Computer Systems and Networks (Компьютерные системы и сети)

Основная идея (CSN-1): Компьютерные системы и сети обеспечивают передачу данных.

Цель обучения CSN-1.A: Объяснить, как вычислительные устройства работают вместе в сети. [Навык 5.A]

• CSN-1.A.1 Вычислительное устройство — это физический объект, способный выполнять программу. Примерами могут служить компьютеры, планшеты, серверы, маршрутизаторы и умные датчики.
• CSN-1.A.2 Вычислительная система — это группа вычислительных устройств и программ, работающих совместно для достижения общей цели.
• CSN-1.A.3 Компьютерная сеть — это группа взаимосвязанных вычислительных устройств, способных отправлять или получать данные.
• CSN-1.A.4 Компьютерная сеть является типом вычислительной системы.
• CSN-1.A.5 Путь между двумя вычислительными устройствами в компьютерной сети (отправителем и получателем) — это последовательность непосредственно связанных вычислительных устройств, которая начинается у отправителя и заканчивается у получателя.
• CSN-1.A.6 Маршрутизация — это процесс нахождения пути от отправителя к получателю.
• CSN-1.A.7 Пропускная способность компьютерной сети — это максимальное количество данных, которое может быть отправлено за фиксированный промежуток времени.
• CSN-1.A.8 Пропускную способность обычно измеряют в битах в секунду.

Цель обучения CSN-1.B: Объяснить, как работает Интернет. [Навык 5.A]

• CSN-1.B.1 Интернет — это компьютерная сеть, состоящая из взаимосвязанных сетей, использующих стандартизированные открытые (не патентованные) протоколы связи.
• CSN-1.B.2 Доступ к Интернету зависит от возможности подключения вычислительного устройства к устройству, подключенному к Интернету.
• CSN-1.B.3 Протокол — это согласованный набор правил, определяющих поведение системы.
• CSN-1.B.4 Протоколы, используемые в Интернете, являются открытыми, что позволяет пользователям легко подключать дополнительные вычислительные устройства к Интернету.
• CSN-1.B.5 Маршрутизация в Интернете обычно является динамической; она не задается заранее.
• CSN-1.B.6 Масштабируемость системы — это ее способность изменять размер и масштаб для удовлетворения новых требований.
• CSN-1.B.7 Интернет был разработан с учетом масштабируемости.

Цель обучения CSN-1.C: Объяснить, как данные передаются через Интернет с использованием пакетов. [Навык 5.A]

• CSN-1.C.1 Информация передается через Интернет в виде потока данных. Потоки данных содержат фрагменты данных, которые инкапсулируются в пакеты.
• CSN-1.C.2 Пакеты содержат фрагмент данных и метаданные, используемые для маршрутизации пакета между источником и назначением в Интернете, а также для сборки данных.
• CSN-1.C.3 Пакеты могут поступать на место назначения по порядку, в неправильном порядке или вообще не поступать.
• CSN-1.C.4 IP, TCP и UDP — распространенные протоколы, используемые в Интернете.

Цель обучения CSN-1.D: Описать различия между Интернетом и Всемирной паутиной. [Навык 5.A]

• CSN-1.D.1 Всемирная паутина (World Wide Web) — это система связанных страниц, программ и файлов.
• CSN-1.D.2 HTTP — протокол, используемый Всемирной паутиной.
• CSN-1.D.3 Всемирная паутина использует Интернет.

Основная идея (CSN-1): Компьютерные системы и сети обеспечивают передачу данных.

Цель обучения CSN-1.E: Для отказоустойчивых систем, таких как Интернет: a. Опишите преимущества отказоустойчивости. [Навык 1.D] b. Объясните, как конкретная система является отказоустойчивой. [Навык 5.A] c. Определите уязвимые места к сбоям в системе. [Навык 1.D]

• CSN-1.E.1 Интернет спроектирован как отказоустойчивая система, используя абстракции для маршрутизации и передачи данных.
• CSN-1.E.2 Редундантность — это включение дополнительных компонентов, которые могут использоваться для смягчения последствий сбоя системы, если другие компоненты выйдут из строя.
• CSN-1.E.3 Одним из способов достижения сетевой редундантности является наличие более одного пути между любыми двумя подключенными устройствами.
• CSN-1.E.4 Если какое-либо конкретное устройство или соединение в Интернете выходит из строя, последующие данные будут отправлены по другому маршруту, если это возможно.
• CSN-1.E.5 Когда система может переносить сбои и продолжать работать, она называется отказоустойчивой. Это важно, потому что элементы сложных систем выходят из строя в непредвиденное время, часто группами, а отказоустойчивость позволяет пользователям продолжать использовать сеть.
• CSN-1.E.6 Редундантность внутри системы часто требует дополнительных ресурсов, но может обеспечить преимущество отказоустойчивости.
• CSN-1.E.7 Редундантность вариантов маршрутизации между двумя точками повышает надежность Интернета и помогает ему масштабироваться для большего количества устройств и пользователей.

Фундаментальное понимание (CSN-2): Параллельные и распределенные вычисления используют несколько компьютеров для более быстрого решения сложных задач или обработки больших наборов данных.

Цель обучения CSN-2.A: Для последовательных, параллельных и распределенных вычислений: a. Сравните решения задач. [Навык 1.D] b. Определите эффективность решений. [Навык 1.D]

• CSN-2.A.1 Последовательные вычисления — это вычислительная модель, в которой операции выполняются по очереди, одна за другой.
• CSN-2.A.2 Параллельные вычисления — это вычислительная модель, при которой программа разбивается на несколько меньших последовательных операций, некоторые из которых выполняются одновременно.
• CSN-2.A.3 Распределенные вычисления — это вычислительная модель, в которой для выполнения программы используется несколько устройств.
• CSN-2.A.4 Сравнение эффективности решений может быть выполнено путем сравнения времени, необходимого им для выполнения одной и той же задачи.
• CSN-2.A.5 Последовательное решение занимает столько времени, сколько сумма всех его шагов.
• CSN-2.A.6 Решение с параллельными вычислениями занимает столько времени, сколько суммарное время его последовательных задач плюс самое длительное время его параллельных задач.
• CSN-2.A.7 «Ускорение» параллельного решения измеряется временем, затраченным на выполнение задачи последовательно, деленным на время, затраченное на выполнение задачи параллельно.

Цель обучения CSN-2.B: Опишите преимущества и сложности параллельных и распределенных вычислений. [Навык 1.D]

• CSN-2.B.1 Параллельные вычисления состоят из параллельной части и последовательной части.
• CSN-2.B.2 Решения, использующие параллельные вычисления, могут масштабироваться эффективнее, чем решения, использующие последовательные вычисления.
• CSN-2.B.3 Распределенные вычисления позволяют решать задачи, которые невозможно решить на одном компьютере из-за времени обработки или потребностей в хранении.
• CSN-2.B.4 Распределенные вычисления позволяют гораздо быстрее решать значительно более сложные задачи, чем это было бы возможно на одном компьютере.
• CSN-2.B.5 При увеличении использования параллельных вычислений в решении эффективность всё ещё ограничена последовательной частью. Это означает, что на определённом этапе добавление параллельных компонентов перестанет значимо повышать эффективность.