История и тенденции развития вычислительной техники

Принципы построения компьютера

В 1946 году появилась первая электронная вычислительная машина (компьютер), что явилось громадным достижением человечества. В реализации проекта принимали активное участие такие крупные ученые, как К. Шеннон, Н. Виннер, Дж. фон Нейман и др.
Размещено на реф.рф
С этого момента началась эра вычислительной техники. За прошедшее время вычислительная техника, микроэлектроника и вся индустрия информатики стали одной из базовых составляющих мирового научно-технического прогресса. Их развитие осуществлялось темпами, которых не знала ни одна отрасль де-ятельности человека. Влияние вычислительной техники на все сферы деятельности человека продолжает расширяться. Сегодня компьютеры используются не только для автоматизации сложных расчетов, но и в управлении производственными процессами, в образовании, здравоохранении, экологии и т.п.

Математические основы автоматических вычислений были уже разработаны ранее (Г. Лейбниц, Дж. Буль, A. Тьюринг и др.), но появление компьютеров стало возможным только благодаря развитию электронной техники. Многократные попытки создания разного рода автоматических вычислительных устройств (от простейших счетов до механических и электромеханических вычислителей) не привели к созданию надежных и экономически эффективных машин.

Появление электронных схем сделало возможным построение электронных вычислительных машин.

Электронная вычислительная машина (ЭВМ) , или компьютер , - это комплекс аппаратных и программных средств, предназначенный для автоматизации подготовки и решения задач пользователей. Следует отметить, что в настоящее время термин "электронная вычислительная машина" практически не используется, уступив место термину "компьютер".

Под пользователем понимают человека, в интересах которого проводится обработка данных. В качестве пользователя могут выступать заказчики вычислительных работ, программисты, операторы.

Компьютеры являются универсальными техническими средствами автоматизации вычислительных работ, то есть они способны решать любые задачи, связанные с преобразованием информации. При этом подготовка задач к решению была и остается до настоящего времени достаточно трудоемким процессом, требующим от пользователей во многих случаях специальных знаний и навыков. Как правило, время подготовки задач во много раз превышает время их решения.

Важно заметить, что для снижения трудоемкости подготовки задач к решению, более эффективного использования отдельных технических, программных средств и компьютера в целом, а также облегчения их эксплуатации создается специальный комплекс программных средств. Обычно аппаратные и программные средства взаимосвязаны и объединяются в одну структуру.

Структура представляет собой совокупность элементов и их связей. Учитывая зависимость отконтекста различают структуры технических, программных, аппаратно-программных и информационных средств.

Часть программных средств обеспечивает взаимодействие пользователей с компьютером и является своеобразным "посредником" между ними. Она получила название "операционная система" и является ядром программного обеспечения.

Под программным обеспечением понимают комплекс программных средств регулярного применения, создающий необходимый сервис для работы пользователей.

Программное обеспечение (ПО) отдельных компьютеров и вычислительных систем (ВС), созданных на их основе, может сильно различаться составом используемых программ, который определяется классом используемой вычислительной техники, режимами ее применения, содержанием вычислительных работ пользователей и т.п. Развитие ПО в значительной степени носит эволюционный и эмпирический характер, но можно выделить закономерности в его построении.

В общем случае процесс подготовки и решения задач предусматривает обязательное выполнение следующей последовательности этапов: формулировка проблемы и математическая постановка задачи; выбор метода и выработка алгоритма решения; программирование (запись алгоритма) с использованием некоторого алгоритмического языка; планирование и организация вычислительного процесса - порядка и последовательности использования ресурсов компьютеров и вычислительных систем (ВС); формирование "машинной программы", то есть программы, которую непосредственно будет выполнять компьютер; собственно решение задачи - выполнение вычислений по готовой программе.

По мере развития вычислительной техники автоматизация этих этапов идет снизу вверх. На пути развития электронной вычислительной техники обычно выделяют четыре поколения компьютеров, отличающихся элементной базой, функционально-логической организацией, конструктивно-технологическим исполнением, программным обеспечением, техническими и эксплуатационными характеристиками, степенью доступа к ресурсам со стороны пользователей.

Смене поколений сопутствует изменение базовых технико-эксплуатационных и технико-экономических показателей компьютеров и в первую очередь таких, как быстродействие, емкость памяти, надежность и стоимость. При этом одной из базовых тенденций развития было и остается стремление уменьшить трудоемкость подготовки программ решаемых задач, облегчить связь пользователей с компьютерами, повысить эффективность использования последних. Это диктовалось и диктуется постоянным ростом сложности и трудоемкости задач, решение которых возлагается на компьютеры в различных сферах их применения.

Возможности улучшения технико-эксплуатационных показателей компьютеров в значительной степени зависят от элементов, используемых для построения их электронных схем. По этой причине при рассмотрении этапов развития компьютеров каждое поколение в первую очередь характеризуется используемой элементной базой.

Основным активным элементом компьютеров первого поколения являлась электронная лампа, остальные компоненты электронной аппаратуры - это обычные резисторы, конденсаторы, трансформаторы. Для построения оперативной памяти уже с середины 50-х годов начали применяться специально разработанные для этой цели элементы - ферритовые сердечники с прямоугольной петлей гистерезиса. В качестве устройства ввода-вывода сначала использовалась стандартная телеграфная аппаратура (телетайпы, ленточные перфораторы, трансмиттеры, аппаратура счетно-перфорационных машин), а затем специально были разработаны электромеханические запоминающие устройства на магнитных лентах, барабанах, дисках и быстродействующие печатающие устройства.

Компьютеры этого поколения имели значительные размеры, потребляли большую мощность. Быстродействие этих машин составляло от нескольких сотен до нескольких тысяч операций в секунду, емкость памяти - несколько тысяч машинных слов, надежность исчислялась несколькими часами работы.

В этих ЭВМ автоматизации подлежал этап выполнения вычислений, так как у них практически отсутствовало какое-либо программное обеспечение. Все этапы подготовки пользователь должен был готовить вручную самостоятельно, вплоть до получения машинных кодов программ. Трудоемкий и рутинный характер этих работ был источником большого количества ошибок в заданиях. По этой причине в компьютерах следующих поколений появились сначала блоки программ, а затем целые программные системы, облегчающие процесс подготовки задач к решению.

На смену лампам пришли транзисторы в машинах второго поколения (начало 60-х годов). Применение постоянно совершенствуемых транзисторов позволило преобразовать окружающий человека мир (радио, телевидение, бытовая аппаратура, системы связи и т.п.). Компьютеры стали обладать большими быстродействием, емкостью оперативной памяти, надежностью. Все основные характеристики постоянно улучшались. Существенно были уменьшены размеры, масса и потребляемая мощность.

В компьютерах этого поколения появились методы и приемы программирования, высшей ступенью которых явилось появление систем автоматизации программирования, значительно облегчающих труд математиков-программистов. Большое развитие и применение получили алгоритмические языки, существенно упрощающие процесс подготовки задач к решению. Это привело к созданию библиотек стандартных программ, что позволило строить машинные программы блоками, используя накопленный и приобретенный программистами опыт.

Третье поколение компьютеров (в конце 60-х - начале 70-х годов) характеризуется широким применением интегральных схем. Интегральная схема представляет собой законченный логический и функциональный блок, соответствующий достаточно сложной транзисторной схеме. Благодаря использованию интегральных схем удалось еще более улучшить технические и эксплуатационные характеристики машин. Вычислитель-ная техника стала иметь широкую номенклатуру устройств, которые позволили строить разнообразные системы обработки данных, ориентированные на различные применения.

Отличительной особенностью развития программных средств этого поколения является появление ярко выраженного программного обеспечения и развитие его ядра - операционных систем, отвечающих за организацию и управление вычислительным процессом. Стоимость программного обеспечения стала расти и в настоящее время намного опережает стоимость аппаратуры (рис.13.1). Наибольшая крутизна графика соответствует времени появления операционных систем - началу 80-х годов.

ОС планирует последовательность распределения и использования ресурсов вычислительной системы, а также обеспечивает их согласованную работу. Под ресурсами обычно понимают те средства, которые применяются для вычислений: машинное время отдельных процессоров или компьютеров, входящих в систему; объёмы оперативной и внешней памяти; отдельные устройства, информационные массивы; библиотеки программ; отдельные программы, как общего, так и специального применения, и т.п. Интересно, что наиболее употребительные функции ОС в части обработки внештатных ситуаций (защита программ от взаимных помех, системы прерываний и приоритетов, служба времени, сопряжение с каналами связи и т.д.) были полностью или частично реализованы аппаратно. Одновременно были реализованы более сложные режимы работы: коллективный доступ к ресурсам, мультипрограммные режимы. Часть этих решений стала своеобразным стандартом и начала использоваться повсеместно в компьютерах различных классов.

Рис. 13.1. Динамика изменения стоимости аппаратурных и программных средств

Здесь были существенно расширены возможности доступа к ним со стороны абонентов, находящихся на различных, в т.ч. и значительных (десятки и сотни километров) расстояниях. Удобство общения абонента с компьютером достигалось за счёт развитой сети абонентских пунктов, связанных с ним информационными каналами связи, и соответствующего программного обеспечения.

Для компьютеров четвертого поколения (80-е годы) характерно применение больших интегральных схем (БИС). Высокая степень интеграции способствовала увеличению плотности компоновки электронной аппаратуры, усложнению ее функций, повышению надежности и быстродействия, снижению стоимости. Это, в свою очередь, оказало существенное воздействие на логическую структуру компьютера и его программное обеспечение

В четвертом поколении с появлением микропроцессоров (1971 ᴦ.) возник новый класс вычислительных машин - микроЭВМ, на смену которым пришли персональные компьютеры (ПК, начало 80-х годов). В этом классе наряду с БИС стали использоваться сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) 32-, а затем 64-разрядности.

Появление ПК - наиболее яркое событие в области вычислительной техники, до последнего времени самый динамично развивающийся сектор отрасли. С их внедрением решение задач информатизации общества было поставлено на реальную основу.

Применение ПК позволило сделать труд специалистов творческим, интересным, эффективным. Коренным образом были преобразованы сферы делопроизводства, торговли, складского учета и т.п. Компьютеры стали использоваться в различных системах управления технологическими процессами, производствами, фирмами, организациями и т.д.

Применение ПК позволило применять новые информационные технологии и создавать системы распределенной обработки данных. Высшей стадией систем распределенной обработки данных являются компьютерные (вычислительные) сети различных уровней - от локальных до глобальных.

В своем развитии компьютеры первых четырех поколений не выходили за рамки классической структуры, ориентированной на последовательные вычисления по программе. Но в начале нового тысячелетия (2005-2006 гᴦ.) в связи с успехами микроэлектроники появились, а затем стали доминировать многоядерные микропроцессоры. Это позволило пе-рейти к параллельным вычислениям даже внутри отдельного компьютера. Де-факто возникли качественно новые по построению и своим возможностям компьютеры следующего поколения. При этом еще в 1980 году появился японский проект создания компьютеров пятого поколения, отличительной особенностью которых должен быть встроенный искусст-венный интеллект. Видимо, несовпадение признаков классификации не позволяет сейчас узаконить переход на компьютеры нового поколения.

В новых компьютерах продолжается усложнение технических и программных структур (иерархия управления средствами, увеличение их количества, параллелизм в работе). Следует указать на заметный рост уровня "интеллектуальности" систем, создаваемых на их основе. Подобные тенденции будут сохраняться и впредь. Так, по мнению исследователей , новые компьютеры наращивают и совершенствуют встроенный в них "искусственный интеллект", что позволяет пользователям обращаться к ним на естественном языке, вводить и обрабатывать тексты, документы, иллюстрации, создавать системы обработки знаний и т.д. Аппаратная часть компьютеров постоянно усложняется, для них приходится создавать сложное многоэшелонное иерархическое программное обеспечение.

Основные характеристики и классификация компьютеров

Эффективное применение вычислительной техники предполагает, что каждый вид вычислений требует использования компьютера с определенными характеристиками.

Важнейшими из них служат быстродействие и производительность. Эти характеристики достаточно близки, но их не следует смешивать.

Быстродействие характеризуется числом определенного типа команд, выполняемых за одну секунду. Производительность - это объём работ (к примеру, число стандартных программ), выполняемый в единицу времени.

Определение характеристик быстродействия и производительности представляет собой очень сложную инженерную и научную задачу, до настоящего времени не имеющую единых подходов и методов решения. Обычно вместо получения конкретных значений этих характеристик указывают результаты сравнения данных, полученных при испытаниях (тестированиях) различных образцов.

Другой важнейшей характеристикой компьютера является емкость запоминающих устройств . Емкость памяти измеряется количеством структурных единиц информации, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ может одновременно находиться в памяти. Этот показатель позволяет определить, какой набор программ и данных должна быть одновременно размещен в памяти.

Наименьшей структурной единицей информации является бит - одна двоичная цифра. Как правило, емкость памяти оценивается в более крупных единицах измерения - байтах (байт равен 8 битам). Следующими единицами измерения служат .

Обычно отдельно характеризуют емкости оперативной и внешней памяти. Сегодня персональные компьютеры имеют емкость оперативной памяти, равную 512Мбайт, 1Гбайт и даже больше. Этот показатель очень важен для определения, какие программные пакеты и их приложения могут одновременно обрабатываться в машине.

Емкость внешней памяти зависит от типа носителя. Так, практически исчезли из обращения дискеты как накопители и средства переноса и хранения данных. На смену им пришла флэш-память, емкость которой должна быть от нескольких Гбайт до Тб. Пока сохраняют свое значение и традиционные накопители. Емкость дисков DVD достигает нескольких десятков Гбайтов, емкость компакт-диска (CD-ROM) - 640 Мб и выше, жестких дисков - сотни Гбайт и т.д. Емкость внешней памяти характеризует объём программного обеспечения и отдельных программных продуктов, которые могут устанавливаться. К примеру, для установки операционной среды Windows 7 исходя из версии требуется объём памяти жесткого диска 160Гб-1Тб и оперативной памяти 1-3Гб.

Надежность - это способность компьютера при определенных условиях выполнять требуемые функции в течение заданного периода времени (стандарт ISO - 2382/14-78).

Высокая надежность компьютера закладывается в процессе его производства. Переход на новую элементную базу - сверхбольшие интегральные схемы (микропроцессоры и схемы памяти) резко сокращает число используемых интегральных схем, а значит, и число их соединений друг с другом.

Точность - возможность различать почти равные значения (стандарт ISO 2382/2-76). Точность получения результатов обработки в основном определяется разрядностью компьютера, а также используемыми структурными единицами представления информации (байтом, словом, двойным словом).

Современные компьютеры, включая ПК, имеют возможность работы с 32- и даже с 64-разрядными машинными словами. С помощью языков программирования данный диапазон должна быть увеличен в несколько раз, что позволяет достигать очень высокой точности.

Достоверность - свойство информации быть правильно воспринятой. Достоверность характеризуется вероятностью получения безошибочных результатов. Заданный уровень достоверности обеспечивается аппаратно-программными средствами контроля. Возможны методы контроля достоверности путем решения эталонных задач и повторных расчетов. В особо ответственных случаях проводятся контрольные решения на других компьютерах и сравнение результатов.

Усложнение схем компьютеров приводит к увеличению энергопотребления, что порождает целый ряд проблем. По этой причине для микропроцессоров введена характеристика, отражающая класс мощности (энерго-потребление, TDP - Thermal Design Power, тепловой пакет).

Сегодня в мире произведены, работают и продолжают выпускаться миллионы вычислительных машин, относящиеся к различным поколениям, типам, классам и отличающиеся своими областями применения, техническими характеристиками и вычислительными возможностями.

Основные черты рынка современных компьютеров - разнообразие и динамизм. Практически каждые полтора десятилетия меняется поколение машин, каждые два года _ основные типы микропроцессоров, СБИС, определяющих характеристики новых вычислителей. Такие темпы сохраняются уже многие годы.

Рынок компьютеров постоянно имеет широкую градацию классов и моделей. Существует большое количество классификационных признаков, по которым все это множество разделяют на группы: по уровням специализации (универсальные и специализированные), по типоразмерам (настольные, портативные, карманные), по совместимости, по типам используемых микропроцессоров и количеству их ядер, по возможностям и назначению и др.
Размещено на реф.рф
. Разделение компьютеров по поколениям, изложенное в п. 13.1, также является одним из видов классификации. Наиболее часто используют классификацию компьютеров по возможностям и назначению, а в последнее время - и по роли компьютеров в сетях.

По возможностям и назначению компьютеры подразделяют:

· суперЭВМ , необходимые для решения крупномасштабных вычислительных задач, а также для обслуживания крупнейших информационных банков данных.

С развитием науки и техники постоянно выдвигаются новые крупномасштабные задачи, требующие выполнения больших объёмов вычислений. Особенно эффективно применение суперЭВМ при решении задач проектирования, в которых натурные эксперименты оказываются дорогостоящими, недоступными или практически неосуществимыми. СуперЭВМ по сравнению с другими типами машин позволяют точнее, быстрее и качественнее решать крупные задачи, обеспечивая необходимый приоритет в научных выработках, в т.ч. и в перспективной вычислительной технике.

Неудивительно, что мощные компьютеры являются особым достоянием любого государства. В Интернете отслеживается список пятисот самых мощных компьютеров мира (top500.org). Их выработка возведена в ранг государственной политики ведущих в экономическом отношении стран и является одним из важнейших направлений развития науки и техники. Список top500 сейчас возглавляют китайский компьютер Tianhe-1A и компьютер Cray XT5-HE Jaguar, с быстродействием соответственно 2,67 и 1,759 PFLOP (1 петафлоп= оп/с). В списке top500 имеются суперкомпьютеры, используемые в России. Их число возросло до одиннадцати штук, и Россия вышла на 7-ое место. Пятьдесят самых мощных компьютеров России отслеживаются на отечественном сайте http//supercomputers.ru (список top50);

большие ЭВМ , предназначенные для комплектования ведомственных, территориальных и региональных вычислительных центров (министерства, государственные ведомства и службы, крупные банки и т.д.). Примером подобных машин, а точнее, систем, могут служить компьютеры, предназначенные для обеспечения научных исследований, для построения рабочих станций для работы с графикой, UNIX-серверов, кластерных комплексов;
средние ЭВМ , широко используемые для управления сложными технологическими и производственными процессами (банки, страховые компании, торговые дома, издательства). Компьютеры этого типа могут применяться и для управления распределенной обработкой информации в качестве сетевых серверов;
персональные и профессиональные компьютеры (ПК) , позволяющие удовлетворить индивидуальные потребности пользователей. На базе этого класса ЭВМ строятся автоматизированные рабочие места (АРМ) для специалистов различного уровня. К настоящему времени в развитых странах ниша ПК практически заполнилась;
мобильные и карманные компьютеры . Появление микропроцессоров способствовало разработке на их базе разнообразных устройств, используемых в различных областях жизнедеятельности человека: мобильная связь, бытовая техника, авто, игровые приставки, электронные записные книжки т.п. Аналитики предсказывают их прогрессирующее развитие на ближайшие 5-10 лет .

Появлению новых устройств способствуют следующие факторы:

экономические - новые устройства успешно конкурируют со старыми, традиционными. К примеру, сотовая связь уверенно отвоевывает клиентов обычной телефонной связи;
технологические - новые технологии обеспечивают качественно новые услуги (мобильный офис, телеконференции, предложение товаров от ближайших поставщиков и т.д.);
социальные - мобильные телефоны и досуг с использованием Интернета становятся стилем жизни;
бизнес-факторы - бизнес требует новых типов предложений под лозунгами "Услуги в любое время и в любом месте" и предоставления каждому "Своего офиса в кармане".

Рассмотрим упрощенную градацию подобных устройств.

Ноутбуки (Notebooks) . Совершенствование микропроцессоров привело к созданию мощных, дружественных и малогабаритных компьютеров, вполне способных обеспечить создание мобильного офиса различного класса с ориентацией на электронную почту, передачу факсов, доступ в Интернет. Интересно, что кризис IT-рынка почти не затронул сектор ноутбуков. Их производство устойчиво и вытесняет обычные ПК. Конфигурации ноутбуков обеспечивают широкие возможности. Ценовой диапазон - от 0,5 до 3-4 тысяч долларов. Миниатюрные ноутбуки позволяют решать практически все задачи, присущие настольным ПК, они обладают теперь достаточной мощностью, расширяемостью и гибкостью. Но пока они еще достаточно дороги, и время их автономной работы огра-ничено несколькими часами.

Младшей разновидностью ноутбуков следует считать UMPC (ultra-mobile PC, ультрамобильный ПК). В случае если UMPC достаточно дороги, то проект OLPC (One Laptop per Child - "По ноутбуку каждому ребенку") имеет целью развитие инфраструктуры беднейших стран мира. Согласно ему небольшие компьютеры, стоимостью менее 100$, должны в массовом количестве поставляться в беднейшие страны Африки, Азии и Латинской Аме-рики. Пока не удается снизить стоимость компьютеров ниже 150-200$.

Конкурентом младших моделей ноутбуков следует считать нетбуки (netbooks) , ориентированные на работу с сетевыми ресурсами Интернета. Οʜᴎ появились 2-3 года назад, но по числу продаж уже сравнялись с ноутбуками. Их производство набирает силу.

Карманные персональные компьютеры (КПК) . Эти компьютеры ориентированы на выполнение в основном информационных функций. Οʜᴎ имеют очень широкую номенклатуру и градацию. Центральной функцией этих устройств являлось обеспечение мобильной связи. Еще 5-7 лет назад компьютеры этого типа рассматривали как конкурентов ноутбуков, однако реальность показывает, что они должны в ближайшем будущем уступить место коммуникаторам, смартфонам и специализированным устройствам (для навигации или специального применения). Сегодня границу между различными типами этих устройств тяжело провести. Коммуникатор - это упрощенный КПК, дополненный функциональностью мобильного телефона. От мобильного телефона он отличается на-личием установленной развитой операционной системы. Обычно особенности управления телефонами изготовителями не разглашаются.

Широкое распространение получили устройства, называемые смартфонами. Смартфоны (умные телефоны), обрастая новыми функциями, способны заменить целый класс специализированных устройств и являются их киллерами.

Сегодня почти 50% населения Земли имеет мобильные телефоны. Современный телефон стоимостью в 100$ оснащен цветным экраном, встроенным фотоаппаратом с разрешением 5-7 Мпикселов, ауди-оплеером. Некоторые из них способны вести видеосъемки, просматривать видеофильмы, иметь игротеки. Некоторые способны заменить библиотеку, компьютер с доступом в Интернет и E-mail.

Встраиваемые микропроцессоры , осуществляющие автоматизацию управления отдельными устройствами и механизмами. Успехи микроэлектроники позволяют создавать миниатюрные вычислительные устройства, вплоть до однокристальных ЭВМ. Эти устройства, универсальные по характеру применения, могут встраиваться в отдельные машины, объекты, системы. Οʜᴎ находят все большее применение в бытовой технике (теле-фонах, телевизорах, электронных часах, микроволновых печах и т.д.), в городском хозяйстве (энерго-, тепло-, водоснабжении, регулировке движения транспорта и т.д.), на производстве (робототехнике, управлении технологическими процессами). Постепенно они входят в нашу жизнь, все больше изменяя среду обитания человека.

Высокие скорости вычислений позволяют перерабатывать и выдавать все большее количество информации, что, в свою очередь, порождает потребности в создании связей между отдельно используемыми вычислителями. По этой причине все современные компьютеры в настоящее время имеют средства подключения к сетям связи и объединения в системы. С развитием сетевых технологий все больше начинает использоваться другой классификационный признак, отражающий их место и роль в сети. Согласно ему предыдущая классификация отражается на сетевой среде:

мощные машины, включаемые в состав сетевых вычислительных центров и систем управления гигантскими сетевыми хранилищами информации;
кластерные структуры;
серверы;
рабочие станции;
сетевые компьютеры.

Мощные машины и системы предназначаются для обслуживания крупных сетевых банков данных и банков знаний. По характеристикам их можно отнести к классу суперЭВМ, но в отличие от них они являются более специализированными и ориентированными на обслуживание мощных потоков информации.

Кластерные структуры представляют из себямногомашинные распределенные вычислительные системы, объединяющие под единым управлением несколько серверов. Это позволяет гибко управлять ресурсами сети, обеспечивая необходимую производительность, надежность, готовность и другие характеристики.

Серверы - это вычислительные машины и системы, управляющие определенным видом ресурсов сети. Различают файл-серверы, серверы приложений, факс-серверы, почтовые, коммуникационные, веб-серверы и др.

Термин "рабочая станция" отражает факт наличия в сетях абонентских пунктов, ориентированных на работу профессиональных пользователей с сетевыми ресурсами. Этот термин как бы отделяет их от ПК, которые обеспечивают работу основной массы непрофессиональных пользователей, работающих обычно в автономном режиме.

Сетевые компьютеры . На базе существующих стандартных микропроцессоров появляется новый класс устройств, получивший это название. Само название говорит о том, что они предназначаются для использования в компьютерных сетях. Учитывая зависимость отвыполняемых функций и от контекста под этим термином понимают совершенно различные устройства, от простейшего компьютера-наладонника до специализированных сетевых устройств типа "маршрутизатор", "шлюз", "коммутатор" и т.п.

Число приведенных типов компьютеров в индустриально развитых странах образует некое подобие пирамиды с определенным соотношением численности каждого слоя. Распределение вычислительных возможностей по слоям должно быть сбалансировано.

История и тенденции развития вычислительной техники - понятие и виды. Классификация и особенности категории "История и тенденции развития вычислительной техники" 2017, 2018.

Классификация компьютеров

Номенклатура видов компьютеров в настоящее время огромна: машины различаются по назначению, мощности, размерам, используемой элементной базе, совместимости, устойчивости по отношению к воздействию неблагоприятных условий и т. д. Для наших целей наиболее интересно сгруппировать компьютеры по производительности, габаритным характеристикам (размеры, вес) и по назначению. Заметим сразу, что классификация в известной мере условна, так как границы между группами размыты и очень подвижны во времени: развитие этой отрасли науки и техники столь стремительно, что, например, сегодняшниеяя микро-компьютеры не уступаеят по мощности мини-компьютерам пятилетней давности.

Принятая на сегодня градация компьютеров представлена в табл. 2.1. Отдельно стоит класс персональных компьютеров

· массовый ПК (Consumer PC),

· переносной (портативный) ПК (Mobile PC),

· деловой ПК (Office PC),

· рабочая станция (Workstation PC)

· развлекательный (мультимедийный) ПК (Entertainment PC).

Категория массовых ПК является базовой, в нее попадает большинство из имеющихся в настоящее время ПК. Для категории переносных ПК предъявляется обязательное требование присутствия средств компьютерной связи. В категории деловых ПК понижены требования к работе с графикой и совсем нет требований по воспроизводству звука. В категории рабочих станций усилены требования к устройствам памяти. В категории мультимедийных ПК особые требования предъявляются к качеству изображений и звука.

Классы современных компьютеров. Таблица 2.1

Класс компьютера	Основное назначение	Основные технические данные	Цена, $ (ориентировочно)
Супер-компьютеры	Сложные научные расчеты	Интегральное быстродействие до десятков миллиардов операций в секунду; число параллельно работающих процессоров до 100	до 10000000
Большие компьютеры (мэйн-фреймы)	Обработка больших объемов информации крупных предприятий, банков	Мультипроцессорная архитектура; подключение до 200 рабочих мест	до 250000
Супер мини-компьютеры	Системы управления предприятиями; многопультовые вычислительные системы	Мультипроцессорная архитектура; подключение до 200 терминалов; дисковые запоминающие устройства, наращиваемые до сотен Гбайт	до 180000
Мини-компьютеры	Системы управления предприятиями среднего размера; многопультовые вычислительные системы	Однопроцессорная архитектура, разветвленная периферия	до 100000
Рабочие станции	Системы автоматизированного проектирования, системы автоматизации экспериментов	Однопроцессорная архитектура, высокое быстродействие процессора; специализированная периферия	до 50000
Продолжение таблицы 2.1
Класс компьютера	Основное назначение	Основные технические данные	Цена, $ (ориентировочно)
Микро-компьютеры			до 5000
Микро-компьютеры	Индивидуальное обслуживание пользователя (см. ПК); работа в локальных автоматизированных системах управления	Однопроцессорная архитектура, гибкость конфигурации - возможность подключения разнообразных внешних устройств	до 510000

Отдельно стоит класс персональных компьютеров (ПК), включающий машины, предназначенные для обслуживания одного рабочего места. Особенно широкое распространение этот класс получил в 1990-х г.г. вследствие бурного развития глобальной компьютерной сети Internet. В настоящее время в отношении ПК действует международный сертификационный стандарт – спецификация PC99. В нем представлены принципы классификации ПК и минимальные требования к каждой из следующих категорий:

·массовый ПК (Consumer PC),

·переносной (портативный) ПК (Mobile PC),

·деловой ПК (Office PC),

·рабочая станция (Workstation PC)

·развлекательный (мультимедийный) ПК (Entertainment PC).

Категория массовых ПК является базовой, в нее попадает большинство из имеющихся в настоящее время ПК. Для категории переносных ПК предъявляется обязательное требование присутствия средств компьютерной связи. В категории деловых ПК понижены требования к работе с графикой и совсем нет требований по воспроизводству звука. В категории рабочих станций усилены требования к устройствам памяти. В категории развлекательных мультимедийных ПК особые требования предъявляются к качеству изображений и звука.

Стоимость портативного ПК в два-пять раз выше, чем у массового, имеющего такие же основные параметры (размер оперативной памяти, тип процессора, емкость жесткого диска и т. д.).

Отнесение машин к той или иной категории весьма условно как из-за размытости границ между ними, так и вследствие широкого внедрения в жизнь практики заказной сборки машин, когда номенклатура узлов ПК и даже конкретные модели подгоняются под требования заказчика.

На протяжении недавней истории ЭВМ, то есть примерно с середины 60-х годов, когда полупроводники уже полностью вытеснили электронные лампы из элементной базы вычислительных машин, в развитии этой области техники произошло несколько драматических поворотов. Все они явились следствием, с одной стороны, бурного развития технологии микропроцессоров, с другой - интенсивного прогресса программного обеспечения компьютеров. Тот и другой процессы развивались параллельно, подстегивая друг друга, в какой-то мере конкурируя. Новые технические возможности, появлявшиеся с созданием новых элементов и устройств, позволили разработать более совершенные (и функционально и по производительности) программы; это, в свою очередь, порождало потребность в новых, более совершенных компонентах и т. д.

В 60-е годы, в эпоху машин третьего поколения, то есть машин на базе отдельных полупроводниковых элементов и интегральных схем, небольшой плотности (типичные представители - компьютеры семейства IBM 360), пользователи пришли к осознанию необходимости изменения организации использования компьютера. До этого компьютер предоставлялся в распоряжение одного человека (это был либо оператор, выполняющий готовую программу, либо программист, занятый разработкой новой программы). Такой порядок не позволял использовать весь потенциал машины. Поэтому возникла технология так называемой пакетной обработки заданий, характерная тем, что пользователь был отделен от машины. Он должен был заранее подготовить свое задание (чаще всего - в виде колоды перфокарт с управляющими кодами и исходными данными), и передать его в руки операторов, которые формировали очередь заданий. Таким образом, машина получала для обработки сразу несколько заданий и не простаивала в ожидании каждого нового задания или реакции пользователя на свои сообщения. Но и этого оказалось недостаточно: по быстродействию центральный процессор намного опережал внешние устройства, такие как считыватели перфокарт и перфолент, алфавитно-цифровые печатающие устройства, и потому его мощность оказывалась не полностью использованной. Возникла идея организации многозадачного использования процессора. Её суть состояла в том, что процессор как бы одновременно выполнял несколько программ («как бы» - потому, что на самом деле процессор работал по-прежнему последовательно). Но когда, например, в рамках какой-то программы очередь доходила до обмена с внешним устройством, эта операция перепоручалась недорогому специализированному устройству, а центральный процессор переключался на продолжение другой программы и т. д. Таким образом, коэффициент использования аппаратной части вычислительной установки резко возрос. В рамках одного из направлений развития идеи многозадачности появились и так называемые многопультовыесистемы. Они представляли собою комплексы, состоявшие из центрального компьютера и группы видеотерминалов (числом до нескольких десятков). Человек-оператор, работавший за пультом такого терминала, ощущал себя полным распорядителем машины, поскольку компьютер реагировал на его действия (в том числе команды) с минимальной задержкой. В действительности же центральный компьютер квазикак бы -одновременно работал со многими программами, переключаясь с одной на другую в соответствии с определенной дисциплиной (например, уделяя каждому терминалу по нескольку миллисекунд в течение секунды).

В 1971 г. был создан первый микропроцессор, то есть функционально законченное устройство, способное выполнять обязанности центрального процессора (правда, в то время, - весьма маломощного). Это имело значение поворотного момента в истории вычислительной техники. (И не только вычислительной: в дальнейшем прогресс микроэлектроники привел к существенным переменам и в других областях - в станкостроении, автомобилестроении, технике связи и т. д.). Совершенствование технологии, опиравшееся на достижения фундаментальных наук, на успехи оптики, точного машиностроения, металлургии, керамики и других отраслей, дало возможность получить микропроцессоры со всё большим количеством элементов размещенных на поверхности полупроводникового кристалла со всё большей плотностью, а, значит, - всё более мощные компьютеры. Одновременно, (что очень важно) , заметно падала и их себестоимость. Забота о возможно более полном использовании вычислительных ресурсов теряла свою остроту, и даже актуальность.

В 1979 г. появился первый персональный компьютер. Мировой лидер в производстве средств вычислительной техники, корпорация IBM, отреагировала на его появление с некоторым запаздыванием, но в 1980 г. выступила на рынке со своим PC IBM, самой важной особенностью которого была так называемая открытая архитектура . Это означает, во-первых, возможность реализации принципа взаимозаменяемости, то есть использования для сборки ПК узлов от разных производителей (лишь бы они соответствовали определенным соглашениям), и во-вторых - возможность доукомплектования ПК, наращивания его мощности уже в ходе его эксплуатации. Это смелое и дальновидное техническое решение дало мощный толчок всей индустрии ПК. Десятки и сотни фирм включились в разработку и производство отдельных блоков и целых ПК, создав всплеск большой спроса на элементы, новые материалы, новые идеи. Все последующие годы отмечены фантастически быстрым совершенствованием микропроцессоров (каждые пять лет плотность размещения элементов на полупроводниковом кристалле возрастала в десять раз!), запоминающих устройств (оперативных и накопительных), средств отображения и фиксации данных. И, как уже указывалось, очень существенно то, что одновременно снижались себестоимость и цены на ПК.

В конечном счете, последние два десятилетия ознаменованы широчайшим распространением ПК во всех сферах человеческой деятельности, (включая быт, досуг и домашнее хозяйство). Заметны и социальные последствия этого феномена (это -важный отдельный вопрос). . Стоит отметить, что ПК стали преобладать и как аппаратная база в системах управления, вытесняя оттуда большие компьютеры., чЭто привело к ряду негативных последствий (, в частности, к неприемлемому снижению уровня централизации и частичной потере управляемости, что, правда частично компенсировалось развитием новых сетевых технологий, например – сетей типа «тонкий клиент»).

Как и ранее, технологические достижения принесли не только удовлетворение, но и новые проблемы. Усилия по их разрешению приводят к новым интересным результатам как в аппаратной сфере, так и в создании новых программных средств и систем. Проиллюстрируем это положение несколькими примерами.

Увеличение емкости накопителей и снижение стоимости хранения данных дало толчок расширению применения баз данных в составе систем управления разного назначения, возросло осознание ценности баз данных. Отсюда возникла потребность предоставить доступ к информационным ресурсам многим пользователям (тем, кому это необходимо по роду службы). .Ответом на нее стало создание локальных вычислительных сетей. Такие сети позволяют решить и задачу повышения загрузки дорогостоящих аппаратных средств (, например, лазерных или светодиодных принтеров, плоттеров). Появление сетей, в свою очередь, обострило потребность в еще более мощных накопителях и процессорах и т. д.

Увеличение быстродействия процессоров и емкости ОЗУ создало предпосылки для перехода к графическому интерфейсу. Для IBM-подобных компьютеров это была сначала графическая оболочка Windows, а затем - полноценные операционные системы (Windows -95, -98, -2000, -XP). Но одновременно все более ощутимым стало и осознание неполного доиспользованностиния вычислительной мощности аппаратной части компьютера. Возродилась, правда уже нана новой основе, идея многозадачности. Она воплощена в тех же новых операционных системах. Так что, работая, например, под Windows 982000, можно одновременно выполнять обработку какого–то массива данных, распечатывать результаты предыдущей программы и принимать электронную почту.

Компьютеризация всех сфер жизни вызвала повышенное внимание масс рядовых пользователей к такой важной теме как воздействия компьютера на состояние здоровья. Этому способствуют и многочисленные публикации последнего времени в отечественной и зарубежной прессе. Так, по данным Министерства Труда США, “повторяющиеся травмирующие воздействия при работе с компьютером"” обходятся корпоративной Америке в 100 млрд. $ ежегодно. При этом пострадавшие иногда расплачиваются жестокими болями в течение всей жизни. Актуальность проблематики очевидна. Вместе с тем, уровень отечественных медицинских публикаций на эту тему либо сильно завышен и не доступен рядовому пользователю (статьи в изданиях для врачей) либо занижен, так как не предусматривает комплексного анализа ситуации. Обычно авторы популярных изданий сосредотачивают внимание на чем - то одном, и чаще всего это – тема влияния излучений от электронно-лучевого монитора.

Да, действительно, вокруг такого монитора присутствуют переменные электрическое и магнитное поля, имеется рентгеновское излучение. Однако технические характеристики мониторов и других частей компьютера в настоящее время жестко контролируются специальными международными стандартами, что исключает вредные воздействия при правильной эксплуатации. Любой уважающий себя производитель или поставщик компьютерного оборудования стремится получить на него сертификат по шведскому международному стандарту ТСО. Покупателю остается удостовериться в наличии такого сертификата и далее он может быть уверен в высоком качестве монитора. Кроме того, проблема влияния излучений полностью отсутствует у жидкокристаллических мониторов, доля которых на рынке превысила в настоящее время 50%. Таким образом, пользователь не должен испытывать своего рода фобии при постоянной работе с компьютером, необходимио лишь уделить должное внимание правильной организации своего рабочего места и соблюдению режима работы. Все необходимые для этого рекомендации содержатся в официальном документе Министерства Здравоохранения РФ “Санитарные правила и нормы. Сан ПиН 2.2.2.542-96.”

Обилие ПК в конторах и на предприятиях иногда создает ложное впечатление об уходе больших и средних машин из сферы управления, из систем обработки деловой информации. Однако это не так. Например, в крупных банках ПК используются в основном как устройства оформления первичных операций и средства общения с клиентами, то есть в качестве терминалов, а все проводки, проверки кредитоспособности и т. п. операции выполняются на больших компьютерах. И на промышленных предприятиях при построении автоматизированных информационных систем также может оказаться более рентабельным применение многопультовой системы на базе большого или среднего компьютера. Так, например, стоимость одного рабочего места в многопультовой системе на базе компьютера типа ЕС 1066 стоказываетсяановится ниже, чем при использовании ПК, начиная с числа терминалов, равного 200.

Подводя итоги, можно сказать, что основные наблюдаемые ныне тенденции развития компьютерной техники выражаются в следующем:

· Продолжается рост вычислительной мощности микропроцессоров. При дальнейшем увеличении плотности размещения элементов тактовая частота процессоров перевалила барьер 32 Ггц. Наиболее популярны модели Intel Pentium-4 2600-3200 (высокая скорость без мелких, но часто очень мешающих проблем), AMD Athlon XP 2600-2800 (отличная производительность по приемлемой цене).

· Повышение мощности микропроцессоров позволяет совмещать в одном элементе («на одном кристалле») все большее число устройств. Это, в свою очередь, дает возможность реализовать на одной печатной плате большее число функций и за счет этого сокращать число отдельных блоков компьютера;

· Расширяется набор функций, реализуемых в одном ПК, он становится все более «разносторонним» аппаратом. Особенно наглядно это проявляется в мультимедийном компьютере, который представляет собой, по существу, функциональный комбайн: помимо своих «прямых обязанностей» - обработки алфавитно–цифровой информации он способен работать со звуком (воспроизведение и запись; редактирование, включая создание специальных эффектов и др.); воспроизводить видеосигнал (прием телепередач; запись кадров и их обработка; воспроизведение аналоговых и цифровых видеозаписей, компьютерных анимаций и др.); эффективно работать в компьютерных сетях. Многообразие возможностей требует, в свою очередь, расширения номенклатуры компонентов и существенного повышения мощности базовых блоков.

В прошедшем столетии были сделаны многие открытия и изобретения, сыгравшие революционную роль в развитии современной цивилизации.

создание и развитие средств связи, особенно беспроводной.

Изобретение кинематографа.

Возникновение и развитие авиации и космической техники. Современные летательные аппараты по своим техническим и конструктивным характеристикам не сопоставимы с первыми летательными аппаратами.

Но наиболее разительный прогресс произошел в области вычислительной техники. (ок 50 лет назад первые ЭВМ имели вез ок. 30 тонн, площадь ок. 200м 2)

время выполнения вычислений измерялось часами или сутками.

Теперь ЭВМ можно разместить на кремниевом кристалле S=5мм 2 , время выполнения расчетов – микросекунды, стоят мало.

При этом в отличие от 1ых ЭВМ, которые программируют в математических кодах и способны были выполнять главным образом только громоздкие математические вычисления, то современные ЭВМ способны доказывать теоремы, переводить текст, воспроизводить движущиеся объекты.

Появление первой машины для выполнения четырех арифметических действий дотируется началом 17 в. (1623 г В. Шикард изобрел мех. машину сложения, вычитания, частично умножения и деления), но более известным оказался настольный арифмометр (1642г.) франц. ученым Паскалем. 1671г. Лейбниц изобрел т.н. зубчатое колесо Лейбница, позволяющее выполнять 4 арифметические операции.

В 19 в. обострилась потребность в выполнении вычислении, связанных с обработкой результатов астрономических наблюдений, расчеты, связанные с составление математических таблиц. Поэтому в 1823 англ. математик Чарльз Бэббидж начал разрабатывать автоматизированную разностную машину, приводимую в действие паровым двигателем.

Машина должна была вычислять значения полиномов и печатать результаты на негативе для фотопечати, однако существующее в то время технические средства не дали возможности завершить воплощение этой идеи, а кроме того, сам Бэббидж увлекся проектированием более мощной счетной машины. Новая счетная машина Бэббиджа получила название «аналитическая».

1894 г. он изложил ее основные принципы, которые были воплощены в ткацком станке программы с перфокарточным управлением француза Жаккаром.

Аналитическая машина явилась одной из первых программируемых автоматических вычислительных машин с последовательным управлением. Она имела арифметическое устройство и память.

Меценат проекта была графиня Ада Августа Лавлейс – первый женщина программист. В честь ее назван язык программирования «Ада».

В конце 19 в. Холлерит разработал машину с перфокарточным вводом, способную автоматически классифицировать и составлять таблицу данных. Она была использована в 1890 г. в Америке на ней проведены переписи населения. Программа считывалась с перфокарты с помощью электроконтактных щеток. В качестве цифровых счетчиков – эм реле.

1896 г. Хоррелит основал фирму, предшественницу IBM.

После смерти Бэббиджа заметно прогрессов не было.

скорость вычисление механич. или элетромех. машин была ограничена, поэтому в 30хх гг. 20 в началась разработка электронных вычислительных машин (ЭВМ). На основе вакуумных 3х электродных лампах (триодах), которые изобрел в 1906 Лид Фрест.

Первая универсальная ЭВМ «Эниак» была разработана в пенсильваском институте США (1940-1946 г.) – разработка численных таблиц для вычисления траектории полета объектов. (18 тыс. электронных плат, 140 кВт, 10ая СС, программировалась вручную с помощью переключателей.

Современные тенденции развития средств вычислительной техники.

В настоящее врем в мире происходит переход от индустриального общества к информационному. Если главным содержанием индустриального общества было производство и потребление мат. благ, то движущей силой информационного общества является создание и потребление информационных ресурсов различного типа и назначения. При этом достижение экономических и социальных результатов определяется не сколько и не столько наличием мат.-энергетических ресурсов, сколько масштабом и темпами информатизации общества и широким использованием информационных технологий во всех сферах человеческой деятельности.

Независимость от различия и особенностей процессов информации в различных областях общественной жизни для них характерно наличие 3х составляющих:

идентичность (единообразие) основных средств производства (средства выч. техники и информатики)

идентичность «сырья» (исходные данные, подлежащие анализу и обработке)

Идентичность выпускаемой продукции («обработанная» информация)

Ключевая роль в инфраструктуре информации принадлежит системным телекоммуникациям, а также выч. системам и их сетям.

В этих областях сосредоточены новейшие средства выч. техники, информатики и связи, а также используются наиболее прогрессивные информационные технологии.

В прошедшей истории развития ЭВТехники (начавшиеся с 40х гг 20в) можно выделить 4 поколения ЭВМ, отличающихся между собой элементной базой, функционально логической организацией, конструктивно-тех. исполнением, программным обеспечением, тех и эксплуатационным характеристиками режимами пользования.

Смене поколений сопутствовала изменение тех-эксплуатацион и тех-

экономических показателей ЭВМ.

В первую очередь это:

быстродействие, емкость памяти, надежность, стоимость.

Одновременно этому сопутствовала тенденция совершенствования программного обеспечения и повышение эффективности использования и обращения к ней.

В настоящее время ведутся работы над создание ЭВМ 5ого поколения, которые приблизили реальность создание искина.

Классификация средств эвТехники

К настоящему времени в мире уже произведенные работают и вновь создаются миллионы ЭВМ различного типа, класса и уровня.

ЭВТ принято делить на аналоговую и цифровую.

В АВМ информация представляется соответствующими значениями тех или иных аналогов (непрерывных физ. величин) – тока, напряжения, угла поворота и т.д.

АВМ обеспечивают приемлемое быстродействие, но умеренную точность вычислений ок. 10 -2 -10 -3

АВМ имеют достаточно ограниченное распространение и применяются главным образом в НИИ и проектно-конструкторских организациях при разработке исследований и совершенстве след. образцов техники, т.е. АВМ относятся к области специализируемых ЭВМ.

Более широкое распространение получили ЦВМ, в которых информация отображается с помощью цифровых или бинарных кодов.

Быстрые темпы развития и смены моделей ЦВМ затрудняют использование какой-либо их стандартной классификации.

Академик Глужков отмечал, что можно выделить 3 глобальных сферы, требующие использования качественно различных типов ЭВМ, а и.:

традиционное применение ЭВМ для автоматизированных вычислений

использование ЭВМ в различных системах управления (с 60х гг - сфера в наибольшей степени предполагает использование линии ЭВМ)

Машины этого профиля должны отвечать след. требованиям:

более дешевыми по сравнению с большими централизованными ЭВМ.

более надежными, особенно при работе непосредственно в контуре управления.

обладать большей гибкостью и адаптивностью к условиями работы

было архитектурно прозрачным, т.е. структура и функции ЭВМ должны быть понятны широкому пользователю.

3. Для решения задач искусственного интеллекта.

Рынок ЭВМ имеет широкий диапазон классов и моделей ЭВМ. Например, IBM, выпускающий приблизительно 80% мирового машинного парка производит главным образом 4 класса компьютеров:

большие ЭВМ (mainframe ) – многопользовательские машины с централизованной обработкой информацию и различными формами удаленного доступа. По оценкам специалистов IBM ок. 50% всего объема данных в информационных системах мира должны хранится в больших машинах. Новое их поколение предназначено для использования в сетях в качестве крупных серверов.

Развитие ЭВМ данного класса имеет большое значение и для РФ, т.к. у нас имеется огромный задел по программе ЕС ЭВМ, заимствовавших архитектуру IBM 360 / 310 , поэтому принято решение продолжить развитие этого направления и в 1993 г. с IBM было подписано соглашение, согласно которому РФ получила право производить 23 вида новейших моделей – аналогов IBM с производительностью от 1,5 до 167 миллионов операций в сек.

Машины RS / 6000 , у которых высокая производительность и предназначены для построения работы станций, для работы с графикой, для UNIX серверов и кластерных комплексов для научных исследований.

Средние ЭВМ в первую очередь для работы в финансовых структурах (бизнес компьютеры). В них особенное внимание уделяется сохранению и безопасности данных, также программной совместимости. Эти машины используются в качестве серверов локальных сетей.

Компьютеры на платформе микропроцессоров Intel

Вычислительные системы, использующие параллельную работу.

Можно использовать след. классификацию средств ЭВМ на основе их разделения по быстроте действия :

супер ЭВМ , для решения сложных вычислительных задач и для обслуживания крупнейших информационных банков данных

большие ЭВМ , для ведомств, территориальных и региональных вычислительных центров.

средние ЭВМ , для АСУТП (АСУ технологического процесса) и АСУП (производства), а также для управления распределенной обработкой информации в качестве серверов.

персональные и профессиональные ЭВМ на их базе формируются АРМ (автоматизированные рабочие места) для специалистов различного профиля.

встраиваемые микропроцессоры (микро ЭВМ) для автоматизированного управления отдельными устройствами и механизмами.

РФ испытывает потребность:

Супер ЭВМ ~ 100-200 шт.

Большие ЭВМ ~ 1000 шт.

Средние ЭВМ ~ 10 4 -10 5 шт

Компьютерные информационные технологии 2

(КИТ 2)

КОНСПЕКТ ДЛЯ ЗАОЧНОЙ ФОРМЫ ОБУЧЕНИЯ

1. В.С. Оскерко, З.В. Пунчик. О.А. Сосновский Технологии баз данных. Учебное пособие, Минск БГЭУ 2007.

2. Оскерко В.С., Пунчик З.В. Практикум по технологиям баз данных: Учеб. пособие. Мн.: БГЭУ, 2004.

3. Оскерко, В.С. Компьютерные информационные технологии: учеб пособие: в 3 ч. Ч 2. Базы данных и знаний / В.С. Оскерко, З.В.Пунчик. – Минск: БГЭУ, 2011. – 227 с

В истории развития вычислительной техники можно выделить два основных два направления:

Первое направление - применение вычислительной техники для выполнения численных расчетов, которые слишком долго или вообще невозможно производить вручную. (Пример: конструирование сложных аппаратов, численное моделирование, задачи оптимизации, компьютерные игры и т.д). Становлению этого направления способствовало интенсификации методов численного решения сложных математических задач, развитию языков программирования (FORTRAN, PASCAL, C++ и т.д.)

Второе направление - это использование средств вычислительной техники в автоматических или автоматизированных информационных системах, т.е. программных комплексов для надежного хранения информации в памяти компьютера, поиск и преобразования хранимой информации. Обычно объемы хранимой информации велики (до ГБ, ТБ), а сама информация имеет достаточно сложную структуру. Классическими примерами информационных систем являются банковские системы, системы резервирования авиационных или железнодорожных билетов, мест в гостиницах и т.д.

Это направление возникло несколько позже первого. Это связано с тем, что на заре вычислительной техники компьютеры обладали ограниченными возможностями в части памяти. В начале использовались два вида устройств внешней памяти: магнитные ленты и барабаны. При большой емкости магнитные ленты по своей физической природе обеспечивали последовательный доступ к данным. Магнитные барабаны давали возможность произвольного доступа к памяти, но были ограниченного размера. С появлением магнитных дисков началась история управления данными во внешней памяти. В настоящее время магнитные диски (винчестеры) позволяют хранить сотни и тысячи Гб информации.

Предметом курса КИТ 2 является второе направление- изучение технологий организации, хранения и обработки данных в современных информационных системах.

Курс тесно связан с курсом «Компьютерные информационные технологии 1,3», а также со специальными экономическими дисциплинами.

2. Понятие экономической информации

Термин «информация » происходит от латинского informatio – что означает изложение, разъяснение. В научных и официальных источниках этот термин трактуется по- разному. Будем придерживаться такого определения:

Информация – совокупность фактов, явлений, событий, представляющий интерес, подлежащих регистрации и обработке.

Это понятие теоретически подразумевает взаимодействие двух партнеров: источника и приемника информации. В роли каждого из них может выступать объект науки и техники, общества и природы, животные и люди.

В теории информации под этим термином понимается такое сообщение, которое содержит факты, неизвестные ранее потребителю и дополняющие его представление об изучаемом или анализируемом объекте. Для определения количественной меры информации в 1946 г. американский ученый-статистик Джон Тьюки предложил название БИТ (BIT - аббревиатура от BInary digiT), одно из главных понятий XX века. Тьюки избрал бит для обозначения одного двоичного разряда, способного принимать значение 0 или 1.

В 1948 году американский математик Клод Шеннон использовал бит как единицу измерения информации. Мерой количества информации Шеннон предложил считать функцию, названную им энтропией.

H = -∑ P i log 2 P i , (1)

где P i - вероятность наступления некоторого события.

Из (1) очевидно, что чем менее вероятно событие, тем больше информации оно в себе несет (энтропия Н такого события по Шеннону выше). События, вероятность наступления которых равна или близка к 1 несут в себе мало информации.

Пример

Если нам несколько раз подряд сообщать одни и те же новости, то уже на второй раз мы не получим никакой новой информации, т.к. мы ее уже слышали. Вероятность в этом случае P i =1, и энтропия по Шеннону Н=0, а значит не нужно ни одного бита для представления вновь поступившей информации. С другой стороны, если вероятность наступления новость близка к 0 (такие новости в средствах массовой информации называются сенсацией), то энтропия будет большой и для представления поступившей информации требуется большое количество бит.

Другими словами: информация – это сведения, которые должны снять у потребителя существующую до их получения неопределенность, расширить его понимание объекта полезными для потребителя сведениями.

Информация- это неубывающий ресурс жизнеобеспечения, ее объем в течение времени возрастает. В 70- е годы прошлого столетия объем информации удваивался каждые 5- 7 лет. В 80 –е годы удвоение происходило уже за 20 месяцев, в настоящее время - ежегодно.

Информация охватывает все стороны жизни общества – от материального производства до социальной сферы. По сфере применения в деятельности человека она подразделяется на научно-техническую, производственную, управленческую, социальную и т.п.

Информация, которая обслуживает процессы производства, распределения, обмена и потребления материальных благ и обеспечивает решение задач управления народным хозяйством и его звеньями, называется управленческой . Важным компонентом управленческой информации является экономическая.

Экономическая информация – это совокупность различных сведений экономического характера, используемых для планирования, учета, контроля, анализа и управления народным хозяйством и его звеньями .

Экономическая информация включает сведения о трудовых, материальных и денежных ресурсах и деятельности экономических объектов (предприятий, организаций, банков, фирм и т.д.) на определенный момент времени. Эти сведения представляются натуральными и стоимостными показателями.

Экономическую информацию, циркулирующую в любом экономическом объекте, можно классифицировать по разным признакам:

· по функциям управления – учетная, плановая, статистическая, оперативного управления и др.;

· по месту возникновения – внутренняя и внешняя;

· по стадиям образования – первичная и вторичная;

· по способу представления – цифровая, алфавитно-цифровая, графическая;

· по стабильности – переменная, условно-постоянная, постоянная;

· по полноте – недостаточная, достаточная, избыточная;

· по истинности – достоверная, недостоверная;

· по временному периоду возникновения – периодическая и непериодическая.

Наиболее важными характеристиками экономической информации являются:

Корректность

Полезность

Оперативность

Точность

Достоверность

Устойчивость

Достаточность

Корректность – обеспечивает ее однозначное восприятие всеми потребителями

Ценность (полезность) - проявляется в том случае, если она способствует достижению стоящей перед потребителем цели (Относительность ценности – новая информация может быть более ценной)

Оперативность – отражает актуальность информации для необходимых расчетов и принятия решений в изменившихся условиях

Точность – определяет допустимый уровень искажения информации

Достоверность – определяется свойством информации отражать реально существующие объекты и процессы с необходимой точностью

Устойчивость- отражает способность реагировать на изменения без нарушения необходимой точности. Устойчивость определяется выбранной методикой ее отбора и формирования

Достаточность (полнота) – она содержит минимально необходимый объем сведений для принятия правильного решения. Неполная информация снижает эффективность принятия решений. Избыточность обычно снижает оперативность и затрудняет принятие решения, но зато делает информацию более устойчивой.

Структурными единицами экономической информации являются реквизиты, показатели, документы, массивы.

Реквизиты выражают определенные свойства объекта и подразделяются на реквизиты-признаки и реквизиты-основания.

Реквизит-признак характеризует качественные свойства объекта (например, Ф.И.О. исполнителя, наименования работ, дата заключения договора, и т. д.).

Реквизит-основание дает количественную характеристику объекта, выраженную в определенных единицах измерения (например, количество изделий в штуках, цена продукта в рублях и т. д.)

Реквизиты имеют наименования и значения. Область значений описывается форматом. Формат определяет тип и максимальную длину значений. Тип может быть числовым, символьным, логическим и дата/время. Для записи формата используются определенные символы.

Совокупность реквизита-основания и логически связанных с ним реквизитов-признаков, имеющих экономический смысл, образует показатель .

Пример:

Реквизиты-признаки: «Предприятие», «Ф.И.О. менеджера»

Реквизит-основание: «Количество выполненных заказов»

Показатель: «Количество заказов, выполненных менеджером Петровым А.И., составило 100 заказов».

На основе показателей строятся документы.

Документ – это материальный объект, содержащий информацию, оформленную в установленном порядке, и имеющий в соответствии с действующим законодательством правовое значение. Экономические объекты широко применяют различные документы (платежные поручения, акты, сводки, ведомости и т. д.) для отражения своей деятельности.

Совокупность документов, объединенных по определенному признаку, образует массив . Пример массива – множество финансовых отчетов предприятий некоторой отрасли.

3. Экономические информационные системы

Система (ИС) в широком смысле слова – это совокупность объектов и отношений между ними, образующая единое целое. Системе свойственны:

· делимость – система состоит из ряда элементов, отвечающих конкретным целям и задачам;

· многообразие элементов и различия их природы, что связано с их функциональной специфичностью и автономностью;

· целостность – функционирование множества элементов подчинено единой цели;

· структурированность, обусловленная наличием связей между элементами, которые распределены по уровням иерархии.

На любой стадии развития общество требует для своего управления предварительно подготовленной, систематизированной информации.

Управление – это процесс целенаправленного воздействия на объект или систему, организующий функционирование объекта или системы по заданной программе . Систему, реализующую функции управления, называют системой управления . Кибернетика (наука об управлении) представляет эту систему как совокупность объекта управления и субъекта управления – управленческого аппарата. Управление связано с обменом информацией между компонентами системы, а также системы с окружающей средой.

Информационная система – это система информационного обслуживания работников управленческого аппарата, выполняющая технологические функции по сбору, накоплению, хранению и обработке информации. Основная цель информационной системы – это удовлетворение информационных потребностей пользователей путем предоставления им необходимой информации на основе хранимых данных.

ИС можно рассматривать как сложную систему, состоящую из нескольких взаимодействующих слоев (рис. 1). В основании пирамиды, представляющей ИС, лежит слой компьютеров – центров хранения и обработки информации, и транспортная подсистема, обеспечивающая надежную передачу информации между компьютерами.

Рис.1. Многослойное представление информационной системы

Над транспортной системой работает слой сетевых операционных систем, который организует работу приложений в компьютерах и предоставляет через транспортную систему ресурсы своего компьютера в общее пользование.

Над операционной системой работают различные приложения, но из-за особой роли систем управления базами данных (СУБД), хранящих в упорядоченном виде основную корпоративную информацию и производящих над ней базовые операции поиска, этот класс системных приложений обычно выделяют в отдельный слой ИС.

На следующем уровне работают системные сервисы, которые, пользуясь СУБД, как инструментом для поиска нужной информации среди миллионов и миллиардов байт, хранимых на дисках, предоставляют конечным пользователям эту информацию в удобной для принятия решения форме, а также выполняют некоторые общие для предприятий всех типов процедуры обработки информации. К этим сервисам относится служба WorldWideWeb, система электронной почты, системы коллективной работы и многие другие.

И, наконец, верхний уровень ИС представляют специальные программные системы, которые выполняют задачи, специфические для данного предприятия или предприятий данного типа. Примерами таких систем могут служить системы автоматизации банка, организации бухгалтерского учета, автоматизированного проектирования, управления технологическими процессами и т.п.

Конечная цель ИС воплощена в прикладных программах верхнего уровня, но для их успешной работы абсолютно необходимо, чтобы подсистемы других слоев четко выполняли свои функции.

Стратегические решения, как правило, влияют на облик ИС в целом, затрагивая несколько слоев сетевой "пирамиды", хотя первоначально касаются только одного конкретного слоя или даже отдельной подсистемы этого слоя. Такое взаимное влияние продуктов и решений нужно обязательно учитывать при планировании ИС, иначе можно столкнуться с необходимостью срочной и непредвиденной замены, например, сетевой технологии, из-за

Экономическая информационная система (ЭИС) – это система, функционирование которой во времени заключается в сборе, обработке и распространении информации о деятельности некоторого экономического объекта. Важнейшие функции ЭИС – учет, анализ, контроль, регулирование, прогнозирование и планирование экономических процессов.

Возрастание объемов информации в сфере управления, усложнение ее обработки невозможно без применения вычислительной техники.

Пример

В 30-х годах двадцатого столетия для решения проблем управления тогдашним хозяйством требовалось производить порядка 10 14 математических операций в год, а в средине 70-х, - уже примерно 10 16 . Если принять, что один человек без помощи техники способен произвести в среднем 10 6 операций в год (пропускная способность человека оценивается 2-4 бит/с), то получится, что необходимо около 10 миллиардов человек, для того, чтобы экономика оставалась хорошо управляемой.

Поэтому в настоящее время ЭИС представляет собой компьютеризированную информационную систему, использующую для обмена информацией компьютерные сети и самые современные компьютеры. В курсе «Компьютерные информационные технологии» в дальнейшем будет изучаться самый широкий спектр таких систем, как MRP, ERP, CSRP.

ЭИС могут быть классифицированы по ряду признаков:

· По сфере функционирования объекта управления

ЭИС промышленности

ЭИС сельского хозяйства

ЭИС транспорта

ЭИС связи и т.д.

· По видам процессов управления

o Банковские ЭИС

o АИС фондового рынка

o Финансовые ЭИС

o Страховые ЭИС

o Налоговые ЭИС

o ЭИС таможенной службы

o Статистические ЭИС

o ЭИС промышленных предприятий (бухгалтерия, оперативное управление и т.д.)

o ЭИС научных исследований

· По уровню в системе государственного управления

Отраслевые ЭИС

Территориальные ЭИС

Межотраслевые ЭИС

Важнейшим элементом ЭИС является информационное обеспечение. Информационное обеспечение представляет собой информацию, характеризующую состояние управляемого объекта, и является основой для принятия управленческих решений. Оно включает:

· системы показателей, описывающих деятельность экономического объекта;

· системы классификации и кодирования информации;

· документацию для отображения показателей;

· информационную базу.

Информационная база включает внутреннюю и внешнюю информацию, хранящуюся на различных носителях. Внутренняя информация возникает в самой системе и отражает финансово-хозяйственное состояние экономического объекта в различные временные интервалы. Внешняя информации характеризует состояние рынка и конкурентов, процентные ставки и цены, налоговую политику и политическую ситуацию и др. На основе информационной базы функционирует ЭИС.

В 60-е годы, в эпоху машин третьего поколения, то есть машин на базе отдельных полупроводниковых элементов и интегральных схем, небольшой плотности (типичные представители - компьютеры семейства IBM 360), пользователи пришли к осознанию необходимости изменения организации использования компьютера. До этого компьютер предоставлялся в распоряжение одного человека (это был либо оператор, выполняющий готовую программу, либо программист, занятый разработкой новой программы). Такой порядок не позволял использовать весь потенциал машины. Поэтому возникла технология так называемой пакетной обработки заданий, характерная тем, что пользователь был отделен от машины. Он должен был заранее подготовить свое задание (чаще всего - в виде колоды перфокарт с управляющими кодами и исходными данными), и передать его в руки операторов, которые формировали очередь заданий. Таким образом, машина получала для обработки сразу несколько заданий и не простаивала в ожидании каждого нового задания или реакции пользователя на свои сообщения. Но и этого оказалось недостаточно: по быстродействию центральный процессор намного опережал внешние устройства, такие как считыватели перфокарт и перфолент, алфавитно-цифровые печатающие устройства, и потому его мощность оказывалась не полностью использованной. Возникла идея организации многозадачного использования процессора. Её суть состояла в том, что процессор как бы одновременно выполнял несколько программ («как бы» - потому, что на самом деле процессор работал по-прежнему последовательно). Но когда, например, в рамках какой-то программы очередь доходила до обмена с внешним устройством, эта операция перепоручалась недорогому специализированному устройству, а центральный процессор переключался на продолжение другой программы и т. д. Таким образом, коэффициент использования аппаратной части вычислительной установки резко возрос. В рамках одного из направлений развития идеи многозадачности появились и так называемые многопультовые системы. Они представляли собою комплексы, состоявшие из центрального компьютера и группы видеотерминалов (числом до нескольких десятков). Человек-оператор, работавший за пультом такого терминала, ощущал себя полным распорядителем машины, поскольку компьютер реагировал на его действия (в том числе команды) с минимальной задержкой. В действительности же центральный компьютер как бы одновременно работал со многими программами, переключаясь с одной на другую в соответствии с определенной дисциплиной (например, уделяя каждому терминалу по нескольку миллисекунд в течение секунды).

В 1971 г. был создан первый микропроцессор, то есть функционально законченное устройство, способное выполнять обязанности центрального процессора (правда, в то время, - весьма маломощного). Это имело значение поворотного момента в истории вычислительной техники. И не только вычислительной: в дальнейшем прогресс микроэлектроники привел к существенным переменам и в других областях - в станкостроении, автомобилестроении, технике связи и т. д. Совершенствование технологии, опиравшееся на достижения фундаментальных наук, на успехи оптики, точного машиностроения, металлургии, керамики и других отраслей, дало возможность получить микропроцессоры со всё большим количеством элементов размещенных на поверхности полупроводникового кристалла со всё большей плотностью, а, значит, - всё более мощные компьютеры. Одновременно, что очень важно, заметно падала и их себестоимость. Забота о возможно более полном использовании вычислительных ресурсов теряла свою остроту, и даже актуальность.

В 1979 г. появился первый персональный компьютер. Мировой лидер в производстве средств вычислительной техники, корпорация IBM, отреагировала на его появление с некоторым запаздыванием, но в 1980 г. выступила на рынке со своим PC IBM, самой важной особенностью которого была так называемая открытая архитектура . Это означает, во-первых, возможность реализации принципа взаимозаменяемости, то есть использования для сборки ПК узлов от разных производителей (лишь бы они соответствовали определенным соглашениям), и во-вторых - возможность доукомплектования ПК, наращивания его мощности уже в ходе его эксплуатации. Это смелое и дальновидное техническое решение дало мощный толчок всей индустрии ПК. Десятки и сотни фирм включились в разработку и производство отдельных блоков и целых ПК, создав большой спрос на элементы, новые материалы, новые идеи. Все последующие годы отмечены фантастически быстрым совершенствованием микропроцессоров (каждые пять лет плотность размещения элементов на полупроводниковом кристалле возрастала в десять раз!), запоминающих устройств (оперативных и накопительных), средств отображения и фиксации данных. И, как уже указывалось, очень существенно то, что одновременно снижались себестоимость и цены на ПК.

В конечном счете, последние два десятилетия ознаменованы широчайшим распространением ПК во всех сферах человеческой деятельности, включая быт, досуг и домашнее хозяйство. Заметны и социальные последствия этого феномена.Стоит отметить, что ПК стали преобладать и как аппаратная база систем управления, вытесняя большие компьютеры, что привело к ряду негативных последствий, в частности, к неприемлемому снижению уровня централизации и частичной потере управляемости, что частично компенсировалось развитием сетевых технологий.

Увеличение емкости накопителей и снижение стоимости хранения данных дало толчок расширению применения баз данных в составе систем управления разного назначения, возросло осознание ценности баз данных. Отсюда возникла потребность предоставить доступ к информационным ресурсам многим пользователям.Ответом на нее стало создание локальных вычислительных сетей. Такие сети позволяют решить и задачу повышения загрузки дорогостоящих аппаратных средств, например, лазерных или светодиодных принтеров, плоттеров. Появление сетей, в свою очередь, обострило потребность в еще более мощных накопителях и процессорах и т. д.

Увеличение быстродействия процессоров и емкости ОЗУ создало предпосылки для перехода к графическому интерфейсу. Для IBM-подобных компьютеров это была сначала графическая оболочка Windows, а затем - полноценные операционные системы (Windows -95, -98, -2000, -XP). Но одновременно все более ощутимым стало и осознание неполного использования вычислительной мощности аппаратной части компьютера. Возродиласьна новой основе идея многозадачности. Она воплощена в новых операционных системах. Так что работая, например, под Windows 98, можно одновременно выполнять обработку какого–то массива данных, распечатывать результаты предыдущей программы и принимать электронную почту.

Компьютеризация всех сфер жизни вызвала повышенное внимание масс рядовых пользователей к такой важной теме как воздействия компьютера на состояние здоровья. Этому способствуют и многочисленные публикации последнего времени в отечественной и зарубежной прессе. Так, по данным Министерства Труда США, “повторяющиеся травмирующие воздействия при работе с компьютером” обходятся корпоративной Америке в 100 млрд. $ ежегодно. При этом пострадавшие иногда расплачиваются жестокими болями в течение всей жизни. Актуальность проблематики очевидна. Вместе с тем, уровень отечественных медицинских публикаций на эту тему либо сильно завышен и не доступен рядовому пользователю (статьи в изданиях для врачей) либо занижен, так как не предусматривает комплексного анализа ситуации. Обычно авторы популярных изданий сосредотачивают внимание на чем - то одном, и чаще всего это – тема влияния излучений от монитора.

Да, действительно, вокруг монитора присутствуют переменные электрическое и магнитное поля, имеется рентгеновское излучение. Однако технические характеристики мониторов и других частей компьютера в настоящее время жестко контролируются специальными международными стандартами, что исключает вредные воздействия при правильной эксплуатации. Любой уважающий себя производитель или поставщик компьютерного оборудования стремится получить на него сертификат по шведскому стандарту ТСО. Покупателю остается удостовериться в наличии такого сертификата и далее он может быть уверен в высоком качестве монитора. Таким образом, пользователь не должен испытывать своего рода фобии при постоянной работе с компьютером, необходимо лишь уделить должное внимание правильной организации своего рабочего места и соблюдению режима работы. Все необходимые для этого рекомендации содержатся в официальном документе Министерства Здравоохранения РФ “Санитарные правила и нормы. Сан ПиН 2.2.2.542-96.”

Обилие ПК в конторах и на предприятиях иногда создает ложное впечатление об уходе больших и средних машин из сферы управления, из систем обработки деловой информации. Однако это не так. Например, в крупных банках ПК используются в основном как устройства оформления первичных операций и средства общения с клиентами, то есть в качестве терминалов, а все проводки, проверки кредитоспособности и т. п. операции выполняются на больших компьютерах. И на промышленных предприятиях при построении автоматизированных информационных систем также может оказаться более рентабельным применение многопультовой системы на базе большого или среднего компьютера. Так, например, стоимость одного рабочего места в многопультовой системе на базе компьютера типа ЕС 1066 становится ниже, чем при использовании ПК, начиная с числа терминалов, равного 200.

Продолжается рост вычислительной мощности микропроцессоров. При дальнейшем увеличении плотности размещения элементов тактовая частота процессоров перевалила барьер 2 Ггц. Наиболее популярны модели Intel Pentium-4 (высокая скорость без мелких, но часто очень мешающих проблем), AMD Athlon XP (отличная производительность по приемлемой цене).

Повышение мощности микропроцессоров позволяет совмещать в одном элементе («на одном кристалле») все большее число устройств. Это, в свою очередь, дает возможность реализовать на одной печатной плате большее число функций и за счет этого сокращать число отдельных блоков компьютера;

Расширяется набор функций, реализуемых в одном ПК, он становится все более «разносторонним» аппаратом. Особенно наглядно это проявляется в мультимедийном компьютере, который представляет собой, по существу, функциональный комбайн: помимо своих «прямых обязанностей» - обработки алфавитно–цифровой информации он способен работать со звуком (воспроизведение и запись; редактирование, включая создание специальных эффектов и др.); воспроизводить видеосигнал (прием телепередач; запись кадров и их обработка; воспроизведение аналоговых и цифровых видеозаписей, компьютерных анимаций и др.); эффективно работать в компьютерных сетях. Многообразие возможностей требует, в свою очередь, расширения номенклатуры компонентов и существенного повышения мощности базовых блоков.

Сети компьютеров

В настоящее время особо важное значение приобрела конфигурация вычислительной системы, построенная на использовании многих компьютеров, объединенных в сеть. При этом обеспечивается единое информационное пространство сразу для множества пользователей вычислительной системы, что особенно наглядно проявилось на примере всемирной компьютерной сети Internet.

Компьютерной сетью называется совокупность компьютеров, взаимосвязанных через каналы передачи данных, обеспечивающая пользователей средствами обмена информацией и коллективного использования ресурсов сети: аппаратных, программных и информационных.

Объединение компьютеров в сеть позволяет совместно использовать дорогостоящее оборудование - диски большой емкости, принтеры, модемы, оперативную память, иметь общие программные средства и данные. Глобальные сети предоставляют возможность использовать аппаратные ресурсы удаленных компьютеров. Глобальные сети, охватывая миллионы людей, полностью изменили процесс распространения и восприятия информации, сделали обмен информацией через электронную почту самой распространенной услугой сети, а саму информацию - основным ресурсом человека.

Основным назначением сети является обеспечение простого, удобного и надежного доступа пользователя к распределенным общесетевым ресурсам и организация их коллективного использования при надежной защите от несанкционированного доступа, а также обеспечение удобных и надежных средств передачи данных между пользователями сети. С помощью сетей эти проблемы решаются независимо от территориального расположения пользователей.

В эпоху всеобщей информатизации большие объемы информации хранятся, обрабатываются и передаются в локальных и глобальных компьютерных сетях. В локальных сетях создаются общие базы данных для работы пользователей. В глобальных сетях осуществляется формирование единого научного, экономического, социального и культурного информационного пространства.

Помимо сфер научной, деловой, образовательной, общественной и культурной жизни глобальная сеть охватила и сделала доступным для миллионов людей новый вид отдыха и развлечений. Сеть превратилась в инструмент ежедневной работы и организации досуга людей самого разного круга.

Компьютерные сети можно классифицировать по ряду признаков, например, по степени территориальной распределенности. При этом различают глобальные, региональные и локальные сети.

Глобальные сети объединяют пользователей, расположенных по всему миру, используют волоконно-оптические и спутниковые каналы связи, позволяющие соединять узлы сети связи и компьютеры, находящиеся на расстоянии до 10–15 тыс. км друг от друга.

Региональные сети объединяют пользователей города, области, небольших стран. В качестве каналов связи чаще всего используются волоконно-оптические и телефонные линии. Расстояния между узлами сети составляют 10–1000 км.

Локальные сети связывают абонентов одного или близлежащих зданий одного предприятия, учреждения. Локальные сети получили очень широкое распространение, так как 80–90% информации циркулирует вблизи мест ее появления и только 20–10% связано с внешними взаимодействиями. Локальные сети могут иметь любую структуру, но чаще всего компьютеры в локальной сети связаны единым высокоскоростным каналом передачи данных. Единый для всех компьютеров высокоскоростной канал передачи данных - главная отличительная особенность локальных сетей. В качестве канала передачи данных используется витая пара, коаксиальный кабель либо оптический кабель. В оптическом канале световод сделан из кварцевого стекла толщиной в волос, это - наиболее высокоскоростной, надежный, но и дорогостоящий кабель. Расстояния между компьютерами в локальной сети - до 10 км.

Корпоративные сети являются тем примером, который не укладывается в систему классификации сетей по признаку их территориальной распределенности. Например, сеть банка или авиакомпании может связывать компьютеры как в соседних помещениях, так и расположенные на разных континентах. Корпоративная сеть обычно имеет свою особую систему кодирования и защиты информации, что исключает в ней свободный доступ, характерный для глобальных сетей.

Каналы связи в локальных и корпоративных сетях являются собственностью организации, и это серьезно упрощает их эксплуатацию.

Функциональные возможности сети определяются теми услугами, которые она предоставляет пользователю. Для реализации каждой из услуг сети и доступа пользователя к этой услуге разрабатывается специальное программное обеспечение.

Для обеспечения связи между этими сетями используются средства межсетевого взаимодействия, называемые мостами (Bridge) и маршрутизаторами (Router). В качестве моста и маршрутизатора могут использоваться компьютеры, в которых установлено по два или более сетевых адаптера. Каждый из адаптеров обеспечивает связь с одной из связываемых сетей.

Мост или маршрутизатор получает пакеты, посылаемые компьютером одной сети компьютеру другой сети, переадресует их и отправляет по указанному адресу. Мосты, как правило, используются для связи сетей с одинаковыми коммуникационными системами, например для связи двух сетей Ethernet или двух сетей Arcnet. Маршрутизаторы связывают сети с разными коммуникационными системами, так как имеют средства преобразования пакетов одного формата в другой. Существуют мосты-маршрутизаторы (Brouter), объединяющие функции обоих средств.

Для обеспечения связи сетей с различными компьютерными системами предназначены шлюзы (Gateway). Например, в общей структуре корпоративной сети через шлюз локальная сеть может быть связана с мощным внешним компьютером.

Конфигурация вычислительной системы

На выбор конфигурации вычислительной системы решающее влияние оказывает технологический процесс ее работы в конкретных производственных условиях. Можно выделить следующие стандартные этапы работы:

Зарождение данных , т.е. формирование первичных сообщений, которые фиксируют результаты хозяйственных операций, свойства объектов и субъектов управления, параметры производственных процессов, содержание нормативных и юридических актов и т.д.

Накопление и систематизация данных , т.е. организация такого размещения данных, которое обеспечивало бы быстрый поиск и отбор нужных сведений, методическое обновление данных, защиту их от искажений, утраты, потери связности и т.п.

Обработка данных - процессы, в результате которых на основе ранее накопленных данных формируются новые виды данных: обобщающие, аналитические, рекомендательные, прогнозные... Производные данные тоже могут быть подвергнуты дальнейшей обработке и принести сведения более глубокой обобщенности и т.д.

Отображение данных - представление данных в форме, пригодной для восприятия человеком. Прежде всего - это вывод на печать, т.е. изготовление читаемых человеком документов. Также широко используются такие виды преобразования, как построение графических иллюстративных материалов (графики, диаграммы, пиктограммы, видеограммы), формирование звуковых и видео - сигналов.

Сообщения, формируемые на этапе 1, могут иметь разный вид: либо это обычный бумажный документ, либо машиночитаемое сообщение, либо то и другое одновременно. Что именно - определяет разработчик конфигурации вычислительной системы в зависимости от требуемой степени автоматизации процесса; от управленческой функции, в рамках которой сообщение создано; от бюджета, выделенного на создание системы и т.д. Сообщения, имеющие массовый характер, обязательно переводятся в машиночитаемый вид, так что создание такого сообщения предпочтительно заканчивать на машинном носителе. Специальная аппаратура, реализующая эти операции, носит собирательное название «средства сбора данных» или «средства регистрации первичной информации». Она включает измерители различных типов (электронные весы, счетчики, расходомеры, хронометры), считыватели штрих-кодов, машины для счета банкнот, считыватели магнитных карт и т.п.

Потребности этапов 2 и 3 обычно удовлетворяются базовыми средствами вычислительной техники, в основном - компьютерами. В то же время, информация по некоторым видам управленческих и коммерческих функций вполне может накапливаться и обрабатываться и более дешевыми средствами оргтехники (приборы для использования «электронных» денег, электронные записные книжки, калькуляторы и т.п.).

Средства, обеспечивающие восприятие информации человеком, т.е. средства отображения данных (этап 4), также тяготеют к цифровой вычислительной технике. Это – матричные, струйные, лазерные, светодиодные принтеры, модемы и факс-модемы (используемые также в Интернет – телефонии), специальные звуковые и видео - карты различной мощности, устройства оцифровки фото и видео – изображений, проекторы компьютерных изображений.