4. Сама сборка компьютера

Часть 9

план:

1. Классификация информационно-вычислительных сетей.

2.Сети одноранговые и клиент-серверные.

3. Локальные вычислительные сети.

4.Архитектура вс

5.Способы и методы передачи данных.

 Классификация информационно-вычислительных сетей

Коммуникационная сеть - это система, состоящая из объектов (пунктов или узлов сети) и линий передачи (связей, коммуникаций, соединений). Пункты осуществляют функции генерации, преобразования, хранения и потребления продукта, а связи - передачу продукта между пунктами. В качестве продукта могут фигурировать информация, энергия, масса. Сети в этих случаях называются информационные, энергетические, вещественные. Отличительная особенность коммуникационной сети - большие расстояния между пунктами по сравнению с геометрическими размерами участков пространства, занимаемых пунктами. В группах сетей возможно разделение на подгруппы. Так, среди вещественных сетей могут быть выделены сети транспортные, водопроводные, производственные и др.

Информационная сеть - коммуникационная сеть, в которой в качестве продукта выступает информация.

Вычислительная сеть (ВС) - информационная сеть, в состав которой входят ЭВМ и периферийные устройства, являющиеся источниками и приемниками данных, передаваемых по сети. Эти компоненты составляют оконечное оборудование данных (ООД или DTE - Data Terminal Equipment). В качестве ООД могут выступать ЭВМ и другое вычислительное, измерительное и исполнительное оборудование автоматических и автоматизированных систем. Собственно пересылка данных происходит с помощью сред и средств, объединяемых под названием среда передачи данных.

Системы обработки данных (СОД) - комплекс технических и программных средств, предназначенных для автоматизации и централизации обработки данных.

Системы обработки данных классифицируются на две группы: сосредоточенные и распределенные. К сосредоточенным СОД относят отдельные ЭВМ, вычислительные комплексы и вычислительные системы; к распределенным - системы телеобработки, вычислительные сети и системы передачи данных (СПД).

Использование вычислительных сетей позволяет получить следующие результаты:

1. Сокращение затрат на поиск информации.

2. Доступ к общему программному обеспечению.

3. Получение значительных вычислительных мощностей (доступ к специальным процессорам, объединение вычислительных мощностей, входящих в сеть, и т.д.).

4. Доступ к памяти большой емкости, новые информационные технологии (сервис-интернет, дистанционное образование, банковские системы и т.д.).

Существует основные критерии оценки ВС и СПД:

• производительность и пропускная способность;

• стоимость оборудования и монтажа;

• технологичность обслуживания;

• надежность и достоверность передачи информации;

• информационные возможности.

В зависимости от расстояний между связываемыми узлами сети разделяются на территориальные и корпоративные.

Территориальные - сети, охватывающие значительное географическое пространство. Среди них можно выделить сети региональные и глобальные, имеющие соответственно региональные или глобальные масштабы; региональные сети иногда называют сетями MAN (Metropolitan Area Network), а общее англоязычное название для территориальных сетей - WAN (Wide Area Network):

• WAN (Wide Area Network) - глобальная сеть, покрывающая большие географические регионы, включающая как локальные сети, так и прочие телекоммуникационные сети и устройства. Пример WAN - сети с коммутацией пакетов (Frame Relay), через которую могут «разговаривать» между собой различные компьютерные сети.

• LAN (Local Aiea Network) - локальные сети, имеющие замкнутую инфраструктуру до выхода на поставщиков услуг. Термин «LAN» может описывать и маленькую офисную сеть, и сеть уровня большого завода, занимающего несколько сотен гектаров (до 10 км в радиусе).

Корпоративные (масштаба предприятия) - совокупность связанных между собой ЛВС (локально-вычислительных сетей), охватывающих территорию, на которой размещено одно предприятие или учреждение в одном или нескольких близко расположенных зданиях.

Особо выделяют единственную в своем роде глобальную (GAN) сеть Интернет.

По принадлежности различают ведомственные и государственные сети. Ведомственные принадлежат одной организации и располагаются на ее территории. Государственные - сети, используемые в государственных структурах.

По скорости передачи информации компьютерные сети делятся на:

• низкоскоростные (до 10 Мбит/с);

• среднескоростные (до 100 Мбит/с);

• высокоскоростные (свыше 100 Мбит/с). Для определения скорости передачи данных в сети широко используется единица бод (baud), измеряемая числом дискретных переходов или событий в секунду. Если каждое событие представляет собой 1 бит, бод эквивалентен 1 бит/с.

По типу среды передачи сети разделяются на:

• проводные: коаксиальные, на витой паре, оптоволоконные;

• беспроводные: с передачей информации по радиоканалам, в инфракрасном диапазоне.

В зависимости от способа управления различают сети:

• клиент-сервер - в них выделяется один или несколько узлов (серверов), выполняющих в сети управляющие или специальные обслуживающие функции, а остальные узлы (клиенты) являются терминальными, в них работают пользователи. Сети клиент-сервер различаются по характеру распределения функций между серверами, другими словами, по типам серверов (например, файл-серверы, серверы баз данных).

• одноранговые - в них все узлы равноправны; каждый узел в одноранговых сетях может выполнять функции и клиента, и сервера.

По типам используемых компьютеров и устройств различают сети однородные и неоднородные.

Однородные (гомогенные) - связываются однотипные ЭВМ и устройства, как правило, разработанные одной фирмой, имеющие одинаковые операционные системы и однотипный состав абонентских средств. Неоднородные (гетерогенные) - присутствуют средства и устройства, разработанные разными фирмами, но заложенные в них правила позволяют им бесконфликтно взаимодействовать и функционировать.

В зависимости от прав собственности на сети последние могут быть сетями общего пользования (public) или частными (private). Среди сетей общего пользования выделяют телефонные сети общего пользования (ТФОП, PSTN - Public Switched Telephone Network) и сети передачи данных (PSDN - Public Switched Data Network).

Сети также различают в зависимости от используемых в них протоколов и по способам коммутации.

Сети одноранговые и клиент-сервер

В зависимости от того, как распределены функции между компьютерами сети, они могут выступать в трех разных ролях:

1. Компьютер, занимающийся исключительно обслуживанием запросов других компьютеров, играет роль выделенного сервера сети.

2. Компьютер, обращающийся с запросами к ресурсам другой машины, играет роль узла-клиента.

3. Компьютер, совмещающий функции клиента и сервера, является одноранговым узлом. Сеть не может состоять только из клиентских или только из серверных узлов.

В соответствии с указанными ролями сеть может быть построена по одной из трех схем:

• сеть на основе одноранговых узлов - одноранговая сеть;

• сеть на основе клиентов и серверов - сеть с выделенными серверами;

• сеть, включающая узлы всех типов, - гибридная сеть.

Одноранговые сети.(10-20 компьютеров) В таких сетях все компьютеры равны в возможностях доступа к ресурсам друг друга. Каждый компьютер может одновременно являться и сервером и клиентом сети, хотя допустимо назначение одного компьютера только сервером, а другого только клиентом. В такой конфигурации одноранговые сети становятся похожими на сети с выделенными серверами, но в одноранговых сетях отсутствует специализация ОС в зависимости от того, какую роль играет компьютер - клиента или сервера. Изменение роли компьютера в одноранговой сети достигается за счет того, что функции серверной или клиентской части не используются.

Одноранговые сетевые ОС характеризуются простотой установки и относительной дешевизной.

Достоинством одноранговых сетей является их высокая гибкость: в зависимости от конкретной задачи сеть может использоваться очень активно либо совсем не использоваться. Из-за большой самостоятельности компьютеров в таких сетях редко возникают перегрузки. Установка одноранговых сетей довольно проста. Нет необходимости в системном администрировании. Однако такие сети менее надежны и эффективны. Более того, производительность одноранговых сетей значительно снижается при увеличении размеров сети и количества участвующих в сетевых взаимодействиях компьютеров.

Эффективная скорость передачи информации по одноранговой сети часто оказывается недостаточной, поскольку трудно обеспечить быстродействие процессоров, большой объем операций памяти и высокие скорости обмена с жестким диском для всех компьютеров сети.

Считается, что одноранговая сеть наиболее эффективна в небольших сетях, в которых количество компьютеров не превышает 10-20 единиц. В этом случае нет необходимости в применении централизованных средств администрирования - нескольким пользователям нетрудно договориться между собой о перечне разделяемых ресурсов и паролях доступа к ним. При увеличении количества компьютеров сетевые операции замедляют работу и создают множество других проблем.

Клиент-серверные сети  (более 20) - в сеть включают специализированный компьютер- выделенный сервер. Это абонент сети, который предоставляет свои ресурсы другим абонентам, но сам не использует ресурсы других абонентов, т.е. служит только сети. Клиентом сети называется абонент сети, который использует ресурсы, но сам свои ресурсы в сеть не отдает, т.е. сеть его обслуживает. Компьютер-клиент часто называют рабочей станцией.

В сетях с выделенными серверами используются серверные ОС. Пользовательские компьютеры в таких сетях работают под управлением клиентских ОС.

Чем меньше функций выполняет ОС, тем более эффективно можно их реализовать. Существует несколько принципиальных особенностей серверных ОС:

• поддержка мощных аппаратных платформ, в том числе мультипроцессорных;

• поддержка большого числа одновременно выполняемых процессов и сетевых соединений;

• включение в состав ОС компонентов централизованного администрирования сети (например, справочной службы или службы аутентификации и авторизации пользователей сети);

• более широкий набор сетевых служб.

Серверы могут выполнять и некоторые другие задачи:

• сетевая печать;

• выход в глобальную сеть;

• связь с другой локальной сетью;

• обслуживание электронной почты, обслуживание системы доменных имен.

Количество пользователей сети на основе серверов может достигать нескольких тысяч. Кроме того, в сети на основе сервера можно легко менять количество подключаемых компьютеров. Такие сети называются масштабируемыми.

Достоинством сети на основе сервера часто называют надежность, если сервер действительно точно надежен. Бесспорное достоинство - высокая скорость обмена, так как сервер всегда оснащается быстрым процессором (или даже несколькими), ОЗУ большого объема и быстрыми жесткими дисками.

Так как все ресурсы сети с серверами собраны в одном месте, возможно применение гораздо более мощных средств управления доступом, зашиты данных, протоколирования обмена, чем в одноранговых сетях. Для обеспечения надежной работы сети при аварии электропитания применяется бесперебойное электропитание сервера.

К недостаткам сети на основе сервера относятся зависимость всех компьютеров-клиентов от работы сервера, а также более высокая стоимость вследствие дорогого сервера для администрирования сети. В сети на основе серверов обязательно наличие специального человека-администратора сети, имеющего соответствующую квалификацию. С другой стороны, централизованное администрирование облегчает обслуживание сети и позволяет оперативно решать все вопросы.

Локальные вычислительные сети

По назначению ЛВС можно разделить на:

• вычислительные, выполняющие преимущественно расчетные работы;

• информационно-вычислительные, кроме расчетных операций осуществляющие информационное обслуживание пользователей;

• информационные, выполняющие в основном информационное обслуживание пользователей (создание и оформление документов, доставку пользователю директивной, текущей, справочной и другой нужной ему информации);

• информационно-поисковые (разновидность информационных), специализирующиеся на поиске информации в сетевых хранилищах по нужной пользователю тематике сетей;

• информационно-советующие, обрабатывающие текущую организационную, техническую и технологическую информацию и вырабатывающие результирующую информацию для поддержки принятия пользователем правильных решений;

• информационно-управляющие, обрабатывающие текущую техническую и технологическую информацию и вырабатывающие результирующую информацию, на базе которой автоматически формируются воздействия на управляемую систему и т.д.

По количеству подключенных к сети компьютеров ЛВС можно разделить на малые, объединяющие до 10 - 15 машин, средние - до 50 машин и большие - свыше 50 машин.

По территориальной расположенности ЛВС делятся на компактно размещенные (все компьютеры расположены в одном помещении) и распределенные (компьютеры сети размещены в разных помещениях).

По пропускной способности ЛВС классифицируются на:

• ЛВС с малой пропускной способностью (скорости передачи данных в пределах до десятка мегабитов в секунду), использующие чаще всего в качестве каналов связи тонкий коаксиальный кабель или витую пару;

• ЛВС со средней пропускной способностью (скорости передачи данных - несколько десятков мегабитов в секунду), использующие чаще всего в качестве каналов связи толстый коаксиальный кабель или экранированную витую пару;

• ЛВС с большой пропускной способностью (скорости передачи данных составляют сотни и даже тысячи мегабитов в секунду), задействующие в большинстве в качестве каналов связи волоконно-оптические кабели.

Архитектура вычислительных сетей

Архитектура вычислительной сети представляет собой совокупность принципов логической и физической организации технических и программных средств, протоколов и интерфейсов вычислительной сети. Из этого определения следует, что сетевая архитектура включает компоненты логической, физической и программной структуры.

 Логическая модель сети представляет собой множество логических объектов, связанных и взаимодействующих между собой с целью предоставления пользователям доступа к ресурсам вычислительной сети. Логический объект - совокупность технических (аппаратных) и программных средств, имеющих определенные функции и назначение в вычислительной сети.

Узел сети представляет собой компьютер либо любое другое устройство сети, соединяющее несколько звеньев данных вычислительной сети и осуществляющее коммутацию и (или) маршрутизацию данных по сети. Ветвь сети - это путь, соединяющий два смежных узла.

Узлы сети бывают трех типов:

• оконечный узел - расположен в конце только одной ветви;

• промежуточный узел - расположен на концах более чем одной ветви;

• смежный узел - такие узлы соединены, по крайней мере, одним путем, не содержащим никаких других узлов.

Различные архитектуры вычислительной сети оцениваются по следующим критериям: технология соединения; надежность; стоимость; производительность; территориальная распределенность; модульность (возможность развития); программное обеспечение.

Полносвязная архитектура- сеть, в которой имеется ветвь между любыми двумя узлами.

Характеристики полносвязной архитектуры:

1. Простота, поскольку каждый узел (элемент) соединен со всеми другими отдельными каналами.

2. Высокая надежность, так как выход из строя какого-либо элемента сети или повреждение какой-либо линии связи не приводит к выходу из строя системы в целом.

3. Высокая стоимость, которая зависит от расстояния между ЭВМ, объединенными в сеть.

4. Территориальная распределенность не ограничена.

5. Производительность в широком диапазоне.

6. Модульность (вероятность развития) хорошая.

7. Существует немногочисленное ПО, которое характеризует эту архитектуру.

Регулярная (тороидальная) архитектура 

Характеристики архитектуры:

1. Сеть сложная из-за большого количества рабочих станций.

2. Технология соединения такова, что каждая рабочая станция соединена с соседней ЭВМ.

3. Надежность высокая: выход из строя какой-либо ЭВМ не влияет на функционирование сети в целом.

4. Стоимость высокая из-за большого количества ЭВМ и связей.

5. Территориальная распределенность ограничена из-за большого количества связей.

6. Модульность плохая.

Нерегулярная архитектура - сеть, состоящая из комбинации различных топологий.

Характеристики архитектуры:

1. Технология соединений не имеет определенной структуры.

2. Соединение осуществляется путем частичного резервирования.

3. Стоимость средняя, зависит от расстояния между подключаемыми ЭВМ.

4. Модульность хорошая.

5. Производительность низкая.

Иерархическая (древовидная) архитектура - сеть, которая содержит более двух оконечных узлов и по крайней мере два промежуточных узла и в которой между двумя узлами имеется только один путь.

Характеристики архитектуры:

1. Принцип иерархичности лежит в основе всех существующих систем различной природы.

2. Данный тип архитектуры используется в системах сбора, обработки и управления информацией.

3. Надежность средняя.

4. Стоимость средняя, зависит от расстояния между подключаемыми ЭВМ.

5. Территориальная распределенность не ограничена.

6. Производительность низкая.

Кольцевая (петлевая) архитектура - сеть, в которой к каждому узлу присоединены две и только две ветви. Для повышения надежности соединения такую сеть часто дублируют двумя линиями связи.

Характеристики архитектуры:

1. Передача данных может вестись в двух или одном направлении.

2. Надежность. Сеть устойчива в случае отказа одной линии при двойном кольце. При однопетлевой архитектуре отказ приводит к выходу сети из строя.

3. Стоимость средняя. Дорогими являются сетевые адаптеры.

4. Территориальная распределенность ограничена до 1000 м.

5. Модульность хорошая.

6. Производительность средняя.

Архитектура «Звезда» - сеть, в которой имеется только один промежуточный узел.

Характеристики архитектуры:

1. Надежность хорошая, пока не выходит из строя центральный узел. В этом случае перестает работать вся сеть.

2. Стоимость средняя.

3. Территориальная распределенность ограничена до 1000 м.

4. Модульность хорошая.

5. Производительность средняя.

Подмножеством данной архитектуры считается звезда с переключателем . Переключатель занимается распределением потоков данных между рабочими станциями. В такой архитектуре дорогим является переключатель.

Архитектура глобальная (общая) шина  - сеть, в которой подключение и обмен данными производятся через общий канал связи, называемый общей шиной.

Характеристики архитектуры:

1. Надежность хорошая. При выходе из строя одной ЭВМ сеть остается работоспособной. Однако при обрыве связи (шины) сеть полностью выходит из строя.

2. Стоимость низкая, самый дорогой элемент - сетевой адаптер.

3. Территориальная распределенность ограничена.

4. Модульность хорошая.

5. Производительность: 10, 100, 1000 Мбит/с и выше. Наиболее популярная в настоящее время сеть этого типа Fast Ethernet - 100 Мбит/с, Gigabit Ethernet - 1000 Мбит/с.

Шина с переключателем. Особенностью архитектуры является то, что станции разделяет канал передачи данных для разделения доступа к переключателям. Каждая ЭВМ общается с переключателем, и потоки данных идут через переключатель.

Характеристики архитектуры:

1. 1. Надежность невысокая. Полный отказ сети в случае поломки переключателя или повреждения среды передачи данных.

2. 2. Стоимость средняя, дорогим считается переключатель.

3. 3. Территориальная распределенность до 1000 м.

4. 4. Модульность хорошая, пока не перегружен переключатель.

5. 5. Производительность средняя.

Архитектура «Разделенная память». Взаимодействие между ЭВМ определяется путем размещения сообщения в памяти, которая доступна для всех ЭВМ. Память используется в качестве канала передачи данных, а также в качестве запоминающего устройства.

Характеристики архитектуры:

1. Основной недостаток - низкая надежность, так как при выходе из строя памяти сеть не функциональна.

2. Стоимость невысокая, дорогостоящим элементом является память.

3. Территориальная распределенность до 1000 м.

4. Модульность плохая. Ограничение накладывается числом портов, посредством которых осуществляется подключение станции к памяти.

5. Производительность до 5 Мбит/с.

Архитектура «Петля с переключателем» . Переключатель используется для переключения информации между различными станциями. Станции последовательно соединены друг с другом.

Характеристики архитектуры:

1. Надежность невысокая, так как при отказе переключателя или канала сеть выходит из строя.

2. Стоимость невысокая, дорогостоящим элементом является переключатель.

3. Производительность до 3 Мбит/с.

Архитектура «Ячеистая сеть» Сеть содержит по крайней мере два узла, имеющих два (или более) пути между ними. Особенность ячеистой сети заключается в отсутствии центрального управляющего устройства. Каждый узел оснащен средствами связи и транслирует сигналы других узлов. Для выбора оптимального пути применяются специальные устройства -маршрутизаторы. Надежность ячеистых сетей, как правило, выше, чем у сетей других типов, так как при выходе из строя одного узла остальные продолжают работать.

Способы и методы передачи данных

Симплексный метод. Передача данных ведется только в одном направлении.

Полудуплексный метод. Передача может вестись в двух направлениях, но в один момент времени только в одном.

Дуплексный метод. Передача данных может вестись в двух направлениях одновременно.

Данные передаются по каналам связи, физическая и технологическая организация которых различна. С учетом этого выделяют следующие способы передачи данных.

Параллельный. Данные могут передаваться одновременно по двум и более каналам. Достоинство - большая скорость передачи данных. Недостаток - невозможность передачи данных на большие расстояния из-за взаимовлияния каналов друг на друга.

Последовательный. Данные передаются последовательно по одной линии. Достоинство - возможность передачи данных на большие расстояния. Недостаток - небольшая скорость по сравнению с параллельным методом.

Асинхронный (старт-стопная передача). Данные передаются небольшими блоками, каждый блок обрамляется стартовым и стоповым битом. Из-за того, что данные делятся на небольшие фрагменты, велика вероятность ошибки при сборе этих фрагментов.

Синхронный. Данные передаются большими блоками и не обрамляются стартовым и стоповым битом. Здесь предусмотрен бит, который несет информацию о пакете и обеспечивает функцию обнаружения ошибок. Данные могут передаваться на большие расстояния, недостаток - высокая стоимость.

Часть 10

план:

1.Способы коммутации вычислительных сетей

2. Каналы передачи данных по кс

3.Разделение каналов по времени и частоте

4.Основные устройства коммутации

5.Коммутации на базе модема

Способы коммутации

Коммутация - это метод, определяющий соединение и обработку перемещения данных в сетях передачи данных, а также способ соединения абонентов коммуникационной сети через транзитные узлы.

Долговременной, или кроссовой, коммутацией называется такой способ коммутации, при котором между двумя точками сети устанавливается постоянное прямое соединение, длительность которого может измеряться часами, сутками или большим интервалом времени. Каналы, участвующие в организации таких соединений, называются выделенными. Оперативной коммутацией называется такой способ коммутации, при котором между двумя точками сети организуется временное соединение (любой дискретный интервал).Коммутацией канала называется способ коммутации, при котором обеспечивается временное прямое соединение каналов сети передачи данных между любой парой оконечных пунктов этой сети.Коммутацией сообщений называется способ коммутации, при котором в каждом узле коммутации производится прием сообщений, его накопление и последующая передача в соответствии с адресом получателя.Коммутацией пакета называется способ коммутации, при котором сообщение делится на части определенного формата - пакеты, которые принимаются, буферизируются и передаются через сеть. Гибридной коммутацией называется способ, при котором в одном и том же узле производится коммутация с использованием двух или более описанных выше видов коммутации.

Каналы передачи данных по компьютерным сетям

Основными типами передающих сред, используемых в компьютерных сетях, являются:

1. Аналоговые каналы общего пользования.

2. Цифровые каналы.

3. Узкополосные и широкополосные кабельные каналы.

4. Радиоканалы и спутниковые каналы связи.

5. Оптоволоконные каналы связи.

Аналоговые каналы 1. телефонные каналы через телефонные станции физически соединяют два устройства, реализующие коммуникационные функции, с подключенными к ним компьютерами. Такие соединения называют выделенными линиями или непосредственными соединениями.

2.установление соединений с помощью набора телефонного номера (с использованием коммутируемых линий).

методы передачи данных в дискретной (цифровой) форме по ненагруженным телефонным каналам, к которым не подведено электрическое напряжение, используемое в телефонной сети, -цифровые каналы.

Кабельные каналы, или коаксиальные пары, - это два цилиндрических проводника на одной оси, разделенные диэлектрическим покрытием. с сопротивлением 50 Ом для передачи узкополосных цифровых сигналов, с сопротивлением 75 Ом для широкополосных аналоговых и цифровых сигналов.

Радиоканалы и спутниковые каналы связи.  в качестве передающей среды радиоволны различной частоты для связи на больших и сверхбольших расстояниях (с использованием спутников), либо для связи с труднодоступными подвижными или временно используемыми объектами.

Диапазон частот 2-40 МГц. Узлы расположены на расстоянии до 10км. Для передачи данных, как правило, используются геостационарные спутники, размещенные на экваториальной орбите на высоте 36000 км. Такое расстояние дает существенную задержку сигнала (в среднем 270 мс), для компенсации которой используются специальные методы. Новым импульсом стало появление сотовой телефонной связи, позволяющей осуществлять голосовую связь и обмен данными с помощью радиотелефона

В оптоволоконных каналах связи явление полного внутреннего отражения света, что позволяет передавать потоки света внутри оптоволоконного кабеля на большие расстояния практически без потерь. В качестве источников света в светоиспускающие диоды или лазерные диоды, а в качестве приемников - фотоэлементы.

Разделение каналов по времени и частоте

При частотном разделении каналов (ЧРК) спектры отдельных сигналов передаются в различных диапазонах частот. На приемной станции эти спектры отделяют друг от друга электрическими фильтрами: фильтры нижних частот, верхних частот, режекторные и полосовые.При временном разделении каналов (ВРК) общая линия предоставляется для отдельных передач поочередно. Следовательно, в каждый момент времени в линии должен существовать только сигнал, относящийся к какому-нибудь одному из диалогов. При передаче используется дискретизация во времени (импульсная модуляция). Сначала передается импульс первого канала, затем следующего канала и т.д. до последнего канала за номером N, после чего опять передается импульс первого канала и процесс повторяется периодически. На приеме устанавливается аналогичный коммутатор, который поочередно подключает групповой тракт к соответствующим приемникам. В определенный короткий промежуток времени к групповой линии связи оказывается подключена только одна пара приемник/передатчик.

Основные устройства коммутации

• коммутаторы;

• концентраторы;

• мультиплексоры;

• мосты;

• маршрутизаторы;

• шлюзы;

• абонентские устройства.

Коммутатор - это элемент сети передачи данных, реализующий функции коммутации канала, пакетов и (или) сообщений.

Коммутатор каналов реализует процесс, который по запросу осуществляет соединение двух или более ООД, и обеспечивает монопольное использование канала передачи данных до тех пор, пока соединение не будет разъединено.Коммутатор сообщений реализует процесс пересылки данных, включающий прием сообщения, хранение, маршрутизацию и дальнейшую передачу сообщения, не нарушая его целостности.Коммутатор пакетов аналогичен коммутатору сообщений, представленных в виде адресуемых пакетов. Канал передачи занимается только во время передачи пакета и по ее завершении освобождается для передачи других пакетов.Коммутатор передает данные только непосредственно получателю. Это повышает производительность и безопасность сети. Одна из важнейших особенностей - это способность к сегментации сети, что сокращает число коллизий и увеличивает доступную пропускную способность в расчете на один узел.

Концентратор - это элемент сети передачи данных, реализующий функцию концентрации данных, поступивших от источников, число которых повышает число одновременно имеющихся в передающей среде каналов, с целью передачи по данной физической среде, т.е. это устройство, которое расширяет радиус действия сети путем ретрансляции сигналов. Концентратор предназначен для объединения нескольких компьютеров в общий сегмент сети. В случае одновременного поступления сигнала на два порта и более возникает коллизия, и передаваемые кадры данных теряются. Концентраторы всегда работают в режиме полудуплекса, все подключенные к ним устройства разделяют между собой предоставляемую полосу доступа.

Мультиплексор - это элемент сети передачи данных, реализующий функцию мультиплексирования двух и более каналов с целью совместного использования ими одной передающей среды.Основной функцией мультиплексоров является повышение эффективности использования пропускной способности передающей среды. В общем случае мультиплексоры подразделяют по методам разделения каналов.

Мультиплексоры с частотным разделением каналов. Один канал связи уплотняется таким образом, что каждому пользователю, имеющему доступ к разделяемому каналу, выделяется определенная часть суммарного спектра частот. Мультиплексоры с временным разделением каналов. Канал поочередно предоставляется каждому пользователю на определенный интервал времени, длительность которого жестко связана со скоростью передачи от абонента, числом абонентов, имеющих доступ к данному каналу, и полосой пропускания разделенного канала.

Мост - сетевое оборудование для объединения сегментов локальной сети. Если к мосту подключено множество компьютеров с использованием портов, то мост считается многопортовым. Мост реализует функции взаимодействия в виде организации соединения между различными сетями передачи данных либо сегментами одной сети, имеющими различные протоколы. Мост напрямую передает пакеты канального уровня соседней сети.

Мосты бывают двух типов:

• Без интерпретации пакетов (инкапсулирующий мост) - простая их упаковка в новый пакет по стандартам смежной сети. Раскрытие внешней и внутренней протокольной упаковки является функцией адресата. Такой тип мостов используется для соединения двух однотипных сетей через некую иную сеть, которая является только промежуточной средой. Таким образом, один из мостов создает протокольную упаковку для промежуточной сети, а другой ее снимает.

• С интерпретацией пакетов (транслирующий мост) - извлечение содержимого одного пакета одного протокола и преобразование в пакет другого протокола. Преобразования производятся на уровне звена данных.

Маршрутизатор или роутер - это элемент сети передачи данных, реализующий функции взаимодействия в виде выбора маршрута передачи данных между несколькими сетями либо сегментами одной сети, имеющими различную архитектуру или протоколы. Данное устройство производит преобразования на сетевом уровне.Обычно маршрутизатор использует адрес получателя, указанный в пакетах данных, и определяет по таблице маршрутизации путь, по которому следует передать данные. Если в таблице маршрутизации для адреса нет описанного маршрута, пакет отбрасывается. Существуют и другие способы определения маршрута пересылки пакетов, когда, например, используются адрес отправителя, протоколы верхних уровней и другая информация, содержащаяся в заголовках пакетов сетевого уровня. Нередко маршрутизатор используется для обеспечения доступа из локальной сети в глобальную сеть Интернет, осуществляя функции трансляции адресов и межсетевого экрана. В качестве маршрутизатора может выступать как специализированное (аппаратное) устройство, так и обычный компьютер, выполняющий функции маршрутизатора.

Шлюз - это элемент сети передачи данных, представляющий собой совокупность аппаратных и программных средств, который передает данные между несовместимыми сетями или приложениями. Типичный шлюз включает средство разборки/сборки пакетов и преобразования протоколов, а также в случае необходимости переформатировки данных при передаче. Шлюзы в зависимости оттого, где они посредничают, могут работать на сетевом, транспортном, сеансовом, представлении данных и прикладном уровне. Шлюз передает протоколы одного типа физической среды в протоколы другой физической среды (сети). Например, при соединении компьютера с Интернетом очень часто используется шлюз.

Абонентские устройства (АУ). Основной функцией АУ является организация взаимодействия между сетью передачи данных (конкретным ее узлом) и пользователем. Используемое при этом оборудование состоит из двух основных элементов - ООД и АПД.

Любой узел сети представляет собой совокупность взаимосвязанных между собой аппаратных и программных средств приема, обработки, распределения и передачи информации. Назначение узла сети состоит в том, чтобы с помощью технических средств принять информацию, поступающую по входным каналам (линиям), обработать всю или какую-то ее часть, выбрать путь дальнейшей передачи информации как внутри самого узла, так и среди исходящих из узла каналов (линий). То есть распределить информацию и осуществить ее передачу по выбранному пути. Для выполнения указанных функций узел связи должен содержать следующее оборудование:

1. Устройство физического ввода/вывода (кросс).

2. Управляющее устройство (централизованное для узла либо распределенное по элементам, входящим в состав узла).

3. Элементы сети, выполняющие возложенные на узел сети функции.

Входящие и исходящие каналы, абонентские линии включаются в кросс, где осуществляются долговременные (кроссовые) соединения. Кросс - это единственный элемент сети, входящий в состав узла сети и не содержащий встроенного либо внешнего устройства управления.

Коммуникации на базе модема

Модем (МОДулятор-ДЕМодулятор) - устройство, обеспечивающее модуляцию и демодуляцию сигнала. предназначен для преобразования цифровых сигналов в аналоговые, передачи их по линии связи и приема аналогового сигнала из линии связи с обратным преобразованием из аналогового в цифровой.В зависимости от функциональных особенностей модемы могут быть интеллектуальные (активные) и неинтеллектуальные (неактивные).По способу коммутации (установления соединения) модемы делятся на две группы: коммутируемые и некоммутируемые.Коммутируемые - это модемы, которые выполняют функции автоматического набора телефонного номера и автоответа, т.е. те, которые могут самостоятельно установить и скоммутировать соединение. Модемы, работающие со специально выделенной линией связи и не требующие дополнительных действий по коммутации, называются некоммутируемыми.По конструкции и способу подключения к компьютеру модемы разделяются на внешние и внутренние. Практически все современные модемы при наличии необходимого программного обеспечения могут работать с факс-протоколами и принимать/отправлять факсы, которые представлены электронными файлами. Такие модемы называются факс-модемами. Голосовые модемы  - слияние голоса, данных, факса и даже видео. В зависимости от методов передачи данных модемы бывают дуплексные и полудуплексные.  В зависимости от способа модуляции модемы разделяются на модемы с частотной, амплитудной и фазовой модуляцией.

Часть 11

план:

1. Сетевые протоколы

2. Уровни взаимодействия компьютеров в сети

3. Методы доступа к передающей среде.

4. Глобальная сеть Интернет.

сетевые протоколы

Для организации сетевого взаимодействия компьютеров используют многоуровневое представление процессов взаимодействия, при котором всё множество решаемых задач разбивается на уровни. Определенный набор функций, выполняемых уровнем для вышележащего уровня и форматы сообщений, которыми обмениваются соседние уровни – интерфейс. При организации взаимодействия уровни ведут переговоры, должны быть согласованы все способы взаимодействия для всех уровней.

Правила взаимодействия – набор процедур для каждого уровня. Такие правила взаимодействия компьютеров в сети – Сетевые протоколы.

Стек протоколов – согласованный набор протоколов разных уровней, достаточный для организации межсетевого взаимодействия.

Эталонная модель OSI (Open System Interconnection), иногда называемая стеком OSI, представляет собой семиуровневую сетевую иерархию, разработанную Международной организацией по стандарту ISO. Эта модель содержит в себе по сути две различные модели: горизонтальную модель на базе протоколов, обеспечивающую механизм взаимодействия программ и процессов на различных машинах; вертикальную модель - на основе услуг, обеспечиваемых соседними уровнями на одной машине. В горизонтальной модели двум программам требуется общий протокол для обмена данными, а в вертикальной - соседние уровни обмениваются данными с использованием интерфейса API.

Интерфейс программирования приложений (Application Programming Interface, API) - это набор методов (функций), который программист может использовать для доступа к функциональности программного компонента (программы, модуля, библиотеки).

Уровни взаимодействия компьютеров в сети

Физический уровень (Physical Layer). Определяет электрические, механические, процедурные и функциональные спецификации и обеспечивает для канального уровня установление, поддержание и разрыв физического соединения между двумя компьютерными системами, непосредственно связанными между собой с помощью передающей среды. Например: аналогового телефонного канала, радиоканала или оптоволоконного канала.

Канальный уровень (Data Link Layer). Управляет передачей по каналу связи. Основными функциями этого уровня являются разбиение передаваемых данных на порции, называемые кадрами; выделение данных из потока битов, передаваемых на физическом уровне для обработки на сетевом уровне; обнаружение ошибок передачи и восстановление неправильной передачи данных.

Сетевой уровень (Network Layer). Обеспечивает связь между двумя компьютерными системами сети, обменивающимися между собой информацией. Другой функцией сетевого уровня является маршрутизация данных (называемых на этом уровне пакетами) в сети и между сетями (межсетевой протокол).

IP (Internet Protocol). Часть набора протокола семейства TCP/IP, обеспечивающая адресную информацию и информацию о маршрутизации.

IPX (Internet Packet Exchange) - протокол межсетевого обмена пакетами. Предназначен для передачи дейтаграмм .Дейтаграмма - это блок информации, посланный как пакет сетевого уровня, через передающую среду, без предварительного установления виртуального канала,

DDP (Datagram Delivery Protocol) - AppleTalk-протокол транспортировки данных.

Транспортный уровень (Transport Layer). Обеспечивает надежную передачу (транспортировку) данных между компьютерными системами сети для вышележащих уровней. С этой целью используются механизмы для установки, поддержки и разрыва виртуальных каналов (аналого-выделенных телефонных каналов), определения и исправления ошибок при передаче, управления потоком данных (для предотвращения переполнения или потерь данных).

SPX (Sequenced Packet Exchange) - протокол последовательного обмена пакетами. Это протокол сетевого уровня с соединением. Предполагается, что перед отправкой сообщения между рабочими станциями устанавливается соединение, связь. На уровне протокола SPX достоверность (надежность) передачи информации резко возрастает. При неверной передаче пакета выполняется повторная передача.

TCP (Transmission Control Protocol) - протокол управления передачей. Один из основных сетевых протоколов Интернета, предназначенный для управления передачей данных в сетях и подсетях TCP/IP. TCP гарантирует, что приложение получит данные точно в такой же последовательности, в какой они были отправлены, и без потерь.

ATP (AppleTalk Transaction Protocol), NBP (Name Binding Protocol) - протоколы сеансов связи и транспортировки данных фирмы Apple.

Сеансовый уровень (Session Layer). Обеспечивает установление, поддержание и окончание сеансов связи для уровня представлений, а также возобновлений аварийно прерванного сеанса.

Уровень представления данных (Presentation Layer). Обеспечивает преобразование данных из представления, используемого прикладной программой одной компьютерной системы, в представление, используемое в другой компьютерной системе.

В функции уровня представления входят также преобразование кода данных, их шифровка, расшифровка, а также сжатие передаваемых данных.

Прикладной уровень (Application Layer). Отличается от других моделей OSI тем, что он обеспечивает услуги для прикладных задач. Этот уровень определяет доступность прикладных задач и ресурсов для связи, синхронизирует взаимодействующие прикладные задачи, устанавливает соглашение о структуре восстановления целостности данных в случае ошибок. Важными функциями прикладного уровня являются управление сетью, выполнение наиболее распространенных системных прикладных задач, электронная почта, обмен файлами и др.

FTP (File Transfer Protocol) - протокол передачи файлов (протокол удаленного доступа). Прикладной протокол из семейства TCP/ IP, используемый для обеспечения услуг по передаче файлов в сети.

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) - простой протокол передачи почты. Является частью протоколов семейства TCP/IP, отвечает за передачу электронной почты.

SNMP (Simple Network Management Protocol) - простой протокол управления сетью. Является частью протоколов семейства TCP/ IP, используется для управления и наблюдения за сетевыми устройствами.

HTTP (HyperText Transfer Protocol) - протокол передачи гипертекста. Протокол прикладного уровня передачи данных в первую очередь в виде текстовых сообщений.

POP3-протокол приёма почты.

TELNET-реализация удаленного доступа к сети.

Методы доступа

Метод доступа к передающей среде - это метод, обеспечивающий выполнение совокупности правил, по которым узлы сети получают доступ к передающей среде (например, к общей шине, радиоканалу и т.п.).

Существуют два основных класса методов доступа: детерминированные и недетерминированные.

При детерминированных методах доступа передающая среда распределяется между узлами с помощью специального механизма управления, гарантирующего передачу данных узла в течение некоторого, достаточно малого интервала времени. Наиболее распространенными детерминированными методами доступа являются маркерные методы: метод опроса и метод передачи права.

Метод опроса (квантированной передачи) заключается а том, что сервер опрашивает станции и передает полномочие одной из станций, готовых к передаче. Он используется преимущественно в сетях звездообразной топологии.

Метод передачи права применяется в сетях с кольцевой топологией. Он основан на передаче по сети специального сообщения - маркера. Маркер циркулирует по кольцу, и любой узел, имеющий данные для передачи, помещает их в свободный маркер, устанавливает признак занятости маркера и передает его по кольцу. Узел, которому было адресовано сообщение, принимает его, устанавливает признак подтверждения приема информации и отправляет маркер в кольцо.

Передающий узел, получив подтверждение, освобождает маркер и отправляет его в сеть. Существуют методы доступа, использующие несколько маркеров.

Недетерминированные методы доступа - случайные методы доступа, предусматривающие конкуренцию всех узлов сети за право передачи. Возможны одновременные попытки передачи со стороны нескольких узлов, в результате чего возникают коллизии. Наиболее распространенным является множественный метод доступа с контролем несущей частоты и обнаружением коллизий (CSMA/CD), Контроль несущей частоты заключается в том, что узел, желающий передать сообщение, «прослушивает» передающую среду, ожидая ее освобождения. Если среда свободна, узел начинает передачу.

Глобальная сеть Интернет

Глобальная телекоммуникационная сеть информационных и вычислительных ресурсов. Основа для WWW-системы представляющей доступ к глобальным документам, расположенным на разных компьютерах в Интернете. Каждый компьютер имеет адрес.

IP-адрес - уникальный идентификатор (адрес) устройства (обычно компьютера), подключенного к локальной сети или Интернету. IP-адрес представляет собой 32-битовое (по версии IPv4) или 128-битовое (по версии IPv6) двоичное число. Удобной формой записи IP-адреса (IPv4) является запись в виде четырех десятичных чисел (от 0 до 255), разделенных точками, например, 192.168.0.1 (или 128.10.2.30 - традиционная десятичная форма представления адреса, а 10000000000010100000001000011110 - двоичная форма представления этого же адреса).В случае изолированной сети ее адрес может быть выбран администратором из специально зарезервированных для таких сетей блоков адресов (192.168.0.0/16, 172.16.0.0/12 или 10.0.0.0/8), Если же сеть должна работать как составная часть Интернета, то адрес сети выдается провайдером либо региональным интернет-регистратором (Regional Internet Registry, RIR),

На прикладном уровне намного чаще используется так называемое доменное или символьное имя компьютера. Для перевода IP-адресов в символьные имена и наоборот используется специальная система доменных имен - Domain Name System (DNS). Компьютеры в сети Интернет логически объединяются в определенные уровни (группы), называемые доменами. Каждый домен может включать поддомены (подгруппы) и компьютеры. В символьном имени компьютера домены разделяются друг от друга точкой, и самый первый домен (домен первого уровня) расположен в самом конце имени.

Домен первого уровня (домен верхнего уровня) включает территориально распределенные группы компьютеров, а также логически сгруппированные по определенным видам деятельности компьютеры (например, домены коммерческих и некоммерческих организаций, учебных заведений, военных организаций и т.п.). Доменов верхнего уровня около 250. Вот примеры некоторых из них: .de (Deutschland, Германия),.ru (Russia, Россия) , .iq (Iraq, Ирак), .com (для коммерческих компаний), .net (для сетевых ресурсов), .edu(образовательныеучреждения), .mil (военные организации), .org (некоммерческие организации), .gov(правительственные ведомства), .int (интернациональные корпорации).

Для доступа к различным ресурсам сети Интернет используется Единый указатель ресурсов (URL - Uniform Resource Locator) - единообразный локатор (определитель местонахождения) ресурса. URL представляет собой стандартизированный способ записи адреса ресурса в сети Интернет.

Традиционная форма записи URL выглядит следующим образом:

<схема>://<логин>:<пароль>@<хост>:<порт>/<URL-путь>?<параметры>

схема - схема обращения к ресурсу, в большинстве случаев имеется в виду сетевой протокол;

логин - имя пользователя, используемое для доступа к ресурсу;

пароль - пароль, ассоциированный с указанным именем пользователя;

хост - полностью прописанное доменное имя компьютера в системе DNS или IP-адрес хоста в форме четырех десятичных чисел, разделенных точками (числа находятся в интервале от 0 до 255);

порт - порт компьютера для подключения;

URL-путь - уточняющая информация о месте нахождения ресурса (зависит от протокола); как правило, это некоторый путь к ресурсу (например, путь к файлу);

параметры - параметры, которые управляют запросом к ресурсу (например, параметры вызываемой процедуры); как правило, различные параметры разделяются друг от друга символом .

Общепринятые схемы (протоколы) URL включают:

• ftp - протокол передачи файлов FTP;

• http - протокол передачи гипертекста HTTP;

• https - специальная реализация протокола HTTP, использующая шифрование (как правило, SSL или TLS);

• gopher - протокол Gopher;

• mailto - адрес электронной почты;

• news - новости Usenet;

• nntp - новости Usenet через протокол NNTP;

• irс - протокол IRC;

• prospero - служба каталогов Prospero Directory Service;

• telnet - ссылка на интерактивную сессию Telnet;

• wais - база данных системы WAIS;

• xmpp - протокол ХМРР (часть Jabber);

• file - имя локального файла;

• data - непосредственные данные (Data; URL);

Приведем примеры реже используемых схем:

• afs - глобальное имя файла в файловой системе Andrew File System;

• cid - идентификатор содержимого для частей MIME;

• mid - идентификатор сообщений для электронной почты;

• mailserver - доступ к данным с почтовых серверов;

• skype - протокол Skype;

Часть 12

план:

1.Основные этапы решения задач на ЭВМ

2.Понятие алгоритма, свойства алгоритмов.

3.Базовые структуры алгоритма, структурное программирование

4.Программирование

5.Тестирование, отладка, верификация,трассировка

Основные этапы решения задач на ЭВМ

Постановка задачи разработки программного обеспечения

Программное обеспечение – совокупность программ, процедур и правил системы обработки информации и программных документов, необходимых для эксплуатации программ. Решение любой прикладной задачи с использованием электронных вычислительных машин (ЭВМ) состоит из следующих этапов:

анализ требований и формальная постановка задачи; выбор или разработка математической модели; анализ способов решения; логическое проектирование и разработка алгоритма; кодирование (написание программы); тестирование и отладка программного обеспечения; внедрение, использование и сопровождение программного обеспечения. -постановка задачи

Жизненный цикл:

-разработка системной архитектуры

-разработка проекта

-программирование

-тестирование и отладка

-эксплуатация и споровождение

критерии качества ПО

1)функциональные возможности(пригодность, правильность, способность к взаимодействию, защищенность, согласованность

2)Надежность (завершенность, устойчивость к ошибке, восстанавливаемость, доступность, согласованность) 3)практичность(понятность, изучаемость, легкость использования, привлекательность, согласованность)

4)эффективность(временная эффективность, использования ресурсов, согласованность)

5)сопровождаемость(анализируемость, изменяемость, стабильность, тестируемость, согласованность)

6)мобильность(легкость утсановки, сосуществование, заменяемость, согласованность)

7)качество в использовании 8)результативность 9)продуктивность 10)удовлетворение

Разработка математической модели. Модель представляет собой описание объекта (предмета, процесса или явления) на каком-либо формализованном языке, составленное с целью изучения его свойств. Соответствие свойств модели исходному объекту характеризуется адекватностью. Процесс построения и исследования модели называется моделированием. типы моделей:

1. Приближение (параметры считаются очень большими или очень малыми).

2. Упрощение (опускаются некоторые детали). В модели отбрасываются детали, которые могут заметно и не всегда контролируемо повлиять на результат.

3. Эвристика (количественного подтверждения нет, но модель способствует более глубокому проникновению в суть дела).

Чтобы построить математическую модель решаемой задачи, необходимо: внимательно изучить постановку задачи; выбрать или разработать математические методы, позволяющие правильно описать задачу; чётко представить на языке математики описание задачи и цели решения. Грамотное построение математической модели решения задачи – это самостоятельная научная проблема.

Любую математическую задачу можно решить двумя способами: аналитически (точно); численно (приближённо). Однако большинство реальных задач нельзя решить аналитическим методом. В этом случае применяют численные методы, которые позволяют получить приближённое решение с помощью простых вычислительных действий.

Понятие алгоритма, свойства алгоритмов.

Алгоритм – точный набор инструкций ,описывающий последовательность действий некоторого исполнителя достижения результата за конечное время.

Св-ва: завершаемость(при корректно заданных данных алгоритм должен приводить к конечному результату)определенность(в каждый момент времени следующее действие определено.существует полная ясность каждого шага)понятность(алгоритм должен включать доступные команды)эффективность(должен быть эффективен по времени и емкости памяти)массовость(плгоритм должен быть применим к любым допускаемым типам данных)вход\выход(некоторое количество входных и выходных данных)

Виды: линейный,разветвляющийся,циклический.

Наиболее часто используются следующие способы описания алгоритма: словесный (вербальный), графический (в виде схем), на алгоритмическом языке или на языке программирования.

При словестном способе алгоритм задается в произвольном изложении на естественном языке.

При графическом описании алгоритма каждому типу действий соотносится геометрическая фигура, представленная в виде блочного символа. Действия (блоки) соединяются линиями потока. Совокупность таких связанных блоков называется блок-схемой алгорима.

При записи на алгоритмическом языке каждому типу действий соотносится некоторая конструкция или команда, которую также называют оператором. Запись основных алгоритмических конструкций (операторов) в сокращенном виде на языке приближенном к естественному называют записью алгоритма на алгоритмическом языке. Если же при записи алгоритма используется строго определенный синтаксис какого-то языка программирования, то говорят о записи алгоритма на языке программирования.

Базовые структуры алгоритма

Большинство алгоритмов содержит действия по присваиванию некоторой переменной значения другой переменной или значения некоторого выражения. сначала вычисляется значение выражения в правой части операции присваивания, а затем полученное значение присваивается переменной, стоящей в левой части операции присваивания. Слева от знака присваивания всегда должна стоять переменная, которой присваивается значение выражения, стоящего справа: «переменная» := «выражение».

Слева от знака присваивания всегда должна стоять переменная, которой присваивается значение выражения, стоящего справа: «переменная» := «выражение». Основные блоки: терминатор(пуск-останов)-начало или конец алгоритма, ввод-вывод-преобразует данные в форму,пригодную для ввода-вывода, решение/проверка условия – выбор направления алгоритма, процесс(обработка)-выполнение операций, комментарий, символ-соединитель.

Для решения прикладной задачи всегда можно составить несколько разных алгоритмов. характеристики: простота и легкость понимания алгоритма, скорость выполнения и требуемый объём памяти. Для того чтобы алгоритм был простым и легко понимаемым, его рекомендуется строить, используя 3 основных структуры:Последовательное соединение-выполняется несколько последовательных операторов.Условие с двумя вариантами действий if () A else B;,Условие с одним варииантом действий if() А;Цикл с предусловием-действие повторяется пока условие не станет ложным while(){А;}.Цикл с постусловием – действие повторяется,пока условие не станет верным do {A;}while();Во всех трёх случаях, во всех стандартных структурах блоки А и В могут в свою очередь состоять из таких же стандартных структур. Т.е. одна структура может быть вложена в другую произвольное количество раз.Структурный алгоритм - это алгоритм, в котором используются только стандартные структуры - последовательность, условие, цикл, а также ввод-вывод. Структурная программа - это программа, которая точно соответствует структурному алгоритму.

Структурное программирование – процесс разработки структурных алгоритмов и программ. Справедлива следующая теорема о структурных алгоритмах: для каждого алгоритма существует эквивалентный ему структурный алгоритм. В некоторых языках отсутствуют полноценные структуры для реализации условий и циклов,поэтому используют безусловный переход,при выполнении которого управление передается на указанный шаг а алгоритме.

Программирование

программа на ЯП вводится на ЭВМ и поступает на обработку в системную программу -транслятор (переводчик). Транслятор проверяет программу и переводит на внутренний машинный язык ЭВМ. В результате получается машинная программа, которая управляет работой ЭВМ в процессе решения прикладной задачи. Переход от алгоритма к программе на ЯП называется кодированием алгоритма. Языки программирования можно разделить на 2 большие группы: алгоритмические и машинно-ориентированные.

Алгоритмический язык (АЯ) - это специальный искусственный язык, с помощью которого можно достаточно просто и удобно записать любой алгоритм. Фортран -язык для научно-технических расчётов; ПЛ/1, Кобол - языки для экономических расчётов; Бейсик - язык начального обучения; Паскаль - универсальный язык для обучения и программирования; Си - язык прикладного и системного программирования; Модула-2 и Ада - универсальные языки программирования; Лисп, Пролог - языки функционального и логического программирования; С++, Java, Object Pascal - языки объектно-ориентированного программирования. Часто вместо термина алгоритмический язык используется термин - язык программирования высокого уровня.

С технической точки зрения процесс кодирования алгоритма заключается в записи основных алгоритмических конструкций на языке программирования.

Машинно-ориентированный язык (МОЯ)-язык машинных команд,записанных в символическом виде. Программирование на машинно-ориентированном языке менее наглядно и более трудоёмко, чем программирование на АЯ. Однако программа, составленная хорошим программистом на машинно-ориентированном языке, имеет лучшие характеристики по быстродействию и памяти, чем программа, полученная после трансляции с АЯ. Поэтому МОЯ применяются либо в системном, либо в высокоэффективном прикладном программировании.

Тестирование и отладка

Тестирование - процесс поиска ошибок работы программы, посредством проверки правильности результатов ее функционирования на наборах данных, характерных для рабочего состояния программы. Цель тестирования - подготовить как можно больше тестовых последовательностей и проверить работоспособность программы на них.

Отладка - точное определение местоположения ошибок в программе, причин и условий их возникновения, с целью последующего их устранения.

Трассировка (раскрутка) алгоритма - это процесс пошагового выполнения алгоритма с записью в таблицу значений переменных, значений условий, номеров последующего шага (блока) для выполнения и комментариев по выполнению.

Верификация – доказательство правильности программы. существует такая аксиома: любая сложная программа содержит хотя бы одну ошибку. Фактически большинство методов верификации программ пытаются строго математически обойти все пути алгоритма и доказать, что ни на одном из них нет ошибок Можно выделить следующие виды тестирования:

• автономное (тестирование модулей программистами);

• комплексное (тестирование общих функций системы программистами);

• системное (оценочное) - тестирование, как правило, с участием заказчика.

Часть 13

План лекции

1. Общие сведения о языке Паскаль

2. Алфавит языка Паскаль

3. Структура программы на языке Паскаль, основные операторы

4. Имена объектов в программе, выражения, операции и приоритеты

5. Стандартные типы данных

6. Составные типы данных

7. Стандартный ввод-вывод

8. Процедуры и функции

9. Примеры алгоритмов и программ

Никлаус Вирт (род. 1934 г.) Швейцарский ученый. Придумал и разработал язык Паскаль в 1970-1973 гг.

Блез Паскаль (1623 – 1662 гг.) Французский ученый, в честь которого был назван новый язык. Блез Паскаль в 1641 г. изобрел первую в истории человечества вычислительную машину. В языке Паскаль впервые реализованы основные идеи структурного программирования.

Достоинства языка Паскаль:

- Язык прост в изучении и использовании

- Программы на Паскале легко читать и понимать

- Язык удобен для трансляции, т.е. позволяет построить простой и эффективный транслятор, дающий компактные и быстродействующие машинные программы.

Язык реализован на большинстве современных ЭВМ. В конкретной реализации языка всегда сохраняются возможности стандартного Паскаля, т.е. авторского варианта языка. Кроме того, в различных реализациях языка дополняются новые средства и возможности, в результате получаются расширенные версии языка. Далее будем изучать Паскаль на примере его реализации в системе Delphi.

Алфавит – совокупность символов, которые можно использовать в программах на языке Паскаль.

В алфавит языка входят:

1. Большие и маленькие латинские буквы: A, B,…Z; a, b,...,z и символ подчеркивания ( '_' ). Далее будем обозначать <буква>

2. Десятичные цифры: 0, 1,..9. Далее будем писать просто <цифра>

3. Специальные символы: + - * / = < > <> <= >= := . , ; .. : ( ) [ ] { } ^ $

4. Служебные слова (зарезервированные, ключевые слова)

Некоторые зарезервированные слова языка Паскаль

Слово	Перевод, назначение
And	Операция «Логическое И», конъюнкция
array	«Массив», используется при описании массивов
As	«Как», Используется при проверке соответствия типов, определяет объект как операнд
begin	Начало блока
case	Оператор выбора. Используется при выборе из многих вариантов
const	Определяет константы, т.е. неизменяемые данные
div	Целочисленное деление
do	«Выполнять», определяет начало исполнимой части в операторах цикла, конструкции, try…except и в операторе with
downto	«Назад к», определяет направление итерации в операторе цикла for

Примечание:

1. Каждая буква, цифра, специальный символ и служебное слово – это самостоятельная, неделимая конструкция языка

2. В реализации языка на отечественных ЭВМ в алфавит добавляются большие и маленькие русские буквы и дополнительные знаки препинания. Однако эти дополнительные символы можно использовать только в символьных и строковых константах

3. Во всех реализациях языка Паскаль в служебных словах и в именах данных большие и маленькие латинские буквы взаимозаменяемы, т.е. записи «begin», «Begin», «BEGIN», «BeGiN» эквивалентны

Структура программы на языке Паскаль в упрощенном виде выглядит следующим образом:

Program <имя>; // заголовок

Uses <модуль1>, <модуль2>, ... ; //список подключаемых модулей

Label <метка1>,<метка2>, ... ; //раздел описания меток

Const <имя1>=<значение1>; //раздел описания констант

<имя2>=<значение2>;

...

Type <имя1>=<значение1>; // раздел описания типов данных

<имя2>=<значение2>;

...

Например:

TLOGICAL = BOOLEAN;

TFileMode = (mRead, mEdit, mWrite);

THour = 0..23;

TMatrica = ARRAY [1..5,1..4] of THour;

Var <имя1>, ... : <тип>; // раздел описания переменных

<имя2>, ... : <тип>;

. . .

Например:

L1, L2, L3: TLOGICAL;

FileMode1, FileMode2: TFileMode;

A,B : TMatrica;

i, j, k : Integer;

f: Real;

sFIO: String;

Procedure <имя>; // раздел описания процедур и функций

<основная часть процедуры>;

. . .

Function <имя>; // описание функций

<основная часть функции>;

. . .

Begin // раздел операторов

<операторы>

End.

В языке Паскаль есть следующие операторы:

- Пустой оператор

- Оператор присваивания ( := )

- Оператор перехода (goto)

- Составной оператор (begin…end)

- Условный оператор (if…then…else)

- Оператор цикла с предусловием (while…do)

- Оператор цикла с постусловием (repeat…until…)

- Оператор цикла с параметром (for i:=K to|downto N do…)

- Операторы прерывания циклов (break, continue)

- Оператор выбора (case… of…end)

- Оператор присоединения (with…do)

- Оператор вызова процедуры (указывается записью имени процедуры в программе)

Комментарии имеют вид (*текст*) или {текст}. Комментарий также может помещаться в одной строке (точнее, до конца строки), тогда используется форма: «// комментарий до конца строки». Если внутри комментария за символом «{» сразу идет символ «$», то это означает что внутри комментария содержится директива (команда) компилятору, например, «{$WARNINGS OFF}».

Директивы компилятору часто используются, чтобы настроить различные параметры компиляции, использовать макроподстановки и делать условную компиляцию, что используется при отладке программы. Например, в последующих примерах программ на языке Паскаль будет встречаться директива {$APPTYPE CONSOLE}, которая означает, что выполняется консольное приложение.

Имена (идентификаторы) – условные обозначения для используемых в программе констант, типов, переменных, процедур и функций. Имя начинается с буквы и состоит из букв и цифр, т.е. в виде грамматики:

<имя> =:: <буква>{<буква> | <цифра>}

Например:

A, AB132, MyFunc

Выражение состоит из операндов, символов операций и круглых скобок.

Операнды – объекты, к которым применяются операции. В процессе вычисления выражения получается результат определенного типа.

Тип выражения – это тип его результата, который определяется той операцией, которая выполняется последней.

В качестве операндов могут выступать:

- Переменные

- Константы

- Элементы массивов

- Массивы

- Записи

- Поля записей

- Результаты вычислений стандартных и нестандартных функций и других выражений

Стандартные функции – это функции языка Паскаль, которые имеются в стандартных подключаемых модулях и библиотеках.

Нестандартными называются функции, которые создаются в программе пользователем.

Можно выделить следующие группы операций:

- Арифметические операции (+, –, *, /, DIV, MOD)

- Операции отношения (=, <>, <, >, <=, >=)

- Логические операции (NOT, AND, OR, XOR)

- Логические поразрядные операции (NOT, AND,

OR, XOR, SHL,SHR)

- Операции со строками (=, <>, <, >, <=, >=, +)

- Операции с указателями (+, –, ^, =, <>)

- Операции с множествами (+, –, *, <=, >=, =, <>, in)

- Операция @ (возвращает адрес операнда)

- Операция as (осуществляет заданное

преобразование типов)

- Операция is (используется при проверке типов)

Операнды, участвующие в операции должны быть строго одного типа. Исключение составляют операции: +, –, *, DIV, MOD, для которых один операнд может быть целым, а другой ограниченно целым, результат операции будет целого типа. Для операций +, –, *, / один операнд может быть целым, а другой вещественным, в этом случае результат – вещественного типа.

В сложных выражениях последовательность выполнения операций определяется скобками, старшинством операций и их ассоциативностью. Если подряд идет несколько операций, не разделенных скобками, то последовательность их вычисления определяется приоритетом операций.

По приоритету операции разделяются на четыре уровня

Операция	Приоритет
@, not	Первый (наивысший)
*, /, div, mod, and, shl, shr, as	Второй
+, –, or, xor	Третий
=, <>, <, >, <=, >=, in, is	Четвертый (низший)

Примеры выражений на языке Паскаль:

(A OR B) AND NOT C

SIN(X*Y DIV 3) / (X+COS(Y MOD 2))

((X>2.03e-4) OR (X<1.1E-2) )AND (Y>=0)

Данные – это объекты, которые обрабатываются в программе.

В языке Паскаль есть два вида данных:

- Константы

- Переменные

Константа – данное, которое не может меняться в процессе работы программы. Тип и значение константы однозначно определяются её изображением в программе. Константы в программе записываются: в виде целых или вещественных чисел; в виде символьных констант; в виде строковых констант; в виде стандартных имен констант; в виде определённых в программе имён констант.

Переменная – данное, которое может меняться в процессе выполнения программы, например путём присваивания ей значения выражения. В тексте программы переменные обозначаются с помощью имён.

Тип данного определяет возможные значения данного и допустимые операции, которые можно применять к этим значениям.

Типы данных в Паскале можно разделить на:

- Предопределенные в языке (встроенные) типы

- Типы, определяемые пользователем

К предопределенным относятся:

- Простые типы (целый, логический, символьный, перечисляемый ограниченный, вещественный)

- Структурные типы (записи, строки, массивы, множества, файлы, классы)

- Указатели

- Процедурный тип

- Тип Variant

Данные булевского типа могут принимать только 2 значения:

1. TRUE – истина

2. FALSE – ложь

Константы булевского типа – это стандартные имена TRUE и FALSE.

Переменные булевского типа – это переменные, для которых в разделе описания переменных указано одно из стандартных имен BOOLEAN, ByteBool, WordBool, LongBool.

Например:

VAR А, В, С: BOOLEAN

Операции для данных булевского типа – это логические операции и операции отношения.

Логические операции:

- Операция NOT (отрицание)

- Операция AND (конъюнкция)

- Операция OR (дизъюнкция)

- Операция XOR (исключающее ИЛИ)

Операции отношения <, <=, =, <>, >, >= имеют также обычный смысл, причём для стандартного типа BOOLEAN считается FALSE < TRUE.

Предопределенные в языке константы TRUE и FALSE.

Данные целого типа (целые данные) могут принимать целые значения различных диапазонов в зависимости от стандартных имен, соответствующих целому типу

Тип	Диапазон значений	Требования к памяти в байтах	Знаковый (может ли хранить отрицательные числа)
Byte	0…255	1	Нет
Word	0…65535	2	Нет
ShortInt	–128…127	1	Да
SmallInt	–32768…32767	2	Да
Cardinal	0…4294967295	4	Нет
Integer	–2147483648…2147483647	4	Да
LongInt	–2147483648…2147483647	4	Да
Int64	–263 … 263 – 1	8	Да