авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
-- [ Страница 1 ] --

УДК 351.71;

352(075.8)

ББК 66.033.141;

65.050.23я73

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

У 91

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ПОВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СЕРВИСА»

(ФГБОУ ВПО «ПВГУС») Рецензент Кафедра «Экономика и управление»

к.э.н., доц. Скорниченко Н. Н.

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС по дисциплине «Информационно-аналитические технологии государственного и муниципального управления»

для студентов направления подготовки 081100.68 «Государственное и муниципальное управление»

Учебно-методический комплекс по дисциплине «Информаци У 91 онно-аналитические технологии государственного и муници пального управления» / сост. А. Г. Мозалевский. – Тольятти :

Изд-во ПВГУС, 2012. – 144 с.

Для студентов направления подготовки 081100.68 «Госу дарственное и муниципальное управление».

Одобрено Учебно-методический комплекс по дисциплине «Информационно Учебно-методическим аналитические технологии государственного и муниципального управ Советом университета ления» составлен в соответствии с требованиями ФГОС ВПО по на правлению 081100.68 «Государственное и муниципальное управле Научно-техническим ние» и освещает вопросы использования информационных технологий Советом университета (ИТ) в государственном и муниципальном управлении.

УДК 351.71;

352(075.8) ББК 66.033.141;

65.050.23я Составитель Мозалевский А. Г.

© Мозалевский А. Г., составление, Тольятти © Поволжский государственный университет сервиса, СОДЕРЖАНИЕ 1. Рабочая учебная программа дисциплины «Информационно-аналитические технологии государственного и муниципального управления»................................................................... 1.1. Цели освоения дисциплины............................................................................................... 1.2. Место дисциплины в структуре ООП направления 081100.68 "Государственное и муниципальное управление ".................................................................................................... 1.3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины....... 1.4. Структура и объем дисциплины........................................................................................ 1.5. Содержание дисциплины................................................................................................... 1.6. Образовательные технологии............................................................................................ 1.7. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.......................................................................... 2. Конспект лекций...................................................................................................................... Тема 1. Компьютерные технологии в государственном и муниципальном управлении.. 1.1. Конструкция персонального компьютера.............................................................. 1.2. Компьютерные сети. Сетевая архитектура и специализированное оборудование.

Сетевые технологии.............................................................................................................. 1.3. Интернет. Основные принципы функционирования, протоколы, прикладные сервисы, адресация............................................................................................................... 1.4. Интранет. Принципы функционирования. Безопасность..................................... 1.5. Системное и прикладное программное обеспечение............................................ Тема 2. Информационные технологии в государственном управлении............................. 2.1. Направления информатизации государственного управления. Обзор федеральных целевых программ «Электронная Россия (2002-2010 годы)» и «Информационное общество (2011-2020 годы)». Проблемы практического внедрения. 2.2. Информатизация Федерального Собрания Российской Федерации.................... 2.3. Информатизация Государственной Думы.............................................................. 2.4. Информационные технологии управления бюджетной системой....................... 2.5. Информационные технологии управления налоговой системой......................... 2.6. Ключевые информационные системы в государственном управлении.............. 2.7. Электронная цифровая подпись. Федеральное законодательство, регулирующее использование ЦП/ЭЦП....................................................................................................... 2.8. Федеральное законодательство, регулирующее обработку персональных данных. Защита персональных данных при их автоматизированной обработке........... Тема 3. Информационные технологии в муниципальном управлении............................ 3.1. Комплексное управление муниципальным образованием и муниципальные информационные системы. Информационные системы управления на уровне города 3.2. Информационные технологии управления жилищно-коммунальным комплексом.......................................................................................................................... 3.3. Геоинформационные системы в муниципальном управлении. Информационные технологии в управлении муниципальной недвижимостью.......................................... 3.4. Интернет-технологии в муниципальном управлении......................................... 3. Практические занятия........................................................................................................... Тема 1. Компьютерные технологии в государственном и муниципальном управлении. Тема 2. Информационные технологии в государственном управлении........................... Тема 3. Информационные технологии в муниципальном управлении............................ 4. Самостоятельная работа....................................................................................................... 5. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины «Информационно аналитические технологии государственного и муниципального управления»................. 6. Методические рекомендации для преподавателя.............................................................. 7. Методические указания для студентов по изучению дисциплины.................................. 8. Материально-техническое обеспечение дисциплины....................................................... Технологическая карта дисциплины....................................................................................... 1. Рабочая учебная программа дисциплины «Информационно-аналитические технологии государственного и муниципального управления»

1.1. Цели освоения дисциплины Целью освоения дисциплины «Информационно-аналитические технологии государственного и муниципального управления» является обеспечение необходимого минимума информированности слушателей магистерской программы «Государственное и муниципальное управление» о вопросах использования информационных технологий (ИТ) в государственном и муниципальном управлении.

Дисциплина ориентирована на формирование у слушателей знаний и навыков профессиональных пользователей, способных самостоятельно находить информацию о наиболее эффективных и перспективных путях использования управленческого потенциала информационных ресурсов и технологий, а также использовать возможности программных офисных инструментов для эффективного решения ежедневных задач из управленческой практики. Материал не предназначен для подготовки специалистов по внедрению и разработке ИТ-инструментария государственного и муниципального управления.

В рамках дисциплины рассматриваются основы организации информационно технологического обеспечения государственного и муниципального управления:

аппаратное и программное обеспечение, ключевые информационные системы и решения, потенциал и наиболее востребованные направления применения ИТ, модели оценки зрелости использования государственных ИТ, а также стратегические перспективы развития ИТ обеспечения управленческих процессов.

1.2. Место дисциплины в структуре ООП направления 081100.68 "Государственное и муниципальное управление " Дисциплина базовой части общенаучного цикла. Для успешного освоения дисциплины «Информационно-аналитические технологии государственного и муниципального управления» необходимо изучение дисциплин, связанных с информационными технологиями:

- Информационные технологии в профессиональной деятельности;

- Экономическая и информационная безопасность предпринимательства;

Знания, умения и навыки, приобретенные в результате освоения дисциплины «Информационно-аналитические технологии государственного и муниципального управления» являются предшествующими для освоения таких дисциплин, как «Методология и инструментальные средства стратегического управления», а также для выполнения выпускной квалификационной работы.

1.3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины В результате освоения обучающийся должен:

Знать:

- структуру и особенности системы электронных государственных ресурсов в Сети Интернет (ПК-13);

- на уровне опытного пользователя Microsoft Windows, Microsoft Office, справочно правовые системы, отраслевые информационно-аналитические системы (ПК-14).

Уметь:

- ориентироваться в системе электронных государственных ресурсов в Сети Интернет, структурировать и оценивать качество информационных ресурсов (ПК-13);

- применять в профессиональной деятельности специализированные информационные технологии и системы, используемые в государственном и муниципальном управлении (ПК-14).

Владеть:

- методами сбора и обработки информации с использованием современных информационных технологий (ПК-13);

- технологиями информационной деятельности, программными и аппаратными средствами (ПК-14).

1.4. Структура и объем дисциплины Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных единицы, 108 часов.

Распределение фонда времени по семестрам, неделям и видам занятий Количество часов в Самост.

Количество часов по плану неделю работа № Число Самост.

занятия занятия Лекции Лекции неделю работы Лабор.

Лабор.

Практ.

Практ.

работа работа семестр недел Всего Всего В а ь в семес 2 21 18 32 - 31 108 1 2 - 31 3, тре 1.5. Содержание дисциплины Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных единицы, 108 часов.

Распределение фонда времени по темам и видам занятий Виды учебной работы, Формы текущего включая контроля самостоятельную работу Раздел Неделя успеваемости (по студентов № Семестр дисциплины семестра и трудоемкость (в часах) неделям семестра) п/п Форма промежуточной Самост.

занятия занятия Лекции Лабор.

Практ.

работа аттестации (по семестрам) Компьютерные Устный опрос, технологии в подготовка докладов, 1 государственном 2 1 6 10 - практические задания, и муниципальном тестирование управлении Информационные Устный опрос, технологии в подготовка докладов, 2 2 6 8 16 - государственном практические задания, управлении тестирование Информационные Устный опрос, технологии в подготовка докладов, 3 2 14 4 6 - муниципальном практические задания, управлении тестирование 21 - Экзамен Итого 18 32 - 1.6. Образовательные технологии Показатель Требования ФГОС, % Фактически, % 1. удельный вес активных и интерактивных форм проведения занятий Не менее 50 (компьютерных симуляций, деловых и ролевых игр, разбор конкретных ситуаций, психологические и иные тренинги), % 2. Используемые Слайд-лекции инновационные Компьютерные тесты образовательные технологии Прикладное программное обеспечение 1.7. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины Требования к промежуточной аттестации студентов:

Освоение тем лекционных занятий;

Регулярное посещение практических занятий или контрольных точек для студентов, обучающихся по индивидуальному графику;

Активная работа на практических занятиях;

Участие в НИРС (подготовка докладов на научно–практические конференции, участие в выполнении госбюджетных НИР кафедры).

Промежуточная аттестация осуществляется в соответствии с разработанным в университете Положением о текущем и итоговом контроле знаний студентов.

Требования к итоговой аттестации студентов:

Итоговая аттестация по дисциплине «Информационно-аналитические технологии в государственного и муниципального управления» включает сдачу экзамена по дисциплине.

Итоговая аттестация по дисциплине проводится в форме компьютерного тестирования.

При компьютерном тестировании студенты отвечают на тесты по теоретической части изучаемого материала. Оценка выставляется в зависимости от процента правильных ответов на тесты:

Отлично - 86-100% Хорошо – 70 -85% Удовлетворительно – 51-69% Неудовлетворительно менее 50% Примерный перечень вопросов для экзамена:

1. Аритектура Фон Неймана 2. Конструкция персонального или переносного компьютера: основные элементы и их назначение. Основные правила использования.

3. Основные виды компьютерной периферии и специфика их применения.

4. Сетевое оборудование. Организация компьютерных сетей. Сетевая архитектура и специализированное оборудование.

5. Технология толстого и тонкого клиента. Достоинства и недостатки, область применения.

6. Операционная система Windows. Основные пользовательские приемы работы и настройки.

7. Текстовые редакторы, табличные редакторы и пакеты подготовки презентаций Microsoft Office, OpenOffice.org, Google Docs, Adobe Acrobat – сходства и различия.

8. Электронные таблицы Microsoft Excel (типы данных, формулы, адресация, построение диаграмм, сортировка, фильтрация, итоги, сводные таблицы).

9. Создание презентаций в Microsoft Power Point 10. Почтовые клиенты Ms Outlook Express, MS Outlook, Mozilla Thunderbird – сходства и различия.

11. Планировщики и календари MS Calendar, MS Outlook, Mozilla Sunbird, Rainlendar, Google Calendar и др. – сходства и различия.

12. Графическое редактирование, конвертирование и просмотр – основные платные и бесплатные программные продукты.

13. Программы синхронизации, архивирования, конвертации – основные задачи, специфика использования, представители.

14. Программы обеспечения безопасности – антивирусы, брандмауэры, антиспам, шифрование – цели, задачи, примеры использования.

15. Поисковые системы (русскоязычные), их основные функции и характеристики.

Навыки работы с ними.

16. Порталы (англоязычные и русскоязычные). Определение портала, его основные функции и характеристики. Навыки работы с порталом.

17. Основные направления информатизации государственного управления.

18. Федеральная целевая программа «Электронная Россия (2002 – 2010 годы)».

19. Информатизация Федерального Собрания Российской Федерации: специфика реализации и структура информационной системы.

20. Информатизация в судебной системе 21. Государственные информационные бэкофис системы в электронном государственном управлении 22. Модели оценки зрелости государственных порталов 23. Использование технологий Web 2.0 в государственном управлении 24. Основные направления использования информационных управленческих систем управления на уровне города.

25. Информационные технологии управления жилищно-коммунальным комплексом.

26. Интернет-технологии в муниципальном управлении.

Примерные тестовые задания:

1. Имя какого ученого носит архитектура большинства современных компьютеров:

a) Артур Бёркс;

b) Джон фон Нейман;

c) Константин Эдуардович Циолковский;

d) Стивен Пол Джобс 2. Что из перечисленного относится к внешней памяти:

a) Кэш память;

b) Оперативная память;

c) накопители на жестких магнитных дисках;

d) Flash-память.

3. Основные типы топологии компьютерные сетей:

a) Одноранговая сеть;

b) Кольцо;

c) Звезда;

d) Снежинка 4. Сколько уровней выделяют в классической модели OSI a) 3;

b) 5;

c) 7;

d) 10.

5. Первая компьютерная сеть, разработанная для министерства обороны США называлась:

a) ARPANET;

b) INTERNET;

c) INTRANET;

d) EXTRANET.

6. Cистема доменных имен, обеспечивающий возможность использования для адресации узлов сети мнемонических имен вместо числовых адресов a) IRC;

b) DNS;

c) NAT;

d) FTP 7. Комплекс аппаратных или программных средств, осуществляющий контроль и фильтрацию проходящих через него сетевых пакетов в соответствии с заданными правилами a) Маршрутизатор;

b) Концентратор;

c) Межсетеой экран;

d) Антивирус 8. Основные функции государства в области управления информационными ресурсами a) эффективное использование информационных ресурсов в деятельности органов власти и государственных учреждений;

b) Цензура и контроль размещенного контента;

c) надежное хранение и защита информационных ресурсов;

d) все выше перечисленное 9. Информатизация Совета Федерации (СФ) преследует следующие цели:

a) повышение эффективности законотворческой деятельности и принятия управленческих решений;

b) совершенствование взаимодействия руководства и членов Совета Федерации с органами государственной власти и гражданами;

c) автоматизацию получения документации из Государственной Думы РФ и ее передача на утверждение Президенту РФ;

d) Сокращение сроков обработки информации на подготовительной стадии к рассмотрению на заседании СФ.

10. Электронная подпись это a) аналог собственноручной подписи, являющийся средством защиты информации, обеспечивающим возможность контроля целостности и подтверждения подлинности электронных документов;

b) реквизит электронного документа, позволяющий установить отсутствие искажения информации в электронном документе с момента формирования ЭЦП и проверить принадлежность подписи владельцу сертификата ключа ЭЦП;

c) используемый при передаче финансовых документов в компьютерной системе "клиент—банк" зашифрованный идентификатор лица, передающего информацию;

d) средство контроля целостности и подтверждения подлинности электронных документов.

11. ИСПДн, для которых нарушение заданной характеристики безопасности ПДн, обрабатываемых в них, может привести к незначительным негативным последствиям для субъектов персональных данных относится к классу:

a) Класс 1 (К1);

b) Класс 2 (К2);

c) Класс 3 (К3);

d) Класс 4 (К4).

12. Региональный портал государственных услуг Самарской области имеет адрес:

a) http://www.gosuslugi.ru/ b) http://pgu.samregion.ru c) http://suprema63.ru/ d) http://mfc63.ru/ 13. С точки зрения реализации ФЦП «Электронная Россия (2002-2010 годы)» были выделены следующие направления информатизации государственного управления:

a) внедрение технологий «электронного правительства»;

b) создание единой государственной системы управления и передачи данных (ЕГСУПД);

c) информатизация регионов;

d) Создание сайта Интернет-правительства 14. К категории специальных персональных данных относятся:

a) Паспортные данные;

b) Национальность;

c) Данные о состоянии здоровья;

d) Данные о воинской обязанности.

15. Наиболее острыми проблемами информатизации в регионах являются:

a) отсутствие единого государственного подхода в использовании информационных ресурсов органами власти и управления всех уровней;

b) недостаточность правового и методического обеспечения региональной информатизации;

c) Отсутствие возможности подключения регионов к сети интернет;

d) Нежелание руководителей на местах отходить от классических способов управления.

2. Конспект лекций Тема 1. Компьютерные технологии в государственном и муниципальном управлении 1.1. Конструкция персонального компьютера.

Архитектура Фон-Неймана В 1946 году трое учёных — Артур Бёркс (англ. Arthur Burks), Герман Голдстайн (англ. Herman Goldstein) и Джон фон Нейман — опубликовали статью «Предварительное рассмотрение логического конструирования электронного вычислительного устройства».

В статье обосновывалось использование двоичной системы для представления данных в ЭВМ (преимущественно для технической реализации, простота выполнения арифметических и логических операций — до этого машины хранили данные в десятичном виде), выдвигалась идея использования общей памяти для программы и данных. Имя фон Неймана было достаточно широко известно в науке того времени, что отодвинуло на второй план его соавторов, и данные идеи получили название «принципы фон Неймана».

1. Принцип двоичного кодирования. Согласно этому принципу, вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов (двоичных цифр, битов) и разделяется на единицы, называемые словами.

2. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому ЭВМ не различает, что хранится в данной ячейке памяти - число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

3. Принцип адресуемости памяти. Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек;

процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к хранящимся в них значениям можно было бы впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программы с использованием присвоенных имен.

4. Принцип последовательного программного управления. предполагает, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

5. Принцип жесткости архитектуры. Неизменяемость в процессе работы топологии, архитектуры, списка команд.

Фон Нейман не только выдвинул основополагающие принципы логического устройства ЭВМ, но и предложил ее структуру, которая воспроизводилась в течение первых двух поколений ЭВМ. Основными блоками по Нейману являются устройство управления (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ) (обычно объединяемые в центральный процессор), память, внешняя память, устройства ввода и вывода. Схема устройства такой ЭВМ представлена на рисунке 1. Следует отметить, что внешняя память отличается от устройств ввода и вывода тем, что данные в нее заносятся в виде, удобном компьютеру, но недоступном для непосредственного восприятия человеком. Так, накопитель на магнитных дисках относится к внешней памяти, а клавиатура – устройство ввода, дисплей и печать – устройства вывода.

Рисунок 1. Устройство ЭВМ согласно теории Фон Неймана Устройство управления и арифметико-логическое устройство в современных компьютерах объединены в один блок – процессор, являющийся преобразователем информации, поступающей из памяти и внешних устройств (сюда относятся выборка команд из памяти, кодирование и декодирование, выполнение различных, в том числе и арифметических, операций, согласование работы узлов компьютера). Более детально функции процессора будут обсуждаться ниже.

Память (ЗУ) хранит информацию (данные) и программы. Запоминающее устройство у современных компьютеров "многоярусно” и включает оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), хранящее ту информацию, с которой компьютер работает непосредственно в данное время (исполняемая программа, часть необходимых для нее данных, некоторые управляющие программы), и внешние запоминающие устройства (ВЗУ) гораздо большей емкости, чем ОЗУ, но с существенно более медленным доступом (и значительно меньшей стоимостью в расчете на 1 байт хранимой информации). На ОЗУ и ВЗУ классификация устройств памяти не заканчивается – определенные функции выполняют и СОЗУ (сверхоперативное запоминающее устройство), и ПЗУ (постоянное запоминающее устройство), и другие подвиды компьютерной памяти.

В построенной по описанной схеме ЭВМ происходит последовательное считывание команд из памяти и их выполнение. Номер (адрес) очередной ячейки памяти.

из которой будет извлечена следующая команда программы, указывается специальным устройством – счетчиком команд в УУ. Его наличие также является одним из характерных признаков рассматриваемой архитектуры.

Разработанные фон Нейманом основы архитектуры вычислительных устройств оказались настолько фундаментальными, что получили в литературе название "фон неймановской архитектуры”. Подавляющее большинство вычислительных машин на сегодняшний день – фон-неймановские машины. Исключение составляют лишь отдельные разновидности систем для параллельных вычислений, в которых отсутствует счетчик команд, не реализована классическая концепция переменной и имеются другие существенные принципиальные отличия от классической модели (примерами могут служить потоковая и редукционная вычислительные машины).

Материнская плата Переходя от рассмотрения устройства персонального компьютера согласно архитектуры Фон Неймана к устройству реального компьютера, следует начать со знакомства с одним из ключевых его компонентов – материнской платы, или системной платы.

Системная плата (англ. motherboard, материнская плата, также используется название англ. mainboard — главная плата) — сложная многослойная печатная плата, на которой устанавливаются основные компоненты персонального компьютера либо сервера начального уровня (центральный процессор, контроллер ОЗУ и собственно ОЗУ, загрузочное ПЗУ, контроллеры базовых интерфейсов ввода-вывода). Именно материнская плата объединяет и координирует работу таких различных по своей сути и функциональности комплектующих, как процессор, оперативная память, платы расширения и всевозможные накопители.

Основные компоненты, установленные на системной плате (рисунок 2):

• центральный процессор • набор системной логики (англ. chipset) — набор микросхем, обеспечивающих подключение ЦПУ к ОЗУ и контроллерам периферийных устройств. Как правило, современные наборы системной логики строятся на базе двух микросхем: «северного» и «южного мостов».

• Северный мост (англ. Northbridge), MCH (Memory controller hub), системный контроллер — обеспечивает подключение ЦПУ к узлам, использующим высокопроизводительные шины: ОЗУ, графический контроллер.

Для подключения ЦПУ к системному контроллеру могут использоваться такие FSB-шины, как Hyper-Transport и SCI. Обычно к системному контроллеру подключается ОЗУ. В таком случае он содержит в себе контроллер памяти. Таким образом, от типа применённого системного контроллера обычно зависит максимальный объём ОЗУ, а также пропускная способность шины памяти персонального компьютера. Но в настоящее время имеется тенденция встраивания контроллера ОЗУ непосредственно в ЦПУ (например, контроллер памяти встроен в процессор в AMD K8 и Intel Core i7), что упрощает функции системного контроллера и снижает тепловыделение.

В качестве шины для подключения графического контроллера на современных системных платах используется PCI Express. Ранее использовались общие шины (ISA, VLB, PCI) и шина AGP.

Рисунок 2. Основные компоненты материнской платы • Южный мост (англ. Southbridge), ICH (I/O controller hub), периферийный контроллер — содержит контроллеры периферийных устройств (жёсткого диска, Ethernet, аудио), контроллеры шин для подключения периферийных устройств (шины PCI, PCI Express и USB), а также контроллеры шин, к которым подключаются устройства, не требующие высокой пропускной способности (LPC — используется для подключения загрузочного ПЗУ;

также шина LPC используется для подключения мультиконтроллера (англ. Super I/O) — микросхемы, обеспечивающей поддержку «устаревших»

низкопроизводительных интерфейсов передачи данных: последовательного и параллельного интерфейсов, контроллера клавиатуры и мыши).

Именно набор системной логики определяет все ключевые особенности системной платы и то, какие устройства могут подключаться к ней.

• Оперативная память (также оперативное запоминающее устройство, ОЗУ). Каждая ячейка оперативной памяти имеет свой индивидуальный адрес. Оперативная память передаёт процессору данные непосредственно, либо через кеш-память. ОЗУ изготавливается как отдельный блок;

также может входить в конструкцию однокристальной ЭВМ или микроконтроллера в виде оперативной памяти.

Процессор Центральный процессор (ЦП, или центральное процессорное устройство — ЦПУ;

англ. central processing unit, сокращенно — CPU, дословно — центральное обрабатывающее устройство) — электронный блок либо микросхема — исполнитель машинных инструкций (кода программ), главная часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера. Иногда называют микропроцессором или просто процессором. Изначально термин центральное процессорное устройство описывал специализированный класс логических машин, предназначенных для выполнения сложных компьютерных программ. Вследствие довольно точного соответствия этого назначения функциям существовавших в то время компьютерных процессоров, он естественным образом был перенесён на сами компьютеры. Начало применения термина и его аббревиатуры по отношению к компьютерным системам было положено в 1960-е годы. Устройство, архитектура и реализация процессоров с тех пор неоднократно менялись, однако их основные исполняемые функции остались теми же, что и прежде.

Главными характеристиками ЦПУ являются: тактовая частота, производительность, энергопотребление, нормы литографического процесса используемого при производстве (для микропроцессоров) и архитектура.

Тактовая частота — частота синхронизирующих импульсов синхронной электронной схемы, то есть количество синхронизирующих тактов, поступающих извне на вход схемы за одну секунду. В самом первом приближении тактовая частота характеризует производительность подсистемы (процессора, памяти и пр.), то есть количество выполняемых операций в секунду. Однако системы с одной и той же тактовой частотой могут иметь различную производительность, так как на выполнение одной операции разным системам может требоваться различное количество тактов (обычно от долей такта до десятков тактов), а кроме того, системы, использующие конвейерную и параллельную обработку, могут на одних и тех же тактах выполнять одновременно несколько операций.

Память В составе современного персонального компьютера существуют и используются различные виды памяти, рассмотрим основные из них.

1. Кэш память — это энергозависимая память с большей скоростью доступа, предназначенная для ускорения обращения к данным, содержащимся постоянно в памяти с меньшей скоростью доступа (оперативная память, дисковая память). Кэширование применяется процессорами, жёсткими дисками, операционной системой.

Кэш состоит из набора записей. Каждая запись ассоциирована с элементом данных или блоком данных (небольшой части данных), которая является копией элемента данных в основной памяти. Каждая запись имеет идентификатор, определяющий соответствие между элементами данных в кэше и их копиями в основной памяти.

Когда клиент кэша (процессор, контроллер жесткого диска) обращается к данным, прежде всего исследуется кэш. Если в кэше найдена запись с идентификатором, совпадающим с идентификатором затребованного элемента данных, то используются элементы данных в кэше. Такой случай называется попаданием кэша. Если в кэше не найдена запись, содержащая затребованный элемент данных, то он читается из основной памяти в кэш, и становится доступным для последующих обращений. Такой случай называется промахом кэша. Процент обращений к кэшу, когда в нём найден результат, называется уровнем попаданий или коэффициентом попаданий в кэш.

При модификации элементов данных в кэше выполняется их обновление в основной памяти.

Ряд моделей центральных процессоров (ЦП) обладают собственным кэшем, для того чтобы минимизировать доступ к оперативной памяти (ОЗУ), которая медленнее, чем кэш. Кэш-память может давать значительный выигрыш в производительности, в случае когда тактовая частота ОЗУ значительно меньше тактовой частоты процессора. Тактовая частота для кэш-памяти процессора обычно ненамного меньше частоты самого процессора.

Кэш центрального процессора разделён на несколько уровней. В универсальном процессоре в настоящее время число уровней может достигать 3. Кэш-память уровня N+ как правило больше по размеру и медленнее по скорости доступа и передаче данных, чем кэш-память уровня N.

Самой быстрой памятью является кэш первого уровня — L1-cache. По сути, она является неотъемлемой частью процессора, поскольку расположена на одном с ним кристалле и входит в состав функциональных блоков. В современных процессорах обычно кэш L1 разделен на два кэша, кэш команд (инструкций) и кэш данных (Гарвардская архитектура). Большинство процессоров без L1 кэша не могут функционировать. L1 кэш работает на частоте процессора, и, в общем случае, обращение к нему может производиться каждый такт. Зачастую является возможным выполнять несколько операций чтения/записи одновременно. Объём обычно невелик — не более Кбайт.

Вторым по быстродействию является L2-cache — кэш второго уровня, обычно он расположен на кристалле, как и L1. В старых процессорах — набор микросхем на системной плате. Объём L2 кэша от 128 Кбайт до 12 Мбайт. В современных многоядерных процессорах кэш второго уровня, находясь на том же кристалле, является памятью раздельного пользования — при общем объёме кэша в nM Мбайт на каждое ядро приходится по nM/nC Мбайта, где nC количество ядер процессора.

Кэш третьего уровня наименее быстродействующий, но он может быть очень внушительного размера — более 24 Мбайт. L3 кэш медленнее предыдущих кэшей, но всё равно значительно быстрее, чем оперативная память. В многопроцессорных системах находится в общем пользовании и предназначен для синхронизации данных различных L2.

Иногда существует и 4 уровень кэша, обыкновенно он расположен в отдельной микросхеме. Применение кэша 4 уровня оправдано только для высоко производительных серверов и мейнфреймов.

Многие периферийные устройства хранения данных используют аппаратный кэш для ускорения работы, в частности, жёсткие диски используют кэш-память от 1 до Мбайт, устройства чтения CD/DVD/BD-дисков также кэшируют прочитанную информацию для ускорения повторного обращения. Операционная система также использует часть оперативной памяти в качестве программного кэша дисковых операций (например, для внешних устройств, не обладающих собственной кэш-памятью, в том числе жёстких дисков, flash-памяти и гибких дисков).

Применение программного кэширования внешних накопителей обусловлено следующими факторами:

- скорость доступа процессора к оперативной памяти во много раз больше, чем к памяти внешних накопителей;

- некоторые блоки памяти внешних накопителей используются несколькими процессами одновременно и имеет смысл прочитать блок один раз, затем хранить одну копию блока в оперативной памяти для всех процессов;

- доступ к некоторым блокам оперативной памяти происходит гораздо чаще, чем к другим, поэтому использование кэширования для таких блоков в целом увеличивает производительность системы;

- для некоторых блоков памяти внешних накопителей не требуется непосредственной записи после модификации, и использование кэша для таких блоков оптимизирует использование ввода-вывода.

Оперативная память (англ. Random Access Memory, память с произвольным доступом) — энергозависимая часть системы компьютерной памяти, в которой временно хранятся данные и команды, необходимые процессору для выполнения им операции.

Передача данных в оперативную память процессором производится непосредственно, либо через сверхбыструю кэш-память. Содержащиеся в оперативной памяти данные доступны только тогда, когда компьютер включен. При выключении компьютера содержимое стирается из оперативной памяти, поэтому перед выключением компьютера все данные нужно сохранить. Так же от объёма оперативной памяти зависит количество задач, которые одновременно может выполнять компьютер.

Оперативное запоминающее устройство, ОЗУ — техническое устройство, реализующее функции оперативной памяти. ОЗУ может изготавливаться как отдельный блок или входить в конструкцию, например однокристальной ЭВМ или микроконтроллера.

ОЗУ большинства современных компьютеров представляет собой модули динамической памяти. Память динамического типа дешевле, чем статического, и её плотность выше, что позволяет на том же пространстве кремниевой подложки размещать больше ячеек памяти, но при этом её быстродействие ниже за счет используемой элементной базы (каждая бит памяти – конденсатор) и технологии записи чтения (требуются холостые циклы чтения данных для их регенерации). Статическая, наоборот, более быстрая память, но она и дороже. В связи с этим массовую оперативную память строят на модулях динамической памяти, а память статического типа используется для построения кеш-памяти внутри микропроцессора.

Внешняя память Внешняя (долговременная) память — это место длительного хранения данных (программ, результатов расчётов, текстов и т.д.), не используемых в данный момент в оперативной памяти компьютера. Внешняя память, в отличие от оперативной, является энергонезависимой. Носители внешней памяти, кроме того, обеспечивают транспортировку данных в тех случаях, когда компьютеры не объединены в сети (локальные или глобальные).

Для работы с внешней памятью необходимо наличие накопителя (устройства, обеспечивающего запись и (или) считывание информации) и устройства хранения — носителя.

Основные виды накопителей:

• накопители на гибких магнитных дисках (НГМД);

• накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД);

• накопители на магнитной ленте (НМЛ);

• накопители оптические;

• Flash-память.

Им соответствуют основные виды носителей:

• гибкие магнитные диски (Floppy Disk или дискета) (диаметром 3,5’’ и ёмкостью 1,44 Мб;

диаметром 5,25’’ и ёмкостью 1,2 Мб (в настоящее время устарели и практически не используются, выпуск накопителей прекращён)), диски для сменных носителей;

• жёсткие магнитные диски (Hard Disk или винчестер);

• кассеты для стримеров и других НМЛ;

• диски CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD;

• Flash-накопители Запоминающие устройства принято делить на виды и категории в связи с их принципами функционирования, эксплуатационно-техническими, физическими, программными и др. характеристиками. Так, например, по принципам функционирования различают следующие виды устройств: электронные, магнитные, оптические и смешанные – магнитооптические. Каждый тип устройств организован на основе соответствующей технологии хранения/воспроизведения/записи цифровой информации.

Поэтому, в связи с видом и техническим исполнением носителя информации, различают:

электронные, дисковые и ленточные устройства.

Основные характеристики накопителей и носителей:

• информационная ёмкость;

• скорость обмена информацией;

• надёжность хранения информации;

• стоимость.

Накопители на жестких магнитных дисках Накопитель на жёстких магнитных дисках или НЖМД (англ. hard (magnetic) disk drive, HDD, HMDD), жёсткий диск, в компьютерном сленге «винчестер» — запоминающее устройство (устройство хранения информации) произвольного доступа, основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров.

Информация в НЖМД записывается на жёсткие алюминиевые или стеклянные пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома — магнитные диски. В НЖМД используется одна или несколько пластин на одной оси.

Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образующейся у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках около 10 нм), а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.

Также, в отличие от гибкого диска, носитель информации совмещён с накопителем, приводом и блоком электроники и (в персональных компьютерах в большинстве случаев) обычно установлен внутри системного блока компьютера.

Характеристики:

• Интерфейс (англ. interface) — совокупность линий связи, сигналов, посылаемых по этим линиям, технических средств, поддерживающих эти линии, и правил (протокола) обмена. Современные серийно выпускаемые внутренние жёсткие диски могут использовать интерфейсы ATA (он же IDE и PATA), SATA, eSATA, SCSI, SAS, FireWire, SDIO и Fibre Channel.

• Ёмкость (англ. capacity) — количество данных, которые могут храниться накопителем. Ёмкость современных жёстких дисков (с форм-фактором 3,5 дюйма) на сентябрь 2011 г. достигает 4000 ГБ (4 Терабайт) и близится к 5 Тб. В отличие от принятой в информатике системы приставок, обозначающих кратную величину, производителями при обозначении ёмкости жёстких дисков используются величины, кратные 1000. Так, ёмкость жёсткого диска, маркированного как «200 ГБ», составляет 186,2 ГиБ.

• Физический размер (форм-фактор) (англ. dimension). Почти все современные (2001—2008 года) накопители для персональных компьютеров и серверов имеют ширину либо 3,5, либо 2,5 дюйма — под размер стандартных креплений для них соответственно в настольных компьютерах и ноутбуках. Также получили распространение форматы 1,8 дюйма, 1,3 дюйма, 1 дюйм и 0,85 дюйма.

Прекращено производство накопителей в форм-факторах 8 и 5,25 дюймов.

• Время произвольного доступа (англ. random access time) — среднее время, за которое винчестер выполняет операцию позиционирования головки чтения/записи на произвольный участок магнитного диска. Диапазон этого параметра — от 2,5 до 16 мс. Как правило, минимальным временем обладают серверные диски (например, у Hitachi Ultrastar 15K147 — 3,7 мс), самым большим из актуальных — диски для портативных устройств (Seagate Momentus 5400.3 — 12,5 мс). Для сравнения, у SSD накопителей этот параметр меньше 1 мс.

• Скорость вращения шпинделя (англ. spindle speed) — количество оборотов шпинделя в минуту. От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и средняя скорость передачи данных. В настоящее время выпускаются винчестеры со следующими стандартными скоростями вращения: 4200, 5400 и 7200 (ноутбуки), 5400, 5900, 7200 и 10 000 (персональные компьютеры), 10 000 и 15 000 об/мин (серверы и высокопроизводительные рабочие станции). Увеличению скорости вращения шпинделя в винчестерах для ноутбуков препятствует гироскопический эффект, влияние которого пренебрежимо мало в неподвижных компьютерах.

• Надёжность (англ. reliability) — определяется как среднее время наработки на отказ (MTBF). Также подавляющее большинство современных дисков поддерживают технологию S.M.A.R.T.

• Количество операций ввода-вывода в секунду(англ. IOPS) — у современных дисков это около 50 оп./с при произвольном доступе к накопителю и около оп./сек при последовательном доступе.

• Потребление энергии — важный фактор для мобильных устройств.

• Сопротивляемость ударам (англ. G-shock rating) — сопротивляемость накопителя резким скачкам давления или ударам, измеряется в единицах допустимой перегрузки во включённом и выключенном состоянии.

• Скорость передачи данных (англ. Transfer Rate) при последовательном доступе:

• внутренняя зона диска: от 44,2 до 74,5 Мб/с;

• внешняя зона диска: от 60,0 до 111,4 Мб/с.

• Объём буфера — буфером называется промежуточная память, предназначенная для сглаживания различий скорости чтения/записи и передачи по интерфейсу. В современных дисках он обычно варьируется от 8 до 64 Мб.

• Уровень шума — шум, который производит механика накопителя при его работе.

Указывается в децибелах. Тихими накопителями считаются устройства с уровнем шума около 26 дБ и ниже. Шум состоит из шума вращения шпинделя (в том числе аэродинамического) и шума позиционирования.

Устройство жесткого диска Жёсткий диск состоит из гермозоны и блока электроники.

Рисунок 3. Схема устройства накопителя на жёстких магнитных дисках Гермозона включает в себя корпус из прочного сплава, собственно диски (пластины) с магнитным покрытием, в некоторых моделях разделённые сепараторами, а также блок головок с устройством позиционирования, и электропривод шпинделя.

Вопреки расхожему мнению, в подавляющем большинстве устройств внутри гермозоны нет вакуума.

Блок головок — пакет кронштейнов (рычагов) из упругой стали (обычно по паре на каждый диск). Одним концом они закреплены на оси рядом с краем диска. На других концах (над дисками) закреплены головки.

Диски (пластины), как правило, изготовлены из металлического сплава. Обе плоскости пластин, подобно магнитофонной ленте, покрыты тончайшей пылью ферромагнетика — окислов железа, марганца и других металлов. Точный состав и технология нанесения составляют коммерческую тайну. Большинство бюджетных устройств содержит одну или две пластины, но существуют модели с большим числом пластин.

Диски жёстко закреплены на шпинделе. Во время работы шпиндель вращается со скоростью несколько тысяч оборотов в минуту (3600, 4200, 5000, 5400, 5900, 7200, 9600, 10 000, 12 000, 15 000). При такой скорости вблизи поверхности пластины создаётся мощный воздушный поток, который приподнимает головки и заставляет их парить над поверхностью пластины. Форма головок рассчитывается так, чтобы при работе обеспечить оптимальное расстояние от пластины. Пока диски не разогнались до скорости, необходимой для «взлёта» головок, парковочное устройство удерживает головки в зоне парковки. Это предотвращает повреждение головок и рабочей поверхности пластин.

Блок электроники. В современных жёстких дисках блок электроники обычно содержит: управляющий блок, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), буферную память, интерфейсный блок и блок цифровой обработки сигнала.

Интерфейсный блок обеспечивает сопряжение электроники жёсткого диска с остальной системой.

Блок управления представляет собой систему управления, принимающую электрические сигналы позиционирования головок, и вырабатывающую управляющие воздействия.

Блок ПЗУ хранит управляющие программы для блоков управления и цифровой обработки сигнала, а также служебную информацию винчестера.

Буферная память сглаживает разницу скоростей интерфейсной части и накопителя (используется быстродействующая статическая память). Увеличение размера буферной памяти в некоторых случаях позволяет увеличить скорость работы накопителя.

Блок цифровой обработки сигнала осуществляет очистку считанного аналогового сигнала и его декодирование (извлечение цифровой информации).

Геометрия магнитного диска С целью адресации пространства поверхности пластин диска делятся на дорожки — концентрические кольцевые области. Каждая дорожка делится на равные отрезки — секторы. Адресация CHS предполагает, что все дорожки в заданной зоне диска имеют одинаковое число секторов.

Рисунок 4. Геометрия магнитного диска Цилиндр — совокупность дорожек, равноотстоящих от центра, на всех рабочих поверхностях пластин жёсткого диска. Номер головки задает используемую рабочую поверхность (то есть конкретную дорожку из цилиндра), а номер сектора — конкретный сектор на дорожке.

Оптические и магнито-оптические носители информации Оптический диск (англ. optical disc) — собирательное название для носителей информации, выполненных в виде дисков, чтение с которых ведётся с помощью оптического излучения. Диск обычно плоский, его основа сделана из поликарбоната, на который нанесён специальный слой, который и служит для хранения информации. Для считывания информации используется обычно луч лазера, который направляется на специальный слой и отражается от него.

Компакт-диск (англ. Compact Disc) — оптический носитель информации в виде пластикового диска с отверстием в центре, процесс записи и считывания информации которого осуществляется при помощи лазера.

Таблица 1. Типы CD-дисков Тип Длительность, Секторов Макс. размер CD-DA Макс. размер минуты данных байты МиБ байты МиБ 21 94 500 222 264 000 212,0 193 536 000 184, 63 283 500 666 792 000 635,9 580 608 000 553, «650MB» 74 333 000 783 216 000 746,9 681 984 000 650, «700MB» 80 360 000 846 720 000 807,4 737 280 000 703, 800MB 90 405 000 952 560 000 908,4 829 440 000 791, 900MB 99 445 500 1 047 816 000 999,3 912 384 000 870, Информация на диске записывается в виде спиральной дорожки из питов (англ. pit — углубление), выдавленных в поликарбонатной основе. Питы рассеивают или поглощают падающий на них свет, а подложка — отражает.

Различают диски только для чтения («алюминиевые»), CD-R — для однократной записи, CD-RW — для многократной записи. Диски последних двух типов предназначены для записи на специальных пишущих приводах.

Различие между дисками «только для чтения» (CD) и дисками однократной/многократной записи (CD-R/RW) заключается в способе формирования питов. В случае диска «только для чтения» питы представляют собой некую рельефную структуру. В случае CD-R/RW пит представляет собой область с большим поглощением света.

DVD (англ. Digital Versatile Disc — цифровой многоцелевой диск;

также англ. Digital Video Disc — цифровой видеодиск) — носитель информации, выполненный в форме диска, имеющего такой же размер, как и компакт-диск, но более плотную структуру рабочей поверхности, что позволяет хранить и считывать больший объём информации.

Формат DVD по структуре данных бывают четырёх типов:

• DVD-видео — содержат фильмы (видео и звук);


• DVD-Audio — содержат аудиоданные высокого качества (гораздо выше, чем на аудио-компакт-дисках);

• DVD-Data — содержат любые данные;

• смешанное содержимое.

В отличие от компакт-дисков, в которых структура аудиодиска принципиально отличается от диска с данными, в DVD всегда используется файловая система UDF. DVD видео, для которых существует требование «быть проигранным на бытовых проигрывателях», используют ту же файловую систему UDF, но с рядом ограничений.

Таким образом, любой из типов носителей DVD может нести любую из четырёх структур данных (см. выше).

Физически DVD может иметь одну или две рабочие стороны и один или два рабочих слоя на каждой стороне. От их количества зависит ёмкость диска:

Таблица 2. Типы DVD-дисков Ёмкости и номенклатура DVD SS = односторонний (single-sided), DS = двухсторонний (double-sided), SL = однослойный (single-layer), DL = двухслойный (dual-layer) Обозначение Cторон Cлоёв Диаметр, Ёмкость, см ГБ ГиБ DVD-1 SS SL 1 1 8 1.46 1. DVD-2 SS DL 1 2 8 2.66 2. DVD-3 DS SL 2 2 8 2.92 2. DVD-4 DS DL 2 4 8 5.32 4. DVD-5 SS SL 1 1 12 4.70 4. DVD-9 SS DL 1 2 12 8.54 7. DVD-10 DS SL 2 2 12 9.40 8. DVD-14 DS SL+DL 2 3 12 13.24 12. DVD-18 DS DL 2 4 12 17.08 15. Форматы DVD-R и DVD+R Стандарт записи DVD-R(W) был разработан в 1997 году японской компанией Pioneer и группой компаний, примкнувших к ней и вошедших в DVD Forum, как официальная спецификация записываемых (впоследствии и перезаписываемых) дисков.

Созданные на базе DVD-R диски DVD-RW, первоначально имели неприятность, связанную с несовместимостью старых приводов с этими новыми дисками (проблема заключалась в отличие оптического слоя, ответственного за «запоминание» информации, который имел меньшую (по сравнению с носителями с однократной записью и штампованными дисками) отражающую способность). В дальнейшем данная проблема была почти полностью решена, хотя раньше именно из-за этого старые DVD-приводы не могли нормально проигрывать новые перезаписываемые диски.

Так как при разработке стандартов DVD-R и DVD-RW не были учтены разработки фирм Sony, Philips и некоторых других (а также цена лицензии на эту технологию была слишком высока), то эти производители записывающих приводов и носителей для записи объединились в DVD+RW Alliance (англ.), который и разработал в середине 2002 года стандарт DVD+R(W), стоимость лицензии на который была ниже.

Созданный альтернативный формат, получивший название DVD+R и DVD+RW, имел другой материал отражающего слоя и специальную разметку, облегчающую позиционирование головки (LPP, Land pre-pits — предзаписанные питы между дорожками, содержащие данные адресации и другую служебную информацию, эти данные позволяют приводу DVD записывать информацию в желаемые места на диске) — основное отличие подобных «плюсовых» дисков от «минусовых». С помощью этого диски DVD+RW способны в несколько приемов осуществлять запись (поверх существующей), как в обычном кассетном видеомагнитофоне, исключая утомительное предварительное стирание всего содержимого (для DVD-RW вначале необходимо целиком стереть имеющуюся запись).

Помимо этого, во время использования перезаписываемых «плюсовых» дисков количество ошибок уменьшается, а корректность записи увеличивается, в результате чего сбойный сектор можно с легкостью перезаписать, а не стирать и не записывать весь диск заново. Следовательно, если вы намерены активно пользоваться функцией перезаписи и записи, лучше выбрать рекордер, поддерживающий «плюсовой» формат (на что сейчас способно большинство моделей) Blu-ray Disc, BD (англ. blue ray — синий луч и disc — диск;

написание blu вместо blue — намеренное) — формат оптического носителя, используемый для записи с повышенной плотностью и хранения цифровых данных, включая видео высокой чёткости.

Стандарт Blu-ray был совместно разработан консорциумом BDA. Первый прототип нового носителя был представлен в октябре 2000 года. Современный вариант представлен на международной выставке потребительской электроники Consumer Electronics Show (CES), которая прошла в январе 2006 года. Коммерческий запуск формата Blu-ray прошёл весной 2006 года.

Blu-ray (букв. «синий луч») получил своё название от использования для записи и чтения коротковолнового (405 нм) «синего» (технически сине-фиолетового) лазера. Буква «e» была намеренно исключена из слова «blue», чтобы получить возможность зарегистрировать товарный знак, так как выражение «blue ray» является часто используемым и не может быть зарегистрировано как товарный знак.

С момента появления формата в 2006 году и до начала 2008 года у Blu-ray существовал серьёзный конкурент — альтернативный формат HD DVD. В течение двух лет многие крупнейшие киностудии, которые изначально поддерживали HD DVD, постепенно перешли на Blu-ray. Warner Brothers, последняя компания, выпускавшая свою продукцию в обоих форматах, отказалась от использования HD DVD в январе 2008 года.

19 февраля того же года Toshiba, создатель формата, прекратила разработки в области HD DVD. Это событие положило конец так называемой второй «войне форматов»

Вариации и размеры Однослойный диск Blu-ray (BD) может хранить 23,3 ГиБ (25 ГБ), двухслойный диск может вместить 46,6 ГиБ (50 ГБ), трёхслойный диск может вместить 100 ГБ, четырёхслойный диск может вместить 128 ГБ. Ещё в конце 2008 года японская компания Pioneer демонстрировала 16-ти и 20-слойные диски на 400 и 500 ГБ, способные работать с тем же самым 405-нм лазером, что и обычные BD-плееры. Компания Pioneer Electronics уже представила привод BDR-206MBK поддерживающий трёхслойный диск 100 ГБ и четырёхслойный диск 128 ГБ. Диски имеют следующую индексацию BD-R XL.

5 октября 2009 года японская корпорация TDK сообщила о создании записываемого Blu-ray диска ёмкостью 320 гигабайт. Новый десятислойный носитель полностью совместим с существующими приводами, сообщает сайт TechOn.

На данный момент доступны диски BD-R (одноразовая запись), BD-RE (многоразовая запись), BD-RE DL (многоразовая запись) вместимостью до 46,6 ГиБ ( ГБ), в разработке находится формат BD-ROM. BD-R диски также могут быть LTH типа. В дополнение к стандартным дискам размером 120 мм, выпущены варианты дисков размером 80 мм для использования в цифровых фото- и видеокамерах вместимостью 14, ГиБ (15,6 ГБ).

Таблица 3. Типы Blu-Ray дисков Тип Физический Однослойная Двухслойная размер вместимость вместимость Стандартный 12 см 25 ГБ / 23866 МиБ / 50 ГБ / 47732 МиБ / диск 25025314816 Б 50050629632 Б Минидиск 8 см 7.8 ГБ / 7430 МиБ / 15.6 ГБ / 14860 МиБ / 7791181824 Б 15582363648 Б Таблица 4. Скорость записи Blu-Ray дисков Скорость Скорость передачи Время записи Blu-Ray дисков привода данных (мин) Мбит/с Мбайт/с Однослойные Двухслойные 1X 36 4,5 90 2X 72 9 45 4X 144 18 23 6X 216 27 15 8X 288 36 12 12X 432 54 8 Технология твёрдого покрытия Из-за того, что на дисках Blu-Ray данные расположены слишком близко к поверхности, первые версии дисков были крайне чувствительны к царапинам и прочим внешним механическим воздействиям, из-за чего они были заключены в пластиковые картриджи. Этот недостаток вызывал большие сомнения относительно того, сможет ли формат Blu-ray противостоять HD DVD — стандарту, который в то время рассматривался как основной конкурент Blu-ray. HD DVD, помимо своей более низкой стоимости, мог нормально работать без картриджей, так же как и форматы CD и DVD, что делало его более удобным для покупателей, а также более интересным для производителей и дистрибьюторов, которым было невыгодно нести дополнительные траты на изготовление картриджей.

Решение этой проблемы появилось в январе 2004 года с появлением нового полимерного покрытия, которое дало дискам более качественную защиту от царапин и пыли. Это покрытие, разработанное корпорацией TDK, получило название «Durabis». Оно позволяет очищать BD при помощи бумажных салфеток, которые могут нанести повреждения CD и DVD. Формат HD DVD имеет те же недостатки, так как эти диски производятся на основе старых оптических носителей Flash-накопители Флеш-память (англ. flash memory) — разновидность полупроводниковой технологии электрически перепрограммируемой памяти (EEPROM). Это же слово используется в электронной схемотехнике для обозначения технологически законченных решений постоянных запоминающих устройств в виде микросхем на базе этой полупроводниковой технологии. В быту это словосочетание закрепилось за широким классом твердотельных устройств хранения информации.

Благодаря компактности, дешевизне, механической прочности, большому объему, скорости работы и низкому энергопотреблению флеш-память широко используется в цифровых портативных устройствах и носителях информации.

1.2. Компьютерные сети. Сетевая архитектура и специализированное оборудование.

Сетевые технологии Классификация Компьютерная сеть (вычислительная сеть, сеть передачи данных) — система связи компьютеров и/или компьютерного оборудования (серверы, маршрутизаторы и другое оборудование). Для передачи информации могут быть использованы различные физические явления, как правило — различные виды электрических сигналов, световых сигналов или электромагнитного излучения.

Компьютерные сети классифицируются:

По территориальной распространенности • PAN (Personal Area Network) — персональная сеть, предназначенная для взаимодействия различных устройств, принадлежащих одному владельцу.

• LAN (Local Area Network) — локальные сети, имеющие замкнутую инфраструктуру до выхода на поставщиков услуг. Термин «LAN» может описывать и маленькую офисную сеть, и сеть уровня большого завода, занимающего несколько сотен гектаров. Зарубежные источники дают даже близкую оценку — около шести миль (10 км) в радиусе. Локальные сети являются сетями закрытого типа, доступ к ним разрешен только ограниченному кругу пользователей, для которых работа в такой сети непосредственно связана с их профессиональной деятельностью.


• CAN (Campus Area Network — кампусная сеть) — объединяет локальные сети близко расположенных зданий.

• MAN (Metropolitan Area Network) — городские сети между учреждениями в пределах одного или нескольких городов, связывающие много локальных вычислительных сетей.

• WAN (Wide Area Network) — глобальная сеть, покрывающая большие географические регионы, включающие в себя как локальные сети, так и прочие телекоммуникационные сети и устройства. Пример WAN — сети с коммутацией пакетов (Frame relay), через которую могут «разговаривать» между собой различные компьютерные сети. Глобальные сети являются открытыми и ориентированы на обслуживание любых пользователей.

Термин «корпоративная сеть» также используется в литературе для обозначения объединения нескольких сетей, каждая из которых может быть построена на различных технических, программных и информационных принципах.

По типу функционального взаимодействия • Клиент-сервер Клиент-сервер (англ. Client-server) — вычислительная или сетевая архитектура, в которой задания или сетевая нагрузка распределены между поставщиками услуг (сервисов), называемыми серверами, и заказчиками услуг, называемыми клиентами.

Нередко клиенты и серверы взаимодействуют через компьютерную сеть и могут быть как различными физическими устройствами, так и программным обеспечением.

Преимущества:

Делает возможным, в большинстве случаев, распределение функций вычислительной системы между несколькими независимыми компьютерами в сети. Это позволяет упростить обслуживание вычислительной системы. В частности, замена, ремонт, модернизация или перемещение сервера не затрагивают клиентов.

Все данные хранятся на сервере, который, как правило, защищён гораздо лучше большинства клиентов. На сервере проще обеспечить контроль полномочий, чтобы разрешать доступ к данным только клиентам с соответствующими правами доступа.

Позволяет объединить различные клиенты. Использовать ресурсы одного сервера часто могут клиенты с разными аппаратными платформами, операционными системами и т. п.

Рисунок 5. Пример двухуровневой архитектуры Недостатки Неработоспособность сервера может сделать неработоспособной всю вычислительную сеть.

Поддержка работы данной системы требует отдельного специалиста — системного администратора.

Высокая стоимость оборудования.

• Одноранговая сеть Одноранговая, децентрализованная или пиринговая (от англ. peer-to-peer, P2P — равный к равному) сеть — это оверлейная компьютерная сеть, основанная на равноправии участников. В такой сети отсутствуют выделенные серверы, а каждый узел (peer) является как клиентом, так и сервером. В отличие от архитектуры клиент-сервера, такая организация позволяет сохранять работоспособность сети при любом количестве и любом сочетании доступных узлов.

По типу сетевой топологии • Шина Шинная топология представляет собой топологию, в которой все устройства локальной сети подключаются к линейной сетевой среде передачи данных. Такую линейную среду часто называют каналом, шиной или трассой. Каждое устройство, например, рабочая станция или сервер, независимо подключается к общему шинному кабелю с помощью специального разъема. Шинный кабель должен иметь на конце согласующий резистор, или терминатор, который поглощает электрический сигнал, не давая ему отражаться и двигаться в обратном направлении по шине.

Рисунок 6. Схема топологии "Шина" Достоинства Небольшое время установки сети;

Дешевизна (требуется меньше кабеля и сетевых устройств);

Простота настройки;

Выход из строя рабочей станции не отражается на работе сети.

Недостатки Неполадки в сети, такие как обрыв кабеля и выход из строя терминатора, полностью блокируют работу всей сети;

Сложная локализация неисправностей;

С добавлением новых рабочих станций падает производительность сети.

• Кольцо Это топология, в которой каждый компьютер соединен линиями связи только с двумя другими: от одного он только получает информацию, а другому только передает.

На каждой линии связи, как и в случае звезды, работает только один передатчик и один приемник. Это позволяет отказаться от применения внешних терминаторов.

Рисунок 7. Схема топологии "Кольцо" Компьютеры в кольце не являются полностью равноправными (в отличие, например, от шинной топологии). Одни из них обязательно получают информацию от компьютера, который ведет передачу в этот момент, раньше, а другие — позже. Именно на этой особенности топологии и строятся методы управления обменом по сети, специально рассчитанные на «кольцо». В этих методах право на следующую передачу (или, как еще говорят, на захват сети) переходит последовательно к следующему по кругу компьютеру.

Достоинства Простота установки;

Практически полное отсутствие дополнительного оборудования;

Возможность устойчивой работы без существенного падения скорости передачи данных при интенсивной загрузке сети, поскольку использование маркера исключает возможность возникновения коллизий.

Недостатки Выход из строя одной рабочей станции, и другие неполадки (обрыв кабеля), отражаются на работоспособности всей сети;

Сложность конфигурирования и настройки;

Сложность поиска неисправностей.

Необходимость иметь две сетевые платы, на каждой рабочей станции.

В настоящее время данный вид топологии используется в основном для волоконно оптических сетей.

• Двойное кольцо Двойное кольцо — это топология, построенная на двух кольцах. Первое кольцо — основной путь для передачи данных. Второе — резервный путь, дублирующий основной.

При нормальном функционировании первого кольца, данные передаются только по нему.

При его выходе из строя, оно объединяется со вторым и сеть продолжает функционировать. Данные при этом по первому кольцу передаются в одном направлении, а по второму в обратном.

• Звезда Это базовая топология компьютерной сети, в которой все компьютеры сети присоединены к центральному узлу (обычно коммутатор), образуя физический сегмент сети. Подобный сегмент сети может функционировать как отдельно, так и в составе сложной сетевой топологии (как правило, «дерево»). Весь обмен информацией идет исключительно через центральный компьютер, на который таким способом возлагается очень большая нагрузка, поэтому ничем другим, кроме сети, он заниматься не может. Как правило, именно центральный компьютер является самым мощным, и именно на него возлагаются все функции по управлению обменом. Никакие конфликты в сети с топологией звезда в принципе не возможны, потому что управление полностью централизовано.

Рисунок 8. Схема топологии "Звезда" Рабочая станция, с которой необходимо передать данные, отсылает их на концентратор. В определённый момент времени только одна машина в сети может пересылать данные, если на концентратор одновременно приходят два пакета, происходит «коллизия» - столкновение пакетов, обе посылки оказываются не принятыми и отправителям нужно будет подождать случайный промежуток времени, чтобы возобновить передачу данных. Этот недостаток отсутствует на сетевом устройстве более высокого уровня — коммутаторе, который, в отличие от концентратора, подающего пакет на все порты, подает лишь на определенный порт — получателю. Одновременно может быть передано несколько пакетов. Сколько — зависит от коммутатора.

Достоинства выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети в целом;

хорошая масштабируемость сети;

лёгкий поиск неисправностей и обрывов в сети;

высокая производительность сети (при условии правильного проектирования);

гибкие возможности администрирования.

Недостатки выход из строя центрального концентратора обернётся неработоспособностью сети (или сегмента сети) в целом;

для прокладки сети зачастую требуется больше кабеля, чем для большинства других топологий;

конечное число рабочих станций в сети (или сегменте сети) ограничено количеством портов в центральном концентраторе.

Одна из наиболее распространённых топологий, поскольку проста в обслуживании.

По типу среды передачи • Проводные (телефонный провод, коаксиальный кабель, витая пара, волоконно оптический кабель) • Беспроводные (передачей информации по радиоволнам в определенном частотном диапазоне) По скорости передач • низкоскоростные (до 10 Мбит/с), • среднескоростные (до 100 Мбит/с), • высокоскоростные (свыше 100 Мбит/с);

Стеки протоколов Сетевой протокол — набор правил и действий (очерёдности действий), позволяющий осуществлять соединение и обмен данными между двумя и более включёнными в сеть устройствами.

Разные протоколы, зачастую, описывают лишь разные стороны одного типа связи;

взятые вместе, они образуют стек протоколов. Названия «протокол» и «стек протоколов»

также указывают на программное обеспечение, которым реализуется протокол.

Стек протоколов — иерархически организованный набор сетевых протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов в сети.

Наиболее популярные стеки протоколов: TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS/SMB, Наиболее распространённой системой классификации сетевых протоколов является так называемая модель OSI, в соответствии с которой протоколы делятся на 7 уровней по своему назначению — от физического (формирование и распознавание электрических или других сигналов) до прикладного (интерфейс программирования приложений для передачи информации приложениями).

Сетевая модель OSI (англ. open systems interconnection basic reference model — базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем, сокр. ЭМВОС;

1978 г.) — абстрактная сетевая модель для коммуникаций и разработки сетевых протоколов.

Предлагает взгляд на компьютерную сеть с точки зрения измерений. Каждое измерение обслуживает свою часть процесса взаимодействия. Благодаря такой структуре совместная работа сетевого оборудования и программного обеспечения становится гораздо проще и прозрачнее.

Таблица 5. Уровни модели ISO/OSI Модель OSI Тип Уровень (layer) Функции данных 7. Прикладной Доступ к сетевым (application) службам 6.

Представление и Данные Представительский кодирование данных (presentation) 5. Сеансовый Управление сеансом (session) связи Прямая связь между 4. Транспортный Сегменты конечными пунктами и (transport) надежность 3. Сетевой Определение маршрута и Пакеты (network) логическая адресация 2. Канальный Кадры Физическая адресация (data link) Работа со средой 1. Физический Биты передачи, сигналами и (physical) двоичными данными В литературе наиболее часто принято начинать описание уровней модели OSI с 7 го уровня, называемого прикладным, на котором пользовательские приложения обращаются к сети. Модель OSI заканчивается 1-м уровнем — физическим, на котором определены стандарты, предъявляемые независимыми производителями к средам передачи данных:

• тип передающей среды (медный кабель, оптоволокно, радиоэфир и др.), • тип модуляции сигнала, • сигнальные уровни логических дискретных состояний (нуля и единицы).

Любой протокол модели OSI должен взаимодействовать либо с протоколами своего уровня, либо с протоколами на единицу выше и/или ниже своего уровня.

Взаимодействия с протоколами своего уровня называются горизонтальными, а с уровнями на единицу выше или ниже — вертикальными. Любой протокол модели OSI может выполнять только функции своего уровня и не может выполнять функций другого уровня, что не выполняется в протоколах альтернативных моделей.

Каждому уровню с некоторой долей условности соответствует свой операнд — логически неделимый элемент данных, которым на отдельном уровне можно оперировать в рамках модели и используемых протоколов: на физическом уровне мельчайшая единица — бит, на канальном уровне информация объединена в кадры, на сетевом — в пакеты (датаграммы), на транспортном — в сегменты. Любой фрагмент данных, логически объединённых для передачи — кадр, пакет, датаграмма — считается сообщением. Именно сообщения в общем виде являются операндами сеансового, представительского и прикладного уровней.

К базовым сетевым технологиям относятся физический и канальный уровни.

При реализации компьютерной сети могут использоваться различные наборы протоколов, наиболее распространенными является TCP/IP, используемый для построения Интернет/Интранет сетей.

Виды сетевого оборудования Сетевое оборудование — устройства, необходимые для работы компьютерной сети, например: маршрутизатор, коммутатор, концентратор, патч-панель и др. Можно выделить активное и пассивное сетевое оборудование.

• Пассивное сетевое оборудование Под пассивным сетевым оборудованием подразумевается оборудование, не наделенное «интеллектуальными» особенностями. Например - кабельная система: кабель (коаксиальный и витая пара (UTP/STP)), вилка/розетка (RG58, RJ45, RJ11, GG45), повторитель (репитер), патч-панель, концентратор (хаб) и т.д. Также, к пассивному оборудованию можно отнести монтажные шкафы и стойки, телекоммуникационные шкафы. Монтажные шкафы разделяют на: типовые, специализированные и антивандальные. По типу монтажа: настенные и напольные и другие.

- Повторитель (репитер) Предназначен для увеличения расстояния сетевого соединения путём повторения электрического сигнала «один в один». Бывают однопортовые повторители и многопортовые. В терминах модели OSI работает на физическом уровне.

- Концентратор (хаб) Концентратор – это многопортовый повторитель, работает на физическом уровне сетевой модели OSI, повторяет приходящий на один порт сигнал на все активные порты.

В случае поступления сигнала на два и более порта одновременно возникает коллизия, и передаваемые кадры данных теряются. Таким образом, все подключённые к концентратору устройства находятся в одном домене коллизий. Концентраторы всегда работают в режиме полудуплекса, все подключённые устройства разделяют между собой предоставляемую полосу доступа.

• Активное сетевое оборудование Под этим названием подразумевается оборудование, за которым следует некоторая «интеллектуальная» особенность. То есть маршрутизатор, коммутатор (свитч) и т.д.

являются активным сетевым оборудованием. Напротив — повторитель (репитер) и концентратор (хаб) не являются активным сетевым оборудованием, так как просто повторяют электрический сигнал для увеличения расстояния соединения или топологического разветвления и ничего «интеллектуального» собой не представляют. Но управляемые хабы относятся к активному сетевому оборудованию, так как могут быть наделены некой «интеллектуальной особенностью»

- Коммутатор (свич) Сетевой коммутатор, свич, свитч (жарг. от англ. switch — переключатель) — устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети. Работает на канальном уровне в терминах модели OSI. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю, исключение составляет широковещательный трафик всем узлам сети. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались, практически исключаются коллизии.

- Сетевой мост Сетевое устройство 2 уровня модели OSI, предназначенное для объединения сегментов (подсети) компьютерной сети разных топологий и архитектур. В настоящее время мосты практически не используются (так как для работы требуют производительный процессор), за исключением ситуаций, когда связываются сегменты сети с разной организацией первого уровня, например, между xDSL соединениями, оптикой - Маршрутизатор (роутер) Маршрутизатор или роутер (от англ. router) — сетевое устройство, пересылающее пакеты данных между различными сегментами сети и принимающее решения на основании информации о топологии сети и определённых правил, заданных администратором.

Маршрутизаторы делятся на программные и аппаратные. Маршрутизатор работает на более высоком «сетевом» уровне 3 сетевой модели OSI, нежели коммутатор и сетевой мост.

Обычно маршрутизатор использует адрес получателя, указанный в пакетах данных, и определяет по таблице маршрутизации путь, по которому следует передать данные.

Если в таблице маршрутизации для адреса нет описанного маршрута, пакет отбрасывается.

Таблица маршрутизации содержит информацию, на основе которой маршрутизатор принимает решение о дальнейшей пересылке пакетов. Таблица состоит из некоторого числа записей — маршрутов, в каждой из которых содержится адрес сети получателя, адрес следующего узла, которому следует передавать пакеты и некоторый вес записи — метрика. Метрики записей в таблице играют роль в вычислении кратчайших маршрутов к различным получателям. В зависимости от модели маршрутизатора и используемых протоколов маршрутизации, в таблице может содержаться некоторая дополнительная служебная информация.

Таблица маршрутизации может составляться двумя способами:

• статическая маршрутизация — когда записи в таблице вводятся и изменяются вручную. Такой способ требует вмешательства администратора каждый раз, когда происходят изменения в топологии сети. С другой стороны, он является наиболее стабильным и требующим минимума аппаратных ресурсов маршрутизатора для обслуживания таблицы.

• динамическая маршрутизация — когда записи в таблице обновляются автоматически при помощи одного или нескольких протоколов. Кроме того, маршрутизатор строит таблицу оптимальных путей к сетям назначения на основе различных критериев — количества промежуточных узлов, пропускной способности каналов, задержки передачи данных и т. п. Критерии вычисления оптимальных маршрутов чаще всего зависят от протокола маршрутизации, а также задаются конфигурацией маршрутизатора. Такой способ построения таблицы позволяет автоматически держать таблицу маршрутизации в актуальном состоянии и вычислять оптимальные маршруты на основе текущей топологии сети. Однако динамическая маршрутизация оказывает дополнительную нагрузку на устройства, а высокая нестабильность сети может приводить к ситуациям, когда маршрутизаторы не успевают синхронизировать свои таблицы, что приводит к противоречивым сведениям о топологии сети в различных её частях и потере передаваемых данных.

Маршрутизаторы помогают уменьшить загрузку сети, благодаря её разделению на домены коллизий или широковещательные домены, а также благодаря фильтрации пакетов. В основном их применяют для объединения сетей разных типов, зачастую несовместимых по архитектуре и протоколам, например для объединения локальных сетей Ethernet и WAN-соединений. Нередко маршрутизатор используется для обеспечения доступа из локальной сети в глобальную сеть Интернет, осуществляя функции трансляции адресов и межсетевого экрана.

В качестве маршрутизатора может выступать как специализированное (аппаратное) устройство, так и обычный компьютер, выполняющий функции маршрутизатора.

Среда передачи данных Для построения компьютерных сетей применяются линии связи, использующие различную физическую среду. В качестве физической среды в коммуникациях используются: металлы (в основном медь), сверхпрозрачное стекло (кварц) или пластик и эфир. Физическая среда передачи данных может представлять собой кабель "витая пара", коаксиальные кабель, волоконно-оптический кабель и окружающее пространство.

Линии связи или линии передачи данных - это промежуточная аппаратура и физическая среда, по которой передаются информационные сигналы (данные).

В одной линии связи можно образовать несколько каналов связи (виртуальных или логических каналов), например путем частотного или временного разделения каналов.

Канал связи - это средство односторонней передачи данных. Если линия связи монопольно используется каналом связи, то в этом случае линию связи называют каналом связи.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.