Контрольная работа по информационным технологиям

Если у вас нет времени на выполнение контрольной работы по информационным технологиям, вы всегда можете попросить меня, пришлите задания мне в Контрольная работа по информационным технологиямwhatsapp, и я вам помогу онлайн или в срок от 1 до 3 дней.

Контрольная работа по информационным технологиям

Контрольная работа по информационным технологиямОтветы на вопросы по заказу контрольной работы по информационным технологиям:

Контрольная работа по информационным технологиям

Контрольная работа по информационным технологиямСколько стоит помощь с контрольной работой?

  • Цена зависит от объёма, сложности и срочности. Присылайте любые задания по любым предметам - я изучу и оценю.

Контрольная работа по информационным технологиямКакой срок выполнения контрольной работы?

  • Мне и моей команде под силу выполнить как срочный заказ, так и сложный заказ. Стандартный срок выполнения – от 1 до 3 дней. Мы всегда стараемся выполнять любые работы и задания раньше срока.

Контрольная работа по информационным технологиямЕсли требуется доработка, это бесплатно?

  • Доработка бесплатна. Срок выполнения от 1 до 2 дней.

Контрольная работа по информационным технологиямМогу ли я не платить, если меня не устроит стоимость?

  • Оценка стоимости бесплатна.

Контрольная работа по информационным технологиямКаким способом можно оплатить?

  • Можно оплатить любым способом: картой Visa / MasterCard, с баланса мобильного, google pay, apple pay, qiwi и т.д.

Контрольная работа по информационным технологиямКакие у вас гарантии?

  • Если работу не зачли, и мы не смогли её исправить – верну полную стоимость заказа.

Контрольная работа по информационным технологиямВ какое время я вам могу написать и прислать задание на выполнение?

  • Присылайте в любое время! Я стараюсь быть всегда онлайн.

Контрольная работа по информационным технологиям

Контрольная работа по информационным технологиямНиже размещён теоретический и практический материал, который вам поможет разобраться в выполнении контрольной работы по предмету "информационные технологии", если у вас есть желание и много свободного времени!

Контрольная работа по информационным технологиям

Содержание:

  1. Ответы на вопросы по заказу контрольной работы по информационным технологиям:
  2. Информационные технологии
  3. Устройство и архитектура современных вычислительных средств
  4. Микропроцессоры ЭВМ
  5. Прерывания
  6. Особенности современных микропроцессоров
  7. Материнские платы.
  8. Внутренняя память ЭВМ
  9. Внешняя память ЭВМ
  10. Организация ввода информации
  11. Сканеры
  12. Организация вывода информации
  13. Жидкокристаллический дисплей (LCD – Liquid Crystal Display)
  14. Характеристики мониторов и видеоадаптеров
  15. Печатающие устройства
  16. Системы мультимедиа
  17. Обработка и синтез звука
  18. Оптические компакт-диски
  19. Компьютерные сети
  20. Аппаратные средства вычислительных сетей
  21. Архитектура компьютерных сетей. Модель взаимодействия открытых систем
  22. Достоинство семиуровневой модели ВОС
  23. Основные топологии локальных сетей
  24. Глобальная сеть INTERNET
  25. Способы организации передачи данных в сети INTERNET Электронная почта

Информационные технологии

Информационные технологии становятся неотъемлемой частью современного общества, позволяют извлекать знания из растущего информационного потока. Под информационными технологиями понимаются методы, системы и средства, используемые для хранения, обработки, восприятия и передачи информации во всех ее возможных формах и использование информации во всех сферах жизни. Информационные технологии интегрируют в себе системы телекоммуникаций, ксерографию, радиовещание, телеконференции, телевидение, компьютерную технику, базы данных, системы искусственного интеллекта и другое.

Общество нуждается в информационной культуре, которая начинается с понимания природы и свойств информации, знания способов ее формализации с целью ее компьютерной обработки и получения знаний. Увеличение потоков информации и растущий спрос на нее обусловили появление науки и отрасли, связанной с автоматизацией ее обработки информатики.

По этой ссылке вы сможете узнать как я помогаю с контрольными работами:

Помощь с контрольными работами

Устройство и архитектура современных вычислительных средств

Обобщенная структура ЭВМ

Обобщенная структура ЭВМ основана на принципах фон Неймана, на основе которых функционируют большинство современных ЭВМ и которые заключаются в следующем:

  1. ЭВМ должна содержать следующие устройства : арифметико-логическое устройство (АЛУ), выполняющее арифметические и логические операции; устройство управления (УУ), организующее автоматическое управление всеми устройствами ЭВМ в ходе выполнения программы; запоминающее устройство (ЗУ), выполняющее функцию хранения программ и данных; внешние устройства (ВУ), предназначенные для ввода исходного алфавитно-цифрового или программного материала и вывода результата.
  2. Память ЭВМ должна состоять из некоторого количества пронумерованных ячеек, в каждой из которых могут находиться обрабатываемые данные или команды программ.
  3. Все ячейки памяти должны быть доступны для всех устройств ЭВМ.

Однако современные компьютеры имеют некоторые особенности по сравнению с обобщенной структурой ЭВМ и принципами фон Неймана, состоящие в следующем: АЛУ и УУ образуют единое устройство, называемое центральным процессором (Central Processing Unit – CPU); процесс выполнения программ может прерываться на выполнение каких-либо неотложных действий, связанных с поступившими сигналами от внешних устройств; современные ЭВМ и их системы осуществляют параллельную обработку данных (в том числе и на нескольких процессорах одновременно); современные ЭВМ имеют запоминающее устройство, состоящее из 3-х частей:

  • внутреннее быстродействующее (оперативное запоминающее устройство ОЗУ или оперативная память);
  • постоянное запоминающее устройство, используемое для хранения неизменяемой информации;
  • внешнее запоминающее устройство (ВЗУ) – накопитель большой емкости, являющийся внешней памятью ЭВМ.

По этой ссылке вы сможете научиться оформлять контрольную работу:

Теоретическая контрольная работа примеры оформления

Структура персонального компьютера типа IBM PC

С 1981 года основная масса персональных компьютеров выпускается по стандарту IBM PC. Причина успеха компьютеров c архитектурой типа IBM PC заключается в том, что в их основе лежит принцип открытой архитектуры, состоящий в следующем: Компьютер это устройство, у которого обеспечена возможность сборки из независимо изготовленных частей. Методы сопряжения устройств с компьютером IBM PC доступны всем пользователям. Структурная схема персонального компьютера (персонального компьютера) типа IBM PC представлена на рисунке. Обычно ПК типа IBM PC состоит из: системного блока; монитора; клавиатуры; манипулятора мыши.

В системном блоке располагаются все основные узлы компьютера (рис):

  • электронные схемы, управляющие работой компьютера (материнская плата, видеоадаптер, сетевая и звуковая платы и др.) ;
  • блок питания, преобразующий электропитание в сети в постоянный ток низкого напряжения, который подается на электронные схемы и устройства;
  • накопитель (-и) на жестких магнитных дисках (HDD – Hard Disk Drive);
  • CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory – устройство для чтения информации с лазерных компакт-дисков).

К системному блоку подключаются различные устройства ввода-вывода: принтер, сканер, плоттер и др. В случае конструктивного исполнения персонального компьютера в виде моноблока – монитор и системный блок объединены в единое устройство.

Контрольная работа по информационным технологиям

На основной электронной плате (материнской плате) компьютера размещены только те блоки, которые осуществляют обработку информации. Схемы, управляющие всеми остальными устройствами компьютера, реализованы на отдельных платах, называемые контроллерами или адаптерами, и вставляются в стандартные разъёмы на материнской плате – слоты. Через слоты контроллеры подключены непосредственно к системной шине, с помощью которой контроллеры взаимодействуют с микропроцессором и основной памятью компьютера. На некоторые модели материнских плат фирмы-производители устанавливают микросхемы, выполняющие функции видеоадаптера, звуковой карты, сетевой карты и т.д. Таким образом, все контроллеры ввода-вывода интегрированы на одной материнской плате – это реализовано в ноутбуках и моноблоках.

По этой ссылке вы сможете заказать контрольную работу:

Заказать контрольную работу

Системная шина обеспечивает передачу информации:

  • между микропроцессором и основной памятью;
  • между микропроцессором и портами ввода-вывода внешних устройств;
  • между основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств (в режиме прямого доступа к памяти).

Системная шина включает в себя:

  • шину адреса (address bus), выполняющую параллельную передачу всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства;
  • шину данных (data bus), предназначенную для параллельной передачи всех разрядов числового кода операндов. шину управления (control bus), предназначенную для передачи управляющих сигналов во все блоки компьютера.

Генератор тактовых импульсов (ГТИ) генерирует последовательность электрических импульсов, частота которых определяет тактовую частоту компьютера. Основная память включает в себя: Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), которое используется для хранения неизменяемой (постоянной) программной и справочной информации. ПЗУ позволяет оперативно только считывать хранящуюся в нем информацию. Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), предназначенное для оперативной записи, хранения и считывания информации, непосредственно участвующей в информационновычислительном процессе, который выполняется компьютером в текущий момент времени.

Достоинства ОЗУ: высокое быстродействие, возможность обращения к каждой ячейке памяти отдельно (прямой доступ к памяти).

Недостаток ОЗУ: невозможность сохранения информации в ячейках ОЗУ после выключения питания компьютера (энергозависимость).

Микропроцессоры ЭВМ

Процессор – устройство, которое определяет назначение и внутреннюю организацию ЭВМ. В современных вычислительных системах имеется несколько процессоров, каждый из которых специализирован на решении конкретных задач, при этом всегда имеется центральный процессор (Central Processing Unit – CPU).

Микропроцессор – функционально законченное, программноуправляемое устройство обработки информации, выполненное в виде одной сверхбольшой интегральной схемы. Структура микропроцессора Микропроцессор выполняет следующие функции:

  • чтение и дешифрацию команд из основной памяти;
  • чтение данных из основной памяти и регистров адаптеров внешних устройств;
  • прием и обработка запросов и команд от адаптеров на обслуживание внешних устройств; обработка данных и их запись в основную память и в регистры адаптеров внешних устройств;
  • выработка управляющих сигналов для всех других блоков и устройств.

Функционально микропроцессор состоит из двух частей:

  1. Операционной части, содержащей устройство управления, арифметико-логическое устройство и микропроцессорную память (за исключением нескольких адресных регистров).
  2. Интерфейсной части, содержащей адресные регистры, блок регистров команд, схему управления шиной и портами.

Обе части работают параллельно, причем интерфейсная часть опережает операционную так, что выборка очередной команды из памяти производится во время выполнения операционной части предыдущей команды.

Микропроцессоры характеризуются следующими техническими характеристиками, такими как:

  • Тактовая частота – количество элементарных операций (тактов), которые выполняет микропроцессор за одну секунду.
  • Разрядность шины данных и шины адреса.
  • Адресное пространство – максимальное количество ячеек основной памяти, которое может быть непосредственно адресовано микропроцессору.
  • Набор команд.
  • Степень интеграции – число элементов в интегральной схеме.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для выполнения арифметических и логических операций преобразования информации. Функционально АЛУ обычно состоит из двух регистров, сумматора и схем управления АЛУ выполняет арифметические операции (сложения, вычитания, умножения, деления) только над двоичной информацией с запятой, фиксированной после последнего разряда (целые двоичные числа).

Выполнение операций над двоичными числами с плавающей точкой и над двоично-кодированными десятичными числами осуществляется:

  • с привлечением математического сопроцессора;
  • по специально составленным программам;
  • с использованием специального вычислительного блока внутри микропроцессора.

Микропроцессорная память предназначена для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, непосредственно участвующей в вычислениях.

Интерфейсная часть микропроцессора предназначена для связи и согласования микропроцессора с системной шиной, а также для приёма и предварительного анализа команд выполнения программы и формирования полных адресов операндов и команд. Интерфейсная часть содержит: адресные регистры микропроцессорной памяти; узел формирования адреса; схему управления шиной и портами ввода-вывода; блок регистров команд; внутреннюю интерфейсную шину микропроцессора.

Порты ввода-вывода – пункты системного интерфейса ПК, через которые микропроцессор обменивается информацией с другими устройствами. Таким образом, в микропроцессоре обмен данными производится через внутреннюю шину.

Схема управления внутренней шиной и портами микропроцессора выполняет следующие функции:

  • формирование адреса порта и управляющей информации для него (переключение порта на приём или передачу и др.);
  • приём управляющей информации от порта (информации о готовности порта и его состоянии);
  • организация канала в системном интерфейсе для передачи данных между портами устройств ввода/вывода и микропроцессором.

Новейшие модели микропроцессоров содержат также внутреннюю кэшпамять. Кэш-память представляет собой быстродействующую буферную память ограниченного объёма, которая располагается между процессором и основной памятью. В процессе работы компьютера отдельные блоки информации копируются из основной памяти в кэш-память, и при обращении процессора за командой или данными сначала проверяется их наличие в кэшпамяти.

Если необходимая информация находится там, то она быстро извлекается – это называется кэш-попаданием. Если необходимая информация в кэш-памяти отсутствует, то она выбирается из основной памяти и одновременно заносится в кэш-память – это называется кэшпромахом.

Прерывания

Прерывание – временное прекращение основного процесса вычислений для выполнения некоторых запланированных или незапланированных действий, вызываемых работой аппаратуры ЭВМ или программой. Эти действия могут:

  • носить сервисный характер;
  • быть запросами со стороны программы пользователя на выполнение обслуживания со стороны операционной системы (ОС);
  • быть реакцией на нештатные ситуации.

Механизм прерываний поддерживается на аппаратном уровне и позволяет реализовать:

  1. эффективное взаимодействие программ с ОС;
  2. ) эффективное управление программой аппаратного обеспечения ЭВМ.

Прерывания классифицируются на:

  1. Аппаратные, возникающие как реакция микропроцессора на физический сигнал от некоторого устройства ПЭВМ (клавиатура, жесткий диск и т. д.). По времени возникновения эти прерывания асинхронны (происходят в случайные моменты времени).
  2. Программные, которые вызываются искусственно с помощью соответствующей команды из программы. Предназначены для выполнения некоторых действий операционной системы, являются синхронными.
  3. ) Исключения – разновидность программных прерываний, являющихся реакцией микропроцессора на нестандартную ситуацию, возникшую во время выполнения некоторой команды программы.

Особенности современных микропроцессоров

Микропроцессоры, разработанные в последнее время, начиная с микропроцессоров Pentium (как фирмы Intel, так и других производителей), имеют следующие особенности:

  1. суперскалярную архитектуру;
  2. раздельное кэширование программного кода и данных;
  3. блок предсказания правильного адреса перехода;
  4. поддержку многопроцессорного режима работы;
  5. средства задания размера страницы памяти;
  6. средства обнаружения ошибок и функциональной избыточности;
  7. управление производительностью.

Суперскалярная архитектура подразумевает наличие двух и более конвейеров (вычислительных блоков), что позволяет выполнять 2 или более команд за один период тактовой частоты. Каждый конвейер выполняет команду за следующие этапы: предварительная подготовка; декодирование команды; генерация адреса; выполнение; запись. Это позволяет нескольким командам находиться в различных стадиях выполнения, тем самым увеличивается вычислительная производительность микропроцессора. Каждый конвейер имеет свое АЛУ, совокупность устройств генерации адреса и интерфейс кэширования данных.

В случае наличия одного блока кэш-памяти возможен конфликт между процессом предварительной подготовки команды и доступом к данным. Выполнение раздельного кэширования для команд и данных (как в микропроцессоре Pentium) исключает такие конфликты, давая возможность обеим командам выполняться одновременно.

Блок предсказания правильного адреса перехода прогнозирует, какая ветвь программы будет затребована, основываясь на допущении; что предыдущая ветвь будет использоваться снова. Новейшие микропроцессоры (начиная с Pentium) содержат усовершенствования, присущие проектированию класса больших ЭВМ такие, как внутреннее определение ошибок и контроль за счет функциональной избыточности.

Кроме того, новейшие микропроцессоры обладают следующими особенностями:

  • обработка нескольких блоков данных одной командой (технология SIMD – Single Instruction Multiple Data – один поток команд множество потоков данных);
  • технология динамического исполнения команд (Dynamic Execution);
  • предсказание ветвлений, позволяющее прогнозировать исполнение программы по нескольким возможным путям и ускоряющее поступление данных;
  • упреждающее исполнение команд в оптимальном порядке повышающее общую производительность (обеспечивая постоянную загрузку блоков суперскалярных вычислений);
  • возможность одновременной обработки множества запросов через системную шину;
  • наличие потоковых SIMD-расширений таких, как: команды групповой обработки данных с плавающей точкой;
  • дополнительные команды групповой обработки целочисленных данных; команды управления кэшированием.

Преимущество потоковых SIMD-расширений: возможности просмотра и обработки изображения с большим качеством и разрешением; воспроизведение высококачественного звука и видео при одновременном кодировании и декодировании; высокая точность распознавания речи.

Материнские платы.

Системные шины ЭВМ классифицируются на следующие типы:

  1. Одноплатные, в которых все необходимые компоненты устанавливаются на материнскую плату без использования дополнительных схем.
  2. Шинные, в которых материнская плата выполняет лишь минимально необходимые функции, а остальные функции выполняют, присоединяемые к ней посредством системной шины, платы расширения.

На материнской плате персонального компьютера типа IBM PC располагаются следующие основные компоненты: Микропроцессор, установленный в специальный разъём (слот). Как правило, на процессор устанавливается радиатор с вентилятором (кулером cooler). Микросхемы внешней кэш-памяти. Разъёмы (слоты) для установки модулей оперативной памяти. Разъёмы (слоты) для установки карт расширения.

Микросхема перепрограммируемой памяти, в которой хранятся программы BIOS (Basic Input/Output System), тестирования ПК, загрузки операционной системы, драйверы устройств, начальные установки (CMOS Setup) и т.п. Разъёмы для подключения накопителей HDD, FDD, CD-ROM, последовательные и параллельные порты для подключения периферийных устройств ввода-вывода. Набор микросхем высокой степени интеграции (chipset чипсет) для управления обменом данными между всеми компонентами ПК.

Аккумуляторная батарея для питания микросхемы памяти CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor – комплиментарный металло-оксидный полупроводник), в которой хранятся текущие настройки BIOS (CMOS Setup) и электронного таймера (системных часов). На некоторые модели материнских плат фирмы-производители устанавливают микросхемы, выполняющие функции видеоадаптера, звуковой карты, сетевой карты и т.д.

Эти меры приняты с целью экономии места в корпусе ПК и увеличения количества свободных слотов. Современные вычислительные системы характеризуются: ростом быстродействия микропроцессоров и некоторых внешних устройств; появлением программ, требующих большого количества интерфейсных операций (например, обработка графики в операционной системе Windows). В этих условиях были созданы современные типы системных шин.

Для ускорения ввода/вывода данных на видеоадаптер и увеличения производительности ПК при обработке трехмерных изображений без установки специализированных дорогостоящих двухпроцессорных видеоплат был разработан стандарт на шину AGP (Accelerated Graphics Port). Шина AGP является каналом передачи данных между видеоадаптером и оперативным запоминающим устройством.

Помимо наличия стандарта AGP особенностями современных материнских плат является наличие шин USB (Universal Serial Bus) и FireWire (IEEE 1394). Шина USB (Universal Serial Bus). Спецификация шины USB была разработана для подключения периферийных устройств вне корпуса персонального компьютера.

К компьютерам, оборудованным шиной USB, можно подключать периферийные устройства (клавиатуру, мышь, джойстик, принтер и др.), не выключая питание. Как только устройство будет подключено, автоматически осуществляется его автоконфигурирование. Все периферийные устройства при этом должны быть оборудованы разъёмом USB и подключаться к ПК через отдельный выносной блок, именуемый USB-хабом или концентратором, с помощью которого можно подключить к персональному компьютеру до 127 периферийных устройств. Шина FireWire – это стандарт на высокоскоростную локальную последовательную шину, он является частью нового стандарта Serial SCSI (SCSI-3). Высокая скорость передачи данных (до 1 Гигабит в секунду) достигается за счет использования пакетного режима.

Внутренняя память ЭВМ

Внутренняя память ЭВМ типа IBM PC называется основной памятью и включает в себя: Оперативное запоминающее устройство ОЗУ (RAM – Random Access Memory); Постоянное запоминающее устройство ПЗУ (ROM – Read-Only Memory).

ОЗУ предназначено для хранения информации, непосредственно участвующей в вычислительном процессе на текущем этапе функционирования ПК. ОЗУ – энергозависимая память: при отключении напряжения питания информация, хранящаяся в ОЗУ, теряется. Основу ОЗУ составляют большие интегральные схемы, содержащие матрицы полупроводниковых запоминающих элементов (триггеров). Запоминающие элементы расположены на пересечении вертикальных и горизонтальных шин матрицы. Запись и считывание информации осуществляется подачей электрических импульсов по тем шинам матрицы, которые соединены с элементами, принадлежащими выбранной ячейке памяти.

ПЗУ используется для хранения неизменяемой информации: загрузочных программ ОС, программ тестирования устройств компьютера и некоторых драйверов BIOS (Base Input/Output System – базовой системы ввода-вывода). ПЗУ – энергонезависимое запоминающее устройство, которого можно только считывать информацию.

Запись информации в ПЗУ выполняется в специальных условиях или с помощью специальных программ. Организация памяти заключается в том, что каждому байту памяти соответствует уникальный адрес, называемый физическим адресом. Диапазон значений физических адресов зависит от разрядности адресной шины микропроцессора. Например, для микропроцессоров Pentium этот диапазон находится в пределах от 0 до 232-1 байт (4 Гбайт). Механизм управления памятью является аппаратным.

Микропроцессор поддерживает следующие модели использования памяти: Сегментированная модель, в которой память для программы делится на непрерывные области (сегменты), при этом программа может обращаться только к данным, которые находятся в этих сегментах. Страничная модель, в которой память рассматривается как совокупность блоков фиксированного размера. Основное применение этой модели связано с организацией виртуальной памяти, что позволяет операционной системе использовать для работы программ пространство памяти большее, чем объём физической памяти

Каждая ячейка памяти имеет свой уникальный (отличный от всех других) адрес. Основная память имеет единое адресное пространство для ОЗУ и ПЗУ. Адресное пространство определяет максимально возможное количество непосредственно адресуемых ячеек основной памяти. Основная память делится на две логические области: непосредственно адресуемая память; расширенная память, доступ к ячейкам которой возможен при использовании специальных программ-драйверов (специальных программ, управляющих работой памяти или внешними устройствами ЭВМ и организующих обмен информацией между микропроцессором, основной памятью и внешними устройствами).

Расширенная память может быть использована главным образом для хранения данных и некоторых программ операционной системы. Часто расширенную память используют для организации виртуальных (электронных) дисков.. В современных компьютерах существует режим виртуальной адресации. Виртуальная адресация используется для увеличения предоставляемой программам оперативной памяти за счёт отображения в части адресного пространства фрагмента внешней памяти.

Внешняя память ЭВМ

Устройства внешней памяти (ВЗУ) можно классифицировать по ряду признаков, таким как: вид носителя информации; тип конструкции; принцип записи и считывания информации; метод доступа к информации и др. Дисковые накопители относятся к магнитным накопителям информации с прямым доступом. Это означает, что ЭВМ обращается непосредственно к дорожке, на которой начинается участок с искомой информацией или куда нужно записать новую информацию, где бы ни находилась головка чтениязаписи накопителя в данный момент. Накопители на оптических дисках в настоящее время получили большое распространение, благодаря маленьким размерам большой емкости и надежности.

Возможно вам пригодятся эти страницы:

Контрольная работа по государственному и муниципальному управлению заказать
Контрольная работа по истории заказать
Контрольная работа по конфликтологии заказать
Контрольная работа по кредиту заказать

Известны следующие виды накопителей на оптических дисках:

  1. неперезаписываемые лазерно-оптические диски (компакт-диски ПЗУ, CDROM);
  2. перезаписываемые лазерно-оптические диски с однократной (CD-R – CD Recordable) и многократной (CD-RW – CD ReWritable) записью;
  3. мультимедийные диски (DVD-диски, Digital Video Disk).

Основными достоинствами накопителей на оптических дисках являются:

  • сменяемость и компактность носителей;
  • большая информационная емкость (до нескольких сотен МБт до нескольких ГБт);
  • высокая надежность и долговечность CD и головок считывания / записи (до 50 лет);
  • меньшая (по сравнению с накопителями на магнитных дисках) чувствительность к загрязнениям и вибрациям ;
  • нечувствительность к электромагнитным полям.

Неперезаписываемые лазерно-оптические диски CD-ROM поставляются фирмой-изготовителем с уже записанной на них информацией. Запись информации на них возможна только вне персонального компьютера лазерным лучом большой мощности, который оставляет на активном слое CD след (дорожку) с микроскопическими впадинами.

Таким образом создается первичный “мастер-диск”. Процесс массового тиражирования CD-ROM по «мастер-диску» выполняется путем литья под давлением. В оптическом дисководе CD-ROM в персональном компьютере эта дорожка читается лазерным лучом значительно меньшей мощности. У перезаписываемых лазерно-оптических дисков (CD-R, CD-RW) лазерный луч непосредственно в дисководе компьютера при записи прожигает микроскопические углубления на поверхности диска под защитным слоем, чтение записи выполняется лазерным лучом так же, как и у CD-ROM.

Дисководы CD-R и CD-RW способны читать и обычные диски CDROM . В накопителях на жестких магнитных дисках (НЖМД – HDD – Hard Disk Drive) один или несколько жестких дисков, изготовленных из сплавов алюминия или из керамики и покрытых ферролаком вместе с блоком магнитных головок считывания/записи, помещены в герметически закрытый корпус. Эти накопители характеризуются большой информационной емкостью (благодаря высокой плотности записи) и высоким быстродействием (по сравнению с накопителями на гибких магнитных дисках).

Основные характеристики НЖМД:

  1. Быстродействие. Определяется средним временем доступа и скоростью передачи данных, которая не может превосходить предельного значения для интерфейса накопителя.
  2. Среднее время доступа – усредненное время, необходимое для подвода магнитных головок к требуемому сектору (составляет в среднем 1 – 10 мс).
  3. Внутренняя скорость передачи между диском и контроллером накопителя. Зависит от частоты вращения диска и продольной плотности записи.
  4. Внешняя скорость передачи. Характеризует интенсивность потока данных между контроллером накопителя и ОЗУ.
  5. Среднее время безотказной работы (обычно составляет не менее 250 000 часов).
  6. Стойкость к ударным нагрузкам.
  7. Встроенные средства управления энергопотреблением.

В персональном компьютере имеется обычно один, реже несколько НЖМД. Максимальная ёмкость и скорость передачи данных НЖМД зависят от интерфейса, используемого накопителем. Интерфейс накопителей – набор электроники, обеспечивающий обмен информацией между контроллером устройства и компьютером. Интерфейс выполняет функцию устройства сопряжения.

Основные направления улучшения характеристик накопителей на магнитных дисках:

  1. Использование высокопроизводительных дисковых интерфейсов (EIDE, SCSI-2, SCSI-3 и др.).
  2. Использование более современных магнитных головок, позволяющих увеличить плотность записи, а, следовательно, ёмкость диска и скорость передачи информации (без увеличения скорости вращения диска).
  3. Применение зонной записи, при которой на внешних дорожках размещается больше данных, чем на внутренних.
  4. Эффективное кэширование диска.

Организация ввода информации

Клавиатура

Клавиатура это внешнее электромеханическое устройство, с помощью которого осуществляется ввод данных, команд и управляющих воздействий в ЭВМ. Клавиатура представляет собой набор клавиш, при нажатии которых передается электрический сигнал в микропроцессор. В зависимости от типа персонального компьютера (ПК) назначение клавиш, их обозначение и размещение могут меняться.

Все клавиши делятся на следующие группы:

  1. Буквенно-цифровые клавиши (A-Z, a-z, А-Я, а-я, 0-9). Предназначены для ввода текстов и чисел.
  2. Клавиши управления курсором ( , , , , Insert, Delete, Home, End, Page Up, Page Down). Предназначены для просмотра, перемещения и редактирования файлов.
  3. . Специальные управляющие клавиши (Esc, Ctrl, Alt, Enter, Backspace, Tab, Shift, Print Screen, Caps Lock, Num Lock, Scroll Lock, Pause). Предназначены для переключения регистров, прерывания работы программы, вывода на печать, перезагрузки операционной системы и т.д.
  4. Функциональные клавиши (F1 F12). Используются в программах в качестве управляющих клавиш.

Блок клавиатуры конструктивно выполнен автономно от системной платы и содержит контроллер клавиатуры, состоящий из буферной памяти и схемы управления. Контроллер клавиатуры выполняет следующие функции:

  • сканирование или опрос состояния клавиш;
  • временное запоминание до 20 отдельных кодов на период времени между двумя соседними опросами клавиатуры со стороны микропроцессора;
  • преобразование кодов нажатия клавиш (скэн-кодов) в коды ASCII (American Standard Code for Information Interchange) с помощью хранящихся в ПЗУ программируемых системных таблиц драйвера клавиатуры;
  • тестирование (проверка работоспособности) клавиатуры при включении ПК;
  • автоматическое повторение клавишной операции (если клавиша нажата больше 0,1 сек., то генерируются повторные коды нажатия этой клавиши).

Основной принцип работы клавиатуры вместе с контроллером заключается в сканировании переключателей клавиш. При нажатии и отпускании клавиши в буферную память контроллера клавиатуры поступает код нажатия или отпускания клавиши (скэн-код), соответственно “0” или “1” в седьмой бит байта и номер клавиши в остальные биты. При поступлении любой информации в буферную память посылается запрос на аппаратное прерывание, инициируемое клавиатурой. При выполнении прерывания скэн-код преобразуется в код ASCII. При этом по наличию кода отпускания проверяется, все ли клавиши отпущены в момент нажатия этой клавиши.

Перевод скэн-кода в значащую информацию осуществляется работой подпрограмм ROM-BIOS (Read Only Memory Basic Input-Output System), обслуживающих клавиатуру. Клавиатура связывается с ROM-BIOS с помощью портов и прерываний. Каждое нажатие или отпускание клавиши приводит к формированию прерывания 9 от клавиатуры, сообщаемое ROM-BIOS. Оно вызывает подпрограмму обработки прерывания, которая отвечает на это чтением из порта 96, чтобы определить скэн-код клавиши.

Далее пришедший скэн-код обрабатывается подпрограммой BIOS, переводящей его в двухбайтный код (младший байт: код ASCII, старший байт: скэн-код клавиши клавиатуры). Затем подпрограммы BIOS помещают оттранслированный код в буфер, находящийся в младших адресах памяти ОЗУ. Эти коды находятся здесь до тех пор, пока не будут запрошены программой или операционной системой, ожидающей ввод с клавиатуры.

Сканеры

Сканер (Scaner) устройство, предназначенное для считывания графической и текстовой информации в компьютер и позволяющее осуществлять ввод черно-белого или цветного полутонового изображения. Многообразие сканеров обусловлено:

  1. конструкцией: настольные планшетные (flatbed), рулонные (барабанные sheetfed), проекционные (overhead); ручные (портативные).
  2. степенью прозрачности вводимого оригинала изображения: непрозрачные оригиналы (фотографии, страницы и др.); прозрачные оригиналы (слайды, негативы).
  3. типом вводимого изображения: черно-белое; цветное.
  4. ) особенностями программного и аппаратного обеспечения: аппаратные интерфейсы (способы подключения к компьютеру): последовательный порт; параллельный порт; интерфейс SCSI; шина USB. программные интерфейсы: использующие и не использующие TWAIN-стандарт; форматы графических файлов, создаваемые в компьютере после сканирования: TIFF, PCX, BMP, GIF, JPG и др.

Основными характеристиками сканеров являются:

  1. разрешающая способность, которая определяет качество сканируемого изображения (в точках на дюйм dot per inch dpi);
  2. количество воспринимаемых цветов;
  3. количество воспринимаемых оттенков серого цвета. Современное программное обеспечение для сканера обладает такими возможностями, как:
  • наличие механизма предварительного сканирования (однократное сканирование всей страницы с последующим выбором участков меньшего размера для окончательного сканирования);
  • установка широкого диапазона разрешающей способности;
  • регулирование контрастности и яркости изображения;
  • редактирование изображения;
  • создание файлов, формат которых соответствует другим программам, используемыми пользователем.

Для организации процесса сканирования необходима программадрайвер. В прошлом каждый драйвер для сканера имел свой собственный интерфейс, однако при этом для каждой модели сканера требовалась своя прикладная программа, что создавало массу неудобств и проблем. Благодаря появлению стандарта TWAIN (Toolkit Without An Interesting Name) стало возможным использование одной программы несколькими моделями сканеров.

Основной целью создания TWAIN-спецификации было решение проблемы совместимости. Использование TWAIN-интерфейса позволяет вводить изображение одновременно с работой в прикладной программе, поддерживающей TWAIN-стандарт (Corel Draw, Picture Publisher, Photo Finish и др.)

Организация вывода информации

Видеомонитор (или монитор) – устройство отображения текстовой и графической информации на экране.

Формирование изображения на мониторе

Экран ЭЛТ Контроллер ЭЛТ выполняет функцию связующего звена между видеопамятью и монитором: он принимает поток битов из памяти и преобразует его в свечение соответствующих точек экрана. Эти светящиеся точки (пиксели (pixel – picture element)) производятся в результате соударения электронного луча с внутренней поверхностью экрана ЭЛТ, на которую нанесён фосфоресцирующий состав. Электронный луч, управляемый системой отклонения, пробегает по экрану строка за строкой слева направо и сверху вниз (развёртка), при этом контроллер включает и выключает интенсивность луча, повторяя “узор” битов в памяти. За одну секунду электронный луч побегает по экрану N раз; при обычном N>60 глазу человека изображение представляется ясным и устойчивым. Между кадрами луч должен из правого нижнего угла экрана вернуться в левый верхний. Это движение называется обратным ходом кадра. Во время обратного хода (обычно его время составляет 1,25 мс) интенсивность луча выключена и на экран ничего не выводится.

Жидкокристаллический дисплей (LCD – Liquid Crystal Display)

Жидкий кристалл это вязкая жидкость, которая, в отличие от обычной (например, воды), пропускает свет не одинаково во всех направлениях, а поразному, в зависимости от пространственной ориентации большинства ее молекул. Такая неравномерность оптических характеристик свойственна кристаллам отсюда и название вещества. Получается, что если повернуть молекулы жидкого кристалла определенным образом, то можно заставить его пропускать лишь нужную часть светового потока. Это на самом деле так, правда, дополнительно приходится применять еще и систему поляризационных фильтров. Для вращения молекул используется электрическое поле. При смене его характеристик частицы перестраиваются по-новому, что требует некоторого времени (жидкий кристалл вещество вязкое). Поэтому изображение на экране ЖК-дисплея инерционное и теряет четкость при резких изменениях.

Для создания точечного дисплея изготовляют матрицу из миниатюрных прозрачных ячеек, заполненных жидким кристаллом. Она помещается между двумя электродами, один из которых цельная пластина, а другой состоит из множества миниатюрных контактов, соответствующих отдельным ячейкам.

В современных мониторах подача электрического сигнала на индивидуальные электроды происходит через так называемые тонкопленочные транзисторы (TFT). Это позволило увеличить время, на протяжении которого яркость точки сохраняется, и, как следствие, избавиться от мерцания изображения.

LCD-мониторы (Liquid Crystal Display, жидкокристаллические мониторы) сделаны из вещества, которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам. Молекулы жидких кристаллов под воздействием электричества могут изменять свою ориентацию и вследствие этого изменять свойства светового луча проходящего сквозь них. И поэтому стало возможным обнаружить связь между повышением электрического напряжения и изменением ориентации молекул кристаллов для обеспечения создания изображения. Первое свое применение жидкие кристаллы нашли в дисплеях для калькуляторов и в кварцевых часах, а затем их стали использовать в мониторах для портативных компьютеров. Сегодня, в результате прогресса в этой области, начинают получать все большее распространение LCD-мониторы для настольных компьютеров. Экран LCD-монитора представляет собой массив маленьких сегментов (называемых пикселями), которые могут манипулироваться для отображения информации. LCD-монитор имеет несколько слоев, где ключевую роль играют две панели сделанные из свободного от натрия и очень чистого стеклянного материала, называемого субстрат или подложка, которые собственно и содержат тонкий слой жидких кристаллов между собой. Две панели расположены очень близко друг к другу.

Жидкокристаллическая панель освещается источником света (в зависимости от того, где он расположен, жидкокристаллические панели работают на отражение или на прохождение света). Плоскость поляризации светового луча поворачивается на 90° при прохождении одной панели. При появлении электрического поля молекулы жидких кристаллов частично выстраиваются вдоль поля, и угол поворота плоскости поляризации света становится отличным от 90 градусов. Если расположить большое число электродов, которые создают разные электрические поля в отдельных местах экрана (ячейки), то появится возможность, при правильном управлении потенциалами этих электродов, отображать на экране буквы и другие элементы изображения. Электроды помещаются в прозрачный пластик и могут иметь любую форму.

Технологические новшества позволили ограничить их размеры величиной маленькой точки, соответственно, на одной и той же площади экрана можно расположить большее число электродов, что увеличивает разрешение LCDмонитора. Для вывода цветного изображения необходима подсветка монитора сзади, так, чтобы свет порождался в задней части LCD-дисплея. Это необходимо для того, чтобы можно было наблюдать изображение хорошего качества, даже если окружающая среда не является светлой. Цвет получается в результате использования трех фильтров, которые выделяют из излучения источника белого света три основные компоненты. Комбинация трех основных цветов для каждой точки или пикселя экрана дает возможность воспроизвести любой цвет.

В настоящее время нет никаких стандартов для определения того, достаточной ли яркостью обладает LCD-монитор. При этом в центре яркость LCD-монитора может быть на 25% выше, чем у краев экрана. Контрастность LCD-монитора определяется отношением яркостей между самым ярким белым и самым темным черным цветом. Хорошим контрастным соотношением считается 120:1, что обеспечивает воспроизведение живых насыщенных цветов. Контрастное соотношение 300:1 и выше используется тогда, когда требуется точное отображение чернобелых полутонов.

Преимуществам LCD-мониторов:

  • создаваемое на их экранах изображение отличается четкостью и насыщенностью цветов
  • отсутствие искажений на экране
  • потребляемая и рассеиваемая мощность у LCD-мониторов существенно ниже, чем у мониторов на основе ЭЛТ.

Плазменный дисплей Формирование изображения в плазменном дисплее происходит в пространстве шириной примерно 0,1 мм между двумя стеклянными пластинами, заполненном смесью благородных газов ксенона и неона. На переднюю, прозрачную пластину нанесены тончайшие прозрачные проводники, или электроды, а на заднюю ответные проводники. В современных цветных дисплеях переменного тока задняя стенка имеет микроскопические ячейки, заполненные люминофорами трех основных цветов красного, синего и зеленого, по три ячейки на каждый пиксель.

Так как оба электрода в дисплеях переменного тока закрыты слоем диэлектрика, прямого разряда, как в моделях постоянного тока, не получается. Вместо этого каждый элемент (электрод-электрод) работает как очень емкий конденсатор. Этот принцип существенно продлевает срок жизни дисплея, оставляя в сохранности электроды и увеличивая цветность и яркость. Однако, в этом случае резко повышается цена устройства из-за усложняющейся управляющей электроники для дисплеев переменного тока требуется более высокая частота. При разряде смесь газов излучает ультрафиолетовый свет, который в свою очередь воздействует на люминофор, заставляя его светиться в видимом спектре.

Интенсивности излучения вполне хватает, чтобы плазменные дисплеи могли использоваться в помещениях с любым уровнем освещенности. Практически каждый производитель плазменных панелей добавляет к классической технологии собственные ноу-хау, улучшающие цветопередачу, контрастность и управляемость.

Характеристики мониторов и видеоадаптеров

Характеристики мониторов:

  1. Размер экрана монитора (в дюймах).
  2. Разрешающая способность определяется максимальным количеством пикселей (точек экрана), размещающихся по горизонтали и вертикали экрана монитора. Зависит от характеристик монитора и характеристик видеоадаптера. Стандартные значения: 640х480; 800х600; 1024х768; 1600х1200, но могут быть и другие значения.
  3. Размер зерна (точки экрана). Чем меньше размер зерна, тем выше четкость изображения. Мониторы работают в двух режимах: в текстовом и графическом. в текстовом режиме изображение на экране состоит из символов расширенного набора ASCII, формируемых знакогенератором; при этом экран разбивается на знакоместа (отдельные области обычно 25 строк по 80 символов). в графическом режиме на экране выводится более сложные изображения и надписи с различными шрифтами и размерами букв, формируемых из отдельных мозаичных элементов пикселей.

Видеоадаптеры

Видеоадаптеры являются внутрисистемными устройствами, непосредственно управляющими мониторами и выводом информации на экран. Стандартные видеоадаптеры хранят содержание изображения в видеопамяти (расположенной на плате адаптера) таким образом, что определенному адресу памяти соответствует определенное место экрана монитора. Аппаратура видеоадаптера периодически считывает содержимое видеопамяти и помещает его на экран. Таким образом, информация на экране теоретически может меняться с такой же скоростью, с какой программа записывает информацию в оперативную память.

Современные видеоадаптеры передают цвет, с использованием 32 битов, при этом 24 бита передают истинный цвет (true color), а остальные 8 бит передают степень прозрачности истинного цвета. Таким образом, возможности представления цвета в современных вычислительных системах заключаются в использовании 16,7 млн. (224) цветов и 256 (28) степеней прозрачности каждого цвета. Обычный видеоадаптер состоит из четырех основных устройств: видеопамяти, видеоконтроллера (видеоускорителя), цифроаналогового преобразователя и ПЗУ.

Видеопамять служит для хранения изображения. От ее объема зависит максимально возможное полное разрешение видеоадаптера:

А х В х С, где А количество точек по горизонтали; В по вертикали; С количество возможных цветов каждой точки. Например, для разрешения 1024x768x65536 (другое обозначение 1024x768x64k) достаточно 2 Мбайт памяти. Поскольку для хранения цветов отводится целое число разрядов, количество цветов всегда является степенью двойки (16 цветов 4 разряда, 256 8 разрядов, 65 536 -16 разрядов и т.д.). Видеоконтроллер является основой видеоадаптера, и именно от него зависит быстродействие и возможности видеоадаптера. Он отвечает за вывод изображения из видеопамяти, за регенерацию ее содержимого, за формирование сигналов развертки для монитора и за обработку запросов центрального процессора. Кроме того, обязательно присутствуют контроллеры видеопамяти и порта главной системной шины, дополнительно может присутствовать также контроллер какого-либо внешнего порта.

Все современные видеоконтроллеры являются потоковыми их работа основана на создании и смешивании нескольких потоков графической информации. Обычно это основное изображение, на которое накладывается изображение аппаратного курсора мыши, и отдельное изображение в прямоугольном окне, поступающее, например, от TV-приемника или MPEGдекодера, Видеоконтроллер с потоковой обработкой, а также с аппаратной поддержкой некоторых типовых функций называется акселератором, или ускорителем, и служит для разгрузки центрального процессора от рутинных операций по формированию изображения

Основные характеристики видеоадаптеров:

  1. ёмкость видеопамяти;
  2. разрешающая способность (число адресуемых на экране монитора пикселей по горизонтали и вертикали);
  3. разрядность шины данных, определяющая скорость передачи данных;
  4. количество передаваемых цветных оттенков.

Факторы, влияющие на скорость вывода информации на экран монитора:

  • разрешающая способность;
  • количество цветов, передаваемых видеоадаптером;
  • частота кадровой и строчной развертки.

Печатающие устройства

Для вывода на печать подготовленного на ЭВМ текста и графики применяются специальные устройства принтеры, чертежи и схемы на больших форматах печатаются на графопостроителях (плоттерах). Обычно принтер подключается к системному блоку персонального компьютера через порт шины USB, однако принтеры, предназначенные для издательских систем, и плоттеры подключаются через специальные порты с использованием высокоскоростных интерфейсов.

Важной характеристикой печатающих устройств, которая определяет качество печати, является разрешающая способность (количество точек на дюйм dpi). В печатающих устройствах необходимо наличие собственной оперативной памяти для хранения шрифтов и построения рисунков. В цветных лазерных принтерах при печати с высокой разрешающей способностью объем собственного ОЗУ принтера достигает десятки мегабайт.

По технологии печати, связанной с особенностями печатающего элемента, принтеры разделяются на следующие типы:

  • матричные;
  • струйные;
  • лазерные.

Матричные принтеры

Принцип действия заключается в том, что печатающая головка содержит вертикальный ряд тонких металлических стержней (иголок) и движется вдоль печатаемой строки, при этом стержни в нужный момент ударяют по бумаге через красящую ленту. Это обеспечивает формирование на бумаге изображения. Количество иголок составляет обычно от 9 до 48 (чем их больше, тем выше качество печати и требуется меньше проходов головки по строке). Обычная скорость печати от 10 сек. до 5 мин. в зависимости от модификации.

Струйные принтеры

Принцип действия струйной печати основан на формировании изображения микрокаплями специальных чернил, выдуваемых из емкости с помощью сопел. Современные модели струйных принтеров дают качество печати, схожее с лазерными принтерами. Разрешающая способность до 720 dpi.

Лазерные принтеры

Процесс лазерной печати основан на технологии ксерографии фирмы Xerox: изображение переносится со специального фоточувствительного барабана, к которому электрически притягиваются частички краски. В отличие от копировального устройства, печатающий барабан электризуется с помощью луча лазера по командам из компьютера. Разрешающая способность от 360 dpi до 2400 dpi.

Плоттеры предназначены для использования в системах автоматизированного проектирования (САПР) и конструирования. По технологии печати плоттеры разделяются на следующие типы:

  • электромеханические векторного типа;
  • растровые устройства вывода графической информации, изображение в которых получается за счет использования различных физических принципов (электростатики, электрографии и др.);
  • фотооптические и устройства вывода на микрофильм.

Графопостроители (плоттеры) могут работать автономно, воспринимая исходные данные промежуточного носителя (магнитного диска), а также непосредственно с ЭВМ, используя интерфейсы различных типов.

Основные характеристики графопостроителей:

  • тип применяемых подложек или носителей графической информации;
  • размеры рабочей области печати;
  • быстродействие;
  • разрешающая способность;
  • наличие устройств сопряжения с ЭВМ.

Вследствие развития вычислительных систем, технические характеристики печатающих устройств постоянно улучшаются, что позволяет получать высококачественное изображение за короткое время.

Системы мультимедиа

Мультимедиа это интерактивные системы, обеспечивающие работу с неподвижными изображениями и движущимся видео, анимированной компьютерной графикой и текстом, речью и высококачественным звуком. Появление систем мультимедиа обусловлено развитием технических и системных средств, в том числе прогрессом ПЭВМ: резко возросшие объем памяти, быстродействие, графические возможности, характеристики внешней памяти, и достижения в области видеотехники, лазерных дисков, а также их массовое внедрение. Важную роль сыграла так же разработка методов быстрого и эффективного сжатия / развертки данных.

Современный мультимедиа персональный компьютер представляет собой домашний стереофонический Hi-Fi (High Fidelity) комплекс, объединенный с дисплеем-телевизором. Он укомплектован активными стереофоническими системами, микрофоном и дисководом для оптических компакт–дисков. Кроме того, внутри компьютера расположен аудиоадаптер (звуковая плата), позволивший перейти к прослушиванию чистых стереофонических звуков через акустические колонки с встроенными усилителями. Известно, что в компьютере все данные хранятся в цифровой форме, в то время как теле-, видео и большинство аудиоаппаратуры работает с аналоговым сигналом.

Поэтому простейший и наиболее дешевый путь построения первых систем мультимедиа состоял в стыковке разнородной аппаратуры с компьютером, предоставлении компьютеру возможностей управления этими устройствами, совмещении выходных сигналов компьютера и видео и аудиоустройств и обеспечении их нормальной совместной работы.

Дальнейшее развитие систем мультимедиа происходит в направлении объединения разнородных типов данных в цифровой форме на одной среде-носителе, в рамках одной системы.

Современный мультимедийный ПК требует подключения к нему множества внешних устройств. Все они обслуживаются массой программных утилит драйверов и нередко конфликтуют друг с другом. В этой связи был создан стандарт Plug and Play (включай и работай). Этот стандарт представляет собой обширный комплекс программных и аппаратных средств по полностью автоматической настройке конфигурации компьютера в соответствии с используемым оборудованием. Технология Plug and Play предполагает, что достаточно только включить компьютер и все аппаратные и программные средства автоматически оптимально настроятся и станут работать без сбоев и конфликтов. Обработка и синтез графики

Отличительной особенностью видеоадаптеров в мультимедийных системах является вывод трехмерного изображения. При этом характеристики таких видеоадаптеров позволяют осуществлять этот процесс, не уменьшая быстродействие вычислительной системы в целом. Под понятием трехмерного изображения подразумевается изображение, представляющее собой проекции трехмерных сцен. Это не изображение, построенное в трех измерениях. При формировании такого изображения сначала из плоских многоугольников или криволинейных поверхностей создается объект. Его поверхности назначают текстуры, то есть картинки, имитирующие материал, из которого сделана поверхность моделируемого объекта, вводятся параметры отражения, карта рельефа поверхности, карта отражения и т.д.

На сцене размещаются источники света, при необходимости вводится осветляющий (обычный) или затемняющий (для эмуляции ночных условий) туман, и задается направление взгляда наблюдателя (камера). При синтезе трехмерных изображений особое внимание уделяется разделению видимых и невидимых элементов сцены, а также алгоритмам штриховки, позволяющим придать воспроизводимому изображению текстурированный вид. Видеоадаптер при обработке мультимедийных данных поддерживает работу с видеоинформацией. Используются три формата записи, телевещания и видеостандарта: NTSC, PAL, SECAM. В основе каждой системы лежит свой стандарт, который определяет способ кодирования информации для получения электронного сигнала, создающего изображение на телеэкране. Для перезаписи в разных форматах требуется специальное оборудование.

Система NTSC (National Television Standards Committee) Согласно стандарту NTSC, каждый видеокадр состоит из 525 горизонтальных строк экрана, по которым каждую 1/30 секунды проходит электронный луч. Скорость прохождения луча настолько велика, что создается зрительное впечатление стабильного изображения. При создании кадра электронный луч фактически делает два прохода по всему экрану, сначала по учетным строкам, а затем по четным. После каждого прохода (60 проходов «секунду или 60 Гц) на экране создается поле. Этот процесс создания кадра из двух полей называется чересстрочной разверткой (interlacing), что помогает предотвратить мерцание на телеэкранах.

Система PAL (Phase Alternate Line) Система PAL представляет собой метод добавления цвета к телевизионному сигналу черного и белого цвета, который создает на экране 625 строк с частотой 25 кадров в секунду. Аналогично системе NTSC применяется чересстрочная развертка, причем каждое поле создается за 1/50 секунды, т.е. с частотой 50 Гц.

Система SECAM (Sequential Color Memory) В системе SECAM предусмотрено 625 строк и частота кадров 50 Гц; она принципиально отличается от систем NTSC и PAL. Система HDTV (High Definition Television) Новые разновидности стандарта NTSC «Super NTSC» и «16 х 9» входят в состав стандарта MPEG и стандарт DVD. Это основа стандарта телевидения с высоким разрешением (High Definition Television), в котором используется коэффициент относительного изменения вертикального и горизонтального масштаба изображения, равный 16:9, а не 4:3, и число строк, в два раза превышающее число строк на обычном экране.

Поскольку в стандарте HDTV экран «шире», а существующий графический материал трудно растянуть или сжать в соответствии с новым коэффициентом, для HDTV-телевидения потребуются новые стандарты разработки мультимедиа и интерфейсов. Компьютерное видео использует цифровые сигналы и другие стандарты для вывода изображений, в связи с этим предполагается слияние стандартов телевизионного и компьютерного видео на основе стандартов DVD-Video и HDTV. Для вывода аналогового видеоизображения на компьютерном мониторе видеосигнал сначала преобразуется в цифровую форму.

Аналоговый видеосигнал (преобразованный в цифровую форму) и компьютерные изображения в цифровой форме объединяются, и на экран выводится полноэкранный видеофильм или окно видео на фоне обычного экрана. Сжатие видеоизображений Запись последовательности кадров предъявляет высокие требования к вычислительной системе, такие как:

  1. Большой объем внешней памяти (для запоминания одной секунды полноцветного полноэкранного видео требуется 20–30 Мбайт, а оптический диск емкостью 600 Мбайт вместит менее полминуты изображения).
  2. Высокая пропускная способность внешних запоминающих устройств (от 30 МБайт/с).

Эти требования реализуются с помощью методов (алгоритмов) сжатия / развертки данных, которые позволяют сжимать информацию перед записью на внешнее устройство, а затем считывать и разворачивать в реальном режиме времени при выводе на экран. Для движущихся видеоизображений существующие адаптивные разностные алгоритмы могут сжимать данные с коэффициентом порядка 100:1 160:1, что позволяет разместить на CD-ROM около часа полноценного озвученного видео.

Работа этих алгоритмов основана на том, что обычно последующий кадр отличается от предыдущего лишь некоторыми деталями, поэтому, взяв какой–то кадр за базовый, для следующих можно хранить только относительные изменения. При значительных изменениях кадра автоматически выбирается новый базовый кадр. Алгоритмы реализуются аппаратно: в виде специальных микросхем, или в виде записанной в ПЗУ программы; либо только программно.

B настоящее время разработаны специальные алгоритмы автоматического сжатия, такие как JPEG, MPEG, P*64, DVI/lndeo. Коэффициенты сжатия находятся в диапазоне от 50:1 до 200:1. Следует различать процессы съемки и воспроизведения, поскольку требования сжатия данных для этих процедур различны. Цель сжатия данных при съемке это сокращение получаемого от видео-АЦП цифрового потока, чтобы его можно было записать на жесткий диск в реальном времени. При этом требуемая степень сжатия зависит от оснащения компьютерной системы. После переноса на жесткий диск данные можно обрабатывать без временных ограничений. Конечной целью должно быть такое сокращение объема данных, которое не вызывает задержек при воспроизведении на стандартном компьютере.

Самым большим недостатком программных видеосистем является зависимость качества изображения от производительности компьютера. Это порождает трудности, особенно при создании мультимедиа-приложений. Как правило, разработчик мультимедиа-приложения имеет в своем распоряжении высокопроизводительную вычислительную систему. Из-за этого иногда возникают трудности воспроизведения на массовых персональных компьютерах.

Метод сжатия MPEG был разработан группой Moving Picture Experts Group, рабочей группы под руководством международной организации по стандартизации (International Standards Organization, ISO) и международной электротехнической комиссии (International Electro-technical Commission, IEC) для создания стандартов для цифрового представления видеофильмов и соответствующей звуковой информации и других данных, В настоящее время применяются три спецификации MPEG-1, MPEG-2 и MPEG-4.

В стандарте MPEG1 обеспечивается скорость передачи видеоданных 1,2 Мбит в секунду; для двух каналов стереозвука скорость 250 Кбит в секунду при работе с дисками CD-ROM. Стандарт MPEG2 полностью отличается от MPEG1 и определяет скорость обмена данных от 3 до 15 Мбит в секунду, более высокое разрешение и качество изображения, форматы чересстрочного видео, масштабирование с разными значениями разрешения и многоканальное звуковое сопровождение.

Метод сжатия MPEG вполне пригоден для кодирования подвижных изображений, поскольку он широко применяется в сети Internet и в области DVD-видео. Разработан аппаратный метод MPEG-сжатия, и специальные схемы встраиваются на системной плате компьютера и видеоплатах; программная реализация распаковки для MPEG имеет более низкое быстродействие, чем аппаратные методы, и имеется в программе QuickTime. MPEG принципиально не отличается от других методов сжатия и декодирования видеоданных. По существу метод основан на алгоритмах JPEG и Cinepak.

Стандарт MPEG-1 был специально разработан для съемки и воспроизведения цифровых видеопоследовательностей с помощью персональных компьютеров. Он устанавливает разрешение 352 х 240 элементов изображения при 30 кадрах в секунду и, соответственно, 352 х 288 элементов изображения при 25 кадрах в секунду в зависимости от видеостандарта NTSC или PAL. При этом цифровой поток не должен превышать 0,15 мегабайта в секунду. Получаемое качество изображения довольно точно соответствует среднему качеству видеопоследовательностей Cinepak при разрешении, составляющем несколько ниже половины значения, обеспечиваемого видеомагнитофоном формата VHS, имеющего горизонтальное разрешение 3 МГц (в случае PAL воспроизводится 50 изображений в секунду, каждое из которых имеет разрешение около 380 х 288 элементов изображения).

В отличие от MPEG-1, MPEG-2 определяет стандарт для цифровой передачи телевидения. В настоящее время пропускная способность спутников и других трактов передачи телевидения ограничивает количество передаваемых программ. Благодаря методу сжатия, определяемому стандартом MPEG-2, полосу частот, требуемую для передачи одной программы, можно сократить на 90%. Это означает, что без существенных дополнительных затрат можно удесятерить число передаваемых программ.

В декабре 1999 г. был разработан новый стандарт MPEG4. Увеличилась скорость передачи данных при том же разрешении изображения; объем передаваемых данных, необходимых для нормального изображения по сравнению с MPEG2, уменьшился в 11 раз картинки, видео и текстуры кодируются и компрессируются более эффективно; улучшено исправление ошибок; улучшен алгоритм кодированияуменьшена буферная задержка.

После появления MPEG4 возможности сжатия резко увеличились и наконец-то отныне один полнометражный фильм равен одному диску. Однако для комфортного просмотра фильма необходимо наличие микропроцессора Pentium с тактовой частотой не менее 400 МГц. MPEG4 обеспечивает лучшее качество при том же размере файла или меньший размер при том же качестве, большую гибкость в выборе разрешения, частоты кадров и скорости потока данных, лучшую передачу быстрого движения, меньшее время компрессии, легко сочетается с разными аудио-кодеками, менее чувствителен к потери части данных, хорошо подходит для просмотра видео через сеть в реальном времени.

Как и MPEG2, MPEG4 также имеет различные профили. Это позволяет адаптировать аудио/видеопоток к используемому приложению. MPEG4 учитывает специальные требования к компьютеру, телекоммуникациям и телевизионным областям. Он кодирует не только прямоугольные пиксели, но и индивидуальные объекты сцены. Например, на фоне едва изменяющегося экрана передвигается машина. В этом случае машина воспринимается как отдельный объект на неподвижном фоне, тогда как все остальное кодируется отдельно. Благодаря этому, сейчас в "домашних" условиях возможно записать содержимое DVD-диска на обыкновенный CD-ROM, практически без потери качества.

Кодирование и декодирование MPEG требует большого объема вычислений, поэтому первоначально MPEG был задуман как чисто аппаратная видеосистема. Это означает, что для проигрывания MPEGвидеопоследовательностей необходима специальная плата MPEG-декодера. Строго говоря, теперь это верно только для процессов ввода. Операционная система Windows содержит эффективный механизм воспроизведения программно декодируемых видеопоследовательностей.

Графические платы способны очень быстро удваивать размер воспроизводимого изображения с помощью интерполяции. Это означает, что из видеопоследовательности среднего формата 320 х 240 элементов получается полнокадровая видеопоследовательность в формате 640 х 480, причем для этого не требуется дополнительная вычислительная мощность. Благодаря этому цифровой поток, который должен поступать на графическую плату, сокращается на 75%, т.е. с 23 мегабайт в секунду (для видеопоследовательности в формате 640 х 480 при глубине цвета 24 бита и 24 кадрах в секунду) всего до 6 МБт в секунду. Поскольку компьютеры становятся все более быстродействующими, а программные декодеры все более совершенными, MPEG в своем развитии движется от аппаратной видеосистемы к программной.

Обработка и синтез звука

Звуковые волны, представляющие из себя аналоговый сигнал, при обработке на компьютере преобразуются в цифровую форму. Под аналоговым сигналом обычно понимают плавно изменяющиеся сигналы, непрерывные по амплитуде во времени. Простейшая звуковая волна представляется обычно напряжением (или током), изменяющимся во времени по синусоидальному закону. Причем амплитуда такой волны определяет громкость звука, а частота его высоту. Частота измеряется обычно в герцах (одно колебание в секунду); частоты звуковых (слышимых) колебаний лежат в диапазоне от 17-20 Гц до 20 кГц. Реальные звуки помимо громкости и частоты характеризуются также тембром. В этом случае кроме основного тона (колебания основной частоты) в сигнале присутствуют также колебания более высоких частот обертоны. Именно амплитудами обертонов и характеризуется тембр (насыщенность) звука.

Оцифровка звукового сигнала

В общем случае IBM PC-совместимые компьютеры имеют несколько возможностей для генерирования (воспроизведения) звука с использованием звуковой карты. Выбор способа зависит в первую очередь от типа конкретной карты (аудиоадаптера). Обычно в функциональном составе звуковых плат можно выделить следующие узлы: • модуль для записи и воспроизведения звука; • модуль синтезатора; • модуль интерфейсов. Таким образом, для воспроизведения звука используется цифроаналоговое преобразование. В этом случае цифровые выборки реального звукового сигнала хранятся в памяти компьютера (например, в виде WAVфайлов) и преобразовываются в аналоговый сигнал через цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП DAC).

В состав аудиоадаптера входит аналого–цифровой преобразователь (АЦП ADC), периодически определяющий уровень звукового сигнала и превращающий этот отсчет в цифровой код. АЦП служит для дискретизации реального сигнала по времени и квантования по уровню. Для этого, как правило, используются ADC с импульсно-кодовой модуляцией РСМ (Pulse Code Modulation). ADC представляет из себя устройство, способное формировать из аналогового сигнала эквивалентный цифровой сигнал. Аналоговый сигнал "проверяется" в строго определенные (равноудаленные и дискретные) моменты времени. Временные интервалы между этими моментами называют интервалами выборки (Sampling Interval). Величина, обратная интервалу (точнее времени) выборки, называется частотой преобразования, или сэмплингом (Sampling Rate).

Полученная в результате амплитуда аналогового сигнала, или значение выборки (Sample Value), делится (квантуется) по уровню и кодируется в соответствующий параллельный цифровой код (Digital Sample). Для преобразования выборки аналогового сигнала в цифровой код требуется некоторое время. Оно обычно называется временем преобразования, или временем выборки (Sampling Time).

Преобразование аналогового сигнала в цифровой можно произвести только с какой-то степенью точности. Под разрешающей способностью ADC понимают наименьшее изменение аналогового сигнала, которое может привести к изменению цифрового кода. Например, 8-разрядный преобразователь может квантовать амплитуду сигнала на 256 (28), 16-разрядный на 65536 (216) интервалов. Таким образом, в заданном входном диапазоне 8разрядный ADC "заметит" отклонение аналогового сигнала, если тот изменится не менее чем на 1/256 часть своего максимального значения.

Значение каждого кванта округляется до ближайшего целого числа, и, если величина амплитуды больше определенного интервала, то происходит клиппинг (clipping), т.е. отсечение верхней и нижней вершин волны звукового сигнала. Квантование сигнала может вызвать нежелательный шипящий шум, а клиппинг приводит к большому искажению звука. ADC звуковых карт обычно имеют разрядность 8, 12 или 16 бит.

С увеличением разрядности АЦП растет его динамический диапазон. Каждый бит соответствует примерно 6 дБ (децибелам). В этом случае 8-разрядное преобразование может обеспечить динамический диапазон 48 дБ (качество кассетного магнитофона), 12-разрядное 72 дБ (качество аналогового магнитофона с катушками) и 16-разрядное 96 дБ (качество, ассоциируемое с компакт-диском). Для воспроизведения звука служит ЦАП, который выполняет обратное преобразование (параллельный код аналоговый сигнал). После фильтрации выходной аналоговый сигнал поступает на усилитель мощности, откуда он может быть выведен на акустическую систему.

Синтез звука

Наряду с воспроизведением звука практикуется его синтез, при котором компьютер передает на звуковую карту некоторую управляющую информацию, по которой и формируется выходной аналоговый сигнал. В настоящее время главным образом применяются две основные формы синтеза звукового сигнала: 1) синтез с использованием частотной модуляции (Frequency Modulation) FM-синтез; 2) синтез с использованием таблицы волн (Wave Table) табличный, или WT-синтез. Помимо синтеза компьютер также может управлять устройством, которое либо выдает команды для синтеза звука другим устройством, либо само способно воспроизводить (или синтезировать) звук. В этом случае специальная управляющая информация между такими устройствами передается по так называемому MIDI-интерфейсу, а устройство, подключаемое к такому интерфейсу, называется MIDI-устройством.

Не менее распространенным способом воспроизведения звука с компьютера со звуковой картой является управление приводом CD-ROM или DVD-ROM, в котором находится компакт-диск с записанной на нем аудиоинформацией.

FM-синтез

Цифровой FМ-синтез звука осуществляется с использованием специальных генераторов сигналов, называемых также операторами. В операторе можно выделить два базовых элемента: фазовый модулятор и генератор огибающей. Фазовый модулятор определяет частоту (высоту) тона, а генератор огибающей его амплитуду (громкость). При нажатии клавиши н синтезаторе амплитуда сигнала сначала быстро возрастает до максимума, затем немного спадает, после чего следует сравнительно короткий, но равномерный участок, и только затем происходит достаточно медленный спад амплитуды.

Вышеназванные фазы сигнала реализуются генератором огибающей и носят названия соответственно Attack, Decay, Sustain и Release, а сам генератор (по их первым буквам) часто называется ADSR-генератором, В общем случае, для того чтобы воспроизвести голос одного инструмента, достаточно двух операторов. Первый оператор генерирует несущие колебания, то есть основной тон, а второй модулирующую частоту, или обертона интенсивность звука определяется амплитудой носителя, а тембровая окраска, или насыщенность обертонами, то есть амплитудой модулятора и соотношением частот носителя и модулятора (глубиной модуляции).

Комбинации включения операторов называют FM-алгоритмами, при этом каждый из операторов может формировать одну из определенных форм сигнала (waveform). Для четырехоператорных синтезаторов схемы включения более сложные и задаются FM-алгоритмами, которые определяют, какой из операторов выступает генератором основного тона, а какой модулятором, а также способы их включения и т.д.

WT-синтез

Суть технологии WT-синтеза состоит в следующем. На звуковой карте устанавливается модуль ПЗУ с “зашитыми” в него образцами звучания настоящих музыкальных инструментов сэмплами (Samplers), при этом WTпроцессор с помощью специальных алгоритмов по одному тону инструмента воспроизводит все его остальные звуки. Кроме того, многие производители оснащают свои звуковые карты модуляторами ОЗУ, так что есть возможность не только записывать произвольные сэмплы, но и загружать новые инструменты.

Выборки сигналов (таблицы) сохраняются либо в ПЗУ, либо программно загружаются в ОЗУ звуковой карты. WT-процессор выполняет операции над выборками сигнала, изменяя их амплитуду и частоту. Звук инструментов, получаемый таким образом более похож на звучание реальных инструментов, нежели, например, при FM-синтезе. Управляющие команды для синтеза звука могут поступать на звуковую карту не только от компьютера, но и от другого, например, MIDI (Musical Instruments Digital Interface) устройства. MIDI определяет протокол передачи команд по стандартному интерфейсу. MIDI-сообщение содержит ссылки на ноты, а не запись музыки. Когда звуковая карта получает подобное сообщение, оно расшифровывается (какие ноты каких инструментов должны звучать) и отрабатывается.

Подготовка цифровых аудиофайлов

При подготовке цифровых аудиофайлов следует уделить внимание двум аспектам:

  • сопоставлению требуемого качества звука с имеющимся объемом оперативной памяти и дискового пространства;
  • установке соответствующего уровня записи для получения хорошей, чистой записи звука.

Стереозапись ближе по звучанию к реальности. Приведем формулу для расчета размера (в байтах) цифрового аудиофайла: Для монофонического звучания: (частота квантования) х (время записи в секундах) х (разрешение бит / 8) Для стереозвука: удвоение размера. Если сигнал, который вводится в компьютер, имеет большие искажения, то в результате получится неприятный фоновый шум. И наоборот, если запись сделана при низком уровне, то фоновый шум может превысить уровень сигнала, т.е. необходим поиск оптимального уровня записи. Любая программа записи и редактирования цифрового звука показывает уровень звучания, поэтому пользователю не составляет сложности установить необходимый уровень записи.

Редактирование цифровой записи

После записи выполняется редактирование. Типовые функции редактирования в обычной программе записи и редактирования звуковых файлов: Тримминг (Trimming). Удаление "мертвого воздуха" или пустого места в начале записи или в конце. Удалив всего несколько секунд записи, можно существенно изменить размер файла Секционирование и сборка. Удаление шумов, которые проникли в запись, выполнение сборки длинных записей из имеющихся коротких записей или разрезка имеющихся длинных записей.

Преобразование форматов. Большинство программ редактирования звука для Macintosh записывают звуковые файлы в форматах SND AIF, и большинство инструментальных систем могут читать эти форматы. В среде Windows большинство программ редактирования звука читает файл в формате WAV.

Повторное квантование. Если запись или редактирование звука выполнялась с 16-битными частотами квантования, а используются более низкие частоты и разрешение, то необходимо повторить процесс квантования с соответствующими частотами и разрешением. Это значительно уменьшит размер файлов.

Нарастание (fade-in) и затухание (fade-out) звука. Большинство программ имеют возможность создавать эффект затухания или нарастания звука, что часто используется для сглаживания начала и конца звукового файла. Временное растяжение. Более сложные программы позволяют изменять длительность файла, не изменяя при этом уровня звучания. Но необходимо помнить, что большинство алгоритмов растяжения понижают качество звукового файла, если растяжение превышает несколько процентов в обоих направлениях. Цифровая обработка сигнала. Некоторые программы позволяют обрабатывать сигнал с помощью специальных эффектов: реверберация (reverberation), задержки включения (multitap delay), рефрен (chorus), двойное звучание (flange) и др.

Сжатие звуковых файлов

Для сжатия информации используется дифференциальная импульснокодовая модуляция (Differential Pulse Code Modulation). В этом случае сохраняется только разность между текущим значением сигнала и предшествующим. Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция основана на том факте, что разность требует меньшего количества бит, чем полная величина амплитуды.

Дельта-модуляция (Delta Modulation) представляет собой вариант дифференциальной импульсно-кодовой модуляции, при которой для кодирования каждого дискретного значения сигнала используется единственный бит, отражающий изменение сигнала на единичную величину в сторону увеличения или уменьшения. Однако наибольшее распространение, в частности, для записи звука получила так называемая адаптивная импульсно-кодовая модуляция (Adaptive Pulse Code Modulation, ADPCM).

Формат МРЗ

MP3 (сокращение от MPEG Layer3) один из цифровых форматов хранения аудио, используется главным образом для передачи аудио в реальном времени по сетевым каналам и для кодирования CD Audio. МРЗ потоковый формат; исходный сигнал при кодировании разбивается на равные по продолжительности участки, именуемые фреймами и кодируемые отдельно, а при декодировании конечный сигнал формируется из последовательности декодированных фреймов.

Высокая степень компактности МРЗ по сравнению с импульсно-кодовой модуляцией 16Bit Stereo 44.1 kHz (в формате CD Audio) достигается с помощью дополнительного квантования с учетом особенностей человеческого слуха, в том числе эффекта маскирования слабого сигнала одного диапазона частот более мощным сигналом соседнего диапазона, когда он имеет место, или мощным сигналом, предыдущего фрейма, вызывающего временное понижение чувствительности уха о к сигналу текущего фрейма. Также учитывается неспособность большинства людей различать сигналы, по мощности лежащие ниже определенного уровня, разного для разных частотных диапазонов.

Степень сжатия, и, соответственно, объем дополнительного квантования, определяются не форматом, а самим пользователем в момент задания параметров кодирования. Ширина потока (bitrate) варьируется от наибольшего для МРЗ, равного 320kbs (320 килобит в секунду), до 96kbs и ниже. Термин битрейт обозначает общую ширину потока, безразлично к тому, монофонический или стереофонический сигнал он содержит. Разные программы обработки и проигрывания звука дают разное качество кодирования и декодирования.

Выбор программы кодирования, ее параметров и степени cжатия/битрейта (и связанного с его уровнем качества) зависит главным образом от трех факторов:

  • содержания оцифрованной звуковой информации (речь, звуковое сопровождение, высококачественная музыка);
  • предполагаемого адресата аудиоинформации и уровня его претензий к качеству звука или скорости передачи аудиофайла по сети;
  • предполагаемого качества воспроизводящей аудиоаппаратуры (аудиокарты и акустических систем).

Разные битрейты дают разное качество. Любители МРЗ абсолютно поразному оценивают степень приемлемости одних и тех же битрейтов и имеют свой взгляд на то, какой битрейт следует считать оптимальным. Ктото выбирает 128 kbs, другие 160 kbs, третьи золотую середину от 192 kbs до 256 kbs. Некоторые 320 kbs.

Битрейт 256 kbs следует считать совершенно достаточным для абсолютного большинства пользователей.

Тесты определили МРЗ 160 kbs... 192 kbs в большинстве случаев вполне приемлемыми для хранения аудио на компьютере, например, в компьютерных играх, когда внимание отвлечено; Битрейт 320kbs максимальный (степень сжатия более чем в четыре раза), для кодирования аудио с характеристиками CD Audio, то есть 44.1 kHz 16bit Stereo; Самым популярным все же остается битрейт 128 kbs, но при его использовании мы имеем скорее качество аудиокассеты, записанной с очень низким уровнем шумов

. В сети INTERNET, как правило, можно найти только МРЗ, закодированные с битрейтом 128 kbs, признанным оптимальным для использования в сети INTERNET. МРЗ стал массово признанным форматом хранения аудиоинформации. Ситуация с форматом MP3 создала правовую коллизию, связанную с нелегальным распространением аудиотреков через сеть Интернет. Стандарт МРЗ не определяет никакого точного стандартного математического алгоритма кодирования; он индивидуален для каждого разработанного кодера. Вместо этого стандарт определяет общую схему процесса кодирования, а также формат закодированного фрейма.

Сами последовательности фреймов могут передаваться потоком (streaming) или храниться в файлах. МРЗ файл, как и поток, состоит из последовательно расположенных фреймов, между которыми может содержаться произвольная информация. Основное требование состоит в том, что не должно быть совпадений с сигнатурой начала фрейма. Часто к последовательности фреймов добавляют стандартный заголовок мета-аудиоформата WAV, и получается то, что называют WAV-MP3. Формат WAV является метаформатом для данных любого типа. Формат имеет стандартный заголовок и описания областей данных, которых может быть несколько, способ же кодирования аудиосигнала может быть каким угодно. Вполне могут содержаться данные, к аудио отношения не имеющие.

Оптические компакт-диски

Компакт-диск традиционная среда для записи музыки, которую потом можно прослушать на бытовом CD-плейере или другом компьютере. Смонтированное видео можно записать в MPEG-4 или MPEG-1, если необходимо высокое качество, на стандартный CD-R емкостью 650 Мбайт поместится около 20 минут видео DVD-качества (MPEG-2 с разрешением 720 х 576, 25 кадров/с). Очень удобна архивация мультимедийных данных с последующим переносом их на любой компьютер.

Приводы CD-R и CD-RW соответствуют системам однократной (CDRecordable -записываемый CD) и многократной (CD-ReWritable перезаписываемый CD) записи компакт-дисков. Терминами CD-R и CD-RW обозначаются как устройства для записи, так и сами диски. Для однократной записи используются компакт-диски, в которых отражающий слой выполнен преимущественно из золотой или серебряной пленки, а между ним и поликарбонатной основой расположен регистрирующий слой из органического материала, темнеющего при нагревании.

В процессе записи лазерный луч нагревает выбранные точки слоя, которые темнеют и перестают пропускать свет к отражающему слою, образуя участки, аналогичные питам. Ha CD-R организуется та же информационная структура, что и на штампованных дисках ТОС и набор дорожек различных типов. Это позволяет при помощи соответствующего программного обеспечения записывать звуковые, фотои видеодиски, которые могут затем проигрываться в бытовых звуковых и видеопроигрывателях. Однако отражающая способность зеркального слоя и четкость питов у дисков CD-R ниже обычного, отчего некоторые устройства могут работать с ними неуверенно.

В перезаписываемых дисках используется промежуточный слой из органической пленки, изменяющей под воздействием луча свое фазовое состояние с аморфного на кристаллическое и обратно, в результате чего меняется прозрачность слоя. Фиксация изменений состояния происходит благодаря тому, что материал регистрирующего слоя при нагреве свыше критической температуры переходит в аморфное состояние и остается в нем после остывания, а при нагреве до температуры значительно ниже критической восстанавливает кристаллическое состояние. Существующие диски выдерживают от тысяч до десятков тысяч циклов перезаписи.

Однако их отражающая способность существенно ниже штампованных и однократных CD, что затрудняет их считывание в обычных приводах. Для чтения CD-RW необходим привод с автоматической регулировкой усиления фотоприемника (Auto Gain Control), хотя некоторые обычные приводы CD-ROM и бытовые проигрыватели способны читать их наравне с обычными дисками. Способность привода читать CD-RW носит название Multiread.

Диски CD-R/CD-RW изготовляются со вспомогательной разметкой (pregroove) в которой закодирована временная сетка (ATIP Actual Time In Pregroove, действительное время по разметке), которая одновременно служит и для разбивки диска на кадры (блоки), и дополнительная информация о диске коды, рекомендуемые значения скорости вращения и мощности записывающего лазера. Разметка используется для нахождения служебных и пользовательских областей диска и для облегчения слежения за информационной дорожкой в процессе записи. При считывании слежение производится, как обычно, по записанной информационной дорожке.

Кроме этого, диск содержит две служебные области: РСА (Power Calibration Area область калибровки мощности) и РМА (Program Memory Area область памяти программы), расположенные внутри от "официального" радиуса начала записи. РСА используется для выбора оптимальной мощности лазера перед каждой записью, а РМА для временного хранения ТОС в случае записи одной сессии в несколько приемов. РСА и РМА являются таблицами фиксированной длины емкостью по 100 элементов каждая, что ограничивает как общее количество случаев записи, так и этапов формирования незакрытых сессий.

Минимальной единицей информации, записываемой на CD-R за один прием, является дорожка (track) в формате CD-DA или CD-ROM. Минимальная длина дорожки 300 блоков (600 Кбайт, 4 сек). В начале каждой дорожки формируется служебный зазор (pre-gap), содержащий ее параметры, размером 150 блоков (300 Кбайт, 2 сек) для однотипных дорожек и 225 блоков (450 Кбайт, 3 сек) для дорожек разных типов. Одна или несколько дорожек образуют программную область (Program Area), которая может формироваться в несколько приемов, между которыми адреса и параметры дорожек (ТОС) сохраняются в РМА.

Конструкция привода CD-ROM и принципы его работы

Типичный привод CD-ROM состоит из печатной платы с электроникой, шпиндельного двигателя, считывающей системы с оптической головкой, системы загрузки CD-диска и механизма перемещения рамы с механикой привода. На плате с электроникой размещены: • все схемы управления работой привода; • разъем интерфейса для подключения к компьютеру; • аналоговый звуковой выход (Analog Audio); • цифровой звуковой выход S/PDIF (Digital Audio может отсутствовать в некоторых моделях).

Шпиндельный двигатель служит для вращения диска с постоянной линейной (CLV Constant Linear Velocity) или угловой (CAV Constant Angular Velocity) скоростью. Поддержка постоянной линейной скорости требует изменения угловой скорости диска в зависимости от положения оптической головки. На оси шпиндельного двигателя крепится подставка, к которой прижимается нижняя сторона диска (при горизонтальной загрузке). На конце оси шпиндельного двигателя крепится намагниченный металлический наконечник, имеющий конусообразную форму.

С другой стороны диска верхней в случае горизонтальной загрузки, то есть над диском, размещается намагниченный маховик, который притягивает металлический наконечник, в результате чего диск оказывается зажатым между подставкой и маховиком, что обеспечивает фиксацию диска по вертикали и хорошее сцепление диска с вращающейся подставкой во время работы привода.

Считывающая система состоит из оптической головки и механизма ее позиционирования. В головке размещены лазерный излучатель на основе инфракрасного лазерного светодиода с длиной волны от 770 до 830 нм (обычно около 780 нм) и мощностью 0,2-0,5 мВт, система фокусировки лазерного пучка, фотоприемник и предварительный усилитель.

Система фокусировки представляет собой набор подвижных линз, приводимых в движение электромагнитной системой типа «voice coil» (звуковая катушка), сделанной по аналогии с подвижной системой громкоговорителя. Изменение напряженности магнитного поля приводит к передвижению линз и перемещению точки фокусировки лазерного луча. Благодаря малой инерционности такая система эффективно отслеживает вертикальные биения диска даже при значительных скоростях вращения.

Механизм позиционирования оптической головки имеет собственный двигатель, приводящий в движение каретку с оптической головкой при помощи зубчатой или червячной передачи.

Система загрузки диска бывает трех типов:

  • Caddy с использованием специального футляра для диска, вставляемого в приемное отверстие привода;
  • Tray с использованием выдвижного лотка, на который кладется диск;
  • Slot-in загрузка диска непосредственно в приемную щель привода.

В приводах типа Caddy и Slot-in диск может загружаться как горизонтально, так и вертикально то есть при горизонтальном и, соответственно, вертикальном монтаже привода. После загрузки диск не касается никаких деталей дисковода, кроме подставки и маховика, после чего его уже можно раскручивать.

На передней панели привода обычно расположены:

  • кнопка Eject для загрузки/выгрузки диска;
  • индикатор обращения к диску Busy (в некоторых моделях -Disk On/Busy, индикатор сигнализирует не только об обращении к диску, но также о том, что в приводе находится диск);
  • гнездо для подключения наушников с электронным или механическим регулятором громкости.

Для считывания информации с диска используется полупроводниковый лазер, излучающий в инфракрасном диапазоне длина волны составляет около 780 нм. Луч лазера, проходя через фокусирующую линзу, падает на отражающий слой. Отраженный луч регистрируется фотоприемником. По зарегистрированному сигналу определяется прохождение оптической головки над питами и промежутками диска, а также проверяется качество фокусировки пятна лазерного луча на поверхности диска и его ориентации по центру дорожки. На выходе фотоприемника получается цифровой поток бит, который декодируется c удалением дополнительных нулевых бит

. B результате этого получается битовый поток, который представляет собой исходный поток данных, кодированный по CIRC с добавленными субкодами. Поэтому далее производится отделение субкодовых каналов и CIRC-декодирование.

На этапе CIRC-декодирования обнаруживается и исправляется большая часть ошибок, вызванных дефектами при штамповке, неоднородностью материалов диска, царапинами на его поверхности, нечетким определением лита/промежутка в фотоприемнике и т.д. Полученный поток бит представляет собой полезную информацию, хранящуюся на диске.

DVD-технология

Развитие компьютеров и вычислительных систем позволило начать активное применение мощных алгоритмов сжатия, позволяющих вместить на один диск не час с четвертью, а от 5 до 10 часов музыки практически без потери качества. Однако для видеоиндустрии размер одного диска оказался маловат даже при использовании сжатия, да и компьютерные приложения уже переросли возможности накопителей на CD-дисках. Решить все эти проблемы была призвана DVD-технология.

В соответствии с этим был принят единый стандарт, названный DVD, или Digital Video Disc (впоследствии приняли расшифровку Digital Versatile Disc цифровой многоцелевой диск). Далее была опубликована первая версия спецификации для DVD-ROM и DVD-Video и принята схема защиты цифровой копии от несанкционированного тиражирования. В настоящее время существуют стандарты для DVD-Video, DVD-ROM, DVD-Audio.

Звуковое сопровождение на DVD поддерживается стандартами Mono, PCM Stereo, Dolby Surround (Prologic), Dolby Digital AC-3, THX, DTS. Звуковые стандарты Dolbv Digital AC-3, THX, DTS определяют шестиканальный звук, т.е. звуковое сопровождение по схеме: фронтальные колонки, центр, тыловые колонки и саббуффер. Обычно для обозначения шестиканального звука используется аббревиатура «5.1», что означает использование основных пяти источников звука и отдельно низкочастотного блока саббуффера. Dolby ProLogic и Doiby Digital АС-3 отличаются тем, что Dolby Digital АС-3 имеет шесть независимо записанных звуковых дорожек, a Dolby ProLogic лишь специальным образом обрабатывает стереосигнал и является имитацией шестиканального звука.

Таким образом, звук на DVD-дисках записывается в самых различных форматах, все они воспроизводят несколько независимых каналов пространственного компрессированного звука, создавая тем самым реалистичную картину происходящего. DVD-видео это цифровое видео, сжатое по алгоритму MPEG-2 и записанное на DVD-диск. Формат 25 кадров в секунду с разрешением 720 х 576 точек при глубине цвета 24-бит (PAL) или 30 кадров 720 х 480 х 24-бит (NTSC).

В несжатом виде это поток 3О МБайт в секунду, а двухчасовой фильм будет занимать более 100 гигабайт. DVD-диски имеют емкость от 4,7Gb до 17Gb в зависимости от типа. При этом меняется не плотность записи, а тип размещения информации. Диски бывают односторонние однослойные, односторонние двухслойные, двухсторонние однослойные и двухсторонние двухслойные. Кроме того, бывают комбинированные диски, у которых с одной стороны два слоя, а с другой один.

Способ хранения информации на DVD-ROM практически такой же, как и у CD-ROM: вдоль металлической подложки по спирали расположены канавки, составляющие так называемые треки. Эти канавки несут в себе информацию, которая считывается лучом лазера, преобразовывая канавки в единички и нули. Сама отражающая подложка покрыта защитным слоем пластика, предохраняющего диск от повреждения. Отличие DVD-диска от CD плотность записанной информации.

Так, например, односторонний и одноуровневый DVD-диск хранит приблизительно 4,7 Гбайт информации (технология DVD-5), а обычный CDдиск лишь 650 Мбайт. Был разработан новый полупроводниковый лазерный излучатель, использующий для работы меньшую длину волны (650-635 нм), чем лазер дисковода CD-ROM (780 нм). После этого расстояние между треками стало меньше, да и сами канавки на диске (хранители информации) значительно уменьшились в размерах.

Вслед за одноуровневыми дисками появились двухуровневые, вмещающие до 8,54 Гбайт информации. Здесь первый уровень находился под вторым, а считывание происходило путем фокусировки луча лазера по уровням (технология DVD-9). По технологии DVD-10 считывание происходит с двух сторон по одному уровню. Хранимый объем достиг 9,4 Гбайт. Двухуровневый DVD-18 обеспечивает хранение 17,08 Гбайт. Чтение происходит с двух сторон, каждая из которых имеет два уровня.

Существенными являются такие характеристики привода, как Access Time (время доступа), CPU Utilization (загрузка центрального процессора), Transfer Rate Inside/Outside (внутренняя и внешняя скорость передачи данных). Показатель Access Time (время доступа) отражает сумму среднего времени поиска, необходимую приводу DVD-ROM для позиционирования на нужный трек и среднего времени «запаздывания» (латентности), в течение которого диск подводится под нужный сектор для считывания. Соответственно, чем ниже значение Access Time, тем лучше. Показатель CPU Utilization (загрузка CPU) говорит о том, насколько DVD-ROM использует ресурсы процессора.

Скорость передачи данных характеризуется двумя показателями: внутренней (Inside) и внешней (outside) скоростью. Внутренняя скорость передачи представляет собой передачу между DVD-диском и внутренним буфером DVD-ROM непосредственно. Она определяется многими параметрами: качеством и плотностью записи, скоростью вращения и т. д. На эти параметры влияет конструктивная особенность привода. Внешняя же скорость передачи данных полностью зависит от используемого режима передачи.

Компьютерные сети

Распределенная обработка данных. Обобщенная структура компьютерной сети.

В современных условиях необходимы высокие скорости обработки информации, Удобные формы ее хранения и передачи, наличие динамичных способов обращения к информации, способов поиска данных в заданных временных интервалах, реализация сложных математических и логических функций обработки данных. В эпоху централизованного использования ЭВМ с пакетной обработкой информации пользователи вычислительной техники предпочитали приобретать компьютеры, на которых можно было бы решать почти все классы их задач.

Однако сложность решаемых задач обратно пропорциональна их количеству, что приводило к неэффективному использованию вычислительной мощности ЭВМ при значительных материальных затратах. При этом доступ к ресурсам компьютеров был затруднен из-за существующей политики централизации вычислительных средств в одном месте. Принцип централизованной обработки данных не отвечал высоким требованиям к надежности процесса обработки, затруднял развитие вычислительных систем и не мог обеспечить необходимые временные параметры при диалоговой обработке данных в многопользовательском режиме.

Появление малых ЭВМ, микроЭВМ и, наконец, персональных компьютеров потребовало нового подхода к организации систем обработки данных, к созданию новых информационных технологий. Возникло логически обоснованное требование перехода от использования отдельных ЭВМ в системах централизованной обработки данных к распределенной обработке данных. Распределенная обработка данных обработка данных, выполняемая на независимых, но связанных между собой компьютерах, представляющих распределенную систему.

Контрольная работа по информационным технологиям

Контрольная работа по информационным технологиям

Компьютерная (вычислительная) сеть совокупность компьютеров и терминалов, соединенных с помощью каналов связи в единую систему, удовлетворяющую требованиям распределенной обработки данных. В качестве системы выступает автономная совокупность, состоящая из одной или нескольких ЭВМ, программного обеспечения, периферийного оборудования, терминалов, средств передачи данных, физических процессов и операторов, способная осуществлять обработку информации и выполнять функции взаимодействия с другими системами. Компьютерные сети являются высшей формой многомашинных ассоциаций.

Основные характерные особенности компьютерной сети заключаются:

  1. в размерности Компьютерная сеть может состоять из десятков и даже сотен ЭВМ, расположенных на расстоянии друг от друга от нескольких метров до десятков, сотен и даже тысяч километров.
  2. в разделении функций между ЭВМ Функции обработки данных, передачи данных и управления системой в компьютерных сетях определены между различными ЭВМ.
  3. в необходимости маршрутизации сообщений в сети Сообщение от одной ЭВМ к другой в сети может быть передано по различным маршрутам в зависимости от состояния каналов связи, соединяющих ЭВМ друг с другом.

Объединение в один комплекс средств вычислительной техники, аппаратуры связи и каналов передачи данных предъявляет специфические требования со стороны каждого элемента многомашинной ассоциации, а также требует формирования специальной терминологии, которая приведена ниже.

Абоненты сети объекты, генерирующие или потребляющие информацию в сети. Абонентами сети могут быть отдельные ЭВМ, комплексы ЭВМ, терминалы, промышленные роботы, станки с числовым программным управлением и т.д. Любой абонент сети подключается к рабочей станции. Рабочая станция аппаратура, которая выполняет функции, связанные с передачей и приемом информации.

Совокупность абонента и рабочей станции принято называть абонентской системой. Для организации взаимодействия абонентов необходима физическая передающая среда. Физическая передающая среда линии связи или пространство, в котором распространяются электрические сигналы и аппаратура передачи данных. На базе физической передающей среды строится коммуникационная сеть, которая обеспечивает передачу информации между абонентскими системами.

Таким образом, любая компьютерная сеть рассматривается как совокупность абонентских систем и коммуникационной сети. Обобщенная структура компьютерной сети приведена на рисунке:

Контрольная работа по информационным технологиям

Классификация компьютерных сетей

В зависимости от территориального расположения абонентских систем вычислительные сети можно разделить на три основных класса:

  • глобальные сети (WАN Wide Аrеа Network);
  • региональные сети (MАN Metropolitan Аrеа Network);
  • локальные сети (LАN Lосаl Аrеа Network).

Глобальная вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в различных странах, на различных континентах. Взаимодействие между абонентами такой сети может осуществляться на базе телефонных линий связи, радиосвязи и систем спутниковой связи. Глобальные вычислительные сети позволят решить проблему объединения информационных ресурсов всех государств и организации доступа к этим ресурсам. Региональная вычислительная сеть связывает абонентов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга. Она может включать абонентов внутри большого города, экономического региона, отдельной страны.

Локальная вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в пределах небольшой территории. В настоящее время не существует четких ограничений на территориальный разброс абонентов локальной вычислительной сети. К классу локальных вычислительных сетей относятся сети отдельных предприятий, фирм, банков, офисов и т.д. Объединение глобальных, региональных и локальных вычислительных сетей позволяет создавать многосетевые иерархии. Они обеспечивают мощные, экономически целесообразные средства обработки огромных информационных массивов и доступ к неограниченным информационным ресурсам.

Компьютерная сеть Internet является наиболее популярной глобальной сетью. В ее состав входит множество свободно соединенных сетей. Внутри каждой сети, входящей в Internet, существуют конкретная структура связи и определенная дисциплина управления. Структура и методы соединений между различными сетями внутри Internet для конкретного пользователя не имеют никакого значения.

Персональные компьютеры, ставшие в настоящее время необходимым элементом любой системы управления, привели к научно-техническому прорыву в области создания локальных вычислительных сетей. Это, в свою очередь, вызвало необходимость в разработке новых информационных технологий

Контрольная работа по информационным технологиям

Аппаратные средства вычислительных сетей

Чтобы обеспечить передачу информации из ЭВМ в коммуникационную среду, необходимо согласовать сигналы внутреннего интерфейса ЭВМ с параметрами сигналов, передаваемых по каналам связи. При этом должно быть выполнено как физическое согласование (форма, амплитуда и длительность сигнала), так и кодовое.

Технические устройства, выполняющие функции сопряжения ЭВМ с каналами связи, называются сетевыми адаптерами (сетевыми платами). Один сетевой адаптер обеспечивает сопряжение с ЭВМ одного канала связи.

Кроме одноканальных адаптеров используются и многоканальные устройства сопряжения ЭВМ с несколькими каналами связи мультиплексоры передачи данных (мультиплексоры).

Мультиплексоры передачи данных использовались в системах телеобработки данных первом шаге на пути к созданию вычислительных сетей. В дальнейшем при появлении сетей со сложной конфигурацией и с большим количеством абонентских систем для реализации функций сопряжения стали применяться специальные связные процессоры.

Для передачи цифровой информации по каналу связи необходимо поток битов преобразовать в аналоговые сигналы, а при приеме информации из канала связи в ЭВМ выполнить обратное действие преобразовать аналоговые сигналы в поток битов, которые может обрабатывать ЭВМ. Такие преобразования осуществляет специальное устройство, выполняющее модуляцию и демодуляцию информационных сигналов при передаче их из ЭВМ в канал связи и при приеме в ЭВМ из канала связи (модем).

Наиболее дорогим компонентом вычислительной сети является канал связи. Поэтому при построении ряда вычислительных сетей стараются сэкономить на каналах связи, коммутируя несколько внутренних каналов связи на один внешний. Для выполнения функций коммутации нескольких каналов связи на один путем частотного разделения используются специальные устройства концентраторы.

В локальной вычислительной сети (ЛВС) физическая передающая среда представляет собой кабель ограниченной длины, при этом для увеличения протяженности сети используются повторители (устройства, обеспечивающее сохранение формы и амплитуды сигнала при передаче его на большее, чем предусмотрено данным типом физической передающей среды, расстояние). Существуют локальные и дистанционные повторители. Локальные повторители позволяют соединять фрагменты сетей, расположенные на расстоянии до 50 м, а дистанционные до 2000м.

Таким образом, стандартная вычислительная сеть на базе компьютеров состоит из следующих компонентов:

  • рабочей станции (персонального компьютера пользователя);
  • сервера (высокопроизводительного компьютера, ресурсы которого доступны для каждого абонента сети);
  • сетевого адаптера (им оснащен каждый компьютер сети);
  • сетевого кабеля (коаксиального, оптоволоконного, или в качестве сетевого кабеля используются телефонные линии);
  • совместно используемых периферийных устройств (жесткие диски большой емкости, принтеры, устройства резервного копирования, другие внешние устройства).

Для оценки качества коммуникационной сети используются следующие основные характеристики:

  • скорость передачи данных по каналу связи;
  • пропускная способность канала связи;
  • достоверность передаваемой информации (для вычислительных сетей 10-6 10-7 ошибок / знак);
  • надежность (среднее время безотказной работы).

Архитектура компьютерных сетей. Модель взаимодействия открытых систем

Процесс информационного обмена в локальных и глобальных сетях реализован с помощью модели взаимодействия открытых систем. Архитектура компьютерной сети подразумевает описание общей сетевой модели. Общая модель вычислительной сети определяет:

  1. характеристики сети в целом;
  2. характеристики и функции входящих в нее основных компонентов.

Наличие широкого круга производителей вычислительных сетей и сетевых программных продуктов выявило проблему объединения сетей различных архитектур. Для ее решения разработана модель взаимодействия открытых систем, служащая базой для производителей при разработке совместимого сетевого оборудования.

Модель представляет собой самые общие рекомендации для построения стандартов совместимых сетевых программных продуктов. Эти рекомендации должны быть реализованы как в аппаратуре, так и в программных средствах вычислительных сетей. Открытая система система, взаимодействующая с другими системами в соответствии с принятыми стандартами.

В настоящее время модель взаимодействия (взаимосвязи) открытых систем (ВОС) (OSI – Open System Interconnect) является наиболее популярной сетевой архитектурной моделью, она принята для описания общих принципов взаимодействия информационных систем в компьютерных сетях. Модель ВОС признана всеми международными организациями как основа для стандартизации протоколов информационных сетей.

В модели ВОС информационная сеть рассматривается как совокупность функций, которые делятся на группы, называемые уровнями. Разделение на уровни позволяет вносить изменения в средства реализации одного уровня без перестройки средств других уровней, что значительно упрощает и удешевляет модернизацию средств по мере развития технического обеспечения. Модель ВОС состоит из семи уровней:

7-й уровень – прикладной (application) обеспечивает поддержку прикладных процессов конечных пользователей. Этот уровень определяет круг прикладных задач, реализуемых в данной вычислительной сети. Он также содержит все необходимые элементы сервиса для прикладных программ пользователя.

На прикладной уровень могут быть вынесены некоторые задачи сетевой операционной системы. Этот уровень включает средства управления прикладными процессами, процессы могут объединяться для выполнения поставленных заданий и обмениваться между собой данными. На прикладном уровне определяются и оформляются в блоки те данные, которые подлежат передаче по сети. Прикладной уровень реализуется программным обеспечением, базирующимся на протоколах нижних уровней.

6-й уровень представительный (presentation) определяет синтаксис данных в модели, т.е. представление данных. Он гарантирует представление данных в кодах и форматах, принятых в данной системе. В некоторых системах этот уровень может быть объединен с прикладным уровнем. На этом уровне реализуются функции представления данных (кодирование, форматирование, структурирование).

5-й уровень сеансовый (session) реализует установление и поддержку сеанса связи между двумя абонентами через коммуникационную сеть. Он позволяет производить обмен данными в режиме, определенном прикладной программой, или предоставляет возможность выбора режима обмена. Сеансовый уровень поддерживает и завершает сеанс связи. На этом уровне определяются: тип связи, начало и окончание заданий, последовательность и режим обмена запросами и ответами взаимодействующих по сети абонентов. Три верхних уровня объединяются под общим названием прикладной процесс. Эти уровни определяют функциональные особенности вычислительной сети как прикладной системы.

4-й уровень транспортный (transport) – обеспечивает интерфейс между процессами и сетью. Он предназначен для управления сквозными каналами в сети передачи данных; на этом уровне обеспечивается связь между оконечными пунктами (в отличие от сетевого уровня, на котором обеспечивается передача данных через промежуточные компоненты сети). К функциям транспортного уровня относятся мультиплексирование и демультиплексирование (сборка-разборка пакетов), обнаружение и устранение ошибок в передаче данных, реализация заказанного уровня услуг (например, скорости и надежности передачи).

3-й уровень сетевой (network) определяет интерфейс оборудования данных пользователя с сетью коммутации пакетов. Он также отвечает за маршрутизацию пакетов в коммуникационной сети и за связь между сетями — реализует межсетевое взаимодействие. Пакет группа байтов, передаваемых абонентами сети друг другу. На этом уровне происходит формирование пакетов по правилам тех промежуточных сетей, через которые проходит исходный пакет, и маршрутизация пакетов, т.е. определение и реализация маршрутов, по которым передаются пакеты. Также на этом уровне выполняется функция контроля нагрузки на сеть с целью предотвращения перегрузок, негативно влияющих на работу сети.

2-й уровень канальный (link) уровень звена данных обеспечивает управление потоком данных в виде кадров, в которые упаковываются информационные пакеты, обнаруживает ошибки передачи и реализует алгоритм восстановления информации в случае обнаружения сбоев или потерь данных.

1-й уровень физический (physical) выполняет все необходимые процедуры в канале связи. Его основная задача управление аппаратурой передачи данных и подключенным к ней каналом связи. На физическом уровне осуществляется представление информации в виде электрических или оптических сигналов, преобразование формы сигналов, выбор параметров физических сред передачи данных.

Перемещение данных при информационном обмене по сети начинается на верхнем уровне и идет вниз по всем уровням модели. При передаче информации от прикладного процесса в сеть происходит ее обработка уровнями модели взаимодействия открытых систем. Смысл этой обработки заключается в том, что каждый уровень добавляет к информации процесса свой заголовок служебную информацию, которая необходима для адресации сообщений и для некоторых контрольных функций.

Канальный уровень кроме заголовка добавляет еще и концевик контрольную последовательность, которая используется для проверки правильности приема сообщения из коммуникационной сети. Физический уровень заголовка не добавляет. Сообщение, обрамленное заголовками и концевиком, уходит в коммуникационную сеть и поступает на абонентские ЭВМ вычислительной сети. Каждая абонентская ЭВМ, принявшая сообщение, дешифрирует адреса и определяет, предназначено ли ей данное сообщение.

При этом в абонентской ЭВМ происходит обратный процесс чтение и отсечение заголовков уровнями модели взаимодействия открытых систем. Каждый уровень реагирует только на свой заголовок. Заголовки верхних уровней нижними уровнями не воспринимаются и не изменяются. Таким образом, перемещаясь по уровням модели ВОС, информация поступает к процессу, которому она адресована.

Достоинство семиуровневой модели ВОС

В процессе развития и совершенствования любой системы возникает потребность изменять ее отдельные компоненты. Иногда это вызывает необходимость изменять и другие компоненты, что существенно усложняет и затрудняет процесс модернизации системы. Здесь и проявляются преимущества семиуровневой модели. Если между уровнями определены однозначно интерфейсы, то изменение одного из уровней не влечет за собой необходимости внесения изменений в другие уровни. Таким образом, существует относительная независимость уровней друг от друга. Необходимо отметить одно обстоятельство относительно реализации уровней модели ВОС в реальных вычислительных сетях.

Функции, описываемые уровнями модели, должны быть реализованы либо в аппаратуре, либо в виде программ. Функции физического уровня всегда реализуются в аппаратуре. Это адаптеры, мультиплексоры передачи данных, сетевые платы и т.д. Функции остальных уровней реализуются в виде программных модулей драйверов. Для того чтобы учесть требования физической передающей среды, используемой в локальной вычислительной сети, была произведенанекоторая модернизация семиуровневой модели взаимодействия открытых систем для локальных вычислительных сетей.

Необходимость такой модернизации была вызвана тем, что для организации взаимодействия абонентских ЭВМ в локальной вычислительной сети используются специальные методы доступа к физической передающей среде. При обмене информацией в сети каждый уровень модели ВОС реагирует на свой заголовок, тем самым происходит взаимодействие между одноименными уровнями модели в различных абонентских ЭВМ. Такое взаимодействие выполняется по определенным правилам. Протокол набор правил, определяющий взаимодействие двух одноименных уровней модели взаимодействия открытых систем в различных абонентских ЭВМ.

Правила и последовательность выполнения действий при обмене информацией, определенные протоколом, должны быть реализованы в программе. Обычно функции протоколов различных уровней реализуются в драйверах для различных вычислительных сетей. В соответствии с семиуровневой структурой модели ВОС обосновывается необходимость существования протоколов для каждого уровня. Концепция открытых систем предусматривает разработку стандартов для протоколов различных уровней.

Легче всего поддаются стандартизации протоколы трех нижних уровней модели архитектуры открытых систем, так как они определяют действия и процедуры, свойственные для вычислительных сетей любого класса.

Труднее всего стандартизовать протоколы верхних уровней, особенно прикладного, из-за множественности прикладных задач и в ряде случаев их уникальности. Если по типам структур, методам доступа к физической передающей среде, используемым сетевым технологиям и некоторым другим особенностям можно насчитать примерно десяток различных моделей вычислительных сетей, то по их функциональному назначению пределов не существует.

Локальные сети

Особенности организации локальных сетей С точки зрения предоставления информационных и вычислительных ресурсов подключенным к ней пользователям локальную вычислительную сеть можно рассматривать как совокупность серверов и рабочих станций. Сервер компьютер, подключенный к сети и обеспечивающий ее пользователей определенными услугами.

Серверы могут осуществлять хранение данных, управление базами данных, удаленную обработку заданий, печать заданий и ряд других функций, потребность в которых может возникнуть у пользователей сети. Рабочая станция персональный компьютер, подключенный к сети, через который пользователь получает доступ к ее ресурсам. Как уже отмечалось, компьютерные сети реализуют распределенную обработку данных, в этом случае обработка информации распределена между двумя объектами: клиентом и сервером. Клиентом является задача, рабочая станция или пользователь компьютерной сети.

В процессе обработки данных клиент может сформировать запрос на сервер для выполнения сложных процедур, чтение файла, поиск информации в базе данных и т. д. Клиент обрабатывает полученные данные и представляет результаты обработки в виде, удобном для пользователя. Обработка данных может быть выполнена и на сервере. Для подобных систем приняты термины системы клиент-сервер или архитектура клиент-сервер. Архитектура клиент-сервер может использоваться как в одноранговых локальных вычислительных сетях, так и в сети с выделенным сервером.

Одноранговая сеть. В такой сети нет единого центра управления взаимодействием рабочих станций и нет единого устройства для хранения данных. Сетевая операционная система распределена по всем рабочим станциям. Каждая станция сети может выполнять функции как клиента, так и сервера. Она может обслуживать запросы от других рабочих станций и направлять свои запросы на обслуживание в сеть. Пользователю сети доступны все устройства, подключенные к другим станциям (диски, принтеры). Д

остоинства одноранговых сетей: низкая стоимость и высокая надежность.

Недостатки одноранговых сетей:

  • зависимость эффективности работы сети от количества станций;
  • сложность управления сетью;
  • сложность обеспечения защиты информации;
  • трудности обновления и изменения программного обеспечения станций.

Сеть с выделенным сервером. В сети с выделенным сервером один из компьютеров выполняет функции хранения данных, предназначенных для использования всеми рабочими станциями, управления взаимодействием между рабочими станциями и ряд сервисных '"функций. Такой компьютер обычно называют сервером сети. На нем устанавливается сетевая операционная система, к нему подключаются все разделяемые внешние устройства жесткие диски, принтеры и модемы. Взаимодействие между рабочими станциями в сети, как правило, осуществляется через сервер.

Достоинства сети с выделенным сервером:

  • надежная система защиты информации;
  • высокое быстродействие;
  • отсутствие ограничений на число рабочих станций;
  • простота управления по сравнению с одноранговыми сетями.

Недостатки сети с выделенным сервером:

  • высокая стоимость из-за выделения одного компьютера под сервер;
  • зависимость быстродействия и надежности сети от сервера;
  • меньшая гибкость по сравнению с одноранговой сетью.

Сети с выделенным сервером являются наиболее распространенными у пользователей компьютерных сетей. 5. Типовые топологии и методы доступа к передающей среде Физическая передающая среда локальных сетей Физическая среда обеспечивает перенос информации между абонентами вычислительной сети. Физическая передающая среда локальных сетей (ЛС) представлена тремя типами кабелей: витая пара проводов, коаксиальный кабель, оптоволоконный кабель.

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

Основной недостаток витой пары плохая помехозащищенность и низкая скорость передачи информации 0,25 1 Мбит/с. Технологические усовершенствования позволяют повысить скорость передачи и помехозащищенность (экранированная витая пара), но при этом возрастает стоимость этого типа передающей среды. Коаксиалъный кабель по сравнению с витой парой обладает более высокой механической прочностью, помехозащищенностью и обеспечивает скорость передачи информации до 10-50 Мбит/с. Для промышленного использования выпускаются два типа коаксиальных кабелей: толстый и тонкий. Т

олстый кабель более прочен и передает сигналы нужной амплитуды на большее расстояние, чем тонкий. В то же время тонкий кабель значительно дешевле. Коаксиальный кабель так же, как и витая пара, является одним из популярных типов передающей среды для ЛС. Оптоволоконный кабель — идеальная передающая среда. Он не подвержен действию электромагнитных полей и сам практически не имеет излучения. Последнее свойство позволяет использовать его в сетях, требующих повышенной секретности информации.

Скорость передачи информации по оптоволоконному кабелю более 50 Мбит/с. По сравнению с предыдущими типами передающей среды он более дорог, менее технологичен в эксплуатации.

Основные топологии локальных сетей

Топология ЛС это усредненная геометрическая схема соединений узлов сети. Топологии вычислительных сетей могут быть самыми различными, но для локальных вычислительных сетей основными являются три топологии: кольцевая, шинная, звездообразная. Любую компьютерную сеть можно рассматривать как совокупность узлов. Узел любое устройство, непосредственно подключенное к передающей среде сети. Топология усредняет схему соединений узлов сети. Так, и эллипс, и замкнутая кривая, и замкнутая ломаная линия относятся к кольцевой топологии, а незамкнутая ломаная линия к шинной.

Кольцевая топология предусматривает соединение узлов сети замкнутой кривой кабелем передающей среды. Выход одного узла сети соединяется со входом другого. Информация по кольцу передается от узла к узлу. Каждый промежуточный узел между передатчиком и приемником ретранслирует посланное сообщение. Принимающий узел распознает и получает только адресованные ему сообщения. Кольцевая топология является идеальной для сетей, занимающих сравнительно небольшое пространство. В ней отсутствует центральный узел, что повышает надежность сети. Ретрансляция информации позволяет использовать в качестве передающей среды любые типы кабелей. Последовательная дисциплина обслуживания узлов такой сети снижает ее быстродействие, а выход из строя одного из узлов нарушает целостность кольца и требует принятия специальных мер для сохранения тракта передачи информации.

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

Сети шинной топологии наиболее распространены в настоящее время. Следует отметить, что они имеют малую протяженность и не позволяют использовать различные типы кабеля в пределах одной сети Звездообразная топология базируется на концепции центрального узла, к которому подключаются периферийные узлы. Каждый периферийный узел имеет свою отдельную линию связи с центральным узлом. Вся информация передается через центральный узел, который ретранслирует, переключает и маршрутизирует информационные потоки в сети.

Звездообразная топология значительно упрощает взаимодействие узлов ЛС друг с другом, позволяет использовать более простые сетевые адаптеры. В то же время работоспособность ЛС со звездообразной топологией целиком зависит от центрального узла. В реальных вычислительных сетях могут использоваться более сложные топологии, представляющие в некоторых случаях сочетания рассмотренных. Для получения выхода на глобальные информационные ресурсы требуется подключение локальной вычислительной сети к сетям высокого уровня. 6. Объединения локальных сетей.

Причины объединения ЛС

Созданная на определенном этапе развития системы ЛС с течением времени перестает удовлетворять потребности всех пользователей, и тогда возникает необходимость расширения ее функциональных возможностей. Например, объединение внутри фирмы различных ЛС, появившихся в различных ее отделах и филиалах в разное время, хотя бы для организации обмена данными с другими вычислительными системами.

Проблема расширения конфигурации сети может быть решена как в пределах ограниченного пространства, так и с выходом во внешнюю среду. Стремление получить выход на определенные информационные ресурсы может потребовать подключения ЛС к сетям более высокого уровня. В самом простом варианте объединение ЛС необходимо для расширения сети в целом, но технические возможности существующей сети исчерпаны, новых абонентов подключить к ней нельзя. Тогда создается еще одна ЛС, которая объединяется с уже существующей.

Развитие компьютерных сетей происходит на принципах структурирования, при этом каждая сеть складывается из набора взаимосвязанных участков – структур. Каждая отдельная структура представляет собой несколько компьютеров с сетевыми адаптерами, соединенных с коммутатором. При необходимости развития к сети только добавляют новую структуру.

Задача соединения компьютерных сетей, созданных на основе различных стандартов, вызвала появление специального оборудования (мостов, маршрутизаторов, концентраторов и др.), осуществляющего такое взаимодействие.

Способы объединения ЛС

Мост. Самый простой вариант объединения ЛС объединение одинаковых сетей в пределах ограниченного пространства. Физическая передающая среда накладывает ограничения на длину сетевого кабеля. В пределах допустимой длины строится отрезок сети сетевой сегмент. Для объединения сетевых сегментов используются мосты. Мост устройство, соединяющее две сети, использующие одинаковые методы передачи данных Сети, которые объединяет мост, должны иметь одинаковые сетевые уровни модели взаимодействия открытых систем, нижние уровни могут иметь некоторые отличия. Для сети персональных компьютеров мост отдельная ЭВМ со специальным программным обеспечением и дополнительной аппаратурой. Мост может соединять сети разных топологий, но работающих под управлением однотипных сетевых операционных систем. Мосты могут быть локальными и удаленными.

Локальные мосты соединяют сети, расположенные на ограниченной территории в пределах уже существующей системы. Удаленные мосты соединяют сети, разнесенные территориально, с использованием внешних каналов связи и модемов. Локальные мосты, в свою очередь, разделяются на внутренние и внешние.

Внутренние мосты обычно располагаются на одной из ЭВМ данной сети и совмещают функцию моста с функцией абонентской ЭВМ. Расширение функций осуществляется путем установки дополнительной сетевой платы. Внешние мосты предусматривают использование для выполнения своих функций отдельной ЭВМ со специальным программным обеспечением.

Маршрутизатор (роутер). Сеть сложной конфигурации, представляющая собой соединение нескольких сетей, нуждается в специальном устройстве. Задача этого устройства отправить сообщение адресату в нужную сеть. Называется такое устройство маршрутизатором. Маршрутизатор, или роутер, устройство, соединяющее сети разного типа, но использующее одну операционную систему. Маршрутизатор выполняет свои функции на сетевом уровне, поэтому он зависит от протоколов обмена данными, но не зависит от типа сети.

С помощью двух адресов адреса сети и адреса узла маршрутизатор однозначно выбирает определенную станцию сети. Маршрутизатор также может выбрать наилучший путь для передачи сообщения абоненту сети, фильтрует информацию, проходящую через него, направляя в одну из сетей только ту информацию, которая ей адресована. Кроме того, маршрутизатор обеспечивает балансировку нагрузки в сети, перенаправляя потоки сообщений по свободным каналам связи.

Шлюз. Для объединения ЛС совершенно различных типов, работающих по существенно отличающимся друг от друга протоколам, предусмотрены специальные устройства шлюзы. Шлюз устройство, позволяющее организовать обмен данными между двумя сетями, использующими различные протоколы взаимодействия. Шлюз осуществляет свои функции на уровнях выше сетевого. Он не зависит от используемой передающей среды, но зависит от используемых протоколов обмена данными. Обычно шлюз выполняет преобразование между двумя протоколами.

С помощью шлюзов можно подключить локальную вычислительную сеть к главному компьютеру, а также локальную сеть подключить к глобальной сети. Мосты, маршрутизаторы и даже шлюзы конструктивно выполняются в виде плат, которые устанавливаются в компьютерах. Свои функции они могут выполнять как в режиме полного выделения функций, так и в режиме совмещения их с функциями рабочей станции вычислительной сети.

Глобальная сеть INTERNET

Структура сети INTERNET

Логическая структура Internet представляет собой виртуальное объединение, имеющее свое собственное информационное пространство. Internet обеспечивает обмен информацией между всеми компьютерами, которые входят в сети, подключенные к ней. Тип компьютера и используемая им операционная система, значения не имеют. Internet предоставляет в распоряжение |своих пользователей множество всевозможных ресурсов.

Основные ячейки Internet локальные вычислительные сети. Это значит, что Internet не просто устанавливает связь между отдельными компьютерами, а создает пути соединения для более крупных единиц групп компьютеров Если некоторая локальная сеть непосредственно подключена к Internet, то каждая рабочая станция этой сети также может подключаться к Internet.

Существуют также компьютеры, самостоятельно подключенные к Internet. Они называются хост-компьютерами (host хозяин). Каждый подключенный к сети компьютер имеет свой адрес, по которому его может найти абонент из любой сети. Важной особенностью сети Internet является то, что она, объединяя различные сети, не создает при этом никакой иерархии все компьютеры, подключенные к сети, равноправны.

Система адресации в сети INTERNET

Сеть Internet самостоятельно осуществляет передачу данных. К адресам станции предъявляются специальные требования. Адрес должен иметь формат, позволяющий вести его обработку автоматически, и должен нести некоторую информацию о своем владельце. С этой целью для каждого "компьютера устанавливаются два адреса: цифровой IP-адрес (IP Internetwork Protocol межсетевой протокол) и доменный адрес. Оба эти адреса могут применяться равноценно. Цифровой адрес удобен для обработки на компьютере, а доменный адрес для восприятия пользователем.

Цифровой адрес имеет длину 32 бита. Для удобства он разделяется на четыре блока по 8 бит, которые можно записать в десятичном виде. Адрес содержит полную информацию, необходимую для идентификации компьютера. Два блока определяют адрес сети, а два другие адрес компьютера внутри этой ceти. Существует определенное правило для установления границы между этими адресами.

IР-адрес включает в себя три компонента: адрес сети, адрес подсети, адрес компьютера в подсети. Например, в двоичном коде цифровой адрес записывается следующим образом: 10000000001011010000100110001000. В десятичном коде он имеет вид: 192.45.9.200. Адрес сети 192.45; адрес подсети 9; адрес компьютера 200.

Доменный адрес определяет область, представляющую ряд хосткомпьютеров. В отличие от цифрового адреса он читается в обратном порядке. Вначале идет имя компьютера, затем имя сети, в которой он находится. Чтобы абонентам Internet можно было достаточно просто связаться друг с другом, все пространство ее адресов разделяется на области домены. Возможно также разделение по определенным признакам и внутри доменов.

В системе адресов Internet приняты домены, представленные географическими регионами. Они имеют имя, состоящее из двух букв. Например, географические домены некоторых стран: Франция fr; Канада са; США us; Россия ru.

Существуют также домены, разделенные по тематическим признакам. Такие домены имеют трехбуквенное сокращенное название. Например, учебные заведения edu., правительственные учреждения gov., коммерческие организации com. Компьютерное имя включает, как минимум, два уровня доменов. Каждый уровень отделяется от другого точкой. Слева от домена верхнего уровня располагаются другие имена. Все имена, находящиеся слева, поддомены для общего домена.

Для пользователей Internet адресами могут быть просто их регистрационные имена на компьютере, подключенном к сети. За именем следует знак @. Все это слева присоединяется к имени компьютера. В Internet могут использоваться не только имена отдельных людей, но и имена групп. Для обработки пути поиска в доменах имеются специальные серверы имен. Они преобразовывают доменное имя в соответствующий цифровой адрес. Л

окальный сервер передает запрос на глобальный сервер, имеющий связь с другими локальными серверами имен. Поэтому пользователю просто нет никакой необходимости знать цифровые адреса. Таким образом, для выхода в Internet пользователю необходимо знать адрес домена, с которым требуется установить связь.

Способы организации передачи данных в сети INTERNET Электронная почта

Электронная почта (e-mail electronic mail) выполняет функции обычной почты. Она обеспечивает передачу сообщений из одного пункта в другой. Главным ее преимуществом является независимость от времени. Электронное письмо приходит сразу же после его отправления и хранится в почтовом ящике до получения адресатом. Кроме текста оно может содержать графические и звуковые файлы, а также двоичные файлы программы.

Электронные письма могут отправляться сразу по нескольким адресам. Пользователь Internet с помощью электронной почты получает доступ к различным услугам сети, так как основные сервисные программы Internet имеют интерфейс с ней. Суть такого подхода заключается в том, что на хосткомпьютер отправляется запрос в виде электронного письма. Текст письма содержит набор стандартных формулировок, которые и обеспечивают доступ к нужным функциям. Такое сообщение воспринимается компьютером как команда и выполняется им.

Для работы с электронной почтой создано большое количество программ. Эти программы выполняют следующие функции:

  • подготовку текста;
  • чтение и сохранение корреспонденции;
  • удаление корреспонденции;
  • ввод адреса;
  • комментирование и пересылку корреспонденции;
  • импорт (прием и преобразование в нужный формат) других файлов.

При отправлении сообщений по электронной почте необходимо указывать в адресе не только имя хост-компьютера, но и имя абонента, которому сообщение предназначено. Формат адреса электронной почты должен иметь вид: имя пользователя@адрес хост-компьютера Для каждого пользователя на одном хост-компьютере может быть заведен свой каталог для получения сообщений по электронной почте.

WORLD-WIDE-WEB (Всемирная информационная сеть) WWW является одной из самых популярных информационных служб Internet. Две основные особенности отличают WWW: использование гипертекста и возможность клиентов взаимодействовать с другими приложениями Internet.

Гипертекст текст, содержащий в себе связи с другими текстами, графической, видео или звуковой информацией. Внутри гипертекстового документа некоторые фрагменты текста четко выделены. Указание на них с помощью, например, мыши позволяет перейти на другую часть этого же документа, на другой документ в этом же компьютере или даже на документы на любом другом компьютере, подключенном к сети Internet.

Все серверы WWW используют специальный язык HTML (Hypertext Markup Language язык разметки гипертекста).

HTML-документы представляют собой текстовые файлы, в которые встроены специальные команды. Связь между гипертекстовыми документами осуществляется с помощью ключевых слов. Найдя ключевое слово, пользователь может перейти в другой документ, чтобы получить дополнительную информацию. Новый документ также будет иметь гипертекстовые ссылки.

Так как создание собственного сервера WWW является сложным и дорогостоящим, то многие пользователи сети Internet могут размещать свою информацию на уже существующих серверах.

Требования, предъявляемые к компьютерным сетям

Главным требованием, предъявляемым к компьютерным сетям, является выполнение сетью её основной функции – обеспечение пользователю возможности доступа к ресурсам всех компьютеров, объединенных в сеть.

Качество работы в сети характеризуют следующие свойства:

  1. Производительность
  2. Надежность и безопасность
  3. Совместимость
  4. Управляемость
  5. Расширяемость
  6. Масштабируемость

Независимо от выбранного показателя качества существует 2 подхода к обеспечению качества обслуживания сети:

  1. Сеть гарантирует пользователю соблюдение некоторой числовой величины качества обслуживания.
  2. Сеть обслуживает пользователей в соответствии с их приоритетами.

Качество обслуживания в этом случае не гарантируется, а гарантируется только уровень привилегий пользователя. Производительность К основным характеристикам производительности сети относится:

  1. Время реакции. Определяется как время между возникновением запроса к какому-либо сервису и получением ответа на него.
  2. Пропускная способность, которая отражает объем данных переданных сетью в единицу времени.
  3. Задержка передачи представляет собой интервал времени между моментом поступления пакета информации на вход какого-либо сетевого устройства и моментом его появления на выходе этого устройства.

Значение показателя времени реакции зависит от типа сетевой службы, к которой обращается пользователь, типа сервера, а также от текущего состояния элементов сети. Время реакции складывается из нескольких составляющих:

  1. Время подготовки запросов пользователем.
  2. Время передачи запросов между клиентом и сервером через сегменты сети и промежуточное коммуникационное оборудование.
  3. Время обработки запросов на сервере.
  4. Время передачи ответов от сервера к клиенту.
  5. Время обработки полученных ответов от сервера на компьютере клиента.

Пропускная способность непосредственно характеризует выполнение процесса транспортировки сообщения (Мбайт/ сек, пакет/сек), она может быть : мгновенной, максимальной и средней. Средняя пропускная способность вычисляется путем деления общего объема переданных данных на время их передачи (сутки, неделя), при этом выбирается большой промежуток времени. Мгновенная пропускная способность отличается от средней тем, что выбирается достаточно маленький промежуток времени (10 миллисекунд или 1 секунда).

Максимальная пропускная способность – это наибольшая мгновенная пропускная способность, зафиксированная в течение периода наблюдения. Задержка передачи характеризует только сетевые этапы обработки данных без задержки обработки компьютерами сети. Обычно время задержки составляет десятые доли секунды.

Надежность и безопасность

Для оценки надежности сетей используются следующие характеристики:

  1. Коэффициент готовности означает долю времени, в течение которого система может быть использована.
  2. Безопасность, т.е. способность системы защитить данные от несанкционированного доступа. В распределенной системе это сделать гораздо сложнее, чем в централизованной.
  3. Отказоустойчивость. Это способность системы работать в условиях отказа некоторых её элементов. Для того чтобы система была высоконадежной, она должна как минимум обладать высокой готовностью, но этого недостаточно, необходимо обеспечить сохранность данных и защиту их от искажения (резервные копии на серверах).

Одной из характеристик надежности является вероятность доставки пакета узлу без искажений. Наряду с этой характеристикой, могут использоваться другие показатели, например: вероятность потери пакета, вероятность искажения отдельного бита передаваемых данных, отношение потерянных пакетов к доставленным и др. В отказоустойчивой системе отказ одного из её элементов хотя и приводит к снижению качества работы, но система остается работоспособной.

Расширяемость и масштабируемость. Расширяемость – это возможность легкого добавления отдельных элементов сети (пользователей, рабочих станций, приложений и т.д.), наращивания длины сегментов сети и замены существующей аппаратуры более мощной. Сеть, обладающая высокой расширяемостью, как правило снижает свою производительность (плохая масштабируемость при хорошей расширяемости).

Масштабируемость это возможность наращивания числа узлов и элементов сети при сохранении производительности. Для обеспечения масштабируемости сети применяют дополнительное коммуникационное оборудование и специальным образом структурируют сеть. Высокой масштабируемостью обладает многосегментная сеть, построенная с использованием коммутаторов и маршрутизаторов и имеющая иерархическую структура связей.

Прозрачность

Прозрачность – это свойство сети скрывать от пользователя детали своего внутреннего устройства, упрощая тем самым его работу. Прозрачность достигается на 2 уровнях: на уровне пользователя на уровне приложения На уровне пользователя прозрачность заключается в том, что для работы с удаленными ресурсами пользователь использует те же команды, что и для работы с локальными ресурсами. На уровне приложения прозрачность заключается в том, что приложению для доступа к удаленным ресурсам требуются те же вызовы, что и для доступа к локальным ресурсам.

Прозрачность на уровне приложения требует сокрытия всех деталей распределенности средствами сетевой операционной системы. Таким образом, сеть должна скрывать все особенности операционной системы и различия в типах компьютеров. Поддержка разных видов трафика Трафик, создаваемый службой компьютерных сетей, имеет свои особенности и существенно отличается от трафика сообщений в телефонных сетях или в сетях кабельного телевидения.

Главной особенностью трафика в компьютерных сетях является наличие высоких требований к синхронности передаваемых сообщений, он является мультимедийным (осущ. передача голоса и изображения). В настоящее время в простых локальных сетях существует проблема обеспечения мультимедийного трафика.

Управляемость

Управляемость сети – это возможность централизованно контролировать состояние основных элементов сети, выявлять и разрешать проблемы, возникающие при работе сети, выполнять анализ производительности и планировать развитие сети. Хорошая система управления наблюдает за сетью и, обнаружив проблему, активизирует определенное действие, исправляет ситуацию и уведомляет администратора о том, что произошло и какие шаги предприняты. Одновременно с этим система управления накапливает данные, на основании которых планируется развитие сети.

Функции системного управления сети:

  • конфигурирование
  • обработка ошибок
  • обеспечение безопасности данных
  • планирование сети: прогноз изменений требований пользователей, внедрение новых приложений и новых сетевых технологий и др. ,

Актуальность системы управления особенно проявляется в больших сетях (корпоративных или глобальных). В настоящее время имеется недостаток удобных и компактных средств управления сетью.

В настоящее время имеется недостаток удобных и компактных средств управления сетью. Большинство существующих средств не управляют за сетью, а лишь следят за ее работой. Они не выполняют активных действий, если с сетью что-то произошло или может произойти.

Совместимость

Совместимость (или интегрируемость) – это способность сети включать в себя разнообразное программное и аппаратное обеспечение (различные операционные системы, различные стеки коммуникационных протоколов, аппаратные средства и приложения от различных производителей). Интегрированная сеть это сеть, состоящая из разнотипных элементов и функционирующая без проблем. Основной путь построения интегрированных сетей это использование модулей, выполненных в соответствии с открытыми стандартами и спецификациями.