Контрольная работа по "Информатике". 165

 

Министерство образования  и науки РФ

Государственное образовательное  учреждение

Высшего профессионального  образования

«Сибирский государственный  индустриальный университет»

 

 

 

 

 

Кафедра прикладной информатики

 

 

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

По дисциплине «Информатика»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Новокузнецк 2013

 

 

 

 

1. Программирование  линейных и разветвляющихся вычислительных  процессов.

 

Программирование  линейных вычислительных процессов

 

Линейные вычислительные процессы характеризуются последовательным выполнением операторов программы и блоков вычислительного алгоритма. Линейные вычислительные процессы, как правило, являются составной частью циклического или разветвляющегося вычислительного процесса.

При освоении материала по разработке структурных схем сложную  математическую зависимость целесообразно  разбивать на отдельные части  и оформлять их в виде самостоятельных  блоков. Например, при вычислении функции  по формуле:

Часть (фрагмент) вычислительного процесса А2 +В2 целесообразно оформить в виде самостоятельного блока.

При разработке вычислительного  алгоритма целесообразно стремиться к минимизации количества вычислительных операторов и к минимальному использованию  объема памяти, не ухудшая при этом точность вычисления выбранной последовательностью  вычислительных действий. Например, степенной  полином целесообразно вычислять  по схеме Горнера:

 

 

Используя известные методы тождественных преобразований, для  вычисления функции r целесообразно  выбрать следующую запись:

 

 

Программирование  разветвляющихся вычислительных процессов

 

Характерная особенность  разветвляющихся вычислительных процессов  заключается в том, что при  одном конкретном значении аргумента  вычисления ведутся по определенной ветви. Выбор ветви вычисления осуществляется логическими блоками с учетом сформулированного условия к  исходным данным или к промежуточным  результатам вычисления.

 

Наиболее распространенными  примерами разветвляющихся вычислительных процессов являются следующие задачи:

• расчет функции по различным формам в зависимости от заданного диапазона изменения аргумента;
• определения четверти угла обратной тригонометрической функции;
• сортировка элементов массива по определенному признаку, например, поиск максимальных (минимальных) чисел или расположение элементов массив в порядке возрастания или убывания, т.е. построение вариационного ряда и т.п.

Если аргумент функции  изменяется по определенному закону, например, имеет рекуррентную зависимость  или представляет собой массив чисел, то в этом случае разветвляющийся  вычислительных процесс будет являться рабочей частью соответствующего детерминированного циклического вычислительного процесса.

При разработке структурной  схемы алгоритма разветвляющегося вычислительного процесса целесообразно  проанализировать рабочую часть  всех ветвей и выделить общее одно выражение. Выделенный фрагмент выражения  следует оформить отдельным блоком и целесообразно его расположить  в начале разветвления.

В качестве примера разработаем  структурную схему алгоритма  для определения четверти угла А' азимута судна, вычисляемого по формуле:

A=arcsin(cos φ sin Δλ / sin D )

Действительно значение угла А' зависит от соотношения знаков функции sin(A) и cos(A), которые вычисляются по формулам:

 

Sin A=(Cos φ Sin Δ λ)/Sin D  
Cos A=(Sin φ - Sin φсчCosD)/Cos φчсSinD  

Нумерация блоков в структурной  схеме разветвляющегося вычислительного  процесса целесообразно проставлять первоначально по ветви нет до конца, а затем последовательно обращаться к ярусам ветвей да, соблюдая выбранный принцип движения по ярусу сверху вниз и слева направо.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Локальные сети. Топология сетей. Каналы связи.  Особенности построения и управления.

Локальные сети

Локальная вычислительная сеть -  компьютерная сеть, покрывающая обычно относительно небольшую территорию или небольшую группу зданий (дом, офис, фирму, институт). Также существуют локальные сети, узлы которых разнесены географически на расстояния более 12 500 км (космические станции и орбитальные центры). Несмотря на такие расстояния, подобные сети всё равно относят к локальным.

Топология сетей

 

Все компьютеры в локальной  сети соединены линиями связи. Геометрическое расположение линий связи относительно узлов сети и физическое подключение  узлов к сети называется  физической топологией. В зависимости от топологии различают сети: шинной, кольцевой, звездной, иерархической и произвольной структуры. 
       Различают физическую и логическую топологию. Логическая и физическая топологии сети независимы друг от друга. Физическая топология - это геометрия построения сети, а логическая топология определяет направления потоков данных между узлами сети и способы

передачи данных.

 
        В настоящее время в локальных сетях используются следующие физические топологии:

• физическая "шина" (bus);
• физическая “звезда” (star);
• физическое “кольцо” (ring);
• физическая "звезда" и логическое "кольцо" (Token Ring). 
  

Шинная топология

 

Сети с шинной топологией используют линейный моноканал (коаксиальный кабель) передачи данных, на концах которого устанавливаются оконечные сопротивления (терминаторы). Каждый компьютер подключается к коаксиальному кабелю с помощью  Т-разъема (Т - коннектор). Данные от передающего  узла сети передаются по шине в обе  стороны, отражаясь от оконечных  терминаторов. Терминаторы предотвращают  отражение сигналов, т.е. используются для гашения сигналов, которые  достигают концов канала передачи данных. Таким образом, информация поступает  на все узлы, но принимается только тем узлом, которому она предназначается. В топологии логическая шина среда  передачи данных используются совместно  и одновременно всеми ПК сети, а  сигналы от ПК распространяются одновременно во все направления по среде передачи. Так как передача сигналов в топологии физическая шина является широковещательной, т.е. сигналы распространяются одновременно во все направления, то логическая топология данной локальной сети является логической шиной.

 

 

Рисунок 1 - Шинная типология локальной сети

 
Данная топология применяется  в локальных сетях с архитектурой Ethernet (классы 10Base-5 и 10Base-2 для толстого и тонкого коаксиального кабеля соответственно). 

 
Преимущества  сетей шинной топологии: 

• отказ одного из узлов не влияет на работу сети в целом; 
  
• сеть легко настраивать и конфигурировать; 
  
• сеть устойчива к неисправностям отдельных узлов. 

 
Недостатки сетей  шинной топологии: 

• разрыв кабеля может повлиять на работу всей сети; 
  
• ограниченная длина кабеля и количество рабочих станций; 
  
• трудно определить дефекты соединений. 

 

Топология типа “звезда”

 

В сети построенной по топологии типа “звезда” каждая рабочая станция подсоединяется кабелем (витой парой) к концентратору или хабу (hub). Концентратор обеспечивает параллельное соединение ПК и, таким образом, все компьютеры, подключенные к сети, могут общаться друг с другом. 

Рисунок 2 - Топология типа “звезда”

 

Данные от передающей станции  сети передаются через хаб по всем линиям связи всем ПК. Информация поступает на все рабочие станции, но принимается только теми станциями, которым она предназначается. Так как передача сигналов в топологии физическая звезда является широковещательной, т.е. сигналы от ПК распространяются одновременно во все направления, то логическая топология данной локальной сети является логической шиной. Данная топология применяется в локальных

сетях с архитектурой 10Base-T Ethernet.

 
Преимущества  сетей топологии звезда: 

• легко подключить новый ПК; 
  
• имеется возможность централизованного управления; 
  
• сеть устойчива к неисправностям отдельных ПК и к разрывам соединения отдельных ПК. 

 

Недостатки сетей  топологии звезда:

 

• отказ хаба влияет на работу всей сети; 
  
• большой расход кабеля;

 

Топология “кольцо”

 

В сети с топологией кольцо все узлы соединены каналами связи  в неразрывное кольцо (необязательно  окружность), по которому передаются данные. Выход одного ПК соединяется со входом другого ПК. Начав движение из одной точки, данные, в конечном счете, попадают на его начало. Данные в кольце всегда движутся в одном и том же направлении.

 

 

Рисунок 3 – Топология «кольцо»

 
       Принимающая рабочая станция распознает и получает только адресованное ей сообщение. В сети с топологией типа физическое кольцо используется маркерный доступ, который предоставляет станции право на использование кольца в определенном порядке. Логическая топология данной сети - логическое кольцо. Данную сеть очень легко создавать и настраивать. К основному недостатку сетей топологии кольцо является то, что повреждение линии связи в одном месте или отказ ПК приводит к неработоспособности всей сети. Как правило,  в чистом виде топология “кольцо” не применяется из-за своей ненадёжности, поэтому на практике применяются различные модификации кольцевой топологии.

 

Топология Token Ring

 

Эта топология основана на топологии "физическое кольцо с подключением типа звезда". В данной топологии  все рабочие станции подключаются к центральному концентратору (Token Ring) как в топологии физическая звезда. Центральный концентратор - это интеллектуальное устройство, которое с помощью перемычек обеспечивает последовательное соединение выхода одной станции с входом другой станции. Другими словами с помощью концентратора каждая станция соединяется только с двумя другими станциями (предыдущей и последующей станциями). Таким образом, рабочие станции связаны петлей кабеля, по которой пакеты данных передаются от одной станции к другой и каждая станция ретранслирует эти посланные пакеты. В каждой рабочей станции имеется для этого приемо-передающее устройство, которое позволяет управлять прохождением данных в сети. Физически такая сеть построена по типу топологии “звезда”.  
 
Концентратор создаёт первичное (основное) и резервное кольца. Если в основном кольце произойдёт обрыв, то его можно обойти, воспользовавшись резервным кольцом, так как используется четырёхжильный кабель. Отказ станции или обрыв линии связи рабочей станции не влечет за собой отказ сети как в топологии кольцо, потому что концентратор отключает неисправную станцию и замкнет кольцо передачи данных.  
 

 

Рисунок 4 – Топология Token Ring

 

В архитектуре Token Ring маркер передаётся от узла к узлу по логическому кольцу, созданному центральным концентратором. Такая маркерная передача осуществляется в фиксированном направлении (направление движения маркера и пакетов данных представлено на рисунке стрелками синего цвета). Станция, обладающая маркером, может отправить данные другой станции. Для передачи данных рабочие станции должны сначала дождаться прихода свободного маркера. В маркере содержится адрес станции, пославшей этот маркер, а также адрес той станции, которой он предназначается. После этого отправитель передает маркер следующей в сети станции для того, чтобы и та могла отправить свои данные. Один из узлов сети (обычно для этого используется файл-сервер) создаёт маркер, который отправляется в кольцо сети. Такой узел выступает в качестве активного монитора, который следит за тем, чтобы маркер не был утерян или разрушен. 

 

 
Преимущества  сетей топологии Token Ring:

 

• топология обеспечивает равный доступ ко всем рабочим станциям; 
  
• высокая надежность, так как сеть устойчива к неисправностям отдельных станций и к разрывам соединения отдельных станций.  
   
  Недостатки сетей топологии Token Ring: большой расход кабеля и соответственно дорогостоящая разводка линий связи.

 

Каналы связи

 

Кабельные линии  связи имеют довольно сложную структуру. Кабель состоит из проводников, заключенных в несколько слоев изоляции. В компьютерных сетях используются три типа кабелей. 

 
1.1.Витая пара (twisted pair) — кабель связи, который представляет собой витую пару медных проводов (или несколько пар проводов), заключенных в экранированную оболочку. Пары проводов скручиваются между собой с целью уменьшения наводок. Витая пара является достаточно помехоустойчивой. Существует два типа этого кабеля: неэкранированная витая пара  UTP и экранированная витая пара STP.

Характерным для этого  кабеля является простота монтажа. Данный кабель является самым дешевым и  распространенным видом связи, который  нашел широкое применение в самых  распространенных локальных сетях  с архитектурой Ethernet, построенных по топологии типа “звезда”. Кабель подключается к сетевым устройствам при помощи соединителя RJ45. Кабель используется для передачи данных на скорости 10 Мбит/с и 100 Мбит/с. Витая пара обычно используется для связи на расстояние не более нескольких сот метров.  К недостаткам кабеля "витая пара" можно отнести возможность простого несанкционированного подключения.

 
1.2. Коаксиальный кабель (coaxial cable) - это кабель с центральным медным проводом, который окружен слоем изолирующего материала для того, чтобы отделить центральный проводник от внешнего проводящего экрана (медной оплетки или слой алюминиевой фольги). Внешний проводящий экран кабеля покрывается изоляцией. Существует два типа коаксиального кабеля: тонкий коаксиальный кабель диаметром 5 мм и толстый коаксиальный кабель диаметром 10 мм. У толстого коаксиального кабеля затухание меньше, чем у тонкого. Стоимость коаксиального кабеля выше стоимости витой пары и выполнение монтажа сети сложнее, чем витой парой. Коаксиальный кабель применяется, например, в локальных сетях с архитектурой Ethernet, построенных по топологии типа “общая шина”. Коаксиальный кабель более помехозащищенный, чем витая пара и снижает собственное излучение. Пропускная способность – 50-100 Мбит/с. Допустимая длина линии связи – несколько километров. Несанкционированное подключение к коаксиальному кабелю сложнее, чем к витой паре. 

 
1.3. Кабельные оптоволоконные каналы связи. Оптоволоконный кабель (fiber optic) – это оптическое волокно на кремниевой или пластмассовой основе, заключенное в материал с низким коэффициентом преломления света, который закрыт внешней оболочкой.

Оптическое волокно передает сигналы только в одном направлении, поэтому кабель состоит из двух волокон. На передающем конце оптоволоконного  кабеля требуется преобразование электрического сигнала в световой, а на приемном конце обратное преобразование.  Основное преимущество этого типа кабеля – чрезвычайно высокий уровень помехозащищенности и отсутствие излучения. Несанкционированное подключение очень сложно.  Скорость передачи данных 3Гбит/c. Основные недостатки оптоволоконного кабеля –  это сложность его монтажа, небольшая механическая прочность и чувствительность к ионизирующим излучениям.

 

1.4. Беспроводные (радиоканалы наземной и спутниковой связи) каналы передачи данных.

Радиоканалы наземной (радиорелейной  и сотовой) и спутниковой связи  образуются с помощью передатчика  и приемника радиоволн и относятся  к технологии беспроводной передачи данных.  
 
1.5. Радиорелейные каналы передачи данных.

Радиорелейные каналы связи  состоят из последовательности станций, являющихся ретрансляторами. Связь  осуществляется в пределах прямой видимости, дальности между соседними станциями - до 50 км. Цифровые радиорелейные линии  связи (ЦРРС) применяются в качестве региональных и местных систем связи  и передачи данных, а также для  связи между базовыми

станциями сотовой связи.  
 
1.6. Спутниковые каналы передачи данных.

В спутниковых системах используются антенны СВЧ-диапазона частот для  приема радиосигналов от наземных станций  и ретрансляции этих сигналов обратно  на наземные станции. В спутниковых  сетях используются три основных типа спутников, которые находятся  на геостационарных орбитах, средних  или низких орбитах. Спутники запускаются, как правило, группами. Разнесенные  друг от друга они могут обеспечить охват почти всей поверхности  Земли. Работа спутникового канала передачи данных представлена на рисунке

 

Рисунок  5 – Пример использования спутниковой связи

 
Целесообразнее использовать спутниковую  связь для организации канала связи между станциями, расположенными на очень больших расстояниях, и  возможности обслуживания абонентов  в самых труднодоступных точках. Пропускная способность высокая  – несколько десятков Мбит/c. 
 
1.7. Сотовые каналы передачи данных.

Радиоканалы сотовой связи  строятся по тем же принципам, что  и сотовые телефонные сети. Сотовая  связь - это беспроводная телекоммуникационная система, состоящая из сети наземных базовых приемо-передающих станций  и сотового коммутатора (или центра коммутации мобильной связи). Базовые станции подключаются к центру коммутации, который обеспечивает связь, как между базовыми станциями, так и с другими телефонными сетями и с глобальной сетью Интернет. По выполняемым функциям центр коммутации аналогичен обычной АТС проводной связи.  LMDS (Local Multipoint Distribution System) - это стандарт сотовых сетей беспроводной передачи информации для фиксированных абонентов. Система строится по сотовому принципу, одна базовая станция позволяет охватить район радиусом несколько километров (до 10 км) и подключить несколько тысяч абонентов. Сами БС объединяются друг с другом высокоскоростными наземными каналами связи либо радиоканалами. Скорость передачи данных до 45 Мбит/c.  
 
1.8. Радиоканалы передачи данных WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) аналогичны Wi-Fi. WiMAX, в отличие от традиционных технологий радиодоступа, работает и на отраженном сигнале, вне прямой видимости базовой станции. Эксперты считают, что мобильные сети WiMAX открывают гораздо более интересные перспективы для пользователей, чем фиксированный WiMAX, предназначенный для корпоративных заказчиков. Информацию можно  передавать на расстояния до 50 км со скоростью до 70 Мбит/с.

 

 
1.9. Радиоканалы передачи данных MMDS (Multichannel Multipoint Distribution System). Эти системы способна обслуживать территорию в радиусе 50—60 км, при этом прямая видимость передатчика оператора является не обязательной. Средняя гарантированная скорость передачи данных составляет 500 Кбит/с — 1 Мбит/с, но можно обеспечить до 56 Мбит/с на один канал. 
1.10. Радиоканалы передачи данных для локальных сетей. Стандартом беспроводной связи для локальных сетей является технология Wi-Fi. Wi-Fi обеспечивает подключение в двух режимах: точка-точка (для подключения двух ПК) и инфраструктурное соединение (для подключения несколько ПК к одной точке доступа). Скорость обмена данными до 11 Mбит/с при подключении точка-точка и до 54 Мбит/с при инфраструктурном соединении. 
1.11.Радиоканалы передачи данных Bluetooht - это технология передачи данных на короткие расстояния (не более 10 м) и может быть использована для создания домашних сетей. Скорость передачи данных не превышает 1 Мбит/с.

 

Особенности построения и управления

 

Существует множество  способов классификации сетей. Основным критерием классификации принято  считать способ администрирования. То есть в зависимости от того, как  организована сеть и как она управляется, её можно отнести к локальной, распределённой, городской или глобальной сети. Управляет сетью или её сегментом  сетевой администратор. В случае сложных сетей их права и обязанности  строго распределены, ведётся документация и журналирование действий команды администраторов.

Компьютеры могут соединяться  между собой, используя различные  среды доступа: медные проводники (витая  пара), оптические проводники (оптоволоконные кабели) и через радиоканал (беспроводные технологии). Проводные связи устанавливаются  через Ethernet, беспроводные — через Wi-Fi, Bluetooth, GPRS и прочие средства. Отдельная локальная вычислительная сеть может иметь шлюзы с другими локальными сетями, а также быть частью глобальной вычислительной сети (например, Интернет) или иметь подключение к ней.

Чаще всего локальные  сети построены на технологиях Ethernet или Wi-Fi. Следует отметить, что ранее использовались протоколы Frame Relay, Token ring, которые на сегодняшний день встречаются всё реже, их можно увидеть лишь в специализированных лабораториях, учебных заведениях и службах. Для построения простой локальной сети используются маршрутизаторы, коммутаторы, точки беспроводного доступа, беспроводные маршрутизаторы, модемы и сетевые адаптеры. Реже используются преобразователи (конвертеры) среды, усилители сигнала (повторители разного рода) и специальные антенны.

Маршрутизация в локальных  сетях используется примитивная, если она вообще необходима. Чаще всего  это статическая либо динамическая маршрутизация (основанная на протоколе RIP).

Иногда в локальной  сети организуются рабочие группы —  формальное объединение нескольких компьютеров в группу с единым названием.

Сетевой администратор —  человек, ответственный за работу локальной  сети или её части. В его обязанности  входит обеспечение и контроль физической связи, настройка активного оборудования, настройка общего доступа и предопределённого  круга программ, обеспечивающих стабильную работу сети.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы:

 

1. Черноскутовой И.А. редактор. Информатика. Учебное пособие для среднего профессионального образования. 2005 год.

2. Е. Истомин, В. Новиков, М. Новикова. Высокоуровневые методы информатики и программирования. 2006 год. 230 стр.

3. Ф. С. Воройский. Информатика. Энциклопедический словарь-справочник: введение в современные информационные и телекоммуникационные технологии в терминах и фактах. 2006. 768 стр.

 

Список электронных  источников:

 

 

1. http://ru.wikipedia.org/wiki
2. http://yuschikev.narod.ru/comp_set/Loc_seti.htm
3. http://dvo.sut.ru/libr/cvti/i618buz/p3.htm
4. http://www.network.xsp.ru/top_net.php
5. http://www.ods.com.ua/win/rus/net-tech/cables/part5.html