Системне забезпечення інформаційних процесів
Комп’ютер — це насправді система з багатьох складових, які працюють разом. Матеріальні частини, до яких можна доторкнутися і які можна побачити, загалом називають устаткування. (Натомість, програмним забезпеченням, називають інструкції або програми, які наказують устаткуванню, що слід робити.)
На риc. 1 нижче показано найбільш поширене устаткування настільного комп’ютера. Ваша система може виглядати трохи інакше, але, напевно, вона має більшість із цих складових. Портативний комп’ютер має такі ж складові, але вони містяться в одному корпусі розміром із блокнот.
Рис.1. Настільний комп’ютер
Системний блок — це ядро комп’ютерної системи. Зазвичай це прямокутна коробка, розташована на столі або під ним. У ній багато електронних компонентів, які обробляють інформацію. Найважливіший із цих компонентів — центральний процесор (ЦП), або мікропроцесор, що є «мозком» комп’ютера. Ще один компонент — це оперативна пам’ять (ОЗП), що тимчасово зберігає інформацію, яку використовує центральний процесор, коли комп’ютер увімкнуто. Після вимкнення комп’ютера всі дані з оперативної пам’яті стираються.
Майже кожна інша складова комп’ютера поєднується із системним блоком за допомогою кабелів. Кабелі під’єднуються в спеціальні порти (гнізда), зазвичай на задній панелі системного блока. Устаткування, яке не входить до системного блока, іноді називають периферійними пристроями або просто пристроями.
У комп’ютері є один або кілька накопичувачів— пристроїв, які зберігають інформацію на металевому або пластиковому диску. Інформація на диску зберігається, навіть коли комп’ютер вимкнуто.
Накопичувач на жорстких дисках зберігає інформацію на жорсткому диску, твердій круглій пластині чи стосі пластин, вкритих шаром магнітного матеріалу. Оскільки жорсткі диски можуть містити великі обсяги інформації, вони зазвичай є основним засобом зберігання даних на комп’ютері й містять майже всі ваші програми та файли. Накопичувач на жорстких дисках зазвичай перебуває в системному блоці.
Майже всі комп’ютери сьогодні обладнано пристроями читання компакт- і DVD-дисків, які зазвичай розташовані на передній панелі системного блока. Ці пристрої використовують лазери для зчитування (отримання) даних із компакт-диска, багато з них також можуть записувати дані на компакт-диски. Якщо у вас є пристрій записування дисків, можна зберігати копії файлів на чистих компакт-дисках. Також можна використовувати пристрій читання компакт-дисків, щоб відтворювати на комп’ютері музичні компакт-диски.
Пристрої читання DVD виконують усі функції пристроїв читання компакт-дисків і, крім того, читають DVD-диски. Якщо в комп’ютері є пристрій читання DVD-дисків, можна переглядати фільми. Багато пристроїв читання DVD-дисків можуть записувати дані на пусті DVD-диски.
Накопичувачі на гнучких дисках зберігають інформацію на гнучких дисках, які також називають дискетами. Порівняно з компакт- і DVD-дисками, дискети можуть зберігати невелику кількість даних. Також вони повільніше записуються та більш нестійкі до ушкоджень. Саме тому накопичувачі на гнучких дисках менш популярні, ніж колись, хоча в деяких комп’ютерах вони все ще використовуються.
Операційна система – це сукупність програм, які призначені для керування ресурсами комп’ютера й обчислювальними процесами, а також для організації взаємодії користувача з апаратурою.
Ресурси – це логічні й фізичні компоненти комп’ютера: оперативна пам’ять, місце на диску, периферійні пристрої, процесорний час тощо. Керування ресурсами полягає, наприклад, у тому, що ОС: розпізнає й обробляє команди, що надходять з клавіатури; керує роботою дисків; готує інформацію для виведення на екран монітора або на принтер тощо. При цьому ОС намагається оптимальним способом розподіляти ресурси між різними завданнями, що виконуються.
Інша функція ОС – керування обчислювальними процесами. Обчислювальним процесом (або завданням) називається послідовність дій, яка задається програмою. Переважна більшість сучасних програм сконструйовані так, що вони можуть виконуватися тільки за наявності операційної системи. У принципі, функції керування процесами можна було б передати кожній прикладній програмі, але тоді програми були б набагато більшими та складнішими. Тому зручніше мати на комп’ютері одну керуючу програму – операційну систему, послугами якої користуватимуться всі інші програми.
Однією з найбільш популярних операційних систем є операційні системи Microsoft Windows. Windows являє собою операційну систему з графічним інтерфейсом користувача, що є душею і серцем будь-якого комп’ютера. Windows є багатопоточною, багатозадачною операційною системою.
Багатозначність – дозволяє операційній системі одночасно виконувати декілька задач, наприклад, ви можете редагувати один документ, інший друкувати на принтері та слухати музику, записану на компакт-диску. Операційна система контролює роботу процесора і, якщо запущена задача вимагає додаткові ресурси, то її виконання може бути призупинено до отримання ресурса.
Багатопоточність – це виконання декількох процесів у швидкій послідовності в межах однієї програми (під процесом в програмуванні розуміють процедуру або задачу, яка є частиною більш значної операції або програми). Наприклад, якщо ви працюєте з багатопоточною програмою Microsoft Exсel, то можете одночасно друкувати одні електронні таблиці і редагувати інші. Продуктивність системи зростає, так як потоки виконуються одночасно, незалежно один від одного.
Ефективне “спілкування” користувача з комп’ютером в Windows реалізується через графічний інтерфейс користувача, основу якого складають вікна, значки, розміщені на робочому столі, кнопки, перемикачі, галочки, бігунки та ін. Робота із значками файлів, папок та різноманітних пристроїв комп’ютера набагато простіша для користувача, ніж запам’ятовування їх точного імені. Графічний інтерфейс Windows реалізує принцип WYSIWYG (What You See is What You Get – що ви бачите, те і отримаєте). У відповідності з цим принципом зображення на екрані ідентичне тому образу, який ми отримуємо при друкуванні.
Реалізація об’єктно-орієнтованого підходу дозволяє користувачу зосередитися на документах, а не на програмах, що працюють з цими документами. Наприклад, щоб прослухати звуковий файл, достатньо виконати подвійне клацання на його ярлику, не запускаючи попередньо спеціальної програми.
Windows – розширювана операційна система. Вона базується на мікроядрі, що забезпечує спільну роботу різних служб, файлових систем і інших підсистем, взаємодіючих з операційною системою, а також різних пристроїв, підключених до комп’ютера.
Ключовими функціями Windows є:
1. Сумісність (Compatibility). Система може мати звичний інтерфейс ОС сімейства Windows з деякими додаваннями й розширеннями; при виході нової версії ОС виробниками забезпечується максимальна сумісність з додатками, випущеними для попередніх версій Windows.
2. Переносимість (Portability). Система працює на різних процесорах виробництва Intel і AMD.
3. Система безпеки (Security). Реалізовано звична для NT система безпеки на рівні користувачів, а також технологія User Account Control, брандмауер Windows та ін.
4. Розподілена обробка (Distributed processing). Windows має вбудовані в систему мережні можливості, що забезпечує зв’язок з різними типами комп’ютерів-хостів завдяки наявності різноманітних транспортних протоколів і технології » клієнт-сервер».
5. Надійність (Reliability and robustness). Архітектура ОС захищає додатки від ушкодження один одним і самою операційною системою. При цьому використовується структурована обробка особливих ситуацій на всіх архітектурних рівнях, що включає відновлювану файлову систему NTFS і забезпечує захист за допомогою вбудованої системи безпеки й удосконалених методів керування пам’яттю.
6. Локалізація (Localization). Система надає можливості для роботи в багатьох країнах світу на національних мовах, що досягається застосуванням стандарту ISO Unicode.
7. Розширюваність (Extensibility). Завдяки модульній побудові системи стає можливим додавання нових модулів на різні архітектурні рівні ОС.
Мережні технології
З‘єднання двох і більше комп’ютерів між собою називається комп’ютерною мережею. Мережа може включати кілька комп’ютерів окремих користувачів (однієї установи), або багато комп’ютерів (вузлів, станцій) кількох установ. Вони мають можливість взаємодіяти один з одним за допомогою апаратних засобів і мережевого програмного забезпечення.
Комп’ютерні мережі створюються для людей, які мають свої і бажають використовувати ресурси інших інформаційних оболонок. Ресурси включають каталоги, принтери, що можуть використовуватись всіма користувачами мережі. Якщо користувач має такі ресурси, він може зробити їх доступними для інших, хто також ділиться ресурсами. Якщо не призначено користування ресурсами іншим, то ними може користуватись тільки сам користувач.Обмеження користувачів ресурсами може бути досягнуто і уведенням паролів для окремих ресурсів. При наданні своїх каталогів можна визначати різні рівні допуску згідно з вимогами різних паролів. Якщо пароль відсутній, ресурси доступні всім користувачам мережі.
Група з’єднаних комп’ютерів, які призначені для досягнення однієї мети, - називається робочою групою. Не важливо, як організована група, всі комп’ютери можуть обмінюватись інформацією на протязі всього часу, поки вони з’єднані. Мережа може з’єднувати одну або кілька робочих груп.
Для з’єднання кількох персональних комп’ютерів необхідні: кабель, з’єднувач кабелів (конектор), мережевий адаптер (або електронна карта). Мережевий адаптер називають також сітьовою інтерфейсною платою, чи картою. Він надає можливість користувачеві одержати інформацію від інших комп’ютерів. Мережевий адаптер разом з обладнанням створюють вузол мережі. Для роботи в мережі до вузла можуть бути увімкнуті один або кілька комп’ютерів, які називають робочими станціями.
Класифікація комп’ютерних мереж. Залежно від розміру мережі поділяються на:
- локальна мережа для офісу, поверху, будинку (LAN (Locfl-Area Network));
- кампусна мережа, яка об’єднує віддалені вузли або локальні мережі, але ще не потребує комунікацій через телефонні лінії і модеми (CAN (Campus-Area Network));
- міська мережа з радіусом у десятки кілометрів з великою швидкістю передачі (100 Мбіт/с) (MAN (Matropolitan-Area Network));
- широкомасштабна мережа, яка використовує віддалені мости і маршрутні запори з можливо невисокими швидкостями передачі (WAN (Wide-Area Network));
- глобальна (міжнародна, міжконентальна) мережа (GAN (Global-Area Network)).
Мережі також поділяються за ознакою кількості вирішуваних задач на універсальні, призначені для вирішення всіх задач користувача, і корпоративні - для вирішення обмеженої за типом кількості задач.
За фізичною формою носія інформації мережі поділяються на безкабельні і кабельні. Безкабельні мережі як фізичний носій інформації використовувати інфрачервоні промені, радіохвилі і лазерні канали. Такі мережі характеризуються невисокою пропускною здатністю, вони не стійкі проти перешкод, можуть надійно працювати тільки в межах прямої видимості і знаходять використання тільки на корпоративному рівні. Кабельні мережі як носій інформації використовують кабель трьох типів: вита пара, коаксіальний і оптоволокнистий.
Вита пара - це два скручені ізольовані дроти. Кабель такого типу складається не з однієї, а кількох пар дротів. Для захисту від впливу довкілля кожен дріт вміщається в сітку із міді чи алюмінію, а весь кабель має зовнішнє ізоляційне покриття. Для з’єднання комп’ютера з мережею використовується дві виті пари: одна - для передачі даних, друга - для прийому даних.
Коаксіальний кабель складається із центрального дроту (одножильного або багатожильного), ізоляційного покриття, зовнішньої екранної металевої сітки і зовнішньої захисної оболонки. Найбільші темпи росповсюдження в нашій державі мають мережі на витій парі.
Оптоволокнистий кабель. Широко використовується в мережах останнім часом. Він стійкий проти електромагнітних перешкод, практично не має електромагнітного випромінення. Такий кабель може бути використаний у мережах, від яких вимагається підвищена секретність. Але такий кабель дорогий, малотехнологічний і недовговічний. За топологією мережі поділяються на шинні, зіркоподібні і кільцеві. Топологія - це геометрична схема з’єднання вузлів мережі. Інші топології мереж є похідними від трьох основних: деревоподібна, ромашкоподібна, змішана та ін.
Шинна топологія. При такій топології комунікаційний кабель створює незамкнуту лінію, тобто кабель має лівий і правий кінці, на яких встановлюються спеціальні обмежувачі - термінатори. Дані, що передаються вузлом, поширюються на два кінці кабеля. Проміжні вузли не виконують ніяких функцій щодо ретрансляції інформації, яка передається. Прийомний вузол розпізнає призначені йому дані і читає повідомлення, що передаються. Мережі з шинною топологією характеризуються хорошими стійкістю і економічністю, але можуть мати невелику довжину.
Зіркоподібна топологія. При такій топології вузли з’єднані “променями” з центром зірки. Залежно від конкретного типу мережі в центрі зірки може бути центральний вузол, або пристрій, що синхронізує роботу периферійних вузлів мережі. Кожний периферійний вузол має власний канал для зв'язку з центром. Вся інформація передається через центр, який ретранслює, комутує і маршрутує інформаційний потік до споживача. Мережі з зіркоподібною топологією дозволяють використовувати прості адаптери, різнотипні кабелі, але надійність їх роботи залежить від центрального вузла.
Кільцева топологія. При такій топології вузли з’єднуються один до другого, створюючи коло. Дані передаються в мережі по колу від вузла до вузла тільки в одному напрямі, наприклад, за годинниковою стрілкою. Кожен проміжний вузол між передавачем і приймачем ретранслює послане повідомлення. Вузол-приймач розпізнає і приймає тільки адресоване йому повідомлення. Мережі з кільцевою топологією мають більшу надійність порівняно з зіркоподібною, ретрансляція інформації окремими вузлами дозволяє підсилювати сигнали і таким чином збільшити довжину мережі, з одного боку, а з іншого - мережа виходить з ладу при несправностях хоча б в одному із вузлів.
За типом використовуваних операційних систем мережі поділяються на гомогенні і гетерогенні. Якщо в мережі підтримується тільки одна операційна система, тобто вона складається із однорідних вузлів, то така мережа називається гомогенною (однорідною), а якщо в мережі підтримується кілька операційних систем - гетерогенною (різнорідною). Важливим показником роботи мережі є швидкість передачі даних, яка вимірюється кількістю біт, що передаються за секунду (bps). У локальних мережах виділяють дві швидкості передачі:
- швидкість передачі даних по головному комунікаційному каналу; вона має стале значення для кожного типу мережі і не залежить від типу вузлів. Наприклад, в мережах Ethernet - вона дорівнює 100 Mbps, у безкабельних мережах - 1...2 Mbps;
- швидкість передачі даних між вузлами мережі. Вона значно менша від швидкості передачі по головному каналу і залежить від умов функціонування вузла: швидкодія процесора, конструкція мережевого адаптера, особливостей операційної системи та інших факторів