Объектно-ориентированное программирование

Объем памяти и тип питания (батареи/аккумуляторы) влияют на размеры цифровых диктофонов.

 

1.3 Моде́м (аббревиатура, составленная из слов модулятор-демодулятор) — устройство, применяющееся в системах связи и выполняющее функцию модуляции и демодуляции. Модулятор осуществляет модуляцию несущего сигнала, то есть изменяет его характеристики в соответствии с изменениями входного информационного сигнала, демодулятор осуществляет обратный процесс. Частным случаем модема является широко применяемое периферийное устройство для компьютера, позволяющее ему связываться с другим компьютером, оборудованным модемом, через телефонную сеть (телефонный модем) или кабельную сеть (кабельный модем).

Модем выполняет функцию  оконечного оборудования линии связи. При этом формирование данных для  передачи и обработку принимаемых  данных осуществляет терминальное оборудование, в простейшем случае — персональный компьютер.

Типы модемов для  компьютеров:

• Внешний аппаратный модем
• Внутренний модем для шины PCI
• Ещё один внутренний модем

По исполнению модемы:

• внешние — подключаются через COM, USB порт или стандартный разъем в сетевой карте RJ-45 обычно имеют внешний блок питания (существуют USB-модемы, питающиеся от USB и LPT-модемы);
• внутренние — устанавливаются внутрь компьютера в слот ISA, PCI, PCI-E, PCMCIA, AMR, CNR;
• встроенные — являются внутренней частью устройства, например ноутбука или док-станции.

По принципу работы модемы:

• аппаратные — все операции преобразования сигнала, поддержка физических протоколов обмена, производятся встроенным в модем вычислителем (например с использованием DSP, контроллера). Так же в аппаратном модеме присутствует ПЗУ, в котором записана микропрограмма, управляющая модемом.
• винмодемы — аппаратные модемы, лишённые ПЗУ с микропрограммой. Микропрограмма такого модема хранится в памяти компьютера, к которому подключён модем. Работоспособен только при наличии драйверов, которые обычно писались исключительно под операционные системы семейства MS Windows.
• полупрограммные (Controller based soft-modem) — модемы, в которых часть функций модема выполняет компьютер, к которому подключён модем.
• программные (Host based soft-modem) — все операции по кодированию сигнала, проверке на ошибки и управление протоколами реализованы программно и производятся центральным процессором компьютера. При этом в модеме находится аналоговая схема и преобразователи: АЦП, ЦАП, контроллер интерфейса (например USB).

По виду соединения:

• Модемы для коммутируемых телефонных линий — наиболее распространённый тип модемов;
• ISDN — модемы для цифровых коммутируемых телефонных линий;
• DSL — используются для организации выделенных (некоммутируемых) линий используя обычную телефонную сеть. Отличаются от коммутируемых модемов тем, что используют другой частотный диапазон, а также тем, что по телефонным линиям сигнал передается только до АТС. Обычно позволяют одновременно с обменом данными осуществлять использование телефонной линии в обычном порядке;
• Кабельные — используются для обмена данными по специализированным кабелям — к примеру, через кабель коллективного телевидения по протоколу DOCSIS;
• Радио;
• Беспроводной модем;
• Спутниковые;
• PLC — используют технологию передачи данных по проводам бытовой электрической сети.

В настоящее  время наиболее распространены: внутренний программный модем, внешний аппаратный модем, встроенные в ноутбуки модемы.

 

Составные устройства модема:

 

• Плата модема Acorp Sprinter@ADSL LAN120M
• Порты ввода-вывода — схемы, предназначенные для обмена данными между телефонной линией и модемом с одной стороны, и модемом и компьютером — с другой. Для взаимодействия с аналоговой телефонной линией зачастую используется трансформатор.
• Сигнальный процессор (Digital Signal Processor, DSP) Обычно модулирует исходящие сигналы и демодулирует входящие на цифровом уровне в соответствии с используемым протоколом передачи данных. Может также выполнять другие функции.
• Контроллер управляет обменом с компьютером.
• Микросхемы памяти:

ROM — энергонезависимая  память, в которой хранится микропрограмма  управления модемом — прошивка, которая включает в себя наборы  команд и данных для управления  модемом, все поддерживаемые коммуникационные  протоколы и интерфейс с компьютером.  Обновление прошивки модема доступно  в большинстве современных моделей,  для чего служит специальная  процедура описанная в руководстве  пользователя. Для обеспечения возможности  перепрошивки для хранения микропрограмм  применяется флэш-память (EEPROM). Флэш-память  позволяет легко обновлять микропрограмму  модема, исправляя ошибки разработчиков  и расширяя возможности устройства. В некоторых моделях внешних  модемов она так же используется  для записи входящих голосовых  и факсимильных сообщений при  выключенном компьютере.

NVRAM — энергонезависимая  электрически перепрограммируемая  память, в которой хранятся настройки  модема. Пользователь может изменять  установки, например используя  набор AT-команд.

RAM — оперативная память  модема, используется для буферизации  принимаемых и передаваемых данных, работы алгоритмов сжатия и  прочего.

Голосовой модем — имеет функцию оцифровки сигнала с телефонной линии и воспроизведение произвольного звука в линию. Часть голосовых модемов имеет встроенный микрофон. Это позволяет осуществить передачу голосовых сообщений в режиме реального времени на другой удалённый голосовой модем и приём сообщений от него и воспроизведение их через внутренний динамик, использование такого модема в режиме автоответчика и для организации голосовой почты.

 

История модема:

 

Компания AT&T Dataphone Modems в  Соединённых Штатах была частью SAGE (ПВО системы) в 50-х годах. Она соединяла  терминалы на различных воздушных  базах, радарах и контрольных  центрах с командными центрами SAGE, разбросанными по США и Канаде. SAGE использовала выделенные линии связи, но устройства на каждом из концов этих линий были такими же по принципу как  современные модемы.

Первым модемом для  персональных компьютеров стало  устройство компании Hayes Microcomputer Products, которая в 1979 году выпустила Micromodem II для персонального компьютера Apple II. Модем стоил 380 долл. и работал  со скоростью 110/300 б/сек.

В 1981 году фирма Hayes выпустила  модем Smartmodem 300 б/сек, система команд которого стала стандартом де-факто.

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1 Организация файловой системы

 

Все современные дисковые операционные системы обеспечивают создание файловой системы, предназначенной для хранения данных на дисках и обеспечения доступа  к ним. Принцип организации файловой системы – табличный. Поверхность  жесткого диска рассматривается  как трехмерная матрица, измерениями  которой являются номера поверхности, цилиндра и сектора. Под цилиндром  понимается совокупность всех дорожек, принадлежащих разным поверхностям и находящихся на равном удалении от оси вращения. Данные о том, в  каком месте диска записан  тот или иной файл, хранятся в  системной области диска в  специальных таблицах размещения файлов (FAT-таблицах). Поскольку нарушение FAT-таблицы  приводит к невозможности воспользоваться  данными, записанными на диске, к  ней предъявляются особые требования надежности, и она существует в  двух экземплярах, идентичность которых  регулярно контролируется средствами операционной системы.

Наименьшей  физической единицей хранения данных является сектор. Размер сектора равен 512 байт. Поскольку размер FAT-таблицы  ограничен, то для дисков, размер которых  превышает 32 Мбайт, обеспечить адресацию  к каждому отдельному сектору  не представляется возможным. В связи  с этим группы секторов условно объединяются в кластеры. Кластер является наименьшей единицей адресации к данным. Размер кластера, в отличие от размера  сектора, не фиксирован и зависит  от емкости диска.

Операционные  системы MS-DOS, OS/2, Windows 95 и Windows NT реализуют 16-разрядные поля в таблицах размещения файлов. Такая файловая система называется FAT16. Она позволяет разместить в FA T-таблицах не более 65 536 записей (216) о  местоположении единиц хранения данных и, соответственно, для дисков объемом  от 1 до 2 Гбайт длина кластера составляет 32 Кбайт (64 сектора). Это не вполне рациональный расход рабочего пространства, поскольку  любой файл (даже очень маленький) полностью оккупирует весь кластер, которому соответствует только одна адресная запись в таблице размещения файлов. Даже если файл достаточно велик  и располагается в нескольких кластерах, все равно в его  конце образуется некий остаток, нерационально расходующий целый  кластер.

Для современных жестких дисков потери, связанные с неэффективностью файловой системы, весьма значительны и могут  составлять от 25% до 40% полной емкости  диска, в зависимости от среднего размера хранящихся файлов. С дисками  же размером более 2 Гбайт файловая система FAT16 вообще работать не может.

В настоящее время только операционная система Windows 98 обеспечивает более совершенную  организацию файловой системы — FAT32 с 32-разрядными полями в таблице  размещения файлов. Для дисков размером до 8 Гбайт эта система обеспечивает размер кластера 4 Кбайт (8 секторов).

 

Логическая организация файловой системы

 

Одной из основных задач операционной системы  является предоставление удобств пользователю при работе с данными, хранящимися  на дисках. Для этого ОС подменяет  физическую структуру хранящихся данных некоторой удобной для пользователя логической моделью. Логическая модель файловой системы материализуется  в виде дерева каталогов, выводимого на экран такими утилитами, как Norton Commander или Windows Explorer, в символьных составных именах файлов, в командах работы с файлами. Базовым элементом этой модели является файл, который так же, как и файловая система в целом, может характеризоваться как логической, так и физической структурой.

 

 

Цели и задачи файловой системы

 

Файл —  это именованная область внешней памяти, в которую можно записывать и из которой можно считывать данные. Файлы хранятся в памяти, на зависящей от энергопитания, обычно — на магнитных дисках. Однако нет правил без исключения. Одним из таких исключений является так называемый электронный диск, когда в оперативной памяти создается структура, имитирующая файловую систему.

Основные  цели использования: 

• Долговременное и надежное хранение информации. Долговременность достигается за счет использования запоминающих устройств, не зависящих от питания, а высокая надежность определяется средствами защиты доступа к файлам и общей организацией программного кода ОС, при которой сбои аппаратуры чаще всего не разрушают информацию, хранящуюся в файлах.
• Совместное использование информации. Файлы обеспечивают естественный и легкий способ разделения информации между приложениями и пользователями за счет наличия понятного человеку символьного имени и постоянства хранимой информации и расположения файла. Пользователь должен иметь удобные средства работы с файлами, включая каталоги-справочники, объединяющие файлы в группы, средства поиска файлов по признакам, набор команд для создания, модификации и удаления файлов. Файл может быть создан одним пользователем, а затем использоваться совсем другим пользователем, при этом создатель файла или администратор могут определить права доступа к нему других пользователей. Эти цели реализуются в ОС файловой системой.

Файловая  система (ФС) — это часть операционной системы, включающая:

• совокупность всех файлов на диске;
• наборы структур данных, используемых для управления файлами, такие, например, как каталоги файлов, дескрипторы файлов, таблицы распределения свободного и занятого пространства на диске;
• комплекс системных программных средств, реализующих различные операции над файлами, такие как создание, уничтожение, чтение, запись, именование и поиск файлов.

Файловая  система позволяет программам обходиться набором достаточно простых операций для выполнения действий над некоторым  абстрактным объектом, представляющим файл. При этом программистам не нужно иметь дело с деталями действительного  расположения данных на диске, буферизацией данных и другими низкоуровневыми  проблемами передачи данных с долговременного  запоминающего устройства. Все эти  функции файловая система берет  на себя. Файловая система распределяет дисковую память, поддерживает именование файлов, отображает имена файлов в  соответствующие адреса во внешней  памяти, обеспечивает доступ к данным, поддерживает разделение, защиту и  восстановление файлов.

Таким образом, файловая система играет роль промежуточного слоя, экранирующего  все сложности физической организации  долговременного хранилища данных, и создающего для программ более  простую логическую модель этого  хранилища, а также предоставляя им набор удобных в использовании  команд для манипулирования файлами.