Структурная схема и назначение основных устройств персонального компьютера.

Количественные характеристики информации

Кол-во информации (Формула Шеннона)

Количество информации определяется так же через понятие энтропии системы. Энтропия Больцмана – это мера беспорядка. При равновероятном распределении параметров системы (например, направлений движения молекул) энтропия максимальна! При упорядочивании системы (задание определенного направления движения) энтропия уменьшается.

Текст с максимальной энтропией – равновероятное распределение букв – бессмысленное содержание – 0 информации. Теперь пусть в неком информационном сообщении (в SMS-сообщении) случайным образом из-за помех некоторые буквы были заменены. Информация – это нужные, верные, достоверные сигналы - I . Неверные буквы - это шум, беспорядок - H .

H + I = 1

Пусть P_i это вероятность того, что система находится в состоянии i. (вероятность того, что буква будет, например «В»). Кол-во возможных состояний N. Тогда энтропия по Шеннону – это мера недостающей информации:

Энтропия Шеннона количественно характеризует достоверность передаваемых сигналов.

Единицы измерения количества информации. Для количественного выражения любой величины необходимо определить единицу измерения. Так, для измерения длины в качестве единицы выбран метр, для измерения массы — килограмм и так далее. Аналогично, для определения количества информации необходимо ввести единицу измерения.

За единицу количества информации принимается такое количество информации, которое содержит сообщение, уменьшающее неопределенность в два раза. Такая единица названа «бит».

Если вернуться к опыту с бросанием монеты, то здесь неопределенность как раз уменьшается в два раза и, следовательно, полученное количество информации равно 1 биту.

Минимальной единицей измерения количества информации является бит, а следующей по величине единицей является байт, причем 1 байт = 2³бит = 8 бит.

В информатике система образования кратных единиц измерения количества информации несколько отличается от принятых в большинстве наук. Традиционные метрические системы единиц, например Международная система единиц СИ, в качестве множителей кратных единиц используют коэффициент 10ⁿ, где n = 3, 6, 9 и так далее, что соответствует десятичным приставкам Кило (10³), Мега (10⁶), Гига (10⁹) и так далее.

Компьютер оперирует числами не в десятичной, а в двоичной системе счисления, поэтому в кратных единицах измерения количества информации используется коэффициент 2ⁿ.

Так, кратные байту единицы измерения количества информации вводятся следующим образом:

1 Кбайт = 2¹⁰ байт = 1024 байт;

1 Мбайт = 2¹⁰Кбайт = 1024 Кбайт;

1 Гбайт = 2¹⁰Мбайт = 1024 Мбайт.

1 Тбайт = 2¹⁰Гбайт = 1024 Гбайт

Флэш-память

Название этот тип памяти получил от одного из разработчиков технологии – компании. Слово – «вспышка» – относилось к типу записи информации и, вероятно, носило еще и рекламный характер.

Преимущества флэш-памяти заключаются в независимости от наличия или отсутствия электрического питания, в долговременности хранения информации (производители гарантируют сохранность данных в течение 10 лет, но на практике должно быть больше) и в высокой механической надежности (в накопителях на базе флэш-памяти нет никаких механических устройств, следовательно, нечему ломаться).

Недостатки – в высокой сложности устройства, в невысоком быстродействии и в относительно высокой стоимости микросхем.

Основная битва производителей флэш-карт развернулась на двух фронтах: уменьшение размеров и увеличение быстродействия. Уже сейчас скорость работы карт сравнима с накопителями на оптических дисках, но от современных винчестеров отстает весьма заметно.

Огромное количество техники – фото– и видеокамеры, карманные персональные компьютеры, мр3-плееры, диктофоны и сотовые телефоны – использует в качестве носителей информации флэш-карты. Эволюция как форматов карт, так и их характеристик стремительно изменяется: увеличиваются объемы, растет скорость, падает цена.

«CompactFlash»

Карты «CompactFlash» (CF) выпущены в 1994 году компанией «Sandisk» и на сегодняшний день занимают на рынке лидирующее положение: обеспечивают наивысшую скорость и наибольшую емкость (вплоть до 12 Гб).

Карты этого типа превосходно подходят для применения в самых разнообразных устройствах, включая цифровую фототехнику, где CF занимают ведущие позиции.

Стандарт «CompactFlash» является «открытым», что и способствует его значительному распространению.

«Smartmedia Card»

«SmartMedia Card» (SM) – сравнительно «древний» формат карт, которому, по всем прогнозам, пора бы уже и на покой: достаточный «запас скорости» при создании не обеспечили. Стандарт разработан в 1997 году специально для использования в цифровых аудиоплеерах и фотоаппаратах.

Основная доля продвижения стандарта на рынке принадлежит компаниям «Olympus» и «Toshiba».

Карты «SmartMedia» предельно просты и не содержат встроенного контроллера. По длине и ширине карты соответствуют CF, однако они гораздо тоньше – это самые тонкие флэш-карты из всех известных на сегодня (чуть толще листа картона). Низкие скорость работы и максимальный объем карт привели к их постепенному вытеснению другими, более современными типами.

«XD Picture Card»

В августе 2002 года японские компании «Toshiba», «Olympus» и «Fuji Photo Film» представили новый стандарт флэш-карт – «XD Picture Card» (XD – сокращение от «eхtreme Digital»).

XD на сегодняшний день поддерживает объем до 256 Мбайт, но планируется довести его до 8 Гб. Карты в размерах значительно меньше «SmartMedia» и весят около 2-х граммов.

«MultiMedia Card»

Стандарт «MultiMedia Card» (MMC) разработан в 1997 году компаниями «Sandisk» и «Siemens». Карты данного типа отличаются малыми габаритами, соизмеримыми с размерами почтовой марки, и весом менее 1, 5 грамма: они проектировались для использования в мобильных телефонах.

«Reduced Size MultiMedia»

Созданные карты «Reduced Size MultiMedia» (RS-MMC), идентичные MMC по структуре, но меньшие по размеру и весу (менее грамма). Карликовость весьма актуальна для портативных устройств.

Максимальный объем карт – до 256 Мб, однако низкая скорость работы вместе с необходимостью использования адаптера для подключения к любым имеющимся устройствам не позволяют отнести карты этого стандарта к перспективным.

«Secure Digital»

Формат «Secure Digital» (SD) «родился» на смену безвременно «ушедшему» MMC. «Родители» – компании «Matsushita», «Sandisk» и «Toshiba», дата «рождения» – 1999 год.

По габаритам SD-карта соответствует MMC, хоть и стала чуть толще. В SD особое внимание уделено вопросам защиты и безопасности, что заботливо отражено в названии. В карты встроены криптографические функции, позволяющие защитить информацию от несанкционированного копирования, а также механическая защита от случайного стирания. На сегодняшний день карты формата SD – наиболее серьезный конкурент CF, их основное преимущество – размер.

Количество устройств, поддерживающих этот стандарт, увеличивается с каждым днем. Помимо обычных областей применения флэш-карт, SD перешел и на неординарные устройства: детские игрушки, электронные книги, кухонные комбайны, холодильники, микроволновые печи и многое другое.

«Memory Stick»

Формат «Memory Stick» (MS) разработан в 1999 году компанией «Sony». По обыкновению компании, и он – «вещь в себе»: «Sony» придумала, «Sony» производит, «Sony» и пользуется.

По скорости карта примерно соответствует ММС, по уровню защищенности данных – SD, но по физическим размерам она заметно больше обоих, а вес карты – 4 грамма. Однако не так давно появился вариант «MS Duo» с меньшими габаритами и весом. Объем карты не может превышать 128 Мбайт.

Стримеры

Стримеры – это накопители на магнитной ленте. Их отличает сравнительно низкая цена. Емкость магнитных кассет (картриджей) для стримеров составляет до нескольких Гбайт. Стримеры широко используют в системах разведки, безопасности, связи, навигации и в десятке других областей, где надо непрерывно записывать огромные массивы данных при безусловном обеспечении надежности хранения.

Операционные системы

Операционная система (ОС)— это комплекс программ, предназначенных для управления загрузкой, запуском и выполнением других пользовательских программ, а также для планирования и управления вычислительными ресурсами ЭВМ, т.е. управления ее работой с момента включения до момента выключения питания.

ОС загружается автоматически при включении компьютера ведет диалог с пользователем, осуществляет управление компьютером, его ресурсами (оперативной памятью, дисковым пространством и т.д.), запускает другие программы на выполнение и обеспечивает пользователю способ общения с устройствами компьютера — интерфейс.

Другими словами, операционная система обеспечивает функционирование и взаимосвязь всех компонентов компьютера, а также предоставляет пользователю доступ к его аппаратным возможностям. Кроме того, ОС определяет производительность системы, степень защиты данных, выбор программ, с которыми можно работать на компьютере, требования к аппаратным средствам.

ОС является связующим звеном, с одной стороны, между аппаратурой компьютера и выполняемыми программами, с другой — между аппаратурой компьютера и пользователем. Ее можно назвать программным продолжением устройства управления компьютера. Образуя прослойку между пользователем и аппаратурой, она скрывает от него сложные и ненужные подробности функционирования компьютера и освобождает от трудоемкой работы по организации вычислительного процесса.

Операционная система выполняет следующие функции:

поддержка диалога с пользователем;

ввод-вывод и управление данными;

планирование и организация процесса обработки программ;

распределение ресурсов (оперативной и кэш памяти, процессора, внешних устройств);

запуск программ на выполнение;

выполнение вспомогательных операций обслуживания;

передача информации между различными внутренними устройствами;

поддержка работы периферийных устройств (монитора, клавиатуры, накопителей на гибких и жестких дисках, принтера и др.).

Прикладные программы связаны с ОС и могут эксплуатироваться только на тех компьютерах, где имеется аналогичная или совместимая системная среда, либо в ОС обеспечена возможность преобразования (конвертации) программ.

В соответствии с выполняемыми функциями в структуре ОС можно выделить следующие основные компоненты:

модули, обеспечивающие пользовательский интерфейс;

модуль, управляющий файловой системой;

модуль, расшифровывающий и выполняющий команды (командный процессор);

драйверы периферийных устройств.

Операционная система хранится во внешней памяти компьютера (обычно на жестком диске — винчестере). При включении компьютера происходит загрузка операционной системы— ее часть (ядро) считывается с диска и размещается в оперативной памяти, где находится весь сеанс работы компьютера (резидентная часть ОС), а остальные модули операционной системы для выполнения своих функций подзагружаются по мере необходимости (транзитная часть ОС).

Операционные системы можно классифицировать по следующим признакам:

По числу параллельно решаемых на компьютере задач — однозадачные ОС и многозадачные ОС (обеспечивают одновременное решение нескольких задач и управляют распределением совместно используемых ими ресурсов).

По числу одновременно работающих пользователей — однопользовательские ОС и многопользовательские ОС. Многопользовательские имеют средства защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других.

По типу интерфейса — ОС с командным интерфейсом и ОС с графическим интерфейсом.

По типу аппаратуры — ОС для персональных компьютеров различных платформ (IBM-совместимых, Apple Macintosh), ОС для мини-компьютеров, ОС для мэйнфреймов, ОС для сетей ЭВМ. Среди этих типов компьютеров могут встречаться как однопроцессорные варианты, так и многопроцессорные.

По числу разрядов адресной шины компьютеров, на которые ориентирована ОС — 16- разрядные ОС, 32-разрядные ОС и 64-разрядные ОС.

На рынке операционных систем представлены разработки различных фирм, которые различаются ориентацией на аппаратные средства, решение определенного круга задач, потребности потребителя и пр. Можно выделить операционные системы, обладающие определенными общими чертами: один производитель, единый подход к организации и функционированию и пр., что позволяет классифицировать их по семействам и линейкам. Например, можно выделить такие семейства как Windows (Microsoft), Unix (различные разработчики), Solaris (Sun Microsystems) и другие.

К основным направлениям развития операционных систем относят следующие:

1. Расширяемость— возможность внесения дополнительных функций без разрушения целостности системы;

2. Переносимость— возможность использования на различных аппаратных платформах;

3. Надежность и отказоустойчивость— защищенность от внутренних и внешних сбоев и ошибок, т.е. от некорректных действий прикладных программ, пользователей, оборудования и самой операционной системы;

4. Совместимость— поддержка выполнения прикладных программ, написанных для других операционных систем, а также взаимодействие между различными ОС, функционирующих в корпоративной среде;

5. Безопасность— очень важное требование, особенно в сетевой среде и в условиях все более широкого использования Internet в корпоративной деятельности;

6. Производительность— соответствие быстродействия операционной системы возможностям современных аппаратных средств;

7. Интеграция с Internet— поддержка соответствующих протоколов, сервисов и Web-серверов;

8. Сетевые возможности— поддержка эффективного использования сетевых ресурсов, организация удаленного доступа, разграничение доступа и др.;

9. Поддержка многопроцессорной обработки данных.

Правовая охрана информации

Правовая охрана программ и баз данных. Охрана интеллектуальных прав, а также прав собственности распространяется на все виды программ для компьютера, которые могут быть выражены на любом языке и в любой форме, включая исходный текст на языке программирования и машинный код. Однако правовая охрана не распространяется на идеи и принципы, лежащие в основе программы, в том числе на идеи и принципы организации интерфейса и алгоритма.

Правовая охрана программ для ЭВМ и баз данных впервые в полном объеме введена в Российской Федерации Законом " О правовой охране программ для электронных вычислительных машин и баз данных", который вступил в силу в 1992 году.

Для признания авторского права на программу для компьютера не требуется ее регистрации в какой-либо организации. Авторское право на программу возникает автоматически при ее создании. Для оповещения о своих правах разработчик программы может, начиная с первого выпуска в свет программы, использовать знак охраны авторского права, состоящий из трех элементов:
- буквы " С" в окружности © или круглых скобках (с);
- наименования (имени) правообладателя;
- года первого выпуска программы в свет.

Например, знак охраны авторских прав на текстовый редактор Word выглядит следующим образом: © Корпорация Microsoft, 1983-2003.

Автору программы принадлежит исключительное право осуществлять воспроизведение и распространение программы любыми способами, а также модифицировать программу. Организация или пользователь, правомерно владеющие экземпляром программы (купившие лицензию на ее использование), могут осуществлять любые действия, связанные с функционированием программы, в том числе ее запись и хранение в памяти компьютера.

Необходимо знать и выполнять существующие законы, запрещающие нелегальное копирование и использование лицензионного программного обеспечения. В отношении организаций или пользователей, которые нарушают авторские права, разработчик может потребовать через суд возмещения причиненных убытков и выплаты нарушителем компенсации.

Электронная подпись. Электронная цифровая подпись в электронном документе признается юридически равнозначной подписи в документе на бумажном носителе.

В 2002 году был принят Закон " Об электронно-цифровой подписи", который стал законодательной основой электронного документооборота в России.

При регистрации электронно-цифровой подписи в специализированных центрах корреспондент получает два ключа: секретный и открытый. Секретный ключ хранится на дискете или смарт-карте и должен быть известен только самому корреспонденту. Открытый ключ должен быть у всех потенциальных получателей документов и обычно рассылается по электронной почте.

Процесс электронного подписания документа состоит в обработке с помощью секретного ключа текста сообщения. Далее зашифрованное сообщение посылается по электронной почте абоненту. Для проверки подлинности сообщения и электронной подписи абонент использует открытый ключ.

Защита информации

Защита от несанкционированного доступа к информации. Для защиты от несанкционированного доступа к данным, хранящимся на компьютере, используются пароли. Компьютер разрешает доступ к свсим ресурсам только тем пользователям, которые зарегистрированы и ввели правильный пароль. Каждому конкретному пользователю может быть разрешен доступ только к определенным информационным ресурсам. При этом может производиться регистрация всех попыток несанкционированного доступа.

Защита с использованием пароля используется при загрузке операционной системы (при загрузке системы пользователь должен ввести свой пароль). Однако такая защита легко преодолима, так как пользователь может отказаться от введения пароля. Вход по паролю может быть установлен в программе BIOS Setup, компьютер не начнет загрузку операционной системы, если не был введен правильный пароль. Преодолеть такую защиту нелегко, более того, возникнут серьезные проблемы доступа к данным, если пользователь забудет этот пароль.

От несанкционированного доступа может быть защищен каждый диск, папка и файл локального компьютера. Для них могут быть установлены определенные права доступа (полный, только чтение, по паролю), причем права могут быть различными для различных пользователей.

В настоящее время для защиты от несанкционированного доступа к информации все чаще используются биометрические системы идентификации. Используемые в этих системах характеристики являются неотъемлемыми качествами личности человека и поэтому не могут быть утерянными и подделанными. К биометрическим системам защиты информации относятся системы идентификации по отпечаткам пальцев, системы распознавания речи, а также системы идентификации по радужной оболочке глаза.

Защита программ от нелегального копирования и использования. Компьютерные пираты, нелегально тиражируя программное обеспечение, обесценивают труд программистов, делают разработку программ экономически невыгодным бизнесом. Кроме того, компьютерные пираты нередко предлагают пользователям недоработанные программы, программы с ошибками или демоверсии программ.

Для того чтобы программное обеспечение компьютера могло функционировать, оно должно быть установлено (инсталлировано). Программное обеспечение распространяется фирмами-производителями в форме дистрибутивов на CD-ROM. Каждый дистрибутив имеет свой серийный номер, что препятствует незаконному копированию и установке программ.

Для предотвращения нелегального копирования программ и данных, хранящихся на CD-ROM, может использоваться специальная защита. На CD-ROM может быть размещен закодированный программный ключ, который теряется при копировании и без которого программа не может быть установлена.

Защита от нелегального использования программ может быть реализована с помощью аппаратного ключа, который присоединяется обычно к параллельному порту компьютера. Защищаемая программа обращается к параллельному порту и запрашивает секретный код. Если аппаратный ключ к компьютеру не присоединен, то защищаемая программа определяет ситуацию нарушения защиты и прекращает свое выполнение.

Физическая защита данных на дисках. Для обеспечения большей надежности хранения данных на жестких дисках используются RAID-массивы (Reduntant Arrays of Independent Disks - избыточный массив независимых дисков). Несколько жестких дисков подключаются к RAID-контроллеру, который рассматривает их как единый логический носитель информации. При записи информации она дублируется и сохраняется на нескольких дисках одновременно, поэтому при выходе из строя одного из дисков данные не теряются.

Защита информации в Интернете. Если компьютер подключен к Интернету, то, в принципе, любой злоумышленник, также подключенный к Интернету, может получить доступ к информационным ресурсам этого компьютера. Если сервер, имеющий соединение с Интернетом, одновременно является сервером локальной сети, то возможно несанкционированное проникновение из Интернета в локальную сеть.

Для доступа к данным на компьютере, подключенном к Интернету, часто используется особо опасная разновидность компьютерных вирусов - троянцы. Троянцы распространяются по компьютерным сетям и встраиваются в операционную систему компьютера. В течение долгого времени они могут незаметно для пользователя пересылать важные данные (пароли доступа к Интернету, номера банковских карточек и т. д.) злоумышленнику.

Такие компьютерные вирусы были названы троянцами по аналогии с троянским конем. В поэме Гомера описана осада древними греками города Трои (около 1250 года до н. э.). Греки построили громадного коня, поместили в нем воинов и оставили его у ворот города. Ничего не подозревающие троянцы втащили коня в город, а ночью греки вышли из коня и захватили город.

Для защиты от троянцев и других компьютерных вирусов используются антивирусные программы.

Большую опасность для серверов Интернета представляют хакерские атаки. Во время таких атак на определенный сервер Интернета посылаются многочисленные запросы со многих Интернет-адресов, что может привести к " зависанию" сервера.

Для защиты компьютера, подключенного к Интернету, от сетевых вирусов и хакерских атак между Интернетом и компьютером устанавливается аппаратный или программный межсетевой экран. Межсетевой экран отслеживает передачу данных между Интернетом и локальным компьютером, выявляет подозрительные действия и предотвращает несанкционированный доступ к данным.

Структурная схема и назначение основных устройств персонального компьютера.

Основой любой информационной системы является компьютер. Под структурной организацией компьютеров понимают их некоторую физическую модель, которая отображает состав, порядок и принципы взаимодействия основных функциональных модулей без деталей их технической реализации. Анализируя устройство компьютера на логическом уровне, в структуре компьютера выделяют центральные и внешние устройства. К центральным устройствам относят микропроцессор и основную память, которую называют внутренней.

Внешние устройства часто называют периферийными. Ядром вычислительной процесса в компьютере является его микропроцессор.

Микропроцессор (МП)– это микросхема (chip), которая руководит работой всех аппаратных компонентов компьютера, обеспечивает выполнение программ, выполняет арифметические и логические операции. В составе МП выделяют арифметико-логическое устройство, устройство управления, и регистры.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ)– предназначено для сохранения данных и программ на протяжении одного сеанса работы с компьютером (от момента его включения до момента отключения компьютера). В ОЗУ информацию можно записывать и считывать из нее. В ней сохраняются данные, с которыми ведется оперативная работа, и программы для их обработки.

В постоянном запоминающем устройстве размещены программы, которые обеспечивают функционирование вычислительной системы (в частности, программы начальной загрузки компьютера и тестирования его составляющих) и некоторые программы из базового программного обеспечения компьютера, значительная часть которых связана с обслуживанием операций ввода/вывода. Эту память называют постоянной потому, что информация в ней сохраняется после выключения компьютера. Из постоянной памяти информацию можно только считывать, записать туда пользователь ничего не может. Она является энергонезависимой, но команды, которые в ней хранятся, начинают выполняться при получении первого импульса тока после включения компьютера. ПЗУ «прошивается» информацией на этапе его изготовления.

Кэш-память– это небольшая по объему буферная память, которая позволяет ускорить процессы обмена данными между МП и ОЗУ за счет значительно меньшего, чем к ОЗУ, времени доступа к данным и размещения в ней данных, которые чаще используются.

Полупостоянная память – это память небольшого объема, где хранится информация о текущей аппаратной конфигурации персонального компьютера, а также текущие дата и время. Эта память изготовлена по специальной технологии CMOS, что обеспечивает низкое энергопотребление и возможность изменять аппаратную конфигурацию пользователем.

Системная магистраль– это совокупность шин для обмена данными, адресами и управляющими сигналами между центральными и внешними устройствами. Каждая шина – это несколько параллельных линий, определяющих разрядность шины, по которым в виде электрических сигналов передается информация от одного устройства к другому. Магистраль включает в себя следующие три шины:

· Шина управления, которая служит для управления со стороны микропроцессора всеми системами и процессами, происходящими в компьютере.

· Шина адреса(адресная шина), с помощью которой осуществляется выбор нужной ячейки памяти, а также портов ввода-вывода.

· Шина данных, по которой информация передается от микропроцессора к какому-либо устройству либо, наоборот, от устройства к микропроцессору.

Интерфейсные блокииспользуются для согласования работы центральных и внешних устройств. Они выполняют преобразование сигналов, которые передаются через системную магистраль, в сигналы, которые обеспечивают работу соответствующих внешних устройств, осуществляют буферизацию данных. Технической реализацией интерфейсных блоков являются контролеры, адаптеры, видеоплаты, синтезаторы звука.

К основным внешним устройствам относятся:

1. клавиатура– устройство для ввода символьной информации;

2. монитор – устройство для отображения на экране текстовой и графической информации. Основные характеристики мониторов:

o параметры текстовых режимов работы (количество символов в строке и количество строк);

o параметры графических режимов;

o размеры по диагонали;

3. ручной манипулятор «мышь»- для выбора тех или иных параметров, режимов работы, команд программ и для управления работой подвижных объектов на экране монитора;

4. накопители на гибких магнитных дисках (дисководы)– для чтения и записи данных на дискеты;

5. накопители на жестких магнитных дисках (винчестеры)– для чтения и записи информации на жесткие магнитные диски;

6. CD-ROM– устройство для чтения информации с компакт-дисков (оптических дисков);

7. принтер– устройство для печати информации на бумаге;

8. сканер– устройство для получения электронных копий текстовых и графических документов;

9. плоттер– устройство для построения графических изображений на бумаге;

10. стример– устройство для изображения информации на магнитных лентах;

11. модем– устройство для подключения компьютеров к сети.