Телеграфные службы, сети и службы ПД - часть 6

Г л а в а    13. Службы ПД. Сети ПД

13.1. Компьютеры — архитектура и возможности

После   появления   в   50-х   годах  XX  в.   первой   электронно-

вычислительной   машины   (ЭВМ)   применение   компьютерных

систем — само собой разумеющийся факт. Первыми использу-

емыми системами  стали большие ЭВМ (mainframe), появив-

шиеся в 60-е годы  XX  в. Они применялись в коммерческих

целях и для решения задач в области обработки информации.

Централизованное хранение, обработка и представление необ-

ходимых данных оказались для администрации и сотрудников

организаций,   использующих   ЭВМ,   весьма   полезными.   Недо-

статок   больших   ЭВМ   —   их   неспособность   быстро   и   гибко

приспосабливаться   к   требованиям   ряда   практических   прило-

жений. В 70-е годы XX в. были разработаны мини-компьютеры

(мини-ЭВМ). Они за несколько лет превзошли по популяр-

ности   большие   ЭВМ,   но   применялись   все   же   в   роли   до-

полнительной   ЭВМ   наряду   с   централизованной   (большой)

ЭВМ.   Благодаря   им   большое   количество   пользователей   по-

лучило доступ к компьютерным системам. В 80-е годы  XX  в.

появился   микрокомпьютер   (персональный   компьютер).   Раз-

витие   персональных   компьютеров   и   увеличение   их   вычис-

лительной   мощности   сопровождались   одновременным   умень-

шением их стоимости. Персональный компьютер сегодня мак-

симально   доступен   пользователю,   а   его   производительность

существенно  превосходит   производительность   большой   ЭВМ

60-х годов [1].

Компьютеры   имеют   свою   память,   свои   средства   поиска

нужной   информации,   широкий   набор   вводно-выводных   уст-

ройств,   включая   устройства   для   ввода   буквенно-цифровой

информации, графических, неподвижных и видеоизображений

и устройства вывода информации на бумажные носители,

видеомониторы и т.п. Компьютеры воспринимают от человека

задания в форме программ по требуемой обработке инфор-

мации.

Ввод информации в компьютер не является проблемой,

если   используются   средства   автоматизации   ввода,   например

датчики систем телеметрии, электронные фотокамеры, видео-

камеры,   электронные   весовые  устройства  и   прочие   средства,

автоматизирующие   ввод   информации.   Проблемой   является

ввод   буквенно-цифровой   информации   с   твердого   носителя

(бумаги)   с   последующей   обработкой   данных   программным

путем   и   информации   с   голоса.   Первая   проблема   решается

благодаря использованию сканеров с последующим распозна-

ванием символов, а вторая — разработкой технологий, способ-

ных распознавать речь.

Часто источники информации находятся на значительном

расстоянии   друг   от   друга,   поэтому   задача   быстрой   и   эф-

фективной обработки информации, поступающей  от них, ре-

шается путем использования сетей передачи данных. Приме-

нение   средств   передачи   данных   позволяет   создать   много-

машинные комплексы, решающие задачи в широком диапазо-

не: от простых (обмен информацией  между компьютерами в

учебной лаборатории) до задач управления мощнейшими про-

мышленными корпорациями.

Для   сопряжения   пользователя   с   сетью   передачи   данных

используется терминальное оборудование, которое представляет

собой   совокупность   аппаратно-программных   средств.  Тер-

минальное оборудование включает оконечное оборудование дан-

ных (ООД), прикладные процессы пользователей и вводно-вы-

водное оборудование (ВВУ). Пользователем может быть чело-

век, получающий услуги через вводно-выводное устройство

или прикладной процесс, который через оборудование обра-

ботки   данных   подключается   к   системе   передачи   данных

(СПД). Терминальное оборудование службы передачи данных

представляет собой совокупность одного или нескольких ком-

пьютеров,  соответствующего   программного   обеспечения   при-

кладных   процессов   пользователей,   периферийного   оборудо-

вания, терминалов, средств передачи информации (ООД) и

т.д. [2].

Современный персональный компьютер — это достаточно

мощное вычислительное устройство, состоящее из  системного

блока и широкого набора вводно-выводных устройств: монито-

ра,   клавиатуры,   принтеров,   сканеров,   плоттеров   и   т.д.   В

системном блоке расположена системная плата компьютера, на

которой монтируется главный элемент — процессор. На сис-

темной плате также располагаются оперативное запоминающее

устройство   (ОЗУ)   и   постоянное   запоминающее   устройство

(ПЗУ).   В   ПЗУ   хранятся   программы,   которые   записаны   на

заводе-изготовителе данного компьютера, они не изменяются в

процессе его эксплуатации и служат для рбеспечения работы

компьютера.   В   качестве   такого   программного   обеспечения

используется  BIOS  (Basic  Input  /Output  System)   —  базовая

система ввода-вывода. Эти-программы предоставляют в распо-

ряжение пользователя единый набор функций системного уп-

равления,   не   зависящий   от   конкретной   схемной   реализации

машины [3]. Все программное обеспечение компьютеров мож-

но разделить на системное и прикладное.

Системное программное обеспечение поставляется с компь-

ютером или приобретается дополнительно с целью расширения

его возможностей и предназначено  для обеспечения взаимо-

действия его составных частей, например клавиатуры с процес-

сором, процессора с видеомонитором и т.д.

Прикладное программное обеспечение решает задачи пользо-

вателя, который может быть сам разработчиком этих программ.

В   качестве   разработчиков   программ   могут   выступать   орга-

низации, специализирующиеся в данной области.

В ОЗУ записываются необходимые для выполнения конк-

ретных задач системные и прикладные программы. В совре-

менных компьютерах используются модули оперативной па-

мяти типа  SIMM  (Single  In-Line  Memory  Module  — модули

памяти   с   однорядным   расположением   интегральных   микро-

схем). Модули  SIMM  могут быть различной емкости: от

256 Кбайт до 64 Мбайт. Особенностью ОЗУ в отличие от ПЗУ

является   то,   что   после   выключения   питания   компьютера   за-

писанные в память программы будут потеряны. ПЗУ энергоне-

зависимо,   т.е.   после   выключения   питания   информация,   за-

писанная в ПЗУ, не теряется.

Процессор обрабатывает информацию, поступающую через

устройства ввода, и выдает результаты обработки на выводные

устройства (принтер или монитор), в оперативную память или

на устройства накопления информации. В качестве последних

применяются всевозможные накопители. Наиболее распростра-

нены накопители на магнитных носителях: магнитные диски и

ленты. В настоящее время все большее распространение полу-

чают компакт-диски (CD) и магнитооптические диски. Подоб-

ные устройства называют внешними, или периферийными. На

них возможно хранение не только буквенно-цифровой инфор-

мации,   но   и   аудио-   и   видеоинформации,   которая   может

воспроизводиться   компьютером,   если   в   его   состав   входят

специальные   аппаратно-программные   средства,   называемые

мультимедиа.   Наличие   этих   средств   позволяет   использовать

персональный компьютер как многофункциональное устройст-

во. Например, для воспроизведения аудио он применяется как

аудиопроигрыватель, при воспроизведении видео — как видео-

магнитофон.

Накопители   на   магнитных   дисках   выполняются   в   двух

вариантах:   жесткие   магнитные   диски   (винчестер)   и   гибкие

магнитные диски (флоппи-диски).

Работой процессора управляют программы, загружаемые в

оперативную память с накопителей. Процессор взаимодейству-

ет   с   внешними   устройствами   через   специальные   устройства

управления, которые еще называют контроллерами. Последние

могут располагаться непосредственно на системной плате или

соединяться   с   ней   через   системную   шину   посредством   спе-

циальных   разъемов,   расположенных   на   плате   и   называемых

гнездами расширения. В качестве таких контроллеров исполь-

зуются:

—контроллер управления накопителями на    магнитных

дисках;

—контроллер телекоммуникационного (последовательно

го) порта;

—контроллер параллельного порта;

—контроллер управления монитором (видеоадаптер);

—сетевые контроллеры и т.д.

Конструктивно несколько контроллеров, например управ-

ления накопителями на магнитных дисках и портов ввода-вы-

вода, могут быть расположены на одной плате, подключаемой

к системной плате через гнездо расширения.

Существует ряд стандартов на архитектуру ввода-вывода,

от   типа   этого   стандарта   зависит   тип   разъема   гнезд   рас-

ширения. Рассмотрим некоторые из них.

1. Стандартная шина компьютера AT — ISA (Industry Standard

Architecture) представляет собой 16-разрядный канал обме

на данными между устройствами машины.

2. Шина EISA (Extended Industry Standard Architecture, рас

ширенная архитектура промышленного стандарта)  имеет

32-разрядный канал обмена.

3. MCA (Micro Channel Architecture — микроканальная ар

хитектура) имеет 32-разрядную шину.

4. Современная концепция построения системной шины —

локальная, обеспечивающая связь с периферийными уст

ройствами со скоростью микропроцессора, например ло

кальная  шина  PCI  (Peripheral  Component  Interconnect),

разработанная фирмой "Intel", поддерживает скорость пе

редачи до 132 Мбит/с при передаче 32 битовых данных и

до 264 Мбит/с при передаче 64 битовых данных.

Локальная шина не заменяет ISA, а дополняет ее. Компь

ютеры, как правило, имеют две шины расширения: ISA — для

совместимости  с  платами  предыдущих выпусков  и локаль

ную — для подключения быстродействующих внешних уст

ройств, например видеоадаптера.

Кроме перечисленных компонентов, в состав системного

блока  входят   накопители   на   гибких  и   жестких   магнитных

дисках, компакт-дисках (CD-ROM), магнитооптических дис-

ках,   кассетных   накопителях   на   магнитной   ленте.   Все   пере-

численные устройства подключаются через один из следующих

интерфейсов:

— IDE  (Integrated Drive  Electronics  —  электроника на

копителя) ;

— ESDI (Enhanced Small Device Interface — усовершенство

ванный интерфейс малых систем);

— SCSI  (Small Computer  System Interface  — интерфейс

малых вычислительных машин).

Интерфейсы   реализуются   в   виде   отдельной   платы   или

встраиваются в сам накопитель и в системную плату.

В состав системного блока входит также источник  питания.

Дисплейная подсистема включает в себя видеоадаптер, про-

грамму управления видеоадаптером — драйвер видеоадаптера,

который   поставляется   с   адаптером,   и   монитор.   Известны

несколько   стандартов   для   дисплейных   подсистем,   отлича-

ющихся базовым графическим разрешением, т.е. количеством

элементов изображения по вертикали и по горизонтали, кото-

рое может быть расположено на экране монитора, а также

числом цветов для цветных мониторов или градаций серого

цвета для черно-белых мониторов: 1) стандарт  CGA  — разре-

шение 320 х 200 точек; 2) MDA — разрешение 720 х 350;

3  EGA  — разрешение 640 х 350; 4  VGA  (Video  Graphics

Array) — разрешение 640 х 480 или 800 х 600; 5) SVGA (Super

Video Graphics Array) — 1024 x 768 точек [3,4].

Важный   параметр   видеоадаптера   —   объем   видеопамяти,

который имеется  на плате  видеоадаптера,  так  как от него

зависит количество воспроизводимых монитором цветов.

Все вышеперечисленные устройства еще называются аппа-

ратным обеспечением компьютера, которое не может работать

без системного программного обеспечения. Основой системно-

го программного обеспечения являются операционные систе-

мы. Например, операционная система  MS-DOS  фирмы "Mic-

rosoft", ориентированная на использование на локальном пер-

сональном  компьютере в однопользовательском режиме. Она

обеспечивает   основные   операции   при   работе   пользователя   с

файловой системой: запуск и остановку прикладных программ.

Для облегчения работы пользователя с компьютером разра-

ботано специальное программное обеспечение, например прог-

рамма Питера Нортона —  Norton  Commander. В настоящее

время широко применяются операционные системы с удоб-

ными для пользователя графическими экранными интерфей-

сами — это такие системы, как Windows и OS/2.

Однопользовательские   операционные   системы   недолго

удовлетворяли потребности пользователей персональных ком-

пьютеров. Стало понятно, что отдельные персональные компь-

ютеры не решат проблемы обработки все возрастающих объе-

мов информации и усложняющихся алгоритмов ее обработки,

как бы ни увеличивались их мощность и количество процессо-

ров в них. Естественным решением проблемы стало использо-

вание компьютерных сетей, реализуемых на базе служб и сетей

передачи данных.

Для построения таких сетей были разработаны так называ-

емые сетевые  операционные системы. Видное место среди

таких операционных систем занимала и занимает многопользо-

вательская операционная система UNIX.

В современных компьютерных сетевых системах нашлось

место всем разновидностям вычислительных машин от боль-

ших ЭВМ до персональных компьютеров. Большие и мини-

ЭВМ выполняют функции серверов, а персональные компью-

теры используются как рабочие станции. ,

132. Принципы построения компьютерных сетей

Все   многообразие   компьютерных   сетей   можно   классифици-

ровать по группе признаков:

1) территориальная распространенность;

2) ведомственная принадлежность;

3) скорость передачи информации;

4) тип среды передачи.

По территориальной распространенности сети могут быть

локальными, региональными и глобальными.  Локальные — это

сети, перекрывающие территорию не более 10 км

2

;  региональ-

ные   —  расположенные   на   территории   города   или   области;

глобальные —  на территории государства или  группы  госу-

дарств, например всемирная сеть Internet.

По принадлежности различают ведомственные и государст-

венные сети. Ведомственные принадлежат одной организации

и располагаются на ее территории. Это может быть локальная

сеть предприятия. Несколько отделений одной компании, рас-

положенных на территории города, области, страны или госу-

дарства,   образуют   корпоративную   компьютерную   сеть.   Госу-

дарственные   сети   —   сети,   используемые   в   государственных

структурах.

По   скорости   передачи   информации   компьютерные   сети

делятся на низко-, средне-, высокоскоростные.

По типу среды передачи разделяются на сети коаксиаль-

ные, на витой паре, оптоволоконные, с передачей информации

по радиоканалам, в инфракрасном диапазоне и т.д. Следует

заметить, что основные отличия в принципах построения сетей

определяются средой передачи.

Компьютеры, включаемые в компьютерные сети, выполня-

ют функции либо серверов, либо рабочих станций. Серверы —

это достаточно мощные ЭВМ, предоставляющие свои ресурсы

менее мощным машинам, выполняющим роль рабочих стан-

ций. В качестве последних используются персональные компь-

ютеры. Серверы различают по основным функциям, которые

они выполняют: файловые, печати, приложений и т.д. Файло-

вый сервер служит для хранения файлов и предоставления их

для   использования   рабочим   станциям   сети.   Сервер   печати

производит функции сетевой печати. На сервере приложений

исполняются задачи, которые могут быть запущены с любой

рабочей станции, имеющей доступ к данному серверу.

Если компьютеры находятся на территории одного пред-

приятия (организации) и включены в одну локальную сеть, то

рабочие   станции   подключаются   к   серверам   через   сетевое

оборудование локальных сетей. Компьютеры, подключенные к

разным локальным сетям, удаленным друг от друга на сущест-

венное   расстояние,   соединяются   с   использованием   средств

региональных или глобальных компьютерных сетей. Возможен

доступ к серверам локальных сетей с применением сетей связи

общего пользования, например телефонной или региональных

(глобальных) сетей передачи данных.

Структуры перечисленных  сетей  могут быть разнообраз-

ными. Для локальных более характерны регулярные структуры:

шина,   кольцо,   звезда.   Не   исключены   комбинации   указанных

структур сетей. Для региональных  и глобальных сетей  более

характерны иерархические структуры.

133. Международные стандарты на аппаратные и
программные средства компьютерных сетей

Для   организации   эффективного   взаимодействия   между   раз-

нотипными компьютерами в компьютерных сетях был разрабо-

тан международный стандарт, в котором описана архитектура

взаимодействия открытых систем (см. гл. 9).

Вычислительная система, отвечающая стандартам, приня-

тым в концепции взаимодействия открытых систем, будет