Лекция 1 - ЭУМК по Информатике - UNREGISTERED VERSION

Лекция 1 (3 часа).
Представления о технических и программных средствах телекоммуникационных технологий. Интернет-технологии, способы и скоростные характеристики подключения, провайдер.

Технология при переводе с греческого (techne) означает искусство, мастерство, умение, а это не что иное, как процессы. Под процессом следует понимать определенную совокупность действий, направленных на достижение поставленной цели. Процесс должен определяться выбранной человеком стратегией и реализовываться с помощью совокупности различных средств и методов.
Информация является одним из ценнейших ресурсов общества наряду с такими традиционными материальными видами ресурсов, как нефть, газ, полезные ископаемые и др., а, значит, процесс ее переработки, по аналогии с процессами переработки материальных ресурсов, можно воспринимать как технологию. Тогда справедливо следующее определение.
Информационная технология – процесс, использующий совокупность средств и методов сбора, обработки и передачи данных (первичной информации) для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления (информационного продукта).
Цель информационной технологии – производство информации для ее анализа человеком и принятия на его основе решения по выполнению какого-либо действия.
Информационная технология является наиболее важной составляющей процесса использования информационных ресурсов общества. К настоящему времени она прошла несколько эволюционных этапов, смена которых определялась главным образом развитием научно-технического прогресса, появлением новых технических средств переработки информации. В современном обществе основным техническим средством технологии переработки информации служит персональный компьютер, который существенно повлиял как на концепцию построения и использования технологических процессов, так и на качество результатной информации. Внедрение персонального компьютера в информационную сферу и применение телекоммуникационных средств связи определили новый этап развития информационной технологии и, как следствие, изменение ее названия за счет присоединения одного из синонимов: «новая», «компьютерная» или «современная».
Прилагательное «новая» подчеркивает новаторский, а не эволюционный характер этой технологии. Ее внедрение является новаторским актом в том смысле, что она существенно изменяет содержание различных видов деятельности в организациях. В понятие новой информационной технологии (НИТ) включены также коммуникационные технологии, которые обеспечивают передачу информации разными средствами, а именно – телефон, телеграф, телекоммуникации, факс и др. Новая информационная технология – информационная технология с «дружественным» интерфейсом работы пользователя, использующая персональные компьютеры и телекоммуникационные средства.
Прилагательное «компьютерная» подчеркивает, что основным техническим средством ее реализации является компьютер.
Вот три основных принципа новой (компьютерной) информационной технологии:
1) интерактивный (диалоговый) режим работы с компьютером;
2) интегрированность (стыковка, взаимосвязь) с другими программными продуктами;
3) гибкость процесса изменения как данных, так и постановок задач.

Реализация технологического процесса материального производства осуществляется с помощью различных технических средств, к которым относятся оборудование, станки, инструменты, конвейерные линии и т. п
По аналогии и для информационной технологии должно быть нечто подобное. Такими техническими средствами производства информации будет являться аппаратное, программное и математическое обеспечение этого процесса. С их помощью производится переработка первичной информации в информацию нового качества. Выделим отдельно из этих средств программные продукты и назовем их инструментарием, а для большей четкости можно его конкретизировать, назвав программным инструментарием информационной технологии. Определим это понятие.
Инструментарий информационной технологии – один или несколько взаимосвязанных программных продуктов для определенного типа компьютера, технология работы в котором позволяет достичь поставленную пользователем цель.
В качестве инструментария можно использовать следующие распространенные виды программных продуктов для персонального компьютера: текстовый процессор (редактор), настольные издательские системы, электронные таблицы, системы управления базами данных, электронные записные книжки, электронные календари, информационные системы функционального назначения (финансовые, бухгалтерские, для маркетинга и пр.), экспертные системы и т. д.

Основные виды обработки данных

Обработка информации состоит в получении одних «информационных объектов» из других «информационных объектов» путем выполнения некоторых алгоритмов и является одной из основных операций, осуществляемых над информацией, и главным средством увеличения ее объема и разнообразия. На самом верхнем уровне можно выделить числовую и нечисловую обработку. В указанные виды обработки вкладывается различная трактовка содержания понятия «данные». При числовой обработке используются такие объекты, как переменные, векторы, матрицы, многомерные массивы, константы и т.д. При нечисловой обработке объектами могут быть файлы, записи, поля, иерархии, сети, отношения и т.д. Другое отличие заключается в том, что при числовой обработке содержание данных не имеет большого значения, в то время как при нечисловой обработке нас интересуют непосредственные сведения об объектах, а не их совокупность в целом. С точки зрения реализации на основе современных достижений вычислительной техники выделяют следующие виды обработки информации: последовательная обработка, применяемая в традиционной фоннеймановской архитектуре ЭВМ, располагающей одним процессором;

• параллельная обработка, применяемая при наличии нескольких процессоров в ЭВМ;

• конвейерная обработка, связанная с использованием в архитектуре ЭВМ одних и тех же ресурсов для решения разных задач, Причем если эти задачи тождественны, то это последовательный конвейер, если задачи одинаковые -- векторный конвейер.
Принято относить существующие архитектуры ЭВМ с точки зрении обработки информации к одному из следующих классов.
Архитектуры с одиночным потоком команд и данных (SISD). К этому классу относятся традиционные фоннеймановские однопроцессорные системы, где имеется центральный процессор, работающий с парами «атрибут - значение».
Архитектуры с одиночными потоками команд и данных (SIMD). Особенностью данного класса является наличие одного (центрального) контроллера, управляющего рядом одинаковых процессоров. В зависимости от возможностей контроллера и процессорных элементов, числа процессоров, организации режима поиска и характеристик маршрутных и выравнивающих сетей выделяют:

• матричные процессоры, используемые для решения векторных и матричных задач;
• ассоциативные процессоры, применяемые для решения нечисловых задач и использующие память, в которой можно обращаться непосредственно к информации, хранящейся в ней;
• процессорные ансамбли, применяемые для числовой и нечисловой обработки;
• конвейерные и векторные процессоры.
Архитектуры с множественным потоком команд и одиночным потоком данных (MISD). К этому классу могут быть отнесены конвейерные процессоры.
Архитектуры с множественным потоком команд и множественным потоком данных (MIMD). К этому классу могут быть отнесены следующие конфигурации: мультипроцессорные системы, системы с мультобработкой, вычислительные системы из многих машин, вычислительные сети.

Обработка аналоговой и цифровой информации

Для информатики основным вопросом является то, каким образом используются средства вычислительной техники для создания, хранения, обработки и прердачи информации. В связи с этим информацию классифицируют на аналоговую (непрерывную) и цифровую (дискретную). Человек благодаря своим органам чувств привык иметь дело с аналоговой информацией, а вычислительная техника, наоборот, в основном работает с цифровой информацией. Человек так устроен, что воспринимает информацию с помощью органов чувств. Свет, звук и тепло - это результат воздействия химических соединений, в основе которого тоже энергетическая природа. Человек испытывает энергетические воздействия непрерывно и может накогда не встретиться с одной и той же их комбинацией дважды. Мы не найдем двух одинаковых зеленых листьев на одном дереве и не услышим двух абсолютно одинаковых звуков - это информация аналоговая. Если же разным цветам дать номера, а разным звукам - ноты, то аналоговую информацию можно превратить в цифровую. Музыка, когда мы ее слышим, несет аналоговую информацию, но стоит только записать ее нотами, как она становится цифровой. Разница между аналоговой информацией и цифровой прежде всего в том, что аналоговая информация непрерывна, а цифровая - дискретна. Преобразование информации из аналоговой формы в цифровую называют аналогово-цифровым преобразованием. Такое преобразование происходит, например, при переходе от графической формы представления зависимости к табличной.

Устройства обработки данных и их характеристики

В современных ЭВМ основные устройства, участвующие в обработке информации, для достижения высокого быстродействия строятся как параллельные, хотя они и требуют большего объема аппаратуры. Для экономии оборудования в некоторых устройствах применяют последовательно-параллельный код, при котором слова разбиваются на части (слоги) и передача, а иногда и обработка производятся последовательно слог за слогом, при этом каждый слог представляется параллельным кодом. Устройство, преобразующее дискретную информацию, в общем случае имеет п входов для входных сигналов и т выходов, с которых снимаются выходные сигналы. Преобразование информации в ЭВМ производится электронными устройствами (логическими схемами) двух классов: комбинационными схемами и цифровыми автоматами. Одновременность появления новых значений входных сигналов на всех входах устройств достигается с помощью тактирующих сигналов, называемых также синхросигналами и обеспечивающих передачу информации с ЗЭ на входы комбинационной схемы одновременно с сигналами, поступающими на ее входы с других устройств. В устройствах ЭВМ широко применяются и так называемые автоматы Мура. Чтобы устройство управления могло воспринять команды, они должны быть закодированы в цифровой форме.
Особенности построения цифровых устройств связаны со способом передачи информации между логическими элементами. Системой (комплексом или серией) логических элементов ЭВМ называется предназначенный для построения цифровых устройств функционально полный набор логических элементов, Поэтому они находят широкое применение, особенно в цифровых устройствах, не требующих очень высокого быстродействия, или в устройствах, для которых важна очень высокая степень интеграции, в таких, как, например, устройства памяти (см. Для удобства использования в схемах вычислительных устройств триггеры обычно имеют два выхода: прямой Q (называется также «выход 1») и инверсный Q («выход О»). Затем при помощи устройства ввода программа и исходные данные считываются с перфокарт, перфоленты или магнитной ленты и переносятся в ОП.
Современные компьютеры могут использовать разные типы внешней памяти, каждый из которых имеет свои особенности. Общим для всех типов внешней памяти является их основная характеристика - объем или емкость, измеряемая в байтах. Основным типом внешней памяти являются жесткие магнитные диски ( Hard Disk,HD, винчестер ). Их основные особенности: большой объем хранимой информации ( 2 - 4 Гб, т.е. около тысячи книг среднего объема);двустороннее использование, т.е. возможность как чтения, так и записи информации; высокая скорость чтения и записи; в основном жесткие диски постоянно находятся в компьютере и снимаются только в крайнем случае. Вторым по распространенности типом внешней памяти являются дискеты или гибкие магнитные диски ( Floppy Disk, FD ). Их особенности: небольшой объем ( стандартно - 1.44 Мб )возможность чтения и записи невысокая скорость работы съемность, т.е. возможность переноса информации между компьютерами. В последнее время все большую популярность приобретают компакт-диски ( CD,Compact Disk ).
Массовые компакт-диски имеют следующие особенности: высокая емкость, сопоставимая с жесткими дисками (до 1 Гбайта)одностороннее использование только для чтения ( ROM - Read Only Memory )высокая скорость работы возможность переноса неизменяемой информации между компьютерами (большие программы, энциклопедии, путеводители, учебники)Надо отметить, что устройства работы с жесткими и гибкими дисками(называемые дисковыми накопителями) обычно являются стандартными, тогда как устройства для работы с компакт-дисками (привод CD-ROM) имеют далеко не все ПК. Дальнейшее развитие компакт-дисков идет по двум направлениям: повышение емкости дисков; в частности, технология цифровых видеодисков(DVD) позволяет хранить на одном диске до 17 Гбайт информации предоставление пользователям возможности записи информации на компакт-диски(перезаписываемые диски - CD RW)Более редкими являются устройства резервного копирования, которые позволяют сохранять информацию с жестких дисков либо на магнитной ленте (стримеры),либо на специальных магнитооптических дисках.

Процессор

Процессор компьютера - это устройство, которое выполняет обработку данных, хранящихся в основной памяти, в соответствии с программой, также находящейся в основной памяти. Любые действия, выполняемые компьютером, определяются соответствующими программами. Любая программа состоит из отдельных команд ( инструкций ), реализующих набор основных элементарных операций, таких как сложение двух чисел, выбор необходимого числа из памяти, запись числа в память, сравнение двух чисел и т.д. Все команды закодированы и понятны процессору. Процессор выполняет одну команду за одной и тем самым реализует необходимую обработку данных.Основной характеристикой процессора является его быстродействие, т.е.количество выполняемых в секунду операций. Процессоры, используемые в ПК семейства IBM, обеспечивают выполнение нескольких миллионов операций в секунду, причем этот показатель постоянно растет. Довольно часто быстродействие оценивается с помощью косвенного показателя - так называемой тактовой частоты процессора. Она измеряется в мегагерцах и в настоящее время имеет для массовых ПК значение в диапазоне 200 - 300 Мгерц. Значение процессора как важнейшего компонента компьютера привело к тому, что тип компьютера определяется типом лежащего в его основе процессора. В частности, IBM-совместимые ПК используют процессоры фирмы Intel, которая является крупнейшим производителем процессоров в мире. Эти процессоры образуют целое семейство со все большей производительностью. Последними типами процессоров в этом семействе являются Intel Pentium (смодификациями Pentium MMX, Pentium II и Pentium III).
Интернет-технологии - это коммуникационные, информационные и иные технологии и сервисы, основываясь на которые осуществляется деятельность в Интернете или с помощью него. В первую очередь, это, конечно, сайты, а также: чаты, почта, Интернет-магазины, форумы и т.д.
С 1962 года министерство обороны США активно вкладывало деньги в разработки технологий взаимодействия между компьютерами, Благодаря этим исследованиям, в 1969 году, американскими военными был создана локальная сеть - предшественница Интернета. С 1972 года функционирует всеми нами любимая электронная почта.
Переломным этапом в развитии интернет-технологий стали 90-е годы. С изобретением в 1993 году первого браузера, предполагаемые возможности Интернета стали приобретать глобальный характер. Появились многочисленные телекоммуникационные операторы, компании электронной торговли, разработчики программного обеспечения и т.п.
В наши дни, интернет - технологии нашли свое применение во всех сферах жизни современного общества и, в первую очередь, конечно же, - в информационной сфере.
Логические компоненты Интернет-технологий
1) Интернет - сервисы
*   World Wide Web - Всемирная паутина
*   Электронная почта. Системы телеконференций
*   Передача файлов (FTP).
*   Интерактивный чат (chat).
*   Передача мгновенных сообщений (ICQ).
*   Аудио- и Видеоконференции.
*   Голосовое общение (1Р-телефония).
2) Работа в Интернете
*   Браузеры,
*   Поисковые системы. Навигация в Интернете
*   Просмотр Web-страницы в браузере.
3) Информационные ресурсы в Интернете
*  Web-страницы и Web-узлы, порталы, Web - пространство.
*  Адресация, URL и протоколы передачи данных,
*  Создание Web-страниц. Языки Web-публикаций.
*  Публикации в Интернете. Представительство.
Провайдер – организация, предоставляющая   услуги   доступа   к Интернету и   иные связанные с Интернетом услуги.
В число предоставляемых интернет-провайдером услуг могут входить:
доступ в Интернет по коммутируемым и выделенным каналам;
выделение дискового пространства для хранения и обеспечения работы сaйтов (хостинг);
поддержка работы почтовых ящиков или виртуального почтового сервера;
резервирование данных и другие.
Способы подключения к Интернет
Самыми распространенными способами подключения к Интернету являются:
   1.Модемное соединение (коммутируемый доступ) – Dial-Up, ADSL
   2.Соединение по выделенной линии (оптоволокно и т.д.)
   3.GPRS-доступ (через сотовый телефон)
   4.Радиодоступ
   5.Спутниковый интернет
Все они отличаются друг от друга принципом работы, скоростью передачи данных, надежностью, сложностью настройки оборудования и, конечно же, ценой.
Скорость передачи данных – это количество информации, передаваемой пользователю за единицу времени, обычно измеряется в килобайтах/сек или килобитах/сек. Для высокоскоростных каналов измерение скорости уже идет в мегабитах или мегабайтах в секунду.
1. Модемное соединение (Dial-Up) – самый старый способ подключения, сейчас пользуется популярностью только в городах, где нет широкого выбора провайдеров.
Плюсами такого соединения являются: простота настройки и установки оборудования (требуется только аналоговый модем), низкая цена оборудования.
Недостатков у модемного соединения гораздо больше: занятость телефонной линии абонента, низкая скорость передачи данных, низкое качество соединения и передачи данных из-за изношенности телефонных линий.
При скорости, обеспечиваемой модемным соединением, практически невозможно скачать из Интернета большие файлы – видео, дистрибутивы больших программ и т.д.
Более перспективной по сравнению с Dial-Up в настоящее время является технология ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line). Это технология, позволяющая предоставлять по обычным аналоговым телефонным линиям высокоскоростной широкополосный доступ в Интернет. К тому же данная технология не загружает телефонную линию абонента, благодаря разделению диапазонов сигналов в телефонной линии. Абоненту также не нужно дозваниваться до провайдера. Минусы – достаточно высокая стоимость трафика.
2. Соединение по выделенной линии
Провайдер проводит до компьютера абонента выделенную линию (витая пара или оптоволокно) и выдает диапазон IP-адресов для выхода в Интернет. При этом пользователь получает свободную телефонную линию, постоянную связь с сетью Интернет, высокое качество соединения и передачи данных, высокую скорость (до 100 Мбит/с).
Однако стоимость установки и настройки такого соединения прямо зависит от расстояния компьютера до точки подключения провайдера, и в любом случае, достаточна велика по сравнению с другими способами соединения. А при переносе компьютера в другое место к нему снова придется прокладывать кабель.
Требуемое оборудование
В данном случае пользователю из оборудования необходима только сетевая карта, а в настоящее время она имеется практически на любой из материнских плат.
3. GPRS-доступ
Практически все провайдеры на сегодняшний день предлагают услугу использования сотового телефона вместо традиционного модема. Для пользователя такое подключение к Интернет
хорошо тем, что при поддержке телефоном GPRS из дополнительного оборудования требуется только устройство для связи мобильного телефона с компьютером (USB-кабель, ИК-порт или
Bluetooth). Плюсом также является мобильность данного соединения.
Скорость передачи данных зависит от оператора сотовой связи и применяемого оборудования, но в целом невысока – всего в два раза выше модемной. Определяющим недостатком является высокая стоимость трафика.
4. Радиодоступ – беспроводной способ подключения к Интернет. У провайдера и абонента устанавливается все необходимое оборудование (специальный радиомодем, антенна), с
помощью которого осуществляется обмен информацией между пользователем и Интернет.
Минусы радиодоступа заключаются в необходимости покупки дорогостоящего оборудования и высокой абонентской платы.
5. Спутниковое соединение – бывает односторонним (асинхронным) и двусторонним. Второе по причине дороговизны оборудования (счет идет на десятки тысяч) рассматривать не будем.
Чаще всего спутниковым Интернет называют асинхронный (или совмещенный) способ доступа – данные к пользователю поступают через спутниковую тарелку, а запросы (трафик) от пользователя передаются любым другим соединением – GPRS или по наземным каналам (ADSL, dial-up). Главное требование к запросному каналу – надежность соединения. В большинстве случаев лучшим выбором для него является ADSL подключение с бесплатным исходящим трафиком.
Преимущества спутникового подключения к Интернет – в первую очередь, это очень низкая стоимость трафика – от 10 до 100 копеек за 1 мегабайт. Стоимость комплекта оборудования и подключения доступна практически для всех и составляет приблизительно 200-300 $.
Скорость передачи данных значительно варьируется в зависимости от провайдера и тарифного плана, выбранного пользователем. Провайдеры спутникового Интернет предлагают очень широкий выбор тарифных планов, в том числе и безлимитных. Очень приятным бонусом является также возможность бесплатного приема спутникового телевидения.
Минусом спутникового подключения к Интернет является необходимость наличия канала для исходящего трафика – телефонной линии или телефона с поддержкой GPRS.
Стоит заметить, что в крупных городах России из-за растущей конкуренции провайдеров и развития локальных сетей доступ в Интернет становится все дешевле. Зачастую можно
установить безлимитный доступ в сеть с приличной скоростью и абонентской платой 500-1000 руб./месяц. В провинции и небольших городах с этим все намного сложнее и цены выше на порядок. Самым оптимальным выбором в этой ситуации будет использование спутникового Интернет.