🔒

Данные — это зарегистрированные сигналы и факты в формализованном виде; информация — данные, получившие смысл; знания — систематизированная информация с выявленными закономерностями. Проще всего запомнить на примере-цепочке: «37,5» — просто число, данные, они ничего не значат сами по себе. «Температура пациента — 37,5 °C» — уже информация: у числа появился смысл и контекст. «Температура выше 37 — признак воспаления, надо обследовать» — это знание: обобщённое правило, по которому можно действовать. То есть данные регистрируются, информация получается интерпретацией данных, а знания — результат обработки и осмысления многих порций информации. Информация всегда рассматривается относительно получателя: одна и та же строка байтов для одного человека — бессмыслица, для другого — важное сообщение. Основные свойства информации (перечислить и по слову пояснить): достоверность — соответствует реальности; полнота — её хватает для решения; актуальность — не устарела; доступность — её можно получить; релевантность — относится к делу. Дополнительно называют понятность и защищённость.

Алгоритм — конечная последовательность точных предписаний, приводящая исполнителя от исходных данных к результату за конечное число шагов. По сути это рецепт: набор шагов, которые кто угодно (человек или машина) может выполнить и получить тот же результат. Из этой идеи вытекают пять свойств, которые нужно назвать: дискретность — рецепт состоит из отдельных шагов, а не «сделай хорошо»; определённость — каждый шаг понимается однозначно, без «посолить по вкусу»: два исполнителя получат одно и то же; результативность (конечность) — алгоритм не крутится вечно, а заканчивается и выдаёт ответ; массовость — рецепт годится не для одного случая, а для целого класса задач с разными исходными данными; понятность — используются только те команды, которые исполнитель знает. Язык схем — это графическая запись алгоритма блок-схемой, стандарт ГОСТ 19.701-90 (ИСО 5807-85). Фигуры запомнить так: овал — «старт/финиш», прямоугольник — «сделай» (действие), ромб — «реши» (условие, да/нет), параллелограмм — «введи/выведи» (данные), стрелки показывают, куда идти дальше. Кроме схем алгоритм можно записать словами, псевдокодом или сразу на языке программирования.

Информационная система (ИС) — совокупность средств, методов и персонала для хранения, обработки и выдачи информации. Классифицировать ИС удобно, отвечая на четыре вопроса. Для чего система? (по назначению): управленческие — помогают вести бизнес (ERP управляет ресурсами предприятия, CRM — работой с клиентами); информационно-справочные — просто выдают сведения (правовые базы, каталоги); системы поддержки принятия решений — «советчики», которые анализируют данные для руководителя; экспертные системы — имитируют рассуждения специалиста и сами делают выводы. Насколько велика? (по масштабу): одиночные — один пользователь и его компьютер; групповые — отдел с общим сервером; корпоративные — всё предприятие. Сколько в ней человека? (по степени автоматизации): ручные — техники нет вообще; автоматизированные — человек и компьютер работают вместе (таких большинство, отсюда аббревиатура АИС); автоматические — работают сами, без человека (например, АСУ ТП — управление технологическим процессом на производстве). В какой отрасли? (по сфере): производственные, финансовые, кадровые, медицинские и т.д. Готовый пример для комиссии: 1С:Бухгалтерия — автоматизированная групповая управленческая ИС финансовой сферы.

Файловая система — часть операционной системы, определяющая, как данные хранятся, именуются и находятся на носителе. Если диск — это склад, то файловая система — это порядок на складе: стеллажи (каталоги), бирки на коробках (имена и метаданные — размер, даты, права) и журнал учёта, где записано, в каких ячейках лежит каждый файл. Файловые системы отличаются друг от друга по нескольким осям. Лимиты: старая FAT32 не умеет файлы больше 4 ГБ (фильм уже не влезет), NTFS и ext4 — практически без ограничений. Журналирование: прежде чем менять данные, система записывает намерение в журнал; если свет выключили на полуслове — при загрузке всё восстановится по журналу. Есть у NTFS, ext4, APFS; нет у FAT32 — поэтому флешка после сбоя может «сломаться». Права доступа: NTFS и ext4 помнят, кому файл принадлежит и кто может его читать; FAT32 — нет (любой может всё). Дополнительно: сжатие и шифрование (NTFS, APFS), мгновенные снимки-снапшоты (ZFS, Btrfs). Выбор на практике: FAT32/exFAT — флешки (совместимость со всем), NTFS — Windows, ext4 — Linux, APFS — macOS.

Программы сжатия уменьшают объём данных, убирая из них избыточность. Сжатие бывает двух принципиально разных видов. Без потерь — данные восстанавливаются бит в бит; так сжимают тексты, программы, документы. Два главных приёма легко объяснить: словарный метод (алгоритмы LZ77/LZ78) — если фраза уже встречалась, вместо повтора ставим ссылку «смотри выше», как в конспекте; кодирование Хаффмана — частым символам даём короткие коды, редким — длинные, как в азбуке Морзе, где частая «Е» — одна точка. Связка этих приёмов называется DEFLATE и работает в ZIP и PNG; архиваторы — WinRAR, 7-Zip. С потерями — часть информации выбрасывается насовсем, но такая, которую человек почти не замечает: JPEG огрубляет мелкие детали изображения, MP3 удаляет звуки, которые ухо всё равно не услышит (психоакустика), видеокодеки H.264/H.265 хранят только отличия между соседними кадрами. Степень сжатия зависит от данных: текст ужимается в разы, а случайные или уже сжатые данные — почти никак (поэтому ZIP не сжимает JPEG — избыточности уже нет). Возможности архиваторов, которые стоит назвать: многотомные архивы, самораспаковывающиеся (SFX), шифрование паролем, проверка целостности (CRC).

Операционная система — комплекс программ, управляющий ресурсами компьютера и дающий среду для запуска приложений. Её составные части удобно перечислять от центра к краям. Ядро — сердце ОС, работает в привилегированном режиме и делает четыре вещи: планировщик делит время процессора между программами; менеджер памяти выдаёт каждой программе свою память и не даёт лезть в чужую; драйверы переводят «язык» конкретных устройств на общий язык системы; обработчики прерываний и системных вызовов принимают запросы от железа и программ. Файловая подсистема — организует данные на дисках: каталоги, имена, права. Подсистема ввода-вывода — единый доступ к устройствам, буферизация. Оболочка — то, чем пользуется человек: графический интерфейс (Проводник) или командная строка (bash, PowerShell). Системные утилиты и библиотеки — сервисные инструменты (форматирование, диагностика) и API, через который приложения просят ОС о услугах. Сетевая подсистема — стек протоколов TCP/IP. Частая ловушка на экзамене: BIOS/UEFI — это НЕ часть ОС, а микропрограмма материнской платы, которая лишь запускает загрузчик системы.

Windows — семейство ОС Microsoft, прошедшее путь от графической оболочки над MS-DOS до основной настольной ОС мира. Вехи, которые достаточно назвать: 3.1 (1992) — ещё оболочка над DOS; 95/98 — домашняя линейка; параллельно NT/2000 — надёжное ядро для бизнеса; XP (2001) — линейки объединились на ядре NT; Vista — красиво, но тяжело; 7 (2009) — «работа над ошибками», всенародная любимица; 8 — плиточный интерфейс, который не приняли; 10 (2015) — возврат «Пуска», модель «Windows как сервис» с постоянными обновлениями; 11 (2021) — обновлённый интерфейс, жёсткие требования к железу (чип безопасности TPM 2.0, Secure Boot), подсистемы Linux (WSL) и Android. Назначение и функции 10/11: универсальная многозадачная ОС — управление процессами, памятью, устройствами; файловая система NTFS; безопасность — антивирус Defender, шифрование диска BitLocker, вход по лицу/отпечатку Windows Hello; DirectX 12 для игр; магазин приложений; виртуальные рабочие столы. Преимущества: крупнейшая в мире экосистема программ и игр, совместимость почти с любым железом, привычность. Недостатки: высокие системные требования (11-я вообще не ставится на старые ПК), телеметрия — система «звонит домой», навязчивые обязательные обновления, платная лицензия.

Современная ОС должна отвечать ряду требований; удобно запомнить формулой «удобство + эффективность + надёжность + безопасность + развиваемость». Расшифровка по пунктам, своими словами: многозадачность и многопользовательность — десятки программ и несколько пользователей одновременно, и никто никому не мешает; управление памятью — виртуальная память: каждой программе кажется, что вся память — её, а ОС незаметно жонглирует реальной; безопасность — пароли, разграничение прав, шифрование: чужой файл не прочитать; надёжность — упавшее приложение не роняет систему; журналирование помогает пережить сбой питания; переносимость — ОС умеет работать на разном железе (x86, ARM) благодаря прослойке HAL, скрывающей отличия; масштабируемость — та же система хороша и на ноутбуке, и на сервере с сотней ядер; расширяемость — новые драйверы и модули подключаются без переписывания ядра; совместимость — старые программы и стандартные интерфейсы (POSIX) продолжают работать; производительность — сама ОС ест минимум ресурсов; удобный интерфейс — и графика, и командная строка. На уточняющий вопрос про многозадачность: она вытесняющая — ОС сама забирает процессор у программы по истечении кванта времени, не спрашивая её согласия.

Мультипрограммирование — организация вычислений, при которой в памяти одновременно находятся несколько программ, а процессор переключается между ними. Зачем: процессор в тысячи раз быстрее диска и сети. Если программа ждёт данные с диска, глупо, чтобы процессор простаивал — пусть в это время считает другую. Это как повар, который поставил суп вариться и, не стоя над кастрюлей, режет салат. Что для этого нужно (средства мультипрограммирования): прерывания — «звонки таймера и устройств»: таймер сигналит «квант времени вышел, переключайся», диск сигналит «данные готовы»; защита памяти — аппаратная гарантия, что программа не залезет в чужую память и не испортит соседа или саму ОС; два режима процессора — привилегированный (ядро ОС, можно всё) и пользовательский (программы, опасные команды запрещены); виртуальная память — у каждой программы своё «личное» адресное пространство, а реальную память ОС распределяет незаметно, при нехватке сбрасывая редко используемые страницы на диск; планировщик — решает, кому достанется процессор следующим (кванты, приоритеты); переключение контекста — при смене программы ОС сохраняет все регистры и счётчик команд, а потом восстанавливает — программа «не замечает», что её прерывали.

Прерывание — событие, по которому процессор приостанавливает текущую программу и передаёт управление специальной программе-обработчику, а затем возвращается обратно. Аналогия: вы читаете книгу, звонит телефон — вы кладёте закладку (сохраняете место), отвечаете на звонок (обработчик), возвращаетесь к книге точно там, где остановились. Виды прерываний: внешние аппаратные — «звонки» от устройств: нажата клавиша, пришёл сетевой пакет, сработал таймер; внутренние (исключения) — программа сама сделала что-то не то: поделила на ноль, полезла в чужую память, обратилась к странице, которой нет в ОЗУ; программные — программа сознательно «звонит» операционной системе с просьбой (системный вызов: открой файл, выдели память). Механизм по шагам: 1) процессор дорабатывает текущую команду; 2) сохраняет «закладку» — счётчик команд, флаги, регистры; 3) по номеру прерывания находит адрес обработчика в таблице векторов прерываний; 4) выполняет обработчик; 5) восстанавливает контекст и продолжает прерванную программу. Приоритеты: если «звонят» несколько устройств сразу, контроллер прерываний (APIC) пропускает более важное; менее важные можно временно маскировать (запрещать), но есть немаскируемое NMI — критические сбои железа, его игнорировать нельзя.

Центральный процессор — устройство, выполняющее программу: вычисления, пересылки данных и управление всеми узлами компьютера. Что внутри: АЛУ (арифметико-логическое устройство) — «калькулятор», который собственно считает; УУ (устройство управления) — «дирижёр», который читает команды и говорит остальным, что делать; регистры — крошечная сверхбыстрая память под рукой (в т.ч. счётчик команд — где мы сейчас в программе); кэш L1/L2/L3 — буфер между процессором и медленной ОЗУ; блок предсказания переходов; в современных CPU — несколько ядер. Конвейеризация: выполнение команды разбито на стадии (взять команду → понять её → выполнить → записать результат), и, как на заводском конвейере, пока одна команда выполняется, следующая уже декодируется, а третья выбирается из памяти. В идеале — готовая команда каждый такт. Системы команд: два подхода — CISC (x86: сотни сложных команд разной длины) и RISC (ARM: простые одинаковые команды). Хитрость: современные x86 снаружи CISC, а внутри дробят команды на RISC-подобные микрооперации. Прерывания позволяют процессору мгновенно реагировать на события (см. №50). Современные модели: Intel Core 12–14-го поколений и Core Ultra (гибрид: производительные P-ядра + экономичные E-ядра), AMD Ryzen 7000/9000, Apple M-серии на ARM.

Принципы организации ЭВМ определяются: элементной базой, требованиями к производительности, стоимостью, совместимостью и энергопотреблением. Главный из факторов — элементная база: лампы → транзисторы → микросхемы → сверхбольшие интегральные схемы; именно по ней считают поколения ЭВМ. Архитектура фон Неймана (1945) — принципы, по которым до сих пор строится почти каждый компьютер. Их пять, и они простые: 1) программное управление — машина работает сама, по программе, а не по нажатиям человека; 2) хранимая программа — главная идея: программа лежит в той же памяти, что и данные, в виде таких же чисел; значит, программу можно загружать, менять и даже генерировать как обычные данные; 3) двоичное кодирование — всё хранится нулями и единицами (два состояния надёжно различимы электроникой); 4) адресуемая память — память как улица пронумерованных домов: обратиться можно к любой ячейке по номеру; 5) последовательное выполнение — команды идут одна за другой, пока не встретится переход. Структура: процессор (АЛУ + УУ) + память + устройства ввода-вывода, связанные шинами. Слабое место — «бутылочное горлышко фон Неймана»: процессор и память связаны одним каналом, и скорость упирается в него; лечат кэш-памятью. Альтернатива — гарвардская архитектура с раздельной памятью команд и данных (так устроен кэш L1 и микроконтроллеры).

Состав ЭВМ: процессор (АЛУ + УУ), оперативная память, внешняя память, устройства ввода и вывода, связанные системной магистралью. Роли простые: процессор считает и командует, ОЗУ держит работающие программы и их данные, диски хранят всё долговременно, клавиатура/мышь вводят, монитор/принтер выводят, а шины — «дороги», по которым всё это общается. Как ЭВМ работает — бесконечный машинный цикл, его стоит рассказать по шагам: 1) выборка — устройство управления смотрит в счётчик команд («где мы сейчас?») и читает очередную команду из памяти; 2) декодирование — понимает, что за операция и с какими данными; 3) выборка операндов — достаёт нужные данные из регистров или памяти; 4) выполнение — АЛУ делает операцию; 5) запись результата — итог кладётся в регистр или память; счётчик команд сдвигается на следующую команду (или на адрес перехода) — и цикл повторяется миллиарды раз в секунду. Как всё начинается: при включении питания стартует не ОС, а микропрограмма BIOS/UEFI: она проверяет железо (процедура POST), находит загрузочный диск и передаёт управление загрузчику ОС — только после этого появляется привычная система.

x86 — семейство CISC-процессоров, идущее от Intel 8086 (1978); базовая 32-разрядная версия называется IA-32. Почти полвека совместимости: сегодняшний процессор всё ещё умеет выполнять программы восьмидесятых — в этом причина живучести архитектуры. Регистры (называть группами): общего назначения — EAX (аккумулятор), EBX, ECX (счётчик циклов), EDX; для стека — ESP (вершина) и EBP (база кадра); индексные ESI/EDI — для строковых операций; сегментные CS, DS, SS…; EIP — счётчик команд; EFLAGS — флаги результата (ноль, перенос, знак, переполнение). Режимы работы — история развития в одном процессоре: реальный (16 бит, память 1 МБ — совместимость с 8086, в нём процессор просыпается до сих пор); защищённый (с 80386: 32 бита, виртуальная память, защита — фундамент многозадачных ОС; 4 «кольца» привилегий, ядро в нулевом); длинный (x86-64, он же AMD64: 64-битные регистры RAX…R15, огромное адресное пространство). Команды: переменной длины (1–15 байт), сотни штук — это и есть CISC; плюс SIMD-расширения для обработки массивов: MMX → SSE → AVX. Внутренняя хитрость современных x86: сложные команды на лету дробятся в простые микрооперации — снаружи CISC, внутри почти RISC.

Цикл выполнения команды — стадии, которые проходит каждая команда: IF — выборка из памяти, ID — декодирование и чтение регистров, EX — выполнение в АЛУ, MEM — обращение к памяти (если нужно), WB — запись результата. Конвейер — та же идея, что на автозаводе: кузов красят, пока на соседнем посту собирают следующий. Стадии разных команд выполняются одновременно: первая команда на выполнении, вторая декодируется, третья выбирается. Выигрыш: в идеале готовая команда каждый такт — конвейер из N стадий даёт до N-кратного роста пропускной способности (хотя каждая отдельная команда быстрее не становится). Что мешает идеалу — конфликты (hazards): структурные — двум командам одновременно нужен один узел (решение: раздельные кэши команд и данных); по данным — команда ждёт результат предыдущей (решение: форвардинг — результат передаётся напрямую со стадии на стадию, минуя регистры); по управлению — встретилось условное ветвление, и непонятно, какую команду брать следующей (решение: предсказание переходов — процессор угадывает исход с точностью выше 95% и работает «наперёд»; если не угадал — конвейер сбрасывается, и это дорого). Современные процессоры — суперскалярные: несколько конвейеров рядом, до 4–6 команд за такт, плюс внеочередное выполнение (out-of-order), глубина конвейера ~14–20 стадий.

Вся информация в ЭВМ представляется в двоичном коде — нулями и единицами; два состояния надёжно различимы электроникой (есть напряжение/нет), и на них прямо ложится булева логика. Минимальная единица — бит, 8 бит = байт. Дальше по типам данных: целые числа — обычный двоичный код; для отрицательных используется дополнительный код: старший бит — знак, а «минус X» хранится как 2ⁿ−X; трюк в том, что вычитание превращается в сложение — АЛУ проще; диапазон байта со знаком: −128…+127. Вещественные числа — стандарт IEEE 754, научная запись в двоичном виде: знак × мантисса × 2^порядок (float — 32 бита, double — 64). Отсюда знаменитый сюрприз: 0,1 + 0,2 ≠ 0,3 — десятичная дробь 0,1 в двоичной системе бесконечна и округляется. Текст — таблицы кодов: старая ASCII (латиница, 1 байт) и современный Unicode, покрывающий все языки; кодировка UTF-8 экономна: латиница — 1 байт, кириллица — 2, эмодзи — 4. Графика: растровая — сетка пикселей, цвет каждого задан битами (24 бита = 16,7 млн цветов, True Color); векторная — формулы фигур. Звук — PCM: тысячи раз в секунду замеряем амплитуду (частота дискретизации) и округляем до уровней сетки (разрядность). Видео — поток кадров со сжатием.

Оперативная память (ОЗУ) — энергозависимая память, в которой лежат работающие программы и их данные; «энергозависимая» значит: выключили питание — всё пропало. В ПК стоит динамическая память DRAM: каждая ячейка — микроскопический конденсатор с транзистором; заряжен — единица, разряжен — ноль. Конденсатор «протекает», поэтому память приходится постоянно подзаряжать — это называется регенерация. Для сравнения: статическая SRAM (ячейка-триггер) быстрее и без регенерации, но сильно дороже — из неё делают кэш, а не ОЗУ. Как выглядит физически: планки DIMM (в ноутбуках — укороченные SO-DIMM) с чипами DDR-памяти. DDR расшифровывается как Double Data Rate — данные передаются дважды за такт, по обоим фронтам сигнала; поколения DDR3 → DDR4 → DDR5 наращивают частоты и снижают напряжение. Параметры, которые называют в характеристиках: объём (типично 16–32 ГБ); частота (DDR4-3200, DDR5-6400 — тысяч передач в секунду); тайминги — задержки в тактах между командой и ответом (CL16 и т.п. — меньше значит быстрее); напряжение. Организация: двухканальный режим — два модуля работают параллельно, и пропускная способность удваивается (поэтому планки ставят парами); внутри модуля — ранги и банки; у DDR5 каждый модуль разделён на два независимых подканала и имеет встроенную коррекцию ошибок на кристалле.

Оперативная память организована как массив пронумерованных ячеек, к любой из которых процессор может обратиться по адресу примерно за одно и то же время — отсюда термин «память с произвольным доступом» (RAM). Физическая организация: ячейки DRAM собраны в двумерные матрицы-банки, как клетки шахматной доски. Адрес подаётся в два приёма: сначала номер строки (сигнал RAS), затем номер столбца (CAS) — так нужно вдвое меньше адресных ножек. Прочитанная строка целиком оседает в усилителях, и соседние ячейки из неё читаются очень быстро — поэтому последовательное чтение памяти намного быстрее случайных прыжков. Контроллер памяти (сидит прямо в процессоре) жонглирует банками и каналами, чередуя обращения, и не забывает про регенерацию. Логическая организация: ОЗУ — средний этаж иерархии памяти «регистры → кэш → ОЗУ → диск»: каждый следующий уровень больше, но медленнее; иерархия сглаживает гигантский разрыв скоростей процессора и накопителей. Сверху ОС надстраивает виртуальную память: каждому процессу выдаётся своё «личное» адресное пространство, нарезанное страницами по 4 КБ; таблицы страниц переводят виртуальные адреса в физические (быстрый кэш трансляций — TLB), а редко используемые страницы вытесняются в файл подкачки на диск. Так достигаются изоляция процессов, защита и память «больше, чем есть физически».

Кэш-память — быстрая буферная память между процессором и ОЗУ, в которой хранятся копии часто используемых данных. Зачем она нужна: процессор работает в сотни раз быстрее оперативной памяти, и без посредника он бы просто стоял и ждал. Представьте, что вы работаете за столом, а все книги — в шкафу в другой комнате. Чтобы не бегать за каждой страницей, самые нужные книги вы держите на столе. Стол — это кэш (быстрая SRAM), шкаф — ОЗУ. Почему это работает: программы обращаются к данным не случайно. Если значение только что понадобилось — скоро понадобится снова (временна́я локальность) или понадобятся его соседи (пространственная). Поэтому кэш тянет данные не по байту, а сразу «строкой» по 64 байта — вместе с соседями. Уровня три: L1 — крошечный и мгновенный (десятки КБ, 3–5 тактов), у каждого ядра свой, разделён на кэш команд и кэш данных; L2 — побольше и помедленнее; L3 — самый большой (мегабайты), общий для всех ядер. Если данных нет нигде — это промах (cache miss), поход в ОЗУ и сотни тактов простоя; к счастью, 90%+ обращений попадают. Внутреннее устройство (назвать терминами): способы отображения блоков — прямое, ассоциативное и практичный компромисс — множественно-ассоциативное; политики записи — write-through (сразу и в ОЗУ) и write-back (в ОЗУ только при вытеснении — экономит трафик); согласованность кэшей разных ядер поддерживает протокол MESI.

Магистрально-модульный принцип: все узлы ЭВМ — самостоятельные модули, подключённые к общей магистрали (системной шине). Идея конструктора Lego: процессор, память, контроллеры — отдельные «кубики», а магистраль — общая шина-«гребёнка», к которой все они пристёгиваются и через которую общаются. Отсюда главные плюсы: модульность — компьютер можно собирать, менять и расширять по частям; унификация — любое устройство подключается по стандартным правилам; развиваемость — апгрейд без замены всей машины. Из чего состоит магистраль — три шины, у каждой своя роль: шина данных — везёт сами данные (её разрядность, 32/64 бита, — сколько бит за раз); шина адреса — говорит, к какой ячейке памяти или устройству идёт обращение (её разрядность определяет объём адресуемой памяти: 32 линии — максимум 4 ГБ); шина управления — служебные сигналы: «читаю», «пишу», «готов», запросы прерываний. Минус общей магистрали очевиден: это общая дорога, на ней пробки — все спорят за неё (нужен арбитраж), и она ограничивает скорость; поэтому современные системы перешли на соединения точка-точка (PCI Express). Интерфейс — понятие шире шины: полный набор средств сопряжения устройств — разъём, электрические уровни сигналов и протокол обмена. Примеры: USB, SATA, PCIe, HDMI.

Управление вводом-выводом — организация обмена между памятью и периферийными устройствами; в многопрограммной ЭВМ обмен должен идти параллельно вычислениям. Три метода, по нарастанию самостоятельности «железа» (удобно рассказывать как эволюцию): 1) Программный опрос (polling) — процессор сам в цикле спрашивает устройство «готово? готово?» и сам таскает каждый байт. Как стоять у чайника и ждать, пока закипит: работает, но всё время занято. Для многозадачности неприемлемо. 2) По прерываниям — процессор запустил операцию и ушёл заниматься другой задачей; устройство само «позвонит» прерыванием, когда закончит. Чайник со свистком. Но данные всё ещё переносит процессор. 3) DMA (прямой доступ к памяти) — специальный контроллер DMA сам перекачивает целый блок данных между устройством и памятью; процессор участвует дважды: «начни» и (по прерыванию) «принял, спасибо». В мейнфреймах идею довели до канальных процессоров — отдельных «процессоров ввода-вывода», исполняющих целые программы обмена. Программная сторона в ОС: драйверы дают единый интерфейс к разному железу; буферизация сглаживает разницу скоростей (данные копятся в буфере); спулинг — очередь заданий к неделимому устройству: все «печатают» одновременно, а принтер спокойно разбирает очередь; планирование дисковых запросов (алгоритм лифта) сокращает пробег головок.

Шина — набор линий передачи и правил обмена, связывающий компоненты ЭВМ. Внутри любой шины — три группы линий: данные, адрес, управление. Типы шин в современном ПК (перечислять «от процессора наружу»): системная — связь процессора с чипсетом (сегодня это линки DMI у Intel, Infinity Fabric у AMD; в серверах между процессорами — UPI); шина памяти — от встроенного в CPU контроллера к модулям DDR; шины расширения — исторически ISA и PCI (общая параллельная шина), сегодня PCI Express: последовательная, точка-точка, собирается из «линий» (lanes) x1/x4/x8/x16; одна линия PCIe 4.0 ≈ 2 ГБ/с, каждая новая версия удваивает скорость; видеокарта сидит на x16, NVMe-SSD — на x4; периферийные интерфейсы — SATA (диски, до 600 МБ/с), USB (от 480 Мбит/с у 2.0 до 40 Гбит/с у USB4), Thunderbolt. Характеристики любой шины: разрядность (сколько бит за раз), тактовая частота, пропускная способность (≈ разрядность × частота × передач за такт), топология (общая шина или точка-точка), дуплексность. Главный исторический сдвиг, который стоит упомянуть: от общих параллельных шин к последовательным точка-точка — на высоких частотах много параллельных проводов «расходятся по фазе», а пара проводов с самосинхронизирующимся кодом масштабируется отлично.

Физически шина — это проводники (дорожки платы или кабель) с согласованными электрическими параметрами; уровни сигналов, нагрузка, волновое сопротивление и терминаторы на концах, гасящие отражения. Параллельные против последовательных. Старые шины (PCI, IDE) были параллельными: 32 провода — 32 бита за раз. Звучит быстро, но на высоких частотах биты одного слова доезжают до конца проводов в разное время (перекос, skew), провода наводят помехи друг на друга, и частоту приходится держать низкой. Поэтому все современные шины (PCIe, SATA, USB) — последовательные: биты летят потоком по дифференциальной паре (два провода с противоположными сигналами: помеха наводится на оба одинаково и на приёмнике вычитается). Синхронизацию встраивают прямо в поток кодированием 8b/10b или 128b/130b — отдельный провод тактов не нужен. Хотите быстрее — добавьте параллельных «линий» (lanes), каждая из которых — самостоятельный последовательный канал. Протокол шины — правила разговора: кто говорит (арбитраж — выбор ведущего), как согласуются во времени (по общему такту — синхронные, по сигналам «готов/принял» — асинхронные, handshake), в каком формате (транзакция: фаза адреса → фаза данных; в PCIe обмен идёт пакетами TLP — шина стала похожа на маленькую сеть), как ловятся ошибки (контроль чётности, CRC, повторная передача испорченного).

Системный блок — корпус, в котором собраны основные узлы ПК: материнская плата с процессором (под кулером) и памятью, накопители (SSD и/или HDD), видеокарта, блок питания, вентиляторы и передняя панель с кнопками и разъёмами. Типы корпусов отличаются размером и тем, что в них влезает: Full Tower — большой (для плат E-ATX, кастомного охлаждения), Mid Tower — стандарт для ATX-сборок, Mini Tower — под компактные платы mATX, SFF/Mini-ITX — совсем маленькие, Desktop — горизонтальные. При выборе смотрят: какие платы и блоки питания поддерживаются, влезет ли видеокарта по длине и кулер по высоте, сколько мест под диски, как организован продув (вдув спереди/снизу, выдув сзади/сверху), есть ли пылевые фильтры. Блок питания превращает переменные 230 В из розетки в постоянные напряжения для компонентов: +12 В (основное — процессор и видеокарта), +5 В и +3,3 В. Его характеристики: мощность в ваттах — берётся с запасом ~30% от потребления сборки; КПД — сертификаты 80 PLUS от Bronze до Titanium (чем выше, тем меньше энергии уходит в тепло); форм-фактор (ATX, компактный SFX); модульные кабели (лишние отстёгиваются); набор разъёмов — 24-pin для платы, EPS для процессора, PCIe/12VHPWR для видеокарты; защиты от короткого замыкания и перегрузок.

Материнская плата — главная печатная плата ПК, объединяющая все компоненты электрически и логически. Экскурсия по плате — что где стоит и зачем: сокет — разъём процессора; он определяет, какие CPU совместимы (LGA 1700 у Intel, AM5 у AMD); слоты DIMM — для планок оперативной памяти (плата рассчитана строго на своё поколение: DDR4 или DDR5); чипсет — микросхема-«диспетчер», через которую процессор общается с периферией: портами SATA, USB, частью линий PCIe; класс чипсета (H/B/Z у Intel, A/B/X у AMD) определяет число портов и возможность разгона; слоты PCI Express — длинный x16 для видеокарты, короткие x1 для плат расширения; разъёмы M.2 — быстрые NVMe-SSD прямо на плате, и SATA-порты для обычных дисков; VRM — преобразователь питания процессора; чем мощнее CPU, тем важнее качество VRM (перегретый VRM душит производительность); микросхема BIOS/UEFI с батарейкой CR2032 (она хранит настройки и ход часов); встроенные сетевая карта и звук; сзади — панель портов. Параметры платы: форм-фактор — ATX (305×244 мм), microATX (244×244), Mini-ITX (170×170); сокет; чипсет; число слотов памяти и максимальная частота; версии PCIe; количество M.2/SATA/USB. Нюанс для комиссии: часть линий PCIe идёт напрямую от процессора (видеокарта, первый M.2), остальные — через чипсет, который делит с процессором один общий канал.

Связка «видеокарта → монитор» выводит изображение, «сканер → ПК → принтер» оцифровывает и печатает документы. По устройствам: Видеокарта — «фабрика картинки»: графический процессор GPU с тысячами простых ядер рендерит кадр, видеопамять GDDR6 хранит текстуры и сам кадр; подключение — PCIe x16; выходы — HDMI и DisplayPort. Параметры: модель GPU, объём и шина памяти, частоты, энергопотребление. Монитор — параметры, которые называют в магазине: диагональ (24–27″), разрешение (Full HD 1920×1080, QHD, 4K), тип матрицы — TN (быстрая, но блёклая), IPS (точные цвета и углы — стандарт), VA (глубокий контраст); частота обновления (60–144+ Гц), время отклика, яркость. Сканер — превращает бумагу в файл: планшетный (лист кладут на стекло, датчик проезжает под ним) или протяжный (лист протягивается сам, часто с автоподатчиком). Параметры: оптическое разрешение в dpi — точек на дюйм (600–1200 для документов достаточно), глубина цвета, скорость, формат A4/A3. Принтер — наоборот, из файла делает бумагу: лазерный — лазер «рисует» страницу на барабане, тонер прилипает и запекается печкой: быстро и дёшево в пересчёте на страницу — выбор офиса; струйный — микрокапли чернил: отличный цвет и фото, но чернила дороже и сохнут. Параметры: разрешение (dpi), скорость (страниц в минуту), двусторонняя печать, интерфейсы (USB, Wi-Fi, Ethernet).

Видеосистема ПК = видеокарта + монитор + драйверы. Состав видеокарты: графический процессор GPU — армия из тысяч простых ядер, каждое из которых считает «свой пиксель» (графика отлично параллелится); видеопамять VRAM — там лежат кадровый буфер (готовая картинка), буфер глубины и текстуры; блок вывода формирует сигнал для монитора через цифровые HDMI/DisplayPort (в древних картах RAMDAC делал аналоговый VGA). Бывает и встроенная в процессор графика — она отщипывает часть обычной ОЗУ. Как рождается кадр: игра через API (DirectX, OpenGL, Vulkan) и драйвер отдаёт GPU сцену; GPU прогоняет её через конвейер (геометрия → растеризация → закраска пикселей шейдерами) и складывает результат в кадровый буфер; монитор забирает буфер 60–144 раза в секунду. Представление видеоинформации: экран — это растр, прямоугольная сетка пикселей (Full HD = 1920×1080 ≈ 2 млн точек). Цвет пикселя — смесь красного, зелёного и синего (модель RGB); сколько бит выделено на цвет — глубина цвета: 8 бит — 256 цветов, 16 бит — 65 536, 24 бита — 16,7 млн (True Color, по байту на канал), 32 — то же плюс прозрачность. Объём кадра легко посчитать: разрешение × глубина / 8; Full HD в 32 битах ≈ 8,3 МБ — эта формула пригодится в практическом вопросе №76. Видео — это поток кадров (24–60 в секунду), сжатый кодеками H.264/H.265, которые хранят в основном отличия между кадрами.

Звук — механические колебания воздуха, волны давления. Их характеристики прямо переводятся в то, что мы слышим: частота (Гц) — высота тона (бас — низкая, писк — высокая), амплитуда — громкость (меряется в децибелах), форма спектра — тембр (почему скрипку не спутать с трубой). Как слышит человек: диапазон примерно от 16–20 Гц до 20 кГц (с возрастом верх снижается); лучше всего — 1–4 кГц, диапазон речи; громкость воспринимается логарифмически, поэтому и придумали децибелы; порог слышимости — 0 дБ, боль — около 120–130; двумя ушами мы определяем направление на источник. Звуковая карта — переводчик между аналоговым миром и цифровым: АЦП (аналого-цифровой преобразователь) оцифровывает сигнал с микрофона, ЦАП делает обратное для колонок; сегодня это обычно кодек, встроенный в материнскую плату. Акустические системы: динамики по полосам (низкие/средние/высокие), активные (усилитель внутри) и пассивные; форматы 2.0, 2.1 (с сабвуфером), 5.1/7.1 — объёмный звук. Как звук хранится в ПК — PCM: два шага: дискретизация — замеряем амплитуду тысячи раз в секунду (по теореме Котельникова частота замеров должна быть минимум вдвое выше самой высокой частоты звука: для предела слуха 20 кГц — отсюда 44,1 кГц у CD); квантование — каждый замер округляем до ближайшего уровня сетки (16 бит = 65 536 уровней). Объём файла = частота × разрядность × каналы × время — формула для практического вопроса №83. Сжатие: MP3/AAC (с потерями), FLAC (без потерь).

Архитектура ИС — концептуальное описание её устройства: из каких компонентов состоит система, где хранятся данные, где выполняется логика и как всё связано. Это «план здания» для информационной системы. Основные архитектуры удобно рассказать как историю развития: сначала централизованная — большой мейнфрейм и «глупые» терминалы; потом файл-серверная — файлы лежат на сервере, но всю работу делают клиентские ПК; затем клиент-серверная — появился умный сервер БД, клиенту осталась витрина; дальше многоуровневая — между клиентом и БД вырос сервер приложений с бизнес-логикой (так устроен весь веб); наконец, современные сервис-ориентированная архитектура и микросервисы — система как набор независимых сервисов, и облачные варианты, где инфраструктура арендуется. Выбор архитектуры определяет масштабируемость, надёжность, стоимость и безопасность системы. АРМ — автоматизированное рабочее место: рабочее место специалиста, оснащённое компьютером и специализированным ПО именно под его задачи. Ключевое слово — «специализированное»: АРМ бухгалтера — это ПК + 1С + доступ к учётной базе; АРМ кассира — POS-терминал со сканером штрихкодов; АРМ диспетчера — пульт с картой и связью. Принципы построения АРМ: заточенность под функции конкретной должности, удобство (эргономика), включённость в общую ИС предприятия.

ERP (Enterprise Resource Planning — планирование ресурсов предприятия) — класс систем, объединяющих управление всеми ресурсами и процессами предприятия в одной системе с единой базой данных. Смысл проще названия: до ERP у бухгалтерии была своя программа, у склада своя, у продаж третья — и все с разными цифрами. ERP сводит всех в одну систему с одной базой: продажа тут же видна складу, снабжению и финансам, данные вводятся один раз и не расходятся. Выросла ERP из систем планирования производства: MRP (считала потребность в материалах) → MRP II (добавила мощности и финансы) → ERP (все ресурсы предприятия). Типовые модули — по числу главных процессов: финансы и бухгалтерия, производство, снабжение и логистика, склад, продажи, персонал и зарплата. Ключевые характеристики для ответа: единая база данных в реальном времени (никакого дублирования и «у нас другие цифры»); модульность — внедряют по частям, начиная с нужного; интеграция процессов — заказ клиента автоматически тянет за собой снабжение, производство и оплату; масштабируемость и отраслевые настройки. Эффекты: прозрачность всего бизнеса для руководства, меньше запасов и ручной работы. Оборотная сторона — внедрение долгое и дорогое, часто требует перестройки самих процессов. Примеры: SAP, Oracle, Microsoft Dynamics 365, российские 1С:ERP и Галактика.

CRM (Customer Relationship Management — управление взаимоотношениями с клиентами) — класс систем, автоматизирующих работу с клиентами: маркетинг, продажи и обслуживание. Идея в одном предложении: компания помнит всю историю каждого клиента и использует её, чтобы продавать больше и не терять людей. Что умеет CRM (рассказывать от карточки клиента): единая карточка — все контакты, сделки, письма и звонки в одном месте; воронка продаж — путь клиента по стадиям от первого звонка до оплаты; система показывает, сколько сделок на какой стадии «застряло», и назначает менеджерам задачи; автоматизация маркетинга — сегментация базы и рассылки (например, автоматическое письмо тому, кто бросил корзину); сервис — тикеты поддержки и общение с клиентом в любом канале: телефон, почта, мессенджеры; аналитика — конверсия по стадиям, эффективность менеджеров и рекламных каналов. Виды CRM (классификация для ответа): операционные — ведут ежедневные процессы; аналитические — копают накопленные данные; коллаборативные — организуют взаимодействие с клиентом по всем каналам. Эффекты: выше конверсия и повторные продажи, работа отдела прозрачна, а уход менеджера не уносит с собой клиентскую базу. Примеры: Salesforce — мировой лидер, в России — Битрикс24, amoCRM. Запомнить пару: CRM смотрит наружу (клиенты), ERP — внутрь (ресурсы); вместе они закрывают весь контур предприятия.

Структуру ИС описывают через два вида подсистем: функциональные («что система делает») и обеспечивающие («чем и как она это делает»). Функциональные подсистемы — это автоматизированные участки работы предприятия, ради которых система и создавалась: бухгалтерия и финансы, производство, кадры, склад и логистика, продажи. У каждого предприятия набор свой — у завода будет планирование производства, у магазина — управление ассортиментом. Обеспечивающие подсистемы — «фундамент и коммуникации», общие для всех функциональных. Их перечисляют списком, и удобно идти по логике «из чего система состоит»: информационное обеспечение — сами данные и их организация: базы данных, справочники, классификаторы, схемы документооборота; техническое — железо: компьютеры, серверы, сети; программное — софт: операционные системы, СУБД, прикладные программы; математическое — модели и алгоритмы, по которым считаются задачи (например, формула оптимального запаса); лингвистическое — языки взаимодействия с системой и терминология; организационное — люди и правила: регламенты, инструкции, служба сопровождения; правовое — законы и договоры, по которым система живёт. На экзамене легко запомнить: функциональные отвечают на вопрос «что?», обеспечивающие — на вопрос «чем?».

Файл-серверная архитектура: сервер — просто общий «шкаф с файлами», а вся обработка данных происходит на компьютерах пользователей. Как это устроено: файлы базы данных (таблицы, индексы) лежат в общей сетевой папке на сервере. На каждом клиентском ПК установлена настольная СУБД (MS Access, dBASE, FoxPro), и когда пользователю нужна, скажем, одна строка из таблицы — его компьютер тащит по сети нужные блоки файла (а то и таблицу целиком), сам ищет, сортирует и считает, потом пишет изменения обратно. Реализация: обычная сетевая папка (протокол SMB) плюс файловая СУБД; классика малых офисов 1990-х. Чем хороша: предельно просто и дёшево — не нужны мощный сервер и администратор баз данных. Чем плоха (и почему ушла в историю): сеть забита — ради одной записи по проводам едет полтаблицы; одновременная работа хромает — конкуренция решается блокировками файлов, и если чей-то компьютер завис посреди записи, база может остаться испорченной; безопасность условная — каждый клиент имеет прямой доступ к самим файлам базы; правила и логика продублированы в каждой копии программы. Практический потолок — единицы, максимум десятки пользователей. Дальше нужен «умный» сервер — переход к клиент-серверной архитектуре (вопрос №19).

Клиент-серверная архитектура: обработку данных выполняет специализированный сервер, а клиент отвечает за интерфейс и запросы. Ключевое отличие от файл-сервера — сервер поумнел. Теперь на нём работает полноценная СУБД (PostgreSQL, Oracle, MS SQL Server), и разговор идёт иначе: клиент посылает короткий SQL-запрос («выбери заказы за март»), сервер сам ищет, соединяет и считает, а обратно по сети едет только результат — нужные строки, а не полтаблицы. Аналогия: вместо того чтобы забрать домой весь архив и искать самому, вы просите архивариуса — и получаете одну справку. Способы реализации: «толстый клиент» — программа с бизнес-логикой на каждом рабочем месте плюс сервер БД; «тонкий клиент» — логика уехала на сервер (например, в хранимые процедуры); развитие идеи — трёхзвенная архитектура: браузер → сервер приложений → сервер БД. Преимущества (симметрично минусам файл-сервера): сетевой трафик мал; безопасность централизована — права раздаёт СУБД, к файлам базы никто напрямую не прикасается; целостность гарантируют транзакции по принципу «всё или ничего» (свойства ACID); масштаб — тысячи одновременных пользователей; резервное копирование в одном месте. Цена вопроса: нужен производительный сервер и администратор; сервер — единая точка отказа, что лечится кластеризацией.

Файл-серверная, клиент-серверная и многоуровневая технологии — три ступени эволюции обработки данных в сети. Коротко о каждой ступени и зачем был сделан шаг: файл-сервер — сервер хранит файлы, всё считают клиенты; просто, но сеть захлёбывается, а целостность хрупкая. Клиент-сервер — на сервере появилась СУБД: клиент шлёт запрос, получает готовый результат; трафик упал, безопасность и целостность собрались в одном месте. Многоуровневая (N-tier) — между клиентом и БД вставили сервер приложений, куда переехала бизнес-логика: клиент (чаще просто браузер) → сервер приложений → сервер БД. Что это дало: клиенту ничего не нужно устанавливать; логика одна на всех и обновляется в одном месте; слои масштабируются независимо — под нагрузку добавляют серверов приложений; клиент вообще не имеет прямого доступа к базе — безопаснее. По этой схеме работает практически весь современный веб. Blade-серверы («лезвия») — конструктив для серверных ферм под такие архитектуры: тонкие серверы-модули, вставляемые в общее шасси, как книги в полку; шасси централизованно даёт всем питание, охлаждение, сеть и управление. Выгоды: плотность (десятки серверов в одной стойке), экономия энергии и кабелей, горячая замена лезвия без остановки остальных, единая консоль управления. Типичное применение — центры обработки данных и виртуализация.

Компьютерная сеть — компьютеры и устройства, соединённые каналами связи для обмена данными и совместного использования ресурсов (файлов, принтеров, выхода в Интернет). Принципы построения удобно рассказывать как список решений, которые делают сеть работоспособной: открытые стандарты — все производители говорят на одних языках (Ethernet, стек TCP/IP), поэтому оборудование разных фирм совместимо; многоуровневость — задача передачи разбита на уровни (модель OSI), каждый решает своё: заменили Wi-Fi на кабель — верхние уровни ничего не заметили; коммутация пакетов — данные режутся на пакеты, которые едут независимо; канал делится между всеми, как дорога между машинами, а не выделяется каждому, как рельс поезду; единая адресация — иерархия адресов: физический MAC → логический IP → человекочитаемое доменное имя; масштабируемость — сеть строится иерархически (доступ → агрегация → ядро), чтобы расти без перестройки; надёжность — резервные каналы и маршрутизация в обход отказа; управляемость и безопасность — мониторинг (SNMP), разделение на сегменты (VLAN), контроль доступа, межсетевые экраны; качество обслуживания (QoS) — важному трафику (голос, видео) — зелёный свет в очереди.

Локальная сеть (ЛВС) — сеть в пределах ограниченной территории: офис, здание, кампус. Типы ЛВС различают по трём осям: по топологии — шина, звезда (сегодня практически всегда), кольцо, дерево, ячеистая; по технологии — проводной Ethernet, беспроводной Wi-Fi, исторические Token Ring и FDDI с маркерным доступом; по управлению — одноранговые (все компьютеры равны, годится для маленького офиса) и с выделенным сервером (централизованные учётные записи, домен). Модель OSI — эталонная семиуровневая схема, разбирающая передачу данных «по этажам»; каждый уровень пользуется услугами нижнего и обслуживает верхний. Снизу вверх: 1) физический — биты как сигналы в кабеле или радиоэфире; 2) канальный — кадры и MAC-адреса, доставка соседу по сети (здесь живут коммутаторы); 3) сетевой — IP-адреса и маршрутизация между сетями (маршрутизаторы); 4) транспортный — доставка от программы к программе: надёжный TCP или быстрый UDP, порты; 5) сеансовый — управление сеансами связи; 6) представления — форматы, кодировки, шифрование; 7) прикладной — протоколы приложений: HTTP, почтовый SMTP, DNS. При отправке данные «одеваются» заголовками сверху вниз (инкапсуляция), при приёме «раздеваются» обратно. Шпаргалка-мнемоника снизу вверх: «Физика Кажется Смешной Тем, Кто Понимает Программы».

Принципы построения сетей: многоуровневость с открытыми стандартами, коммутация пакетов, единая иерархическая адресация, масштабируемость и резервирование. (Подробно принципы — в №12; здесь главное — эволюция.) Эволюцию удобно рассказывать как семь шагов: 1) 1950–60-е — компьютер один на всех: мейнфрейм, пакеты перфокарт, потом терминалы с разделением времени — по сути «сеть» из одного компьютера и удлинителей к нему. 2) 1969 — ARPANET: впервые соединили удалённые компьютеры сетью с коммутацией пакетов — прообраз Интернета. 3) 1970-е — глобальные линии на модемах, первые стандарты дальней связи (X.25). 4) 1980-е — персональные компьютеры дешевеют, и рождаются локальные сети: стандартизован Ethernet (IEEE 802.3), конкурент — Token Ring; в офисах появляются файл-серверы. 5) 1983 — ARPANET переходит на TCP/IP — этот год считают днём рождения Интернета; годом позже появляется DNS. 6) 1991 — Тим Бернерс-Ли создаёт WWW — и Интернет из академической игрушки становится массовым; ЛВС переезжают на витую пару и коммутаторы. 7) 2000-е и далее — широкополосный доступ и Wi-Fi, гигабитные скорости, конвергенция: голос, ТВ и данные сливаются в одну IP-сеть; сегодня — облака и ЦОД, мобильный интернет 4G/5G, интернет вещей, программно-определяемые сети (SDN), магистрали на 100–400 Гбит/с. Движущая сила всей истории — удешевление техники плюс стандартизация.

Структура ЛВС — состав узлов (станции, серверы, коммутаторы) и связей между ними; описывается топологией. Топологии (рисовать в воздухе рукой): шина — все на одном общем кабеле с заглушками-терминаторами на концах; дёшево, но обрыв в любом месте кладёт всю сеть — устарела; звезда — каждый узел своим кабелем к центральному коммутатору; отказал компьютер — остальным всё равно, отказал центр — легла вся сеть; сегодняшний стандарт; кольцо — узлы в замкнутой цепочке, данные идут по кругу (Token Ring, FDDI); дерево — иерархия звёзд: коммутатор этажа → коммутатор здания; так строятся реальные сети организаций; ячеистая (mesh) — избыточные связи «каждый с каждым» ради отказоустойчивости — магистрали, Wi-Fi mesh. Важный нюанс: физическая и логическая топологии могут не совпадать — Token Ring физически звезда вокруг концентратора MAU, но логически данные ходят по кольцу. Способы передачи: среды — витая пара, оптика, радио; режимы — симплекс (только туда), полудуплекс (по очереди), полный дуплекс (одновременно в обе стороны — современный Ethernet). Методы доступа к общей среде — кто говорит, когда среда одна на всех: CSMA/CD (классический Ethernet) — послушал, свободно — говори, столкнулся — замолчи и повтори через случайную паузу; CSMA/CA (Wi-Fi) — коллизию в эфире не услышать, поэтому её предотвращают паузами и подтверждениями; маркерный (Token Ring) — говорит только тот, у кого «эстафетная палочка»-маркер: столкновения исключены в принципе.

Сетевые устройства удобно классифицировать по уровню модели OSI, на котором они работают — чем выше уровень, тем «умнее» устройство. Уровень 1, физический — усилители сигнала: повторитель (репитер) просто восстанавливает и усиливает сигнал, продлевая кабель; концентратор (хаб) — многопортовый повторитель: что пришло в один порт, тупо повторяется во все остальные; все подключённые делят одну среду и мешают друг другу — потому хабы вымерли. Уровень 2, канальный — коммутатор (switch): уже умный: слушает, с какого порта какие MAC-адреса приходят, запоминает это в таблице и пересылает кадр только в порт адресата, а не всем подряд. Каждый порт — отдельный канал без коллизий, полный дуплекс. Управляемые коммутаторы дополнительно умеют VLAN (нарезать одну физическую сеть на изолированные логические). Сюда же — точка доступа Wi-Fi: мост между эфиром и кабелем. Уровень 3, сетевой — маршрутизатор (router): соединяет разные сети: смотрит на IP-адрес назначения, по таблице маршрутизации выбирает, куда переслать пакет дальше; заодно разделяет широковещательные домены, делает NAT (много домашних устройств за одним внешним адресом) и фильтрацию. Выше — специализированные: межсетевой экран (фильтрует трафик по правилам, следит за соединениями), балансировщик нагрузки, прокси. Запоминалка: хаб кричит всем, коммутатор шепчет адресату (по MAC), маршрутизатор пересылает между сетями (по IP).

Модель OSI (ISO/IEC 7498) — эталонная семиуровневая модель взаимодействия открытых систем: сложная задача «передать данные по сети» разрезана на семь уровней, каждый решает свою часть и не лезет в чужую — как этажи фирмы, где курьер не думает о содержании писем. Уровни снизу вверх (с единицей данных и оборудованием): 1) физический — превращает биты в сигналы: кабели, разъёмы, частоты (бит; хабы); 2) канальный — упаковывает биты в кадры, адресует по MAC, ловит ошибки контрольной суммой (кадр; коммутаторы); 3) сетевой — прокладывает путь между сетями по IP-адресам (пакет; маршрутизаторы); 4) транспортный — доставка от программы к программе через порты: TCP — с гарантиями (подтверждения, повторы), UDP — быстро и без обещаний (сегмент); 5) сеансовый — открывает, ведёт и закрывает сеансы связи; 6) представления — приводит данные к общему виду: кодировки, сжатие, шифрование (сюда относят TLS); 7) прикладной — протоколы самих приложений: HTTP для веба, SMTP для почты, DNS для имён. Инкапсуляция — главный механизм: при отправке данные спускаются по этажам, и каждый уровень заворачивает их в свой «конверт»-заголовок (данные → сегмент → пакет → кадр → биты); получатель распаковывает конверты в обратном порядке. Практический стек TCP/IP проще: верхние три этажа OSI слиты в один прикладной уровень.

Физический уровень отвечает за передачу битов через среду: сигналы, кодирование, разъёмы и сами среды передачи. Проводные среды — три основных: витая пара — восемь медных жил, скрученных попарно (скрутка гасит помехи: наводка действует на оба провода одинаково и вычитается); категории задают скорость: Cat5e — гигабит, Cat6/6a — до 10 Гбит/с; разъём RJ-45, предел ~100 м — главный кабель любой ЛВС, дёшево и удобно. Оптоволокно — по стеклянной жиле летит свет: помехи не страшны в принципе, скорости и расстояния на порядки выше. Два вида: одномодовое (тонкая жила ~9 мкм, лазер — десятки километров: магистрали, провайдеры) и многомодовое (жила толще, передатчики дешевле — сотни метров: внутри зданий и ЦОД). Коаксиальный кабель — «антенный»: на нём строили первый Ethernet, сейчас остался в ТВ. Беспроводные среды: Wi-Fi (IEEE 802.11, диапазоны 2,4/5/6 ГГц), Bluetooth для периферии, сотовые 4G/5G, спутник. Технологии уровня (назвать словами): линейное кодирование — как представить биты сигналом: NRZ («ноль — низкий, единица — высокий»), манчестерское (перепад в середине каждого бита — приёмник не теряет синхронизацию), 4B/5B; модуляция для радио и дальней связи (амплитудная, частотная, фазовая, QAM — комбинированная); мультиплексирование — упаковка многих потоков в одну среду: по частотам (в оптике — по длинам волн, WDM) или по времени (TDM).

Канальный уровень (L2) передаёт данные между узлами одной сети: собирает биты в кадры, адресует по MAC, управляет доступом к среде и ловит ошибки по CRC (испорченный кадр просто отбрасывается — повторит уже TCP наверху). Технологии уровня: Ethernet, Wi-Fi. Подуровни: MAC (доступ к среде) и LLC. Коммутация каналов и пакетов — два способа доставки, и это любимый вопрос-сравнение. Коммутация каналов — как телефонный звонок: сначала строится выделенный путь от абонента к абоненту, и на всё время разговора он ваш. Плюсы: гарантированная полоса, постоянная задержка — голосу то, что надо. Минусы: пока вы молчите, канал простаивает, но занят; установление долгое; «все линии заняты» — отказ. Коммутация пакетов — как почта: данные нарезаются на пакеты с адресами, каждый едет сам, возможно разными путями; узлы по дороге складируют и пересылают (store-and-forward). Плюсы: канал делится между всеми — для пульсирующего компьютерного трафика эффективность в разы выше; сеть обходит отказы. Минусы: задержка плавает (джиттер), пакеты могут теряться и приходить не по порядку. В сетях данных победили пакеты (IP, Ethernet); голос теперь тоже ездит пакетами (VoIP), но ему выделяют приоритет (QoS). Гибрид — виртуальные каналы (Frame Relay, MPLS): путь фиксирован, полоса общая.

Ethernet — семейство технологий ЛВС (стандарт IEEE 802.3), доминирующее уже 40 лет; секрет долголетия — каждое новое поколение в 10 раз быстрее, но формат кадра тот же, и старое оборудование совместимо с новым. Классический Ethernet, 10 Мбит/с (1980): сначала общий коаксиальный кабель (топология шина), потом витая пара к хабу. Метод доступа — CSMA/CD, «вежливый разговор в комнате»: послушай — тихо? — говори; заговорили двое сразу (коллизия) — оба замолкают и повторяют через случайную паузу. Fast Ethernet, 100 Мбит/с (802.3u, 1995): та же логика на витой паре Cat5 (100BASE-TX) и оптике; появилось автосогласование скорости и полный дуплекс. Gigabit Ethernet, 1000 Мбит/с: по оптике (802.3z) и — что важно — по обычной витой паре Cat5e (802.3ab, 1000BASE-T, все 4 пары, до 100 м). Дальше — 10G и далее для серверных. Формат кадра (назвать состав): преамбула для синхронизации | MAC получателя | MAC отправителя | тип | данные от 46 до 1500 байт (это MTU) | контрольная сумма CRC. Современная реальность: сети строятся на коммутаторах в полном дуплексе — каждый узел говорит по своему проводу в обе стороны одновременно, коллизий физически не бывает, и CSMA/CD остался в истории.

Token Ring и FDDI — технологии ЛВС с маркерным доступом, главные конкуренты Ethernet в 80–90-х. Идея маркерного доступа — эстафетная палочка: по кольцу станций циркулирует специальный короткий кадр — маркер (token). Передавать может только тот, кто его держит: станция захватывает маркер, превращает его в кадр с данными, кадр обегает кольцо, адресат забирает копию, отправитель изымает кадр и выпускает маркер дальше. Коллизий нет в принципе, максимальное время ожидания предсказуемо — за это технологию любили в промышленности. Token Ring (IEEE 802.5, детище IBM): скорости 4 и 16 Мбит/с; физически станции подключены звездой к концентратору MAU, но логически образуют кольцо (MAU замыкает цепочку и умеет исключать отключённые станции); специальная станция «активный монитор» следит, чтобы маркер не потерялся, и при пропаже выпускает новый. Проиграла Ethernet по цене и простоте. FDDI — та же маркерная идея, но на оптоволокне и 100 Мбит/с: двойное кольцо до 100 км — рабочее и резервное, направленные навстречу; при обрыве кабеля соседние станции замыкают кольца друг на друга (wrap), и сеть продолжает работать. Использовалась как отказоустойчивая магистраль кампусов, пока её не вытеснил дешёвый быстрый Ethernet. Итог для ответа: маркерный доступ = детерминизм и отсутствие коллизий ценой сложности; рынок выбрал простоту.

TCP/IP — стек протоколов, на котором построен Интернет; практическая модель из четырёх уровней. Проще всего понять стек через аналогию с почтой. IP — это сама почтовая служба: она умеет доставить пакет по адресу, но ничего не обещает — пакет может потеряться или прийти не по порядку (доставка «по мере возможности»). TCP — заказное письмо с уведомлением: каждый кусок данных пронумерован, получатель подтверждает приём, потерянное отправляется заново, порядок восстанавливается; перед разговором стороны «жмут руки» — тройное рукопожатие SYN → SYN-ACK → ACK. UDP — открытка: быстро, без формальностей и без гарантий — то, что нужно звонкам, играм и DNS, где опоздавший пакет уже не интересен. Уровни стека: доступ к сети (Ethernet, Wi-Fi — довезти кадр до соседа) → сетевой (IP плюс помощники: ICMP — служебные сообщения, на нём работают ping и traceroute; ARP — узнаёт MAC-адрес по IP внутри сегмента) → транспортный (TCP/UDP; программы различаются портами: 80/443 — веб, 53 — DNS, 25 — почта) → прикладной (HTTP, DNS, SMTP, SSH…). Инкапсуляция: данные приложения заворачиваются в TCP-сегмент, тот — в IP-пакет, тот — в кадр Ethernet; получатель разворачивает в обратном порядке.

IPv4-адрес — 32-битный логический адрес узла, записывается четырьмя числами через точку (192.168.1.10) и состоит из номера сети и номера узла. Аналогия: адрес = улица + дом; маска говорит, где кончается «улица» и начинается «дом». Маска подсети — те же 32 бита, где единицы накрывают сетевую часть: /24 (то есть 255.255.255.0) — первые три числа задают сеть, последнее — узел; узлов в такой сети 2⁸−2 = 254 (два адреса съедены: номер самой сети и широковещательный «всем»). Номер сети вычисляется побитовым И адреса с маской. Классы — историческая система: A (адреса 1–126, маска /8 — гигантские сети), B (128–191, /16), C (192–223, /24 — 254 узла), D — групповая рассылка. Классы оказались расточительными, и теперь работает CIDR — бесклассовая адресация: маска любой длины (/26, /19), сколько нужно. Специальные адреса, которые надо назвать: 127.0.0.1 — «сам себе» (loopback); частные диапазоны 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12, 192.168.0.0/16 — для внутренних сетей, в Интернете не маршрутизируются; наружу такие сети выходят через NAT — роутер подменяет частные адреса своим публичным. Адреса кончились — потому внедряется IPv6: 128 бит, шестнадцатеричная запись (2001:db8::1), адресов хватит всем. Мини-пример для уверенности: 192.168.1.130/26 → блоки по 64 адреса → сеть 192.168.1.128, широковещательный .191, узлы .129–.190.

DNS (Domain Name System) — иерархическая распределённая система, переводящая доменные имена в IP-адреса. Людям удобны имена (yandex.ru), сети нужны числа — DNS работает «телефонной книгой Интернета». Иерархия имён читается справа налево: корень «.» → зона верхнего уровня .ru → домен yandex.ru → поддомен mail.yandex.ru. Каждый уровень — своя зона ответственности со своими серверами. Как происходит поиск (рассказать как историю): компьютер спрашивает у своего резолвера (DNS-сервер провайдера или 8.8.8.8): «какой адрес у mail.example.ru?» — это рекурсивный запрос: «дай готовый ответ». Резолвер, если не знает, идёт по цепочке итеративно: корневой сервер отвечает «за .ru спроси вон там», сервер .ru — «за example.ru отвечает ns.example.ru», и наконец авторитативный сервер зоны даёт адрес. Ответ по дороге кэшируется у всех участников на время TTL — поэтому повторные запросы мгновенны, а вся система выдерживает нагрузку планеты. Типы записей (назвать основные): A — имя → IPv4, AAAA — → IPv6, CNAME — псевдоним («это имя = вон то имя»), MX — куда слать почту домена, NS — какие серверы держат зону, PTR — обратный поиск (адрес → имя), TXT — служебный текст. Работает DNS в основном по UDP, порт 53; от подделки ответов защищает DNSSEC — цифровые подписи записей.

Составная сеть (internetwork) — объединение нескольких, вообще говоря разнородных, сетей через маршрутизаторы; Интернет — предельный пример. Проблема: в мире тысячи сетей на разных технологиях — Ethernet, Wi-Fi, оптические магистрали; у них разные форматы кадров, и MAC-адресация плоская, как список без оглавления: «объединить всё коммутаторами» не выйдет — широковещательный шум и таблицы на миллиарды адресов. Решение — надстроить сетевой уровень: поверх всех технологий вводится единая логическая адресация (IP) и единый формат пакета. Каждая сеть получает номер, и маршрутизация ведётся по номерам сетей — как почта сортирует по городам, а не по фамилиям. Как едет пакет: маршрутизатор на стыке сетей достаёт IP-пакет из кадра одной сети, смотрит адрес назначения, по таблице маршрутизации выбирает следующий переход (next hop) — и заворачивает пакет в кадр той технологии, которая работает в следующей сети. Кадры меняются на каждом шагу, как конверты, а IP-пакет внутри неизменен. Таблицы маршрутизации строятся вручную (статика) или автоматически протоколами: RIP, OSPF — внутри организации, BGP — между операторами. Заодно сетевой уровень решает: фрагментацию (если у следующей сети меньше MTU — предельный размер кадра), TTL — счётчик жизни пакета против бесконечных петель, и разделение широковещательных доменов.

Маршрутизатор — устройство сетевого уровня, пересылающее пакеты между сетями по таблице маршрутизации. Таблица — его «атлас дорог»: строка = «такая-то сеть достижима через такого-то соседа»; при выборе побеждает самый точный (длинный) совпавший префикс. Маршруты в таблицу попадают тремя путями: сети, подключённые напрямую; статические — прописал администратор; динамические — соседи-маршрутизаторы сами рассказали друг другу по протоколам маршрутизации. Протоколы внутри организации (IGP): RIP — старый и наивный: каждые 30 секунд соседи обмениваются «слухами» — списками «до сети X — столько-то шагов»; метрика — число переходов, максимум 15 (16 = «недостижимо» — так борются с петлями); прост, но медленно узнаёт об авариях — годится для маленьких сетей. OSPF — современный стандарт: маршрутизаторы рассылают не слухи, а факты — «у меня такие-то связи такой-то стоимости»; каждый строит полную карту сети и считает кратчайшие пути алгоритмом Дейкстры; сходится быстро, масштабируется областями (areas). Между организациями (EGP): BGP — протокол, на котором держится Интернет: автономные системы (провайдеры, корпорации) обмениваются маршрутами с учётом политик — «через кого я согласен пропускать чужой трафик»; выбор пути не по скорости, а по списку AS-PATH и правилам бизнеса. Полная таблица BGP — порядка миллиона префиксов.

Глобальные сети (WAN) связывают узлы и локальные сети на больших расстояниях через инфраструктуру операторов. Устройство удобно рассказать в два слоя: магистрали — «федеральные трассы»: оптические линии огромной ёмкости (технология DWDM — десятки независимых потоков на разных длинах волн в одном волокне, 100–800 Гбит/с каждый), подводные кабели между континентами, точки обмена трафиком, где операторы соединяются друг с другом. И «последняя миля» — участок от оператора до вашей двери; здесь и различаются технологии доступа: xDSL — интернет по старой телефонной паре (ADSL до ~24 Мбит/с; чем дальше от станции, тем медленнее) — было спасением 2000-х; DOCSIS — по кабелю ТВ; оптика FTTx — сегодняшний стандарт: FTTB — волокно до здания, дальше витая пара; FTTH — волокно прямо в квартиру; обычно строится как PON — пассивная оптическая сеть: один луч от станции делится простыми разветвителями (без электроники!) на десятки квартир — дёшево и надёжно; мобильный доступ — 4G LTE (десятки–сотни Мбит/с) и 5G (до гигабит, миллисекундные задержки); спутник — там, куда кабель не дотянуть: классические геостационарные (высоко — задержка ~600 мс) и новые низкоорбитальные группировки типа Starlink (задержка как у кабеля). Для бизнеса — выделенные каналы и VPN поверх обычного Интернета вместо дорогих арендованных линий.

Web-технологии — технологии Всемирной паутины (WWW): распределённой системы гипертекстовых документов поверх Интернета. В основе — три изобретения Тима Бернерса-Ли (1991), их стоит назвать первыми: URL — единый адрес любого ресурса; HTTP — протокол «запрос-ответ» между браузером и сервером (браузер: «GET /page» — сервер: «200 OK, вот HTML» или «404 — нет такого»); HTTPS — то же самое, но зашифровано TLS; HTML — язык разметки самих страниц. Клиентская сторона (то, что выполняется в браузере): HTML — скелет страницы, CSS — внешность (цвета, шрифты, расположение, адаптация под телефон), JavaScript — поведение (реакция на клики, подгрузка данных). Современные интерфейсы собирают на фреймворках React/Vue: приложение живёт на одной странице (SPA) и обновляет данные через API без перезагрузок. Серверная сторона: веб-сервер (nginx, Apache) принимает запросы; код на PHP, Python, Node.js или Java выполняет логику; СУБД хранит данные. Между клиентом и сервером — REST API: договорённость «ресурсы адресуются URL, действия — методами HTTP (GET — получить, POST — создать…), данные — в формате JSON». Для «живых» приложений (чаты) есть WebSocket — постоянный двусторонний канал. Ещё три слова, полезных в ответе: cookie — как сервер «узнаёт» вас между запросами (сам HTTP беспамятен); CDN — раздача статики с ближайшего к пользователю узла; облачные платформы и микросервисы — как это всё сегодня развёртывается.

Защита сети строится эшелонированно — несколькими независимыми рубежами, как крепость со стенами, рвом и стражей. Рубеж 1 — периметр: межсетевой экран (firewall) — «пропускной пункт», фильтрующий трафик по правилам: какие адреса, порты и протоколы пускать; современные экраны следят за состоянием соединений и заглядывают внутрь трафика приложений. Публичные серверы (сайт, почта) выносят в DMZ — отдельную буферную зону: если сайт взломают, во внутреннюю сеть дороги всё равно нет. Рубеж 2 — сегментация внутри: сеть режется на изолированные сегменты (VLAN): бухгалтерия отдельно, гости отдельно — прорыв одного сегмента не открывает остальные. Рубеж 3 — обнаружение: системы IDS/IPS распознают атаки по сигнатурам и аномалиям; IDS кричит «тревога», IPS стоит в разрыве и сама блокирует. Рубеж 4 — криптография для передаваемых данных: TLS шифрует трафик приложений (это буква S в HTTPS), сертификаты подтверждают, что сервер настоящий; VPN строит шифрованный туннель через открытый Интернет — для филиалов и удалёнщиков (IPsec, WireGuard). Внутри криптографии разделение труда: медленные асимметричные алгоритмы (RSA) только обмениваются ключом, быстрый симметричный (AES, ГОСТ) шифрует поток, хэши и электронная подпись отвечают за целостность и авторство. Рубеж 5 — доступ и узлы: двухфакторная аутентификация (пароль + код), допуск устройств в сеть по 802.1X, антивирусы на компьютерах, резервные копии. И организационно: обновления-патчи, минимальные права, обучение людей — самое слабое звено обычно человек.

Компьютерный вирус — вредоносная программа, способная создавать свои копии и внедрять их в файлы, системные области и документы. Определяющий признак — именно самокопирование (как у биологического тёзки); а вред — уничтожение данных, шифрование, кража — это уже «полезная нагрузка», у каждого вируса своя. Классификация по среде обитания — где вирус живёт: файловые — внедряются в исполняемые файлы (.exe, .dll): дописывают своё тело и подменяют точку входа, так что при запуске программы сначала срабатывает вирус; загрузочные — селятся в загрузочной записи диска (MBR) и получают управление раньше операционной системы — пока ОС «спит», вирус уже главный; макровирусы — живут в документах Office и написаны на встроенном языке макросов VBA; открыли заражённый документ с включёнными макросами — вирус побежал; сетевые (черви) — распространяются по сети сами: через уязвимости, почтовые вложения, флешки; строго говоря, червь — отдельный класс: ему вообще не нужен файл-носитель. По способу заражения: резидентные — при запуске оставляют модуль в оперативной памяти, перехватывают обращения системы к файлам и заражают всё, что открывается — активны до перезагрузки; нерезидентные — живут только пока работает заражённая программа: быстро нашли жертв, заразили, затихли. Продвинутые техники, стоящие упоминания: полиморфные вирусы перекодируют своё тело при каждом заражении (сигнатуру не поймать), стелс-вирусы подсовывают проверяющим «чистые» копии, трояны маскируются под полезное и не размножаются, шифровальщики-вымогатели шифруют файлы и требуют выкуп.

Антивирус — программа для обнаружения, блокирования и удаления вредоносного ПО. Классификация по типу (классический список): сканеры — проверяют файлы по запросу или расписанию и лечат найденное; мониторы (резидентные сторожа) — сидят в памяти постоянно и проверяют каждый файл «на лету» при открытии и запуске — это та самая «защита в реальном времени»; ревизоры — при установке запоминают контрольные суммы всех важных файлов, а потом бьют тревогу на любое несанкционированное изменение — «инвентаризация» системы; поведенческие блокировщики — следят не за кодом, а за действиями: программа вдруг начала массово шифровать файлы или писать в загрузочный сектор — стоп. Методы обнаружения (принципы работы — главная часть ответа): сигнатурный — поиск в файлах уникальных «отпечатков» известных вирусов по базе; точен, почти без ложных тревог, но ловит только известное — потому базы обновляются ежедневно; эвристический — анализ кода на подозрительные конструкции: «очень похоже на вирус, хотя такого я не знаю»; ловит новые угрозы, но иногда ошибается на честных программах; поведенческий — наблюдение за работающей программой; песочница — подозрительный файл сначала запускают в изолированной виртуальной среде и смотрят, что он натворит; облачная репутация — мгновенная сверка отпечатка файла с базой производителя, куда стекается опыт миллионов машин. Современные продукты комбинируют всё сразу; но 100% защиты не бывает — новинки (0-day) появляются раньше сигнатур, поэтому обновления и осторожность пользователя обязательны.

СУБД (система управления базами данных) — комплекс программ для создания баз данных и организации доступа к ним. Это посредник между данными на диске и программами: сама следит за структурой, целостностью, правами и одновременной работой многих пользователей. Классификация по модели данных: реляционные — данные в таблицах, связанных ключами, язык запросов SQL; это корпоративный стандарт уже полвека: PostgreSQL, MySQL, Oracle, MS SQL Server; NoSQL — семейство «не только SQL» для случаев, где таблицы неудобны: документные (MongoDB — хранит JSON-документы с гибкой структурой), ключ-значение (Redis — сверхбыстрый кэш в памяти), колоночные (ClickHouse, Cassandra — аналитика гигантских объёмов), графовые (Neo4j — связи: соцсети, рекомендации). По архитектуре: файловые/встраиваемые (Access, SQLite — движок живёт внутри приложения) и клиент-серверные (выделенный сервер БД); централизованные и распределённые (данные на многих узлах). Возможности, которые надо перечислить: язык SQL — создание структуры и запросы; транзакции с гарантиями ACID — «всё или ничего» (перевод денег не может пройти наполовину); одновременная работа тысяч пользователей без конфликтов (блокировки, версии записей); контроль целостности (ключи, ограничения); права доступа; индексы и оптимизатор — скорость поиска; резервное копирование и репликация. Тенденции: облачные управляемые БД (аренда вместо своего сервера), БД в оперативной памяти, NewSQL — попытка совместить SQL-строгость с NoSQL-масштабом, векторные БД для ИИ-поиска.

Корпоративная сеть объединяет офисы, филиалы и удалённых сотрудников предприятия в единую защищённую инфраструктуру. Принципы организации удобно рассказывать сверху вниз: Иерархия из трёх уровней — как дороги: уровень доступа (коммутаторы, к которым подключены рабочие места), уровень агрегации (собирает этажи и здания), ядро (скоростная магистраль); серверы и системы хранения — в своём сегменте или ЦОД. Централизованные службы — каталог Active Directory: один логин на всё, групповые политики («у всех бухгалтеров такие-то настройки»), плюс инфраструктурные DNS и DHCP. Сегментация — сеть нарезана на изолированные VLAN: пользователи, серверы, IP-телефония, гости; между сегментами — правила доступа по принципу «минимум необходимого». Безопасность в несколько рубежей — межсетевые экраны на периметре, DMZ для публичных сервисов, системы обнаружения вторжений, допуск устройств по 802.1X, антивирусы (подробно — №45). Связь площадок — филиалы соединяются шифрованными VPN-туннелями через Интернет или арендованными каналами; сотрудники из дома — клиентский VPN. Отказоустойчивость — всё важное задублировано: два канала в Интернет, резервные коммутаторы ядра, ИБП. Управляемость — мониторинг (SNMP, Zabbix), журналы событий, документация. QoS — голос и видео едут с приоритетом, чтобы звонок не заикался из-за чьей-то закачки. И всё это — с запасом на рост (масштабируемость).

Internet — глобальная «сеть сетей»: миллионы сетей операторов и организаций, объединённые единым стеком TCP/IP. Характеристика: главное свойство — децентрализация: у Интернета нет владельца и главного рубильника; операторы (автономные системы) добровольно обмениваются трафиком по протоколу BGP в точках обмена; имена и адреса координируют ICANN и региональные регистратуры, стандарты пишет открытое сообщество IETF (документы RFC). История в три даты: 1969 — ARPANET, 1983 — переход на TCP/IP (день рождения Интернета), 1991 — WWW. Протоколы — по уровням, от фундамента вверх: IP — доставка пакетов по адресам (v4 и v6); ICMP — служебная диагностика (ping); TCP — надёжный транспорт с подтверждениями, UDP — быстрый без гарантий, QUIC — новый транспорт веба; прикладные: HTTP/HTTPS — веб, DNS — имена в адреса, SMTP — отправка почты, POP3/IMAP — её получение, FTP/SFTP — файлы, SSH — удалённое управление, SIP/RTP — телефония. Типы сервисов (каждый = прикладной протокол поверх транспорта): всемирная паутина WWW, электронная почта, обмен файлами, IP-телефония и видеоконференции, мессенджеры, потоковое вещание (музыка, видео), облачные сервисы и хранилища, социальные сети, электронная коммерция и платежи, поиск, онлайн-игры, интернет вещей (IoT) — «умные» устройства.

Файл-серверная архитектура состоит из четырёх групп компонентов (это «инвентаризация» архитектуры из №18): 1) Файл-сервер — компьютер с ёмкими быстрыми дисками, раздающий файлы по сети: на нём лежат файлы базы данных, общие документы, дистрибутивы. Важно проговорить: он выполняет только файловые операции — «открой, дай блок, запиши, заблокируй» — и ничего не понимает в содержимом данных. 2) Клиентские рабочие станции — вот где всё происходит: на каждой стоит приложение плюс полный движок настольной СУБД (Access, FoxPro), который читает файлы с сервера по сети и сам выполняет все запросы, сортировки и расчёты. 3) Сетевая инфраструктура — локальная сеть, по которой ездят блоки файлов; её пропускная способность — узкое горлышко всей конструкции: сто клиентов, тянущих по таблице, забьют и гигабит. 4) Сетевая ОС / служба общих папок — то, что делает файлы «общими»: протокол SMB в Windows, права на папки и механизм блокировок — файл или запись, которую правит один клиент, временно закрыта для других; именно блокировками (а не транзакциями!) решается одновременная работа, и это хрупко: завис клиент — повисла блокировка. Схема взаимодействия одной фразой: приложение просит данные → по сети едут блоки файлов → клиент сам всё обрабатывает → изменённые блоки едут обратно.

Вычислительная система (ВС) — несколько процессоров или ЭВМ, работающих вместе ради производительности или надёжности. Отправная точка — классификация Флинна (1966): делим все машины по числу потоков команд и потоков данных, получаем четыре класса: SISD — один поток команд, один поток данных: обычная однопроцессорная машина фон Неймана; SIMD — одна команда над множеством данных сразу: векторные машины, GPU, инструкции AVX — «один приказ, тысяча исполнителей»; MISD — много команд над одним потоком данных: класс-экзотика, в чистом виде почти не встречается (условно — конвейеры); MIMD — много независимых команд над множеством данных: все современные многопроцессорные системы. Типовые структуры MIMD — различаются организацией памяти, и это суть вопроса: SMP — несколько процессоров/ядер делят общую память под одной ОС; программировать легко (общие переменные), но за память все толкаются — масштаб ограничен десятками ядер; вариант NUMA: память общая, но «своя» ближе и быстрее «чужой». MPP — массивно-параллельная система: тысячи узлов, у каждого своя память и своя ОС, общение — сообщениями по сверхбыстрой сети; так строят суперкомпьютеры. Кластер — та же идея из обычных серийных серверов и сетей: дёшево и наращиваемо; виды — вычислительные, отказоустойчивые (второй узел подхватывает при сбое первого), балансировки нагрузки. Современный суперкомпьютер — гибрид: кластер SMP-узлов, нашпигованных GPU (то есть MIMD из SIMD-ускорителей).

Это процессор Intel Core i3-10100F — бюджетная модель 10-го поколения (ядро Comet Lake, 2020 г.). Читаем маркировку по частям, поясняя каждую: LGA 1200 — сокет, то есть разъём на материнской плате: подойдут только платы с таким же сокетом (400/500-я серии чипсетов). 4 × 3,6 ГГц — четыре ядра с базовой частотой 3,6 ГГц; благодаря Hyper-Threading каждое ядро тянет два потока — итого 8 потоков; в турбо-режиме частота поднимается до 4,3 ГГц. L2 — 1 МБ, L3 — 6 МБ — кэш-память: быстрый буфер процессора (256 КБ L2 на ядро плюс общий L3). 2×DDR4-2666 — встроенный контроллер памяти: два канала DDR4 до 2666 МГц. TDP 65 Вт — тепловыделение: скромное, хватит простого кулера. Суффикс «F» — встроенной графики нет: без дискретной видеокарты изображения не будет, зато процессор дешевле. OEM — поставка «голым», без коробки и кулера (вариант для сборщиков; BOX — с кулером и полной гарантией). Ниша: офисные и начальные игровые сборки.

Это процессор Intel Core i3-13100F — бюджетная модель 13-го поколения (семейство Raptor Lake, 2023 г.). По маркировке: LGA 1700 — сокет 12–14-х поколений Intel, платы 600/700-й серии. 4 × 3,4 ГГц — четыре производительных ядра (энергоэффективных E-ядер у i3 нет), 8 потоков, турбо до 4,5 ГГц. L2 — 5 МБ, L3 — 12 МБ — кэши заметно выросли по сравнению с i3 десятого поколения (было 1 и 6 МБ) — одна из причин прироста скорости. 2×DDR4, DDR5-4800 — контроллер понимает оба типа памяти, но плата делается под какой-то один: DDR4 — дешевле, DDR5 — быстрее. TDP 89 Вт — здесь указана максимальная мощность в турбо (базовая — 58 Вт). «F» — без встроенной графики, нужна видеокарта. BOX — коробочная версия: в комплекте штатный кулер и розничная гарантия. Хороший ответ можно закончить сравнением с №61: та же формула «4 ядра/8 потоков», но техпроцесс тоньше, кэши больше, память новее — три поколения прогресса при том же классе.

Это процессор Intel Core i5-10400F — средний сегмент 10-го поколения (Comet Lake, 2020 г.), «народный игровой» своего времени. По маркировке: LGA 1200 — сокет, платы 400/500-й серии. 6 × 2,9 ГГц — шесть ядер (у i3 — четыре), 12 потоков с Hyper-Threading; базовая частота 2,9 ГГц скромная, но в турбо — до 4,3 ГГц. Почему база ниже, чем у i3-10100F (3,6)? Больше ядер в том же теплопакете 65 Вт — зато суммарная производительность заметно выше. L2 — 1,5 МБ (256 КБ × 6), L3 — 12 МБ — вдвое больше, чем у i3: играм это ощутимо помогает. 2×DDR4-2666 — два канала памяти. TDP 65 Вт — умеренное охлаждение. «F» — без встроенной графики (нужна видеокарта), OEM — без кулера и коробки. Классическая сборка вокруг него: плата на B460/B560 + видеокарта класса RTX 3060. Универсальная формула ответа на все билеты этого типа: сокет → ядра/потоки и частоты → кэш → память → TDP → суффиксы → для чего годится.

Это материнская плата Biostar на чипсете Intel H510 — бюджетная основа для процессоров LGA 1200. По параметрам: LGA 1200 — сокет: подойдут Intel 10-го и 11-го поколений (Comet Lake / Rocket Lake). Intel H510 — самый младший чипсет 500-й серии; чипсет — это «диспетчер» платы, управляющий портами и слотами; младший класс означает: разгона нет, портов минимум. 2×DDR4-3200 — два слота памяти (для двухканального режима — ровно по одному модулю на канал), максимум обычно 64 ГБ. 1×PCI-E x16 — один длинный слот под видеокарту. 1×M.2 — слот для быстрого NVMe-накопителя прямо на плате; обычные диски — на SATA-порты. Micro-ATX — форм-фактор 244×244 мм: компактная плата, до четырёх слотов расширения, встаёт почти в любой корпус. Итог для ответа: минимальная, но полнофункциональная платформа под i3/i5 с одной видеокартой и одним SSD — офис или скромный игровой ПК. Стоит добавить: ставить в такую плату i9 формально можно, но слабое питание (VRM) бюджетной платы не даст мощному процессору разогнаться.

Это материнская плата MSI PRO H410M-B на чипсете Intel H410 — предельно базовая платформа 400-й серии. По параметрам: LGA 1200 — сокет тот же, что у 500-й серии, но есть ловушка, ради которой этот билет и придуман: чипсет H410 поддерживает только 10-е поколение Intel — процессоры 11-го поколения (Rocket Lake) на нём не заработают, несмотря на совпадающий сокет! Совместимость проверяется не только сокетом, но и чипсетом со списком поддержки производителя. Intel H410 — младший чипсет 400-й серии: без разгона, минимум линий и портов. 2×DDR4-2933 — два слота памяти, до 2933 МГц (и то лишь со старшими i7/i9; с i3/i5 — 2666). 1×PCI-E x16 (версия 3.0) — слот видеокарты. 1×M.2 — под NVMe SSD. Micro-ATX — компактный формат. Отличия от H510 (№64): H510 новее, поддерживает 11-е поколение и память до 3200. Ниша: самые дешёвые офисные сборки с i3 или Pentium.

Это материнская плата ASRock Z590 Pro4 на топовом чипсете Intel Z590 — платформа для мощных сборок с разгоном. По параметрам: LGA 1200 — процессоры Intel 10/11-го поколений. Intel Z590 — флагманский чипсет 500-й серии; буква Z означает главное: разрешён разгон процессоров с индексом «K» (свободный множитель) и памяти сверх штатных частот; плюс максимум портов и линий, а с процессором 11-го поколения — PCIe 4.0. 4×DDR4-3200 — четыре слота, до 128 ГБ; профили XMP позволяют памяти работать быстрее 3200 одним кликом в BIOS. 2×PCI-E x16 — два длинных слота: первый — полноценный x16 от процессора (видеокарта); второй хоть и выглядит так же, электрически обычно x4 через чипсет — типовая экзаменационная тонкость «размер слота ≠ скорость». 3×M.2 — три слота NVMe: можно собрать быструю дисковую подсистему без единого кабеля. Standard-ATX — полноразмерная плата 305×244 мм, до семи слотов расширения, усиленное питание VRM. Ниша: производительные сборки с i7/i9-K, разгон, много накопителей.

Это материнская плата GIGABYTE Z590 D — доступная модель на том же топовом чипсете Z590, что и №66. Параметры читаются одинаково: LGA 1200 — Intel 10/11-го поколений; Z590 — разгон K-процессоров и памяти, PCIe 4.0 с 11-м поколением; 4×DDR4-3200 — до 128 ГБ, XMP-профили. Интересное отличие — 3×PCI-E x16: три физически длинных слота, но полноскоростной из них один — первый, подключённый напрямую к процессору; остальные два разведены через чипсет на x4/x1 — годятся для второй карты попроще, адаптеров, карт захвата, но не для второй мощной видеокарты. Это отличный повод показать комиссии понимание: физический размер слота и его электрическая скорость — разные вещи. 2×M.2 — два слота NVMe (у ASRock Pro4 — три). Standard-ATX — полный размер. Вывод: класс платы определяет чипсет (Z590 — топ), а внутри класса модели различаются обвязкой: числом M.2, разводкой слотов, качеством питания VRM и ценой — на это и смотрят при выборе.

Это твердотельный накопитель (SSD) Apacer AS340 PANTHER на 480 ГБ. По параметрам: 480 ГБ — ёмкость; «неровное» число вместо 512 — потому что часть памяти зарезервирована под служебные нужды и замену изношенных ячеек. 2,5″ — форм-фактор корпуса, как у ноутбучного жёсткого диска. SATA — интерфейс подключения SATA III: его потолок 6 Гбит/с, то есть ~600 МБ/с — важнейшее число этого билета. Чтение 550 / запись 520 МБ/с — заявленные последовательные скорости; они впритык к потолку интерфейса — как и у ЛЮБОГО SATA SSD: все они «около 550», потому что упираются в разъём, а не в память. 3D NAND 3 бит TLC — тип флеш-памяти: TLC хранит по 3 бита в ячейке (дёшево при умеренном ресурсе), 3D — ячейки выращены слоями вверх, отсюда ёмкость. Внутри также контроллер и SLC-кэш — кусок памяти в быстром «однобитовом» режиме, ускоряющий запись, пока не заполнится. Главное преимущество перед HDD — не эти 550 МБ/с, а мгновенный случайный доступ: нет механики, головкам не нужно ездить. Ниша: системный диск, апгрейд старых ПК и ноутбуков.

Это твердотельный накопитель Samsung 870 EVO на 500 ГБ — эталон потребительских SATA SSD. По параметрам: 500 ГБ, 2,5″, SATA III. Чтение 560 / запись 530 МБ/с — фактический максимум, который SATA-интерфейс способен пропустить (600 МБ/с минус накладные расходы протокола). «3D NAND 3 бит MLC (TLC)» — самая интересная строчка билета: Samsung свою трёхбитовую память в маркетинге называет «3-bit MLC», но три бита на ячейку — это по общепринятой терминологии именно TLC; фирменное исполнение называется V-NAND (вертикальные слои). Чем 870 EVO лучше бюджетных собратьев при тех же «550 МБ/с»: есть DRAM-буфер — быстрая память для служебной таблицы размещения, благодаря которой случайные операции стабильно быстрые даже на заполненном диске; фирменный контроллер; умный SLC-кэш TurboWrite; большой паспортный ресурс записи (300 TBW) и 5 лет гарантии. Мораль для ответа: у SATA SSD скорость у всех одинаковая — интерфейсная; различия между моделями ищите в контроллере, буфере, ресурсе и гарантии.

Это твердотельный накопитель ADATA SU750 на 512 ГБ — типичный бюджетный SATA SSD. По параметрам: 512 ГБ — ёмкость («полные» 512 — под резерв отведено меньше, чем у дисков на 480); 2,5″, SATA III — форм-фактор и интерфейс с потолком ~600 МБ/с; чтение 550 / запись 520 МБ/с — дежурные для класса цифры на пределе интерфейса; 3D NAND TLC — трёхбитовые ячейки, многослойная упаковка. Особенность бюджетного сегмента, к которому SU750 относится: конструкция без DRAM-буфера — служебная таблица размещения хранится в самой флеш-памяти, поэтому при долгой интенсивной записи и на заполненном диске скорость проседает заметнее, чем у моделей с буфером (сравнить с №69). Для офисной машины или апгрейда ноутбука это некритично — там разницы не почувствовать. Билеты №68–70 по сути близнецы, и отвечать можно по одной схеме: ёмкость → форм-фактор → интерфейс и его потолок → скорости (у всех упираются в SATA) → тип памяти → классовые различия (буфер, ресурс, гарантия).

Это флагманский процессор Intel Core i9-12900K — 12-е поколение (Alder Lake, 2021), первый массовый гибридный CPU Intel. По маркировке: LGA 1700 — новый сокет, платы 600/700-й серии. 8P × 3,2 ГГц + 8E × 2,4 ГГц — гибридная схема, главная фишка поколения: 8 больших P-ядер (производительных, с Hyper-Threading, турбо до 5,2 ГГц) для игр и тяжёлой работы плюс 8 маленьких E-ядер (экономичных) для фона и многопоточки. Итого 16 ядер и 24 потока (8×2 + 8×1). Чтобы ОС знала, какую задачу на какое ядро класть, в процессор встроен планировщик-подсказчик Thread Director. L2 — 14 МБ, L3 — 30 МБ — солидные кэши. 2×DDR4, DDR5-4800 — поддерживает оба типа памяти (что именно — решает плата), плюс новейший PCIe 5.0. Intel UHD Graphics 770 — встроенная графика есть (не «F»): компьютер покажет картинку и без видеокарты. TDP 241 Вт — максимальная мощность в турбо (базовая 125 Вт): без мощной системы жидкостного охлаждения или топового башенного кулера свой потенциал не раскроет. «K» — свободный множитель: можно разгонять (на чипсете Z690/Z790). BOX — коробочная поставка (у K-моделей — без кулера: подразумевается, что покупатель возьмёт серьёзное охлаждение). Ниша: топовые игровые ПК и рабочие станции.

Это видеокарта Palit GeForce RTX 3060 StormX — средний игровой класс NVIDIA на архитектуре Ampere. По маркировке: PCI-E 4.0 — интерфейс подключения к плате (слот x16; в старый слот 3.0 тоже встанет почти без потерь). 12 ГБ GDDR6 — объём видеопамяти, щедрый для класса: влезают тяжёлые текстуры. 192 бита — ширина шины памяти; вместе с частотой чипов она даёт пропускную способность ~360 ГБ/с (считается так: 192 бита / 8 × 15 ГГц эффективной частоты); для видеокарты полоса памяти не менее важна, чем объём. GPU 1320 МГц — базовая частота графического процессора (в бусте ~1777 МГц). DisplayPort ×3 + HDMI — можно подключить до четырёх мониторов. LHR (Lite Hash Rate) — примета времени: аппаратное ограничение скорости майнинга криптовалют, введённое, чтобы карты доставались игрокам; на игры не влияет никак. StormX — версия Palit с одним вентилятором: короткая, влезает в компактные корпуса, но охлаждение скромнее двухвентиляторных. Как «RTX» карта несёт RT-ядра для трассировки лучей (честные отражения и тени) и тензорные ядра для DLSS — ИИ дорисовывает кадр из меньшего разрешения, поднимая FPS. Питание: один 8-pin, потребление 170 Вт, блок питания от 550 Вт. Ниша: уверенный Full HD и умеренный QHD гейминг.

Это видеокарта ASUS GeForce RTX 3060 Phoenix — тот же графический процессор, что у Palit StormX из №72, но в исполнении ASUS. Ключевые параметры совпадают, потому что их задаёт NVIDIA, а не вендор: PCI-E 4.0; 12 ГБ GDDR6; шина 192 бита (~360 ГБ/с); GPU 1320 МГц (буст ~1777); 3×DisplayPort + HDMI; LHR — ограничение майнинга; RT-ядра и DLSS. Phoenix — тоже компактная одновентиляторная серия. И тут суть билета: чем вообще различаются видеокарты разных производителей на одном GPU? Список для ответа: 1) система охлаждения — число и качество вентиляторов, размер радиатора → температуры и шум; 2) подсистема питания (VRM) и её запас; 3) заводской разгон — версии «OC» имеют чуть повышенные частоты; 4) габариты — влезет ли в корпус; 5) гарантия и сервис; 6) цена. А производительность в играх у референсных версий одного GPU отличается на единицы процентов. Формула ответа: расшифровать общие параметры → подчеркнуть, что класс задаёт модель GPU → перечислить, в чём свобода вендора.

Правильный ответ — В) Kingston FURY DDR4 4 ГБ 2666 МГц. Рассуждение вслух (так и рассказывать): 1) Смотрим, что умеет плата ASRock H470M-HVS: слоты DDR4, частоты до 2933 МГц. 2) Первый и решающий фильтр — тип памяти: поколения DDR несовместимы физически — у планок разное число контактов (DDR4 — 288, DDR3 — 240), ключ-вырез в разном месте (планка просто не влезет в чужой слот) и разные напряжения. Проверяем варианты: А) DDR5 — другое поколение, мимо; Б) DDR3 — тоже мимо; Г) RIMM — память Rambus из начала 2000-х, музейный экспонат, вообще не DDR; В) DDR4 — единственный совпавший по типу. 3) Второй фильтр — частота: у модуля 2666, потолок платы 2933; 2666 ≤ 2933 — модуль спокойно заработает на своих 2666. Кстати, если бы модуль был быстрее потолка (скажем, DDR4-3200), тоже ничего страшного: частота автоматически снизилась бы до поддерживаемой — вниз память совместима. Общее правило для любых таких задач: тип (поколение DDR) должен совпасть строго → частота согласуется вниз → проверить максимум объёма и число слотов → для ноутбука не забыть про короткий форм-фактор SO-DIMM.

Правильный ответ — Г) Intel Core i5-10400F (LGA 1200). Рассуждение вслух: 1) Определяем сокет платы GIGABYTE H510M K — LGA 1200. Сокет — это первый и главный фильтр совместимости: число и расположение контактов должны совпасть точно, «почти таких же» сокетов не бывает. 2) Отсеиваем варианты: А) AMD A4-3400 — вообще другой производитель со своим сокетом FM1; Б) Celeron G530 — Intel, но 2011 год, сокет LGA 1155; В) Core i3-540 — Intel 2010 года, LGA 1156; Г) i5-10400F — LGA 1200, совпадение. 3) Для полноты ответа — вторая проверка, которую делают в реальной жизни: чипсет и BIOS. H510 официально поддерживает 10-е и 11-е поколения Intel, i5-10400F — 10-е поколение, есть в списке поддержки — всё сходится (контрпример из №65: на чипсете H410 при том же сокете 11-е поколение не работает!). 4) Маленький бонус: процессор с суффиксом «F» лишён встроенной графики — собирая такую машину, не забыть видеокарту в слот x16. Общее правило: сокет → список поддержки чипсета/BIOS → тепловыделение против возможностей платы → «F» значит нужна видеокарта.

На рисунке — топология USB: многоярусная звезда (tiered star); пустые блоки на схеме — это хабы (разветвители USB). Разбираем рисунок слева направо: «Хост-система» — компьютер; внутри него хост-контроллер и корневой хаб — «корень» всего дерева. От корневого хаба связи расходятся к хабам (те самые неподписанные прямоугольники — их и требуется вписать) — каждый хаб размножает один порт на несколько. К хабам подключены «Функции» — так в стандарте USB называются конечные устройства: мышь, флешка, принтер. «Составное устройство» (пунктирная рамка) — устройство, в котором хаб и несколько функций собраны в одном корпусе: например, клавиатура со встроенными USB-портами. Получается звезда из звёзд — ярусами, отсюда название. Правила игры в USB: всей шиной командует хост — устройства сами не разговаривают, хост их опрашивает; адрес устройства 7-битный — до 127 устройств; ярусов не больше 7, то есть максимум 5 хабов между хостом и устройством. Скорости поколений: USB 2.0 — 480 Мбит/с, USB 3.0 — 5 Гбит/с, USB 3.2 — 20 Гбит/с, USB4 — 40 Гбит/с.

Правильный ответ: 3) MISD (Multiple Instruction, Single Data — много потоков команд, один поток данных). Как прочитать это по рисунку — считаем стрелки: из «Памяти команд» к процессорам П1…Пn идёт пучок стрелок — потоков команд много, у каждого процессора своя команда. А вот данные ходят одной петлёй: единственная линия «Поток данных» из «Памяти данных» входит в блок процессоров, и единственная линия «Результаты» возвращается обратно. Один и тот же поток данных по очереди обрабатывается несколькими процессорами, каждый — по своей инструкции. Это и есть MISD. Любопытно, что класс этот — «бумажный»: в чистом виде таких машин почти не строили; с натяжкой к MISD относят конвейерные и систолические структуры, а ещё дублированные вычисления в критичных системах (три процессора считают одно и то же, результаты сверяются). Метод «посчитай стрелки» работает на любом рисунке по Флинну: стрелки команд → первая буква, стрелки данных → вторая.

Правильный ответ: 2) SIMD (Single Instruction, Multiple Data — один поток команд, множество потоков данных). Считаем стрелки на рисунке: из «Памяти команд» выходит одна-единственная стрелка «Поток команд» на всю колонку процессоров П1…Пn — команда общая, все исполняют одно и то же. Зато линий данных много: у каждого процессора своя пара «поток данных / результаты» к «Памяти данных». Одна команда — тысяча исполнителей, каждый над своим кусочком данных: это SIMD. Живые примеры вокруг нас: видеокарты (GPU) — тысячи ядер красят каждый свой пиксель; векторные инструкции процессоров SSE/AVX — одна команда складывает сразу 4–16 чисел; обработка фото, звука, нейросети. Сила SIMD — на однородных массивах данных; слабость — ветвящаяся логика, где каждому элементу нужно своё решение. Для сравнения на соседнем билете №79 — обратная картинка: много стрелок команд и одна петля данных (MISD). Приём «посчитай стрелки» надёжно различает все четыре класса Флинна.

На рисунке — топология «кольцо», а конкретно сеть Token Ring, узнаваемая по коробочкам MAU. Разбор элементов, как просит билет: голубое кольцо — магистраль, по которой данные ходят по кругу от станции к станции; MAU (Multistation Access Unit — многостанционное устройство доступа) — концентраторы Token Ring: четыре коробочки, соединённые в замкнутое кольцо; рабочие станции — компьютеры, подключённые к портам своих MAU. Изюминка, которую стоит проговорить: физически каждая станция соединена со своим MAU «звездой» (лучами), но логически данные бегут по кольцу — «звезда физически, кольцо логически». MAU при этом умный: отключилась станция — её порт замыкается, кольцо не рвётся. Метод доступа — маркерный: по кольцу циркулирует «эстафетная палочка»-маркер, передаёт только её обладатель, поэтому столкновений данных не бывает в принципе, а время ожидания предсказуемо. За это кольцо любили там, где нужны гарантии (промышленность, банки). Минусы: оборудование сложнее и дороже Ethernet — потому Token Ring и проиграл. Развитие идеи — FDDI: то же кольцо, но двойное и оптическое.

На рисунке — древовидная (иерархическая) топология, её ещё называют «иерархическая звезда» или «снежинка». Разбор элементов: «Файловый сервер» (подписан в левом верхнем углу) — корень дерева и общий ресурс: на нём лежат файлы и базы для всей сети; узлы разветвления — точки, из которых связи расходятся дальше (на рисунке видно, как из одного узла лучами разбегается целая «снежинка» рабочих мест); рабочие станции — листья дерева, конечные компьютеры пользователей; линии связи, образующие иерархию: ствол → ветви → листья. Дерево — это, по сути, несколько звёзд, вставленных одна в другую: так и строятся реальные сети зданий — центральный узел → этажи → кабинеты. Свойства, которые ждёт комиссия: плюсы — легко масштабировать (дорастил новую ветку — и всё), трафик локализуется внутри ветвей, структура повторяет структуру организации; минус — отказ узла ветвления отрезает всё его поддерево (но только его — остальная сеть живёт). Подпись «файловый сервер» намекает и на архитектуру: это файл-серверная сеть, где обработка идёт на рабочих станциях (подробности — №18 и №46).

На рисунке — смешанная (гибридная) топология «звезда-шина»: сегменты-шины, собранные звездой вокруг концентратора. Разбор элементов сверху вниз: сегменты (подписаны вверху) — участки общего кабеля, к каждому из которых подключено несколько станций: внутри сегмента это классическая шина; терминаторы — маленькие квадратики на обоих концах каждого сегмента: заглушки, поглощающие сигнал; без них он отражался бы от концов кабеля и глушил передачу — обязательный элемент шины, про который любят спрашивать; репитеры (повторители) — усилители сигнала: восстанавливают его форму и позволяют дотянуться дальше, чем разрешает предельная длина одного кабеля; работают на самом нижнем, физическом уровне — просто «переусиливают», не разбирая адресов; концентратор — центральный узел, к которому звездой сходятся сегменты и отдельные станции; всё, что пришло в один его порт, повторяется во все остальные; рабочие станции. Как это работает: внутри сегмента станции делят общий кабель (доступ по CSMA/CD — «послушал, свободно — передавай»), между сегментами сигнал переносят репитеры и концентратор. Такая гибридная схема — портрет типичной сети Ethernet 1990-х: шинные «хвосты» на коаксиале постепенно собирали в звёзды — эволюционный мостик к современной чистой звезде на коммутаторах.

Ответ: 937,5 КБ ≈ 0,92 МБ (без сжатия). Решение по шагам — как писать на листе: 1) Вспоминаем формулу объёма растровой картинки: V = ширина × высота × глубина цвета (бит на пиксель). 2) Находим глубину цвета из числа цветов: цветов 65 536, а 65 536 = 2¹⁶ — значит, на каждый пиксель нужно 16 бит (простая логика: N бит кодируют 2^N вариантов). 3) Считаем пиксели: 800 × 600 = 480 000. 4) Объём в битах: 480 000 × 16 = 7 680 000 бит. 5) В байты — делим на 8: 960 000 байт. 6) В килобайты — делим на 1024: 937,5 КБ; хочется в мегабайтах — ещё раз на 1024: ≈ 0,92 МБ. Готово. Стоит добавить одну фразу: это объём «сырого» несжатого растра (формат BMP); PNG или JPEG тот же кадр ужмут в разы. И держать в голове опорную шпаргалку глубин: 256 цветов — 8 бит, 65 536 — 16 бит, 16,7 млн — 24 бита.

Ответ: 400-битное сообщение дополняется до одного 512-битного блока, блок прогоняется через функцию сжатия, итог — хэш 512 или 256 бит. По шагам, как того требует ГОСТ 34.11-2018 («Стрибог»): 1) Стрибог ест данные порциями по 512 бит. У нас всего 400 — значит, блок будет один, но неполный, и его надо дополнить. 2) Дополнение (padding): к сообщению приписывается один единичный бит и нули до полных 512: 512 − 400 − 1 = 111 нулей. Тонкость, отличающая Стрибог от западных SHA: длина сообщения в конец блока НЕ дописывается — она учитывается отдельным счётчиком на финальном этапе. 3) Обработка: берётся стартовый вектор (для Стрибог-512 — нули, для Стрибог-256 — байты 0x01), и блок проходит через функцию сжатия g — 12 раундов из трёх операций: нелинейная замена байтов по таблице (S-блоки), перестановка байтов, линейное перемешивание — классический «взбить и перемешать», после которого изменение одного входного бита меняет половину выходных (лавинный эффект). 4) Финализация: к результату домешиваются счётчик длины N = 400 и контрольная сумма всех блоков Σ. 5) Итог: хэш 512 бит, либо 256 бит — у Стрибог-256 берётся половина результата. Зачем это всё: хэш необратим, подделать данные под известный хэш нельзя — на этом стоят электронная подпись и контроль целостности.

Ответ: 80 000 байт ≈ 78,1 КБ (моно, без сжатия). Решение по шагам: 1) Формула объёма оцифрованного звука: V = частота дискретизации × разрядность × время × число каналов. Логика формулы прозрачна: частота — сколько замеров в секунду, разрядность — сколько бит весит один замер, дальше просто перемножить на секунды и каналы. 2) Подставляем из условия: частота 8 кГц = 8000 замеров/с; разрядность 8 бит; время 10 с; каналы не указаны — берём моно, 1 канал (это стоит проговорить). 3) Считаем в битах: 8000 × 8 × 10 × 1 = 640 000 бит. 4) В байты: 640 000 / 8 = 80 000 байт. 5) В килобайты: 80 000 / 1024 ≈ 78,1 КБ. Красивое дополнение для комиссии: параметры «8 кГц, 8 бит, моно» — это качество телефонной связи; по теореме Котельникова 8000 замеров в секунду честно передают полосу до 4 кГц — для разборчивой речи достаточно. Для контраста: CD-качество — 44 100 Гц × 16 бит × 2 канала ≈ 176 КБ каждую секунду, около 10 МБ на минуту.

Домашний компьютер — универсальная машина под повседневные задачи: интернет, документы, фильмы, учёба, лёгкие игры. Отсюда логика подбора — всего в меру, без перекосов. Конфигурация для таблицы билета: процессор — Intel Core i3/i5 или AMD Ryzen 3/5 (4–6 ядер): среднего класса за глаза; если игр нет — берём модель со встроенной графикой и экономим на видеокарте; оперативная память — 16 ГБ (минимум 8; браузер с двумя десятками вкладок уже съедает половину); накопитель — SSD 512 ГБ обязательно (именно SSD даёт ощущение быстрого компьютера), под фильмотеку можно добавить HDD на 1–2 ТБ; видеокарта — встроенная; для лёгких игр — начальная дискретная класса RTX 3050; монитор — 23–27″, матрица IPS, Full HD. Плюс блок питания 450–550 Вт и Wi-Fi. Осторожно, ловушка билета: в таблице исходника у этого вопроса строка почему-то подписана «Сервер» — если на экзамене таблица требует сервер, отвечать конфигурацией из №89 (Xeon/EPYC, ECC-память, RAID, без монитора). Логика обоснования любой конфигурации, которую ждёт комиссия: сначала задачи → под них процессор и память → накопители → графика → периферия.

Задача: привести к 3-й нормальной форме отношение Заказы(№ заказа, Наименование товара, Тип товара, Кол-во, Цена, Склад, Адрес склада, Поставщик, Адрес поставщика). Зачем вообще нормализуют: в этой таблице адрес склада повторяется в каждом заказе; переехал склад — правь тысячу строк, забыл одну — данные противоречат друг другу (аномалия обновления). Нормализация выносит повторы в справочники. Ход решения по формам: 1НФ — значения атомарны, повторяющихся групп нет: уже выполнено (ключ — № заказа + товар). 2НФ — убираем зависимость от ЧАСТИ составного ключа: цена и тип зависят только от товара, а не от пары «заказ+товар» — выносим товары в отдельную таблицу. 3НФ — убираем транзитивные зависимости («неключевой атрибут зависит от другого неключевого»): адрес склада зависит от склада, адрес поставщика — от поставщика, а не от номера заказа — склады и поставщиков тоже выносим. Результат — пять таблиц: Товары(ID, наименование, тип, цена); Склады(ID, название, адрес); Поставщики(ID, название, адрес); Заказы(№, склад-ID, поставщик-ID); Строки_заказа(№ заказа, товар-ID, количество). Таблицы связаны внешними ключами. Определение 3НФ одной фразой для финала: каждый неключевой атрибут зависит от ключа, от всего ключа и ни от чего, кроме ключа.

Офисный компьютер — машина для документов, почты, браузера и 1С; приоритеты — надёжность, тишина и цена, а не мощность. Конфигурация для таблицы: процессор — Intel Core i3 или AMD Ryzen 3 (4 ядра) обязательно со встроенной графикой — таблицам и браузеру видеокарта не нужна вовсе; оперативная память — 8–16 ГБ; накопитель — SSD 256–512 ГБ: документы легки, а данные обычно живут на сервере или в облаке; единственное, на чём в офисном ПК нельзя экономить, — это именно SSD: с жёстким диском даже мощный компьютер ощущается черепахой; видеокарта — встроенная (графа в таблице так и заполняется); монитор — 21,5–24″ IPS Full HD с матовым покрытием — глаза смотрят в него восемь часов в день, эргономика важнее герцовки. Дополняют картину: компактный корпус, блок питания 300–450 Вт, Windows Pro — ради работы в домене предприятия, групповых политик и шифрования BitLocker. Логика обоснования перед комиссией: офисная нагрузка легка для процессора и графики — на них экономим; отзывчивость (SSD) и эргономика (монитор) — то, что человек чувствует каждый день, на них не экономим.

Игровой компьютер строится вокруг видеокарты — главного и самого дорогого компонента; остальное подбирается так, чтобы её не сдерживать. Конфигурация для таблицы: видеокарта — дискретная среднего/верхнего класса: NVIDIA RTX 4060–4070 или AMD RX 7700–7800 XT, видеопамяти 8–16 ГБ — именно она рендерит кадры; процессор — Intel Core i5/i7 или AMD Ryzen 5/7 (6–8 ядер с высокой частотой): готовит кадры для видеокарты; слабый CPU станет «бутылочным горлышком» — карта будет простаивать; оперативная память — 16–32 ГБ обязательно двумя планками (двухканальный режим ×2 к скорости памяти); накопитель — NVMe SSD на 1–2 ТБ: современные игры весят по 100–150 ГБ и любят быстрые загрузки; монитор — 24–27″, 1080p или 1440p, и главное — частота 144–165 Гц: высокий FPS без быстрого монитора просто не виден; плюс адаптивная синхронизация (FreeSync/G-Sync) против разрывов кадра. Обвязка, о которой забывают: блок питания 650–850 Вт с запасом под пики видеокарты, хорошее охлаждение процессора и продуваемый корпус. Мысль для комиссии: игровая сборка — это баланс: каждый компонент подобран так, чтобы не ограничивать соседей на целевом разрешении.

Сервер — машина для круглосуточной работы на многих пользователей; здесь платят не за скорость, а за надёжность и отказоустойчивость. Каждая строка конфигурации отвечает на вопрос «а что, если сломается?». Конфигурация для таблицы: процессор — серверный Intel Xeon или AMD EPYC: десятки ядер, поддержка двухпроцессорных плат, огромные кэши и главное — работа с ECC-памятью; оперативная память — 64–256 ГБ и обязательно ECC (с коррекцией ошибок): при круглосуточной работе одиночные сбои битов неизбежны, ECC чинит их на лету — без неё данные тихо портятся; накопители — диски в RAID-массиве: зеркало (RAID 1) под систему, RAID 5/6/10 под данные — выход диска из строя не теряет ни байта, а замена происходит «на горячую», без выключения; видеокарта — простейшая служебная, встроенная в плату управления: серверу некому показывать картинку; монитор — не нужен вовсе: управление удалённое — IPMI/iLO (веб-консоль, работающая даже до загрузки ОС), SSH или RDP. Довершают картину: два блока питания с горячей заменой (сдох один — второй тянет), стоечный корпус 1U/2U, задублированные сетевые порты, ИБП. Итоговая мысль: в сервере задублировано или защищено от ошибок всё, потому что его простой — это простой всех, кто на нём работает.

Пустые блоки на схеме: первый — кодер (кодирующее/передающее устройство), второй — декодер (декодирующее/приёмное устройство). Перед нами классическая модель передачи информации Клода Шеннона (1948), и её лучше рассказать как путешествие сообщения: источник рождает сообщение (голос, текст, файл); кодер готовит его в дорогу — три операции: сжать (кодирование источника — убрать лишнее), добавить «ремни безопасности» (помехоустойчивое кодирование — контрольная избыточность, по которой приёмник сможет найти и исправить ошибки), превратить в сигнал для конкретной среды (модуляция); канал связи — сама дорога: провод, оптика, радиоэфир; именно здесь на сигнал нападает шум — помехи, искажения; декодер на другом конце всё разворачивает обратно: демодулирует сигнал, по избыточности находит и чинит повреждённые биты, распаковывает; получатель читает сообщение. Модель универсальна: телефон, Wi-Fi, флешка (там «канал» — само хранение) — всё раскладывается по этим пяти блокам. Вишенка для комиссии: теорема Шеннона говорит, что у каждого канала с шумом есть предельная скорость (пропускная способность), ниже которой можно передавать сколь угодно надёжно — весь прогресс связи это погоня за пределом Шеннона.