Вещественные числа состоят из целой части и дробной (мантиссы). При программировании эти части разделяются точкой.

Если положение точки чётко определено, то такое представление вещественного числа называют с фиксированной точкой.

Пример. Разрядность -16.

Недостаток такой формы - малый диапазон представляемых чисел:

1 байт (8 бит) - коды целых чисел от 0 до 255;

2 байта (16 бит) - коды целых чисел от 0 до 65533.

Обычно вещественные числа в ЭВМ представляются в нормализованной форме

n = m d^p,

где m - мантисса числа;

d - основание системы счисления;

p - порядок числа;

d^p- характеристика числа.

При программировании или вводе данных принята линейная форма записи чисел: характеристика числа записывается в строку, d - считается равным 10-ти, а степень обозначается заглавной буквой Е или строчной е (от английского exponent - это и функция, и показатель степени).

Пример: 0.001=1 10-³= 1е-3.

Представление вещественных чисел с характеристикой называется представлением с «плавающей» точкой.

Такой термин объясняется правилом выполнения арифметических операций в ЭВМ: при алгебраическом сложении чисел надо сначала уравнять порядки слагаемых, при этом точка может перемещаться («плыть»), а потом выполняется сложение мантисс одного порядка.

Пример.

Нормализация

573.124=0.573124 10³,

0.001=0.1 10^-2.

Уравнивание порядков до наибольшей степени

(0.001)=0.1 10^-2 = (0.000001 10^-5) 10^-2=0.000001 10³.

Сложение мантисс одного порядка

0.573124 10³

0.000001 10³

0.573125 10³

Вещественные числа в ЭВМ представляются в трёх форматах - одинарном, двойном и расширенном, имеющих одинаковую структуру

Здесь

n - разрядность нормализованного числа;

m - разрядность мантиссы.

Порядок n-разрядного нормализованного числа задаётся смещённым кодом, позволяющим выполнять операции над порядками как над беззнаковыми числами.

При размещении порядка числа в 8-ми разрядах используется двоичный код с избытком 128.

Пример.

Заполнение 8-ми разрядов (1-го байта) десятичными числами по разрядам от 0 до 7

Пример.

Представление реальных десятичных порядков смещёнными двоичными порядками без знаков.

Пример. Кодирование нормализованных вещественных чисел одинарной точности.

Для этого используются два машинных слова - 32 разряда, из них 8 разрядов - для смещённого порядка числа.

Первое слово

Второе слово

-8) - 9) ……..

16 младших бит мантиссы

Всего в мантиссе здесь 7+16=23 разряда.

Нормализованное вещественное число двойной точности - это 64-разрядное число со знаком (1 разряд), 11-разрядным смещённым порядком и 52-разрядной мантиссой.

Расширенный формат позволяет хранить нормализованные числа в виде 80-разрядного числа со знаком (1 разряд), 15-разрядным смещённым порядком и 64-разрядной мантиссой.

Для мантиссы числа выполняется соотношение

0.51.

Наглядное представление:

2-¹ + 2-² + 2-³ + 2-⁴ + 2-⁵ + 2-⁶ + 2-⁷ + 2-⁸…=

0.250000

0.125000

0.062500

0.015625

0.007812

0.003806…

0.996093

Максимальное вещественное число

Х_max=2^Pmax 12^Pmax,

где P_max - максимальный порядок числа,

P_max =2 ⁷ + 2 ⁶ + 2 ⁵ + 2 ⁴ + 2 ³ + 2 ² + 2 ¹ + 2 ⁰ =

=(128+64+32+16+8+4+2+1)-128 = 127 (=2⁷-1).

В итоге получаем

Х_max= 2 ¹²⁷= 1.6910³⁸.

Минимальное вещественное число

Х_min=2 ^-(Pmax+1) = 2-¹²⁸= 2.6910 ^-39.

Лекция 6. ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА РЕАЛИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ

21. Кодирование текстовых и графических данных

Текстовые данные - это символы: буквы, цифры, знаки. Для их кодирования достаточно одного байта - 256 различных символов.

Имеется система кодирования ASCII-American Standard Code for Information Interchange - стандартный код для информационного обмена США.

В системе ASCII выделены две таблицы кодирования - базовая и расширенная.

Базовая таблица содержит коды с десятичными номерами от 0 до 127, а расширенная - коды с номерами от 128 до 255.

В базовой таблице первые 32 кода являются управляющими (соответствуют управляющим клавишам клавиатуры), остальные - это коды букв английского алфавита, знаков препинания, цифр, знаков арифметических действий и ряда вспомогательных знаков.

В расширенной таблице - коды букв национальных алфавитов и некоторых специфических знаков.

Кодирование графических данных

Графические данные - это двоичные коды характеристик элементов графических изображений.

Имеется два вида представления графических изображений - растровое и векторное. Для обработки таких графических данных служат соответствующие графические редакторы.

Растр - это узор из мельчайших точек. Двоичными кодами выражаются координаты точек и их яркость.

Черно-белые изображения состоят из точек с 256 градациями серого цвета (1 байт памяти).

Цветные изображения получаются единым зрительным восприятием близко расположенных трёх точек, каждая из которых имеет один из трёх основных цветов (красный - Red, зелёный - Green, синий - Blue) разной интенсивности. Эта система кодирования называется RGB.

Для кодирования цветной растровой графики кроме байт памяти для координат точек используется по 3 байт для смешения трёх основных цветов. Возможно задание 256256256=2⁸2⁸2⁸=2²⁴16,610⁶ различных оттенков. Такое представление называется полноцветным (True Color - истинно цветным).

Векторная графика - это линии, описываемые по участкам функциями третьей степени (кубическими сплайнами)

y=a₀+a₁x+a₂x²+a₃x³,

где a₀, a₁, a₂, a₃ - задаваемые коэффициенты.

Растровое представление графики требует большего, по сравнению с векторным, объема памяти из-за большого количества точек.

Для векторного представления графики необходимы большие затраты машинного (процессорного) времени для выполнения вычислений координат, а памяти требуется меньше, чем для растрового представления.

22. Файлы и файловая система.

Файл - это именованная последовательность байтов произвольной длины. Под файлом понимается любой набор данных, в частности текстовый документ или программа на языке программирования.

Файлу даётся имя и он регистрируется в файловой системе (это одна из функций операционной системы). Различают короткое и длинное имена файлов.

Короткие имена использовались в операционной системе MS-DOS. В этой системе имя файла состоит из двух частей: собственно имя и расширение имени. На имя отводилось не более 8-ми символов, а на расширение - до 3-х символов. Расширение указывало тип файла. В именах использовались только латинские буквы, а также цифры и некоторые знаки, например, подчерк, минус. Пробел был запрещен.

Стандартные расширения:

txt - text - любой текстовый файл;

doc - document - текстовый файл, подготовленный текстовым процессором Word;

exe - execute - выполняемый файл (коды машинных команд);

mcd - mathcad;

xls - Excel;

lnk - link (связь) - связующий файл, отображаемый ярлыком.

В операционной системе Windows файлы могут иметь длинные имена - до 256 символов, допустимы русские буквы и пробел (его рекомендуется заменять подчерком). В Windows на экране файлы отображены условными значками, указывающими на программное приложение к Windows, в котором создан файл.

Со значками можно познакомиться, выбрав объект “Мой компьютер”, далее пункт “Вид” меню окна, подпункт “Параметры” и открыть закладку “Типы файлов”.

Для упорядоченного хранения файлов на диске организуется файловая система. В ней файлы объединяются в группы, называемые ныне папками, а в прошлом каталогами или директориями.

Папки могут вкладываться одна в другую, т.е. файловая система имеет многоуровневую структуру.

Файлы возможно разного типа объединяются в группы по признаку на усмотрение пользователя (по принадлежности, по тематическому назначению, по времени создания и т.п.).

Файловую систему можно представить в виде дерева. Группа начальных (по уровню верхних) каталогов называется при этом корневым каталогом.

Правила присвоения имени папке (каталогу) те же, что и для файла. Расширение имени, естественно, не задаётся.

Полное имя файла (его адрес в файловой системе) задаётся маршрутом (путем доступа), например:

С:\Мои документы\Текущие\Лекции/Лекция_4.doc.

Здесь С: - имя диска, разделитель промежуточных объектов (папок) - обратная косая черта.

Лекция 7. СИСТЕМА НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИХ ВЫЧИСЛЕНИЙ MATHCAD

23. Назначение системы MathCAD.

Эта система предназначена для выполнения научно-технических вычислений.

CAD - Computer Aided Design - компьютерная помощь в проектировании.

Особенности интерфейса:

– в окне имеется визир (красный крестик), перемещаемый клавишами управления курсором или устанавливаемый указателем мыши и щелчком ЛКМ;

– в области формул визир превращается в формульный курсор (уголок, охватывающий фрагмент формулы), перемещать его вправо можно, а часто предпочтительней клавишей пробел;

– каждое выражение или график образует блок; блоки выполняются слева направо и сверху вниз.

Входной язык системы - математически ориентированный, приближен к естественному; многие записи вводятся в окно просто выводом шаблонов операторов и функций из палитр математических знаков.

Правила составления и использования имен переменных, отображение выражений, вывод результатов:

– имена переменных могут состоять из латинских и греческих букв, цифр и знака подчерк;

– большие и маленькие (заглавные и строчные) буквы различимы;

– тип переменной определяется её значением;

– присваивание переменным значений выполняется с помощью знака := (двоеточие и знак равенства); для его набора достаточно нажать двоеточие;

– при записи выражений знак умножения заменяется привычной точкой, а дробь отображается горизонтальной чертой; при вложенности круглых скобок наружные автоматически заменяются на квадратные; возведение в степень задается спецзнаком и отображается верхним индексом;

– нажатие и вывод на экран знака равенства после выражения или имени переменной с вычисленным значением приводит к выводу значения (результата);

– возможна работа с размерными переменными, например, расчёт высоты подъема тела:

g - системная константа гравитации (ускорение свободного падения), её задавать не нужно, но можно для наглядности вывести в окно документа

g=9.807msec^-2 h=5.099m

Единица измерения указывается после знака умножения. Её выбор возможен из окна, открываемого кнопкой «Мерная кружка» на панели инструментов Стандартная или по команде Insert/Unit (вставка / единицы).

Правильная единица измерения результата, автоматически появляющаяся при выводе - признак правильности задания единиц измерения исходных данных и записи расчётной формулы.

24. Ранжированные переменные в MathCAD.

Назначение - задание ряда значений, например, аргумента функции для построения её графика.

Примеры.

i:=0..5 j:=5..0 x:=0,0.5..2 z:=-0.5,-0.25..0,5

i= j= x= z=

Способы набора указателя диапазона:

- нажатие клавиши «;» (точка с запятой);

- нажатие кнопки «m..n» на арифметической панели, открываемой нажатие кнопки вида “Калькулятор“ на общей математической панели.

25. Функции в MathCAD.

Доступ к элементарным (часто встречающимся) функциям - на арифметической панели.

Доступ ко всему множеству функций - нажатие кнопки с надписью f(x) на панели инструментов Стандартная.

Функция условных выражений

Формат

Если условие истинно, то функция if принимает значение выражения1; иначе ей даётся значение выражения2.

Пример. if(i=j,1,0)

Знак отношения типа «жирное равно» вводится с палитры операторов отношения, открываемой соответствующей кнопкой на математической панели. Возможно задание этого знака комбинацией клавиш «Ctrl» и «=».

Задание и использование функций пользователя

Формат задания

Имя функции задаётся как любой идентификатор.

Примеры

Параметры функции, используемые при её задании (описании), являются формальными (локальными). Их не нужно определять (задавать) значениями до задания функции.

Перед использованием функции (перед вызовом её для выполнения) необходимо определить (задать) фактические параметры:

а:=0.1 fun(a)=

Рекомендуется для компактной записи выражения функции (расчётной формулы) использовать короткие (из одной буквы) абстрактные имена формальных параметров (x,y,z), а имена фактических параметров задавать содержательными словами (absсissa, ordinata, appliсata), для наглядности можно использовать слова русского языка, записываемые латинскими буквами.

В выражении функции при её задании могут использоваться глобальные параметры - это переменные, определённые ранее. Их не надо включать в список параметров функции.

Пример.

56. Построение в MathCAD графиков функции в Декартовой системе координат.

Пример.

Задание функций

Задание ряда значений аргумента (фактического параметра функций)

Для обеспечения плавности отображения криволинейных графиков шаг изменения аргумента должен быть достаточно малым.

Возможный вывод числовых значений

a= p(a)= g(a)= s(a)=

Подготовка построения графиков:

1) установка визира в место левого верхнего угла блока будущего графика;

2) щелчок ЛКМ на кнопке Graph Palette с изображением графика кубической функции на математической панели;

3) щелчок ЛКМ на кнопке x-y Plot (Plot - буквально “наносить на карту диаграмму”).

Результат: появление незаполненного шаблона с шаблонами данных у осей.

Дальнейшие действия:

1) ввод имени аргумента а в шаблон у оси абсцисс;

2) переход к шаблону у оси ординат щелчком ЛКМ на нём и набор через запятую обращения к функциям (в нашем примере - это p(a), g(a), s(a));

3) щелчок ЛКМ за пределами блока.

Результат: несколько графиков рисуются разными типами линий и цветами (соответственно подчёркиваются обращения к функциям).

Дополнительное оформление графика

Выполнение команды Format/Graph/X-Y Plot….

В появившемся окне имеются четыре вкладки:

X-Y Axes - установка параметров осей;

Traces - установка параметров линий;

Labels - установка титульной надписи и надписей по осям x и y;

Defaults - возврат к стандартным установкам (по умолчанию);

На вкладке x-y Axes имеются пункты, относящиеся к осям x и y

(Axes x и Axes y):

Log Scale - логарифмический масштаб;

Grid Lines - линии сетки;

Numbered - установка цифровых данных по осям;

Auto scale - автоматическое масштабирование графика;

Show Markers - нанесение рисок (делений) по осям;

Auto Grid - автоматическая установка масштабных линий;

Number of Grids - установка заданного числа масштабных линий.

Возможна установка стилей осей (Axes Style):

Boxed (Рамка) - оси в виде прямоугольника;

Crossed (Репер) - оси в виде креста;

None (Ничего) - отсутствие осей;

Equal Scales (Равные деления) - установка равенства масштабов по осям.

Лекции 8. СИСТЕМА НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИХ ВЫЧИСЛЕНИЙ MATCAD

57,58. Вычисление в MathCAD сумм и произведений ряда чисел, определённых интегралов и производных.

Используются шаблоны, открывающиеся по щелчку на групповой кнопке со значками интеграла и производной.

Для вычисления производной надо задать точку - значение аргумента функции, при котором вычисляется производная

59. Решение в MathCAD нелинейных уравнений.

Для решения этой задачи надо задать начальное приближение корня, причём достаточно близкое к точному значению (в пределах единицы, т.е. порядка десятых).

Практика показала, что в MathCAD заложен метод касательных (метод Ньютона). Абсолютная сходимость к решению по этому методу обеспечивается заданием начального приближения в точке, где знаки значений функции и её второй производной совпадают. Решение может быть получено и без выполнения этого условия, но тогда надо задать близкое к корню начальное приближение.

Из сказанного выше следует, что надо предварительно построить график функции для определения интервала, содержащего все вещественные корни, а потом построить график в интервале, содержащем один искомый корень.

В MathCAD возможно вычисление комплексных корней.

Для решения нелинейных уравнений общего вида служит функция

Англ. “root” - корень. Эта функция дает один из вещественных корней уравнения.

Для поиска всех корней степенного алгебраического полинома, включая комплексные корни, имеется специальная функция

,

где V - вектор - столбец коэффициентов длиной n+1;

n - степень полинома.

Пример. вычисление корней кубического полинома.

60. Задание в MathCAD векторов и матриц. Решение систем линейных алгебраических уравнений (СЛАУ).

Работа в системе MathCAD с векторами и матрицами

Массив - это группа элементов (числовых или символьных), имеющих общее имя и свои номера (индексы).

Начальное значение номера по умолчанию 0 (системная переменная ORIGIN=0, можно задать ORIGIN:=1).

Одномерный массив - вектор (строка или столбец).

Двумерный массив - матрица (первый индекс элемента - номер строки, второй - номер столбца).

В операциях обычно используются векторы-столбцы.

Ввод элементов векторов и матриц

Матрица задаётся шаблоном, вводимым после нажатия на математической панели кнопки с изображением матрицы с открывающейся палитры. Возможно, задание вектора и матрицы поэлементно, при этом после имени элемента набирается открывающая квадратная скобка. В результате появляется построчный шаблон для ввода номера элемента. Двойные номера у элементов матрицы разделяются запятой.

Пример. Формирование квадратных матриц с помощью двух циклов.

Примечание. В записи условия равенства i и j в MathCAD набирается «жирный» знак равенства (=).

Решение СЛАУ

Развёрнутый вид СЛАУ из трёх уравнений

,

,

,

Вид СЛАУ в свёрнутой форме

Пример. Решение СЛАУ в алгебраической форме записи.

Решение с использованием стандартной функции

Здесь lsolve - встроенная функция. Англ. l - line - линейная, solve - решать.

Лекция 9. СТЕМА НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИХ ВЫЧИСЛЕНИЙ MATCAD

26. Решение систем нелинейных уравнений.

Для решения этой задачи используется специальный вычислительный блок, открываемый директивой Given (англ. “given” - задавать).

Общий вид блока

Англ. “find” - находить, “minerr” - минимальная ошибка при получении приближённого решения при несуществующем точном.

В конце решения возможна проверка подставкой в уравнения результатов.

Пример 1.

Возможное начальное отображение графиками функций - выражений правых частей уравнений.

х:= -10, -9.9…10

Given

Пример 2.

Пояснения к набору выражения

Аналогично набирается второе слагаемое. В конце перед набором знака = для вывода результата необходимо нажать клавишу пробел (_L-).

Пример .

Примечание. В выше приведенных примерах при наборе в MathCAD уравнений набирается «жирный» знак равенства (=).

Лекция 10. Локальные и глобальные сети ЭВМ

Принципы построения и классификация сетей ЭВМ

Основными принципами построения компьютерных сетей являются:

1) обеспечение совместимости оборудования по электрическим и механическим характеристикам;

2) обеспечение совместимости программ по системе кодирования и данных по формату данных).

Архитектура построения сетей является многоуровневой. Общее число уровней - семь. На самом верхнем прикладном уровне пользователь взаимодействует с вычислительной системой, на самом нижнем физическом уровне происходит обмен сигналами между устройствами.

Обмен данными в системах происходит путем их перемещения с верхнего уровня на нижний, затем путем транспортировки и, наконец, обратным воспроизведением на компьютере клиента в результате перемещения с нижнего уровня на верхний.

Для обеспечения необходимой совместимости на каждом из семи уровней архитектуры сети действуют специальные стандарты, называемые протоколами. Имеется два вида протоколов:

1) аппаратные протоколы - определяют характер взаимодействия аппаратуры сети;

2) программные протоколы - определяют характер взаимодействия программ и данных.

Физически функции поддержки протоколов исполняют аппаратные устройства (интерфейсы) и программные средства (программы поддержки протоколов, их называют протоколами).

Для уяснения понятия “протокол“, используемого при рассмотрении сетевых технологий и отличающегося по смыслу от понятия, приводимого в словаре Ожегова (“документ, с записью всего происходящего”), рассмотрим пример взаимодействия двух предприятий.

Между ними существуют договоренности и соглашения о регулярных поставках продукции. В соответствии с этим начальник отдела продаж первого предприятия ежемесячно должен посылать начальнику отдела закупок второго предприятия сообщение, сколько и чего они могут поставить. В ответ он получает заявку на поставку.

Порядок взаимодействия начальников соответствует понятию “протокол уровня начальников”.

Начальники посылают свои сообщения и заявки через секретарей. Выбор способа передачи (обычным или электронной почтой, факсом или нарочным) - это уровень взаимодействия секретарей. Они отвечают за доставку документов в соответствии с порядком взаимодействия, т.е. “протоколом уровня секретарей”.

В соответствии с используемыми протоколами сети принято разделять на локальные (LAN-Local Area Network - рабочая сеть локальной области) и глобальные (WAN-Wide Area Network -рабочая сеть широкой области).

Компьютеры локальной сети преимущественно используют единый комплект протоколов для всех участников. По территориальному признаку локальные сети отличаются компактностью.

Глобальные сети имеют, как правило, увеличенные географические размеры. Они могут объединять как отдельные компьютеры, так и отдельные локальные сети, в том числе и использующие различные протоколы.

Назначение всех видов компьютерных сетей определяется двумя функциями:

1) обеспечение совместного использования аппаратных и программных ресурсов сети;

2) обеспечение совместного доступа к ресурсам данных.

Например, все участники локальной сети могут совместно использовать общее устройство печати (сетевой принтер) или ресурсы жёсткого диска одного выделенного компьютера (файлового сервера, английское «serve»-«служить», «server» - компьютер, обслуживающий терминал).

У пользователей, работающих в одной локальной сети, могут быть разные права для доступа к общим ресурсам сети. Совокупность приемов разделения и ограничения прав пользователей называется политикой сети, а человек, организующий работу пользователей локальной сети, называется системным администратором.

Для связи между собой нескольких локальных сетей, работающих по разным протоколам, служат специальные средства, называемые шлюзами. Они могут быть как аппаратными (шлюзовой сервер), так и программными.

Для исключения несанкционированного перемещения данных между сетями устанавливают брандмауры (немецкое «Brandmauer» - противопожарная стена - это может быть компьютер или программа.

Локальные сети ЭВМ

Классификация локальных сетей

1. Локальные сети, ориентированные на массового пользователя.

Такие сети объединяют ПЭВМ с помощью систем передачи данных на расстояние 100- 500 м со скоростью до 20000 бод (1 бод - 1 импульс в секунду, т.е. 1 бит/с).

2. Локальные сети, объединяющие ПЭВМ и микропроцессорную технику, встроенную в технологическое оборудование, а также средства электронной почты.

Такие сети обеспечивают передачу информации на расстояние до 1 км со скоростью от 200000 бод до 1 Мбод.

3. Локальные сети для организации управления сложными производственными процессами с применением робототехнических комплексов, для создания крупных систем автоматизации проектирования, систем управления научными исследованиями.

Такие сети обеспечивают передачу информации на расстояние нескольких километров со скоростью до 100 Мбод.

4. Локальные сети, объединяющие все классы ЭВМ в системах управления крупным производством. В них могут применяться различные системы передачи данных со скоростью 10-50 Мбод на расстояние до 10 км. Это могут быть региональные сети, обслуживающие города.

Организация обмена информацией

Для обеспечения аппаратной и программной совместимости в сетях на основе технических предложений Международного института стандартов ISO (International Standards Organization) разработана модель взаимодействия открытых систем OSI (Model of Open System Interconnections).

Эта модель включает семь уровней, характеризующих любую систему связи и взаимодействующих по иерархическому принципу.

Обмен информацией между абонентами сети осуществляется с помощью фиксированных блоков информации называемых пакетами. Любой пакет включает в себя адреса получателя и отправителя, собственно данные и контрольную сумму.

Рассмотрим уровни подготовки и передачи информации, начиная с верхнего.

1. На прикладном уровне с помощью специальных программ - приложений к ОС пользователь создаёт документ (сообщение, рисунок и т.п.). Аналогия: письмо написано на бумаге, определено его содержание.

2. На уровне представления операционная система компьютера отправителя информации фиксирует, где находятся созданные данные (в операционной памяти, в файле на жёстком диске и т.п.), и обеспечивает взаимодействие со следующим уровнем. Аналогия: письмо запечатано в конверт, конверт заполнен, наклеена марка, клиентом соблюдены все необходимые требования протокола доставки.

3. На сеансовом уровне компьютер пользователя взаимодействует с сетью. Протоколы этого уровня проверяют права пользователя на выход в эфир и передают документ к протоколам транспортного уровня. Аналогия: письмо опущено в почтовый ящик, выбрана служба доставки.

4. На транспортном уровне документ преобразуется в ту форму, в которой положено передавать данные в используемой сети. Например, документ может нарезаться на небольшие пакеты стандартного размера (не более 1500 байт). Аналогия: письмо доставлено на почтампт, оно отделено от писем местной почты.

5. Сетевой уровень определяет маршрут движения данных в сети. Так, например, если на транспортном уровне данные были “нарезаны” на пакеты, то на сетевом уровне каждый пакет получает адрес, по которому будет доставлен независимо от прочих пакетов. Аналогия: после сортировки письмо уложено в мешок, появилась новая единица доставки - мешок.

6. Уровень соединения - он необходим, чтобы промодулировать сигналы, циркулирующие на физическом уровне, в соответствии с данными, полученными с сетевого уровня. На компьютере это выполняет модем. Аналогия: мешки уложены в вагон, появилась новая единица доставки - вагон.

7. Физический уровень - на нём происходит реальная передача данных. Здесь нет ни документов, ни пакетов, ни даже байтов, здесь есть только биты, т.е. элементарные единицы представления данных. Аналогия: вагон прицеплен к локомотиву, появилась новая единица доставки - состав, за доставку взялось другое ведомство, действующее по своим протоколам.

На компьютере получателя информации происходит обратный процесс преобразования данных от битовых сигналов (аналогия в телефоне: точки и тире, т.е. короткие и длинные сигналы) до документа.

Лекция 11. ТИПОВЫЕ СТРУКТУРЫ ЛОКОЛЬНЫХ СЕТЕЙ ЭВМ И МЕТОДЫ ДОСТУПА В СЕТЬ. МОДЕЛИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В СЕТИ

1. Шинная структура

Эта структура изображена на рис. 11.1.

Рис. 11.1

Эта структура характеризуется общей шиной, в качестве которой обычно используется витая пара проводов, многожильный коаксиальный или оптоволоконный кабель.

Витая пара - самый дешёвый проводник, но у него плохая защищённость от электрических помех, ограниченная дальность и скорость передачи данных, к нему возможно несанкционированное подключение.

Многожильные кабели дороже, но имеют больше скорость передачи.

Коаксиальные кабели применяются наиболее часто, так как обладают хорошей электрической изоляцией и высокой скоростью передачи информации.

Оптоволоконные кабели (световоды) всё больше применяются в настоящее время. Они имеют небольшую массу, способны передавать информацию со скоростью свыше 1000 Мбит/с, невосприимчивы к электрическим помехам, полностью пожаро- и взрывобезопасны, сложны для несанкционированного подключения.

В эксплуатации для шинной структуры характерны малая стоимость подключения новых ЭВМ, простота управления, большая гибкость и возможность простого расширения сети.

В шинной структуре используется метод доступа Ethernet («эзернет» - буквально «воздушная сеть»). По этому методу сообщение, отправляемое одной ЭВМ, принимается одновременно всеми остальными, но поскольку сообщение включает в себя адреса ЭВМ отправителя и получателя, то другие ЭВМ, кроме получателя, это сообщение игнорируют.

Перед началом передачи передающая ЭВМ определяет, свободен канал или занят, и начинает передачу, если свободен.

2. Звёздная структура

Эта структура изображена на рис. 11.2.

Рис. 11.2

Эта структура имеет центральную ЭВМ (сервер), с которой связываются остальные ЭВМ (клиенты).

В звёздной структуре используется метод доступа Arcnet ( «arc» - «свод», сеть в виде свода звёзд, созвездия).

По этому методу сервер создает специальный маркер (сообщение специального вида), передаваемый последовательно от одной ЭВМ к другой.

Если ЭВМ собирается передать сообщение другой ЭВМ, она должна дождаться маркера и добавить к нему сообщение, дополненное своим адресом и адресом назначения. Когда пакет дойдет до ЭВМ назначения (через сервер), сообщение будет отделено от маркера.

Рис. 11.3

3. Кольцевая структура

Эта структура изображена на рис. 11.3.

В кольцевой структуре используется метод доступа Token Ring («token» - «маркер», «ring»- «круг»). В этом методе маркер перемещается по кругу (кольцу), давая последовательно расположенным на нем ЭВМ право на передачу.

Если ЭВМ получает пустой маркер, она может запомнить его сообщение кадром (содержанием) любой длины, однако лишь в течение ограниченного промежутка времени, отводимого специальным таймером для нахождения маркера в одной точке сети.

Кадр перемещается по сети и каждая ЭВМ регенерирует его, но только принимающая ЭВМ копирует кадр в свою память и отмечает его как принятый, однако не выводит сам кадр из кольца. Это делает передающая ЭВМ, когда сообщение возвращается к ней обратно. Этим обеспечивается подтверждение факта передачи сообщения.

4. Иерархическая (древовидная) структура

Рис. 11.4

5. Многосвязная структура

Эта структура изображена на рис. 11.5.

Рис. 11.5

Модели взаимодействия в сети

В серверных локальных сетях, т.е. в сетях, имеющих выделенный компьютер, обслуживающий другие (сервер), реализованы две модели взаимодействия: модель «файл- сервер» и модель «клиент- сервер».

В модели «файл- сервер» сервер обеспечивает доступ к файлам базы данных для каждого терминала (рабочей станции). На этом работа сервера заканчивается.

Пример. Если используется база данных типа «файл - сервер», то для получения сведений, например, о конкретной организации, расположенной на определённой улице города, по сети будет передана вся таблица данных, относящихся ко всему территориальному округу.

Решать, какие записи в общей базе данных удовлетворяют конкретному запросу, а какие нет, приходится самой рабочей станции. Таким образом, работа в модели файл - сервер приводит к перегрузке сети.

В модели «клиент- сервер» этот недостаток устраняется выделением в информационной системе двух частей: 1) внешней, обращенной к пользователю (клиенту), эта часть так и называется «клиент»; 2) внутренней - обслуживающей и называемой «сервером».