Тебекин В.В. Теоретические основы компьютерных информационных технологий

Подождите немного. Документ загружается.

системы и повышения ее эффективности. Второй подход используют в тех

случаях, когда мониторинг выполняется автоматически и (или) дистанци-

онно. В последнем случае результаты мониторинга можно передать уда-

ленной службе технической поддержки для установления причин кон-

фликтов в работе программного и аппаратного обеспечения.

Средства мониторинга, работающие в режиме реального времени,

особенно полезны для практического изучения приемов работы с компью-

тером, поскольку позволяют наглядно отображать те процессы, которые

обычно скрыты от глаз пользователя.

Мониторы установки. Программы этой категории предназначены для

контроля установки программного обеспечения. Необходимость в данном

программном обеспечении связана с тем, что между различными катего-

риями программ могут устанавливаться связи. Вертикальные связи (между

уровнями) являются необходимым условием функционирования всех ком-

пьютеров. Горизонтальные связи (внутри уровней) характерны для компь-

ютеров, работающих с операционными системами, поддерживающими

принцип совместного использования одних и тех же ресурсов разными

программными средствами. И в тех, и в других случаях при установке или

удалении программного обеспечения могут происходить нарушения рабо-

тоспособности прочих программ.

Мониторы установки следят за состоянием и изменением окружаю-

щей программной среды, отслеживают и протоколируют образование но-

вых связей и позволяют восстанавливать связи, утраченные в результате

удаления ранее установленных программ.

Простейшие средства управления установкой и удалением программ

обычно входят в состав операционной системы и размещаются на систем-

ном уровне программного обеспечения, однако они редко бывают доста-

точны. Поэтому в вычислительных системах, требующих повышенной на-

дежности, используют дополнительные служебные программы.

Средства коммуникации (коммуникационные программы). С появле-

нием электронной связи и компьютерных сетей программы этого класса

приобрели очень большое значение. Они позволяют устанавливать соеди-

нения с удаленными компьютерами, обслуживают передачу сообщений

электронной почты, работу с телеконференциями (группами новостей),

обеспечивают пересылку факсимильных сообщений и выполняют множе-

ство других операций в компьютерных сетях.

Средства обеспечения компьютерной безопасности. К этой весьма

широкой категории относятся средства пассивной и активной защиты дан-

ных от повреждения, а также средства защиты от несанкционированного

доступа, просмотра и изменения данных. В качестве средств пассивной

защиты используют служебные программы, предназначенные для резерв-

ного копирования. Нередко они обладают и базовыми свойствами диспет-

черов архивов (архиваторов). В качестве средств активной защиты приме-

няют антивирусное программное обеспечение. Для защиты данных от не-

санкционированного доступа, их просмотра и изменения служат специаль-

ные системы, основанные на криптографии.

Средства электронной цифровой подписи (ЭЦП). Эти средства явля-

ются необходимым компонентом для функционирования электронных

систем делопроизводства, электронных банковских систем, электронных

платежных систем и всей системы электронной коммерции. С помощью

программ этого класса производятся создание ключей электронной подпи-

си, публикация и сертификация открытых ключей, идентификация партне-

ров по связи, аутентификация подлинности полученных электронных до-

кументов, взаиморасчеты в Интернете.

3.4. Прикладные программные средства [30, 33]

Прикладное ПО условно разделяют на базовое ПО и ПО предметных

областей. Базовое ПО составляют ППП общего назначения: редакторы

(текстовые и графические), электронные таблицы, системы управления ба-

зами данных, интегрированные пакеты и др.

ПО предметных областей состоит из ППП специального назначения,

ориентированных на предметную область, например программные средст-

ва моделирования экономических процессов. ПО предметных областей

должно соответствовать определенным принципам:

– в основу разработки ПО должны быть положены глубокий анализ

и высокий уровень знаний предметной области;

– поддержка различных ОС и аппаратных платформ;

– универсальность программного и пользовательского интерфейсов;

– возможность интегрирования с базовым программным обеспечением.

Базовое ПО

Текстовые редакторы. Основные функции этого класса прикладных

программ заключаются в вводе и редактировании текстов. Дополнитель-

ные функции состоят в автоматизации процессов ввода и редактирования.

Для операций ввода, вывода и сохранения данных текстовые редакторы

вызывают и используют системное программное обеспечение. Впрочем,

это характерно и для всех других видов прикладных программ, и в даль-

нейшем мы не будем специально указывать на этот факт.

Текстовые процессоры. Основное отличие текстовых процессоров от

текстовых редакторов в том, что они позволяют не только вводить и редак-

тировать тексты, но и форматировать их, т. е оформлять. Соответственно к

основным средствам текстовых процессоров относятся средства обеспече-

ния взаимодействия текста, графики, таблиц и других объектов, состав-

ляющих итоговый документ, а к дополнительным – средства автоматиза-

ции процесса форматирования.

Современный стиль работы с документами подразумевает два альтер-

нативных подхода: работу с бумажными документами и работу с элек-

тронными документами (по безбумажной технологии). Поэтому, говоря о

форматировании документов средствами текстовых процессоров, надо

иметь в виду два принципиально разных направления: форматирование

документов, предназначенных для печати, и форматирование электронных

документов, предназначенных для отображения на экране. Приемы и ме-

тоды в этих случаях существенно различаются. Соответственно различа-

ются и текстовые процессоры, хотя многие из них успешно сочетают оба

подхода.

Графические редакторы. Это обширный класс программ, предназна-

ченных для создания и (или) обработки графических изображений. В дан-

ном классе различают следующие категории: растровые редакторы, век-

торные редакторы и программные средства для создания и обработки

трехмерной графики (3D-редакторы).

Растровые редакторы применяют, когда графический объект пред-

ставлен в виде комбинации точек, образующих растр и обладающих свой-

ствами яркости и цвета. Такой подход эффективен, если графическое изо-

бражение имеет много полутонов и информация о цвете элементов, со-

ставляющих объект, важнее, чем информация об их форме. Это характерно

для фотографических и полиграфических изображений. При подготовке

печатных изданий растровые редакторы применяют для обработки изо-

бражений.

Возможности создания новых изображений средствами растровых ре-

дакторов ограничены и не всегда удобны. В большинстве случаев худож-

ники предпочитают пользоваться традиционными инструментами, после

чего вводить рисунок в компьютер с помощью специальных аппаратных

средств (сканеров) и завершать работу с помощью растрового редактора

путем применения спецэффектов.

Векторные редакторы отличаются от растровых способом представле-

ния данных об изображении. Элементарным объектом векторного изображе-

ния является не точка, а линия. Такой подход характерен для чертежно-

графических работ, в которых форма линий имеет большее значение, чем

информация о цвете отдельных точек, составляющих ее. В векторных редак-

торах каждая линия рассматривается как математическая кривая и соответст-

венно представляется не комбинацией точек, а математической формулой (в

компьютере хранятся не координаты точек линии, а числовые коэффициенты

формулы, которая эту линию описывает). Такое представление намного ком-

пактнее, чем растровое, соответственно данные занимают намного меньше

места, однако построение любого объекта выполняется не простым отобра-

жением точек на экране, а непрерывным пересчетом параметров кривой в ко-

ординаты экранного или печатного изображения. Соответственно работа с

векторной графикой требует более производительных компьютеров.

Из элементарных объектов (линий) создаются простейшие геометри-

ческие объекты (примитивы), из которых, в свою очередь, составляются

законченные композиции. Художественная иллюстрация, выполненная

средствами векторной графики, может содержать десятки тысяч простей-

ших объектов, взаимодействующих друг с другом.

Векторные редакторы удобны для создания изображений, но не ис-

пользуются для обработки готовых рисунков. Они нашли широкое приме-

нение в рекламном бизнесе, их применяют всюду, где стиль художествен-

ной работы близок к чертежному.

Редакторы трехмерной графики используют для создания трехмерных

композиций. Они имеют две характерные особенности. Во-первых, они по-

зволяют гибко управлять взаимодействием свойств поверхности изобра-

жаемых объектов со свойствами источников освещения и, во-вторых, соз-

давать трехмерную анимацию. Поэтому редакторы трехмерной графики

нередко называют также 3D-аниматорами.

Настольные издательские системы. Назначение программ этого класса

состоит в автоматизации процесса подготовки полиграфических изданий. Этот

класс программного обеспечения занимает промежуточное положение между

текстовыми процессорами и системами автоматизированного проектирования.

От текстовых процессоров настольные издательские системы отличаются

расширенными средствами управления взаимодействием текста с параметрами

страницы и с графическими объектами. С другой стороны, они отличаются по-

ниженными функциональными возможностями по автоматизации ввода и ре-

дактирования текста. Обычно их применяют к документам, прошедшим пред-

варительную обработку в текстовых процессорах и графических редакторах.

Электронные таблицы (табличные процессоры). Электронные табли-

цы предоставляют комплексные средства для хранения различных типов

данных и их обработки. В некоторой степени они аналогичны системам

управления базами данных, но основной акцент смещен не на хранение

массивов данных и обеспечение к ним доступа, а на преобразование дан-

ных, причем в соответствии с их внутренним содержанием.

В отличие от баз данных, которые обычно содержат широкий спектр

типов данных (от числовых и текстовых до мультимедийных), в электрон-

ных таблицах основными являются числовые данные. Поэтому электрон-

ные таблицы предоставляют более широкий спектр методов для работы с

данными числового типа.

Основное свойство электронных таблиц состоит в том, что при измене-

нии содержания любых ячеек таблицы может происходить автоматическое

изменение содержания во всех прочих ячейках, связанных с измененными со-

отношениями, заданными математическими или логическими выражениями

(формулами). Простота и удобство работы с электронными таблицами обусло-

вили их широкое применение в сфере бухгалтерского учета, в качестве уни-

версальных инструментов анализа финансовых, сырьевых и товарных рынков,

то есть всюду, где необходимо автоматизировать регулярно повторяющиеся

вычисления достаточно больших объемов числовых данных.

Системы управления базами данных (СУБД). Базами данных называ-

ют огромные массивы данных, организованных в табличные структуры.

Основными функциями систем управления базами данных являются:

– создание пустой (незаполненной) структуры базы данных;

– предоставление средств ее заполнения или импорта данных из таб-

лиц другой базы;

– обеспечение возможности доступа к данным, а также предоставле-

ние средств поиска и фильтрации.

Многие системы управления базами данных дополнительно предос-

тавляют возможности проведения простейшего анализа данных и их обра-

ботки. В результате возможно создание новых таблиц баз данных на осно-

ве имеющихся. В связи с широким распространением сетевых технологий

к современным системам управления базами данных предъявляется также

требование возможности работы с удаленными и распределенными ресур-

сами, находящимися на серверах всемирной компьютерной сети.

Web-редакторы. Это особый класс редакторов, объединяющих в себе

свойства текстовых и графических редакторов. Они предназначены для

создания и редактирования так называемых Web-документов (Web-

страниц Интернета). Web-документы – это электронные документы, при

подготовке которых следует учитывать ряд особенностей, связанных с

приемом/передачей информации в Интернете.

Теоретически для создания Web-документов можно использовать

обычные текстовые редакторы и процессоры, а также некоторые из графи-

ческих редакторов векторной графики, ноWeb-редакторы обладают рядом

полезных функций, повышающих производительность труда Web-

дизайнеров. Программы этого класса можно также эффективно использо-

вать для подготовки электронных документов и мультимедийных изданий.

Броузеры (обозреватели, средства просмотра Web). К этой категории

относятся программные средства, предназначенные для просмотра элек-

тронных документов, выполненных в формате HTML (документы этого

формата используются в качестве Web-документов). Современные броузе-

ры воспроизводят не только текст и графику, они могут воспроизводить

музыку, человеческую речь, обеспечивать прослушивание радиопередач в

Интернете, просмотр видеоконференций, работу со службами электронной

почты, с системой телеконференций (групп новостей) и многое другое.

Программы демонстрационной графики. Данные программы являют-

ся конструкторами графических образов деловой информации, призван-

ными в наглядной и динамической форме представить результаты анали-

тических исследований. Программы позволяют формировать план презен-

тации, выбирать для представления различные элементы: текст, графики и

диаграммы, таблицы, звуковые эффекты и видеоклипы.

Пакеты программ мультимедиа. Программы мультимедиа необходи-

мы для отображения и обработки аудио- и видеоинформации. Использова-

ние данных программ предполагает наличие дополнительного аппаратного

обеспечения: видеоадаптеров, звуковых плат, звуковых колонок, специ-

альных портов ввода – вывода.

Примеры прикладного ПО предметных областей

Системы автоматизированного проектирования (САПР). В настоя-

щее время к таким системам относят CAD (Computer Aided Design), CAE

(Computer Aided Engineering), CALS-технологии (Continuous Acquisition

and Life Cycle Support), CAM (Computer Aided Manufacturing).

Они предназначены для автоматизации проектно-конструкторских ра-

бот. Применяются в машиностроении, приборостроении, архитектуре.

Кроме чертежно-графических работ эти системы позволяют проводить

простейшие расчеты (например, расчеты прочности деталей) и выбор гото-

вых конструктивных элементов из обширных баз данных.

Экспертные системы. Предназначены для анализа данных, содержа-

щихся в базах знаний, и выдачи рекомендаций по запросу пользователя.

Такие системы применяют в тех случаях, когда исходные данные хорошо

формализуются, но для принятия решения требуются обширные специаль-

ные знания. Характерными областями использования экспертных систем

являются юриспруденция, медицина, фармакология, химия. По совокупно-

сти признаков события юридические экспертные системы могут дать пра-

вовую оценку и предложить порядок действий как для стороны обвинения,

так и для стороны защиты.

Характерной особенностью экспертных систем является их способ-

ность к саморазвитию. Исходные данные хранятся в базе знаний в виде

фактов, между которыми с помощью специалистов-экспертов устанавли-

вается определенная система отношений. Если на этапе тестирования экс-

пертной системы устанавливается, что она дает некорректные рекоменда-

ции и заключения по конкретным вопросам или не может дать их вообще,

это означает либо отсутствие важных фактов в ее базе, либо нарушения в

логической системе отношений. В обоих случаях экспертная система сама

должна сгенерировать достаточный набор запросов к эксперту и автомати-

чески повысить свое качество. По окончании настройки (адаптации) с по-

мощью экспертов система может поступать в эксплуатацию.

Интегрированные системы делопроизводства. Представляют собой про-

граммные средства автоматизации рабочего места руководителя. К основным

функциям подобных систем относятся функции создания, редактирования и

форматирования простейших документов, централизация функций электрон-

ной почты, факсимильной и телефонной связи, диспетчеризация и мониторинг

документооборота предприятия, координация деятельности подразделений,

оптимизация административно-хозяйственной деятельности и поставка по за-

просу оперативной и справочной информации.

Бухгалтерские системы. Это специализированные системы, сочетаю-

щие в себе функции текстовых и табличных редакторов, электронных таб-

лиц и систем управления базами данных. Предназначены для автоматизации

подготовки первичных бухгалтерских документов предприятия и их учета,

для ведения счетов плана бухгалтерского учета, а также для автоматической

подготовки регулярных отчетов по итогам производственной, хозяйствен-

ной и финансовой деятельности в форме, принятой для предоставления в

налоговые органы, внебюджетные фонды и органы статистического учета.

Несмотря на то, что теоретически все функции, характерные для бухгалтер-

ских систем, можно исполнять и другими вышеперечисленными программ-

ными средствами, использование бухгалтерских систем удобно благодаря

интеграции разных средств в одной системе.

При решении о внедрении на предприятии автоматизированной сис-

темы бухгалтерского учета необходимо учитывать необходимость наличия

в ней средств адаптации при изменении нормативно-правовой базы. В свя-

зи с тем, что в данной области нормативно-правовая база в России отлича-

ется крайней нестабильностью и подвержена частым изменениям, возмож-

ность гибкой перенастройки системы является обязательной функцией, хо-

тя это требует от пользователей системы повышенной квалификации.

Финансовые аналитические системы. Программы этого класса исполь-

зуются в банковских и биржевых структурах. Они позволяют контролиро-

вать и прогнозировать ситуацию на финансовых, товарных и сырьевых

рынках, производить анализ текущих событий, готовить сводки и отчеты. К

этому классу можно также отнести программы бизнес-планирования и про-

гнозирования.

Организаторы работ – пакеты программ, предназначенные для авто-

матизации процессов планирования и управления различными ресурсами

как отдельного человека, так и всей организации или ее структурных под-

разделений. Поэтому их разделяют на программы организации офисной

деятельности и программы управления проектами.

ТЕМА 2. Сетевые информационные технологии

4. Основные понятия и принципы построения

компьютерных сетей

4.1. Определение и классификация компьютерной (вычислительной) сети

Информационная сеть – комплекс программно-технических средств

для передачи и обработки данных по каналам связи [15].

В общем случае компьютерная сеть (КС) – это система распределен-

ных компьютерных средств ввода (вывода), хранения и обработки инфор-

мации, связанных между собой каналами передачи данных [30, 34, 40].

История появления КС

В прошлом создатели компьютерной техники шли по пути создания

больших ЭВМ, их называли мэйнфреймы, к которым подключались неин-

теллектуальные терминалы (монитор с клавиатурой без жесткого диска,

процессора и других компьютерных компонентов). Команды и запросы,

вводимые с клавиатуры, посылались на мэйнфрейм, там они обрабатыва-

лись, проводились необходимые вычисления и затем результат пересылал-

ся клиенту обратно на терминал.

Когда начался век персональных ЭВМ, возникла острая необходимость

обмена данными между персональными компьютерами, т. е. обеспечения

между ними каналов связи (каналов передачи данных). Таким образом, ПК

стали объединяться и образовывать компьютерные сети. Соединения эти бы-

ли различны по физической природе, организовывались на различном про-

граммном обеспечении, имели различные схемы построения.

Далее с развитием корпоративных технологий и объединением ПК в

региональные, а затем в глобальную сеть Интернет принципы организации

КС стали приобретать более организованный характер: появились стандар-

ты технического оснащения КС, программного обеспечения, принципов

организации корпоративных КС. Сегодня нельзя представить полноценно-

го применения ПК без КС при организации управления корпорациями,

осуществлении финансовой деятельности, бухгалтерского учета, организа-

ции банков и баз данных, использовании Интернет.

Назначение компьютерной сети: создание распределенных баз и банков

данных; обеспечение разграниченного доступа пользователей к информаци-

онным ресурсам сети; организация для пользователей различных услуг.

Классификация компьютерных сетей

Компьютерные сети классифицируются по различным признакам,

рассмотрим некоторые из них.

А. Территориальный признак (масштаб)

КС часто условно делят на три большие категории: глобальные сети

(Wide Area Network – WAN), региональные (городские) сети (Metropolitan

Area Network – MAN) и локальные сети (Local Area Network – LAN).

В нашей стране локальные сети распространены гораздо больше, чем го-

родские или глобальные. Традиционное сокращение для локальных сетей –

ЛВС (локальная вычислительная сеть).

Глобальные сети позволяют организовать взаимодействие между

абонентами на больших расстояниях. Эти сети работают на относительно

низких скоростях и могут вносить значительные задержки в передачу ин-

формации. Протяженность глобальных сетей может составлять тысячи

километров, поэтому они так или иначе интегрированы с сетями масшта-

ба страны.

Городские сети позволяют взаимодействовать на территориальных обра-

зованиях меньших размеров и работают на скоростях от средних до высоких,

но не могут обеспечить взаимодействие на больших расстояниях. Протяжен-

ность городских сетей находится в пределах от десятков до сотен километров.

Локальные вычислительные сети обеспечивают наивысшую скорость

обмена информацией между компьютерами. Типичная локальная сеть за-

нимает пространство в пределах одного здания. Протяженность локальных

сетей составляет около одного километра. Их основное назначение состоит

в объединении пользователей для совместной работы. Такие сети органи-

зуются внутри здания, этажа или комнаты.

В отдельный класс необходимо выделить корпоративную сеть. Слово

«корпорация» означает объединение предприятий (отделов или служб

предприятия), работающих под централизованным управлением и решаю-

щих общие задачи. Корпорация является сложной, многопрофильной струк-

турой и вследствие этого имеет распределенную иерархическую систему

управления. Кроме того, предприятия, отделения и административные офи-

сы, входящие в корпорацию, как правило, расположены на достаточном

удалении друг от друга. Для централизованного управления таким объеди-

нением предприятий используется корпоративная сеть. Обязательными

компонентами корпоративной сети являются локальные сети (LAN), свя-

занные между собой. В ее состав могут входить сети типа WAN и MAN,

предназначенные для связи отделений и административных офисов корпо-

рации. Таким образом, это своеобразная ЛВС, предназначенная для обеспе-

чения решения задач корпорации в определенной предметной области.

Б. Способы коммутации и передачи данных

В настоящее время различают системы передачи данных с постоян-

ным включением каналов связи (некоммутируемые каналы связи) и ком-

мутацией на время передачи информации по этим каналам.

При использовании некоммутируемых каналов связи средства приема–

передачи абонентских пунктов и ЭВМ постоянно соединены между собой,

т. е. находятся в режиме «on-line». В этом случае отсутствуют потери вре-

мени на коммутацию, обеспечиваются высокая степень готовности системы

к передаче информации, более высокая надежность каналов связи и, как

следствие, достоверность передачи информации. Недостатками такого спо-

соба организации связи являются низкий коэффициент использования аппа-

ратуры передачи данных и линий связи, высокие расходы на эксплуатацию

сети. Рентабельность подобных сетей достигается только при условии дос-

таточно полной загрузки этих каналов.

При коммутации абонентских пунктов и ЭВМ только на время пере-

дачи информации (режим «off-line») принцип построения узла коммутации

определяется способами организации прохождения информации в сетях

передачи данных. Существуют три основных способа подготовки и пере-

дачи информации в сетях, основанных на коммутации: каналов, сообще-

ний и пакетов.

Коммутация каналов. Способ коммутации каналов заключается в ус-

тановлении физического канала связи для передачи данных непосредст-

венно между абонентами сети. При использовании коммутируемых кана-

лов тракт (путь) передачи данных образуется из самих каналов связи и

устройств коммутации, расположенных в узлах связи.

Установление соединения заключается в том, что абонент посылает в

канал связи заданный набор символов, прохождение которых по сети через

соответствующие узлы коммутации вызывает установку нужного соедине-

ния с вызываемым абонентом. Этот транзитный канал образуется в начале

сеанса связи, остается фиксированным на период передачи всей информа-

ции и разрывается только после завершения передачи информации.

Такой способ соединения используется в основном в сетях, где требу-

ется обеспечить непрерывность передачи сообщений (например, при ис-

пользовании телефонных каналов связи и абонентского телеграфа). В этом

случае связь абонентов возможна только при условии использования ими

однотипной аппаратуры, одинаковых каналов связи, а также единых кодов.

К достоинствам данного способа организации соединения абонентов

сети следует отнести:

– гибкость системы соединения в зависимости от изменения потреб-

ностей;

– высокую экономичность использования каналов, достигаемую за

счет их эксплуатации только в течение времени установления связи и не-

посредственно передачи данных;

– невысокие расходы на эксплуатацию каналов связи (на порядок

меньше, чем при эксплуатации некоммутируемых линий связи).

Способ коммутации каналов более оперативный, так как позволяет

вести непрерывный двусторонний обмен информацией между двумя або-

нентами.

Недостатками коммутируемых каналов связи является необходимость

использования специальных и коммутирующих устройств, которые сни-

жают скорость передачи данных и достоверность передаваемой информа-

ции. Использование специальных методов и средств, обеспечивающих по-

вышение достоверности передачи информации в сети, влечет за собой

снижение скорости передачи данных за счет:

увеличения объема передаваемой информации, вызванного необхо-

димостью введения избыточных знаков;

потерь времени на кодирование информации в узле-передатчике и деко-

дирование, логический контроль и другие преобразования в узле-приемнике.

Коммутация сообщений. При коммутации сообщений поступающая на

узел связи информация передается в память узла связи, после чего анализи-

руется адрес получателя. В зависимости от занятости требуемого канала со-

общение либо передается в память соседнего узла, либо устанавливается в

очередь для последующей передачи. Таким образом, способ коммутации

сообщений обеспечивает поэтапный характер передачи информации. В этом

случае сообщения содержат адресный признак (заголовок), в соответствии с

которым осуществляется автоматическая передача информации в сети от

абонента-передатчика к абоненту-приемнику. Все функции согласования