Обработка данных и сетевые технологии

Дисциплина: ИНФОРМАТИКА
II-КУРС: Т28, ВМ, АСОИ, САПР
Лекция № 12
Тема: Обработка данных и сетевые технологии
I. Обработка данных.
1.1. Основные виды обработки данных
1.2. Обработка аналоговой и цифровой информации
1.3. Устройства обработки данных и их характеристики
II. Сетевые технологии обработки данных.
2.1. Распределенная обработка данных
2.2. Обобщенная структура компьютерной сети
2.3. Классификация вычислительных сетей
III. Основы компьютерной коммуникации
3.2. Общие сведения об Internet
3.1. Протоколы обмена и адресация
IV. Слайды к лекции
Лекция № 12
Тема: Обработка данных
1.1. Основные виды обработки данных
Представим основные компоненты информационной технологии обработки данных и приведем их характеристики.
Сбор данных. По мере того как фирма производит продукцию или услуги,
каждое её действие сопровождается соответствующими записями данных.
Обычно действия фирмы, затрагивающие внешнее окружение, выделяются
особо как операции, производимые фирмой.
Обработка данных. Для создания из поступающих данных информации,
отражающей деятельность фирмы, используются слежующие типовые операции:
 Классификация или группировка. Первичные данные обычно имеют
вид кодов, состоящих из одного или нескольких символов. Эти коды, выражающие определенные признаки объектов, используются
для идентификации и группировки записей;
Пример. При расчете заработной платы каждая запись
включает в себя код (табельный номер) работника, код
подразделения, в котором он работает, занимаемую
должность и т.п. В соответствии с этими кодами можно произвести разные группировки.
 Сортировка, с помощью которой упорядочивается последовательность записей;
 Вычисления, включающие арифметические и логические операции.
Эти операции, выполняемые над данными, дают возможность получать новые данные;
 Укрупнение или агрегирование, служащее для уменьшения количества данных и реализуемое в форме расчетов итоговых и средних
значений.
Хранение данных. Многие данные на уровне операционной деятельности необходимо сохранить для последующего использования либо здесь же.
Либо на другом уровне. Для их хранения создаются базы данных.
Создание отчетов (документов). В информационной технологии обработки данных необходимо создавать документы для руководства и работников фирмы, а также для внешних партнеров. При этом документы могут
создаваться как по запросу или в связи с проведенной фирмой операцией, так
и периодически в конце каждого месяца, квартала или года.
1.2.
Обработка аналоговой и цифровой информации
По принципу действия вычислительные машины делятся на три большие класса: аналоговые (АВМ), цифровые (ЦВМ) и гибридные (ГВМ).
Аналоговые вычислительные машины (АВМ) – вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной
в непрерывной (аналоговой) форме, т.е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического
напряжения).
Аналоговые вычислительные машины весьма просты и удобны в эксплуатации; программирование задач для решения на них, как правило, нетрудоемкое; скорость решения задач изменяется по желанию оператора и
может быть сделана сколь угодно большой (больше, чем у ЭВМ), но точность решения задач очень низкая (относительная погрешность 2-5%). На
АВМ наиболее эффективно решать математические задачи, содержащие диференциальные уравнения, не требующие сложной логики.
Цифровые вычислительные машины (ЦВМ) – вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в
дискретной, а точнее, в цифровой форме.
Гибридные вычислительные машины (ГВМ) – вычислительные машины комбинированного действия, работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме; они совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ. ГВМ целесообразно использовать для решения
задач управления сложными быстродействующими техническими комплексами.
Наиболее широкое применение получили ЦВМ с электрическим представлением дискретной информации – электронные цифровые вычислительные машины, обычно называемые просто электронными вычислительными
машинами (ЭВМ), без упоминания об их цифровом характере.
Электронная вычислительная машина, компьютер – комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.
1.3. Устройства обработки данных и их характеристики
К устройствам ввода информации относятся:
 клавиатура – устройство для ручного ввода числовой, текстовой и
управляющей информации в ПК;
 графические планшеты (диджитайзеры)- для ручного ввода графической информации, изображенный путем перемещения по планшету специального указателя (пера) ; при перемещении пера автоматически выполняются считывание координат его местоположения и
ввод этих координат в ПК;
 сканеры (читающие автоматы) – для автоматического считывания с
бумажных носителей и ввода в ПК машинописных текстов, графиков, рисунков, чертежей; в устройстве кодирования сканеры в текстовом режиме считанные символы после сравнения с эталонными
контурами специальными программами преобразуются в коды
ASCII, а в графическом режиме считанные графики и чертежи преобразуются в последовательности двухмерных координат;
 манипуляторы (устройства указания): джойстик – рычаг, мышь,
трекбол – шар в оправе, световое перо и др. – для ввода графической информации на экран дисплея путем управления движением
курсора по экрану с последующим кодированием координат курсора
и вводом их в ПК;
 сенсорные экраны – для ввода отдельных элементов изображения,
программ или команд с полиэкрана дисплея в ПК;
К устройствам вывода информации относятся:
 принтеры – печатающее устройство для регистрации информации на бумажный носитель;
 графопостроители (плоттеры) – для вывода графической информации (графиков, чертежей, рисунков) из ПК на бумажный
носитель; плоттеры бывают векторные с вычерчиванием изображения с помощью пера и растровые: термографические, электростатические, струйные и лазерные. По конструкции плоттеры
подразделяются на планшетные и барабанные. Основные характеристики всех плоттеров примерно одинаковые: скорость вычерчивания – 100-1000 мм/с, у лучших моделей возможны цветное изображение и передача полутонов, но они самые дорогие.
Устройства связи и телекоммуникации используются для связи с приборами и другими средствами автоматизации (согласователи интерфейсов,
адаптеры, цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи и т. п.) и
для подключения ПК к каналам связи, к другим ЭВМ и вычислительным сетям (сетевые интерфейсные платы, «стыки», мультиплексоры передачи данных, модемы).
Клавиатура – важнейшее для пользователя устройство, с помощью которого осуществляется ввод данных, команд и управляющих воздействий в ПК.
На клавиши нанесены буквы латинского и русского алфавитов, десятичные
цифры, математические, графические и специальные служебные знаки, знаки
препинания, наименования некоторых команд, функций и др. В зависимости
от типа ПК назначение клавиш, их обозначение и размещение могут варьироваться.
Видеотерминал состоит из видеомонитора(дисплея) и видеоконтроллера
(адаптера).Видеоконтроллера входят входят в состав системного блока ПК
(находятся на видеокарте, устанавливаемой в разъем материнской платы). А
видеомониторы – это внешние устройства ПК.
Видеомонитор, дисплей или просто монитор – устройство отображения
текстовой и графической информации на экране (в стационарных ПК – на
экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), в портативных ПК – на жидкокристаллическом плоском экране).
Видеоконтроллеры (видеоадаптеры) являются внутрисистемными
устройствами, непосредственно управляющими мониторами и выводом информации на их экран. Видеоконтроллер содержит: схему управления ЭЛТ,
растровую память (видеопамять, хранящую воспроизводимую на экран информацию и использующую поле видеобуфера в ОП), сменные микросхемы
ПЗУ (матрицы знаков), порты ввода-вывода.
Принтеры (печатающее устройство) – это устройство вывода данных из
ЭВМ, преобразующие информационные ASCII-коды в соответствующие им
графические символы (буквы, цифры, знаки и т.п.) и фиксирующие эти символы на бумаге.
II. Сетевые технологии обработки данных
2.1. Распределенная обработка данных
В эпоху централизованного использования ЭВМ с пакетной обработкой
информации пользователи вычислительной техники предпочитали приобретать компьютеры, на которых было бы решать почти все классы их задач.
Однако сложность решаемых задач обратно пропорциональна их количеству,
и это приводило к неэффективному использованию вычислительной мощности ЭВМ при значительных материальных затратах. Также доступ к ресурсам
компьютеров был затруднен из-за существующей ней централизации вычислительных средств в одном месте.
Принцип централизованной обработки данных не отвечал высоким требованиям к надежности процесса обработки и затруднял развитие систем. Кратковременный выход из строя центральной ЭВМ приводил к роковым последствиям для системы в целом. Появление персональных компьютеров потребовало нового подхода к организации систем обработки данных. Возникло
логически обоснованное требование перехода от использования отдельных
ЭВМ в системах централизованной обработки данных к распределенной обработке данных.
Распределенная обработка данных — обработка данных, выполняемая на
независимых, но связанных между собой компьютерах, представляющих
распределенную систему.
Для реализации распределенной обработки данных были созданы многомашинные ассоциации, структура которых разрабатывается по одному из
следующих направлений:
 многомашинные вычислительные комплексы (МВК);
 компьютерные (вычислительные) сети.
Многомашинный вычислительный комплекс — группа установленных
рядом вычислительных машин, объединенных с помощью специальных
средств сопряжения и выполняющих совместно единый информационновычислительный процесс.
Многомашинные вычислительные комплексы могут быть:
 локальными при условии установки компьютеров в одном помещении, не
требующих для взаимосвязи специального оборудования и каналов связи;
 дистанционными, если некоторые компьютеры комплекса установлены на
значительном расстоянии от центральной ЭВМ и для передачи данных
используются телефонные каналы связи.
Пример1. Три ЭВМ объединены в комплекс для распределения заданий, поступающих на обработку. Одна из них выполняет диспетчерскую функцию и
распределяет задания в зависимости от занятости одной из двух других обрабатывающих ЭВМ. Это локальный многомашинный комплекс.
Пример 2. ЭВМ, осуществляющая сбор данных по некоторому региону, выполняет их предварительную обработку и передает для дальнейшего использования на центральную ЭВМ по телефонному каналу связи. Это дистанционный многомашинный комплекс.
Компьютерная (вычислительная) сеть — совокупность компьютеров и
терминалов, соединенных с помощью каналов связи в единую систему,
удовлетворяющую требованиям распределенной обработки данных.
Примечание. Под системой понимается автономная совокупность, состоящая из одной или нескольких ЭВМ, программного обеспечения, периферийного оборудования, терминалов, средств передачи данных, физических процессов и операторов, способная осуществлять обработку информации и выполнять функции взаимодействия с другими системами.
2.2. Обобщенная структура компьютерной сети
Компьютерные сети являются высшей формой многомашинных ассоциаций. Основные отличия компьютерной сети от многомашинного вычислительного комплекса:
1. Размерность. В состав многомашинного вычислительного комплекса
входят обычно две, максимум три ЭВМ, расположенные преимущественно в одном помещении. Вычислительная сеть может состоять из
десятков и даже сотен ЭВМ, расположенных на расстоянии друг от
друга от нескольких метров до тысяч километров.
2. Разделение функций между ЭВМ. Если в многомашинном вычислительном комплексе функции обработки данных, передачи данных и
управления системой могут быть реализованы в одной ЭВМ, то в вычислительных сетях эти функции распределены между различными
ЭВМ.
3. Необходимость решения в сети задачи маршрутизации сообщений.
Сообщение от одной ЭВМ к другой в сети может быть передано по
различным маршрутам в зависимости от состояния каналов связи, соединяющих ЭВМ друг с другом.
Абоненты сети — объекты, генерирующие или потребляющие информацию
в сети (это м.б.: отдельные ЭВМ, комплексы ЭВМ, терминалы, промышленные роботы, станки с числовым программным управлением и т.д.). Любой
абонент сети подключается к станции.
Станция — аппаратура, которая выполняет функции, связанные с передачей и приемом информации
Совокупность абонента и станции принято называть абонентской системой. Для организации взаимодействия абонентов необходима физическая
передающая среда.
Физическая передающая среда — линии связи или пространство, в котором распространяются электрические сигналы, и аппаратура передачи данных.
На базе физической передающей среды строится коммуникационная сеть,
которая обеспечивает передачу информации между абонентскими системами.
Обобщенная структура компьютерной сети приведена на слайде.
2.3. Классификация вычислительных сетей
В зависимости от территориального расположения абонентских систем вычислительные сети можно разделить на три основных класса:
 глобальные сети (WAN — Wide Area Network);
 региональные сети (MAN — Metropolitan Area Network); N
 локальные сети (LAN—Local Area Network).
Глобальная вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в
различных странах, на различных континентах. Взаимодействие между абонентами такой сети может осуществляться на базе телефонных линий связи,
радиосвязи и систем спутниковой связи. Глобальные вычислительные сети
позволят решить проблему объединения информационных ресурсов всего
человечества и организации доступа к этим ресурсам.
Региональная вычислительная сеть связывает абонентов, расположенных на
значительном расстоянии друг от друга. Она может включать абонентов
внутри большого города, экономического региона, отдельной страны. Обычно расстояние между абонентами региональной вычислительной сети составляет десятки — сотни километров.
Локальная вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в
пределах небольшой территории: В настоящее время не существует четких
ограничений на территориальный разброс абонентов локальной вычислительной сети. Обычно такая сеть привязана к конкретному месту. К классу
локальных вычислительных сетей относятся сети отдельных предприятий,
фирм, банков, офисов и т.д. Протяженность такой сети можно ограничить
пределами 2 - 2,5 км.
Объединение глобальных, региональных и локальных вычислительных сетей позволяет создавать многосетевые иерархии. Они обеспечивают мощ-
ные, экономически целесообразные средства обработки огромных информационных массивов и доступ к неограниченным информационным ресурсам.
Пример иерархии КС приведен на рисунке.
Практика применения персональных компьютеров в различных отраслях
науки техники и производства показала, что наибольшую эффективность от
внедрения вычислительной техники обеспечивают не отдельные автономные
ПК, а локальные вычисли тельные сети.
III.
Основы компьютерной коммуникации
3.1. Общие сведения об Internet
Internet представляет собой Всемирную сеть, информация в которой хранится на серверах. Серверы имеют свои адреса и управляются специализированными программами. Они позволяет пересылать почту и файлы, производить поиск в базах данных и т.п. Обмен информацией между серверами
сети выполняется по высокоскоростным каналам связи. Доступ отдельных
пользователей к информационным ресурсам Internet обычно осуществляется
по телефонной сети через провайдера или корпоративную сеть. В качестве
провайдера выступает некоторая организация, имеющая модемный пул для
соединения с клиентами и выхода во Всемирную сеть.
Отметим, что корпоративные сети, построенные по принципам Internet,
называют Intranet.
Архитектура Internet
Рассмотрим упрощенную схему построения Internet. В качестве высокоскоростной магистрали передачи данных используются выделенные телефонные
линии, оптоволоконные и спутниковые каналы связи. Любая организация для
подключения к Internet использует специальный компьютер, который называется шлюзом (gateway). На нем устанавливается программное обеспечение,
осуществляющее обработку всех сообщений, проходящих через шлюз. Каждый шлюз имеет свой IP-адрес.
Если поступает сообщение, адресованное локальной сети, к которой подключен шлюз, оно передается в эту локальную сеть. Если сообщение предназначено для другой сети, то оно передается следующему шлюзу. Каждый шлюз
имеет информацию обо всех остальных шлюзах и сетях. Шлюзы обмениваются друг с другом информацией о маршрутизации и состоянии сети, используя специальный шлюзовый протокол.
Шлюзы бывают двух типов: внутренние и внешние. Внутренними называют
шлюзы, расположенные в небольшой подсети и обеспечивающие связь с более крупной корпоративной сетью. Такие шлюзы поддерживают связь между
собой с помощью внутреннего шлюзового протокола IGP (Internal Gateway
Protocol). Внешние шлюзы применяются в больших сетях, подобных Internet,
настройки их постоянно меняются из-за изменений в мелких подсетях. Связь
между внешними шлюзами осуществляется через внешний шлюзовый протокол EGP (Exterior Gateway Protocol).
3.2. Протоколы обмена и адресация
Подключение пользователя к Internet может осуществляться разными способами, отличающимися по стоимости, удобству и объему предоставляемых
услуг. Этими способами являются:
• электронная почта (E-mail);
• телеконференции (UseNet);
• система эмуляции удаленных терминалов (TelNet);
• поиск и передача двоичных файлов (FTP);
• поиск и передача текстовых файлов с помощью системы меню (Gopher);
• поиск и передача документов с помощью гипертекстовых ссылок
(WWW, или Всемирная паутина).
Каждый из них характеризуется своими возможностями и различием в организации протоколов обмена информацией. В общем случае под протоколом
понимается набор инструкций, регламентирующих работу взаимосвязанных
систем или объектов в сети.
Электронная почта (E-mail). Работа электронной почты основана на последовательной передаче информации по сети от одного почтового сервера к
другому, пока сообщение не достигнет адресата.. К достоинствам электронной почты относятся высокая оперативность и низкая стоимость Недостаток
электронной почты состоит в ограниченности объема пересылаемых файлов.
UseNet разработана как система обмена текстовой информацией. Она позволяет всем пользователям Internet участвовать в групповых дискуссиях, называемых телеконференциями, в которых обсуждаются всевозможные проблемы. Сейчас в мире насчитывается более 10 тысяч телеконференций. Информация, посылаемая в телеконференции, становится доступной любому
клиенту Сети, обратившемуся в данную телеконференцию. В настоящее
время телеконференции позволяют передавать файлы любых типов, включая
текстовые, графические и аудио файлы. Для работы с телеконференциями
наиболее часто используются средства программ просмотра и редактирования Web-документов.
TelNet — это протокол, позволяющий использовать ресурсы удаленного
компьютера. Другими словами — это протокол удаленного терминального
доступа в сети. В данном случае речь идет о передаче команд от локального
компьютера удаленному компьютеру в Сети.
FTP — это протокол Сети для работы с любыми типами файлов: текстовыми
и бинарными, являющийся примером системы с архитектурой «клиентсервер».. Достоинством данного протокола является возможность передачи
файлов любого типа — текстов, изображений, исполняемых программ. К недостатку протокола FTP следует отнести необходимость знания местоположения отыскиваемой информации.
Протокол Gopher и реализующее его программное обеспечение предоставляют пользователям возможность работы с информационными ресурсами, не
зная заранее их местонахождение. Для начала работы по этому протоколу
достаточно знать адрес одного Gopher-сервера. В дальнейшем работа заключается в выборе команд, представленных в виде простых и понятных меню. 1
WWW (World Wide Web — Всемирная паутина) представляет собой самое
современное средство организации сетевых ресурсов. Она строится на основе
гипертекстового представления информации.
Работа сети Internet основана на использовании семейства коммуникационных протоколов — Протокол управления передачей данных/Протокол Internet (Transmission Control Ptotocol/ Internet Protocol —TCP/IP), который
используется для передачи данных в глобальной сети и во многих локальных
сетях. TCP/IP - семейство протоколов. В состав его входят протоколы, которые можно разделить по назначению на следующие группы:
 транспортные протоколы, служащие для управления передачей данных
между двумя компьютерами;
 протоколы маршрутизации, обрабатывающие адресацию данных и
определяющие кратчайшие доступные пути к адресату;
 протоколы поддержки сетевого адреса, предназначенные для идентификации компьютера по его уникальному номеру или имени;
 прикладные протоколы, обеспечивающие получение доступа к всевозможным сетевым услугам;
 шлюзовые. Протоколы, помогающие передавать по сети сообщения о
маршрутизации и информацию о состоянии сети, а также обрабатывать
данные для локальных сетей;
 другие протоколы, не относящиеся к указанным категориям, но обеспечивающие клиенту удобство работы в сети.