« Международный институт экономики и права INTERNATIONAL INSTITUTE OF ECONOMICS AND LAW Г.А. Цыганов ...»

• языки искусственного интеллекта (LISP и Prolog));
• экспертные оболочки. Под «оболочками» понимают «пустые» версии существующих экспертных систем, т.е. готовые экспертные системы без базы знаний. Примером такой оболочки может служить GURU, EMYCIN. Достоинство оболочек в том, что они вообще не требуют работы программистов для создания готовой экспертной системы. Требуется только специалист в предметной области для заполнения базы знаний;
• специальный программный инструментарий. В эту группу программных средств искусственного интеллекта входят специальные инструментарии общего назначения. Как правило, это библиотеки и надстройки над языком искусственного интеллекта.

Процесс создания экспертных систем получил название «инженерия знаний».

Вначале осуществляется выбор проблемы, которая будет предметом будущей ЭС, и в соответствии с ней выбор эксперта.

После того как инженер по знаниям убедился, что: данная задача
может быть решена с помощью экспертной системы; экспертную систему можно создать предлагаемыми на рынке средствами; имеется подходящий эксперт; предложенные критерии производительности являются разумными; затраты и срок их окупаемости приемлемы для заказчика, он составляет план разработки. План определяет шаги процесса разработки и необходимые затраты, а также ожидаемые результаты. В процессе разработки и последующего расширения системы инженер по знаниям и эксперт обычно
работают вместе. Инженер по знаниям помогает эксперту структурировать знания, определять и формализовать понятия и правила, необходимые для решения проблемы.

Сначала создается прототип ЭС, а затем он развивается до промышленного образца.

Подробнее см.: 7, 11, 12.

Тема 7. Документальные информационно-поисковые технологии

Основные вопросы темы

1. Особенности документальных информационно-поисковых технологий.

2. Документальные справочные правовые системы в экономике.

1. Документальные информационные технологии обслуживают класс задач, которые не предполагают однозначного ответа на поставленный
вопрос. Базу данных таких систем образует совокупность неструктурированных текстовых документов (статьи, книги, рефераты, тексты законов)
и графических объектов, снабженная тем или иным формализованным
аппаратом поиска. На входе и выходе документальных информационно-поисковых систем основной единицей является документ. Цель системы, как правило, – выдать в ответ на запрос пользователя список документов или объектов, в какой-то мере удовлетворяющих сформулированным в зап-
росе условиям. Например, выдать список всех статей, в которых встречается слово «ключ». Принципиальной особенностью документальной системы является ее способность, с одной стороны, выдавать ненужные пользователю документы (например, где слово «ключ» употреблено в ином смысле, чем предполагалось), а с другой – не выдавать нужные (например, если автор употребил какой-то синоним или ошибся в написании). Документальная система должна уметь по контексту определять смысл того или иного термина [например, различать «рак» (животное), «Рак» (созвездие) и «рак» (болезнь)].

Важное значение для адекватного поиска нужных документов в автоматизированных информационно-поисковых системах (АИПС) имеют средства формализации естественного языка, позволяющие отображать
содержательную (семантическую) составляющую документа. Эту функцию выполняют лингвистические средства.

Основными компонентами лингвистического обеспечения являются:

• совокупность информационно-поисковых языков;
• системы классификации и кодирования информации;
• правила формализации естественного языка;
• нормативно-методические материалы по описанию и пользованию составными элементами лингвистического обеспечения.

Одна из составляющих лингвистических средств, расширенная до объектного представления, послужила основой современной гипертекстной информационной технологии. Сегодня практически все поисковые машины Интернета используют технологию поиска, аналогичную АИПС.

Документальный информационно-поисковый процесс начинается
с информационной потребности, т.е. с объективной необходимости получить ту или иную информацию. Но информационная потребность есть
результат мыслительной деятельности, о котором можно узнать только
в том случае, если этот результат представлен в той или иной языковой форме, т.е. прежде всего в форме запросов на естественном языке. Здесь следует иметь в виду, что смысловое (содержательное) наполнение
информационной потребности и формулировка ее на естественном языке могут достаточно сильно отличаться. Следовательно, выражение информационной потребности в языковой форме приводит к определенной потере части ее содержания.

Далее, естественно-язычная форма представления информационной потребности в виде запросов не может напрямую использоваться при общении с машиной, она должна быть формализована.

С помощью лингвистического обеспечения запросы и документы, представленные на естественном языке, преобразуются в поисковые предписания (ПП) и поисковые образы документов (ПОД). Эти формализованные представители запросов и документов, совместно с текстами документов, являются предметом обработки на ЭВМ по соответствующим поисковым алгоритмам. Как всякая формализация представление запросов и документов в виде ПП и ПОД приводит к потере определенной части смыслового
содержания как запроса, так и документа. Кроме этого, сам алгоритм поиска представляет собой формализованную процедуру сопоставления ПП с массивом ПОД, а в силу формализации и здесь возможны определенные потери.

В связи с возможными потерями определенной части смыслового
содержания как запроса, так и документа, не исключая алгоритма поиска, желательно иметь критерии оценки документального информационно-поискового процесса. Такие критерии в теории и практике документальных информационно-поисковых систем имеются. Среди них следует отметить:

• релевантность;
• пертинентность.

Релевантность – это степень смыслового соответствия документальной выдачи информационно-поисковой системой запросу. Эта характеристика информационно-поискового процесса является объективной, так как она устанавливается экспертным путем, а не автором запроса. Таким образом, релевантный документ – это документ, смысловое содержание которого соответствует запросу.

Пертинентность – это степень смыслового соответствия документальной выдачи информационно-поисковой системой информационной потребности. Эта характеристика информационно-поискового процесса является субъективной, так как она может быть установлена только автором запроса.

Существуют следующие количественные оценки указанных характеристик информационно-поискового процесса. Релевантность современных информационно-поисковых систем оценивается величиной не менее 70–80%, пертинентность – в редких случаях превышает 10%.

В настоящее время документальная информационно-поисковая технология обогатилась мощными средствами гипертекста в сочетании с мультимедиа.

Гипертекстовая технология или просто гипертекст – это способ представления информации при помощи связей между документами и/или
их фрагментами путем выделения в них областей, позволяющих переходить от одного к другому, содержащему связанную информацию.

2. Важным классом документальных информационно-поисковых систем, в которых оптимальным образом сочетается традиционная документальная информационно-поисковая технология с новой гипертекстовой технологией, являются справочные правовые системы.

В области экономики справочные правовые системы имеют широкое распространение. Основной причиной этого явления является то, что такие системы представляют собой удобный и эффективный аппарат для ежедневной работы с быстро меняющейся правовой экономической информацией.

Справочная правовая система (СПС) включает:

• правовую базу данных;
• поисковый аппарат;
• интерфейс пользователя;
• подсистему пополнения правовой базы данных.

Правовая база российского законодательства различных уровней
в настоящее время составляет огромное количество документов – правовых актов. Для организации поиска необходимо упорядочить этот огромный массив документов. Одним из эффективных способов такого упорядочения являются системы классификации правовой информации. В суще-
ствующих СПС используются системы классификации, в основном учитывающие мнения высококвалифицированных юристов, привлеченных к подготовке правовых документов к вводу в систему, и естественно круг пользователей, на которых ориентируется та или иная СПС. В последнее время все большее число СПС ориентируется на рекомендации документа
«О классификации правовых актов», получившего одобрение в Указе Президента РФ от 15 марта 2000 г. № 511.

Важным инструментом, обеспечивающим эффективность поиска информации в правовой базе данных, являются ключевые слова, представленные словарем. Словарь ключевых слов представляет собой расположенные
в алфавитном порядке наиболее часто употребляемые понятия (слова и словосочетания) из области правовой лексики.

Наконец, все современные СПС отображают официально установленные взаимосвязи правовых документов в виде смысловых и формальных ссылок, используя механизм гипертекста.

В СПС могут быть представлены следующие виды поиска:

• по реквизитам;
• полнотекстовый;
• по специализированным классификаторам.

Основным видом поиска является поиск по реквизитам. С этой целью в СПС используется интерфейс пользователя посредством карточки (картотеки) реквизитов. В этой карточке можно одновременно назначить значения
одному или нескольким реквизитам, названия которых имеются в карточке.

Полнотекстовый поиск осуществляется по всем полным текстам
документов с использованием общих словарей и логических связей между словами, выбранными из словарей.

Поиск с использованием специализированных классификаторов требует разработки многоуровневых классификаций путем назначения рубрик с глубокими иерархическими связями. Суть поиска заключается в нахождении нужной ветви иерархической связи исходя из набора рубрик (тем) верхнего уровня классификационной схемы. Эффективность этого вида поиска зависит от соотношения субъективных и объективных факторов, заложенных в основу системы классификации правовой информации.

Предварительным результатом поиска в СПС является список документов (перечень названий правовых актов). Дальнейший поиск осуществляется уже в найденном списке документов и продолжается до тех пор, пока не будет найден нужный документ.

Все современные СПС обладают возможностью поиска документа в тексте.

Важной характеристикой СПС является возможность сохранения
результатов поиска – это либо папки, либо закладки, либо история поиска по запросу, либо сочетание отдельных возможностей сохранить документы.

Поскольку большинство правовых документов существуют не сами по себе, а имеют связи с другими правовыми актами (либо это документы, которые упоминаются в найденном документе, либо документы, в которых упоминается найденный документ), с целью реализации указанных связей в СПС вводятся соответствующие понятия респондентов и корреспондентов.

В настоящее время на рынке СПС работает достаточно много компаний – разработчиков систем и очень большое число сервисных фирм, осуществляющих поставку и текущее обслуживание СПС. Наиболее известны в России следующие продукты и разработавшие их компании:

• «Консультант Плюс» (АО «Консультант Плюс»);
• «ГАРАНТ» (НПП «Гарант-Сервис»);
• «Кодекс» (Центр компьютерных разработок).

В числе систем, созданных государственными предприятиями для обеспечения потребностей в правовой информации государственных
ведомств, следует прежде всего назвать:

• «Эталон» (НЦПИ при Министерстве юстиции РФ);
• «Система» (НТЦ «Система» при ФАПСИ).

Кроме того, на российском рынке представлены такие системы, как:

• «ЮСИС» (фирма «Интралекс»);
• «Референт» (ЗАО «Референт-Сервис»);
• «Юридический Мир» (издательство «Дело и право»);
• «Ваше право» и «Юрисконсульт» (фирма «Информационные системы и технологии»);
• системы «1С:Кодекс», «1С:Гарант», «1С:Эталон» (компания «1C»);
• система «Законодательство России» (Ассоциация развития банковских технологий) и некоторые другие.

Степень распространенности продуктов той или иной компании
на российском рынке весьма различна, и в настоящее время абсолютно точно оценить ее не представляется возможным, а данные, иногда публикуемые самими компаниями, могут быть достаточно субъективными.

Особенностью СПС «ГАРАНТ» являлась ориентация на единую базу правовых документов, однако в последнее время в ее составе появились локальные базы правовых документов, ориентированные на определенные группы пользователей.

Особенностью СПС «Консультант Плюс» была ориентация на локальные правовые базы данных правовых документов, хотя в последнее время в ее составе появились мощные интегрированные базы правовых документов.

Особенностью СПС «ЮСИС» является ориентация на аналитическую обработку правовых документов. Эта СПС обладает наиболее мощной
базой правовых актов и может включать в свой состав автоматизированное рабочее место делопроизводства.

Подробнее см.: 1, 2, 7, 8.

Тема 8. Современная техническая база информатики

Основные вопросы темы

1. Информационно-вычислительная техника информатики.

2. Офисное и вспомогательное оборудование информатики.

3. Средства передачи данных.

4. Технические средства размножения информации.

1. Как показано в теме 3, техническое обеспечение является одной
из основных частей автоматизированных информационных систем.

Базой технического обеспечения является комплекс технических средств, общую структуру которого можно представить в следующем виде:

• информационно-вычислительная техника;
• сетевое оборудование;
• средства передачи данных;
• технические средства размножения информации;
• офисное и вспомогательное оборудование.

Существенное значение в улучшении эргономических характеристик автоматизированных информационных систем имеют оргтехника и дизайн.

Компьютер – основное средство информационно-вычислительной техники. Компьютер – это программно-управляемая универсальная электронно-вычислительная машина.

Рассмотрим кратко современное состояние некоторых классов ЭВМ.

К суперЭВМ относятся мощные многопроцессорные вычислительные машины с быстродействием сотни миллионов – десятки миллиардов операций в секунду.

Типовая модель суперЭВМ имеет следующие характеристики:

• высокопараллельная многопроцессорная вычислительная система с быстродействием примерно 100 000 MPS (миллион импульсов
  в секунду);
• емкость: оперативной памяти 10 Гбайт, дисковой памяти 1–10 Гбайт (1 Гбайт = 210 Гбайт);
• разрядность 64; 128 бит.

(Бит – это символ (цифра) двоичной системы счисления, принимающий значения 0 и 1. Бит используется как минимальная единица памяти. Байт – это последовательная запись восьми битов, представляющая символ в компьютере.)

Создать такую высокопроизводительную ЭВМ по современной техно-
логии на одном микропроцессоре не представляется возможным ввиду
ограничения, обусловленного конечным значением скорости распространения электромагнитных волн (300 000 км/с), ибо время распространения сигнала на расстояние несколько миллиметров (линейный размер стороны МП) при быстродействии 100 млрд оп/с становится соизмеримым со временем выполнения одной операции. Поэтому суперЭВМ создаются в виде высокопараллельных многопроцессорных вычислительных систем (МПВС).

Большие ЭВМ за рубежом часто называют мэйнфреймами (Mainframe). К мэйнфреймам относят, как правило, компьютеры, имеющие следующие характеристики:

• производительность не менее 10 MIPS;
• основную память емкостью от 64 до 10 000 Мбайт;
• внешнюю память не менее 50 Гбайт;
• многопользовательский режим работы (обслуживают одновременно от 16 до 1000 пользователей).

Основные направления эффективного применения мэйнфреймов – это решение научно-технических задач, работа в вычислительных системах с пакетной обработкой информации, работа с большими базами данных, управление вычислительными сетями и их ресурсами. Последнее направление – использование мэйнфреймов в качестве больших серверов вычислительных сетей – часто отмечается специалистами среди наиболее актуальных.

Малые ЭВМ (мини-ЭВМ) – надежные, недорогие и удобные в эксплуатации компьютеры, обладающие несколько более низкими по сравнению
с мэйнфреймами возможностями.

Мини-ЭВМ (и наиболее мощные из них супермини-ЭВМ) обладают следующими характеристиками:

• производительность – до 100 MIPS;
• емкость основной памяти – 4–512 Мбайт;
• емкость дисковой памяти – 2 – 100 Гбайт;
• число поддерживаемых пользователей – 16–512.

Все модели мини-ЭВМ разрабатываются на основе микропроцессорных наборов интегральных микросхем, 16-, 32-, 64-разрядных микропроцессоров. Основные их особенности: широкий диапазон производительности
в конкретных условиях применения, аппаратная реализация большинства системных функций ввода-вывода информации, простая реализация микропроцессорных и многомашинных систем, высокая скорость обработки прерываний, возможность работы с форматами данных различной длины.

К достоинствам мини-ЭВМ можно отнести: специфичную архитектуру с большой модульностью, лучшее, чем у мэйнфреймов, соотношение производительность/цена, повышенная точность вычислений.

Мини-ЭВМ ориентированы на использование в качестве управляющих вычислительных комплексов. Традиционная для подобных комплексов широкая номенклатура периферийных устройств дополняется блоками межпроцессорной связи, благодаря чему обеспечивается реализация вычислительных систем с изменяемой структурой.

Наряду с использованием для управления технологическими процессами мини-ЭВМ успешно применяются для вычислений в многопользовательских вычислительных системах, системах автоматизированного проектирования, системах моделирования несложных объектов, системах искусственного интеллекта.

Самым распространенным типом компьютеров является персональная электронно-вычислительная машина (ПЭВМ) или просто персональный компьютер (ПК). Среди них выделяются переносные компьютеры – быстро-
развивающийся подкласс персональных компьютеров. Большинство переносных компьютеров имеют автономное питание от аккумуляторов, но могут подключаться и к сети.

Состав ПК включает следующие основные блоки:

• микропроцессор (МП). Это центральный блок ПК, предназначенный для управления работой всех блоков машины и выполнения арифметических и логических операций над информацией;
• генератор тактовых импульсов. Он генерирует последовательность электрических импульсов; частота генерируемых импульсов определяет тактовую частоту машины. Промежуток времени между
  соседними импульсами определяет время одного такта работы
  машины или просто такт работы машины;
• системная шина. Это основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой;
• основная память (ОП). Она предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с прочими блоками машины;
• внешняя память. Она относится к внешним устройствам ПК и используется для долговременного хранения любой информации, которая может когда-либо потребоваться для решения задач;
• источник питания. Это блок, содержащий системы автономного
  и сетевого энергопитания ПК;
• таймер. Это внутримашинные электронные часы, обеспечивающие при необходимости автоматический съем текущего момента времени (год, месяц, часы, минуты, секунды и доли секунд). Таймер подключается к автономному источнику питания – аккумулятору
  и при отключении машины от сети продолжает работать.

В состав микропроцессора входят:

• устройство управления (УУ) формирует и подает во все блоки
  машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполняемой операции и результатами предыдущих операций; формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки ЭВМ; опорную последовательность импульсов устройство управления получает от генератора тактовых импульсов;
• арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой
  и символьной информацией (в некоторых моделях ПК для ускорения выполнения операций к АЛУ подключается дополнительный математический сопроцессор);
• микропроцессорная память (МПП) служит для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, непосредственно используемой в вычислениях в ближайшие такты работы машины. МПП строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия машины, ибо основная память (ОП) не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микро-
  процессора. Регистры – быстродействующие ячейки памяти различной длины (в отличие от ячеек ОП, имеющих стандартную длину 1 байт (последовательность восьми бит) и более низкое быстродействие);
• интерфейсная система микропроцессора реализует сопряжение
  и связь с другими устройствами ПК; включает в себя внутренний интерфейс МП, буферные запоминающие регистры и схемы управления портами ввода-вывода (ПВВ) и системной шиной.
  Интерфейс – совокупность средств сопряжения и связи устройств компьютера, обеспечивающая их эффективное взаимодействие. Порт ввода-вывода – аппаратура сопряжения, позволяющая подключить к микропроцессору другое устройство ПК.

Системная шина включает в себя:

• кодовую шину данных (КШД), содержащую провода и схемы
  сопряжения для параллельной передачи всех разрядов числового кода (машинного слова) операнда;
• кодовую шину адреса (КША), включающую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства;
• кодовую шину инструкций (КШИ), содержащую провода и схемы сопряжения для передачи инструкций (управляющих сигналов, импульсов) во все блоки машины;
• шину питания, имеющую провода и схемы сопряжения для подключения блоков ПК к системе энергопитания.

Системная шина обеспечивает три направления передачи информации:

• между микропроцессором и основной памятью;
• микропроцессором и портами ввода-вывода внешних устройств;
• основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств
  (в режиме прямого доступа к памяти).

Все блоки, а точнее их порты ввода-вывода, через соответствующие унифицированные разъемы (стыки) подключаются к шине единообразно: непосредственно или через контроллеры (адаптеры). Управление системной шиной осуществляется микропроцессором либо непосредственно,
либо, что чаще, через дополнительную микросхему – контроллер шины, формирующий основные сигналы управления. Обмен информацией между внешними устройствами и системной шиной выполняется с использованием ASCII-кодов.

Основная память содержит два вида запоминающих устройств:
постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). ПЗУ служит для хранения неизменяемой (постоянной) программной и справочной информации, позволяет оперативно только считывать хранящуюся в нем информацию (изменить информацию в ПЗУ нельзя). ОЗУ предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей
в информационно-вычислительном процессе, выполняемом ПК в текущий период времени. Различают несколько разделов ОЗУ. Среди них выделяют основную (базовую, стандартную) оперативную память компьютера – это первые 640 килобайт всей оперативной памяти компьютера. Главными достоинствами оперативной памяти являются ее высокое быстродействие и возможность обращения к каждой ячейке памяти отдельно (прямой
адресный доступ к ячейке). В качестве недостатка ОЗУ следует отметить невозможность сохранения информации в ней после выключения питания машины (энергозависимость).

Внешняя память содержит разнообразные виды запоминающих
устройств, но наиболее распространенными, имеющимися практически
на любом компьютере, являются накопители на жестких (НЖМД) и гибких (НГМД) магнитных дисках. Назначение этих накопителей – хранение больших объемов информации, запись и выдача хранимой информации
по запросу в оперативное запоминающее устройство. Различаются НЖМД и НГМД лишь конструктивно, объемами хранимой информации и временем поиска, записи и считывания информации. В качестве устройств внешней памяти используются также запоминающие устройства на кассетной магнитной ленте (стримеры), накопители на оптических дисках (CD-ROM – Compact Disk Read Only Memory – компакт-диск с памятью, только читаемой).

Все перечисленные части ПК объединяются в единое устройство, часто называемое его системным блоком.

ПК одно из самых динамичных средств технической базы информатики. В настоящее время можно с определенной уверенностью назвать только наименование основных характеристик современного компьютера, а значение их сложно предсказать даже на обозримую перспективу. Основными пользовательскими характеристиками компьютера являются:

• тактовая частота, на которую ориентирована работа процессора;
• объем оперативной памяти;
• объем долговременной памяти.

ПК, представленный системным блоком, является практически недоступным пользователю; для полного технического оформления ПК необходимы дополнительные средства, обеспечивающие диалог пользователя
с системным блоком. Такими средствами являются видеомонитор (дисплей) и клавиатура. Именно «содружество» системного блока, видеомонитора
и клавиатуры составляет пользовательское понятие ПК.

Видеомонитор (дисплей) – устройство для экранного отображения вводимой и выводимой из ПК информации. Видеомонитор характеризуют следующие факторы: цветность, тип монитора (аналоговый или цифровой), размер экрана, размер зерна экрана, разрешающая способность, частота кадровой развертки, тип строчной развертки, объем памяти видеоадаптера, уровень радиации. Целесообразно монитор использовать совместно с защитным экранным фильтром, так как работа монитора
сопровождается излучением, отрицательно влияющим на здоровье человека (при этом чем выше частота развертки, тем больше излучение). Излучения у монитора разные: мягкое рентгеновское, ультрафиолетовое, радио-
излучение, наконец, имеет место и электростатическое поле. Для защиты от названных излучений и нужны экранные фильтры.

Клавиатура компьютера предназначена для ввода данных в компьютер и управления компьютером. Основными свойствами клавиатуры являются ее эргономичность и функциональность.

Важнейшей составной частью любого вычислительного комплекса являются внешние (или как их часто называют периферийные) устройства. Достаточно сказать, что по стоимости внешние устройства иногда составляют 50–80% всего ПК. От состава и характеристик ВУ во многом зависят возможность и эффективность применения ПК в системах управления
и народном хозяйстве в целом.

Периферийные устройства ПК обеспечивают взаимодействие машины с окружающей средой, пользователями, объектами управления и другими ЭВМ. По назначению можно выделить следующие виды периферийных устройств:

• внешние запоминающие устройства или внешняя память ПК;
• диалоговые средства пользователя;
• устройства ввода информации;
• устройства вывода информации;
• средства связи и телекоммуникации.

Диалоговые средства пользователя включают различного рода манипуляторы типа «мышь», «радиомышь», устройства речевого ввода-вывода, джойстик – рычаг и т.п.

К устройствам ввода информации относятся:

• графические планшеты (дигитайзеры) – для ручного ввода графической информации, изображений путем перемещения по планшету специального указателя (пера); при перемещении пера автоматически выполняются считывание координат его местоположения
  и ввод этих координат в ПК;
• сканеры (читающие автоматы) – для автоматического считывания с бумажных носителей и ввода в ПК машинописных текстов, графиков, рисунков, чертежей; в устройстве кодирования сканера
  в текстовом режиме считанные символы после сравнения программным путем с эталонными контурами специальными программами преобразуются в коды ASCII, а в графическом режиме считанные графики и чертежи преобразуются в последовательности двухмерных координат;
• световые устройства – для ввода графической информации
  на экран дисплея путем управления движением курсора по экрану с последующим кодированием координат курсора и вводом их в ПК;
• сенсорные экраны – для ввода отдельных элементов изображения, программ или команд с полиэкрана дисплея в ПК.

Сканер – это устройство ввода в ЭВМ информации непосредственно
с бумажного документа. Можно вводить тексты, схемы, рисунки, графики, фотографии и другую графическую информацию.

Сканеры являются важнейшим звеном электронных систем обработки документов и необходимым элементом любого «электронного стола».
Записывая результаты своей деятельности в файлы и вводя информацию
с бумажных документов в ПК с помощью сканера с системой автоматического распознавания образов, можно сделать реальный шаг к созданию систем безбумажного делопроизводства.

Сканеры весьма разнообразны, и их можно классифицировать по целому ряду признаков. Сканеры бывают черно-белые и цветные.

Черно-белые сканеры могут считывать штриховые изображения и полу-
тоновые. Штриховые изображения не передают полутонов или, иначе, уровней серого. Полутоновые позволяют распознать и передать 16, 64 или 256 уровней серого.

Цветные сканеры работают и с черно-белыми, и с цветными оригиналами. В первом случае они могут использоваться для считывания и штриховых, и полутоновых изображений.

В цветных сканерах используется цветовая модель RGB: сканируемое изображение освещается через вращающийся RGB-светофильтр или от последовательно зажигаемых трехцветных ламп; сигнал, соответствующий каждому основному цвету, обрабатывается отдельно. Число передаваемых цветов колеблется от 256 до 65 536 (стандарт High Color) и даже до 16,7 млн (стандарт True Color).

Разрешающая способность сканеров составляет от 75 до 1600 dpi
(dot per inch).

Конструктивно сканеры бывают ручные и настольные. Настольные,
в свою очередь, делятся на планшетные, роликовые и проекционные.

Ручные сканеры конструктивно самые простые: они вручную перемещаются по изображению. С их помощью за один проход вводится лишь небольшое количество строчек изображения (их захват обычно не превышает 105 мм). У ручных сканеров имеется индикатор, предупреждающий оператора о превышении допустимой скорости сканирования. Эти сканеры имеют малые габариты и низкую стоимость. Скорость сканирования 5–50 мм/с (зависит от разрешающей способности).

Роликовые сканеры наиболее автоматизированы, в них оригинал автоматически перемещается относительно сканирующей головки, часто имеется автоматическая подача документов, но сканируемые документы только листовые.

Планшетные сканеры самые распространенные; в них сканирующая головка перемещается относительно оригинала автоматически; они позволяют сканировать и листовые, и сброшюрованные (книги) документы. Скорость сканирования 2–10 с на страницу (формат А4).

Проекционные сканеры внешне напоминают фотоувеличитель, но внизу лежит сканируемый документ, а наверху находится сканирующая головка. Сканер оптическим образом сканирует информационный документ и вводит полученную информацию в виде файла в память компьютера.

Файл, создаваемый сканером в памяти машины, называется битовой картой.

Существуют два формата представления графической информации
в файлах компьютера: растровый формат и векторный.

В растровом формате графическое изображение запоминается в файле в виде мозаичного набора множества точек (нулей и единиц), соответствующих пикселям отображения этого изображения на экране дисплея.
Редактировать этот файл средствами стандартных текстовых и графических процессоров не представляется возможным, ибо эти процессоры
не работают с мозаичным представлением информации. В текстовом формате информация идентифицируется характеристиками шрифтов, кодами символов, абзацев и т.п.

Наиболее предпочтительным является использование сканера совместно с программами систем распознавания образов, например типа OCR (Optical Character Recognition). Система OCR распознает считанные сканером с документа битовые (мозаичные) контуры символов (букв и цифр)
и кодирует их ASCII-кодами, переводя в удобный для текстовых редакторов векторный формат.

К устройствам вывода информации относятся:

• принтеры – печатающие устройства для вывода информации
  на бумажный носитель. Принтеры бывают матричными, струйными, лазерными. Матричные и лазерные принтеры, как правило, являются черно-белыми, струйные – цветными. Отличаются принтеры как форматом (А4, А3), так и скоростями выдачи информации
  на бумажный носитель;
• графопостроители (плоттеры) – для вывода графической информации (графиков, чертежей, рисунков) из ПК на бумажный носитель; плоттеры бывают векторные с вычерчиванием изображения
  с помощью пера и растровые: термографические, электростатические, струйные и лазерные. По конструкции плоттеры подразделяются на планшетные и барабанные. Основные характеристики всех плоттеров примерно одинаковые: скорость вычерчивания – 100–1000 мм/с, у лучших моделей возможны цветное изображение
  и передача полутонов; наибольшая разрешающая способность и четкость изображения у лазерных плоттеров, но они самые дорогие.

В матричных принтерах изображение формируется из точек ударным способом.

Матричные принтеры могут работать в двух режимах – текстовом
и графическом.

В текстовом режиме на принтер посылаются коды символов, которые следует распечатать, причем контуры символов выбираются из знакогенератора принтера.

В графическом режиме на принтер пересылаются коды, определяющие последовательность и местоположение точек изображения.

В игольчатых (ударных) матричных принтерах печать точек осуществляется тонкими иглами, ударяющими бумагу через красящую ленту. Каждая игла управляется собственным электромагнитом. Печатающий узел перемещается в горизонтальном направлении, и знаки в строке печатаются последовательно. Многие принтеры выполняют печать как при прямом, так и при обратном ходе. Количество иголок в печатающей головке определяет качество печати. Недорогие принтеры имеют девять игл. Матрица символов в таких принтерах имеет размерность 7х9 или 9х9 точек. Более совершенные матричные принтеры имеют 18 игл и даже 24.

В печатающей головке струйных принтеров вместо иголок имеются тонкие трубочки – сопла, через которые на бумагу выбрасываются мельчайшие капельки красителя (чернил). Это безударные печатающие устройства. Матрица печатающей головки обычно содержит от 12 до 64 сопел.
В последние годы в их совершенствовании достигнут существенный прогресс: созданы струйные принтеры, обеспечивающие разрешающую способность до 20 точек/мм и скорость печати до 500 зн./с при отличном качестве печати, приближающемся к качеству лазерной печати.

В лазерных принтерах применяется электрографический способ формирования изображений, используемый в одноименных копировальных аппаратах. Лазер служит для создания сверхтонкого светового луча,
вычерчивающего на поверхности предварительно заряженного светочувствительного барабана контуры невидимого точечного электронного изображения – электрический заряд стекает с засвеченных лучом лазера точек
на поверхности барабана. После проявления электронного изображения
порошком красителя (тонера), налипающего на разряженные участки,
выполняется печать – перенос тонера с барабана на бумагу и закрепление изображения на бумаге разогревом тонера до его расплавления.

Лазерные принтеры обеспечивают наиболее качественную печать
с разрешением до 50 точек/мм (1200 dpi) и скорость печати до 1000 зн./с. Используются также цветные лазерные принтеры.

Устройства связи и телекоммуникации используются для связи с приборами и другими средствами автоматизации (согласователи интерфейсов, адаптеры, цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи и т.п.) и для подключения ПК к каналам связи, к другим ЭВМ и вычислительным сетям (сетевые интерфейсные платы (адаптеры), «стыки», мультиплексоры передачи данных, модемы). Сетевой адаптер является внешним интерфейсом ПК и служит для подключения его к каналу связи для обмена информацией с другими ЭВМ, для работы в составе вычислительной сети. В глобальных сетях функции сетевого адаптера выполняет модулятор-демодулятор (модем). Указанные средства относятся к техническим средствам соединения и согласования компьютеров посредством средств передачи данных сетевому оборудованию.

Многие из названных выше устройств относятся к условно выделенной группе – средствам мультимедиа.

Средства мультимедиа (multimedia – многосредовость) – это комплекс аппаратных и программных средств, позволяющих человеку общаться
с компьютером, используя самые разные, естественные для себя среды: звук, видео, графику, тексты, анимацию и др.

К средствам мультимедиа относятся устройства речевого ввода и вывода информации; широко распространенные уже сейчас сканеры (поскольку они позволяют автоматически вводить в компьютер печатные тексты и рисунки); высококачественные видео- (video) и звуковые (sound) платы, платы видеозахвата (videograbber), снимающие изображение с видеомагнитофона или видеокамеры и вводящие его в ПК; высококачественные акустические
и видеовоспроизводящие системы с усилителями, звуковыми колонками, большими видеоэкранами. Но, пожалуй, с еще большим основанием к средствам мультимедиа относят внешние запоминающие устройства большой емкости на оптических дисках, часто используемые для записи звуковой
и видеоинформации.

Стоимость компактных дисков (CD) при их массовом тиражировании невысокая, а учитывая их большую емкость (650 Мбайт, а новых типов – 4 Гбайт и выше), высокие надежность и долговечность, стоимость хранения информации на CD для пользователя оказывается несравнимо меньшей, нежели на магнитных дисках. Это уже привело к тому, что большинство программных средств самого разного назначения поставляется на CD.
На компакт-дисках за рубежом организуются обширные базы данных,
целые библиотеки; на СD представлены словари, справочники, энциклопедии, обучающие и развивающие программы по общеобразовательным
и специальным предметам.

CD широко используются, например, при изучении иностранных языков, правил дорожного движения, бухгалтерского учета, законодательства вообще и налогового законодательства в частности. И все это сопровождается текстами и рисунками, речевой информацией и мультипликацией,
музыкой и видео. В чисто бытовом аспекте CD можно использовать для хранения аудио- и видеозаписей, т.е. использовать вместо плейерных аудиокассет и видеокассет. Следует упомянуть, конечно, и о большом количестве программ, компьютерных игр, хранимых на CD.

Использование CD-ROM, CD-RW, CD-DVD открывает доступ к огромным объемам разнообразной и по функциональному назначению, и по среде воспроизведения информации, записанной на компакт-дисках.

Главной тенденцией развития вычислительной техники в настоящее время является дальнейшее расширение сфер применения ЭВМ и, как следствие, переход от отдельных машин к их системам – вычислительным системам и комплексам разнообразных конфигураций с широким диапазоном функциональных возможностей и характеристик.

Наличие работоспособных технических средств, составляющих пользовательский ПК, еще не гарантирует жизнеспособность ПК. Персональный компьютер начинает работать как единое устройство только при наличии
в нем работоспособных программных средств и прежде всего системного программного обеспечения, ядро которого составляют операционные системы. Именно операционные системы объединяют все технические блоки, составляющие ПК, в единый вычислительный комплекс и предоставляют пользователю возможность управлять им. Операционные системы создают и позволяют манипулировать основным объектом, живущим в ПК, – файлом. Назначая имя и позволяя определить тип файла, операционная система решает вопросы долговременного хранения информации в компьютере, предоставляя этим неоценимые услуги пользователю.

Файл – это наименованное место (по сути дела «прописка» файла,
назначение «местожительства» файла) на машинном носителе для размещения данных в соответствии с правилами конкретной операционной системы. С целью организации файлов в совокупности операционная система предоставляет библиотечное понятие «каталог» (директория, папка). Ката-
лог – это перечень названий объектов хранения с указанием адреса размещения объекта в хранилище. Для сложно организованных хранилищ объектов вводится иерархия каталогов. При этом каждый каталог, который входит в качестве составной части в другой каталог, получил название подкаталога. Вложенность каталогов может быть весьма значительной. Описанная структура библиотечной организации огромных массивов объ-
ектов используется и в операционных системах. Итак, в операционной сис-
теме директория (каталог) – это файл специальной структуры, предназначенный для указания совокупности файлов, составляющих единую группу; поддиректория (подкаталог) – это директория (каталог) в директории
(каталоге). Для указания места расположения файла на том или ином носителе используется понятие пути. Путь – это последовательная цепочка имени носителя (диска), за которым следует двоеточие, и перечень имен каталогов и вложенных подкаталогов, разделенных символом "\", указывающая местоположение файла на машинном носителе.

Каждая операционная система имеет свой стандарт на имена файлов
и каталогов, исполнение которого гарантирует свободное перемещение файлов с одной платформы компьютера на другую, а также функциональность работы с файлом. Так, стандарт операционной системы MS DOS требует, чтобы имя файла состояло из двух частей: названия файла
до восьми символов латинского алфавита и ряда дополнительных символов, включая цифры, – обязательная часть, и типа файла до трех символов того же состава – часть, которая может быть опущена.

Важное значение имеют отдельные программы дополнительного системного обеспечения, которые получили название драйверов. Драйвер – это специальная программа, используемая для согласованного обмена данными между различными устройствами компьютера.

При исполнении программы на компьютере она должна быть помещена в оперативную память и находится там либо постоянно – резидентная программа, либо временно до конца исполнения – обычная программа.

2. Офисная организационная техника (оргтехника) – технические средства, применяемые для механизации и автоматизации управленческих и инженерно-технических работ.

Организационная техника составляет материальную базу прогрессивных систем управления. Слабое использование оргтехники в управлении приводит к снижению производительности труда и эффективности работы управленческого персонала, к недопустимым задержкам при решении оперативных вопросов, а часто и к неверным их решениям ввиду отсутствия необходимой информации и к другим отрицательным последствиям.

Под оргтехникой понимают технические средства, используемые
в делопроизводстве для создания информационных бумажных документов, их копирования, размножения, обработки, хранения, транспортирования,
и средства административно-управленческой связи.

Средства оргтехники для офиса фирмы могут включать в свой состав такие устройства и оборудование, как персональный компьютер, организационный автомат, пишущие машинки, телефонные и радиотелефонные аппараты, мини-АТС, директорский коммутатор, громкоговорящее телефонное переговорное устройство, пейджинговую систему, телетайп, факсимильный аппарат, копировальный аппарат, ризограф, диктофоны, проекционную аппаратуру, адресовальную машину, маркировальную машину, ламинатор, штемпелевальный аппарат, машину для уничтожения документов, конвертовскрывающую машину, сшиватель документов, картотечное оборудование, стеллажи и шкафы для хранения документов, сейф, тележку, пневмопочту и др.

Средства составления и изготовления документов включают:

• пишущие машинки;
• организационные автоматы;
• диктофонную технику.

Средства хранения документов включают:

• папки, альбомы, конверты, футляры;
• картотеки;
• полки;
• стеллажи;
• шкафы;
• сейфы.

Средства транспортировки документов включают:

• тележки;
• конвейеры;
• лифты;
• пневмопочту.

Средства обработки документов включают:

• маркировальные машины;
• штемпелевальные устройства;
• ламинаторы – машины для защиты документов от влаги, пыли, масла и от небрежного хранения;
• фальцевальные машины – устройства для выполнения различных видов фальцовки (сгибания) бумаг по заданному формату и аккуратного складывания их;
• брошюровальные машины – устройства для автоматической фальцовки и скрепления брошюр с помощью металлических скрепок;
• листоподборочные машины (коллаторы) – автоматы для подборки (сортировки) отпечатанных листов в блоки;
• бумагорезательное оборудование (резаки) – предназначено для резки рулонной или иной бумаги на листы потребительских форматов;
• машины для уничтожения секретных и конфиденциальных документов;
• конвертовскрывающие машины;
• конвертозаклеивающие машины.

3. В системах административного управления информация передается как путем переноски (перевозки) информационных документов курьером (или по почте), так и с использованием систем автоматизированной передачи информации по каналам связи.

Каналы связи (КС) являются общим звеном любой системы передачи информации. По физической природе каналы связи делятся следующим образом:

• механические используются для передачи материальных носителей информации;
• акустические передают звуковой сигнал;
• оптические передают световой сигнал;
• электрические передают электрический сигнал.

Физической средой передачи информации в низкоскоростных и средне-
скоростных КС обычно являются группы либо параллельных, либо скрученных проводов, называемых витая пара (скручивание проводов уменьшает влияние внешних помех).

Если все абоненты компьютерной сети ведут передачу данных по каналу на одной частоте, такой канал называется узкополосным (пропускает одну частоту). Если каждый абонент работает на своей собственной частоте по одному каналу, то такой канал называется широкополосным (пропускает много частот).

В широкополосных КС используются коаксиальные кабели, оптоволоконные кабели, радиоволноводы. К широкополосным относятся и бес-
проводные радиоканалы связи. Возможности широкополосных каналов связи огромны.

Телефонные каналы связи являются наиболее разветвленными и широко используемыми. По телефонным КС осуществляется передача звуковых (тональных) и факсимильных сообщений, они являются основой построения информационно-справочных систем, систем электронной почты и вычислительных сетей (в том числе глобальных).

Следует особо отметить, что телефонный канал связи является более узкополосным, нежели телеграфный, но скорость передачи данных по нему выше ввиду обязательного наличия специального устройства согласования – модема. Модем является одним из широко распространенных видов коммуникационного оборудования и выполняет следующие функции:

• при передаче – преобразование широкополосных импульсов (цифрового кода) в полосные аналоговые сигналы (амплитудно-, частотно- или фазомодулированные);
• при приеме – фильтрацию принятого сигнала от помех и детектирование, т.е. обратное преобразование узкополосного аналогового сигнала в цифровой код.

Модем – это устройство сопряжения компьютера с телефонным каналом связи.

Средства передачи информации как вид офисной техники включают:

• телефонную связь – самый распространенный вид оперативной административно-управленческой связи;
• радиотелефонную связь, включая пейджинговую связь;
• телеграфную связь;
• дейтефонную связь, использующую для передачи информации телефонные каналы связи, а в качестве приемопередающей аппаратуры может использоваться как обычная телетайпная аппаратура совместно с модемами, так и специальная аппаратура;
• факсимильную связь.

4. Важное значение в работе офиса и, в целом, для информатики имеют средства размножения информации, представленные средствами копирования и тиражирования. Для получения небольшого количества копий
(до 25 экз.) целесообразно пользоваться средствами копирования документации (репрографии), при размножении документов в большем объеме
(более 25 экз.) – средствами тиражирования документов (оперативной
или малой полиграфии). Принципиальное отличие средств копирования
от средств тиражирования заключается в том, что при копировании копия снимается непосредственно с документа-оригинала, а при тиражировании – с промежуточной печатной формы, изготовленной с документа-оригинала.

Средства копирования включают:

• электрографическое копирование с использованием электрографических копировальных аппаратов;
• термографическое копирование с использованием специальной термокопировальной бумаги;
• фотографическое копирование;
• электронно-графическое копирование, основанное на оптическом считывании документов и электроискровой регистрации информации на специальный носитель копии;
• диазографическое копирование – светокопирование – синькографию.

Средства тиражирования информации включают:

• гектографическую печать. Принцип ее основан на изготовлении печатной формы с большим запасом краски, которая постепенно растворяется спиртом (отсюда распространенное ее название – спиртовая печать) и расходуется, переносясь на копии;
• офсетную печать. В основе офсетной печати лежит принцип
  несмешиваемости масла и воды. Печать выполняется с плоской поверхности (формы), обработанной таким образом, чтобы участки, соответствующие наносимому изображению, удерживали краску на масляной основе и отталкивали воду, а остальная поверхность удерживала воду и отталкивала краску;
• трафаретную печать. Печатная форма – трафарет, изготавливается на листе восковой, желатиновой или коллоидной бумаги либо
  на пленке путем пробивания в ней микроотверстий на специальных пишущих машинках или методом электронно-графического копирования. Процесс печати заключается в продавливании краски через трафарет на машинах, называемых ротаторами;
• электронно-трафаретную печать – самый эффективный и перспективный вариант оперативной полиграфии на ризографах, использующий последние достижения цифровой электроники и существенно улучшающий все характеристики трафаретной печати.

Подробнее см.: 1, 7, 8, 12.

Тема 9. Локальные и глобальные компьютерные сети

Основные вопросы темы

1. Сетевые информационные технологии – необходимое условие создания информационного общества.

2. Локальные вычислительные сети.

3. Глобальные компьютерные сети. Интернет.

1. Современная информационная технология вышла за пределы одного компьютера. Создание и эксплуатация компьютерных сетей различного класса, уровня, типа и вида стали основной особенностью настоящего этапа развития информационной технологии. Локальные вычислительные (компьютерные) сети являются основой информационно-управленческой деятельности предприятий, организаций и учреждений. Создаются и действуют национальные и корпоративные глобальные компьютерные сети. Интернет – мировая глобальная компьютерная сеть, опутала весь земной шар
и доступна практически любому пользователю, имеющему доступ к современному компьютеру. Становится реальным решение задачи создания
открытого информационного общества.

Основная задача систем управления распределенными базами данных состоит в обеспечении средств интеграции локальных баз данных, располагающихся в некоторых узлах вычислительной сети с тем, чтобы пользователь, работающий в любом узле сети, имел доступ ко всем этим базам данных как к единой базе данных.

Современное производство требует высоких скоростей обработки
информации, удобных форм ее хранения и передачи. Необходимо также иметь динамичные способы обращения к информации, способы поиска данных в заданные временные интервалы; реализовывать сложную математическую и логическую обработку данных. Управление крупными предприятиями, управление экономикой на уровне страны требуют участия
в этом процессе достаточно крупных коллективов. Такие коллективы
могут располагаться в различных районах города, в различных регионах страны и даже в различных странах. Для решения задач управления, обеспечивающих реализацию экономической стратегии, становятся важными
и актуальными скорость и удобство обмена информацией, а также возможность тесного взаимодействия всех участников процесса выработки управленческих решений.

Появление малых ЭВМ, микроЭВМ и, наконец, персональных компьютеров потребовало нового подхода к организации систем обработки данных,
к созданию новых информационных технологий. Возникло логически обоснованное требование перехода от использования отдельных ЭВМ в системах централизованной обработки данных к распределенной обработке данных.

Распределенная обработка данных – обработка данных, выполняемая на независимых, но связанных между собой компьютерах, представляющих распределенную систему.

Для реализации распределенной обработки данных были созданы многомашинные ассоциации, структура которых разрабатывается по одному из следующих направлений:

• многомашинные вычислительные комплексы (МВК);
• компьютерные (вычислительные) сети.

Многомашинный вычислительный комплекс – группа установленных рядом вычислительных машин, объединенных с помощью специальных средств сопряжения и выполняющих совместно единый информационно-вычислительный процесс.

Компьютерные сети являются высшей формой многомашинных
ассоциаций. Основные отличия компьютерной сети от многомашинного вычислительного комплекса заключаются в следующем:

• в размерности. В состав многомашинного вычислительного комплекса входят обычно две, максимум три ЭВМ, расположенные преимущественно в одном помещении. Вычислительная сеть
  может состоять из десятков и даже сотен ЭВМ, расположенных
  на расстоянии друг от друга от нескольких метров до десятков,
  сотен и даже тысяч километров;
• в разделении функций между ЭВМ. Если в многомашинном
  вычислительном комплексе функции обработки данных, передачи данных и управления системой могут быть реализованы в одной ЭВМ, то в вычислительных сетях эти функции распределены между различными ЭВМ;
• в необходимости решения в сети задачи маршрутизации сообщений. Сообщение от одной ЭВМ к другой в сети может быть передано
  по различным маршрутам в зависимости от состояния каналов связи, соединяющих ЭВМ друг с другом.

Объединение в один комплекс средств вычислительной техники,
аппаратуры связи и каналов передачи данных предъявляет специфические требования со стороны каждого элемента многомашинной ассоциации,
а также требует формирования специальной терминологии.

Абоненты сети – объекты, генерирующие или потребляющие информацию в сети.

Абонентами сети могут быть отдельные ЭВМ, комплексы ЭВМ, терминалы, промышленные роботы, станки с числовым программным управлением и т.д. Любой абонент сети подключается к станции.

Станция – аппаратура, которая выполняет функции, связанные с передачей и приемом информации.

Совокупность абонента и станции принято называть абонентской системой. Для организации взаимодействия абонентов необходима физическая передающая среда.

Физическая передающая среда – линии связи или пространство, в котором распространяются электрические сигналы, и аппаратура передачи данных.

На базе физической передающей среды строится коммуникационная сеть, которая обеспечивает передачу информации между абонентскими системами.

Такой подход позволяет рассматривать любую компьютерную сеть как совокупность абонентских систем и коммуникационной сети.

В зависимости от территориального расположения абонентских систем вычислительные сети можно разделить на три основных класса:

• глобальные;
• региональные;
• локальные.

Глобальная вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в различных странах, на различных континентах. Взаимодействие
между абонентами такой сети может осуществляться на базе телефонных линий связи, радиосвязи и систем спутниковой связи – каналов связи
общего пользования. Глобальные вычислительные сети позволяют решить проблему объединения информационных ресурсов всего человечества
и организации доступа к этим ресурсам.

Региональная вычислительная сеть связывает абонентов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга. Она может включать абонентов внутри большого города, экономического региона, отдельной страны. Обычно расстояние абонентами региональной вычислительной сети составляет десятки – сотни километров.

Локальная вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в пределах небольшой территории. В настоящее время не существует четких ограничений на территориальный разброс абонентов локальной вычислительной сети. Обычно такая сеть привязана к конкретному месту. К классу локальных вычислительных сетей относятся сети отдельных предприятий, фирм, банков, офисов и т.д. Протяженность такой сети можно ограничить пределами 2–2,5 км.

Объединение глобальных, региональных и локальных вычислительных сетей позволяет создавать многосетевые иерархии. Они обеспечивают мощные, экономически целесообразные средства обработки огромных информационных массивов и доступ к неограниченным информационным ресурсам.

Локальные вычислительные сети могут входить как компоненты в состав региональной сети, региональные сети – объединяться в составе глобальной сети и, наконец, глобальные сети могут также образовывать сложные структуры.

Персональные компьютеры, ставшие в настоящее время непременным элементом любой системы управления, привели к буму в области создания локальных вычислительных сетей. Это, в свою очередь, вызвало необходимость в разработке новых информационных технологий. Одной из разновидностей такой технологии является телеобработка информации –
обработка данных на расстоянии с использованием компьютерных сетей. Информационной поддержкой этой технологии являются распределенные базы данных, представляющие согласованные базы данных, расположенные в разных узлах компьютерной сети под общим управлением.

Практика применения персональных компьютеров в различных отраслях науки, техники и производства показала, что наибольшую эффективность от внедрения вычислительной техники обеспечивают не автономные ПК,
а локальные вычислительные сети.

Любая коммуникационная сеть должна включать следующие основные компоненты: передатчик, сообщение, средства передачи, приемник.

Передатчик – устройство, являющееся источником данных.

Приемник – устройство, принимающее данные.

Приемником могут быть компьютер, терминал или какое-либо цифровое устройство.

Сообщение – цифровые данные определенного формата, предназначенные для передачи. Это могут быть файл базы данных, таблица, ответ
на запрос, текст или изображение.

Средства передачи – физическая передающая среда и специальная
аппаратура, обеспечивающая передачу сообщений.

Для передачи сообщений в вычислительных сетях используются
различные типы каналов связи. Наиболее распространены выделенные
телефонные каналы и специальные каналы для передачи цифровой информации. Применяются также радиоканалы и каналы спутниковой связи.

Особняком в этом отношении стоят локальные вычислительные сети (ЛВС), где в качестве передающей среды используются витая пара проводов, коаксиальный кабель и оптоволоконный кабель.

Для характеристики процесса обмена сообщениями в вычислительной сети по каналам связи используются следующие понятия: режим передачи, код передачи, тип синхронизации.

Существуют три режима передачи: симплексный, полудуплексный
и дуплексный.

Симплексный режим – передача данных только в одном направлении.

Примером симплексного режима передачи является система, в которой информация, собираемая с помощью датчиков, передается для обработки на ЭВМ. В вычислительных сетях симплексная передача практически не используется.

Полудуплексный режим – попеременная передача информации, когда источник и приемник последовательно меняются местами.

Яркий пример работы в полудуплексном режиме – разведчик, передающий в Центр информацию, а затем принимающий инструкции из Центра.

Дуплексный режим – одновременные передача и прием сообщений.

Дуплексный режим является наиболее скоростным режимом работы
и позволяет эффективно использовать вычислительные возможности быстродействующих ЭВМ в сочетании с высокой скоростью передачи данных
по каналам связи. Пример дуплексного режима – телефонный разговор.

Для передачи информации по каналам связи используются специальные коды. Коды эти стандартизованы и определены рекомендациями ISO (International Organization for Standardization) – Международной организации по стандартизации (МОС) или Международного консультативного комитета по телефонии и телеграфии (МККТТ).

Наиболее распространенным кодом передачи по каналам связи является код ASCII, принятый для обмена информацией практически во всем мире (отечественный аналог – код КОИ-7).

Для передачи кодовой комбинации используется столько линий, сколько битов эта комбинация содержит. Каждый бит передается по отдельному проводу. Это параллельная передача или передача параллельным кодом. Предпочтение такой передаче отдается при организации локальных МВК, для внутренних связей ЭВМ и для небольших расстояний между абонентами сети. Передача параллельным кодом обеспечивает высокое быстродействие, но требует повышенных затрат на создание физической передающей среды и обладает плохой помехозащищенностью. В вычислитель-
ных сетях передача параллельными кодами не используется.

Для передачи кодовой комбинации по двухпроводной линии группа битов передается по одному проводу бит за битом. Это передача информации последовательным кодом. Она, вполне естественно, медленнее, так как требует преобразования данных в параллельный код для дальнейшей обработки в ЭВМ, но экономически более выгодна для передачи сообщений на большие расстояния.

Процессы передачи или приема информации в вычислительных сетях могут быть привязаны к определенным временным отметкам, т.е. один
из процессов может начаться только после того, как получит полностью данные от другого процесса. Такие процессы называются синхронными.

В то же время существуют процессы, в которых нет такой привязки,
и они могут выполняться независимо от степени полноты переданных данных. Такие процессы называются асинхронными.

Синхронизация данных – согласование различных процессов во времени. В системах передачи данных используются два способа передачи данных: синхронный и асинхронный.

При синхронной передаче информация передается блоками, которые обрамляются специальными управляющими символами. В состав блока включаются также специальные синхросимволы, обеспечивающие контроль состояния физической передающей среды, и символы, позволяющие обнаруживать ошибки при обмене информацией. В конце блока данных при синхронной передаче в канал связи выдается контрольная последовательность, сформированная по специальному алгоритму. По этому же
алгоритму формируется контрольная последовательность при приеме
информации из канала связи. Если обе последовательности совпадают – ошибок нет. Блок данных принят. Если же последовательности не совпадают – ошибка. Передача повторяется до положительного результата проверки. Если повторные передачи не дают положительного результата,
то фиксируется состояние аварии.

Синхронная передача – высокоскоростная и почти безошибочная. Она используется для обмена сообщениями между ЭВМ в вычислительных
сетях. Синхронная передача требует дорогостоящего оборудования.

При асинхронной передаче данные передаются в канал связи как
последовательность битов, из которой при приеме необходимо выделить байты для последующей их обработки. Для этого каждый байт ограничивается стартовым и стоповым битами, которые и позволяют произвести выделение их из потока передачи. Иногда в линиях связи с низкой надежностью используется несколько таких битов. Дополнительные стартовые
и стоповые биты несколько снижают эффективную скорость передачи дан-
ных и соответственно пропускную способность канала связи. В то же время асинхронная передача не требует дорогостоящего оборудования и отвечает требованиям организации диалога в вычислительной сети при взаимодействии персональных ЭВМ.

Для оценки качества коммуникационной сети можно использовать следующие характеристики:

• скорость передачи данных по каналу связи;
• пропускную способность канала связи;
• достоверность передачи информации;
• надежность канала связи и модемов.

Скорость передачи данных по каналу связи измеряется количеством битов информации, передаваемых за единицу времени – секунду. Единица измерения скорости передачи данных – бит в секунду. Более удобной характеристикой канала является его пропускная способность, которая оценивается количеством знаков, передаваемых по каналу за единицу времени – секунду. Единица измерения пропускной способности канала связи – знак в секунду.

Единица измерения достоверности: количество ошибок на знак – ошибок/знак.

Единица измерения надежности: среднее время безотказной работы – час.

Для определения задач, поставленных перед сложным объектом,
а также для выделения главных характеристик и параметров, которыми
он должен обладать, создаются общие модели таких объектов. Описание общей модели вычислительной сети представляет ее архитектуру. Многообразие производителей вычислительных сетей и сетевых программных продуктов поставило проблему объединения сетей различных архитектур. Для ее решения МОС разработала модель архитектуры открытых систем. Эта модель включает следующие семь уровней:

• 7-й уровень – прикладной, обеспечивает поддержку прикладных процессов конечных пользователей. Этот уровень определяет круг прикладных задач, реализуемых в данной вычислительной сети. Он также содержит все необходимые элементы сервиса для прикладных программ пользователя. На прикладной уровень могут быть вынесены некоторые задачи сетевой операционной системы;
• 6-й уровень – представительный, определяет синтаксис данных
  в модели, т.е. представление данных. Он гарантирует представление данных в кодах и форматах, принятых в данной системе. В некоторых системах этот уровень может быть объединен с прикладным;
• 5-й уровень – сеансовый, реализует установление и поддержку
  сеанса связи между двумя абонентами через коммуникационную сеть. Он позволяет производить обмен данными в режиме, определенном прикладной программой, или предоставляет возможность выбора режима обмена. Сеансовый уровень поддерживает и завершает сеанс связи. Три верхних уровня объединяются под общим названием – «процесс» или «прикладной процесс». Эти уровни
  определяют функциональные особенности вычислительной сети как прикладной системы;
• 4-й уровень – транспортный, обеспечивает интерфейс между процессами и сетью. Он устанавливает логические каналы между процессами и обеспечивает передачу по этим каналам информационных пакетов (пакет – группа байтов, передаваемых абонентами сети друг другу), которыми обмениваются процессы. Логические каналы, устанавливаемые транспортным уровнем, называются транспортными каналами;
• 3-й уровень – сетевой, определяет интерфейс оконечного оборудования данных пользователя с сетью коммутации пакетов. Он также отвечает за маршрутизацию пакетов в коммуникационной сети и за связь между сетями – реализует межсетевое взаимодействие;
• 2-й уровень – канальный, уровень звена данных, реализует процесс передачи информации по информационному каналу. Информационный канал – логический канал, он устанавливается между двумя ЭВМ, соединенными физическим каналом. Канальный уровень обеспечивает управление потоком данных в виде кадров, в которых упаковываются информационные пакеты, обнаруживает ошибки передачи и реализует алгоритм восстановления информации в случае обнаружения сбоев или потерь данных;
• 1-й уровень физический, – выполняет все необходимые процедуры в канале связи. Его основная задача – управление аппаратурой
  передачи данных и подключенным к ней каналом связи.

При передаче информации от прикладного процесса в сеть происходит ее обработка уровнями модели взаимодействия открытых систем. Смысл этой обработки заключается в том, что каждый уровень добавляет
к информации процесса свой заголовок – служебную информацию, которая необходима для адресации сообщений и для некоторых контрольных функций. Канальный уровень, кроме заголовка, добавляет еще и концевик – контрольную последовательность, которая используется для проверки правильности приема сообщения из коммуникационной сети. Физический уровень заголовка не добавляет. Каждый уровень модели взаимодействия открытых систем реагирует только на свой заголовок в различных абонентских ЭВМ. Такое взаимодействие должно выполняться по определенным правилам, представленным протоколом.

Протокол – набор правил, определяющий взаимодействие двух одноименных уровней модели взаимодействия открытых систем в различных абонентских ЭВМ. Протокол – это не программа. Правила и последовательность выполнения действий при обмене информацией, определенные протоколом, должны быть реализованы в программе. Обычно функции протоколов различных уровней реализуются в драйверах для различных вычислительных сетей.

В соответствии с семиуровневой структурой модели можно говорить о необходимости существования протоколов для каждого уровня.

Функции, описываемые уровнями модели, должны быть реализованы либо в аппаратуре, либо в виде программ. Функции физического уровня всегда реализуются в аппаратуре. Это адаптеры, мультиплексоры передачи данных, сетевые платы и т.д. Функции остальных уровней реализуются
в виде программных модулей – драйверов.

Основное назначение любой компьютерной сети – предоставление информационных и вычислительных ресурсов подключенным к ней пользователям.

2. Локальная вычислительная сеть (ЛВС) – это совокупность компьютеров, размещенных на ограниченной площади, связанных между собой монопольными каналами связи и предназначенных для кооперативной
обработки информации путем разделения ресурсов сети и осуществления информационных коммуникаций.

С этой точки зрения ЛВС можно рассматривать как совокупность серверов и рабочих станций.

Сервер – компьютер, подключенный к сети и обеспечивающий ее пользователей определенными услугами.

Серверы могут осуществлять хранение данных, управление базами данных, удаленную обработку заданий, печать заданий и ряд других функций, потребность в которых может возникнуть у пользователей сети. Сервер – источник ресурсов сети.

Рабочая станция – персональный компьютер, подключенный к сети, через который пользователь получает доступ к ее ресурсам.

Рабочая станция сети функционирует как в сетевом, так и в локальном режиме. Она оснащена собственной операционной системой (MS DOS, Windows и т.д.), обеспечивает пользователя всеми необходимыми инструментами для решения прикладных задач.

Различают два типа ЛВС:

• одноранговые (децентрализованные);
• серверные (централизованные).

В одноранговых ЛВС все компьютеры выполняют роль как сервера, так и рабочей станции одновременно, т.е. находятся в одном ранге. Сетевая операционная система распределена по всем рабочим станциям.

В централизованных ЛВС выделяется один или группа мощных компьютеров, обслуживающих всю сеть.

Сервер – это центральный компьютер сети с быстродействующим процессором, с большой оперативной и долговременной памятью, выполняющий сервисные общесетевые функции.

Особое внимание следует уделить одному из типов серверов – файловому серверу (File Server). В распространенной терминологии для него принято сокращенное название – файл-сервер.

Файл-сервер хранит данные пользователей сети и обеспечивает им доступ к этим данным. Он работает под управлением специальной операционной системы, которая обеспечивает одновременный доступ пользователей сети к расположенным на нем данным. Файл-сервер выполняет следующие функции: хранение данных, архивирование данных, синхро-
низацию изменений данных различными пользователями, передачу данных. Для многих задач использование одного файл-сервера оказывается недостаточным. Тогда в сеть могут включаться несколько серверов. Возможно также применение в качестве файл-серверов мини-ЭВМ.

Компьютерные сети реализуют распределенную обработку данных. Обработка данных в этом случае распределена между двумя объектами: клиентом и сервером.

Клиент – задача, рабочая станция или пользователь компьютерной сети.

В процессе обработки данных клиент может сформировать запрос
на сервер для выполнения сложных процедур, чтение файла, поиск информации в базе данных и т.д.

Сервер, определенный ранее, выполняет запрос, поступивший от клиента. Результаты выполнения запроса передаются клиенту. Сервер обеспечивает хранение данных общего пользования, организует доступ к этим данным и передает данные клиенту.

Клиент обрабатывает полученные данные и представляет результаты обработки в виде, удобном для пользователя. В принципе обработка данных может быть выполнена и на сервере. Для подобных систем приняты термины – системы клиент-сервер или архитектура клиент-сервер.

Архитектура клиент-сервер может использоваться как в одноранговых локальных вычислительных сетях, так и в сети с выделенным сервером.

Вычислительные машины, входящие в состав ЛВС, могут быть расположены самым случайным образом на территории, где создается вычислительная сеть. Следует заметить, что для способа обращения к передающей среде и методов управления сетью небезразлично, как расположены абонентские ЭВМ. Поэтому имеет смысл говорить о топологии ЛВС.

Топология ЛВС – это усредненная геометрическая схема соединений узлов сети.

Топологии вычислительных сетей могут быть самыми различными,
но для локальных вычислительных сетей типичными являются всего три: кольцевая, шинная, звездообразная.

Иногда для упрощения используют термины – кольцо, шина и звезда.

Любую компьютерную сеть можно рассматривать как совокупность узлов.

Узел – любое устройство, непосредственно подключенное к передающей среде сети.

Топология усредняет схему соединений узлов сети. Так, и эллипс,
и замкнутая кривая, и замкнутая ломаная линия относятся к кольцевой топологии, а незамкнутая ломаная линия – к шинной.

Кольцевая топология предусматривает соединение узлов сети замкнутой кривой – кабелем передающей среды. Выход одного узла сети соединяется со входом другого. Информация по кольцу передается от узла к узлу. Каждый промежуточный узел между передатчиком и приемником ретранслирует посланное сообщение. Принимающий узел распознает и получает только адресованные ему сообщения. Однако последовательная дисциплина обслуживания узлов такой сети снижает ее быстродействие, а выход
из строя одного из узлов нарушает целостность кольца и требует принятия специальных мер для сохранения тракта передачи информации.

Шинная (линейная) топология позволяет передавать данные от узла сети по шине в обе стороны. Промежуточные узлы не транслируют поступающих сообщений. Информация поступает на все узлы, но принимает
сообщение только тот, которому оно адресовано. Дисциплина обслуживания параллельная. Сеть легко наращивать и конфигурировать, а также адаптировать к различным системам. Сеть, построенная по шинной топологии, устойчива к возможным неисправностям отдельных узлов.

Звездообразная топология базируется на концепции центрального узла, к которому подключаются периферийные узлы. Каждый периферийный узел имеет свою отдельную линию связи с центральным узлом. Вся информация передается через центральный узел, который ретранслирует, переключает и маршрутизирует информационные потоки в сети. Звездообразная топология значительно упрощает взаимодействие узлов ЛВС друг
с другом, позволяет использовать более простые сетевые адаптеры. В то же время работоспособность ЛВС со звездообразной топологией целиком
зависит от центрального узла.

В реальных вычислительных сетях могут использоваться более сложные топологии, представляющие в некоторых случаях сочетания рассмотренных.

Для расширения возможностей нескольких ЛВС они могут объединяться.

Для выполнения функций коммутации используются специальные устройства – концентраторы.

Концентратор – устройство, коммутирующее несколько каналов связи на один путем частотного разделения.

В ЛВС, где физическая передающая среда представляет собой кабель ограниченной длины, для увеличения протяженности сети используются специальные устройства – повторители.