Архитектура персонального компьютера определяется совокупностью свойств, существенных для пользователя, и включающих в себя структуру компьютера и его функциональные возможности, которые можно разделить на основные и дополнительные. Основные функции определяют назначение ЭВМ, т.е. обработка, хранение информации и обмен информацией с внешними объектами. Дополнительные функции повышают эффективность выполнения основных функций: обеспечение эффективных режимов работы, диалога с пользователем, высокую надежность и т.п. Названные функции решаются с помощью компонентов архитектуры персонального компьютера - аппаратных и программных средств.
Структура компьютера - некоторая модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в нее компонентов.
Структура ПК представляет собой центральный системный блок , к которому через разъемы подключаются внешние устройства, клавиатура, позволяющая вводить символы в компьютер, и монитор для изображения текстовой и графической информации.
Системный блок состоит из:
n системной (материнской) платы на которой находится микропроцессор (CISC - с полным набором команд, RISC -с сокращенным набором команд, MISC -с минимальным набором команд, Фирмы Intel, AMD, Cyrix), предназначенный для управления работой всех блоков ПК и для выполнения арифметических и логических операций. Микропроцессоры отличаются друг от друга двумя характеристиками: типом (моделью) и тактовой частотой. Микропроцессор включает в себя:
устройства управления (подает во все блоки управляющие импульсы, получаемые от генератора тактовых импульсов, формирует адреса ячеек памяти);
арифметико-логического устройства, предназначенного для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией;
микропроцессорную память , которая строится на регистрах и обеспечивает высокое быстродействие ПК, интерфейсной системы МП для связи с другими устройствами
математический сопроцессор , предназначенного для ускоренного выполнения операций над числами с плавающей запятой;
n блока питания;
n генератора тактовых импульсов, генерирующего последовательность электрических импульсов, частота которых определяет тактовую частоту ПК. Тактовая частота является одной из основных характеристик ПК, определяет скорость его работы, т.к. каждая операция выполняется за определенное количество тактов. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (МГц) указывает, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор выполняет в одну секунду.
n системной шины, обеспечивающей сопряжение всех устройств ПК между собой и осуществляет обмен данных между МП и ОП, между МП и системой ввода-вывода, между ОП и системой ввода-вывода.
n микросхемы оперативной памяти (ОЗУ - RAM - память и ПЗУ - ROM - память, регистровая КЭШ память - сверхоперативная память, являющаяся буфером между ОП и МП.
Структурно ОП состоит из миллионов ячеек памяти емкостью 1 байт каждая. Емкость ОЗУ на 2 порядка превышает емкость ПЗУ.
n адаптеров клавиатуры, НЖМД и НГМД
n источника питания - блок, содержащего системы автономного и сетевого питания
n контроллера прерываний, осуществляющего временный останов работы одной программы в целях оперативного выполнения другой (приоритетной).
n таймера (внутримашинные электронные часы, обеспечивающие автоматический съем машинного времени);
n дисковод гибких дисков
n жесткий диск
n дисковод компакт-дисков CD-ROM
n разъемов для дополнительных устройств
n плат расширения с контроллерами - адаптерами внешних устройств
Внешние (периферийные) устройства:
n Устройства хранения данных
Жёсткие диски НЖМД
Гибкие магнитные диски НГМД
Компакт-диски СD-ROM
Стримеры
ZIP-накопители
Магнитооптические устройства
n Устройства ввода данных
Клавиатура (специальная клавиатура)
Манипуляторы (мышь, трекбол, пенмаус, инфракрасная мышь)
графические планшеты (дигитайзеры)
сканеры (ручные, планшетные, барабанные, сканеры форм, штрих-сканеры)
цифровые фотокамеры
n Устройства вывода данных
принтеры (матричные, лазерные, светодиодные, струйные)
видеомонитор (излучения: мягкое рентгеновское, ультрафиолетовое, радиоизлучение, электростатика; защитные фильтры: сеточные, пленочные, стеклянные)
графопостроитель (плоттеры)
стримеры
n Устройства связи и телекоммуникации
Многие устройства из перечисленных относятся к средствам мультимедиа, представляющими собой комплекс аппаратных и программных средств, позволяющих общаться с ПК, используя самые разные, естественные для пользователя среды: звук, видео, графику, тексты, анимацию и др.
Все устройства, входящие в состав современного компьютера, делятся на два класса - центральные устройства (прежде всего процессор и основная память) ивнешние устройства . Причем внешними устройства называют не по их размещению, а по функциям. Центральные устройства работают с информацией, представленной в специфической форме – в виде двоичных чисел. Основное назначение внешних устройств – организовать связь центральных устройств с окружающим миром, то есть преобразовать информацию из вида, понятного пользователю, во внутримашинное представление и наоборот. Кроме того, внешние устройства применяются для долговременного хранения больших объемов информации, для связи с другими ЭВМ и т.д.
Все внешние устройства можно разделить на четыре группы.
Устройства ввода информации : клавиатура, ручные манипуляторы ("мышь"), сканер, CD ROM и т.д.
Устройства вывода информации : видеосистема, принтер, графопостроитель и т.д.
Устройства хранения информации : внешние запоминающие устройства.
Устройства связи и передачи информации : модемы, сетевые платы (адаптеры) и т.д.
Общую схему вычислительного комплекса на базе персональной ЭВМ можно представить таким образом (рис. 1):
Рис. 1. Общая схема вычислительного комплекса
В России наибольшее распространение получили так называемые IBM-совместимые персональные компьютеры.
1.2. Центральные устройства компьютера
Рис. 2. Структура системной (материнской) платы
Центральный процессор – программно-управляемое электронное цифровое устройство, предназначенное для обработки различной информации, представленной в цифровом виде.
Основными функциями процессора являются:
Управление работой всего вычислительного комплекса.
Выполнение математических и логических действий с данными.
Осуществляя функции управления, процессор обеспечивает должное взаимодействие компонентов компьютерной системы друг с другом. Управление производится с помощью импульсных сигналов, посылаемых управляемым компонентам.
При выполнении вычислений и логических операций процессор настраивается на различные операции и непосредственно выполняет их.
IBM-совместимые компьютеры оснащаются микропроцессорами типа Intel или аналогичными. Современные компьютеры оснащены микропроцессорами модели Pentium.
Самый важный параметр конкретной модели процессора – тактовая частота, которая измеряется в единицах частоты (мегагерцах и гигагерцах). Этот показатель определяет скорость работы процессора и, следовательно, его производительность. Типичные значения тактовой частоты для некоторых процессоров приведены в таблице. Следует сказать, что увеличение порядкового номера процессора свидетельствует о росте его характеристик и, следовательно, об улучшении параметров компьютера в целом.
Основная память – электронное устройство, предназначенное для хранения информации. Основная память состоит из двух частей: оперативной памяти и постоянной памяти. Оперативная память предназначена для хранения информации, необходимой для текущего сеанса работы. Она обеспечивает как чтение, так и запись данных. Эта память являетсяэнергозависимой , т.к. её содержимое разрушается при выключении питания. Постоянная память обеспечивает только чтение данных. Содержимое этой части памяти постоянно и может быть изменено только специальными приёмами. Этоэнергонезависимая память и её содержимое не пропадает при отсутствии питания.К важнейшим характеристикам памяти относятся её ёмкость (объём) и время доступа. Ё мкость памяти - это количество входящих в неё адресуемых элементов (ячеек). Объём основной памяти компьютера во многом определяется потребностями пользователя и устанавливается, исходя из возможностей пользователя и класса решаемых им задач. Следует отметить, что небольшой объем памяти существенно замедляет прохождение задач, вплоть до полной невозможности их решения. Слишком большой объем памяти иметь нерационально, поскольку это увеличивает цену компьютера. Для большинства персональных компьютеров общего назначения в настоящее время объём памяти лежит в пределах 32 Мб256 Мб.Время доступа определяется как интервал времени между моментом возникновения запроса к памяти (с целью чтения или записи информации) и моментом, когда информация прочитана или записана. Типичное значение этой величины для современных микросхем памяти 4*10 -8 с0,5*10 -8 с.
Контроллеры внешних устройств представляют собой программно- управляемые электронные блоки для согласования (сопряжения) внешних и центральных устройств компьютера между собой. Необходимость использования контроллеров вызывается тем, что внешние устройства обычно нельзя непосредственно подключить к центральным. Одной из причин этого является то обстоятельство, что характер сигналов, вырабатываемых или воспринимаемых процессором, как правило, отличается от сигналов, формируемых или воспринимаемых соответствующим внешним устройством. Контроллер и обеспечивает согласование этих сигналов. Кроме того, поскольку контроллер является программно-управляемым средством, то при наличии соответствующего программного обеспечения один и тот же контроллер может обеспечить подключение к компьютеру разных типов внешних устройств. Использование контроллеров несколько усложняет конструкцию компьютера, но при этом возникает возможность легко наращивать его технические возможности.
Системная магистраль (общая шина) служит для передачи сигналов между элементами системной платы. Контроль занятости магистрали и управление прохождением сигналов по ней осуществляется устройством управления системной магистралью. Оно не разрешает обращение к шине в те моменты, когда она уже занята и «регулирует» движение информации по магистрали.
Порты компьютера служат для подключения внешних устройств к центральному блоку.
Для обеспечения максимальной производительности и корректной работы используют аппаратные и программные средства, которые очень связаны между собой и четко взаимодействуют в разных направлениях. Сейчас коснемся рассмотрения аппаратных средств, поскольку изначально именно они занимают главенствующее положение в обеспечении работоспособности любой компьютерной или даже мобильной системы.
Аппаратные средства систем: общая классификация
Итак, с чем же мы имеем дело? На самом деле комплекс аппаратных средств знаком всем и каждому. По сути, многие пользователи называют его компьютерным «железом». Действительно, аппаратные средства - это именно «железные», а не программные компоненты любой компьютерной системы. В самом простом варианте классификации они разделяются на внутренние и внешние.
Кроме того, в таком разделении можно выделить три основных и наиболее содержательных класса устройств:
- устройства ввода;
- устройства вывода;
- устройства хранения информации.
Естественно, отдельно стоит отметить и главные элементы компьютерных систем вроде материнской платы, процессора и т. д., не входящие ни в один из вышеперечисленных классов и являющиеся базовыми элементами, без которых ни один компьютер попросту работать не будет.
Базовые элементы компьютера
Описывая аппаратные средства любого компьютера, начать стоит с самого главного элемента - материнской платы, на которой расположены все внутренние элементы. И к ней же за счет применения разного рода разъемов и слотов подключаются внешние устройства.
Сегодня существует достаточно много разновидностей «материнок» и их производителей. Правда, такие платы для стационарных компьютеров и ноутбуков и по форме, и по расположению отдельных элементов могут различаться. Тем не менее суть их применения в компьютерных системах не меняется.
Второй по важности элемент - центральный процессор, который отвечает за быстродействие. Одной из главных характеристик является тактовая частота, выраженная в мега- или гигагерцах, а проще говоря, величина, определяющая, сколько элементарных операций может производить процессор за одну секунду. Нетрудно догадаться, что быстродействие есть не что иное, как отношение количества операций к числу тактов, которое необходимо для выполнения (вычисления) одной элементарной операции.
Аппаратные средства компьютера невозможно себе представить без планок оперативной памяти и жестких дисков, которые относятся к устройствам хранения. О них будет сказано несколько позже.
Программно-аппаратные средства
В современных компьютерах применяются и устройства гибридного типа, такие, например, как ПЗУ или постоянная энергонезависимая память CMOS, которая является основой базовой системы ввода/вывода, называемой BIOS.
Это не только «железный» чип, распложенный на материнской плате. В нем имеется собственная микропрограмма, позволяющая не только хранить неизменяемые данные, но и проводить тестирование внутренних компонентов и в момент включения компьютера. Наверное, многие владельцы стационарных ПК замечали, что в момент включения слышен сигнал системного динамика. Это как раз и свидетельствует о том, что проверка устройств прошла успешно.
Средства ввода информации
Теперь остановимся на устройствах ввода. На данный момент их разновидностей можно насчитать достаточно много, а судя по развитию IT-технологий, вскоре их станет еще больше. Тем не менее базовыми в этом списке принято считать следующие:
- клавиатура;
- мышь (трекпад для ноутбуков);
- джойстик;
- цифровая камера;
- микрофон;
- внешний сканер.
Каждое из этих устройств позволяет ввести разный тип информации. К примеру, с помощью сканера вводится графика, с помощью камеры - видеоизображение, на клавиатуре - текст и т. д. Однако и мышь, и трекпад в дополнение ко всему являются еще и контроллерами (манипуляторами).
Что касается клавиатуры, контролирующие функции в ней используются через кнопки или их сочетания. При этом можно получить и доступ к определенным функциям, параметрам и командам операционных систем или другого программного обеспечения.
Средства вывода информации
Аппаратные средства невозможно представить себе и без устройств вывода. В стандартном списке присутствуют следующие:
- монитор;
- принтер;
- плоттер;
- звуковая и видеосистема;
- мультимедийный проектор.
Здесь основным является компьютерный монитор или экран ноутбука. Понятно ведь, что при современных методах объектно-ориентированного программирования взаимодействие с пользователем осуществляется через графический интерфейс, хотя в равной степени такая ситуация применима и к системам, в которых предполагается ввод команд. В любом случае пользователь должен видеть то, что отображается на экране.
Что же касается остальных элементов, они желательны, хотя и не обязательны (ну разве что графический адаптер, без которого современные системы могут и не работать).
Средства хранения информации
Наконец, один и самых важных классов - устройства хранения информации. Их наличие, будь то внутренние компоненты или внешние носители, просто обязательно. К этому классу относят следующие разновидности:
- жесткий диск (винчестер);
- оперативная память;
- кэш-память;
- внешние накопители (дискеты, USB-устройства).
Иногда сюда включают также систему BIOS с CMOS-памятью, однако, как уже было сказано выше, это скорее гибридные устройства, которые можно отнести в равной степени к разным категориям.
Безусловно, главное место здесь занимают жесткие диски и «оперативка». Жесткий диск - это аппаратное средство информации (вернее, средство ее хранения), ведь на нем она хранится постоянно, а в оперативной памяти - временно (при запуске или функционировании программ, копировании содержимого в и т. д.).
При выключении компьютера оперативная память автоматически очищается, а вот информация с винчестера никуда не девается. В принципе, сейчас с винчестером конкурируют и съемные носители вроде USB-устройств большой емкости, а вот дискеты и оптические диски уходят в небытие хотя бы по причине их малой емкости и возможности физических повреждений.
Устройства связи
Необязательным классом, хотя в современном мире и очень востребованным, можно назвать и устройства, отвечающие за обеспечение связи как между отдельными компьютерными терминалами, связанными напрямую, так и в сетях (или даже на уровне выхода в Интернет). Здесь из основных устройств можно выделить такие:
- сетевые адаптеры;
- маршрутизаторы (модемы, роутеры и т. д.).
Как уже понятно, без них не обойтись при организации сетей (стационарных или виртуальных), при обеспечении доступа во Всемирную паутину. А ведь мало кто сегодня знает, что два компьютера, например, можно соединять посредством кабеля напрямую, как это делалось лет двадцать назад. Конечно, это выглядит несколько непрактично, тем не менее, забывать о такой возможности не стоит, особенно когда нужно копировать большие объемы информации, а подходящего носителя под рукой нет.
Устройства безопасности и защиты данных
Теперь еще об одном типе устройств. Это аппаратные средства защиты, к которым можно отнести, например, «железные» сетевые экраны, называемые еще файрволлами (firewall с английского - «огненная стена»).
Почему-то сегодня большинство юзеров привыкло, что файрволл (он же брэндмауэр) представляет собой исключительно Это не так. При организации сетей с повышенным уровнем безопасности применение таких компонентов не то что желательно, а иногда даже просто необходимо. Согласитесь, ведь программная часть не всегда справляется со своими функциями и может вовремя не отреагировать на вмешательство в работу сети извне, не говоря уже о доступе к хранящейся на жестких дисках компьютеров или серверов.
Взаимодействие программных и аппаратных средств
Итак, аппаратные средства мы вкратце рассмотрели. Теперь несколько слов о том, как они взаимодействуют с программными продуктами.
Согласитесь, у операционных систем, которые и обеспечивают доступ пользователя к вычислительным возможностям ПК, есть свои требования. Современные «операционки» пожирают столько ресурсов, что с устаревшими процессорами, в которых не хватает вычислительной мощности, или при отсутствии необходимого объема оперативной памяти они работать просто не будут. Это, кстати, в равной степени относится и к современным прикладным программам. И, конечно же, это далеко не единственный пример подобного взаимодействия.
Заключение
Напоследок стоит сказать, что аппаратная часть современного компьютера была рассмотрена достаточно кратко, однако сделать выводы о классификации основных элементов системы можно. Кроме того, стоит обратить внимание, что компьютерная техника развивается, а это ведет еще и к тому, что внешних и внутренних устройств разного типа появляется все больше (взять хотя бы виртуальные шлемы). Но что касается базовой конфигурации, в данном случае приведены самые главные компоненты, без которых сегодня невозможно существование ни одной компьютерной системы. Впрочем, здесь по понятным причинам не рассматривались мобильные девайсы, ведь у них устройство несколько отличается от компьютерных терминалов, хотя и имеется довольно много общего.
Информационная технология (ИТ) - совокупность средств и методов сбора, обработки и передачи данных (первичной информации) для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления (информационного продукта).
Цель информационной технологии - производство информации для ее анализа человеком и принятия на его основе решения по выполнению какого-либо действия.
Практическое приложение методов и средств обработки данных может быть различным, поэтому целесообразно выделить глобальную базовые и конкретные информационные технологии.
Глобальная информационная технология включает модели методы и средства, формализующие и позволяющие использовать информационные ресурсы общества.
Базовая информационная технология предназначена для определенной области применения (производство, научные исследования, обучение и т.д.).
Конкретные информационные технологии реализуют обработку данных при решении функциональных задач пользователей (например, задачи учета, планирования, анализа).
Как и все технологии, информационные технологии находятся в постоянном развитии и совершенствовании. Этому способствуют появление новых технических средств, разработка новых концепции, методов организации данных, их передачи, хранения и обработки, форм взаимодействия пользователей с техническими и другими компонентами информационно-вычислительных систем.
Расширение круга лиц, имеющих доступ к информационно-вычислительным ресурсам систем обработки данных, а также использование вычислительных сетей, объединяющих территориально удаленных друг от друга пользователей, особо остро ставят проблему обеспечения надежности данных и защиты их от несанкционированного доступа. В связи с этим современные информационные технологии базируются на концепции использования специальных аппаратных и программных средств, обеспечивающих защиту информации
Следующим шагом в совершенствовании информационных технологий, используемых в организационно-экономическом управлении, является расширение сферы применения баз знаний и соответствующих им систем искусственного интеллекта.
База знаний - важнейший элемент экспертной системы, создаваемой на рабочем месте специалиста управления. Она выступает в роли накопителя знаний в конкретной области профессиональной деятельности и помощника при проведении анализа экономической ситуации в процессе выработки и принятия управленческого решения.
Типы современных компьютеров.
Производители современных компьютеров предлагают достаточно широкую линейку разнообразных моделей компьютеров, которые отличаются между собой не только по производительности, но и по внешнему виду, размерах и назначению. Современные компьютеры бывают следующих типов: настольные, ноутбуки, нетбуки, карманные компьютеры, настольные миникомпьютеры, планшетные компьютеры и игровые приставки.
Настольные компьютеры (стационарные) обычно состоят трех отдельных блоков: монитор, клавиатура и системный блок. Для удобства управления может использоваться манипулятор мышь. В качестве дополнительных (периферийных) устройств к компьютеру могут подключаться: веб-камеры, принтеры, сканеры, колонки, плоттеры и другие устройства.
Настольные миникомпьютеры имеют системный блок меньшего размера.
Ноутбуки (портативные компьютеры) выполняются в виде плоских переносных устройств. Больше всего они подходят для тех людей, чья деятельность связана с постоянными перемещениями. Ноутбук представляет собой единый блок, состоящий из клавиатуры, экрана и системного блока. Высокая стоимость и сложность модернизации являются основными недостатками ноутбука.
Нетбуки по внешнему виду во многом схожи с ноутбуками, но имеют меньший размер и способны выполнять более узкий круг задач, что существенно снижает его стоимость. Этот тип компьютеров больше предназначен для работы в сети Интернет.
Планшетные компьютеры выполнены в виде плоского сенсорного экрана. Для управления планшетным компьютером необходим специальный карандаш - стилус. Карманные компьютеры (миникомпьютеры) имеют компактные размеры, что позволяет их носить в кармане обычных брюк. С помощью такого компьютера можно слушать музыку, смотреть видео, работать в сети Интернет и играть в игры. Высокая стоимость, небольшая мощность и невозможность работы с компьютерной графикой являются основными недостатками карманных компьютеров.
11. Персональный компьютер: назначение, архитектура. Основные устройства ПК, назначения, функции, характеристики.
Компьютер - это многофункциональное электронное устройство, предназначенное для накопления, обработки и передач» информации. Под архитектурой персонального компьютера понимается его логическая организация, структура и ресурсы, т. е. средства вычислительной системы, которые могут быть выделены процессу обработки данных на определенный интервал времени.
Принцип программного управления - программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.
Принцип однородности памяти - программы и иные хранятся в одной и той же памяти; над командами можно выполнять те же действия, что и над данными!
Принцип адресности - основная память структурно состоит из пронумерованных ячеек.
Архитектура компьютера определяет принцип действия, информационные связи и взаимное соединение сновных логических узлов компьютера, к которым относятся:
центральный процессор;
основная память;
внешняя память;
периферийные устройства.
Конструктивно персональные компьютеры выполнены в виде центрального системного блока, к которому через специальные разъемы присоединяются другие устройства. В состав системного блока входят все основные узлы компьютера:
системная плата;
блок питания;
накопитель на жестком магнитном диске;
накопитель на гибком магнитном диске;
накопитель на оптическом диске;
разъемы для дополнительных устройств.
На системной (материнской) плате в свою очередь размещаются:
микропроцессор;
математический сопроцессор;
генератор тактовых импульсов;
микросхемы памяти;
контроллеры внешних устройств;
звуковая и видеокарты;
Архитектура современных персональных компьютеров основана на магистрально-модульном принципе. Модульный принцип позволяет пользователю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация системы опирается на магистральный принцип обмена информацией. Все контроллеры устройств взаимодействуют с микропроцессором и оперативной памятью через системную магистраль передачи данных, называемую системной шиной. Системная шина выполняется в виде печатного мостика на материнской плате.
Микропроцессор - это центральный блок персонального компьютера, предназначенный для управления работой всех блоков машины и для выполнения арифметических и логических операций над информацией.
Системная шина является основной интерфейсной системой компьютера, обеспечивающей сопряжение и связь всех его устройств между собой. Системная шина обеспечивает три направления передачи информации:
между микропроцессором и основной памятью;
между микропроцессором и портами ввода-вывода внешних устройств;
между основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств.
Порты ввода-вывода всех устройств через соответствующие разъемы (слоты) подключаются к шине либо непосредственно, либо через специальные контроллеры (адаптеры).
Основная память предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с прочими блоками компьютера.
Внешняя память используется для долговременного хранения информации, которая может быть в дальнейшем использована для решения задач. Источник питания - это блок, содержащий системы автономного и сетевого питания компьютера.
Таймер - это внутримашинные электронные часы, обеспечивающие автоматический съем текущего момента времени. Таймер подключается к автономному источнику питания и при отключении компьютера от сети продолжает работать.
Внешние устройства компьютера обеспечивают взаимодействие машины с окружающей средой: пользователями, объектами управления и другими компьютерами.
Основными функциональными характеристиками персонального компьютера являются:
производительность, быстродействие, тактовая частота.
имеющееся программное обеспечение и вид операционной системы; тип видеомонитора и видеоадаптера;
К коммуникационным средствам относятся локальные сети. Локальная сеть (Local Area Network, LAN) представляет собой соединение нескольких PC с помощью соответствующего аппаратного и программного обеспечения. Слово «локальная» в этом названии означает, что все соединенные PC находятся, как правило, в одном здании или соседних зданиях. Кроме LAN, существуют и другие сети:
MAN (Metropolitan Area Network). В этой сети основой является соединение систем в пределах города. В качестве области ее применения можно представить компьютеризированную главную управляющую систему или управление информацией о жителях большого города.
WAN (Wide Area Network). В данном случае речь идет о сети, которая может соединять несколько стран.
GAN (Global Area Network) обозначает сеть, которая соединяет континенты.
Естественно, PC может работать в любой из этих сетей. Однако типичной областью его применения является именно локальная сеть. Благодаря открытой архитектуре сети компьютер имеет возможности для подключения в сеть.
Преимущества, которые получит пользователь от объединения в сеть нескольких компьютеров, следующие:
Распределение данных. Данные в сети хранятся на центральном PC и могут быть доступны для любого PC, подключенного к сети, поэтому не надо на каждом рабочем месте иметь накопители для хранения одной и той же информации.
Распределение ресурсов. Периферийные (чаще всего дорогие) устройства могут быть доступны для всех пользователей сети, например, факс или лазерный принтер.
Распределение программ. Все пользователи сети могут иметь доступ к программам, которые были один раз централизованно установлены. Конечно, при этом должна работать сетевая версия соответствующих программ.
Электронная почта. Все пользователи сети могут передавать или принимать сообщения.
На предприятии, имеющем сеть, включающую несколько сотен рабочих мест, должен быть специалист, который отвечает за функционирование всей сети. Такого специалиста называют сетевым администратором.
Для защиты информации в первую очередь необходимы устройства на случай выхода из строя промышленной электрической сети. Для этой цели молено использовать аппаратные средства, например устройство бесперебойного питания компьютера (UPS). Оно действует таким образом, что при падении напряжения питания сеть продолжает функционировать в течение времени, необходимого для организованного отключения от сети всех пользователей и выключения центрального компьютера без потери данных.
В качестве другой меры необходимо иметь в распоряжении дополнительный компьютер, который может заменить вышедший из строя сервер или рабочую станцию.
Так как обычно в сети циркулирует большое количество данных, то необходимо тщательно и планомерно заботиться о защите информации. Например, могут быть установлены дополнительные винчестеры (зеркальные), на которых дублируется информация, или накопители большой емкости (стримеры), с помощью которых обеспечивается планомерное копирование (архивирование) данных.
Кроме того, в сети каждый пользователь может иметь доступ ко всей информации, т.е. прочитать и изменить любые данные. Обычно это нежелательно, и не только из соображений безопасности.
Соответствующие действия пользователей сети регулируются определенными правами доступа, которые устанавливают, какому пользователю разрешено читать или записывать определенные данные. Для разграничения доступа, распределения ресурсов сети и обеспечения сохранности данных необходимо сетевое администрирование.
Способ соединения компьютеров в сети называется топологией. Поэтому прежде чем говорить об отдельных компонентах, мы хотим представить важнейшие топологии сетей.
Прежде всего следует запомнить, что файловый сервер (или просто сервер) - это центральный компьютер всей локальной сети, с которым тем или иным способом связаны рабочие станции (Workstations) - клиенты.
PC - PC (псевдосеть). Самым дешевым, хотя и неэффективным, решением для передачи данных является соединение двух PC через последовательный интерфейс (подобное соединение называют иногда псевдосетью). В этом случае кроме интерфейсов необходим только кабель, соединяющий PC. Этот кабель часто называют кабелем нуль-модема, поскольку связь между двумя PC осуществляется без использования устройства усиления и преобразования переданных и полученных данных.
Как уже упоминалось, существенным преимуществом последовательного интерфейса является то, что кабель для передачи данных может быть намного длиннее, чем для параллельного интерфейса, так как опасность потери данных гораздо меньше. Такой кабель нуль-модема может иметь длину более 100 м и позволяет без проблем соединить два PC.
Имеется целый ряд программ, разработанных для организации обмена данными. Самая известная - LapLink. Эта программа устанавливает связь между двумя PC как через параллельный интерфейс по специальному кабелю, так и через последовательный интерфейс.
Одноранговая сеть. Одноранговая сеть (рис. 7.1 ) не имеет центрального компьютера и работает без резервирования файлов. Некоторые аппаратные средства (винчестеры, приводы CD-ROM) и, прежде всего, дорогие периферийные устройства (сканеры, принтеры и др.), подключенные к отдельным PC, используются совместно на всех рабочих местах. Каждый пользователь одноранговой сети может определить права доступа другим пользователям к информации на своем PC. Механизмом ограничения прав пользователей является возможность блокировки доступа к дискам других периферийных устройств, подключенных к его компьютеру.
Чтобы установить такую сеть, необходимо несколько больше аппаратных средств, чем в случае с псевдосетью. Каждый PC сети должен быть оснащен сетевой картой, а все рабочие места должны соединяться друг с другом кабелями.
Если количество пользователей одноранговой сети превышает 10, ее работа замедляется. В этом случае нужно использовать более мощные PC.
Сеть типа клиент-сервер. Под сетью типа клиент-сервер понимают сеть, в центре которой находится мощный PC (называемый сервером или файловым сервером), соединенный с отдельными рабочими станциями (клиентами). Такое соединение компьютеров называют сетью типа клиент-сервер.
Отдельные рабочие станции используют ресурсы сервера, поэтому могут быть оснащены более скромно. Управление сетью, в смысле управления отдельными рабочими станциями, а также контроль за периферийными устройствами сети, такими как модемы, факсы и т. д., осуществляется специальным мощным сетевым программным обеспечением. Топология таких сетей может быть различной.
Топология «звезда». В сети с топологией «звезда» файловый сервер находится в центре (рис. 7.2 ). Сеть такого типа имеет свои достоинства:
Повреждение кабеля является проблемой для одного конкретного компьютера и в целом не сказывается на работе сети.
Просто выполняется подключение, так как рабочая станция должна соединяться только с сервером.
Надежный механизм защиты от несанкционированного доступа.
Высокая скорость передачи данных от рабочей станции к серверу.
Кроме достоинств, имеются и недостатки. Перечислим их:
Если географически сервер находится не в центре сети, то подключение к нему отдельных удаленных рабочих станций может быть затруднительным и дорогим.
В то время как передача данных от рабочей станции к серверу (и обратно) происходит быстро, скорость передачи данных между отдельными рабочими станциями мала.
Мощность всей сети зависит от возможностей сервера. Если он недостаточно оснащен или плохо сконфигурирован, то будет являться тормозом для всей системы.
Невозможна коммуникация между отдельными рабочими станциями без сервера.
Кольцевая топология. В этом случае все рабочие станции и сервер соединены друг с другом по кольцу, по которому посылаются данные и адрес получателя. Рабочие станции получают соответствующие данные, анализируя адрес посланного сообщения. Топология такой сети показана на рис. 7.3 .
Достоинства:
Так как информация постоянно циркулирует по кругу между последовательно соединенными PC, то существенно сокращается время доступа к этим данным.
Нет ограничений на длину всей сети, т.е. имеет значение только расстояние между отдельными компьютерами.
Недостатки:
Время передачи данных увеличивается пропорционально числу соединенных в кольцо компьютеров.
Каждая рабочая станция причастна к передаче данных. Выход из строя одной станции может парализовать всю сеть, если не используются специальные переходные соединения.
При подключении новых рабочих станций сеть должна быть кратковременно выключена.
Шинная топология. Такая сеть похожа на центральную линию, к которой подключены сервер и отдельные рабочие станции. Шинная топология получила широкое распространение, что, прежде всего, можно объяснить небольшими потребностями в кабеле и высокой скоростью передачи данных.
Для исключения затухания электрического информационного сигнала вследствие переотражений в линии связи такой сети на концах линии устанавливаются специальные заглушки, называемые терминаторами (рис. 7.4 ). Достоинства:
Небольшие затраты на кабели.
Рабочие станции в любой момент времени могут быть установлены или отключены без прерывания работы всей сети.
Рабочие станции могут коммутироваться друг с другом без помощи сервера.
Недостатки:
При обрыве кабеля выходит из строя весь участок сети от места разрыва.
Возможность несанкционированного подключения к сети, поскольку для увеличения числа рабочих станций нет необходимости в прерывании работы сети.
Основой для организации локальной сети являются обычные PC, подключаемые в сеть с помощью карты расширения.
PC, как правило, подключаются в сеть с помощью сетевой карты. Исключение составляет псевдосеть, где PC соединяются с помощью кабеля нуль-модема. Сетевая карта устанавливается в один из свободных слотов материнской платы.
Сетевые карты являются посредниками между PC и сетью и передают данные по системе шин к CPU и РАМ сервера или рабочей станции.
Сетевая карта оборудована собственным процессором и памятью, обычно имеющей объем 8-16 Кбайт.
Кабели. В сети данные циркулируют по кабелям, соединяющим отдельные компьютеры разными способами в зависимости от выбранной топологии сети.
Витая пара - это два изолированных скрученных медных провода. Реальный кабель состоит, как правило, не из одной, а из нескольких витых пар. Для Ethernet используется 8-жильный кабель, т.е. состоящий физически из 4 витых пар.
1-я пара - синий и белый с синими полосками;
2-я пара - оранжевый и белый с оранжевыми полосками;
3-я пара - зеленый и белый с зелеными полосками;
4-я пара - коричневый и белый с коричневыми полосками.
Коаксиальный кабель состоит из центрального проводника (одножильного или многожильного) и внешней экранирующей оплетки. Между ними находится внутренний изолирующий материал. Внешняя изоляция защищает от воздействия окружающей среды. Благодаря хорошей защищенности кабеля от помех с его помощью можно соединять устройства на расстоянии нескольких километров, причем скорость передачи данных составляет 5-10 Мбит/с.
Основной характеристикой коаксиального кабеля является величина волнового сопротивления. Для Ethernet применяют кабель с волновым сопротивлением 50 Ом.
Оптоволоконный кабель. Кабель, проводящий световые волны, известен как оптоволоконный.Он состоит из двух проводов, причем каждый из них может передавать данные только в одном направлении. Информационный сигнал, передаваемый по такому проводу, не подвержен влиянию электрических полей. В каждой оболочке находятся усиливающие волокна в виде слоев пластика.
Скорость передачи данных по оптоволоконному кабелю составляет несколько гигабит в секунду, причем длина кабеля практически не играет никакой роли. Первые проблемы начинаются при длине кабеля около 50 км, что для локальных сетей более чем достаточно. Но вместе с тем это и самый дорогой способ коммуникации, прежде всего он выгоден в области телеконференций.
Подключение компонентов сети. Создание сети на аппаратном уровне завершается соединением всех компонентов сети кабелем в соответствии с ее топологией.
Сеть на тонком Ethernet. После подсоединения всех отрезков кабеля с BNC-коннекторами к Т-коннекторам получится единый кабельный сегмент. На обоих его концах устанавливаются терминаторы (заглушки) (рис. 7.5 ).
Ethernet на витой паре допускает соединение компьютеров на скорости до 100 Мбит. Основным недостатком при данном построении сети является необходимость приобретения специального устройства хаба (англ. hub - накопитель, концентратор), если вы хотите объединить в сеть три и более PC.
Каждый PC должен быть подключен к нему с помощью сегмента кабеля (рис. 7.6 ). Длина каждого сегмента не должна превышать 100 м.
Хаб является центральным устройством в сети на витой паре, от него зависит работоспособность сети. Он подключается к сети электропитания.
Контрольные вопросы
1. Какой тип компьютерной сети используется для объединения устройств в пределах одного здания?
2. Какое устройство необходимо использовать в сети типа Ethernet на витой паре?
3. Какое устройство позволяет обмениваться информацией между PC через аналоговые каналы связи?
4. Какие типы кабелей используются в компьютерных сетях?
5. Какие типы топологий сетей вы знаете?
