Реферат: Новейшие достижения в информатике

--PAGE_BREAK--   Информатика-наука об общих свойствах и закономерностях информации, а также методах её поиска, передачи, хранения, обработки и использования в различных сферах деятельности человека. Как наука сформировалась в результате появления ЭВМ. Включает в себя теорию кодирования информации, разработку методов и языков программирования, математическую теорию процессов передачи и обработки информации.
   В развитии вычислительной техники обычно выделяют несколько поколений ЭВМ: на электронных лампах (40-е-начало 50-х годов), дискретных полупроводниковых приборах (середина 50-х-60-е годы), интегральных микросхемах (в середине 60-х годов).
История компьютера.
   История компьютера тесным образом связана с попытками человека облегчить автоматизировать большие объёмы вычислений. Даже простые арифметические операции с большими числами затруднительны для человеческого мозга. Поэтому уже в древности появилось простейшее счётное устройство-абак. В семнадцатом веке была изобретена логарифмическая линейка, облегчающая сложные математические расчёты. В 1642 году Блез Паскаль сконструировал восьми зарядный суммирующий механизм. Два столетия спустя в 1820 француз Шарль де Кольмар создал арифмометр, способный производить умножение и деление. Этот прибор прочно занял своё место на бухгалтерских столах.

   Все основные идеи, которые лежат в основе работы компьютеров, были изложены ещё в 1833 английским математиком Чарльзом Бэббиджом. Он разработал проект машины для выполнения научных и технических расчётов, где предугадал устройства современного компьютера, а также его задачи. Для ввода и вывода данных Бэббидж предлагал использовать перфокарты-листы из плотной бумаги с информацией, наносимой с помощью отверстий. В то время перфокарты использовались в текстильной промышленности. Управление такой машиной должно было осуществляться программным путём.

   Идеи Бэббиджа стали реально выполняться в жизнь в конце 19 века. В 1888 американский инженер Герман Холлерит сконструировал первую электромеханическую счётную машину. Эта машина, названная табулятором, могла считывать и сортировать статистические записи, закодированные на перфокартах. В 1890 изобретение Холлерита было использовано в 11-ой американской переписи населения. Работа, которую 500 сотрудников выполняли в течении семи лет, Холлерит с 43 помощниками на 43 табуляторах выполнил за один месяц.

   В 1896 Герман Холлерит основал фирму COMPUTING TOBULATING RECORDING COMPANY, которая стала основой для будущей Интернешинал Бизнес Мэшинс (IBM)-компании внёсшей гигантский вклад в развитие мировой компьютерной техники.

   Дальнейшее развитие науки и техники позволили в 1940-х годах построить первые вычислительные машины. В феврале 1944 на одном из предприятий Ай-Би-Эм в сотрудничестве с учёными Гарвардского университета по заказу ВМС США была создана машина «Марк-1».Это был монстр весом в  35 тонн.

«Марк-1» был основан на использовании электромеханических реле и оперировал десятичными числами, закодированными на перфоленте. Машина могла манипулировать числами длинной до 23 разрядов. Для перемножения двух 23-разрядных чисел ей было необходимо 4 секунды.

   Но электромеханические реле работали недостаточно быстро. Поэтому уже в 1943 американцы начали разработку альтернативного варианта вычислительной машины на основе электронных ламп. В 1946 была построена первая электронная вычислительная машина ENIAC.Её вес составлял 30 тонн, она требовала для размещения 170 квадратных метров площади. Вместо тысяч электромеханических деталей ENIAC содержал 18000 электронных ламп. Считала машина в двоичной системе и производила 5000 операцийсложения или 300 операций умножения в секунду.  

   Машины на электронных лампах работали существенно быстрее, но сами электронные лампы часто выходили из строя. Для их замены в 1947 американцы Джон Бардин, Уолтер Браттейн и Уильям Брэдфорд Шокли предложили использовать изобретённые ими стабильные переключающие полупроводниковые элементы-транзисторы.

   Совершенствование первых образцов вычислительных машин привело в 1951 к созданию компьютера UNIVAC стал первым серийно выпускавшимся компьютером, а его первый экземпляр был передан в Бюро переписи населения США.

   С активным внедрением транзисторов в 1950-х годах связано рождение второго поколения компьютеров. Один транзистор был способен заменить 40 электронных ламп. В результате быстродействие машин возросло в 10 раз при существенном уменьшении веса и размеров. В компьютерах стали применять запоминающие устройства из магнитных сердечников, способные хранить большой объём информации.

   В 1959 были изобретены интегральные микросхемы (чипы), в которых все электронные компоненты вместе с проводниками помещались внутри кремниевой пластинки. Применение чипов в компьютерах позволяет сократить пути прохождения тока при переключениях, и скорость вычислений повышается в десятки раз. Существенно уменьшаются габариты машин. Появление чипа знаменовало собой рождение третьего поколения компьютеров.

   К началу 1960-х годов компьютеры нашли широкое применение для обработки большого количества статистических данных, производства научных расчётов, решения оборонных задач, создания автоматизированных систем управления. Высокая цена, сложность и дороговизна обслуживания больших вычислительных машин ограничивали их использование во многих сферах. Однако процесс миниатюризации компьютера позволил в 1965 американской фирме DIGITAL EQUIPMENT выпустить миникомпьютер PDP-8ценой в 20 тысяч долларов, что сделало компьютер доступным для средних и мелких коммерческих компаний.

   В 1970 сотрудник компании INTEL ЭдвардХофф создал первый микропроцессор, разместив несколько интегральных микросхем на одном кремниевом кристалле. Это революционное изобретение кардинально перевернуло представление о компьютерах как о громоздких, тяжеловесных монстрах. С микропроцессором появляются микрокомпьютеры-компьютеры четвёртого поколения, способные разместиться на письменном столе пользователя.

   В середине 1970-х годов начинают предприниматься попытки создания персонального компьютера — вычислительной машины, предназначенной для частного пользователя. Во второй половине 1970-х годов появляются наиболее удачные образцы микрокомпьютеров американской фирмы APPLE, но широкое распространение персональные компьютеры получили созданием в августе 1981 года фирмой IBMмодели компьютера IBM PC.Применение принципа открытой архитектуры, стандартизация основных компьютерных устройств и способов их соединения  привели к массовому производству клонов IBM PC, мировому распространению микрокомпьютеров во всём мире.

За последние десятилетия 20 века микрокомпьютеры проделали значительный эволюционный путь, многократно увеличили своё быстродействие и объёмы перерабатываемой информации, но окончательно вытеснить микрокомпьютеры и большие вычислительные системы — мейнфреймы они не смогли. Более того, развитие больших вычислительных систем привело к созданию суперкомпьютера -суперпроизводительной и супердорогой машины, способной просчитывать модель ядерного взрыва или крупного землетрясения. В конце 20 века человечество вступило в стадию формирования глобальной информационной сети, которая способна объединить возможности компьютерных систем…

    продолжение
--PAGE_BREAK--Беспроводные сети


Радиосеть передачи данных SkyMAN

SkyMetropolitan Area Network.

    Развитие информационных связей в крупных старых городах России, одним из ярких представителей которых является г. Челябинск, в связи с резким возрастанием требований по производительности связной инфраструктуры из-за вовлечения в информационный обмен цифровых компьютерных потоков, зашло в тупик. Единственной связной инфраструктурой общего пользования является телефонная сеть. В США и других развитых странах телефонные сети строятся на современных цифровых принципах, что позволяет использовать их для обмена цифровой информацией со скоростью, достаточной для большинства компьютерных применений. Доставшаяся нам в наследство телефонная сеть даже при применении самых современных систем и методов сжатия информации в лучшем случае обеспечивает скорость около 28Кбит/сек. Учитывая, что такая скорость достигается только в определенных непродолжительных благоприятных ситуациях, в большинстве случаев такой производительности уже явно недостаточно.

Все существующие и нарождающиеся компьютерные российские глобальные сети строятся на телефонных сетях или на соответствующих им по скорости, но несколько превосходящим по надежности ведомственных линиях связи. Это создает серьезные трудности в создании полноценных информационных связей между разрозненными локальными быстродействующими кабельными сетями предприятий и учреждений, ограниченных их территориями, узлами спутниковой и международных связей и отдельными потребителями информации. Идея создания новой всепокрывающей связной информационной инфраструктуры с использованием перспективных оптоволоконных сетей для соединения уже сегодня большого числа абонентов на обширных территориях трудно реализуема из-за колоссальных временных и финансовых затрат, что диктует необходимость параллельного создания альтернативных способов передачи информации.

Использование лазерных систем связи в открытом пространстве над городами средней полосы России не представляется возможным из-за погодных условий. Целью реализации данного проекта является создание беспроводной компьютерной сети общего пользования. Использование сверхвысокочастотного диапазона радиоволн в качестве среды передачи информации решает вопрос создания высокоскоростных компьютерных коммуникаций между абонентами практически независимо от их расположения в пределах выделенных территорий, быстро и без значительных капитальных затрат для абонента.

В основу архитектуры системы заложены следующие принципы:

·        строгое соблюдение международных стандартов в области систем связи и информационно-вычислительных сетей;

·        использование сертифицированной Министерством Связи Российской Федерации аппаратуры;

·        максимальная прозрачность в использовании;

·        совместимость с большей частью сетевого программного обеспечения;

·        использование новейших достижений в информатике и связи с целью реализации всех необходимых прикладных функций и потребностей пользователей системы;

·        ремонтопригодность системы, обеспечиваемая возможностью оперативной замены типовых блоков;

·        живучесть сети, определяемой наличием резервных путей и гибкой, динамической маршрутизацией, а также целым комплексом других мер, обеспечивающих сохранение работоспособности системы в целом при неисправности отдельных ее элементов;

·        управляемость системы, достигаемая с помощью полного дистанционного управления маршрутизаторами.

Ключевой концепцией данного проекта является использование новой технологии построения беспроводных компьютерных сетей, основанной на передаче шумоподобных сигналов. Данная технология позволяет без использования проводных каналов построить многосотовую структуру для крупных городов области и односотовые кусты в мелких населенных пунктах, не имеющих своей проводной инфраструктуры, необходимой для решения нарождающихся информационных задач. Эта технология дает возможность развернуть предлагаемую систему в течение считанных месяцев, обеспечив при этом беспрецедентную простоту и оперативность подключения конечных пользователей.
Главной особенностью услуг, предоставляемых сетью SkyMAN, является то, что в отличие от других сетей передачи данных, использующих коммутируемые телефонные или выделенные линии связи на арендной основе, сеть SkyMANимеет свою собственную транспортную структуру, специализированную на передаче цифровой информации, обеспечивающую для конечного пользователя скоростные и надежностные характеристики, недостижимые в других сетях при соизмеримых затратах.

Архитектура сети

Сеть SkyMANв окончательном виде должна охватить всю территорию города Челябинска, а в дальнейшем, и другие города области. Сеть реализуется в виде сотовой структуры, образуемой базовыми станциями (БС). К сети могут подключаться абоненты, расположенные в прямой видимости одной из БС. БС соединяются между собой и основными информационными узлами города беспроводной магистралью. Базовые станции размешаются на главенствующих высотах города, что дает возможность реализовать максимальное количество запросов на подключение. С точки зрения структуры, сеть SkyMANпредставляет собой множество сетей, объединенных специализированными радиомаршрутизаторами Callisto, поддерживающими протоколы RTIP, TCP/IP, IPX/SPX, X.25. Использование множества взаимодействующих маршрутизаторов с централизованным администрированием позволяет обеспечить полный контроль за трафиком в сети. Многоуровневая система защиты от несанкционированного доступа предотвращает бесконтрольный доступ к сетям абонентов извне.

Взаимодействие служб передачи данных с пользователями.

Абонентская станция.

Сеть пользователя стыкуется с Сетью при помощи блоков доступа к сети, являющимися техническими границами Сети. Блок доступа к SkyMANпредставляет из себя радиомаршрутизатор. Программное обеспечение блоков доступа обеспечивает изоляцию трафика Сети от трафика сети пользователя и их взаимодействие в соответствии с параметрами, устанавливаемыми дистанционно с центра управления сетью. Протоколы взаимодействия с сетями пользователей: TCP/IP, IPX, X.25, RTIP. Антенно-кабельная система (от комнатной антенны, при наличии прямой видимости БС из окна здания абонента, до внешней параболической антенны) обеспечивает соединение блока доступа с БС.

Скоростные характеристики блока доступа.

·        Максимальная программная скорость передачи данных при связи с другим абонентом внутри одной соты — БС — 400 Кбит/сек;

·        Максимальная программная скорость передачи данных при связи с другим абонентом другой соты — БС — 800 Кбит/сек;

Блок доступа можно подключать к локальной сети абонента по оптоволокну, обеспечивая этим гальваническую развязку с локальной сетью и снимая ограничение на расстояние между локальной сетью и местом установки блока доступа. Дальность от центра соты до абонента зависит от комплектации базовой станции и абонента. Для обеспечения максимальной производительности системы необходимо не допускать работу линии без запаса по энергетике (работу на максимальной дальности). Для работы в любую погоду необходим запас на снижение эффективности антенн из-за осадков в виде мокрого снега. Затуханием сигнала на трассе из-за атмосферных осадков можно пренебречь из-за незначительного поглощения сигналов частоты 2400МГц.

Резервирование аппаратуры и обеспечение надежности сети

Для выполнения требования обеспечения бесперебойной круглосуточной работы сети SkyMANпредусматриваются следующие меры:

·        Каждая БС за счет ее включения в кольцевую магистраль имеет не менее двух маршрутов соединения с магистралью SkyMAN;

·        Для всех активных элементов аппаратуры предусматривается холодное резервирование в виде централизованного ЗИПа;

·        Питание БС осуществляется через непрерываемые источники питания типа APC Smart UPS 700XL, обеспечивающие мониторинг наличия напряжения сети, передачу информации в центр управления сетью, сохранение энергопитания БС при отключении внешнего энергопитания на время более 10 часов.

Управление сетью

Управление сетью обеспечивается с Центра управления сетью (ЦУС). Мащрутизатор каждой из БС обеспечивает мониторинг соединенных с ним сетей и предоставляет необходимую информацию ЦУС.

Сопряжение сети с общероссийскими СДОП

Сопряжение сети с сетями Internet, INFOTEL и другими глобальными сетями обеспечивается центром коммутации пакетов. Данное решение обеспечивать для своих пользователей техническую возможность обмена данными с пользователями любой другой СДОП, либо с использованием непосредственного межсетевого сопряжения, либо с помощью транзита через третьи сети. Реализация такой возможности осуществляется по соглашению между операторами сетей.

Возможности сети SkyMAN

Соединение разрозненных локальных сетей абонента (стандартно — Ethernet, опционально — ARCnet, FastEthernet, FDDI и другие), Получение доступа к сервисам всех глобальных сетей, Обеспечение каналов гарантированной производительности между объектами абонентов сети для организации видеоконференций.

    продолжение
--PAGE_BREAK--