Бусыгин Б.С., Коротенко Г.М., Коротенко Л.М. Введение в современную информатику

Подождите немного. Документ загружается.

программных действий по считыванию файла с жёсткого диска в память, а

затем перепись его из памяти на гибкий диск.

Интерфейсом доступа пользователя (и ОС) к информации, размещённой в

файлах осуществляется на уровне расширений их имён. При инсталляции

очередного программного продукта, расширения обрабатываемых им файлов

(.DOC, .XLS, .EXE, .MP3 и т.д.) заносятся в системный реестр ОС и им в

соответствие ставятся породившие их приложения (продукты): .DOC –

приложение MS WORD, .XLS – приложение MS Excel и т.д. В каталогах, где

они размещаются, таким файлам приформировываются соответствующие

значки (рис. 4.18).

После двойного щелчка мышью по значку (или имени) требуемого файла

операционная система, в соответствии с записью в реестре, вызывает

функционально ответственное за работу с данным файлом приложение. Оно

открывает файл и отображает его содержимое в поддерживаемом им формате:

документ, таблицу, музыку, видеофильм и др. В реестре ОС указываются также

программы, поддерживающие несколько форматов файлов данных (а всего в

мире к 2004 г. насчитывалось более 5 000 разных форматов файлов данных). В

частности архиватор файлов RAR имеет возможность раскрывать файлы,

заархивированные в формате ZIP. Приложение MS Word раскрывает

документы с расширениями .txt, .rtf, .doc и некоторые другие.

Если пользователь щёлкает мышью по файлу, расширение которого

неизвестно операционной системе, то на экран выводится окно диалога, где

нужно самостоятельно подобрать приложение, которое может «справиться» с

содержимым неизвестного системе файла (рис. 4.19).

Исходные (текстовые в ASCII-кодах) файлы интегрированной среды

разработки Турбо Паскаль в ПК с ОС Windows, где развёрнута среда быстрой

разработки Delphi, представляются в окнах со значками исходных текстов этой

среды (Delphi Source File), а исходные тексты Delphi – со значками файлов

Delphi Project (рис. 4.20).

Программы на языке Турбо Паскаль с некоторыми ограничениями могут

открываться и выполняться в окне консольных приложений (Console

Application) среды Delphi. Значительно проще выполняются у этом окне

аналогичные или более сложные по своей функциональности программы на

языке Object Pascal (языке самой среды). Для кодирования программ

необходимо выполнить в Delphi последовательность следующих команд:

File|New|Other и в окне диалога New Items выбрать объект Console Application.

Рис. 4.18. Значки файлов приложений MS Excel, MS Visio и MS Word,

отображаемые в каталогах (папках) Windows XP

В то же время, наряду с командным и графическим интерфейсами

управления работой устройств компьютера, физический интерфейс между

устройствами ПК обеспечивается разнообразными коннекторами

штеккерами, гнёздами, сокетами

и слотами

(рис. 4.21).

Коннектор – соединитель многоконтактный, (штепсельный) разъем. Средство соединения взаимозаменяемых

частей (компонентов) компьютера. В частности, шестое поколение процессоров Pentium отличается большим

разнообразием разъёмов-конструктивов. Одних только коннекторов имеется 4 типа: сокет 8, слот 1, слот 2 и

сокет-370. Следует отметить, что в технологиях фирмы Intel, производителя данных марок процессоров,

термины слот и сокет употребляются в более широком смысле. Они обозначают спецификацию электрических,

программных и механических интерфейсов.

Сокет – гнездо; (соединительная) панель; розетка (гнездовая часть разъемного соединения).

Слот ––1) гнездо (в т.ч. и для платы), вход, розетка; 2) разъем для элементов памяти. Как правило, это

название используется для разъемов, куда "вставляются" платы расширения, в том числе модули типа SIMM и

DIMM. Разъемы, куда "втыкаются" ножки (чипов либо разъемов "противоположного пола"), называются сокет

(socket).

а)

б)

в)

Рис. 4.20. Иконки (пиктограммы) файлов в ОС Windows XP:

а) драйвера кириллизатора KEYRUS с расширением .СОМ,

б) текста Турбо Паскаль KURSOWRT с расширением .PAS

в) текста консольного приложения WWProject2 с расширением .DPR

Рис. 4.19. Окно диалога операционной системы Windows XP для поиска

«неопознанного» файла с расширением имени .jjjpg

Рис. 4.22 Порты входа-выхода ПК

4.3. Конструкции и назначение физических (аппаратных) интерфейсов

Физические (аппаратные) интерфейсы играют большую роль в процессе

комплектования базовой основы персонального компьютера. Они определяют:

типы стыка, уровни сигналов, импедансы, синхронизацию и много других

параметров каналов связи между разнообразными устройствами (рис.4.21).

Интерфейс самого процессора с внешними для него, а также внешними и

внутренними для системного блока устройствами организован через порты

ввода–вывода. Обычно порт представляет собой точку подключения внешнего

устройства компьютера (принтера, сканера и т.д.) к внутренней шине

процессора (рис. 4.22). Таким образом, программа или устройство могут

посылать данные в порты или получать их из портов для обработки

процессором. Для многоканальных устройств порт представляет группу линий

ввода-вывода (шин

), по которым происходит передача информации между

центральным процессором (ЦП) и соответствующим устройством ввода-

вывода, как правило, по одному

биту на каждую линию.

Большинство устройств ввода-

вывода информации

подключаются к компьютеру с

помощью внешней шины. Такие

шины принято называть

параллельными (LPT1) или

последовательными (COM)

портами. Обычно разъёмы внешних шин располагаются на задней панели

Порт – точка подключения внешнего устройства к внутренней шине процессора. Таким образом, программа

или устройство могут посылать данные в порты или получать их из портов.

Шина – группа линий электрических соединений, обеспечивающих передачу данных и управляющих

сигналов между компонентами компьютера.

Рис. 4.21. Коннекторы, слоты и сокеты ПК

системного блока компьютера. Большое количество разнообразных внешних

устройств и соответствующих им разнотипных интерфейсных механических

соединителей, которое многократно выросло за последнее время, затрудняет

пользователям их применение и заставляет производителей маркировать

соответствующие вилки и розетки идентифицирующими их логотипами

(значками или пиктограммами). К примеру, разъёмы, так называемого, порта

USB (Universal Serial Bus – Универсальная Последовательная Шина) имеют

логотип в виде разветвляющейся структуры (рис. 4.23). Сама система передачи

данных USB была разработана в 1995 году фирмами Compaq, DEC, IBM, Intel,

Microsoft, NEC и Northern Telecom. Порт USB практически нивелировал

существующие ранее существенные различия между последовательным и

параллельным портами ПК и имеет следующие характеристики:

 Скорость передачи данных 1,5 – 12 Мбит/с.

 Максимальная длина шнура - 5 метров.

 До 127 внешних устройств, которые подключены одновременно.

 Подключение устройств без выключения компьютера (так называемое

"горячее" подключение), а также подключение в режиме Plug&Play

Другим чрезвычайно распространённым интерфейсом внешних шин

является стандарт SCSI (Small Computer System Interface –читается «скази»).

Важнейшим преимуществом этого интерфейса является то, что можно

подключить к ПК до 8-ми периферийных устройств, имея всего один слот

расширения (рис. 4.24).

Технология PLUG & PLAY обеспечивает независимость подключаемых устройств от конкретной

операционной системы. Определяет расширения для любой существующей архитектуры IBM-совместимых

компьютеров, включая новые BIOS и аппаратные возможности, которые призваны оградить пользователя от

проблем с настройкой и конфигурированием системы при подключении новых устройств.

Разъёмы серии "А"

Предназначены ТОЛЬКО для

подключения

к источнику, то

есть компьютеру или HUB'у

Разъёмы серии "В"

Предназначены ТОЛЬКО

для подключения к

периферийному устройству

Вилка типа

"А"

Розетка типа

"А"

Вилка типа

"В"

Розетка типа

"В"

Пиктограмма

порта USB

Рис. 4.23. Пиктограмма обозначения и разъёмы (вилки и розетки)

последовательного порта USB

4.4. Интерфейсы в клиент-серверных моделях взаемодействия

программ и устройств

При увеличении количества программно-аппаратных средств, которые

одновременно используются, как правило, они объединяются соединительными

компонентами в сеть.

Поэтому, компьютеры и программы, которые взаимодействуют и

одновременно входят в состав информационной системы или задействованные

в сети, не являются равноправными. Некоторые из них владеют ресурсами

(к

примеру, файловая система, процессор, принтер, база данных и т.д.), другие

имеют возможность только обращаться к этим ресурсам (приложения,

программы и др.). По такой схеме работают многие компьютерные классы, где

большинство компьютеров используют общие ресурсы (программы, файлы,

услуги баз данных и др.) одного из них, называемого сервером (рис. 4.25).

Ресурс – средство вычислительной системы или компьютера, которое может быть выделено процессу

обработки данных (программе пользователя) на определённый момент времени. Основными ресурсами

компьютера являются: процессоры, области основной памяти, наборы данных, периферийные (внешние)

устройства, программы и т.д.

Рис. 4.24. Схема подключения семи устройств через SCSI («скази») порт

Рис. 4.25 . Компьютерный класс с компьютерною сетью

Компьютер или программу, которая управляет ресурсом, называют

сервером этого ресурса (файл-сервер, сервер бази данных, вычислительный

сервер и т.д.). Клиент, то есть компонент, который пользуется услугами

сервера, и сам сервер какого нибудь ресурса могут находиться как в рамках

одной вычислительной системы (компьютера), так и на разных компьютерах,

которые связаны сетью и, таким образом, находятся в одной сети.

В самом общем случае, термин "клиент-сервер" означает такую

архитектуру программно-аппаратного комплекса, в которой его

функциональные части взаимодействуют по схеме "запрос-ответ". Если

рассмотреть две взаимодействующие части этого комплекса, то одна из них

(клиент) выполняет активную функцию, т. е. инициирует запросы, а другая

(сервер) пассивно на них отвечает. По мере развития системы роли могут

меняться, например некоторый программный блок будет одновременно

выполнять функции сервера по отношению к одному блоку и клиента по

отношению к другому.

Наиболее простая форма архитектуры клиент-сервер - это разделение

вычислительной нагрузки между двумя отдельными процессами: клиентом и

сервером. Компанией Garthner Group, специализирующейся в области

исследования информационных технологий, предложена следующая

классификация двухзвенных моделей взаимодействия клиент-сервер

(двухзвенными эти модели называются потому, что три компонента

приложения различным образом распределяются между двумя звеньями

(узлами)) (рис.4.26).

Обычно, звеном-клиентом служит настольный ПК, на котором запускается

программное обеспечение (ПО) конечного пользователя (front-end software), или

Уровень

клиента

Уровень

сервера

Рис. 4.26. Представление вычислений в сети в двузвенных моделях

клиент/сервер

любая прикладная программа, приложение либо пакет, способные направлять

запросы по сети к серверу и обрабатывать информацию, которая будет

получена в ответ на запрос. Сервер (back-end software, серверная часть), в свою

очередь, получает запросы и предпринимает действия от имени клиента.

К примеру, ПК, который работает под управлением Windows 95 и

выполняет клиент-серверную программу, разработанную в среде Delphi, может

представить свой запрос на рассмотрение серверу баз данных (скажем,

программе Oracle7, версии 8.1, запущенной на сервере Windows NT). Обычно

клиент посылает запросы базе данных в виде предложений на языке

структурированных запросов (SQL- Structured Query Language), используя

понятный серверу базы данных диалект. Результат выборки данных из базы

данных сервер вернёт клиентскому приложению, работающему на компьютере-

клиенте.

В структуре архитектуры и модели клиент-сервер промежуточное

обеспечение (программное и аппаратное) (middleware) предоставляет общий

интерфейс для ПО конечного пользователя и сервера. Этот интерфейс

проникает сквозь слои графического интерфейса пользователя GUI,

операционную систему вычислительной сети и собственных драйверов базы

данных с помощью общих вызовов и с применением технологии ODBC

. Для

завершения операций сервер базы данных выполняет запрос и передает клиенту

обратно затребованные данные для обработки их программой клиента.

В связи с постоянным ростом сложности схем сетевого взаимодействия

компьютеров, количества языков и систем программирования, программных

систем и приложений, в компьютерном мире назрел вопрос: "Как обеспечить

взаимодействие программных компонентов, которые были написаны в разное

время, в разных частях мира, разными компаниями и людьми?" Практически

для решения этого вопроса необходимо обеспечить следующие условия:

 Возможность производителей писать свои собственные компоненты и

при этом быть уверенным, что они смогут взаимодействовать между собой на

разных платформах и с компонентами других производителей.

 Согласованность новых версий компонент со старыми их релизами

(версиями).

 Независимость компонентов от используемых при их написании типов и

диалектов языков программирования.

 Свободную связь между компонентами, работающим как в одном, так и

в разных процессах (и, возможно, на разных машинах), с использованием

единой простой программной модели.

На пути преодоления вышеуказанных проблем, в качестве одной из

первых клиент/серверных моделей программного взаимодействия была

разработана и применена фирмой Microsoft технология создания динамически

ODBC (Open Database Connectivity) – представляет собой технологию и спецификацию интерфейса для

доступа к базам данных различных форматов, разработанную Мicrosoft. По сути, это интерфейс API, такой же

как и Windows API, который имеет дело с программированием баз данных. Архитектура ODBC включает в себя

четыре компонента: приложение (программа пользователя), ODBC менеджер, ODBC драйвера и источник

данных (базы данных, например, Interbase, Oracle и др.).

связанных библиотек (DLL–Dynamic Linking Library) для операционной

системы Windows. В этой модели клиентами являются:

 приложения, которые обращаются к элементам-серверам библиотек

DLL;

 елементы-клиенты библиотек DLL, которые обращаются к элементам-

серверам, которые находятся в своей или чужой библиотеке (рис. 4.27).

Развитие этой технологии воплотилось в программной модели,

спецификации, архитектуре и технологии, разработанной Microsoft под общим

названием COM

– Component Object Model (Объектная Модель Компонентов) и

основанной также на модели клиент/сервер.

В СОМ, любая часть программного обеспечения реализует свои сервисы

как один или несколько объектов СОМ (не следует путать объекты СОМ с

объектами в языках программирования типа C

++. Несмотря на то, что у них

есть общие черты, это разные вещи).

Одним из краеугольных камней технологии COM является принцип

взаимодействия программных компонентов исключительно через интерфейсы

(рис. 4.28).

Каждый объект COM поддерживает один или несколько интерфейсов,

реализующих те или иные методы. Клиенты могут получить доступ к сервисам

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

DLL-1

КЛИЕНТ

СЕРВЕР

DLL-2

КЛИЕНТ

СЕРВЕР

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Обращения из приложений-клиентов к

элементам-серверам, которые реализуют

требуемые им функции в DLL

Рис. 4.27. Клиент-серверные связи между приложениями:

внешние (от приложения – к DLL) и внутренние (от клиенту-функции

DLL – к серверу-функции DLL) в ОС Windows

Object

Интерфейсы

А, В и С

Рис. 4.28. Компонент с группой своих интерфейсов

сервера объекта СОМ только через вызовы методов интерфейсов объекта — у

них нет непосредственного доступа к данным объекта.

Использование интерфейсов COM позволяет:

 унифицировать процесс проверки возможностей программного

компонента;

 обеспечить связь между компонентами, которые находятся в разных

нитях, процессах и, возможно, на разных компьютерах в сети;

 снизить затраты на разработку программного обеспечения, повысив

степень многоразовости использования уже разработанных

компонентов.

В основе модели СОМ лежат несколько важных концепций:

 двоичный стандарт вызова функций (для любой платформы);

 обеспечение строгой типизации при объединении функций в

интерфейсы с уникальными идентификаторами (GUID);

 управление временем жизни объекта;

 механизм однозначной идентификации компонентов и интерфейсов

СОМ по уникальным идентификаторам (GUID).

Компоненти СОМ реализуются в виде библиотек DLL, элементов ActiveX,

кнопок и команд графических интерфейсов приложений (Word, Fotoshop и др.),

элементов форм и так далее. Спецификация на уровне структур данных

позволяет связывать компоненты, написанные для разных платформ

(Microsoft® Windows®, Microsoft Windows NT™, Apple® Macintosh®, UNIX®

и некотрых других). Стандарт СОМ является открытым, что позволяет

создавать собственные компоненты и использовать компоненты, которые

созданы другими фирмами.

В настоящее время COM

является наиболее широко

используемой в мире

программной компонентной

моделью. По некоторым данным в

2000 г. компоненты COM

использовались на более чем

150-и миллионах систем по всему

миру. Одной только фирмой ESRI

(Environment System Research

Institute) (США) на конец 2002

года было разработано более

1200-т компонентов под общим

названием ArcObjects для нужд

геоинформационных систем

(ГИС) (рис.4.29).

Дальнейшим продолжением

развития модели СОМ явилась

модель DCOM, то есть

Рис. 4.29. Представление небольшой

части компонентов ArcObjects (фирмы

ESRI) с их интерфейсами

распределённая (Distributed) СОМ, которая расширяет границы взаимодействия

компонентов в сетевом пространстве (рис. 4.30).

При вызове одним компонентом другого, в соответствии с принципами

модели DCOM (см. рис.4.30), происходит следующее.

1. Компонент программы на клиентском ПК выполняет вызов, который

обращается к удалённому серверному компоненту, такому, к примеру, как

система авторизации кредитных карточек. При этом он обращается к

операционной системе Windows.

2. DCOM установливает соединение через сеть между двумя

компонентами, используя механизм удалённого вызова процедур (RPC).

3. Клиентский компонент может взаимодействовать с серверным

компонентом так, как если бы они размещались на одной и той же машине.

Такая модель очень хорошо поддерживает модель роспределённых

вычислений, которая является парадигмой организации приложений, в

соответствии с которой разные части одной и той же программы могут

выполняться на разных компьютерах в сети.

Параллельно с DCOM развивается подобная архитектура сетевых

вычислений под названием Common Object Request Broker Architecture

(CORBA), которую поддерживают такие крупные компании, как IBM, Sun

Microsystems і ряд других производителей. Сегодня она применяется многими

большими организациями для разворачивания распределённых вычислений у

масштабах предприятия на базе Unix-серверов и мэйнфреймов.

Общая архитектура распределённых интероперабельных

информационных объектов CORBA (см. подраздел 6.4), базируется на

концепции промежуточного слоя (middleware), который содержит службы и

средства поддержки глобального пространства объектов

, их жизненного цикла

и интероперабельности Этот слой находится между операционной системой

информационной системы (включая средства управления компьютерными

сетями) и прикладными системами, специфичными для конкретных областей

применения. Компонентами такого

глобального пространства явялются

Рис. 4.30. Принцип взаимодействия компонентов с

помощью модели DCOM