Архитектура современных компьютеров. Основные устройства компьютера, их функции и взаимосвязь.

 

Компьютер — это универсальное (многофункциональное) программно управляемое устройство для хранения, обра­ботки и передачи информации.

Архитектура ПК — это общее описание структуры и фун­кций компьютера на уровне, достаточном для понимания принципов его работы.

Несмотря на огромное разнообразие, подавляющее боль­шинство современных компьютеров построено с использова­нием общих принципов:

1. Собраны по принципу открытой архитектуры. Специ­фикации на создание тех или иных устройств разраба­тываются отраслевыми объединениями и известны всём заинтересованным производителям. Это позволя­ет собирать компьютеры, подбирая комплектующие в зависимости от заявленных критериев. Архитектуры также предусматривают обмен данными с любыми устройствами — это позволяет разрабатывать устрой­ства любого назначения, не предусматривавшиеся при проектировании.
2. Соблюдается магистрально-модульный принцип по­строения. В соответствии с этим принципом, компью­тер представляет собой набор блоков, взаимодействую­щих на основе общего канала обмена информацией. Каждый блок выполняет специализированные опера­ции. Обмениваются блоки данными по общему каналу (шине). Микросхемы поддержки шины и средства взаимодействия блоков собраны на основной плате компьютера — материнской. Такая архитектура позво­ляет организовать обработку любых данных, которые могут быть представлены в цифровой форме.

В 1945 году в своем докладе математик Джон фон Ней­ман описал, как должен быть устроен компьютер для того, чтобы быть универсальным устройством для работы с ин­формацией. Эти принципы носят его имя; говорят о принци­пах фон Неймана или об архитектуре фон Неймана:

• принцип программного управления, согласно которому программа состоит из набора команд, которые выпол­няются процессором друг за другом в определенной по­следовательности;
• принцип однородности памяти, согласно которому про­граммы и данные хранятся в одной и той же памяти (оперативном запоминающем устройстве — ОЗУ);
• принцип адресности, согласно которому основная па­мять состоит из пронумерованных ячеек и процессору в любой момент времени доступна любая ячейка.

Конструктивно современные компьютеры реализуются в виде взаимодействующих специализированных устройств, созданных из микросхем (основные модули - СБИС), напа­янных на печатных платах.

Процессор — центральное устройство компьютера, вы­полняющее все арифметические и логические операции и управляющее другими устройствами компьютера.

Внутренняя память компьютера делится на две части. ОЗУ — оперативное запоминающее устройство — быстрая, полупроводниковая, энергозависимая память, хранит дан­ные, с которыми непосредственно работает процессор. Ис­пользуется для чтения и для записи информации в адрес­ные ячейки памяти.

ПЗУ — постоянное запоминающее устройство — энерго­независимая память.

В ПЗУ хранится информация, присутствие которой по­стоянно необходимо в компьютере (программы проверки оборудования и первоначальной загрузки ПК). ПЗУ — это память только для чтения, микросхема программируется один раз в заводских условиях.

Объем оперативной памяти, тактовая частота и разряд­ность процессора — это основные характеристики компью­тера.

Данные и программы для обработки сохраняются в опе­ративной памяти, для сохранения их при отключении элек­тропитания используются различные устройства внешней памяти (накопители на жестких («винчестер»), гибких маг­нитных дисках и оптических дисках (CD, DVD-диски)).

 

Периферийные устройства служат для увеличения фун­кциональных возможностей компьютера, удобства ввода и вывода информации.

Основные виды устройств и их взаимодействие показаны на следующей схеме:

 

Для ввода данных в компьютер и демонстрации результа­тов обработки применяются различные устройства вво­да/вывода (от клавиатуры до принтера).

К компьютеру могут быть подключены как внешние устройства (т. е. вне корпуса компьютера), так и внутрен­ние. Внешние устройства подключаются с помощью специальных преобразователей сигналов (адаптеров) или более сложных устройств управления (контроллеров).

Для подавляющего большинства современных устройств разного назначения предусмотрены стандартные средства подключения — адаптеры и контроллеры, которые уже смонтированы на материнской плате компьютера.

Для обеспечения возможности установки и подключения устройств предусмотрены либо разъемы подключения внеш­них и внутренних устройств (USB, FireWire, различные шины подключения устройств внешней памяти) либо воз­можность установки дополнительной платы-контроллера или адаптера в резервные разъемы системной шины.

Компьютерные сети. Аппаратные средства компьютер­ных сетей. Топология локальных сетей. Характеристики каналов (линий) связи.

 

Одной из наиболее полезных возможностей, предоставля­емых современными компьютерами, является возможность использования его для автоматизированного обмена инфор­мацией с другими компьютерами по линиям связи. Реализу­ется эта возможность с помощью компьютерных сетей — объединений компьютеров.

Под компьютерной телекоммуникационной (вычислите­льной) сетью понимается программно-аппаратный комп­лекс, обеспечивающий автоматизированный обмен данными между компьютерами по линиям связи. Для организации такого обмена, в первую очередь, требуется ряд аппаратных средств, позволяющих организовать специальные или ис­пользовать уже существующие линии связи для приема и передачи цифровой информации.

При использовании аналоговой линии связи (например, телефонной) для обмена данными требуется устройство модулятор-демодулятор (модем), выполняющий преобра­зование цифровых сигналов в аналоговые. Пример такого устройства — модем для коммутируемой телефонной ли­нии.

При использовании цифровой линии связи (например, специализированной компьютерной сети) применяется устройство-адаптер, выполняющее преобразование кодов в стандарт, используемый сетью. Примером такого устрой­ства может служить адаптер для подключения к сети Ethernet.

Комплекс из линии связи и устройств, передающих и принимающих информацию, называется каналом связи.

 

К основным характеристикам любого канала связи отно­сят:

• Пропускную способность. Это количество информации, которое можно передать через этот канал за единицу времени. Единицей измерения, таким образом, оказы­вается количество битов в секунду. В некоторых случа­ях указывают два числа — пропускную способность при приеме и при передаче данных.
• Надежность канала. Под надежностью канала пони­мают вероятность возникновения ошибки при передаче данных. Чем меньше вероятность, тем надежнее канал. Надежность канала — интегральная характеристика, которая зависит от типа линии, используемой техноло­гии и конкретного канала. Если возникает необходи­мость, ее рассчитывают как отношение времени, когда канал не мог передавать данные, ко времени, когда он эти данные передавал.
• Максимальную дальность. В зависимости от использу­емой технологии передачи данных, канал связи может иметь некоторую максимальную длину. Например, в сети, построенной по стандартам FastEthernet, макси­мальная длина медного кабеля между узлом и устрой­ством сети — 100 метров.

Основными характеристиками технологий обмена данны­ми, применяемыми при создании сетей, являются характе­ристики максимальной пропускной способности, количества объединяемых в сеть компьютеров и максимального рассто­яния, на котором возможен обмен данными.

 

По этим характеристикам среди технологий выделяют:

1. Локальные сети. Это сети, с потенциально ограничен­ным числом компьютеров и/или небольшой длиной линий связи. Такие сети обладают высокой скоростью при сравнительно небольшой цене, но могут увеличиваться только до определенных пределов. Например, в сети FastEthernet не должно быть более 1024 узлов. Если возникает необходимость, то такие сети делят на отдельные сегменты и объединяют с помощью специ­ального оборудования.
2. Территориальные сети. Это сети с потенциально нео­граниченным числом компьютеров, но сравнительно небольшой длиной линий связи (т. е. расположенные на сравнительно небольшой территории — одного го­рода, например).
3. Глобальные сети. Это сети, объединяющие большие территории. Такие сети, как правило, создаются круп­ными организациями для предоставления услуг связи. В них используют высокоскоростные, специализиро­ванные линии дальней связи. Основное назначение глобальных сетей — организация взаимодействия между более мелкими территориальными сетями.

При создании локальных сетей важное значение имеет общий принцип соединения компьютеров и устройств сети линиями связи. Такой принцип соединения называется то­пологией сети.

 

Рассматривают три основные топологии (фактически, способа соединения):

• Общая шина. Для связи всех компьютеров в сети созда­ется общий канал обмена данными, к которому под­ключаются все машины (самый простой пример — все компьютеры подключаются к общему кабелю). Способ логически самый простой, но небезопасный, ограничи­вающий количество компьютеров в сети и иногда при­водящий к техническим проблемам.

• Звезда. Компьютеры соединяются со специальным устройством — концентратором (или коммутатором) от­дельными линиями связи. При этом возрастает надеж­ность, такая сеть менее чувствительна к отказам, но она требует центрального устройства, прокладки боль­шего количества линий и зависит от работы централь­ного устройства. Это самый популярный сейчас способ построения сетей.

• Кольцо. В этой топологии компьютеры соединяются по кругу. Физически это реализуется с помощью устройств-коммутаторов, логически — специальным программным обеспечением. Такая топология требует сложных программ, но позволяет контролировать со­стояние сети (устраняя ошибки или используя резерв­ное «кольцо» связи) и не теряет производительности под большой нагрузкой.

 

Сети соединяются между собой с помощью специализиро­ванных компьютеров на основе общих межсетевых протоко­лов обмена. Межсетевые протоколы обмена — наборы пра­вил, позволяющие передавать информацию независимо от технологии, использованной для организации сети. Такие протоколы позволяют организовать транзитную передачу данных, объединяя так сети. Образованное таким образом самое крупное объединение сетей называется межсетевой средой — Интернетом.

 

 

Информационные ресурсы государства. Образователь­ные информационные ресурсы. Информационная этика и право, информационная безопасность. Защита инфор­мации.

 

Ресурсом принято считать некоторый запас или источник каких-либо средств, использование которых может принес­ти некоторую выгоду или необходимо для решения тех или иных задач. Ресурс может принадлежать государству, ком­пании или частному лицу.

В настоящее время наряду с материальными ресурсами для государства большое значение приобретают информаци­онные ресурсы. Информационными ресурсами считают на­капливаемое содержимое специальных хранилищ и источ­ники общественно-значимой информации.

Как и для материальных ресурсов, для информационных ресурсов остро стоит проблема обеспечения их сохранности. Для решения проблемы охраны информационных ресурсов существует юридическое определение понятия «информаци­онный ресурс»: «Информационные ресурсы — отдельные до­кументы и отдельные массивы документов, документы и массивы документов в информационных системах (библио­теках, архивах, фондах, банках данных, других информаци­онных системах)».

В период движения к информационному обществу значи­мость информационных ресурсов возрастает. Информацион­ные ресурсы государства становятся товаром, совокупная стоимость которого на мировом рынке сопоставима со стои­мостью традиционных ресурсов. Информационные ресурсы государства можно считать стратегическими ресурсами, по­скольку по значимости их можно приравнять к ресурсам ма­териальным, сырьевым, энергетическим, финансовым или трудовым.

Отличительная особенность информационных ресурсов в том, что после использования они не исчезают, ими можно воспользоваться многократно. Эта особенность способствует формированию и расширению рынка информационных услуг. К ним относятся поиск и подбор информации по заданным критериям, консалтинг, обучение, телекоммуникации и пр.

Информационные услуги невозможно представить без развитых средств телекоммуникаций. Кроме того, решаю­щее значение для формирования рынка информационных услуг имело и имеет создание баз данных по различным от­раслям профессиональной и научной деятельности. Огром­ные информационные потоки нуждаются в систематизации для их хранения и использования. Поэтому информацион­ные ресурсы классифицируют по какому-либо основанию. Это может быть отраслевой принцип (по виду науки, про­мышленности, социальной сферы и пр.) или по форме пред­ставления (виды носителей, степень формализации, наличие дополнительных возможностей) и пр.

 

К образовательным информационным ресурсам можно отнести любые информационные ресурсы, используемые в образовательных целях. Поскольку образование в современ­ном обществе становится непрерывным, то для разных кате­горий обучаемых требуются различные виды образователь­ных ресурсов. К наиболее востребованным образовательным ресурсам можно отнести библиотечные образовательные ре­сурсы, архивные ресурсы и информацию по различным на­учным отраслям.

На современном этапе развития информационных техно­логий необходимо обратить внимание на вопросы защиты информации. Защита информации, с одной стороны, пред­ставляет собой самостоятельный информационный процесс, но более важным сейчас становится организация защиты информации как важнейшего компонента процессов хране­ния, обработки, передачи информации в системах любого типа, особенно в социальных и технических.

На рынке информационных услуг возникают новые отно­шения между его участниками, нуждающиеся в правовом регулировании со стороны государства. Правовое регулиро­вание этой сферы всегда будет отставать от реальных по­требностей общества. Поэтому на первое место выходят эти­ческие аспекты, определяющие нормы поведения в сфере использования информационных ресурсов, только затем правовые.

 

Правовое регулирование в информационной сфере на се­годняшний день определяется следующими законами Рос­сийской Федерации:

1. Закон «О правовой охране программ для ЭВМ и баз данных» (разграничивает вопросы авторских и имуществен­ных прав на программные продукты и базы данных). Имен­но эти вопросы являются наиболее актуальными в настоя­щее время.
2. Закон «Об информации, информатизации и защите ин­формации» (защита информационных ресурсов от порчи, ис­кажения и уничтожения). Закон создает условия для вклю­чения России в международный информационный обмен, закладывает основы предотвращения бесхозяйственного от­ношения к информационным ресурсам и информатизации, частично обеспечивает информационную безопасность и права юридических и физических лиц на информацию.

Особое внимание стоит уделить статье 11 закона, где го­ворится об «информации о гражданах (персональные дан­ные)». Статьей предусмотрены гарантии недопущения сбо­ра, хранения, использования и распространения информа­ции о частной жизни граждан (это может делаться только на основании решения суда), недопустимости использования собранной любым путем информации для дискриминации граждан по любому признаку.

Уголовный кодекс РФ, раздел «Преступления в сфере компьютерной информации», предусматривает наказания за неправомерный доступ к компьютерной информации, созда­ние, использование и распространение вредоносных про­грамм для ЭВМ, умышленное нарушение правил эксплуата­ции ЭВМ и их сетей.