Локальные вычислительные сети. Самые первые вычислительные сети были небольшими как по протяженности, так и по количеству объединенных в них компьютеров

Самые первые вычислительные сети были небольшими как по протяженности, так и по количеству объединенных в них компьютеров. Такие сети существуют и сегодня. Они называются локальными. Локальные вычислительные сети (ЛВС) можно разделить на два типа: одноранговые ЛВС и сети на основе выделенного сервера.

Одноранговые ЛВС

Этот тип локальных сетей назван так потому, что все компьютеры в них равноправны, выделенного сервера нет. Каждый компьютер, входящий в одноранговую сеть, действует и как сервер, и как клиент. Каждый пользователь сам решает, какие ресурсы на своей ПЭВМ сделать доступными для других. Одноранговые ЛВС редко бывают большими. Наиболее часто они объединяют не более 10 компьютеров. По сравнению с другими типами сетей, одноранговые сети достаточно просты. Обычно они работают под управлением операционных систем MS Windows NT Workstation, MS Windows 95, MS Windows 98, в которых поддержка одноранговых сетей встроена. Подобные сети целесообразно применять там, где количество пользователей невелико (не более 10), размещены они компактно, а требования к защите данных невелики .

ЛВС на основе выделенного сервера

Как уже было сказано выше, одноранговые сети эффективны при небольшом количестве пользователей. Данный недостаток устраняется в сетях, построенных на основе выделенного сервера, т. е. компьютера, выполняющего исключительно роль сервера и не являющегося рабочей станцией (клиентом).

ЛВС на основе сервера могут быть выполнены в разных вариантах топологии, т. е. способах объединения компьютеров в сеть. Существуют три базовых варианта топологии: звезда, шина и кольцо.

Топология типа «звезда»

При соединении «звездой» все компьютеры подключаются к серверу независимо друг от друга разными сегментами кабеля (см. рис. 4.4).

Достоинством этой топологии является независимость рабочих станций друг от друга (при выходе из строя одной из них, остальные продолжают работать). Есть и недостатки: большой расход кабеля, велика нагрузка на сервер, т. к. все информационные потоки проходят через него.

Рис. 4.4. Схема топологии типа «звезда»

Топология типа «шина»

При соединении рабочих станций «шиной» используется один кабель (магистраль), к которому и подключены все компьютеры, включая и сервер (см. рис. 4.5).

Рис. 4.5. Схема топологии типа «шина»

Это самая простая и распространенная топология. Каждый компьютер в такой сети имеет свой адрес, благодаря которому данные, циркулирующие по общей шине, принимаются лишь тем компьютером, которому они адресованы. Как и в рассмотренном типе сетей, в сетях с шинной топологией выход из строя одной рабочей станции никак не влияет на работу остальных.

Недостаток данной топологии заключается в том, что информационные потоки, передаваемые всеми станциями, подключенными к шине, циркулируют по одному и тому же кабелю, что снижает скорость передачи информации применительно к каждой отдельной рабочей станции.

Топология типа «кольцо»

Как следует из названия, в таком варианте топологии все компьютеры объединены кабелем, замкнутым в кольцо (см. рис. 4.6).

Электрические сигналы передаются по этому кабелю в одном направлении и проходят через каждый компьютер, который выступает в роли повторителя, т. е. усиливает проходящие сигналы. У этого типа сетей есть серьезный недостаток: если один из компьютеров, входящих в кольцевую сеть выходит из строя, кольцо разрывается и работоспособность сети нарушается. Но есть и достоинство: при кольцевой топологии локальная сеть теоретически может иметь неограниченную протяженность, важно только, чтобы между соседними компьютерами расстояние не превышало предельно допустимую величину.

Рис.4.6. Схема кольцевой топологии ЛВС

Любой вариант топологии, описанный выше, можно реализовать как путем разводки сетевого кабеля (если именно он является средой передачи информации ) в соответствии с требуемой схемой, так и с помощью специальных устройств – хабов (hub – разветвитель), которые и обеспечивают необходимый способ соединения компьютеров в локальную сеть. Так например, если требуется соединить компьютеры в сеть типа Ethernet (см. стр. 27), то можно применить протокол передачи данных со скоростью 10 Мб/сек или 100 Мб/сек. В первом случае наиболее часто прокладывают коаксиальный кабель, применение которого не требует наличия хаба (разветвителя, реализующего нужный вариант топологии в своей конструкции). Во втором же – симметричный кабель, и для соединения всех компьютеров в сеть необходим хаб.

Виды сетевой архитектуры в ЛВС

Сетевая архитектура – совокупность стандартов, топологий и протоколов, необходимая для создания работоспособной сети. В настоящее время наиболее часто встречаются четыре вида сетевой архитектуры:

· Ethernet;

· Arcnet;

· Apple Talk;

· Token Ring.

Ethernet – кабельная система и схема передачи сигналов, предложенные компанией Xeroxв 1975 году. Была утверждена IEEE в качестве одного из стандартов. Способна поддерживать до 1024 абонентских систем (компьютеров). Скорость передачи информации по сети Ethernet составляет 10 – 100 Мбит/сек и зависит от среды передачи (типа кабеля) и версии протокола передачи данных. В настоящее время Ethernet – самая популярная сетевая архитектура. Поддерживаемые топологии – «звезда» и «шина».

Arcnet– архитектура, предложенная корпорацией Datapoint в 1977 году. В последствии также принята IEEE в качестве стандарта IEEE 802.4. Максимальная скорость передачи информации составляет 2,5 Мб/сек. Arcnet поддерживает топологию типа «звезда» и «шина». В настоящее время данная сетевая архитектура считается устаревшей и применяется лишь в тех сетях, где нет высоких требований к скорости передачи информации, например – в любительских локальных сетях жилых домов, объединяющих несколько ПК и имеющих общий выход в Internet по высокоскоростному каналу.

AppleTalk – сетевая архитектура (спецификация), предложенная в 1983 году компанией Apple Computer для небольших рабочих групп. После появления на мировом рынке компьютеров Macintosh, также созданных в этой компании, сетевая архитектура AppleTalk входит в состав операционной системы MacOS, работающей на этих компьютерах. В России эта сетевая архитектура не получила распространения, так же, как и компьютеры Macintosh компании Apple Computer. Данной спецификацией поддерживаются два вида топологии: «шина» и «кольцо».

Token Ring – сетевая архитектура, представленная компанией IBM в 1984 году. Принята в качестве стандарта IEEE 802.5. Типичная топология, используемая в сети Token Ring – «кольцо».

Тема № 5. Базы данных

Понятие Базы Данных

При разработке в некоторой предметной области практического приложения пользователя на компьютерах важную роль играет информационное обеспечение. Особенности информации обусловливают высокие требования к актуальности информации, достоверности, простоте доступа и скорости обработки информации. Основной функцией информационного обеспечения является надежное хранение на машинных носителях всей совокупности необходимых данных для решения задач пользователя и удобный доступ к этим данным.

Решения по составу и организации необходимой информации основываются исходя из особенностей первичных данных и хранения информации на машинных носителях. Первичные данные, как правило, содержатся на бумажных документах, содержащих нормативно-справочную, учетную, оперативную информацию.

Для создания практического приложения пользователя на компьютере и работы с ним в некоторой предметной области первичные данные (бумажные документы) должны быть перенесены на машинный носитель, где они образуют компьютерную информационную базу.[16]

К компьютерной информационной базе относится база данных, структура которой отображает модель логически взаимосвязанных данных конкретной предметной области, а также отдельные невзаимосвязанные массивы входных, выходных и промежуточных данных, хранимых на машинном носителе. В базе данных, поддерживаемой средствами СУБД, хранится нормативно-справочная, плановая, то есть условно-постоянная, информация, и оперативная, учетная информация.

Важнейшей задачей разработки компьютерной информационной базы является эффективная организация данных, хранимых на машинных носителях. Компьютерная информационная база характеризуется составом и структурой массивов, способами организации и доступа к данным на машинных носителях. В зависимости от используемых программных средств организация массивов может иметь свои особенности. Информационные массивы могут быть организованы в виде отдельных независимых файлов (файловая организация) или быть в составе базы данных, являющейся интегрированной совокупностью взаимосвязанных массивов.

В настоящее время термины база данных и система управления базами данных используется исключительно как относящиеся к компьютерам. В общем смысле термин база данных можно применить к любой совокупности связанной информации объединенной вместе по определенному признаку. Например, в качестве базы данных можно рассматривать расписание движения поездов. При этом в качестве базы данных рассматривается только набор данных, организованных определенным образом. Поэтому ваша записная книжка, если вы не записываете в нее информацию в виде таблицы, не может считаться базой данных.

Большинство баз данных для хранения данных используют таблицы. Каждая таблица состоит из строк и столбцов. Основным назначением баз данных является быстрый поиск содержащейся в них информации. Если вам требуется найти номер телефона абонента, зная его фамилию, имя и отчество, вы быстро сможете получить эту информацию из телефонно-адресной книги. Ручные базы данных могут иметь еще один существенный недостаток - их очень трудно модифицировать. Например, добавление двух новых рейсов может требовать от вас изменения расписания полетов всех самолетов.

Использование компьютеров позволило устранить многие проблемы, свойственные ручным базам данных. Использование вычислительной техники, в частности, персональных ЭВМ, обусловлено в обработке больших объемов информации. Компьютерные базы данных обеспечивают высокую скорость поиска информации. В таких базах данных пользователь может выполнить поиск как по фамилии, так и по адресу абонента. Кроме того, компьютерные базы данных обладают высокой компактностью. База данных, содержащая несколько тысяч записей, может поместиться на одном гибком диске. Существует значительное количество программ, которые позволяют организовать информацию и поместить ее в таблицу. Однако это не означает, что любая из программ предоставляет вам широкие возможности по эффективному управлению вашей базой данных. Например, программы подготовки текстов имеют очень ограниченные возможности при их использовании в качестве систем управления базами данных. Еще одно немаловажное преимущество использование автоматизированных баз данных состоит в том, что для оформления различных справок и отчетов не потребуется машинистка. Надо лишь сообщить машине описание документа, который необходимо с ее помощью подготовить. Причем это может быть как довольно сложный отчет, так и простейшие справки: с места работы, о состоянии здоровья из поликлиники, об условиях проживания из ЖКО и т.д.

Отмеченные преимущества основываются на количественном сравнении традиционных и автоматизированных баз данных: компактность, быстродействие, менее трудоемко и т.п. Обретя некоторый практический опыт работы на ПК, можно убедиться, что основными все-таки являются преимущества, дающие качественно новые возможности в работе с базами данных и вообще с документами.

Организация хранения данных

В основе построения любой базы данных лежит понятие структуризации информации, целью которого является наиболее полное отображение свойств реальных объектов.

Различают три основных уровня структуризации:

- концептуальный (с позиции пользователя системой) осуществляющий сбор, анализ и редактирование требований к данным;

- уровень реализации или логический уровень (с позиций прикладного программиста) где требования к данным преобразуются в структуры будущей системы;

- физический (с позиций системного программиста), когда решаются вопросы, связанные с производительностью системы, определяется структура хранения данных и методы доступа.

Каждый этап имеет свою модель. Каждой модели соответствует инфологическое описание, т.е. "взгляд" на предметную область пользователя (оперативника, администратора БД, программиста) который, кстати, не связан со средствами реализации информационной системы.

Организация данных на компьютере характеризуется на двух уровнях —логическом и физическом. Физическая организация данных определяет способ размещения данных непосредственно на машинном носителе. В современных прикладных программных средствах этот уровень организации обеспечивается автоматически без вмешательства пользователя. Пользователь, как правило, оперирует в прикладных программах и универсальных программных средствах представлениями о логической организации данных.

Логическая организация данных на машинном носителе зависит от используемых программных средств организации и ведения данных на компьютере. Метод логической организации данных определяется используемыми типом структур данных и видом модели, которая поддерживается программным средством.

Модель данных — это формализованное описание информационных структур (совокупность взаимосвязанныхструктур данных) и операций над этими структурами. Вид модели и используемые в ней типы структур данных отражают концепцию организации и обработки данных, используемую в СУБД, поддерживающей модель, или в языке системы программирования, на котором создается прикладная программа обработки данных. Любая модель должна обеспечивать представление объектов предметной области, их атрибутов и структурных связей.

Важно отметить, что для размещения одной и той же информации в компьютерной сфере могут быть использованы различные структуры и модели данных. Их выбор возлагается на пользователя, создающего информационную базу, и зависит от многих факторов, в том числе от имеющегося технического и программного обеспечения, определяется сложностью автоматизируемых задач и объемом информации.