineering Task Force). Группа разработчиков и консультантов, созданная специально для выработки стандартов Интернет – технологий, включая протокол TCP/IP.

• Ассоциация производителей средств связи / Ассоциация электронной промышленности (TIA / EIA, Telecommunications Industry Association / Electronic Industry Association). Две организации, объединившиеся для разработки и публикации стандартов электронных устройств и передачи данных (EIA/TIA – 232) и правила телекоммуникационной проводки в коммерческих зданиях (Commercial Building Telecommunications Wiring Standards), определяющие, как должны прокладываться кабели для информационных сетей.

В.2 Операционные системы

Операционная система это – программа, благодаря которой становится возможным общение между компьютером и человеком. ОС можно назвать "буфером-передатчиком" между компьютерным железом и остальными программами. ОС принимает на себя сигналы-команды, которые посылают другие программы, и "переводит" их на понятный машине язык. ОС управляет всеми подключенными к компьютеру устройствами, обеспечивая доступ к ним другим программам. Наконец, третья задача ОС-обеспечить удобство работы с компьютером для человека – пользователя.

Получается, что каждая ОС состоит как минимум из трех обязательных частей.

Первая – ядро, командный интерпретатор, "переводчик" с программного языка на "железный", язык машинных кодов.

Вторая – драйверы, специализированные программки для управления различными устройствами, "системные библиотеки" , используемые как самой ОС, так и входящими в ее состав программами.

Третья – интерфейс, удобная оболочка с которой общается пользователь.

ОС делятся на однозадачные и многозадачные. Однозадачные системы могут выполнять в одно и тоже время одну задачу, а многозадачные одновременно способны управляться с несколькими процессами, деля между ними мощность компьютера.

ОС также бывает однопользовательской (предназначенной для работы с одним клиентом) и многопользовательской (рассчитанной на работу с группой пользователей одновременно).

На сегодняшний день насчитывается более десятка основных и альтернативных операционных систем. Но ленту первенства, несомненно стоит отдать ОС, DOS (Disk Operating System). Это 16-разрядная однозадачная ОС. Особо стоит отметить целое семейство Windows, так как они на сегодняшний день являются основными операционными системами.

Это Windows 3.1/3.11; Windows NT; Windows 95; Windows 98/98SE; Windows 2000; Windows ME; Windows XP; Windows CE.

К альтернативным можно отнести такие ОС, как PC-DOS; MacOS(Apple); OS/2(IBM); BeOS(Be Inc.); Linux; QNX(QNX Software Systems).

Настройки Windows.

Windows в отличие от DOS, имеет широкие возможности по настройке системы под конкретного пользователя, что делает ее весьма привлекательной.

Установка параметров экрана позволяет пользователю изменить такие параметры как, глубина цвета от 16 цветов до True Color (32бита); разрешение экрана тоже выбирает пользователь, однако нормальным рабочим разрешением для 15" монитора будет 800х600 точек на дюйм, для 17" – 1024-768, 19" – 1280х1024 точки. Наверное самым главным параметром в настройках экрана будет частота обновления, именно этот параметр при неправильной установке сильно влияет на зрение его значение должно быть не менее 60 Гц, а по возможности больше.

Также пользователь имеет возможность настройки рабочего стола, панели задач, "меню пуск", настройки и оптимизации работы устройств через меню "Система".

Развитие операционных систем

Так как операционная система (ОС) предназначена для управления ресурсами ЭВМ (ОП, процессор, система ввода/вывода программы, пользователь и т.д.) [2, 3], то краткую историю ОС естественно увязывать с историей самих ЭВМ. Самые первые ЭВМ не имели операционных систем - они выполняли единственную загруженную программу; все действия по подготовке и загрузке программ, а также ввод/вывод данных и результатов обеспечивался самим пользователем. ЭВМ 1-го поколения работали в монопольном режиме одного пользователя. Вместе с тем история зарождения ОС восходит именно к самому началу 1-го поколения ЭВМ, когда в мае 1949 г. английская ЭВМ EDSAC произвела свое первое автоматическое вычисление. Ее основное отличие от предшествующих ЭВМ заключалось в новой концепции организации программного обеспечения. Для EDSAC была создана первая (пусть по нашим меркам и простая) ОС, представляющая собой набор программ, обеспечивающих автоматическое управление вычислительным процессом и планирование ресурсов ЭВМ.

Операционные системы для ЭВМ 1-го и 2-го поколения на первых шагах своего развития поддерживали функции автоматического выполнения пакета заданий, уделяя основное внимание автоматическое смене заданий пользователей в процессе выполнения пакета. Дальнейшее развитие ОС выразилось в усложнении их управленческих и планирующих функций, появлении простых мультипрограммных и диалоговых режимов и т.д.; ОС данного периода можно отнести к классу мониторов или супервизоров.

Развитие аппаратных средств ЭВМ 3-го поколения (появление системы прерываний, защита разделов памяти от несанкционированного доступа, каналы и процессоры ввода/вывода, развитая система микропрограммирования и др.) дали мощный импульс дальнейшему развитию ОС. В этот период завершается становление режима пакетной обработки, позволяющего одновременно выполнять много потоков заданий пользователей с высокой степенью автоматизации. Получили развитие ОС разделения времени, обеспечивающие диалоговые режимы работы со многими пользователями в сочетании с традиционным пакетным режимом. Для управляющих ЭВМ были созданы ОС реального времени. Теперь ОС стали включать средства для обеспечения режима телеобработки с удаленными пользователями, а также средства для обеспечения функционирования многомашинных и мультипроцессорных вычислительных систем в различных режимах. Среди ОС данного периода (включая и начальный этап становления ЭВМ четвертого поколения в начале 80-х годов) можно отметить такие известные системы, как DOS/360, OS/360, MVS, VM/370, VM/ХА фирмы IBM, Unix фирмы Bell Labs, Kronos для CDC, МСР для ЭВМ Burroughs B6000/B7000, RSX, VMS/VAXи др. [2, 3, 313—316]. ОС данного периода характеризуются универсальностью, мультирежимностъю и многофункциональностью при отсутствии единой концепции и архитектуры. Результатом чего системы характеризуются большими объемами, издержками на разработку, сопровождение и освоение.

Но наиболее массовым и знакомым простому пользователю средством являются персональные ЭВМ. Исторически первой ОС для персоналок была RT-11 фирмы DEC. В 70-е годы эта фирма специализировалась на мини-ЭВМ, для которых и создала данную 16-разрядную ОС. Первыми персоналками были любительские конструкторы-наборы, имевшие только суррогат ОС - программу-монитор. Лишь появление добротного 8-разрядного микропроцессорного комплекта Intel 8080 (у нас К580), позволило ПЭВМ иметь настоящую ОС. Она была создана бывшими сотрудниками фирмы DEC на базе хорошо им знакомой RT-11. Это была ОС СР/М. В это же время появились первые 16-разрядные процессоры. На их базе фирма DEC создала свою персоналку, где в чистом виде применила свою RT-11. В СССР эта машина производилась под именем ДВК и оснащалась переделанными с RT-11 ОС: РАФОС, ФОДОС и т.д. Наконец, с некоторым запозданием на рынок ПЭВМ ворвалась фирма IBM. Для ее ПЭВМ тогда еще никому неизвестный Билл Гейтс написал MS-DOS. Она базировалась на СР/М и ,соответственно, росла из все той же RT-11. В острой конкурентной борьбе победила MS-DOS, и все ПЭВМ стали IBM-совместимыми.

Но для этих машин было создано несколько типов дисковых ОС (DOS), в том числе фирмой Novell и самой IBM (OS/2). Однако с помощью системных команд управлять ПЭВМ достаточно сложно, да и многократный ввод команд утомляет. Потребовался еще один посредник, теперь уже между пользователем и ОС - это так называемые программы- оболочки. Для MS-DOS было разработано несколько видов подобных программ. Это XTree, Norton Destop, PС Tools, MS-DOS Shell и др. В России наибольшее распространение получила оболочка Norton Commander, по образцу которой были созданы многие российские продукты. Графическая оболочка Windows быстро выросла в самостоятельную ОС Windows-95,98. Появление сетей ЭВМ вызвало потребность в специализированных сетевых ОС. Долгое время здесь господствовали ОС UNIX и Novell Netware, затем их потеснит громада MICROSOFT с ОС Windows NT. В конце 20 века у Windows NT появился достойный конкурент в виде открытой ОС Linux.

Современные ОС, обеспечивающие функционирование ЭВМ 4-го и 5-го поколений, а также класс ПК, характеризуются более дружелюбным интерфейсом с пользователем, имеют более стройную архитектурную организацию, включают средства обеспечения работы ЭВМ в сетевых режимах и др. В свете создания ЭВМ 5-го поколения формируется концепция виртуальной ЭВМ, определяющая настоящее и последующее развитие ОС, обеспечивая их концептуальное и архитектурное единство. Особое внимание уделяется разработке ОС для супер-ЭВМ нетрадиционной архитектуры и вычислительных систем на основе высокопараллельных вычислительных моделей. Учитывая бурное развитие ПК, по возможностям превосходящих многие типы ЭВМ 3-го поколения, вопросам разработки ОС для них уделяется значительное внимание. В свете быстрого развития элементной базы ВТ все более размытыми становятся границы между классами и типами современных ЭВМ, что во многом определяет тенденцию унификации концепций ОС для различных классов и типов ЭВМ.

Список использованной литературы

1. Леонтьев В.П. Новейшая энциклопедия персонального компьютера 2003. – М.: ОЛМА – ПРЕСС, 2003.

2. Самоучитель Word 2000, Excel 2000. - © 2001, ООО "КомпактБук".

3. Б.Нанс. “Компьютерные сети”. Москва. Бином. 1996.

4. Э.А. Якубайтис, «Информатика – электроника - сети». М., «Финансы и статистика», 1989.

5. Ю. Шафрин, «Основы компьютерной технологии». М., АБФ, 1997

11