Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра «Электроника»

 

 

А.Б.Берикулы, А.Т.Ибраев, У.К.Дегембаева 

Основы радиотехники электроники и телекоммуникации 1

Учебное пособие

 

 

Алматы 2011

 

УДК 621.37(075.8) 

ББК 32.84я73

Б45 Основы радиотехники электроники и телекоммуникации:

Учебное пособие / А.Б.Берикулы, А.Т.Ибраев, У.К.Дегембаева;

АУЭС. Алматы, 2011. – 85 с. 

ISBN 978-601-7307-23-3

 

Пособие охватывает классические разделы теории информации и передачи по каналам связи, вопросы аналого-цифрового преобразования и основы теории кодирования. В соответствии с направленностью учебного пособия обращается внимание на информационные основы на основы передачи информации.

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности: 050719 – Радиотехника, электроника и  телекоммуникации 

Ил.40, табл.7, библиогр. – 21 назв. 

 

ББК 32.84я73

  

РЕЦЕНЗЕНТ: КазНТУ, д-р техн. наук, М.Ш.Нурманов

       АУЭС, канд. техн. наук, Б.С.Байкенов

 

Печатается по тематическому плану издания Министерства образования и науки Республики Казахстан на 2011 г.

 

ISBN 978-601-7307-23-3

 

© НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2011 г.

Содержание 

Введение

4

1 Современная элементная база электроники. Микропроцессоры, микроконтроллеры и память                  

5

                1.1 История развития микропроцессоров

5

                1.2 Принципы работы информационно-управляющих систем

9

2 Цифровые схемы. Электронные  счетчики и регистры.

13

                  2.1 Цифровые автоматы в схемотехнике

14

3 Аналоговые схемы. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи                                                                      

14

4 Цифровая  обработка сигналов и сигнальные процессоры

24

5 Устройство компьютера. Этапы развития компьютерной техники и микропроцессоров

28

         5.1 Роль и значение информационных революций

28

  5.2 Функционально- структурная организация

30

6 Электронные технологии обработки информации. Электронная коммерция                                                         

34

               6.1 Lotus Notes

35

               6.2 Электронное правительство

 

7 Роль стандартов в области инфокоммуникационных технологий, виды стандартов для систем и сетей.

              7.1 Семиуровневая эталонная модель взаимодействия открытых систем (модель OSI)                                               

40

          7.2 Компьютерные и телекоммуникационные сети      

43

8 Технологии локальных сетей. Ethernet И Token Ring. Fast Ethernet. Gigabit Ethernet И 10 G igabit Ethernet

53

           8.1 Методы доступа и протоколы передачи данных

59

8.1.1 Метод доступа Ethernet                                                   

59

              8.1.2 Тонкий коаксиальный кабель

62

8.1.3 Неэкранированная витая пара                                         

64

9 Беспроводные локальные сети (WLAN)

65

               9.1 Технологии беспроводного доступа. Технологии Wi-Fi

70

10 Проблема «последняя миля». DSL-технология. технология HPNA. Домашние сети. «Дальнобойный Еthernet»

74

10.1Технологии хDSL                                                              

75

10.1 Технологии HPNA                                                            

 

Заключение

80

 

 

 Введение 

В настоящее время среди приоритетов, связанных с созданием необходимых условий для высокого качества образования на первый план выступают те, которые связаны с фундаментализацией содержания образования, социализацией и гуманизацией личности, применению в учебном процессе новых информационных и коммуникационных технологий.

Информационные и коммуникационные технологии постоянно развиваются. Постепенно происходит универсализация ведущих технологий, то есть вместо создания для решения каждой задачи собственной технологии разрабатываются мощные универсальные технологии, допускающие много вариантов использования. Хорошо знакомый пример – офисные системы программного обеспечения, в которых можно производить множество разнообразных действий, от простейшего набора текста до создания специальных программ (например, начисления заработной платы с помощью табличного процессора).

Универсализации информационных технологий способствует широкое использованием мультимедиа. Современная мультимедийная система способна объединить функции, например, компьютера, телевизора, радиоприемника, телефона, автоответчика, факса, обеспечивая при этом и доступ к сетям передачи данных.

Существование вычислительной техники приводит к персонализации и миниатюризации устройств хранения информации.

Крошечные, умещающиеся на ладони устройства, имеющие все функции персонального компьютера, позволяют человеку обзавестись собственным универсальным справочником, объем информации в котором сопоставим с несколькими энциклопедиями. Поскольку это устройство может быть подключено к сети, то оно же передает и оперативные данные, например: о погоде, текущем времени, состоянии пробок на дорогах и т. д.

Принимая во внимание особенности инфокоммуникационных услуг, перспективные сети связи должны обладать свойствами:

-  мультисервисности (независимости технологий предоставления услуг от транспортных технологий);

- широкополосности (возможности гибкого и динамического изменения скорости передачи информации в широком диапазоне);

- мультимедийности (способности передачи многокомпонентной информации (речь, данные, видео, аудио));

- инвариантность доступа (возможности организации доступа к услугам независимо от используемой технологии);

- многооператорности (возможности участия нескольких операторов в процессе предоставления услуги и разделения их ответственности в соответствии с их областью деятельности).

 

1 Современная элементная база электроники

 

1.1 История развития микропроцессоров

 

Все персональные компьютеры и растущее число наиболее современного оборудования работают на специальной электронной схеме, названной микропроцессором. Часто его называют компьютер в чипе. Современный микропроцессор- это кусочек кремния, который был выращен в стерильных условиях по специальной технологии.

Полупроводники

Человек научился помещать примеси других атомов в кристаллическую решетку без разрушения этой сложной конструкции. Примеси позволили кремнию изменить свои свойства, касающиеся проводимости электрического тока. Эти свойства позволили отнести материал к новому классу – классу полупроводников. Этот термин отражает промежуточные свойства материала по способности проводить электрический ток: хуже, чем у проводников (медь), но лучше чем у изоляторов (синтетическое покрытие проводников).

Внесение примесей

Хотя эту неуловимую трансформацию материала логично описать в книге по производству металлов, эти средние свойства – проводить электрический ток – с самого начала их выявления обещали произвести революцию в электронике. В 1947 году ученые лаборатории Bell осторожно внесли примесь в кремниевый кристалл, разделив его кристаллическую решетку на три тонких слоя. Этот  сэндвич позволил перемешать атомы различных материалов в кристаллической решетке.

Транзисторы

Таким образом, получился первый транзистор – крошечная пластина серебристого кремния, способная проводить электронный поток, причем входной поток, поступавший на один электрод, преобразовывался и имел уже другие значения на двух других электродах.

 Транзисторы были прорывом в будущее. Они позволили отказаться от электронных вакуумных ламп.

Аналоговые и цифровые схемы

Электрические преобразования можно проводить двумя путями. Слабый сигнал может быть усилен в сигнал точно такой же  формы, как оригинал, но с гораздо большими значениями. Этот процесс получения большего аналога малого сигнала получил название аналогового преобразования. А сам сигнал назван аналоговым. Такое преобразование можно использовать для усиления звука, когда мы получаем точно такой формы, но гораздо большего значения.

 И, напротив, малый сигнал можно увеличить до большого и, наоборот, большой уменьшить до малого, игнорируя все промежуточные значения. В результате мы получим серию импульсов, которые могут быть использованы для кодировки значений каких-либо величин. Например, семью импульсами можно представить цифру семь. Точно так же можно закодировать любые цифры. Отсюда электронные устройства, использующие подобную технологию,  названы цифровыми.

Цифровая логика

Само по себе включение одного выключателя другим может быть бесполезным, однако транзистор может быть включен комбинацией сигналов точно так же, как и одиночным импульсом. Действительно, транзисторная схема может быть разработана так, что она сформирует сигнал только после того, как получит два входных. Другая схема может то же самое только тогда, когда на ее входах нет ни одного входного сигнала, или когда присутствует хотя бы один. Такие схемы называются логическими вентилями. Они получили такое имя, потому что подобно обычным вентилям, могут пропускать, когда они открыты, либо не пропускать в закрытом состоянии, электрические сигналы. Эти функции позволяют реализовать принципы формальной логики.

Первые компьютеры были созданы по принципу логических вентилей, хотя они были разработаны не на транзисторах. И вакуумные лампы, и реле могут работать по тому же принципу логических вентилей. У транзисторов большое преимущество – они меньше и быстрее. Они так малы, что сотни тысяч могут разместиться на пластине кремния с ноготь человека.

Интегральные схемы

Микропроцессор представляет собой большую совокупность простых транзисторов, которая называется интегральной схемы или ИС, потому что они функционируют как много отдельных транзисторов и других устройств, интегрированных и реализованных на одной маленькой кремниевой пластине. Часто эту большую интегральную микросхему называют просто чипом.

Конструкция этих элементов выросла за пределы просто кристалла. Микропроцессор – это только одно устройство из большого числа интегральных схем, с помощью которых теперь реализуют огромное множество всевозможных приборов, начиная от аудио до часов. В микропроцессоре тысячи транзисторов соединены таким образом на кремниевой пластине, что одно и то же множество входных сигналов. Микропроцессоры отличаются от других интегральных схем, созданных на том же множестве транзисторов, тем, что преобразование сигнала происходит в соответствии с поступившем входным             сигналом только внутри самой микросхемы.

Внутренности микропроцессора

Большинство микропроцессоров имеют специально встроенные области памяти, названные регистрами, в которых они осуществляют все свои манипуляции и расчеты. Например, для того, чтобы сложить два числа, первое помещается сначала в регистр, затем другое прибавляется и сумма остается внутри регистра.

         Сигналы, путешествующие по микропроцессору, представляют сбой серию цифровых импульсов. Их перемещение происходит почти одновременно – параллельно по нескольким проводникам. Каждая серия таких импульсов представляет собой отдельную команду, реализующую определенную функцию микропроцессора. Каждая команда имеет для идентификации свое имя. Полный набор реализуемых функций и их имена называются множеством микрокоманд процессора.

Внутренняя структура кремния микропроцессора определяет, что он делает по каждому входному сигналу. В результате компьютерная программа для микропроцессора встраивается в его техническое обеспечение. Эта программа называется микрокодом для микропроцессора.

Соединение микропроцессоров

Помимо работы с внутренней памятью и манипуляций цифровыми битами микропроцессоры должны каким-то образом получать входную информацию и выдавать полученные результаты. Для реализации этой связи с внешним миром разработана микропроцессорная шина данных. Кроме того, микропроцессору необходимо каким-то образом определять,  где хранятся данные во внешней памяти. Для этой цели придумана другая шина, названная адресной. Название говорит о том, что она используется для определения местонахождения необходимой информации.

Микропроцессоры отличаются по находящимся в их распоряжении ресурсами, что в свою очередь влияет на скорость их работы. Микропроцессоры могут отличаться не только числом регистров, но и размерами самих регистров. Регистры характеризуются числом битов, с которыми он может работать в единицу времени. Например, 16-битному необходим один или более регистров размерностью в 16-бит.

История развития микропроцессоров – это история увеличения размеров их регистров и ширины шины. С каждым новым поколением микропроцессоров увеличивался размер регистров и шире становилась адресная шина. В результате персональные компьютеры становились мощнее.

Четырехбитное мышление

Первый микропроцессор был изготовлен в 1971 году фирмой Intel Corporation. Это был четырехбитный микропроцессор 4004. Эти 4 бита позволяли кодировать все  цифры и символы, что было достаточно для математических расчетов. Микропроцессор мог складывать, вычитать и умножать точно так же как это делают  его старшие братья, хотя и не так быстро.

Теперь несколько слов о том, как был разработан 4004. Чип был разработан Тедом Хоффом из Intel Corporation. Первое упоминание о нем появилось в 1969 году в отчете по работам с несуществующей теперь японской компанией Busicom. Японцы заказали изготовить двенадцать типов микросхем для использования их в калькуляторах различных моделей. Малый объем каждой партии микросхем увеличивал стоимость их разработки. Однако Хоффу удалось создать такой чип, который мог использоваться во всех калькуляторах. Микросхема работала прекрасно и  открыла век дешевых калькуляторов. Она явилась прекрасной базой для разработки программируемых устройств того времени.

Восьмибитные чипы

Солидные машины работают не только с цифрами, но так же и с текстами. Микропроцессор 4004 не обладал всеми этими способностями. Изготавливая микропроцессор для более широких целей, необходимо было увеличить размер его регистров. Это позволило бы ему понимать все буквы и цифры. Использование 6 бит позволяет различать все малые и большие буквы и цифры (можно закодировать 64 символа). Но при этом остается мало значений для кодировки знаков пунктуации и управляющих символов. В результате в 1972 году появился восьмибитный микропроцессор Intel 8008. Размер его регистров соответствовал стандартной единице цифровой информации – байту.

        Процессор 8008 являлся простым развитием 4004. Это был интересный и работоспособный микропроцессор. Его широко использовали при производстве персональных компьютеров.

           Intel продолжал развиваться (как и вся отрасль), и в 1974 году был создан гораздо более интересный микропроцессор 8080. С самого начала разработки он закладывался как 8-битный чип. У него было более широкое множество микрокоманд (множество микрокоманд 8008 было расширено). Кроме того, это был первый микропроцессор, который мог делить числа.

           Несколько инженеров фирмы имели идеи по усовершенствованию 8080. Они покинули Intel, чтобы реализовать их. Ими была организована Zilog Corporation, которая подарила миру микропроцессор Z80. В действительности Z80 являлся дальнейшей разработкой микропроцессора 8080. Было просто увеличено число его команд, что позволило создать и использовать на персональных компьютерах стандартные операционные системы.

        Разработанная Digital Research операционная система, представляющая собой специальную программу, связывающую микропроцессор и остальные устройства технического обеспечения (например, оперативная память), была названа Control Program for Microcomputers (CP/M). Ее прародителями являлись операционные системы больших ЭВМ, но и размеры ее были гораздо скромнее, что давало возможность работать на микропроцессоре. Далекая от совершенства, она работала довольно надежно, что позволило ей стать своего рода стандартной для профессиональных  пользователей малых компьютеров. Она помогла программистам, работавшим ранее на больших ЭВМ, адаптироваться к персональным компьютерам. Хотя СР/М предназначалась для 8080, Z80 раскрывал большие возможности для системных работ.

          Тем временем Intel продолжал работы над 8-битным 8008, был разработан микропроцессор 8085, который работал от 5В и требовал меньше вспомогательных микросхем. Новшества разработки включали вектор прерываний и серию портов ввода-вывода. Теперь малые компьютеры стали непобедимыми!

  

1.2 Принципы работы информационно-управляющих систем

 

Реализовать системы контроля, измерения и управления любым технологическим процессом, в том числе и информационно-управляющие системы, ориентированные на решение задач передачи данных, измерения параметров устройств автоматики и телемеханики, можно двумя способами: жёстким (аппаратурным); гибким (перепрограммируемым).

        Первый способ заключается в построении электронных  схем, способных однозначно решать поставленные задачи.

         Второй способ используется в случае, если перечень рабочих функций значителен, и возникает необходимость переориентации системы на решение тех или иных задач.

Классификация микроЭВМ

Все микроЭВМ по конструктивному исполнению можно разделить на три основных класса: встраиваемые; автономные; персональные ЭВМ.

Характерным признаком встраиваемых микроЭВМ является отсутствие, как правило, в ее составе средств связи с пользователем. МикроЭВМ связана только с датчиками, вырабатывающими входные сигналы, и с объектами управления. Программы работы встраиваемых микроЭВМ размещаются в ПЗУ. Конструктивно встраиваемые микроЭВМ выполняют в виде отдельных БИС либо на основе МПК БИС различных серий в виде отдельной платы или набора плат с разъемами для подключения к электронным схемам изделия, в которое они встраиваются. В практике разработки и применения встраиваемых микроЭВМ, сложившейся к настоящему времени, можно выделить три основных направления.

Встраиваемые

1) Одноплатные микроЭВМ без средств связи со стандартными внешними устройствами, ориентированные на самостоятельное использование. Такого типа микроЭВМ принято называть микроконтроллерами

Термин «микроконтроллер» (МК) вытеснил из употребления ранее использовавшийся термин «однокристальная микро-ЭВМ». Первый же патент на однокристальную микро-ЭВМ был выдан в 1971 году инженерам М. Кочрену и Г. Буну, сотрудникам Texas Instruments. Именно они предложили на одном кристалле разместить не только микропроцессор, но и память, устройства ввода-вывода. С появлением однокристальных микро-ЭВМ связывают начало эры компьютерной автоматизации в области управления. По-видимому, это обстоятельство и определило термин «микроконтроллер» (control - управление). В 1979 году НИИ ТТ разработали однокристальную 16-разрядную ЭВМ К1801ВЕ1, архитектура которой называлась «Электроника НЦ»[1]. В 1980 году фирма Intel выпускает микроконтроллер i8048. Чуть позже в этом же году Intel выпускает следующий микроконтроллер: i8051. Удачный набор периферийных устройств, возможность гибкого выбора внешней или внутренней программной памяти и приемлемая цена обеспечили этому микроконтроллеру успех на рынке. С точки зрения технологии микроконтроллер i8051 являлся для своего времени очень сложным изделием - в кристалле было использовано 128 тыс. транзисторов, что в 4 раза превышало количество транзисторов в 16-разрядном микропроцессоре i8086.

На сегодняшний день существует более 200 модификаций микроконтроллеров, совместимых с i8051, выпускаемых двумя десятками компаний, и большое количество микроконтроллеров других типов. Популярностью у разработчиков пользуются 8-битные микроконтроллеры PIC фирмы Microchip Technology и AVR фирмы Atmel, шестнадцатибитные MSP430 фирмы TI, а также ARM, архитектуру которых разрабатывает фирма ARM и продаёт лицензии другим фирмам для их производства.

Микроконтроллеры (МК) являются функционально законченными устройствами, имеют программно-управляемые каналы связи с объектами управления, объемы ПЗУ (ППЗУ), достаточные для хранения программ работы МК и исключающие необходимость ввода программ с внешних носителей.

 

1

 

Рисунок 1 – Микроконтроллер PC/4

 

          Программная реализация задач управления и контроля стала особенно удобной с появлением микропроцессоров (МП), обладающих наборами команд, обеспечивающих функционирование МП в различных технологических структурах. Микропроцессор - самостоятельное или входящее в состав микро-ЭВМ устройство обработки информации, выполненное в виде одной или нескольких больших интегральных схем.                                 

МикроЭВМ (микропроцессорная ЭВМ) - электронная вычислительная машина основу, которой составляет микропроцессор, дополненный запоминающим устройством, устройствами ввода-вывода данных и набором средств связи. Отличается малыми габаритными размерами, удобством эксплуатации, низкой стоимостью. МикроЭВМ является универсальным, программно - управляемым устройством, т. е. настраивается на выполнение тех или иных функций с помощью хранимой в ее памяти программы.       

В технологическом процессе на производстве отдельно микроЭВМ редко используются, при помощи средств связи они объединяются в единую сеть, образуя микропроцессорную систему.

Микропроцессорная система – множество микропроцессорных элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, образующих определенную целостность, единство, имеющих единый системный подход в системотехнике, анализе и т. д. Организация микропроцессорных информационно-управляющих систем определяется видом периферийного оборудования, возможностями подключения дополнительных ВУ и способом связи основных элементов системы между собой

Выпускают модели двух видов: закрытая и открытая.

Закрытая модель ориентирована на самостоятельное использование и рассчитана на связь с объектом управления только по программируемым цифровым каналам ввода-вывода.

 

 

Рисунок 2 - Закрытая модель

 

2) Одноплатные микроЭВМ, предназначенные как для

самостоятельного использования, так и в составе автономных многоплатных микроЭВМ.

3) Однокристальные микроЭВМ представляют собой набор функций, присущих микроЭВМ, выполненный в виде одной БИС.

 

 

adam-big.jpg (6623 bytes)

 

Рисунок 3 – Микроконтроллер ADAM

Ограничения по цене и энергопотреблению сдерживают также рост тактовой частоты контроллеров. Хотя производители стремятся обеспечить работу своих изделий на высоких частотах, они, в то же время, предоставляют заказчикам выбор, выпуская модификации, рассчитанные на разные частоты и напряжения питания. Во многих моделях микроконтроллеров используется статическая память для ОЗУ и внутренних регистров. Это даёт контроллеру возможность работать на меньших частотах и даже не терять данные при полной остановке тактового генератора. Часто предусмотрены различные режимы энергосбережения, в которых отключается часть периферийных устройств и вычислительный модуль.

Кроме ОЗУ, микроконтроллер может иметь встроенную энергонезависимую память для хранения программы и данных. Во многих контроллерах вообще нет шин для подключения внешней памяти. Наиболее дешёвые типы памяти допускают лишь однократную запись. Такие устройства подходят для массового производства в тех случаях, когда программа контроллера не будет обновляться. Другие модификации контроллеров обладают возможностью многократной перезаписи энергонезависимой памяти. В отличие от процессоров общего назначения, в микроконтроллерах часто используется гарвардская архитектура памяти, то есть раздельное хранение данных и команд в ОЗУ и ПЗУ соответственно.

Неполный список периферии, которая может присутствовать в микроконтроллерах, включает в себя: различные интерфейсы ввода-вывода, такие как UART, I²C, SPI, CAN, USB, ETHERNET; аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи; компараторы; широтно-импульсные модуляторы; таймеры; контроллеры бесколлекторных двигателей; контроллеры дисплеев и клавиатур; радиочастотные приемники и передатчики; массивы встроенной флеш-памяти.

                       Классы микроконтроллеров

Все микроконтроллеры можно условно разделить на 3 класса: 8-разрядные; 16- и 32- разрядный; Цифровые сигнальные процессоры (DSP). Наиболее распространённым семейством микроконтроллеров являются 8-битные микроконтроллеры, широко используемые в промышленности. В то время как 8-разрядные процессоры общего назначения полностью вытеснены более производительными моделями, 8-разрядные микроконтроллеры продолжают широко использоваться. Это объясняется тем, что существует большое количество применений, в которых не требуется высокая производительность, но важна низкая стоимость. В то же время есть и микроконтроллеры, обладающие большими вычислительными возможностями, например, цифровые сигнальные процессоры.

 

Основная литература: 1[3-17];  2 [5-15].

Дополнительная литература:  1 [12-18]; 3 [16-25].

 

Контрольные вопросы.

 

1)                                                                                                                                                                                                                                  Определение и функции цифровых устройств.

2)                                                                                                                                                                                                                                  Основые части цифровых операционных устройств.

3)                                                                                                                                                                                                                                  Какие устройства являются операционными устройствами?

4)                                                                                                                                                                                                                                  Классификация микроЭВМ.

5)                                                                                                                                                                                                                                  Основные элементы закрытой модели микроконтроллера?

6)                                                                                                                                                                                                                                  Какие типы микроЭВМ называют микроконтроллерами?

7)                                                                                                                                                                                                                                  Классы микроконтроллеров.

2 Цифровые схемы. Электронные  счетчики и регистры. Цифровые автоматы

 

Цифровым устройством (ЦУ) называется устройство, служащее для преобразования дискретной информации, представленной в виде цифр. Математической моделью цифрового устройства является цифровой автомат. Чаще всего в цифровых устройствах используется стандартный двоичный алфавит (0 или 1).

Цифровые устройства преобразовывают дискретную информацию, представленную в виде слов. При этом в ЦУ используются сигналы – материально- энергетическая форма представления информации.    

Двоичная цифра в ЦУ отображается состоянием составляющих его элементов, а при передаче информации от элемента к элементу - электрическими сигналами в линиях связи. Состояние элементов определяется уровнем напряжения или тока на выходе элемента, либо наличием или отсутствием электрического импульса, либо фазой или частотой электрических колебаний. При этом одно из состояний элемента принимается за единицу, другое за нуль.

Среди цифровых устройств можно выделить ЦУ без памяти (комбинационные схемы) и ЦУ с памятью. Комбинационные схемы являются более простыми устройствами, представляются в виде совокупности связанных между собой определенных элементов схем, все сигналы имеют конкретное значение (0 или 1). ЦУ с памятью состоят из двух частей: комбинационной схемы и памяти.

Цифровые устройства, предназначенные для выполнения каких - либо операций (например, микропроцессор), являются цифровыми операционными устройствами (ЦОУ). Цифровое операционное устройство состоит из управляющей части (управляющий автомат) и операционной части (операционный автомат).

Разработки современных микропроцессорных управляющих систем направлены на наращивание мощности вычислителей, переход к 16-ти и 32-разрядным контроллерам и промышленным персональным компьютерам (ПК), в использовании операционных систем (ОС), построении многоуровневой иерархии интерфейсов. Подобный подход, при всех его положительных сторонах: модульности, снижении трудоемкости разработки, стандартизации протоколов и т.д., не всегда применим на железной дороге в российских условиях. Причина – значительная степень избыточности, приводящая к снижению надёжности и недопустимо высокой цене

Между тем существует и продолжает активно развиваться класс восьмиразрядных микроконтроллеров и микросхем поддержки. Они могут использоваться не только для создания простейших устройств управления: регуляторов, контроллеров различной техники, интеллектуальных периферийных модулей, но и для создания достаточно сложных локальных и распределенных комплексов железнодорожной автоматики и телемеханики, таких как автоматизированная система управления и контроля движением поездов, системы учета энергоресурсов, телеизмерения, контроля доступа, сигнализации и других. Примерами подобных микроконтроллеров могут служить семейства PICmicro (Microchip Inc.), Z8 (Zilog Inc.), COP8 (National Semiconductor Со.), AT89, ATmega (Atmel).

 

2.1 Цифровые автоматы в схемотехнике

 

Автомат – это пример устройства, реакция которого зависит не только от входа, но и от того что было раньше, то есть от состояния в предыдущий момент времени.

 Компьютер – пример цифрового автомата. Он обладает памятью, которая хранит его состояние. В зависимости от состояния компьютер выполняет то или иное действие. Синоним термину «цифровой автомат» - «конечный автомат». Первый термин подчеркивает, что автомат работает с цифрами, то есть конечными наборами символов, второй – что его память конечна.

  Отличия цифрового автомата от конечного автомата общего вида состоят в следующем:

– он предназначен для представления чисел и выполнения операций над ними, в нем на самом первом этапе, этапе синтеза одноразрядного или многоразрядного сумматора, решается проблема гонок (порождаемых задержками);

– цифровой автомат имеет погрешность представления – погрешность, которая возникает при представлении счетных или несчетных числовых систем из-за ограниченного количества разрядов и памяти. Отличия реализованной операции от арифметической в особо важных случаях выражаются дополнительными сигналами: переполнением, сигналом "машинного нуля";

– цифровой автомат слишком сложен для автоматического синтеза.

Аппаратно реализуются, в основном, сумматоры, умножители и делители. Более сложные операции сводятся к этим последним, так что арифметическое устройство используется в паре с управляющим автоматом, который реализуется либо аппаратно, либо программно.

 

           3 Аналоговые схемы. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи

 

          Цифро-аналоговые преобразователи (DACdigital-analog converter) преобразуют цифровой сигнал в аналоговый. Две самые распространенные реализации этого вида оборудования — модуляторы-демодуляторы (модемы) и преобразователи, которые используются в АТС для каждого аналогового канала.

            Модем преобразует униполярные цифровые сигналы, передаваемые компьютером, в поток аналогового сигнала. Униполярным является сигнал, в котором используется только одна полярность напряжения. Таким образом, в потоке сигнала используются либо только отрицательные, либо только положительные значения напряжения. Для передачи данных по аналоговым каналам до скорости 56 Кбит/с разработаны различные типы сжатия. При использовании подобных высокоскоростных технологий полоса пропускания ограничена из-за перекрестных наводок на стороне коммутатора телефонной станции. При передаче информации по обычным голосовым каналам с чистой скоростью 56 Кбит/с возникают проблемы, поэтому ради мирного сосуществования механизмов передачи голоса и данных с помощью модемов приходится вносить определенные ограничения.

          Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразования необходимы, так как сигнал, поступающий от компьютера, является цифровым, а линия связи — аналоговой. При использовании цифровой линии связи наподобие технологий цифровой сети с комплексным обслуживанием (Integrated Services Digital NetworkISDN) потребность в преобразовании сигнала отпадает. Единственное, что может потребоваться в таком случае — изменить формат цифрового сигнала с целью установления соответствия спецификации ISDN.

В аналоговых линиях также требуется аналого-цифровое преобразование, но только в оборудовании городской АТС. Оно необходимо, так как инфраструктура провайдера службы состоит из множества разнотипных цифровых средств передачи данных. Единственная часть сети провайдера службы, которая обычно является аналоговой — это служебные линии и связанное с ними оборудование.

В общем случае аналоговый сигнал преобразуется в цифровой, а затем мультиплексируется в канал с широкой полосой пропускания для передачи по сети провайдера службы. В удаленном офисе (т.е. удаленном коммутаторе АТС) для завершения соединения с абонентом цифровой сигнал преобразовывается обратно в аналоговый.

Конечная нагрузка канала для каждой аналоговой цепи в городской АТС также должна преобразовывать сигналы (если только она не реализована с использованием цифровых технологий модуля носителя абонентского канала (Subscriber Line Carrier — SLC), поскольку в таком случае преобразование выполняется до поступления сигнала в центральный офис). В этой книге основное внимание сконцентрировано на средствах цифровой связи, и поэтому в главе 3, "Аналого-цифровое преобразование", подробно описан процесс импульсно-кодовой модуляции6 (PCM — Pulse Code Modulation).

Рисунок 4 – Пример аналогового- цифрового преобразования

 

В микропроцессорных системах роль импульсного элемента выполняет аналого-цифровой преобразователь (АЦП), а роль экстраполятора – цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП).

Аналого-цифровое преобразование заключается в преобразовании информации, содержащейся в аналоговом сигнале, в цифровой код. Цифро-аналоговое преобразование призвано выполнять обратную задачу, т.е. преобразовывать число, представленное в виде цифрового кода, в эквивалентный аналоговый сигнал.

АЦП, как правило, устанавливаются в цепях обратных связей цифровых систем управления для преобразования аналоговых сигналов обратных связей в коды, воспринимаемые цифровой частью системы. Т.о. АЦП выполняют несколько функций, таких как: временная дискретизация, квантование по уровню, кодирование. Обобщенная структурная схема АЦП представлена на рисунке 5.

 

 

Рисунок 5

Рисунок 6

 

На вход АЦП подается сигнал в виде тока или напряжения, который в процессе преобразования квантуется по уровню. Идеальная статическая характеристика 3-разрядного АЦП приведена на рисунок 6.

Входные сигналы могут принимать любые значения в диапазоне от –Umix до Umax, а выходные соответствуют восьми (23) дискретным уровням. Величина входного напряжения, при которой происходит переход от одного зачения выходного кода АЦП к другому соседнему значению, называется напряжением межкодового перехода. Разность между двумя смежными значениями межкодовых переходов называется шагом квантования или единицей младшего значащего разряда (МЗР).  Начальной точкой характеристики преобразования называется точка, определяемая значением входного сигнала, определяемого как

 

,                                                                                                         (3.1)

 

где U0,1 – напряжение первого межкодового перехода, ULSB – шаг квантования (LSB – Least Significant Bit). Конечная точка характеристики преобразования соответствует входному напряжению, определяемому соотношением

.                                                                                            (3.2)

 

Область значений входного напряжения АЦП, ограниченная значениями U 0,1 и UN-1,N называется диапазоном входного напряжения.

 

.                                                                                                               (3.3)

Диапазон входного напряжения и величину младшего разряда N-разрядного АЦП и ЦАП связывает соотношение

 .                                                                             (3.4)

 

Напряжение

 

.                                                                  (3.5)

 

называется напряжением полной шкалы (FSR – Full Scale Range). Как правило, этот параметр  определяется уровнем выходного сигнала источника опорного напряжения, подключенного к АЦП. Величина шага квантования или единицы младшего разряда т.о. равна

 

,                                                                  (3.6)

 

а величина единицы старшего значащего разряда

.                         (3.7)

 

Как видно из рисунка 6, в процессе преобразования возникает ошибка, не превышающая по величине половины величины младшего разряда ULSB/2.

Существуют различные методы аналого-цифрового преобразования, различающиеся между собой по точности и быстродействию. В большинстве случаев эти характеристики антогонистичны друг другу. В настоящее время большое распространение получили такие типы преобразователей как АЦП последовательных приближений (поразрядного уравновешивания), интегрирующие АЦП, параллельные (Flash) АЦП, «сигма-дельта» АЦП и др.

 

            Структурная схема АЦП последовательных приближений представлена на рисунке 7.

 

Рисунок 7

 

 Основными элементами устройства являются компаратор (К), цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) и схема логического управления. Принцип преобразования основан на последовательном сравнении уровня входного сигнала с уровнями сигналов соответствующих различным комбинациям выходного кода и формировании результирующего кода по результатам сравнений. Очередность сравниваемых кодов удовлетворяет правилу половинного деления. В начале преобразования входной код ЦАП устанавливается в состояние, в котором все разряды кроме старшего равны 0, а старший равен 1. При этой комбинации на выходе ЦАП формируется напряжение, равное половине диапазона входного напряжения. Это напряжение сравнивается со входным напряжением на компараторе. Если входной сигнал больше сигнала, поступающего с ЦАП, то старший разряд выходного кода устанавливается в 1, в противном случае он сбрасывается в 0. На следующем такте частично сформированный, таким образом, код снова поступает на вход ЦАП, в нем устанавливается в единицу следующий разряд, и сравнение повторяется. Процесс продолжается до сравнения младшего бита. Т.о. для формирования N-разрядного выходного кода необходимо N одинаковых элементарных тактов сравнения. Это означает, что при прочих равных условиях быстродействие такого АЦП уменьшается с ростом его разрядности. Внутренние элементы АЦП последовательных приближений (ЦАП и компаратор) должны обладать точностными показателями лучше величины половины младшего разряда АЦП.

 

Рисунок 8 -  Структурная схема параллельного (Flash) АЦП

 

         В этом случае входное напряжение подается для сравнения на одноименные входы сразу N-1 компараторов. На противоположные входы компараторов подаются сигналы с высокоточного делителя напряжения, который подключен к источнику опорного напряжения. При этом напряжения с выходов делителя равномерно распределены вдоль всего диапазона изменения входного сигнала. Шифратор с приоритетом формирует цифровой выходной сигнал, соответствующий самому старшему компаратору с активизированным выходным сигналом. Т.о. для обеспечения N-разрядного преобразования необходимо 2N резисторов делителя и 2N-1 компаратор. Это один из самых быстрых способов преобразования. Однако, при большой разрядности он требует больших аппаратных затрат. Точность всех резисторов делителя и компараторов снова должна быть лучше половины величины младшего разряда.

            Структурная схема АЦП двойного интегрирования представлена на рисунок 9

 

Основными элементами системы являются аналоговый коммутатор, состоящий из ключей SW1, SW2, SW3, интегратор  И, компаратор К и счетчик С. Процесс преобразования состоит из трех фаз (см. рисунок 9).

 

Рисунок 10

 

На первой фазе замкнут ключ SW1, а остальные ключи разомкнуты. Через замкнутый ключ SW1 входное напряжение подается на интегратор, который в течение фиксированного интервала времени интегрирует входной сигнал. По истечение этого интервала времени уровень выходного сигнала интегратора пропорционален значению входного сигнала. На втором этапе преобразования ключ SW1 размыкается, а ключ SW2 замыкается, и на вход интегратора подается сигнал с источника опорного напряжения. Конденсатор интегратора разряжается от напряжения, накопленного в первом интервале преобразования с постоянной скоростью, пропорциональной опорному напряжению. Этот этап длится до тех пор, пока выходное напряжение интегратора не упадет до нуля, о чем свидетельствует выходной сигнал компаратора, сравнивающего сигнал интегратора с нулем. Длительность второго этапа пропорциональна входному напряжению преобразователя. В течение всего второго этапа на счетчик поступают высокочастотные импульсы с калиброванной частотой. Т.о. по истечению второго этапа цифровые показания счетчика пропорциональны входному напряжению. С помощью данного метода можно добиться очень хорошей точности не предъявляя высоких требований к точности и стабильности компонентов. В частности, стабильность емкости интегратора может быть не высокой, поскольку циклы заряда и разряда происходят со скоростью, обратно пропорциональной емкости. Более того, ошибки дрейфа и смещения компаратора компенсируются благодаря тому, что каждый этап преобразования начинается и заканчивается на одном и том же напряжении. Для повышения точности используется третий этап преобразования, когда на вход интегратора через ключ SW3 подается нулевой сигнал. Поскольку на этом этапе используется тот же интегратор и компаратор, то вычитание выходного значения ошибки при нуле из результата последующего измерения позволяет компенсировать ошибки, связанные с измерениями вблизи нуля. Жесткие требования не предъявляются даже к частоте тактовых импульсов, поступающих на счетчик, т.к. фиксированный интервал времени на первом этапе преобразования формируется из тех же самых импульсов. Жесткие требования предъявляются только к току разряда, т.е. к источнику опорного напряжения. Недостатком такого способа преобразования является невысокое быстродействие.

        АЦП характеризуются рядом параметров, позволяющих реализовать выбор конкретного устройства исходя из требований, предъявляемых к системе.

Все параметры АЦП можно разделить на две группы: статические и динамические.

Первые определяют точностные характеристики устройства при работе с неизменяющимся либо медленно изменяющимся входным сигналом, а вторые характеризуют быстродействие устройства как сохранение точности при увеличении частоты входного сигнала.

Уровню квантования, лежащему в окрестностях нуля входного сигнала соответствуют напряжения межкодовых переходов –0.5ULSB и 0.5ULSB (первый имеет место только в случае биполярного входного сигнала). Однако, в реальных устройствах, напряжения данных межкодовых переходов могут отличаться от этих идеальных значений. Отклонение реальных уровней этих напряжений  межкодовых переходов от их идеальных значений называется ошибкой биполярного смещения нуля (Bipolar Zero Error) и ошибкой униполярного смещения нуля (Zero Offset Error) соответственно.

Для того, чтобы уменьшить апертурную погрешность и т.о. ослабить ограничение на скорость изменения входного сигнала АЦП на входе преобразователя устанавливается т.н. «устройство выборки-хранения» (УВХ) (Track/Hold Unit). Упрощенная схема УВХ представлена на рисунке 11.

Рисунок 11

 

        Это устройство имеет два режима работы: режим выборки и режим фиксации.

         Режим выборки соответствует замкнутому состоянию ключа SW. В этом режиме выходное напряжение УВХ повторяет его входное напряжение. Режим фиксации включается по команде размыкающей ключ SW.

 

         Цифро-аналоговые преобразователи устанавливаются обычно на выходе микропроцессорной системы для преобразования ее выходных кодов в аналоговый сигнал, подаваемый на непрерывный объект регулирования. Идеальная статическая характеристика 3-разрядного ЦАП представлена на рисунке 12.

Рисунок 12

 

Начальная точка характеристики определяется как точка, соответствующая первому (нулевому) входному коду U00…0. Конечная точка характеристики определяется как точка, соответствующая последнему входному коду U11…1. Определения диапазона выходного напряжения, единицы младшего разряда квантования, ошибки смещения нуля, ошибки коэффициента преобразования аналогичны соответствующим характеристикам АЦП.

С точки зрения структурной организации у ЦАП наблюдается гораздо меньшее разнообразие вариантов построения преобразователя. Основной структурой ЦАП является т.н. “цепная R-2R схема” (см. рисунок 13).

 

Рисунок 13

 

       Легко показать, что входной ток схемы равен Iin=UREF/R, а токи последовательных звеньев цепи соответственно Iin/2, Iin/4, Iin/8 и т.д. Для преобразования входного цифрового кода в выходной ток достаточно собрать все токи плеч, соответствующих единицам во входном коде, в выходной точке преобразователя (см. рисунок 14).

Рисунок 14

 

        Если к выходной точке преобразователя подключить операционный усилитель, то выходное напряжение можно определить как

 

,                                                                                 (3.8)

 

где K – входной цифровой код, N – разрядность ЦАП.

 

            Все существующие ЦАП делятся на две больших группы: ЦАП с выходом по току и ЦАП с выходом по напряжению. Различие между ними заключается в отсутствии или наличии у микросхемы ЦАП оконечного каскада на операционном усилителе. ЦАП с выходом по напряжению являются более завершенными устройствами и требуют меньше дополнительных элементов для своей работы.

Амплитудно – частотная характеристика ЦАП представлена на рисунке 15.

 

Рисунок 15- Амплитудно-частотная характеристика ЦАП

 

        Как видно, на частоте 0.5ws восстанавливаемый сигнал ослабляется на 3.92 дБ по сравнению с низкочастотными составляющими сигнала. Таким образом, имеет место небольшое искажение спектра восстанавливаемого сигнала. В большинстве случаев это небольшое искажение не сказывается значительно на параметрах системы. Однако, в тех случаях, когда необходима повышенная линейность спектральных характеристик системы (например в системах обработки звука), для выравнивания результирующего спектра на выходе ЦАП необходимо ставить специальный восстанавливающий фильтр с частотной характеристикой типа x/sin(x).

 

Основная литература: 1[21-37];  2 [12-25].

Дополнительная литература:  1 [21-33]; 3 [27-37].

 

Контрольные вопросы.                                                             

 

1)                                                                                                                                                                                                                                  Назначение и функции ЦАП.

2)                                                                                                                                                                                                                                  Определение и функции АЦП?

3)                                                                                                                                                                                                                                  Какой параметр называют ступенью квантования?

 

4)Основные статические параметры ЦАП

5) Дайте определение параметру характеристика  преобразования?

6) Что называют диапазоном выходной величины?

7) Определение параметра - разрешающая способность преобразования.

4 Цифровая  обработка сигналов и сигнальные процессоры

 

Благодаря успехам микроэлектроники системы ЦОС не только воплотились в реальность, но и вошли в нашу повседневную жизнь в виде CD- и DVD-проигрывателей, модемов, сотовых телефонов и многого другого. Более того, в некоторых прикладных областях ЦОС стала вытеснять “традиционную” (аналоговую). В значительной степени это произошло в аудиотехнике, телефонии. Интенсивно идет процесс перехода телевизионного вещания на цифровую основу. Бурное развитие цифровых технологий во многом изменило как стиль самого понятия “радиотехника”, так и требования, предъявляемые к подготовке специалистов в этой области, сделав необходимыми новые знания и умения. Начавшие появляться в последнее время книги, посвященные цифровым сигнальным процессорам,  уделяют большое внимание архитектуре процессоров и средствам разработки программ для них, нежели теоретическим вопросам и алгоритмам.

 Задачи ЦОС сигнала обычно сводятся к трем действиям: ввод цифрового сигнала, или преобразование входного аналогового сигнала в цифровую форму; обработка полученного массива данных с использованием различных алгоритмов; вывод полученного результата, или обратное преобразование цифрового сигнала в аналоговую форму.

Перечисленные преобразования должны происходить по определенным правилам, смысл которых отображен на рисунке 16, где показаны основные элементы обобщенной схемы ЦОС.

На вход системы поступает ограниченный по длительности аналоговый сигнал . В силу конечной длительности сигнала его спектр бесконечен!

Бесконечность спектра является препятствием для преобразования сигнала  в цифровую форму. Для ограничения спектра используется фильтр нижних частот ФНЧ. Спектр ограничивается верхней частотой . Далее сигнал  поступает на вход аналого-цифрового преобразователя, в котором осуществляется дискретизация сигнала по времени и квантования по уровню. При дискретизации аналоговый сигнал  заменяется отсчетами мгновенных значений , взятыми через интервал времени (интервал дискретизации) Т (см. рисунок 16 а). Чем меньше интервал дискретизации Т, тем точнее последовательность отсчетов  будет отображать исходный сигнал. Интервал дискретизации определяет частоту дискретизации

 

Рисунок 16 - Обобщенная схема ЦОС

 

;.                                                                     (4.1)

 

Чем выше , тем труднее вычислителю выполнить большое количество операций над отсчетами в темпе их поступления на переработку, и тем сложнее должно быть его устройство. Таким образом, точность представления сигнала требует увеличить , а стремление сделать вычислитель как можно более простым приводит к желанию понизить .  Однако существует ограничение на минимальное значение : для полного восстановления непрерывного сигнала  по его отсчетам  необходимо и достаточно, чтобы частота дискретизации  была, как минимум, в два раза больше наивысшей частоты  в спектре передаваемого сигнала , т.е.

 

                                                                                        (4.2)

Соотношение (4.2) получило название теоремы Котельникова.

Реальные сигналы ограничены во времени, поэтому их спектр бесконечен (рисунок 16 б). Отсюда следует, что при   дискретизация невозможна. Тем не менее, в спектре любого конечного сигнала есть такие частоты, которые, начиная с некоторой , имеют незначительные амплитуды, и поэтому ими можно пренебречь без заметного искажения самого сигнала. Значения  определяется конкретным типом сигнала и решаемой задачи. Например, для стандартного телефонного сигнала

 кГц  - минимальная стандартная частота его дискретизации  кГц. Ограничение спектра до частоты  осуществляется аналоговым ФНЧ, получившем название антиэлайсингового.  Сигнал и его спектр на выходе ФНЧ изображены на рисунке 16 в. Квантование отсчетов по уровням (или квантование) производится с целью формирования последовательности чисел: весь диапазон изменения величины отсчетов разбивается на некоторое количество дискретных уровней N, и каждому отсчету по определенному правилу присваивается значение одного из двух ближайших уровней квантования, между которыми оказался данный отсчет (см. рисунок 16 е). В результате получается последовательность чисел , представляемых в двоичном коде. Количество уровней определяется разрядностью п АЦП; так если п = 3, то всего можно иметь  уровней квантования, а минимальное и максимальное значения отсчетов соответственно  и . Ясно, что квантованный отсчет отличается от выборки . Это отличие является ошибкой квантования:   

                           (4.3)

которое теме больше, чем меньше п. Максимальная ошибка квантования равна половине шага квантования , т.е

,                                                                (4.4)

 

где                                                                                                                                                                                                             

Отсюда следует, что чем больше разрядность АЦП, тем точнее представляется отсчет и тем сложнее и дороже оказывается АЦП. Современные АЦП имеют разрядность от 8 до 20. Последовательность  поступает на вычислитель, который по заданному алгоритму каждому отсчету  ставит в однозначное соответствие выходной отсчет   . Результатом обработки исходного сигнала является новая цифровая последовательность – цифровой сигнал  (cм. рисунок 16 ж), существенно отличающийся от . Количество операций (умножений, сложений, пересылок и т.д.) для получения одного отсчета  может исчисляться тысячами, поэтому вычислитель должен работать на более высокой тактовой частоте , чем , чтобы успеть произвести все необходимые действия до поступления очередного отсчета , т.е. какой бы сложности не был алгоритм, время переработки  не должно превышать периода дискретизации .

Именно при этих условиях возможна работа вычислителя в реальном масштабе времени, т.е. в темпе поступления входных отсчетов. Например, при обработке стандартного телефонного сигнала с  кГц  для обеспечения работы вычислителя в реальном масштабе времени тактовая частота должна быть, по крайней мере, 6 МГц, как в процессорах первого поколения TMS320C10. Полученные выходные отсчеты подаются на цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), формирующий ступенчатый сигнал  – (см. рисунок 16 з), который затем с помощью сглаживающего фильтра НЧ преобразуется в аналоговый выходной сигнал  (см. рисунок 16 ж). Из всего сказанного вытекает ряд ограничений, влияющих на характер и выбор элементной базы для реализации вычислителя: разность регистров вычислителя должна быть большой и превышать разность ЦАП во избежание дополнительных ошибок при округлении результатов вычислений; – тактовая частота, на которой работает вычислитель, должна в сотни раз превосходить частоту дискретизации, если предъявляются требования реального времени.

Рисунок 17 - Непериодические сигналы и их спектры

 

Основная литература: 2[48- 54];  3 [47-57].

Дополнительная литература:  2 [52-61]; 4 [58-69].     

                                                                                        

Контрольные вопросы.

                                                                                                                         

1) Задачи ЦОС?

2) Основные элементы обобщенной схемы ЦОС.

3) С какой целью используется фильтр нижних частот ФНЧ?

4) Теорема Котельникова.

5) Максимальная ошибка квантования равна?

6) Чему равна частота дискретизации?

7) Каким образом определяется количество уровней?

 

      5 Устройство компьютера. Этапы развития компьютерной техники и микропроцессоров

 

Компьютер (англ. computer – вычислитель) представляет собой программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные и производить вычисления, а также выполнять другие задачи манипулирования символами. Основу компьютеров образует аппаратура (HardWare),

построенная, в основном, с использованием электронных и

электромеханических элементов и устройств. Принцип действия компьютеров состоит в выполнении программ (SoftWare) – заранее заданных, четко определённых последовательностей арифметических, логических и других операций.

Состав вычислительной системы называется конфигурацией.  Основу построения компьютеров сформулировал в 1945 г. американский ученый Джон фон Нейман.

Компьютер должен иметь следующие устройства:

- арифметическо - логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции;

- устройство управления, которое организует процесс выполнения программ;

- запоминающее устройство, или память для хранения программ и данных;

- внешние устройства для ввода-вывода информации.

 

      5.1 Роль и значение информационных революций

 

       В истории развития цивилизации произошло несколько информационных революций — преобразований общественных отношений из-за кардинальных изменений в сфере обработки информации. Следствием подобных преобразований являлось приобретение человеческим обществом нового качества.

        Первая революция связана с изобретением письменности, что привело к гигантскому качественному и количественному скачку. Появилась возможность передачи знаний от поколения к поколениям.

Вторая (середина XVI в.) вызвана изобретением книгопечатания, которое радикально изменило индустриальное общество, культуру, организацию деятельности.

Третья (конец XIX в.) обусловлена изобретением электричества, благодаря которому появились телеграф, телефон, радио, позволяющие оперативно передавать и накапливать информацию в любом объеме.

Четвертая (70-е гг. XX в.) связана с изобретением микропроцессорной технологии и появлением персонального компьютера. На микропроцессорах и интегральных схемах создаются компьютеры, компьютерные сети, системы передачи данных (информационные коммуникации). Этот период характеризуют три фундаментальные инновации:

¾    переход от механических и электрических средств преобразования информации к электронным;

¾    миниатюризация всех узлов, устройств, приборов, машин;

¾    создание программно-управляемых устройств и процессов.

Для создания более целостного представления об этом периоде целесообразно познакомиться с приведенной ниже справкой о смене поколений электронно-вычислительных машин (ЭВМ) и сопоставить эти сведения с этапами в области обработки и передачи информации.                                                         

 Справка о смене поколений ЭВМ

      1-е поколение (начало 50-х гг.). Элементная база — электронные лампы. ЭВМ отличались большими габаритами, большим потреблением энергии, малым быстродействием, низкой надежностью, программированием в кодах.

      2-е поколение (с конца 50-х гг.). Элементная база — полупроводниковые элементы. Улучшились по сравнению с ЭВМ предыдущего поколения все технические характеристики. Для программирования используются алгоритмические языки.

      3-е поколение (начало 60-х гг.). Элементная база — интегральные схемы, многослойный печатный монтаж. Резкое снижение габаритов ЭВМ, повышение их надежности, увеличение производительности. Доступ с удаленных терминалов.

       4-е поколение (с середины 70-х гг.). Элементная база — микропроцессоры, большие интегральные схемы. Улучшились технические характеристики. Массовый выпуск персональных компьютеров. Направления развития: мощные многопроцессорные вычислительные системы с высокой производительностью, создание дешевых микроЭВМ.

       5-е поколение (с середины 80-х гг.). Началась разработка интеллектуальных компьютеров, пока не увенчавшаяся успехом. Внедрение во все сферы компьютерных сетей и их объединение, использование распределенной обработки данных, повсеместное применение компьютерных информационных технологий.

        Последняя информационная революция выдвигает на первый план новую отрасль — информационную индустрию, связанную с производством технических средств, методов, технологий для производства новых знаний. Важнейшими составляющими информационной индустрии становятся все виды информационных технологий, особенно телекоммуникации. Современная информационная технология опирается на достижения в области компьютерной техники и средств связи.

         Информационная технология (ИТ) — процесс, использующий совокупность средств и методов сбора, обработки и передачи данных (первичной информации) для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления.

Телекоммуникации — дистанционная передача данных на базе компьютерных сетей и современных технических средств связи.

 0037

 

Рисунок 18 -  Состав компьютера

5.2 Функционально - структурная организация компьютера

 

Важнейший компонент любого персонального компьютера, его «мозг» – это микропроцессор (CPU, Central Processor Unit – ЦПУ, или центральное процессорное устройство), который управляет работой компьютера и выполняет большую часть обработки информации.

Математический сопроцессор необходим при работе с векторной графикой (особенно трехмерной), электронными таблицами и т.д. При работе с форматом чисел с плавающей точкой сопроцессор работает

 в сотни раз быстрее чем ЦПУ (CPU).

В состав ЦПУ входят:

Устройство управления (УУ) воспринимает команды программ и организует их выполнение, формирует и подает во все блоки ЭВМ в нужные моменты времени сигналы управления, формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией и передает эти адреса в соответствующие блоки машины, частота управления формируется от генератора тактовых импульсов.

       Арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для выполнения логических и арифметических операций, математический сопроцессор необходим при работе с векторной графикой (особенно трехмерной), электронными таблицами, пакетами САПР, специальными математическими пакетами и т.п.

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 ( Регистры – быстродействующие ячейки памяти различной длины, в отличии от ячеек ОП, имеющих стандартную длину 1 байт и более низкое быстродействие).

Интерфейсная система микропроцессора реализует сопряжение и связь с другими устройствами ПК, включает в себя внутренний интерфейс МП, буферные регистры.и схемы управления портами ввода/вывода и системной шиной.

Оперативная память (ОЗУ – оперативное запоминающее устройство) предназначена для хранения информации, к которой приходится часто обращаться, и обеспечивает режимы ее записи, считывания и хранения. Этот вид памяти называют также памятью с произвольным доступом (Random Access Memory, RAM). По способу хранения информации оперативная память бывает статической и динамической.

Постоянная память (ПЗУ – постоянное запоминающее устройство) обычно содержит такую информацию, которая не должна меняться в ходе выполнения микропроцессором различных программ. Постоянная память имеет также название ROM (Read Only Memory), которое указывает на то, что обеспечиваются только режимы считывания и хранения. Постоянная память энергонезависима, т. е. может сохранять информацию и при отключенном питании.

Для хранения программ и данных в персональных компьютерах используют внешнюю память – различного рода накопители (НЖМД, НГМД, CD-ROM), общая емкость которых, как правило, в сотни раз превосходит емкость оперативной памяти.

Видеоадаптер (синоним – видеокарта) предназначен для хранения видеоинформации и ее отображения на экране монитора. Он непосредственно управляет монитором, а также процессом вывода информации на экран с помощью изменения сигналов строчной и кадровой развертки ЭЛТ монитора, яркости элементов изображения и параметров смешения цветов.

Сетевой адаптер (NIC) – устройство для подключения компьютера к сетевому кабелю. Он, как и любая плата расширения, рассчитан на определенный тип системной (или локальной) шины компьютера. Таким образом, NIC может использовать 8- или 16-разрядный разъем интерфейса ISA, 32-разрядные разъемы EISA, VESA или PCI.

netcard

.

Системную шину можно упрощенно представить как совокупность сигнальных линий, объединенных по их назначению (данные, адреса, управление), которые также имеют вполне определенные электрические характеристики и протоколы передачи информации. Основной обязанностью системной шины является передача информации между процессором (или процессорами) и остальными электронными компонентами компьютера. По этой шине осуществляется не только передача информации, но и адресация устройств, а также происходит обмен специальными служебными сигналами

Структурная схема ПК

 

Рисунок 19 - Структурная схема персонального компьютера

 

 

6 Электронные технологии обработки информации. Электронная коммерция

 

       С середины 90-х годов во всем мире наблюдается рост активности в области онлайновой торговли. Вслед за крупными компаниями, производящими компьютерное оборудование в Сеть стали выходить торговцы традиционными товарами (книжные магазины, магазины компакт-дисков). Сейчас практически любые товары можно купить через Сеть.

Электронная коммерция – это процесс зарабатывания денег с использованием Интернет-технологий, или это такая форма поставки продукции, при которой выбор и заказ товаров осуществляется через компьютерные сети, а расчеты между покупателем и поставщиком осуществляются с использованием электронных документов и/или средств платежа. При этом в качестве покупателей товаров могут выступать как частные лица, так и организации.

Термин "электронная коммерция" объединяет в себе множество различных технологий, в числе которых - EDI (Electronic Data Interchange - электронный обмен данными), электронная почта, Интернет, интранет (обмен информацией внутри компании), экстранет (обмен информацией с внешним миром). Таким образом, электронную коммерцию можно характеризовать как ведение бизнеса через Интернет.

Системы электронной коммерции можно разделить на два класса:

 – системы для организации розничной торговли;

 – системы для взаимодействия с деловыми партнерами.

Преимущества:

– значительно увеличивается оперативность получения информации, особенно при международных операциях;

– сокращается цикл производства и продажи, т.к. больше нет необходимости каждый раз вводить полученные документы, к тому же снижается вероятность возникновения ошибок ввода;

– значительно снижаются затраты, связанные с обменом информацией за счет использования более дешевых средств коммуникаций;

– использование Интернет - технологий электронной коммерции позволяет компании стать более открытой по отношению к клиентам;

– легко и быстро информировать партнеров и клиентов о продуктах и услугах; создавать альтернативные каналы продаж (через электронный магазин на корпоративном сайте).

Электронная коммерция - это виртуальная экономическая среда в которой осуществляется электронный бизнес, электронные расчеты по средствам Интернет - банкинга и иная электронно экономическая деятельность с использованием интерактивных возможностей.  Электронный бизнес – это деятельность компании, направленная на получение прибыли, которая основывается на цифровых технологиях  и тех преимуществах, которые они представляют. Но также электронная коммерция включает в себя деятельность провайдеров Интернет - услуг и деятельность всех прочих экономических субъектов, которые, используя каналы Интернета, организуют свою коммерческую деятельность. Провайдер Интернет-услуг - это коммерческая фирма, которая обеспечивает доступ в Интернет, поддерживает его за определенное вознаграждение и оказывает некоторые сопутствующие услуги по требованию клиентов. При коммерческом использовании возможностей Сети различными экономическими субъектами, в структуре ЭК, как правило, выделяют несколько звеньев: реклама и представление товара; осуществление операций купли-продажи через каналы Сети; послепродажные услуги клиентам; построение отношений с клиентами.

 

            6.1 Lotus Notes

 

Lotus является программным обеспечением, позволяющим управлять вашей персональной информацией. Lotus Organizer имитирует работу с обычным органайзером, в котором имеются ежедневник, список дел, адресный справочник, сведения о датах и юбилеях, план мероприятий на год и блокнот. Приобретя этот пакет, вы получите великолепную электронную записную книжку, позволяющую вести рабочие планы, а также деловые и прочие заметки, еженедельник, перечень текущих дел, список адресов, календарь и расписание встреч. В настоящее время персональный информационный менеджер Lotus Organizer помогает работать более чем 35 миллионам пользователей. Вы можете достаточно быстро освоить этот пакет и в дальнейшем легко использовать его в вашей повседневной работе. В ваших руках целый комплект инструментов для планирования собственной деятельности и анализа бизнеса. Не выходя из Lotus Organizer, вы можете управлять контактами и осуществлять набор телефонного номера, управлять списками и заметками, сортировать информацию, создавать ссылки к избранным узлам WWW и организовывать персональные встречи через Internet. Lotus Notes позволяет синхронизировать информацию электронной почты, календаря, списка задач, списка контактов и журнала IBM Lotus Notes между Lotus Notes и ведущими моделями PDA (КПК). Важнейшая информация, записанная с использованием технологии Lotus Notes, доступна из любой точки без помощи портативного компьютера. Кроме того, программа lotus notes позволяет легко получать новую информацию о встречах и контактах и даже работать с электронной почтой без доступа к своему компьютеру.

Основные достоинства: удобный интерфейс пользователя; удобный способ представления информации; дружественная навигация; возможность упорядочивания информации; возможность вести планирование мероприятий, задач и звонков;  функция оповещения о приближающихся событиях; связывать с намеченными мероприятиями; информацию о расходах;

 

 назначение повторяющихся событий; ведение списка дел; адресная книга с именами, адресами и телефонами; возможность вносить в блокнот текстовую или графическую информацию; графическое планирование мероприятий на год;  гибкие параметры управления контактами; обширный набор средств для управления информацией; необычайно быстрый доступ к нужной информации; возможность планирования деятельности сотрудников вашей компании; возможность автоматической координации графика собственной работы или деятельности целой группы; возможность планирования и организации деловых встреч в локальной сети; возможность отслеживания входящих и исходящих сообщений; передача запросов через простые средства электронной почты, совместимые со стандартом VIM (Vendor Independent Messaging) или поддерживающим интерфейс MAPI;  возможность проводить рекламную кампанию и различные рассылки с помощью встроенной в Lotus Organizer пользовательской базы cc:Mail Desktop и cc:Mail Message Transfer Agent.

Lotus поддерживает электронные органайзеры (PDA), в том числе IBM WorkPad, Texas Instruments 6960si, Psion Series 5, Sharp Zaurus, 3Com Pilot, PalmPilot, Palm III. С чем совместим Lotus Organizer? Lotus Organizer совместим с программами Organizer 1.x, 2.x, 97, 97GS, 4.x, ACT! 3.x, Outlook 97/98, Sidekick 97/98 и Day-Timer Organizer. Что мне нужно иметь, чтобы я смог работать с Lotus Organizer? Для работы с пакетом Lotus Organizer вам необходимо иметь компьютер IBM 486 с тактовой частотой 50 МГц, 8 Мб оперативной памяти (16 Мб для Windows NT), 17 Мб свободного места на диске и операционную систему Microsoft Windows 95/98 или систему Microsoft Windows NT 4.0

Установка Lotus Organizer - весьма тривиальный процесс. Вам достаточно вставить дистрибутив с программой в устройство для чтения компакт-дисков и щелкнуть два раза мышью по пиктограмме setup. В случае успешной установки инсталлятор создаст окно, в котором будет содержаться иконка Lotus Organizer. Двойной щелчок клавишей мыши на этой иконке - пойдет загрузка Lotus Organizer. Меню - Набор команд, при выборе одной из которых выполняются операции, необходимые для процесса верстки документа. Если курсор мыши окажется в одной из позиций меню, то список элементов системы меню развернется. Черный шрифт в списке элементов меню означает, что пункт меню активизирован, серые буквы -- элемент меню в данный момент недоступен.

С помощью бегунков прокрутка документа в окне осуществляется быстрее, а сам документ прокручивается пропорционально расстоянию, на которое перемещается бегунок. Что означает "выделить" что-либо? Выбор пунктов в списке, как правило, сопровождается их выделением. В некоторых списках существует возможность последовательно выделить сразу несколько пунктов. Выделение фрагмента текста производится путем перемещения мыши с нажатой левой кнопкой, либо при помощи клавиш перемещения курсора при нажатой клавише Shift. Буллет - Маркер. Элемент оформления текста. Например, маленький круг, квадрат, звездочка. Электронная почта. Вы пишите (набиваете на клавиатуре) письмо, адрес, жмете кнопку и почти моментально ваше послание читает адресат. Вещь классная. Но есть и свои недостатки. Ваше послание может прочитать практически любой юзер, хоть немного знающий нетрадиционный софт. Lotus имитирует самую обычную записную книжку. Поэтому работать в этой программе достаточно просто. Вам достаточно подвести курсор к нужному месту на экране и просто нажать левую кнопку мыши. Могу ли я сохранить файл, созданный в новой версии Organizer в качестве файла более поздней версии? Файл, созданный в новой версии Organizer недоступен для работы в старых версиях. И напротив, файл созданный в старых версиях программы можно открыть в новой.  В Lotus одновременно можно открыть только один файл.

Если вы используете Lotus в сети, в которой другие пользователи могут иметь доступ к вашим файлам, вы можете запретить пользоваться файлом более, чем одному члену сети. По умолчанию определен однопользовательский доступ к файлу. Если же вы используете Lotus Organizer в сети, в которой другие пользователи могут иметь доступ к вашим файлам, вы можете разрешить пользоваться файлом нескольким членам сети, то вы можете выбрать опцию Multi-user access Lotus Organizer. Как мне защитить сохраняемый файл? Для этого вам надо определить тип доступа к сохраняемому файлу. В диалоге Save as с помощью кнопки Passwords вы получите доступ к диалоговому окну, с помощью которого вы можете определить тип доступа к сохраняемому файлу. Organizer позволяет использовать три уровня защиты вашего файла через три различных пароля: полный доступ ко всей информации в файле, включая конфиденциальную, полный доступ ко всей информации в файле, за исключением конфиденциальной и ограниченный доступ ко всей информации, кроме конфиденциальной. Помните, что в Lotus Organizer ввод любого пароля чувствителен к верхнему и нижнему регистрам.

 

6.2 Электронное правительство

 

Электронное правительство (е-правительство) – система, обеспечивающая прямую связь населения с правительством страны. Это процесс непрерывной оптимизации процесса предоставления услуг, политического участия граждан и управления путем изменения внутренних и внешних отношений при помощи технических средств.

Государство – один из главных лидеров перехода общества в информационную эру. У государства действительно уникальное положение, чтобы быть катализатором перемен. Информационное общество подталкивает многие организации к принятию концепции «электронного правительства». Они ищут возможность предоставлять услуги для населения в интегрированном электронном виде, преодолеть информационное неравенство, обеспечивать обучение на протяжении всей жизни, перестроить отношения с клиентами, способствовать развитию экономики, установить разумные правила и нормы и создать форму правления с большим участием людей. В конечном итоге, автоматизация государственных служб может привести к «прямой демократии» (без промежуточных звеньев).

Электронное правительство - концепция осуществления государственного управления, присущая информационному обществу. Основывается на возможностях информационно-телекоммуникационных технологий и ценностях открытого гражданского общества. Характеризуется направленностью на потребности граждан, экономической эффективностью, открытостью для общественного контроля и инициативы.

Состоит из трех основных модулей:

– G2G, government to government, правительство правительству;

– G2B, government to business, правительство бизнесу;

G2C, government to citizens, правительство гражданам.

Включает онлайновые сервисы для граждан и бизнесов на едином портале. Электронный документооборот в правительственных и парламентских структурах, общую для разных правительственных структур базу данных для предотвращения дублирования информации и повторных затрат, часто – закрытую специализированную информационную сеть (интранет) для внутри правительственных трансакций (напр. Govnet), разветвленную информационно-телекоммуникационную инфраструктуру, системы криптографии и прочие способы защиты информации.

В том числе и персональных данных, цифровую подпись, электронный ключ, смарт-карты, другие средства санкционирования доступа к информации и операций с ней. 

Модули электронного  правительства. Модуль G2C обеспечивает легкий выход на страницу нужной структуры через общий портал, модуль G2B позволяет просто оформить разрешения и лицензии, кредиты и льготы, почти не тратя время на заполнение форм, так как обращается за необходимыми персональными данными к ресурсам модуля G2G. Идеальные условия для замыкания каждого в собственном мире, оборудованном электронным интерфейсом для решения текущих вопросов. И на социум действует не просто сумма влияний трех модулей. Следует учитывать так же и обратные векторы влияния, соответственно B2G, C2G и, обычно целый комплекс G2G - разнонаправленного взаимодействия отдельных ветвей власти, уровней, ведомств и т.п. Не исчезает и влияние других модулей (в частности, наиболее значимых - В2В (бизнес бизнесам), В2С (бизнес клиенту), С2В (клиент бизнесу). Это уже модули не электронного правительства.

 Таким образом, ЭП имеет следующие основные цели:

– оптимизация предоставления правительственных услуг населению и бизнесу;

– повышение степени участия всех избирателей в процессах руководства и управления страной;

– поддержка и расширение возможностей самообслуживания граждан;

– рост технологической осведомленности и квалификации граждан;

– снижение воздействия фактора географического местоположения.

Таким образом, создание ЭП должно обеспечить не только более эффективное и менее затратное администрирование, но и кардинальное изменение взаимоотношений между обществом и правительством. В конечном счете, это приведет к совершенствованию демократии и повышению ответственности власти перед народом. Переход к «электронному правительству» начинается с выхода учреждений в Интернет, что приводит к фундаментальному переосмыслению структуры и роли государственных служб. Гражданин будет находиться «у руля», а государственные услуги и информация будут предоставляться в то время, в том месте и в том виде, как этого захотят люди. Удачно реализованные электронные государственные услуги будут открытыми, общедоступными, ориентированными на пользователя, интегрированными и основанными на принципе партнерства государства и частного сектора. Они не только привлекут тех людей, которые уже подключены к Интернету, но и смогут привести в Сеть тех, кто еще не знаком с ней. Главное для достижения этой цели  - предоставить дополнительные услуги гражданам и частным компаниям. В наиболее полном смысле, «электронное правительство» - это та инфраструктура, которую сегодня создают государственные органы, чтобы перейти к новым способам выполнения своих задач. Они состоят из трех видов ИТ - средств  – инфраструктуры, вертикальных решений и различных точек доступа, таких как общественные порталы.

36346

 

Рисунок 20 – Структура взаимодействия

 

Основная литература: 1[3-17];  2 [5-15].

Дополнительная литература:  1 [12-18]; 3 [16-25].          

 

Контрольные вопросы.

                                                                                                                                                                                                                                                

1) Что означает термин «электронная коммерция»?

2) Классы систем ЭК.

3) Преимущества электронной коммерции.

4) Функции программы Lotus Notes.

5) Преимущества Lotus Notes.

6)Функции  и задачи «электронного правительства».

7)Модули электронного  правительства.

 

7 Роль стандартов в области инфокоммуникационных технологий, виды стандартов для систем и сетей

 

 7.1 Семиуровневая эталонная модель взаимодействия открытых систем (модель OSI)

 

Международная организация стандартизации (ISO, International Organization for Standardization) начала разработку модели открытого системного взаимодействия (OSI, Open Systems Interconnection) в 1977 г. С тех пор она стала широко использоваться для пояснения сетевых коммуникаций. Для осуществления взаимодействия компьютеров друг с другом нужно принять некие правила ком­муникаций. Такие правила должны быть четко определены, чтобы в сети с разнообразными сетевыми устройствами происходил обмен данными. Модель OSI (и сетевые модели, разработанные другими ор­ганизациями) пытается определить правила, относящиеся к следующим вопросам: способы установки связи и обмена данными между сетевыми; устройствами при использовании ими "разных языков";  методы, позволяющие сетевым устройствам знать, когда нужно  передавать данные, а когда нет; методы, обеспечивающие корректное получение передаваемой по сети информации нужным адресатом;  организация и соединение физической среды передачи данных; поддержание нужной скорости передачи данных всеми сетевыми устройствами; методы представления битов в среде передачи данных.

Модель OSI не описывает нечто реальное – это концептуальная основа, позволяющая лучше понять сложные механизмы взаимодействия различных устройств в сети. В процессе коммуникаций модель OSI не выполняет никаких функций. Фактическая работа осуществляется программным и аппаратным обес­печением. Модель OSI лишь определяет соответствующие аппаратные средства и ПО, а также сетевые протоколы, выполняющие данные задачи. Модель имеет следующие семь уровней:

 

Рисунок 21

 

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 (API для передачи информации приложениями).

Физический уровень

ISDN

RS-232

Канальный уровень

Ethernet

Token ring

Fibre Channel

HDLC

Сетевой уровень

ICMP

IP

IPX

Транспортный уровень

SPX

TCP

UDP

RTCP

Прикладной уровень

binkp

DHCP

DNS

Finger

FTP

Gnutella

Gopher

HTTP

HTTPS

IMAP

IRC

Jabber

LDAP

NTP

NNTP

POP3

SSH

SMTP

Telnet

SNMP

 

Маршрутизация (англ. Routing) — процесс определения маршрута следования информации в сетях связи.

Маршруты могут задаваться административно (статические маршруты), либо вычисляться с помощью алгоритмов маршрутизации, базируясь на информации о состоянии сети, полученой с помощью протоколов маршрутизации (динамические маршруты).

Статические маршруты могут быть:

– маршруты не изменяющиеся во времени;

– маршруты изменяющиеся по расписанию;

– маршруты изменяющиеся по ситуации - административно в момент возникновения стандартной ситуации.

Процесс маршрутизации в компьютерных сетях выполняется специальными программно-аппаратными средствами — маршрутизаторами. Название идёт от самого процесса (основной функции) - маршрутизации. В дополнение к маршрутизации, маршрутизаторы осуществляют и коммутацию каналов/сообщений/пакетов/ячеек, так же, как и Сетевой коммутатор компьютерной сети выполняет маршрутизацию (определение на какой порт отправить пакет на основании таблицы MAC адресов), а называется в честь основной его функции - коммутации.

 

7.2 Компьютерные и телекоммуникационные сети

 

Компьютерная сеть (КС) – совокупность компьютеров и терминалов, соединенных с помощью каналов связи в единую систему, удовлетворяющую требованиям распределенной обработки данных.

В общем случае под телекоммуникационной сетью (ТС) понимают систему, состоящую из объектов, осуществляющих функции генерации, преобразования, хранения и потребления продукта, называемых пунктами (узлами) сети, и линий передачи (связи, коммуникаций, соединений), осуществляющих передачу продукта между пунктами.

В зависимости от вида продукта – информация, энергия, масса – различают соответственно информационные, энергетические и вещественные сети.

Информационная сеть (ИС) – коммуникационная сеть, в которой продуктом генерирования, переработки, хранения и использования информации является информация. Традиционно для передачи звуковой информации используются телефонные сети, изображений – телевидение, текста – телеграф (телетайп). В настоящее время все большее распространение получают информационные сети интегрального обслуживания, позволяющие передавать в едином канале связи звук, изображение и данные.

Вычислительная сеть (ВС) – информационная сеть, в состав которой входит вычислительное оборудование. Компонентами вычислительной сети могут быть ЭВМ и периферийные устройства, являющиеся источниками и приемниками данных, передаваемых по сети.

ВС классифицируют по ряду признаков.

1) В зависимости от расстояния между узлами сети ВС можно разделить на три класса:

¾       локальные (ЛВС, LAN Local Area Network) – охватывающие ограниченную территорию (обычно в пределах удаленности станций не более чем на несколько десятков или сотен метров друг от друга, реже на 1…2 км);

¾        корпоративные (масштаба предприятия) – совокупность связанных между собой ЛВС, охватывающих территорию, на которой размещено одно предприятие или учреждение в одном или несколько близко расположенных зданиях;

¾      территориальные – охватывающие значительное географическое пространство; среди территориальных сетей можно выделить сети региональные (MANMetropolitan Area Network) и глобальные (WANWide Area Network), имеющие соответственно региональные или глобальные масштабы.

¾       особо выделяют глобальную сеть Интернет.

2) Важным признаком классификации вычислительных сетей является их топология, определяющая геометрическое расположение основных ресурсов вычислительных сети и связей между ними.

В зависимости от топологии соединений узлов различают сети шинной (магистральной), кольцевой, звездной, иерархической, произвольной структуры.

Среди ЛВС наиболее распространены:

¾    шинная (bus) – локальная сеть, в которой связь между любыми двумя станциями устанавливается через один общий путь и данные, передаваемые любой станцией, одновременно становятся доступными для всех других станций, подключенных к этой же среде передачи данных;

¾     кольцевая (ring) – узлы связаны кольцевой линией передачи данных (к каждому узлу подходят только две линии). Данные, проходя по кольцу, поочередно становятся доступными всем узлам сети;

¾       звездная (star) – имеется центральный узел, от которого расходятся линии передачи данных к каждому из остальных узлов.

 

а)                         б)                       в)

а) сетевая топология шина;

б) сетевая топология звезда;

в) сетевая топология кольцо.

Рисунок 22- Топологическая структура сети

 

Топологическая структура сети оказывает значительное влияние на ее пропускную способность, устойчивость сети к отказам ее оборудования, на логические возможности и стоимость сети. Исправность компьютеров (абонентов), подключенных к сети. В некоторых случаях поломка абонента может заблокировать работу всей сети. Иногда неисправность абонента не влияет на работу сети в целом, не мешает остальным абонентам обмениваться информацией. Исправность сетевого оборудования, то есть технических средств, непосредственно подключенных к сети (адаптеры, трансиверы, разъемы и т.д.). Выход из строя сетевого оборудования одного из абонентов может сказаться на всей сети, но может нарушить обмен только с одним абонентом.

Целостность кабеля сети. При обрыве кабеля сети (например, из-за механических воздействий) может нарушиться обмен информацией во всей сети или в одной из ее частей. Для электрических кабелей столь же критично короткое замыкание в кабеле. Ограничение длины кабеля, связанное с затуханием распространяющегося по нему сигнала, как известно, в любой среде при распространении сигнал ослабляется (затухает). И чем большее расстояние проходит сигнал, тем больше он затухает (см. рисунок 23).

Необходимо следить, чтобы длина кабеля сети не была больше предельной длины Lпр, при превышении которой затухание становится уже неприемлемым (принимающий абонент не распознает ослабевший сигнал).

 

Затухание сигнала при распространении по сети
Рисунок 23 - Затухание сигнала при распространении по сети

 

Топология шина (или, как ее еще называют, общая шина) самой своей структурой предполагает идентичность сетевого оборудования компьютеров, а также равноправие всех абонентов по доступу к сети. Компьютеры в шине могут передавать только по очереди, так как линия связи в данном случае единственная. Если несколько компьютеров будут передавать информацию одновременно, она исказится в результате наложения (конфликта, коллизии). В шине всегда реализуется режим так называемого полудуплексного (half duplex) обмена (в обоих направлениях, но по очереди, а не одновременно). В топологии шина отсутствует явно выраженный центральный абонент, через которого передается вся информация, это увеличивает ее надежность (ведь при отказе центра перестает функционировать вся управляемая им система). Добавление новых абонентов в шину довольно просто и обычно возможно даже во время работы сети. В большинстве случаев при использовании шины требуется минимальное количество соединительного кабеля по сравнению с другими топологиями. Поскольку центральный абонент отсутствует, разрешение возможных конфликтов в данном случае ложится на сетевое оборудование каждого отдельного абонента. В связи с этим сетевая аппаратура при топологии шина сложнее, чем при других топологиях. Тем не менее, из-за широкого распространения сетей с топологией шина (прежде всего наиболее популярной сети Ethernet) стоимость сетевого оборудования не слишком высока.

 

Обрыв кабеля в сети с топологией шина
Рисунок 24  - Обрыв кабеля в сети с топологией шина

 

Важное преимущество шины состоит в том, что при отказе любого из компьютеров сети, исправные машины смогут нормально продолжать обмен. Казалось бы, при обрыве кабеля получаются две вполне работоспособные шины. Однако надо учитывать, что из-за особенностей распространения электрических сигналов по длинным линиям связи необходимо предусматривать включение на концах шины специальных согласующих устройств, терминаторов в виде прямоугольников. Без включения терминаторов сигнал отражается от конца линии и искажается так, что связь по сети становится невозможной. В случае разрыва или повреждения кабеля нарушается согласование линии связи, и прекращается обмен даже между теми компьютерами, которые остались соединенными между собой. Подробнее о согласовании будет изложено в специальном разделе книги. Короткое замыкание в любой точке кабеля шины выводит из строя всю сеть. Отказ сетевого оборудования любого абонента в шине может вывести из строя всю сеть. К тому же такой отказ довольно трудно локализовать, поскольку все абоненты включены параллельно, и понять, какой из них вышел из строя, невозможно. При прохождении по линии связи сети с топологией шина информационные сигналы ослабляются и никак не восстанавливаются, что накладывает жесткие ограничения на суммарную длину линий связи. Причем каждый абонент может получать из сети сигналы разного уровня в зависимости от расстояния до передающего абонента. Это предъявляет дополнительные требования к приемным узлам сетевого оборудования. Если принять, что сигнал в кабеле сети ослабляется до предельно допустимого уровня на длине Lпр, то полная длина шины не может превышать величины Lпр. В этом смысле шина обеспечивает наименьшую длину по сравнению с другими базовыми топологиями. Для увеличения длины сети с топологией шина часто используют несколько сегментов (частей сети, каждый из которых представляет собой шину), соединенных между собой с помощью специальных усилителей и восстановителей сигналов - репитеров или повторителей (на рисунке 25 показано соединение двух сегментов, предельная длина сети в этом случае возрастает до 2 Lпр, так как каждый из сегментов может быть длиной Lпр). Однако такое наращивание длины сети не может продолжаться бесконечно. Ограничения на длину связаны с конечной скоростью распространения сигналов по линиям связи.

Соединение сегментов сети типа шина с помощью репитера
Рисунок 25 - Соединение сегментов сети типа шина с помощью репитера

 

Звезда - это единственная топология сети с явно выделенным центром, к которому подключаются все остальные абоненты. Обмен информацией идет исключительно через центральный компьютер, на который ложится большая нагрузка, поэтому ничем другим, кроме сети, он, как правило, заниматься не может. Понятно, что сетевое оборудование центрального абонента должно быть существенно более сложным, чем оборудование периферийных абонентов. О равноправии всех абонентов (как в шине) в данном случае говорить не приходится. Обычно центральный компьютер самый мощный, именно на него возлагаются все функции по управлению обменом. Никакие конфликты в сети с топологией звезда в принципе невозможны, так как управление полностью централизовано. Если говорить об устойчивости звезды к отказам компьютеров, то выход из строя периферийного компьютера или его сетевого оборудования никак не отражается на функционировании оставшейся части сети, зато любой отказ центрального компьютера делает сеть полностью неработоспособной. В связи с этим должны приниматься специальные меры по повышению надежности центрального компьютера и его сетевой аппаратуры. Обрыв кабеля или короткое замыкание в нем при топологии звезда нарушает обмен только с одним компьютером, а все остальные компьютеры могут нормально продолжать работу. В отличие от шины, в звезде на каждой линии связи находятся только два абонента: центральный и один из периферийных. Чаще всего для их соединения используются две линии связи, каждая из которых передает информацию в одном направлении, то есть на каждой линии связи имеется только один приемник и один передатчик. Это так называемая передача точка-точка. Все это существенно упрощает сетевое оборудование по сравнению с шиной и избавляет от необходимости применения дополнительных, внешних терминаторов. Проблема затухания сигналов в линии связи также решается в звезде проще, чем в случае шины, ведь каждый приемник всегда получает сигнал одного уровня. Предельная длина сети с топологией звезда может быть вдвое больше, чем в шине (то есть 2 Lпр), так как каждый из кабелей, соединяющий центр с периферийным абонентом, может иметь длину Lпр. Серьезный недостаток топологии – звезда состоит в жестком ограничении количества абонентов. Обычно центральный абонент может обслуживать не более 8  - 16 периферийных абонентов. В этих пределах подключение новых абонентов довольно просто, но за ними оно просто невозможно. В звезде допустимо подключение вместо периферийного еще одного центрального абонента (в результате получается топология из нескольких соединенных между собой звезд).  Кольцо - это топология, в которой каждый компьютер соединен линиями связи с двумя другими: от одного он получает информацию, а другому передает. На каждой линии связи, как и в случае звезды, работает только один передатчик и один приемник (связь типа точка-точка). Это позволяет отказаться от применения внешних терминаторов. Важная особенность кольца состоит в том, что каждый компьютер ретранслирует (восстанавливает, усиливает) приходящий к нему сигнал, то есть выступает в роли репитера. Затухание сигнала во всем кольце не имеет никакого значения, важно только затухание между соседними компьютерами кольца. Если предельная длина кабеля, ограниченная затуханием, составляет Lпр, то суммарная длина кольца может достигать NLпр, где N - количество компьютеров в кольце. Полный размер сети в пределе будет NLпр/2, так как кольцо придется сложить вдвое. На практике размеры кольцевых сетей достигают десятков километров (например, в сети FDDI). Кольцо в этом отношении существенно превосходит любые другие топологии. Четко выделенного центра при кольцевой топологии нет, все компьютеры могут быть одинаковыми и равноправными. Однако довольно часто в кольце выделяется специальный абонент, который управляет обменом или контролирует его. Понятно, что наличие такого единственного управляющего абонента снижает надежность сети, так как выход его из строя сразу же парализует весь обмен. Строго говоря, компьютеры в кольце не являются полностью равноправными (в отличие, например, от шинной топологии). Ведь одни из них обязательно получают информацию от компьютера, ведущего передачу в данный момент, раньше, а другие - позже. Именно на этой особенности топологии и строятся методы управления обменом по сети, специально рассчитанные на кольцо. В таких методах право на следующую передачу (или, как еще говорят, на захват сети) переходит последовательно к следующему по кругу компьютеру. Подключение новых абонентов в кольцо выполняется достаточно просто, хотя и требует обязательной остановки работы всей сети на время подключения. Как и в случае шины, максимальное количество абонентов в кольце может быть довольно велико (до тысячи и больше). Кольцевая топология обычно обладает высокой устойчивостью к перегрузкам, обеспечивает уверенную работу с большими потоками передаваемой по сети информации, так как в ней, как правило, нет конфликтов (в отличие от шины), а также отсутствует центральный абонент (в отличие от звезды), который может быть перегружен большими потоками информации.

Сеть с двумя кольцами
Рисунок  26 -  Сеть с двумя кольцами

 

Сигнал в кольце проходит последовательно через все компьютеры сети, поэтому выход из строя хотя бы одного из них (или же его сетевого оборудования) нарушает работу сети в целом. Это существенный недостаток кольца. Точно так же обрыв или короткое замыкание в любом из кабелей кольца делает работу всей сети невозможной. Из трех рассмотренных топологий кольцо наиболее уязвимо к повреждениям кабеля, поэтому в случае топологии кольца обычно предусматривают прокладку двух (или более) параллельных линий связи, одна из которых находится в резерве. Иногда сеть с топологией кольцо выполняется на основе двух параллельных кольцевых линий связи, передающих информацию в противоположных направлениях (см. рисунок 26). Цель подобного решения - увеличение (в идеале - вдвое) скорости передачи информации по сети. К тому же при повреждении одного из кабелей сеть может работать с другим кабелем (правда, предельная скорость уменьшится). Заканчивая обзор особенностей топологий локальных сетей, необходимо отметить, что топология все-таки не является основным фактором при выборе типа сети. Гораздо важнее, например, уровень стандартизации сети, скорость обмена, количество абонентов, стоимость оборудования, выбранное программное обеспечение. Но, с другой стороны, некоторые сети позволяют использовать разные топологии на разных уровнях. Этот выбор уже целиком ложится на пользователя, который должен учитывать все перечисленные в данном разделе соображения.

1) В зависимости от способа управления различают сети:

¾   «клиент-сервер» - в них выделяется один или несколько узлов (их название – серверы), выполняющих в сети управляющие или специальные обслуживающие функции, а остальные узлы (клиенты) являются терминальными, в них работают пользователи. Сети «клиент-сервер» различаются по характеру распределения функций между серверами, т. е. по типам серверов (например, файл-серверы, серверы баз данных). При специализации серверов по определенным приложениям имеем сеть распределенных вычислений. Такие сети отличают также от централизованных систем, построенных на мэйнфреймах;

¾     одноранговые – в них все узлы равны. Поскольку в общем случае под клиентом понимается объект (устройство или программа), запрашивающий некоторые услуги, а под сервером – объект, предоставляющий эти услуги, то каждый узел в одноранговых сетях может выполнять функции и клиента, и сервера.

2) В зависимости от того, одинаковые или неодинаковые ЭВМ применяют в сети, различают сети однотипных ЭВМ, называемые однородными, и разнотипных ЭВМ – неоднородные (гетерогенные). В крупных автоматизированных системах, как правило, сети оказываются неоднородными.

3) В зависимости от прав собственности на сети они могут быть сетями общего пользования (public) или частными (privat).

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 может 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.

Каналом связи называют физическую среду и аппаратурные средства, осуществляющие передачу информации между узлами коммутации.

К сетевым услугам относятся электронные доски объявлений (Bulletin Board SystemBBS), электронная почта (e-mail), телеконференции или группы новостей (News Group), обмен файлами между компьютерами (FTR), параллельные беседы в Интернете (Internet Relay ChatIRC), поисковые системы «Всемирной паутины».

В каждой локальной или корпоративной сети обычно имеется, по крайней мере, один компьютер, который имеет постоянное подключение к Интернету с помощью линии связи с высокой пропускной способностью (сервер Интернета).

Интернет предоставляет человеку неисчерпаемые возможности поиска нужной информации различного характера.

Практически все программы содержат, помимо справочной системы, электронную и печатную документацию. Эта документация является источником полезной информации о программе, и пренебрегать ею не следует.

Знакомство с программой начинается с информационных экранов, сопровождающих ее установку. Пока идет установка, следует узнать как можно больше о назначении программы и о ее возможностях. Это помогает понять, что следует разыскивать в программе после  ее установки.

Во многих случаях дополнительная справочная информация по программе представляется в виде текстовых файлов, входящих в состав дистрибутивного комплекта. Исторически сложилось так, что эти файлы обычно имеют имя README, происходящее от английской фразы: «Read me (Прочти меня)».

Обычно файл README содержит информацию об установке программы, дополнения и уточнения к печатному руководству, а также любую другую информацию. Для условно-бесплатных программ и небольших служебных программ, распространяемых через Интернет, этот файл может содержать полную электронную версию руководства.

Программы, распространяемые через Интернет, могут включать и другие текстовые информационные файлы.

Все основные компании и авторы, производящие программы для компьютеров, представлены в Интернете. С помощью поисковой системы нетрудно найти Web-страницу, посвященную нужной программе или серии программ. Такая страница может содержать обзор или краткое описание, сведения о последней версии программы, «заплатки», связанные с доработкой программы или исправлением ошибок, а также ссылки на другие Web-документы, посвященные этим же вопросам. Здесь же нередко можно найти бесплатные, условно-бесплатные, демонстрационные и пробные версии программ.

Сеть Интернет растет очень быстрыми темпами, и найти нужную информацию среди миллиардов Web-страниц и файлов становится все сложнее. Для поиска информации используются специальные поисковые серверы, которые содержат более или менее полную и постоянно обновляемую информацию о Web-страницах, файлах и других документах, хранящихся на десятках миллионов серверов Интернета.

Различные поисковые сервера могут использовать различные механизмы поиска, хранение и предоставление пользователю информации. Поисковые серверы Интернета можно разделить на 2 группы:

¾    поисковые системы общего назначения;

¾    специализированные поисковые системы.

Современные поисковые системы часто являются информационными порталами, которые предоставляют пользователям не только возможности поиска документов в Интернете, но и доступ к другим информационным ресурсам (новостям, информации о погоде, о валютном курсе, интерактивным географическим картам и так далее).

Поисковые системы общего назначения являются базами данных, содержащими тематически сгруппированную информацию об информационных ресурсах Всемирной паутины.

Такие поисковые системы позволяют находить Web-сайты или Web-страницы по ключевым словам в базе данных или путем поиска в иерархической системе каталогов.

Интерфейс таких поисковых систем общего назначения содержит список разделов каталога и поле поиска. В поле поиска пользователь может ввести ключевые слова для поиска документа, а в каталоге выбрать определенный раздел, что сужает поле поиска и таким образом ускоряет поиск.

Заполнение баз данных осуществляется с помощью специальных программ-роботов, которые периодически «обходят» Web-серверы Интернета.

Программы-роботы читают все встречающиеся документы, выделяют в них ключевые слова и заносят в базу данных, содержащую URL – адреса документов.

Так как информация в Интернете постоянно меняется (создаются новые Web-сайты и страницы, удаляются старые, меняются их URL-адреса и так далее), поисковые работы не всегда успевают отследить все эти изменения. Информация, хранящаяся в базе данных поисковой системы, может отличатся от реального состояния Интернета, и тогда пользователь в результате поиска может получить адрес уже несуществующего или перемещенного документа.

В целях обеспечения большего соответствия между содержанием базы данных поисковой системы и реальным состоянием Интернета большинство поисковых систем разрешают автору нового или  перемещенного Web-сайта самому внести информацию в базу данных, заполнив регистрационную анкету. В процессе заполнения анкеты разработчик сайта вносит URL-адрес сайта, его название, краткое описание содержания сайта, а также ключевые слова, по которым легче всего будет найти сайт.

 

Сайты в базе данных регистрируются по количеству их посещений в день, неделю или месяц. Посещаемость сайтов определяется с помощью специальных счетчиков, которые могут быть установлены на сайте. Счетчики фиксируют каждое посещение сайта и передают информацию о количестве посещений на сервер поисковой системы.

Поиск документа в базе данных поисковой системы осуществляется с помощью введения запросов в поле поиска. Простой запрос содержит одно или несколько ключевых слов, которые являются главными для этого документа. Можно также использовать сложные запросы, использующие логические операции, шаблоны и так далее.

Специализированные поисковые системы позволяют искать информацию в других информационных «слоях» Интернета: серверах файловых архивов, почтовых серверах и др.

 

Основная литература: 3 [33-47];  4 [35-45].

Дополнительная литература:  3 [82-88]; 5 [76-85].

 

Контрольные вопросы

 

1) Что понимают под топологией компьютерной сети?

2) Какие базовые типы топологии  Вы знаете?

3)Назовите важнейшие факторы, влияющие на физическую работоспособность сети и непосредственно связанные с понятием топология.

4) Какие  требования определяет топология?

5) Преимущества кольцевой топологии.

6) С чем связаны ограничения на длину по линиям связи  в топологии «шина»?

7) Является ли топология основным фактором при выборе типа сети?

 

8 Технологии локальных сетей. Ethernet И Token Ring. Fast Ethernet. Gigabit Ethernet И 10 G igabit Ethernet

 

Ethernet - самая популярная из используемых сегодня физическая архитектура сети. Созданная в 60-х годах в Гавайском университете как сеть ALOHA, она стала первой пакетной радиосетью, в кото­рой использовался метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов (CSMA/CD, Carrier Sense with Multiple Access and Collision Detection). Он будет рассмотрен позднее при анализе арбитража доступа к сети. В Ethernet применяются многие типы кабеля (физического носителя или среды передачи данных). В различных типах Ethernet применяются разные характеристики передачи сигналов, но во всех ис­пользуется одна и та же спецификация кадров Ethernet, скорость 10 Мбит/с и арбитраж доступа CSMA/CD.

Рисунок 27 - Ethernet реализует простой метод соединения компьютеров

 

Ethernet 10 Мбит/с

Вот четыре наиболее распространенных типа кабельных систем Ethernet 10 Мбит/с:

- 10Base5 или толстая Ethernet (thicknet) с толстым коаксиальным кабелем.

- 10Base2 или тонкая Ethernet (thinnet) с тонким коаксиальным кабелем.

- l0BaseT, где применяется кабель типа "мзкранирманная витая пара".

- l0BaseFL, в которой используется одно-или многомодовый волоконно-оптический кабель.

 

10Base5 (толстая) Ethernet

Оригинальная кабельная среда, применявшаяся в сетях Ethernet, называлась "толстой Ethernet" или 10Base5. Цифра 5 означает максимальную длину - 500 м. Название "толстая" говорит о толщине кабе­ля (примерно с большой палец). Коаксиальный кабель размечается через каждые 2.5 м для обозначения точек соединения. Это делается для того, чтобы вы не пытались подключить устройства ближе, чем на расстоянии в 2.5 м, малые расстояния приводят к ухудшению качества сигнала. Ethernet 10Base5 (толстая Ethernet) имеет следующие спецификации:

Максимальная длина сегмента-500 м.

Максимальное число подключаемых устройств –100.

Максимально допустимое число сегментов-5.

Максимальное число сегментов с узлами-3.

Минимальное расстояние между  последними подключаемыми

устройствами  - 2,5 м.

Максимальное число повторителей -4.

Максимальная общая длина с повторителями -2,5 км.

Максимальная длина абонентских отводков AUI -50 м.

 

10Base5 (толстая) Ethernet

Оригинальная кабельная среда, применявшаяся в сетях Ethernet, называлась "толстой Ethernet" или 10Base5. Цифра 5 означает максимальную длину - 500 м. Название "толстая" говорит о толщине кабе­ля (примерно с большой палец). Коаксиальный кабель размечается через каждые 2.5 м для обозначения точек соединения. Это делается для того, чтобы вы не пытались подключить устройства ближе, чем на расстоянии в 2.5 м, малые расстояния приводят к ухудшению качества сигнала.

Ethernet 10Base2 (тонкая) Ethernet

Когда появился тонкий коаксиальный кабель (10Base2), он быстро завоевал популярность при со­здании сетей благодаря своей стоимости (которая не превышает цены известного всем 75-омного кабе­ля, используемого для подключения домашнего телевизора к антенне).

 

Рисунок 28 Некоторые общие компоненты толстой и тонкой Ethernet

 

10BaseT (Ethernet на витой паре)

Использование кабеля типа "неэкранированная витая пара" (UTP, unshielded twisted-pair) хорошо зарекомендовало себя в сетях Ethernet и стало заметной тенденцией. Кабель UTP дешевле и гибче по сравнению с 10Base5 или 10Base2. Спецификации UTP были определены подкомитетом IEEE 802.3 в 80-ых годах. Обратите внимание, что эти спецификации не относятся к кабелю "экранированная витая пара" и касаются только UTP.

Ethernet l0 Base T (витая пара) имеет следующие спецификации:

Максимально допустимое число сегментов    1024.

Максимальное число сегментов с узлами        1024.

Максимальная длина сегмента                          100 м.

Максимальное число узлов на сегмент            2.

Максимальное число узлов в сети                    1024.

Максимальное число концентраторов в цепочке 4.

В сети l0BaseT применяется звездообразное соединение. Это означает, что каждое устройство под­ключается собственным кабелем к концентратору. Хотя физическая топология l0BaseT построена по схеме "звезда", логически эта сеть имеет шинную топологию. Сеть l0BaseT легко диагностировать, по­скольку проблемы в одном кабельном сегменте обычно не влияют на другие сегменты. (Каждый узел использует свой собственный сегмент).

10BaseFL

В сетях l0BaseFL (со скоростью передачи 10 Мбит/с в основной полосе частот по волоконно-оптическому кабелю) для передачи кадров Ethernet используются световые сигналы, а не электричество. Сеть l0BaseFL имеет топологию "звезда", поскольку для приема светового сигнала от каждой сетевой станции и передачи ей сигнала требуется сетевой концентратор. Этот концентратор может быть актив­ным (содержать электронные схемы для обнаружения и ретрансляции сигнала) или пассивным (с оп­тикой, расщепляющей световой сигнал или направляющей его всем сетевым станциям).

Ethernet l0BaseFL имеет следующие спецификации:

Максимально допустимое число сегментов       1024.

Максимальное число сегментов с узлами          1024.

Максимальная длина сегмента                            2000 м.

Максимальное число узлов на сегмент                    2.

Максимальное число узлов в сети                      1024.

Максимальное число концентраторов в цепочке 4.

Для работы концентратора пассивной волоконно-оптической сети не требуется дополнительное пи­тание, но интенсивность сигнала распределяется по его портам. Таким образом, число портов не может быть слишком большим, а сигнал от станций сети должен иметь достаточную интенсивность. Кроме того, из-за отсутствия активной электроники невозможно управлять пассивным волоконно-оптическим концентратором или использовать контроль ошибок. Это затрудняет диагностику сети. Длина сегмента сети lOBaseFL может достигать 2000 м, что вчетверо превышает максимальную длину сегмента 10Base5. Такие большие расстояния делают lOBaseFL подходящим выбором для созда­ния магистральных сетей. На рисунке 29  показаны две сети, связанные волоконно-оптическим сегментом.

 

Ethernet 100 Мбит/с

Для некоторых приложений скорости передачи 10 Мбит/с недостаточно. Существуют два конкури­рующих стандарта, позволяющих увеличить традиционную производительность до 100 Мбит/с: l00VG-AnyLAN; Ethernet 100BaseT или Fast Ethernet.

l00VG-AnyLAN

l00VG-AnyLAN (100 Мбайт/с, кабель для передачи речевых данных) комбинирует элементы тради­ционной Ethernet и сетей Token Ring. Для нее используют следующие обозначения:

- l00VG-AnyLAN;

- l00BaseVG;

- VG;

- AnyLAN.

По сравнению с обычной Ethernet, l00VG-AnyLAN имеет следующие преимущества: обеспечивает большую скорость; поддерживает пакеты Ethernet и Token Ring; в ней применяется метод приоритетного доступа (а не CSMA/CD), допускающий два уровня приоритетов; для обеспечения конфиденциальности данных концентраторы могут отфильтровывать индиви­дуально адресуемые кадры.

 

Рисунок 29 - Сегмент l0BaseFL может соединять две локальных сети, удаленных друг от друга на 2000 м

 

Ethernet 100BaseT

100BaseT, которую называют также Fast Ethernet ("быстрая" Ethernet), представляет собой обычную сеть Ethernet, но работающую на кабеле "витая пара" категории 5 с более высокой скоростью передачи данных. В 100BaseT используется тот же протокол CSMA/CD и звездообразное соединение, что и в l0BaseT.

100BaseT специфицируется для трех типов кабелей:

- 100BaseT4 (четырехпарный кабель UTP категории 3, 4 или 5 либо STP) ;

- 100BaseTX (двухпарный кабель UTP категории 5 или STP);

- 100BaseFX (двухжильный волоконно-оптический кабель).

Кроме более быстрой скорости передачи данных и высоких требований к качеству кабеля, 100BaseT имеет те же преимущества и недостатки, что и l0BaseT.

 

Рисунок 30 - Для получения более крупных сетей l00VG-AnyLAN допускает каскадное соединение концентраторов

 

Token Ring

Архитектура Token Ring была разработана компанией IBM как высоконадежная, устойчивая к отка­зам сеть. Она сложнее Ethernet, что связано с ее функциями самовосстановления. Token Ring - это стандарт IEEE 802.5. Она имеет топологию физической звезды с логическим кольцом.

 

 

Рисунок 31 - Сеть Token Ring -это физическая звезда и логическое кольцо

 

Рабочая станция подключается к шине с помощью отдельного кабеля, соединяющего ее с устройством многостанционного доступа (MSAU) или управляемым устройством доступа (CAU). Ethernet - наиболее широко используемая и гибкая сетевая архитектура. Протокол доступа к среде передачи данных CSMA/CD хорошо подходит для реализации небольших или не сильно загруженных сетей. Сегментация в сети Ethernet помогает преодолеть ее ограничения при создании более крупных сетей. Если сети Ethernet становятся очень большими, то число повторных передач данных из-за кон­фликтов поглощает всю доступную полосу пропускания, и сеть становится неработоспособной.

 

Рисунок 32 - Топология ARCnet с активными и пассивными концентраторами

 

Token Ring - стабильная и быстрая архитектура с протоколом, предоставляющим каждой сетевой станции справедливый доступ к сети (Token Passing). Это позволяет масштабировать сети Token Ring в соответствии с потребностями крупных организаций. Протяженность отдельных сетей Token Ring может превышать размер Ethernet, а при добавлении новых рабочих станций пропускная способность Token Ring снижается незначительно.

FDDI - наиболее быстрая из широко доступных сетевых архитектур. Она часто применяется в ма­гистральных сетях для соединения ЛС. Архитектура с двойным кольцом делает ее чрезвычайно надеж­ной. Можно реализовать кольцо FDDI без центрального концентратора (хаба) или использовать концентраторы, чтобы превратить топологию FDDI из кольца в физическое дерево.

АТМ - новая сетевая архитектура, комбинирующая передачу речи, видео и данных. Протокол АТМ инкапсулирует передаваемые по сети данные в ячейки размером в 53 байта. Коммутаторы АТМ эффективно маршрутизируют эти ячейки от отправителя к получателю по виртуальному каналу. АТМ обеспе­чивает несколько типов сервиса, включая постоянную скорость передачи данных и переменную скорость передачи для аудио- и видеопотоков, а также сервис передачи данных, ориентированный и не ориентированный на установление соединения. Архитектура AppleTalk встроена в компьютеры Macintosh и проста в использовании. В ней приме­няется LocalTalk - сетевой протокол Apple. Кроме LocalTalk, AppleTalk позволяет использовать в ка­честве среды передачи данных и другие сетевые архитектуры, например, Ethernet и Token Ring.

 

 

8.1 Методы доступа и протоколы передачи данных

 

        В различных сетях существуют различные процедуры обмена данными в сети. Эти процедуры называются протоколами передачи данных, которые описывают методы доступа к сетевым каналам данных.

         Наибольшее распространение получили конкретные реализации методов доступа: Ethernet, Arcnet и Token-Ring.

 

          8.1.1 Метод доступа Ethernet.

           Это метод доступа, разработанный фирмой Xerox в 1975 году, пользуется наибольшей популярностью. Он обеспечивает высокую скорость передачи данных и надежность.

          Для данного метода доступа используется топология "общая шина". Поэтому сообщение, отправляемое одной рабочей станцией, принимается одновременно всеми остальными, подключенными к общей шине. Но сообщение, предназначенное только для одной станции (оно включает в себя адрес станции назначения и адрес станции отправителя). Та станция, которой предназначено сообщение, принимает его, остальные игнорируют.

         Метод доступа Ethernet является методом множественного доступа с прослушиванием несущей и разрешением коллизий (конфликтов) (CSMA/CD - Carier Sense Multiple Access with Collision Detection).

         Перед началом передачи рабочая станция определяет, свободен канал или занят. Если канал свободен, станция начинает передачу.

           Ethernet не исключает возможности одновременной передачи сообщений двумя или несколькими станциями. Аппаратура автоматически распознает такие конфликты, называемые коллизиями. После обнаружения конфликта станции задерживают передачу на некоторое время. Это время небольшое и для каждой станции свое. После задержки передача возобновляется.

            Реально конфликты приводят к уменьшению быстродействия сети только в том случае, если работает порядка 80-100 станций.

 

Метод доступа Arcnet

         Этот метод доступа разработан фирмой Datapoint Corp. Он тоже получил широкое распространение, в основном благодаря тому, что оборудование Arcnet дешевле, чем оборудование Ethernet или Token -Ring. Arcnet используется в локальных сетях с топологией "звезда". Один из компьютеров создает специальный маркер (сообщение специального вида), который последовательно передается от одного компьютера к другому.

          Если станция желает передать сообщение другой станции, она должна дождаться маркера и добавить к нему сообщение, дополненное адресами отправителя и назначения. Когда пакет дойдет до станции назначения, сообщение будет "отцеплено" от маркера и передано станции.

 

 Метод доступа Token-Ring

           Метод доступа Token-Ring был разработан фирмой IBM и рассчитан на кольцевую топологию сети.

           Этот метод напоминает Arcnet, так как тоже использует маркер, передаваемый от одной станции к другой. В отличие от Arcnet, при методе доступа Token-Ring имеется возможность назначать разные приоритеты разным рабочим станциям.

 

Аппаратура Ethernet

           Аппаратура Ethernet обычно состоит из кабеля, разъемов, Т-коннекторов, терминаторов и сетевых адаптеров. Кабель, очевидно, используется для передачи данных между рабочими станциями. Для подключения кабеля используются разъемы. Эти разъемы через Т-коннекторы подключаются к сетевым адаптерам - специальным платам, вставленным в слоты расширения материнской платы рабочей станции. Терминаторы подключаются к открытым концам сети.

         Для Ethernet могут быть использованы кабели разных типов: тонкий коаксиальный кабель, толстый коаксиальный кабель и неэкранированная витая пара. Для каждого типа кабеля используются свои разъемы и свой способ подключения к сетевому адаптеру.

         В зависимости от кабеля меняются такие характеристики сети, как максимальная длина кабеля и максимальное количество рабочих станций, подключаемых к кабелю.

           Как правило, скорость передачи данных в сети Ethernet достигает 10 Мбит в секунду, что достаточно для многих приложений.

           Рассмотрим подробно состав аппаратных средств Ethernet для различных типов кабеля.

Толстый коаксиальный кабель

          Толстый коаксиальный кабель, используемый Ethernet, имеет диаметр 0.4 дюйма и волновое сопротивление 50 Ом. Иногда этот кабель называют "желтым кабелем". Это самый дорогостоящий из рассматриваемых нами кабелей. Институт IEEE определил спецификацию на этот кабель - 10BASES.

          На рисунке 32 схематически изображена локальная сеть на основе толстого коаксиального кабеля.

Рисунок 32 –Локальная сеть на основе толстого коаксиального кабеля

 

         Здесь приведена конфигурация сети, состоящей из двух сегментов, разделенным репитером. В каждом сегменте находятся 3 рабочие станции.

        Каждая рабочая станция через сетевой адаптер (установлен на материнской плате компьютера и на рисунке не показан) специальным многожильным трансиверным кабелем подключается к устройству, называемому трансивером. Трансивер служит для подключения рабочей станции к толстому коаксиальному кабелю.

           На корпусе трансивера имеется 3 разъема: два - для подключения толстого коаксиального кабеля, и один - для подключения трансиверного кабеля.

         В таблице 1 перечислены устройства, необходимые для подключения рабочей станции к толстому коаксиальному кабелю.

         К сожалению, длина одного сегмента ограничена, и для толстого кабеля не может превышать 500 метров. Если общая длина сети больше 500 метров, ее необходимо разбить на сегменты, соединенные друг с другом через специальное устройство - репитер.

          На рисунке изображены два сегмента, соединенные репитером. При этом общая длина сети может достигать одного километра.

          Между собой трансиверы соединяются отрезками толстого коаксиального кабеля с припаянными к их концам коаксиальными   Оборудование для подключения рабочей станции к толстому коаксиальному кабелю Ethernet разъемами.

 

Т а б л и ц а 1

Сетевой адаптер

Вставляется в материнскую плату компьютера

Трансиверный кабель

Многожильный экранированный кабель                                                                                      соединяет сетевой адаптер с трансивером

Трансивер

Соединяется трансиверным кабелем с сетевым адаптером, имеет два коаксиальных разъема дляподключения к толстому кабелю

       На концах сегмента подключены специальные заглушки - терминаторы. Это просто коаксиальные разъемы, в корпусе которых установлен резистор с сопротивлением 50 Ом.

       Корпус одного из терминаторов должен быть заземлен. В каждом сегменте сети можно соединять только один терминатор.

 

Т а б л и ц а 2

Максимальная длина сегмента

500 м

Максимальное количество сегментов в сети

5

Максимальная длина сети

2.5 км

Максимальное количество станций, подключенных к одному сегменту (если в сети есть репитеры, то они тоже считаются как рабочие станции)

100

Минимальное расстояние между точками

Подключения рабочих станций

2.5 м

 

Существуют и другие ограничения, кроме максимальной длины коаксиального кабеля.

         Ограничения для Ethernet на толстом кабеле.

 

  Кроме ограничения на длину сегмента существуют ограничения на максимальное количество сегментов в сети (и, как следствие, на максимальную длину сети), на максимальное количество рабочих станций, подключенных к сети и на максимальную длину трансиверного кабеля.

      Однако в большинстве случаев эти ограничения не существенны. Более того, возможности толстого кабеля избыточны.

     Итак, перечислим оборудование, необходимое для сети Ethernet на толстом кабеле:

Þ N-коннектор

Þ N-терминатор

Þ N-Barrel-коннектор

Þ N-терминатор с заземлением

Þ DIX-коннектор

Þ Трансивер

                                                                                                 

     8.1.2 Тонкий коаксиальный кабель.

     Тонкий коаксиальный кабель, используемый для Ethernet, имеет диаметр 0.2 дюйма и волновое сопротивление 50 Ом. Импортный кабель называется RG-58A/U и соответствует спецификации 10BASE2. Можно также использовать кабель РК-50, выпускаемый нашей промышленностью. Сеть Ethernet на тонком кабеле существенно проще, чем на толстом.

      Как правило, все сетевые адаптеры имеют два разъема. Один из них предназначен для подключения многожильного трансиверного кабеля, второй - для подключения небольшого тройника, называемого Т-коннектором. Т-коннектор с одной стороны подключается к сетевому адаптеру, а с двух других сторон к нему подключаются отрезки тонкого коаксиального кабеля с соответствующими разъемами на концах. При этом получается, что коаксиальный кабель подключается как бы непосредственно к сетевому адаптеру, поэтому не нужны трансивер и трансиверный кабель.

Рисунок 33- Ethernet на основе тонкого коаксиального кабеля

 

        На концах сегмента должны находиться терминаторы, которые подключаются к свободным концам Т-коннекторов. Один (и только один!) терминатор в сегменте должен быть заземлен.

         Сети на тонком кабеле имеют худшие параметры по сравнению с сетями на базе толстого кабеля (см. таблицу 4). Но стоимость сетевого оборудования, необходимого для создания сети на тонком кабеле, существенно меньше.

        Следует отметить, что некоторые фирмы выпускают адаптеры Ethernet, способные работать при длине сегмента до 300 метров (например, адаптеры фирмы 3COM). Однако такие адаптеры стоят дороже и вся сеть в этом случае должна быть сделана с использованием адаптеров только одного типа.Ограничения для Ethernet на тонком кабеле.

 

                                                                                                  Т а б л и ц а 4

Максимальная длина сегмента  

185 м

Максимальное количество сегментов в сети

5

Максимальная длина сети

925 м

Максимальное количество станций, подключенных к одному сегменту (если в сети есть репитеры, то они тоже считаются как рабочие станции)

30

Минимальное расстояние между точками

Подключения рабочих станций

0.5 м

 

Как правило, большинство сетей Ethernet создано именно на базе тонкого кабеля.

Итак, перечислим оборудование, необходимое для сети Ethernet на тонком кабеле:

Þ BNC-коннектор

Þ BNC-терминатор

Þ BNC-Barrel-коннектор

Þ BNC-терминатор с заземлением

Þ T-коннектор

 

        8.1.3 Неэкранированная витая пара.

        Некоторые (но не все) сетевые адаптеры Ethernet способны работать с кабелем, представляющим собой простую неэкранированную витую пару проводов (спецификация 10BASE-T). В качестве такого кабеля можно использовать обычный телефонный провод и уже имеющуюся в вашей организации телефонную сеть.

       Сетевые адаптеры, способные работать с витой парой, имеют разъем, аналогичный применяемому в импортных телефонных аппаратах.

        Для сети Ethernet на базе витой пары необходимо специальное устройство - концентратор. К одному концентратору через все те же телефонные розетки можно подключить до 12 рабочих станций. Максимальное расстояние от концентратора до рабочей станции составляет 100 метров, при этом скорость передачи данных такая же, как и для коаксиального кабеля, - 10 Мбит в секунду.

       Достоинства сети на базе витой пары очевидны - низкая стоимость оборудования и возможность использования имеющейся телефонной сети. Однако есть серьезные ограничения на количество станций в сети и на ее длину.

 

Основная литература: 4[94-97]; 5 [68-85].

Дополнительная литература:  2 [82-88]; 6 [99-102].

 

Контрольные вопросы.

 

1)Приведите наиболее распространенные типы кабельных систем Ethernet 10 Мбит/с?

2)Какова  максимальная длина сегмента Ethernet 10Base2?

3)Сравнените обычный Ethernet и l00VG AnyLAN.

4)Какой стандарт IEEE 802.5 имеет топологию физической звезды с логическим кольцом?

5)Какая архитектура часто применяется в магистральных сетях для соединения ЛС?

6)Основные преимущества АТМ.

7)Кратко охарактеризуйте архитектуру Token Ring.

 

9 Беспроводные локальные сети (WLAN)

 

Данные  в беспроводных сетях передаются при помощи радиосигнала,  сигнал для приема доступен  для мобильных пользователей. Беспроводные сети обладают гибкостью при  конфигурации и расширении. Могут служить как добавлением, так и заменой проводных сетей при построении сетевой инфраструктуры. Пользователи могут свободно перемещаться, т.к. беспроводные сети обеспечивают доступ к сетевым ресурсам компании из любого места.

Беспроводные сети не только обеспечивают мобильный доступ, но и сами мобильны, т.к. можно легко переместить сеть в другое место. Быстрая и лёгкая инсталляция. Сферы применения беспроводных сетей: внутриофисные сети; домашние сети; выставочные комплексы и конференц-залы; доступ к Интернет в гостиницах, кафе, библиотеках, студенческих городках и т.д. - “hot spot”; сети провайдеров Интернет: подключение клиентов там, где нет возможности протянуть кабель; «гостевой» доступ к корпоративной сети для клиентов и партнеров.  

 

Семейство стандартов беспроводных сетей IEEE 802.11

Стандарт IEEE 802.11 входит в серию стандартов IEEE 802.X, относящихся к сетям и коммуникациям, сюда также входят такие стандарты, как 802.3 Ethernet, 802.5 Token Ring и т.д.

Т.о., стандарт IEEE 802.11 определяет компоненты и характеристики сети на физическом уровне передачи данных и на уровне доступа к середе с учетом беспроводного способа передачи данных и возможности взаимодействия с существующими сетями.

Стандарты  беспроводных сетей - IEEE 802.11b

Текущий наиболее распространенный стандарт, совместим с предыдущим стандартом IEEE 802.11. Работает на частоте 2,4 ГГц. Используется метод прямой последовательности с разнесением сигнала по широкому диапазону (DSSS).

Поддерживает скорость соединения 1, 2, 5.5, 11 Мбит/с (реальная скорость передачи данных от 4 до 7 Мбит/с), автоматический или

фиксированный выбор скорости. Защита данных при помощи шифрования WEP.

Семейство продуктов D-Link AirPlus 802.11b+

Расширение стандарта IEEE 802.11b, полностью совместим с устройствами стандарта  IEEE 802.11b. Работает на частоте 2,4 ГГц с модуляцией Packet Binary Convolutional Coding (PBCCTM). Позволяет достичь 20% увеличения производительности по сравнению с IEEE 802.11b. Поддерживает скорость соединения до 22 Мбит/с.

Стандарты беспроводных сетей - IEEE 802.11a

Более сложная передовая технология. Работает на частоте 5 ГГц. Используется метод мультиплексирования с ортогональным делением частот (OFDM). Поддерживает скорость соединения до 54 Мбит/с (48, 36, 24, 18, 12, 9 и 6 Мбит/с), реальная скорость передачи данных от 22 до 28 Мбит/с. 12 одновременно доступных для работы каналов. Защита данных при помощи шифрования WEP.

Стандарты  беспроводных сетей - IEEE 802.11g

Обратная совместимость с устройствами стандарта IEEE 802.11b. Работает на частоте 2.4 ГГц. Используется метод прямой последовательности с разнесением сигнала по широкому диапазону (DSSS) и метод мультиплексирования с ортогональным делением частот (OFDM). Скорость соединения до 54 Мбит/с, автоматический или фиксированный выбор скорости. Защита данных при помощи WPA (Wi Fi Protected Access), 802.1x. Скорость передачи:

IEEE 802.11a поддерживает скорости 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Мбит/с

IEEE 802.11b поддерживает скорости  1, 2, 5.5, 11 Мбит/с.

IEEE 802.11g поддерживает скорости  1, 2, 5.5, 11, 22, 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Мбит/с.

Более высокая скорость улучшает пропускную способность. Более низкая скорость увеличивает дистанцию и надежность. Автоматический или фиксированный выбор скорости.

Частоты каналов

 

Т а б л и ц а 5 -Частоты каналов

Канал

Частота

1

2,412 ГГц

2

2,417 ГГц

3

2,422 ГГц

4

2,427 ГГц

5

2,432 ГГц

6

2,437 ГГц

7

2,442 ГГц

8

2,447 ГГц

9

2,452 ГГц

10

2,457 ГГц

11

2,462 ГГц

12

2,467 ГГц

13

2,472 ГГц

 

Каждый канал занимает частотный диапазон в 22 МГц. Например, канал 1 работает в диапазоне от 2,401ГГц до 2,423ГГц, т.е. 2,412ГГц ± 11МГц.

 

Т а б л и ц а 6- Сравнение стандартов беспроводных сетей

 

802.11b

802.11a

802.11g

Стандарт принят

Сент. 1999

Сент. 1999

Июль 2003

Полоса пропускания

83.5 МГц

300 МГц

83.5 МГц

Полоса частот (ГГц)

2.40 – 2.4835

5.15 – 5.35, 5.725 – 5.825

2.40 – 2.4835

Кол-во непересекающихся каналов

3

12

3

Скорость передачи (Мбит/с)

1, 2, 5.5, 11, 22

6,9,12,18,24,36,48,54

1, 2, 5.5, 11, 22, 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54

Тип модуляции

DSSS

OFDM

DSSS, OFDM

 

Беспроводный мост между двумя LAN

С помощью беспроводных мостов можно объединять две и более проводных LAN, находящихся как на небольшом расстоянии в соседних зданиях, так и на расстояниях до нескольких км., что позволяет объединить в сеть филиалы и центральный офис, а также подключать клиентов к сети провайдера Интернет. Данное решение позволяет достичь значительной экономии средств и обеспечивает простоту настройки и гибкость конфигурации при перемещении офисов.

Рисунок 34 - Беспроводный мост

 

Используется для объединения двух или более проводных сегментов LAN, находящихся на расстоянии до нескольких км. 

 

Технология WDS (Wireless Distribution System)

Расширение зоны покрытия сети Wi-Fi с помощью технологии WDS (Wireless Distribution System)

Режим AP-клиент позволяет подключать к сети Wi-Fi игровые приставки, компьютеры и цифровые видеорекордеры (DVR)

Возможность создания нескольких (не более четырех) сетей Wi-Fi с уникальными SSID (имя сети)

Интуитивно понятная утилита быстрой настройки

Данная технология позволяет одновременно подключать беспроводных клиентов к точкам доступа, работающего в режиме «беспроводной мост». На текущий момент технологию WDS поддерживают 3 устройства: DWL - 2100AP, DWL - 7100AP, DWL - 2700AP. Так сложилось, что в нашей стране большую распространенность получили районные Ethernet сети, затягивающие в квартиру витую пару. Когда дома всего один компьютер, вопросов с подключением кабеля обычно не возникает. Но когда появляется желание лазить в Интернет с компьютера, лэптопа и КПК с возможностью беспроводного подключения, задумываешься о том, как все это грамотно осуществить. Разделить один Интернет - канал на всех домочадцев нам помогают многофункциональные роутеры.

 

Wds

  

Рисунок 35 - Технология WDS (Wireless Distribution System)

 

Потребность в создании дома персональной  Wi - Fi сети испытывает, наверное, любой обладатель ноутбука или КПК. Конечно, можно купить точку доступа и организовать беспроводный доступ через нее. Но куда удобнее иметь устройство всё в одном», ведь роутеры справляются с этой функцией ничуть не хуже точек доступа. Главное, на что стоит обращать внимание, это поддерживаемые стандарты Wi - Fi. Ибо в последние несколько лет среди производителей появилась тенденция выпускать устройства с поддержкой еще несуществующих стандартов. Безусловно, в этом есть определенная польза. Мы получаем большую производительность и дальнобойность Wi - Fi  при использовании оборудования от одного производителя. Обычно беспроводные сетевые технологии группируются в три типа, различающиеся по масштабу действия их радиосистем, но все они с успехом применяются в бизнесе. PAN (персональные сети) - короткодействующие, радиусом до 10 м сети, которые связывают ПК и другие устройства - КПК, мобильные телефоны, принтеры и т.п. С помощью таких сетей реализуется простая синхронизация данных, устраняются проблемы с обилием кабелей в офисах, реализуется простой обмен информацией в небольших рабочих группах. Наиболее перспективный стандарт для PAN - это Bluetooth.

WLAN (беспроводные локальные сети) - радиус действия до 100 м. С их помощью реализуется беспроводной доступ к групповым ресурсам в здании, университетском кампусе и т. п. Обычно такие сети используются для продолжения проводных корпоративных локальных сетей. В небольших компаниях WLAN могут полностью заменить проводные соединения. Основной стандарт для WLAN - 802.11.

WWAN (беспроводные сети широкого действия) - беспроводная связь, которая обеспечивает мобильным пользователям доступ к их корпоративным сетям и Интернету. Пока здесь нет доминирующего стандарта, но наиболее активно внедряется технология GPRS - быстрее всего в Европе и с некоторым отставанием в США. На современном этапе развития сетевых технологий, технология беспроводных сетей Wi - Fi является наиболее удобной в условиях требующих мобильность, простоту установки и использования. Wi - Fi (от англ. wireless fidelity - беспроводная связь) - стандарт широкополосной беспроводной связи семейства 802.11 разработанный в 1997г. Как правило, технология Wi - Fi используется для организации беспроводных локальных компьютерных сетей, а также создания так называемых горячих точек высокоскоростного доступа в Интернет.  Беспроводные локальные сети (WLAN - wireless LAN) могут использоваться в офисе для подключения мобильных сотрудников (ноутбуки, носимые терминалы) в местах скопления пользователей - аэропортах, бизнес - центрах, гостиницах и т. д.

Мобильный Интернет и мобильные локальные сети открывают корпоративным и домашним пользователям новые сферы применения карманных ПК, ноутбуков. Одновременно с этим постоянно снижаются цены на беспроводное оборудование Wi - Fi и расширяется его ассортимент. Wi - Fi также подходит для людей, которым по долгу необходимо перемещаться по помещению, к примеру, на складе или в магазине. В этом случае для учета (отгрузки, приема и т. п.) товаров используются носимые терминалы, которые постоянно соединены с корпоративной сетью по протоколу Wi-Fi, и все изменения сразу отражаются в центральной базе данных. WLAN применим и в организации временных сетей, когда долго и нерентабельно прокладывать провода, а потом их демонтировать. Еще один вариант использования – в исторических постройках, где прокладка проводов невозможна или запрещена. Иногда не хочется портить внешний вид помещения проводами или коробами для их прокладки. Кроме того, Wi-Fi-протокол подходит и для бытового применения, где тем более неудобно прокладывать провода. Что касается мобильных компьютеров, 12 марта 2003 года корпорация Intel представила технологию Intel Centrino для мобильных ПК - основу для мобильных компьютеров нового поколения со встроенными функциями беспроводной связи, которые предоставят корпоративным и домашним пользователям большую свободу и новые возможности подключения к компьютерным сетям. Технология, которую представляет торговая марка Intel Centrino для мобильных ПК, включает в себя процессор Intel Pentium M, семейство наборов микросхем Intel 855 и сетевой интерфейс Intel Pro/Wireless 2100. Все компоненты технологии оптимизированы, проверены и протестированы для совместной работы в мобильных системах. Сетевой интерфейс Intel PRO/Wireless 2100 разработан и проверен на полную совместимость с узлами доступа 802.11b, сертифицированными по стандарту Wi - Fi. Он оснащен мощными встроенными средствами безопасности для беспроводных локальных сетей, включая технологии 802.11x, WEP и VPN, с возможностью программного обновления до поддержки WPA. Wi - Fi технологии становятся все более совершенными и качество их соединения и безопасность стремительно приближается к возможностям обычного, широко используемого, проводного соединения.

 

       9.1 Технологии беспроводного доступа. Технологии WI-FI

 

Принцип действия технологии WiFi может представить себе каждый, кто хотя бы раз в жизни пользовался мобильным или радиотелефоном.

 

принцип действия

Рисунок 36Рисунок 36

 

В отличие от технологий Dial-up или DSL, информация передается по радиоволнам. Информационный трафик обеспечивается с помощью точек доступа, так называемых «хот спотов», количество которых определяет зону покрытия WiFi сети.

 

WiFi381

Рисунок 37

 

Преимущества Wi-Fi

 

¾     Позволяет развернуть сеть без прокладки кабеля.

¾    Wi-Fi-устройства широко распространены на рынке. А устройства разных производителей могут взаимодействовать на базовом уровне сервисов.

¾   Wi-Fi сети поддерживают роуминг, поэтому клиентская станция может перемещаться в пространстве, переходя от одной точки доступа к другой.

¾      Wi-Fi — это набор глобальных стандартов. В отличие от сотовых телефонов, Wi-Fi оборудование может работать в разных странах по всему миру.

¾      Передатчики обеспечивают пропускную способность до 11 Мбт/с.

Дальность действия достигает 300 м. Имея переносной ПК, вы можете свободно передвигаться по зоне действия сети.

 

пр

Рисунок 38

 

Недостатки Wi-Fi

¾   Частотный диапазон и эксплуатационные ограничения в различных странах неодинаковы.

¾    Довольно высокое по сравнению с другими стандартами потребление энергии, что уменьшает время жизни батарей и повышает температуру устройства.

¾      Wi-Fi имеют ограниченный радиус действия Типичный домашний Wi-Fi маршрутизатор имеет радиус действия 45 м в помещении и 90 м снаружи.

¾       Неполная совместимость между устройствами разных производителей или неполное соответствие стандарту может привести к ограничению возможностей соединения.

принцип действия

Рисунок 39

 

В чем разница между Wi-Fi, Wimax и WiBro?

 

Хотя почти все виды беспроводной сети может показаться запутанным, есть несколько простых вещей, чтобы иметь в виду, о разнице между беспроводными стандартами, известных как wifi, wimax, wibro.

Wi-Fi имеет некоторые врожденные недостатки, например, в то время как Wi-Fi может хорошо работать в локальных местах. Маршрутизаторы, используемые для соединения, не имеют огромное количество диапазона. в большинстве случаев, 300 футов (примерно 100 метров. Эти ограничения являются одной из причин муниципальных беспроводных сетей, в значительной степени удались.

Wimax, краткое всемирной взаимодействие для микроволнового доступа, это совсем другой стандарт, известный как 802,16.

Wibro, которая выступает за беспроводной широкополосной связи, очень похожа на wimax. скорость передачи данных во многом такие же, но основное отличие в том, что wibro может отслеживать приемник, который перемещается с места на место. Он также может быть назван мобильным wimax. Это не по-настоящему мобильный в смысле, что он может быть эффективно использован, когда приемник движется при высоких скоростях скорее, это просто означает, приемник может перемещаться с места на место и опыта никакого ухудшения в службу с тех пор, пока приемник остается в пределах диапазона  wimax не дает, потому что это нуждается в стационарной антенны для того, чтобы получить сигнал.

Одно дело иметь в виду, о wibro является то, что он находится в стадии разработки.

 

Основная литература: 4[13-27];  5 [22-34].

 Дополнительная литература:  6 [12-18]; 7 [16-25].                                                                                                                                       

Контрольные вопросы.

 

1)Наиболее перспективный стандарт для PAN.

2)Типы беспроводных сетевых технологий.

3)Что означает аббревиатура WWAN?

4)Что означает аббревиатура WLAN?

5)В каких случаях целесообразно использовать технология Wi – Fi?

6)Возможности и назначения технологии WDS (Wireless Distribution System).

7)Что означает режим термин «беспроводной мост»?

 

10 Проблема «последняя миля». DSL-технология. технология HPNA. Домашние сети. «Дальнобойный Еthernet»

 

10.1Технологии хDSL

 

хDSL - семейство технологий, позволяющих значительно расширить пропускную способность абонентской линии местной телефонной сети путём использования эффективных линейных кодов и адаптивных методов коррекции искажений линии на основе современных достижений микроэлектроники и методов цифровой обработки сигнала. В аббревиатуре xDSL символ «х» используется для обозначения первого символа в названии конкретной технологии, а DSL обозначает цифровую абонентскую линию DSL (англ. Digital Subscriber Line - цифровая абонентская линия). Технологии хDSL позволяют передавать данные со скоростями, значительно превышающими те скорости, которые доступны даже самым лучшим аналоговым и цифровым модемам. Эти технологии поддерживают передачу голоса, высокоскоростную передачу данных и видеосигналов, создавая при этом значительные преимущества как для абонентов, так и для провайдеров. Многие технологии хDSL позволяют совмещать высокоскоростную передачу данных и передачу голоса по одной и той же медной паре. Существующие типы технологий хDSL, различаются в основном по используемой форме модуляции и скорости передачи данных. Службы xDSL разрабатывались для решения определенных целей: они должны работать на существующих телефонных линиях, они не должны мешать работе различной аппаратуры абонента, такой как телефонный аппарат, факс и т.д., скорость работы должна быть выше теоретического предела в 56Кбит/сек., и наконец, они должны обеспечивать постоянное подключение. К основным типам xDSL относятся ADSL, HDSL, IDSL, MSDSL, PDSL, RADSL, SDSL, SHDSL, UADSL, VDSL. Все эти технологии обеспечивают высокоскоростной цифровой доступ по абонентской телефонной линии. Существующие технологии xDSL разработаны для достижения определенных целей и удовлетворения определенных нужд рынка. Некоторые технологии xDSL являются оригинальными разработками, другие представляют собой просто теоретические модели, в то время как третьи уже стали широко используемыми стандартами. Основными различиями данных технологий являются методы модуляции, используемые для кодирования данных.

Появление «Технологии цифровых абонентских линий» дало толчок развитию решений для организации "последней мили", основанных на DSL-принципах передачи данных. В последние годы появилось огромное множество разновидностей этой технологии. Наибольшее распространение получили следующие способы передачи информации:

HDSL - высокоскоростные цифровые абонентские линии;

ADSL - асимметричные цифровые абонентские линии;

ISDL - ISDN цифровые абонентские линии;

SDSL - симметричные высокоскоростные цифровые абонентские

 линии;
VDSL - Very HDSL;

RADSL - цифровые абонентские линии с подстройкой скорости передачи данных;

UADSL - универсальные асимметричные цифровые абонентские линии.

 

Сравнительный анализ технологий xDSL

 

      Т а б л и ц а 7

Технология DSL

Максимальная скорость

(прием/передача)

Максимальное расстояние

Количество телефонных пар

Основное применение

ADSL

24 Мбит/с/3,5 Мбит/с

5,5 км

1

Доступ в Интернет, голос, видео, HDTV (ADSL2+)

IDSL

144 кбит/с

5,5 км

1

Передача данных

HDSL

2 Мбит/с

4,5 км

2

Объединение сетей, услуги E1

SDSL

2 Мбит/с

3 км

1

Объединение сетей, услуги E1

VDSL

55Мбит/с/11Мбит/с

1,3 км

1

Объединение сетей, HDTV

Продолжение таблицы 7

SHDSL

2,32 Мбит/с

7,5 км

1

Объединение сетей

UADSL

1,5 Мбит/с/384кбит/с

 

1

Доступ в Интернет, голос, видео

 

10.1 Технологии HPNA

 

Несколько лет назад на западе ведущие производители телекоммуникационного оборудования задумались – как можно передавать данные в жилом здании, с приемлемыми для массового потребителя, затратами. Было ясно, что они уменьшаются, если максимально использовать ту инфраструктуру, которая уже есть. А в практически каждом жилом здании есть телефонная проводка, выполненная на кабеле, типа «лапша» (в России он носит название ТРП). Но, качество этой проводки, практически всегда, находится на самом низком уровне (для аналоговой телефонии больше и не надо), топология такой разводки имеет произвольный (или заранее не известный) характер и, более того, она постоянно бесконтрольно изменяется. Ведь обычное подключение жильцом параллельного телефона, добавляет новую «ветвь», простое снятие телефонной трубки изменяет электрические параметры и т. Д. Но какие выгоды можно было получить, если бы удалось научиться передавать данные в цифровом формате, по телефонным линиям.

В результате, в 1996 году рядом ведущих производителей телекоммуникационного оборудования был образован альянс, получивший название Home Phoneline Networking Alliance, и в 1998 году появился стандарт передачи данных по телефонным линиям, названный HPNA.

Первой версией стандарта является HPNA 1.0, позволяющий передавать данные со скоростью 1 Мбит/сек. Эта версия завоевала популярность и в конце 2000 года была выпущена новая версия, HPNA 2.0, обеспечивающая возможность работы со скоростями 10 Мбит/с при дальности свыше 350м.

Технология HPNA 1.0 (1 Мбит/с) использует метод IEEE 802.3 CSMA/CD (Ethernet) доступа к среде передачи. Полоса пропускания сигнала расположена в пределах от 5,5 МГц до 9.5 МГц, что позволяет не влиять на работу ADSL и VDSL – устройств и телефонов. В HPNA применяется многократная кодировка одиночного битового импульса. Внутри каждого сетевого интерфейса цепь приемника адаптируется к различным уровням помех, которые могут возникнуть в линии. В дополнение к этому, передающая цепь может варьировать уровень сигнала. Принимающая и передающая цепи постоянно контролируют условия прохождения сигнала и подстраивают свои параметры под эти условия. Именно эта адаптивность позволила существенно снизить требования к среде передачи. По сути, технология HPNA – это мегабитный Ethernet, работающий по телефонным проводам. Это позволяет использовать большое число Еthernet – совместимых программ, драйверов, приложений и оборудования.

Технология HPNA предусматривает использование той же модели драйвера Windows NDIS, который используется существующими картами Ethernet. Работа по принципу Plug-and-Play, поддерживаемая операционными системами Microsoft Windows 95/98/2000, полностью освобождает пользователя от необходимости заниматься сложными настройками программного обеспечения.

Большинство существующих абонентских телефонных линий позволяет достичь скорости передачи данных до 100 Мбит/с, при использовании для этого частотного диапазона 2 – 30 МГц. Благодаря использованию новой спектрально эффективной технологии модуляции в HPNA 2.0 обеспечена скорость передачи данных 10 Мбит/с. При этом не только выполняется совместимость оборудования с HPNA 1.0, но и осталась возможность увеличения в будущем скорости передачи до 100 Мбит/с. Новая технология позволяет динамически адаптировать скорость передачи данных и обеспечивает немедленную подстройку в зависимости от изменения электрических характеристик коммуникационного канала.

Аналогии в сравнении версий стандартов 10-мегабитного Ethernet и 100-мегабитного Ethernet и HPNA 1.0 и HPNA 2.0 нет никакой. В первом случае с Ethernet старшая версия совместима с младшей, она в десять раз быстрее, но они предназначены для решения одних и тех же задач. С оборудованием стандарта HPNA ситуация абсолютно иная. Так как основное применение оборудования HPNA заключается в подключении пользователя к сети Internet с использованием телефонной проводки, то отсюда вытекает ограничение, связанное со скоростями, обеспечивающими промежуточными провайдерами. Бессмысленно подавать пользователю на его абонентском участке скорость в 10 Мбит/сек (HPNA 2.0), если эта скорость все равно упадет на участке вторичного провайдера. Скорости в 1 Мбит/сек для этого вполне достаточно. Поэтому, каждая версия стандарта HPNA обеспечивает конечному пользователю скорость на абонентском участке, примерно в 1 Мбит/сек, но HPNA 1.0 и 2.0 делают это с использованием абсолютно разных подходов.

С этой точки зрения можно утверждать, что HPNA 1.0 и HPNA 2.0

неконкурирующие между собой технологии и их развитие идет параллельно.

Стандарт HPNA 1.0 предназначен для использовании топологии «звезда», и каждый пользователь подключается к отдельному порту коммутатора, который обеспечивает скорость 1 Мбит/сек. Для оборудования этого стандарта на первый план выходит не скорость (она даже избыточна), а масштабируемость портов коммутаторов, возможность их набора в стек, поддержка VLAN и встроенные SNMP-агенты. Этот факт нашел свое отражение в номенклатуре предлагаемого оборудования – в первом стандарте очень развита линейка сетевых устройств.

         Решение по «удлинению» Ethernet

Когда стоит задача соединения нескольких сегментов сети Ethernet, расположенных на расстоянии от 100 метров до нескольких километров, в подавляющем большинстве случаев, используются либо различные xDSL – решения, либо оптика. Но оба подхода обладают одним недостатком – высокой стоимостью контакта. HPNA технология позволяет решить эту задачу с затратами, отличающимися в разы.

Производители оборудования HPNA 2.0 гарантируют, что на дальности соединения 350 метров скорость передачи данных будет 10 Мбит/сек (при использовании медных проводов). Опыты показали, что передача данных возможна и на расстоянии до 1 километра. Правда наблюдается снижение скорости, примерно, в три раза. Поэтому просматривается следующее применение данной технологии – дешевое решение для соединения двух локальных сетей Ethernet, расположенных недалеко друг от друга и имеющих любой прямой провод между собой.

Данная реализация соединения возможна двумя способами. В первом случае, к выходу сетевого устройства Ethernet подключается конвертор HPNA/Ethernet и происходит передача данных на расстояние, до 1000 метров по технологии HPNA. На другом конце линии передачи просто стоит такой же конвертор, преобразующий технологию HPNA обратно в Ethernet. Такой способ соединения несколько дороже, но обладает тем достоинством, что работоспособность канала передачи не зависит от качества работы конкретной машины (компьютер дал сбой, выключен и т. д.).

 

hpna2

Рисунок 40 – Реализация соединения

 

Во втором случае, необходимость применения конвертора. HPNA/Ethernet отпадает. Необходимы две сетевые карточки HPNA, две сетевые карточки Ethernet и два компьютера с любой операционной системой семейства Windows (лучше Windows NT 4.0 или 2000). В свободные слоты компьютеров вставляются параллельно карточки HPNA и Ethernet и из компьютера формируется, таким образом, роутер. В HPNA карточку подсоединяется канал передачи, в Ethernet-карту – локальная сеть. При этом сами компьютеры, используемые в качестве роутеров, возможно использовать для клиентских приложений. Недостаток такого способа подключения состоит в том, что передача данных возможна только при включенных и настроенных роутерах. Если скорости в 1 Мбит/c вполне достаточно для соединения двух Ethernet-сетей, то для этой задачи вполне подойдет и оборудование стандарта HPNA 1.x. Предельные дальности в этом случае будут поменьше, 600 – 700 метров, но и цена «линка» значительно ниже – порядка 60 $, если использовать два PCI-адаптера HPNA 1.x. Отметим, что подобная задача может быть решена с сопоставимыми затратами и с помощью оборудования Ethernet – over – VDSL, так же производства компании City-Netek. Достижимая в этом случае дальность – до 2,5 км, скорость – до 11 Мбит/с.

         Домашние сети

Перед пользователями всегда стояла проблема удешевления доступа в Интернет и оптимизации обмена информацией между группой компьютеров. Это привело к появлению в середине 90-х годов прошлого века домашних сетей. Постоянно совершенствуясь в техническом плане, домашние сети сравнительно быстро приобрели популярность и огромное количество приверженцев. Сегодня при оборудовании домашних сетей все чаще используется оптоволоконный кабель. Оптическая сеть открывает перед пользователями широкие возможности – более высокие скорости при обмене музыкой, видео и другими данными, а также более быстрый доступ в Интернет по сравнению с домашней сетью, построенной на основе обычной медной витой пары. Оборудование для построения оптической сети для домашних пользователей вполне стандартно: сетевые карты, концентраторы (хабы), коммутаторы (свитчи), розетки, вилки и кабель – разумеется, оптоволоконный. Все компоненты сети должны быть предназначены для монтажа с оптоволокном. Монтаж домашней оптической сети выглядит следующим образом: от ближайшей опорной точки волоконно-оптической сети Интернет – провайдера к зданию клиентов прокладывается кабель, далее в доме устанавливается коммутатор и при помощи медного кабеля (витой пары), оконеченного разъемом (вилкой), осуществляется подключение пользователей. Технология сварки оптоволокна при этом ничем не отличается от аналогичных работ, проводимых при построении любой другой оптической сети – локальной вычислительной, телефонной или телевизионной.

 

Основная литература: 4[39-46];  5 [76-84].

Дополнительная литература: 3[52-58]; 5 [45-55].

 

Контрольные вопросы.

 1)Что означает термин «последняя миля»?

2)Способы организации абонентского доступа.

3)Максимальная скорость, обеспечиваемая технологией ADSL?

4)По какой технологии  предоставляет высокоскоростной доступ оператор АО «КазахТелеком»?

5)Чем объясняется выбор имеемо этой технологии?

6)Максимальное расстояние, обеспечиваемое технологией HDSL?

7)Проблемы при использовании WLL для передачи цифровой информации

8)Какой метод использует технология HPNA 1.0?

9)Какова полоса пропускания  сигнала технологии HPNA 1.0?

10)Какую скорость передачи данных  гарантируют производители оборудования HPNA 2.0 на дальности соединения 350 метров при использовании медных проводов?

11)Предпосылки появление домашних сетей.

12)Каким образом выглядит монтаж домашней оптической сети?

13)Назначение стандарта HPNA 1.0.

14)Какой тип кодировки применяется  в HPNA? 

 

Заключение 

Развитие информационных технологий оказывает влияние и на дальнейшее развитие логистического управления, как со стороны роста потребностей в новых услугах, так и в возможности повышения эффективности работы логистических систем.

К информационному прогрессу можно отнести три составляющие: развитие баз данных; совершенствование сетевых технологий (FireWire (iLink), Modem, LAN Gigabit Ethernet), в том числе беспроводных сетей (GSM, GPRS, EDGE, CDMA и т.д.) и как следствие Интернет технологий (WAP, MMS, WEB); совершенствование методов управления с использованием этих технологий.

Передовые технологии в области беспроводной связи (Wi-Fi, Bluetooth, сеть GSM и GPRS) позволяют уже сейчас использовать слежение за транспортными единицами и позиционирования его на местности, с возможностью обратной связи. Сложность вызывает лишь стоимость таких решений, совместимость всех технологий связи и наличие строго определенных стандартов у некоторых систем. Однако, по прогнозам наибольшее применение будут иметь, технологии беспроводной связи WiMAX и RFID, имеющие высокую надежность, и безопасность, необходимую для слежения за материальным потоком и управления бизнес-процессами.

Спутниковая связь наиболее подходящая для слежения за наземными объектами благодаря своей дороговизне не нашла широкого применения, а вместе с этим и развития спутниковых технологий, оставшись на вооружении военных ведомств. Однако существует уже готовое решение фирм UMC, «Текон» и «Кигли» по обмену данными транспортных средств и диспетчеров с помощью спутниковой, GSM и GPRS связи для экспедиторских фирм, автобаз, охранных фирм и транспортных отделов предприятий.

Так тенденцией работы современного маркетинга является правило «затратить на маркетинг поменьше, а продать товара побольше», для чего идеально подходят Интернет-технологии. В качестве Интернет технологий рассматриваются, как правило, такие сервисы как WWW, e-mail и WAP, и сетевые технологии, которые позволяют с довольно большой скоростью получать в настоящее время информацию из любых уголков мира.

Развитие производства обязательно влечет за собой рост объема информации, необходимой для более эффективного принятия решений и обслуживания.

Задачи управления требуют умения использовать и обрабатывать большие объемы информации, проводить ее анализ в различных разрезах, моделировать процессы и ситуации, структурировать материал для принятия решений. Существенную роль играет оперативность и качество выполнения вышеперечисленных задач. Поэтому быстрыми темпами происходит развитие специализированных информационных технологий для более качественного представления и обработки данных, таких как технологии оперативного анализа распределенных данных (OLAP-технологии), сетевые технологии общего доступа, статистические пакеты, геоинформационные системы (ГИС-технологии), системы поддержки принятия решений (СППР) и др.

Следующим этапом будет автоматизация бизнес-процессов, позволяющая ускорить процессы принятия решений и скорость реагирования на рыночные подвижки. Поэтому, к современным информационным системам предъявляются дополнительные требования – эффективность, низкая стоимость продукта и обслуживания, масштабируемость и сжатые сроки внедрения.

Кроме рассмотренных систем управления баз данных, все большую популярность стали приобретать поисковые системы в сети Интернет, охватывающие всю глобальную Интернет сеть, при чем благодаря рекламе, конкуренции и коммерции, легко индексируются платные и частные ресурсы. Основными компаниями имеющими блестящий успех как поисковые системы, а некоторые еще и как Интернет-магазины и почтовые базы являются: Accoona (Китай), Google, Yahoo!, Amazon.com, MSN, AOL, Ask, Lycos из отечественных Yandex и Meta. Естественно, что отдается предпочтение рекламе лишь компаний рекламодателей, и логический поиск по ключевым словам еще далек от совершенства, но даже при таком уровне развития данные поисковые системы обеспечивают приемлемый поиск необходимых Интернет-ресурсов.

Также, существуют специализированные сети по поиску, например, транспортных средств, судов и т.д., но и они уже имеют выход в сеть Интернет, т.к. рыночные условия, перенасыщенность рынка услуг и конкуренция ставят задачу по поиску потребителя.

Быстрый рост информации, необходимой для оперативного управления, вызывает рост поисковых систем уже уровня персонального компьютера, для этого разработано уже несколько корпоративных программ (Internet-пейджеры и др.), конкурирующих между собой. Данные технологии позволят вести поиск по собственному алгоритму, сокращая время на поиск информации.

 

Список литературы

1.   Основы современных компьютерных технологий: Учебник / Под ред. Проф. А.Д. Хомоненко. – СПб.: КОРОНА принт, 2005. – 672 с.

2.   Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 3-изд. – СПб: «Питер», 2006.
– 958 c.

3.   Гусев В. Г., Гусев Ю. М. Электроника и микропроцессорная техника: Учеб.для вузов – М.: Высш. шк., 2006. – 799 с.

4.    Алексеев А.П.Информатика 2003. Базовый курс. Учебное пособие. – М.: Издательство «Солон-Пресс», 2003. – 464 с.

5.    Гусев В. Г., Гусев Ю. М. Электроника и микропроцессорная техника: Учебник для вузов – М.: Высш. шк., 2006. – 799 с.

6.    Степанов А. Информатика: Учебник для вузов. 4-е-издание.– М.: Высшая школа, 2004. – 688 c.

7.    Информатика: Учебник/Под ред. проф. Н.В.Макаровой. – М.: Финансы и статистика, 2004. – 768 с.

8.    Степаненко И.П. Основы микроэлектроники: Учебное пособие для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2004.– 488 с.

9.    Ташимов М.А. Современные вычислительные системы и сетевые технологии.  – Алматы, 2004. – 285 с.

10.   Опадчий Ю.Ф. Аналоговая и цифровая электроника.  Учебник для ВУЗов. Изд-во: Горячая линия-Телеком, 2005. – 768 с.

11.    Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника: Учеб. Пособие.– Ростов н/Д: Феникс, 2005. – 704 с.

12.   Информатика. Базовый курс. Учебник для вузов. Под ред. С.В.Симоновича. – СПб.: Издательство «Питер», 2002. – 688 с.

13.  Новиков Ю.В., Кондратенко С.В. Основы локальных сетей Интернет-университет информационных технологий. – ИНТУИТ.ру, 2005.– 360 с.

14.    Игнатов А.Н. Оптоэлектронные приборы и устройства. Изд-во: Эко-Трендз, 2006. – 272 с.

15.    Бойко В.И., Гуржий А.Н., Жуйков В.Я. и др. Схемотехника электронных устройств. Цифровые устройства. – СПб.: БХВ – Петербург, 2004. – 512 с.

16. Бойко В.И., Гуржий А.Н., Жуйков В.Я. и др. Схемотехника электронных устройств. Микропроцессоры и микроконтроллеры. – СПб.: БХВ – Петербург, 2004. – 464 с.

17.    Бериков А.Б., Ордабаев Б.О. Полупроводниковые приборы. – Алматы, АЭИ, 1992. – 136 с.

18.     Островский В.А. Информатика. – М.: Высшая школа, 2004.

19.     Соломенчук В., Соломенчук П. «Железо» ПК 2005. – BHV, 2005. – 480 c.

20.     Пахомов С. О., Асмаков С. В. «Железо 2006» – СПб.: БХВ-Петербург. – 2005. – 480 с.

21.   Гук М. Аппаратные средства IBM PC – СПб.: ПИТЕР, 2004.– 816 с.