Первые локальные вычислительные сети появились в РФ в середине 90-х годов прошлого века и имели топологию типа «шина» на основе коаксиального кабеля, используемого в качестве среды передачи данных. Сервером выступал персональный компьютер учителя, установленный на его столе, так как он имел самую большую память (жёсткий диск объёмом 250 Мбайт). Скорость передачи составляла в то время до 10 Мбит/с. В последствии коаксиальный кабель был заменён на первые версии UTP кабеля 1 или 2 категории.

Первоначально размещение компьютеров делалось по следующей схеме: все компьютеры располагались по линейке:

— одна располагались на столах, стоящих рядом с окнами;

— другая вдоль стены;

— посередине класса стояли парты и стол учителя с основным компьютером, который выполнял функции сервера;

— за столом учителя располагалась школьная доска.

Размещение компьютеров показано на рисунке 1.

Рис. 1. Расположение персональных компьютеров в классе

Первые версии такого класса работали с большими перебоями так как очень часто возникали коллизии при передаче и приёме информации (рисунок 2). Так же в то время не было выхода в сеть Интернет, это была «замкнутая экосистема» [7].

Рис. 2. Компьютерный класс на основе коаксиального кабеля

Вид коаксиального кабеля показан на рисунке 3.

Рис. 3. Коаксиальный кабель

В помещениях сразу ставили решётки на окна и тяжелую обитую железом дверь. Откуда-то появлялся учитель информатики (выглядел как самый важный товарищ после директора), основной задачей которого было следить, чтобы никто ничего не трогал. Вообще ничего. Даже входную дверь [1–3].

На рисунке 4 показан компьютерный класс конца 90-х 20 века в средних школах г. Краснодара

Рис. 4. Компьютерный класс конец 20 века

Расположение в классе было следующим:

— персональные компьютеры располагались по бокам

— в середине устанавливались парты для учащихся, где они слушали и записывали в тетради теорию и так же в тетрадях писали первые свои программы на языке программирования Basic и Pascal.

Первые версии учётных записей хранились в компьютере учителя, который выступал в роли «сервера», а подключенные компьютеры учащихся подключались по принципу «тонкого клиента» и не имели большой памяти, так как основная память компьютере использовалась под оперативную память операционной системы MS-DOS.

В современном классе используется коммутатор на 24 абонентских порта и отдельно сервер, на котором хранятся учётные записи всего класса, в первых версия они хранились на персональном компьютере учителя [4, 5].

Ближе к 1993 году в отдельных школах и лицеях появлялись нормальные классы с 286-ми машинами (IBM), а местами стояли даже «386». По части языков программирования было два варианта: там, где заканчивался «Бейсик», начинался «Турбо Паскаль».

Первыми языками программирования, которым обучали в середине 90-х годов прошлого века были Бейсик (BASIC) и Турбо Паскаль (Turbo Pascal) особенно для обучения и разработки под MS‑DOS [8].

Ученикам старших классов рассказывали про общее устройство, а также с десяток команд «Бейсика», чтобы могли нарисовать на экране линии и кружки. На «Паскале» учеников учили строить циклы, отрисовывать всякие функции, работать с массивами. Данный язык программирования в школе 90-х проходил обычно как факультативное занятие на которых учитель объяснял азы программирования, которые в последствие позволяли учащимся поступать в институт или университет на факультет прикладной математики.

Одна из настольных книг для учащихся тех лет по изучению компьютеров стала книга Виктора Эвальдовича Фигурнова «IBM PC для пользователя». Данная книга — классическое практическое руководство, которое стало настоящим бестселлером в России и странах СНГ в 1990-х годах.

Она была призвана помочь освоить работу на персональных компьютерах, совместимых с IBM PC. Издание построено как систематический самоучитель:

— от базовых понятий устройства компьютера и принципа работы его компонентов (процессор, дисководы, монитор, клавиатура, принтеры), основных команд MS-DOS для работы с файлами и каталогами, файлового менеджера Norton Commander, текстовых редакторов «ЛЕКСИКОН» (для повседневных задач) и ChiWriter (для сложного форматирования)

— до продвинутых тем (написание командных файлов, архивация данных, защита от вирусов).

Также в конце книги были приведены в виде справочника компьютерные понятия, которые раскрывали суть не понятных для большинства учащихся слов, например, таких как диски 3,5 и 5,25 дюймов (рисунки 5, 6), жесткий диск и так далее [5].

Рис. 5. Дискета 3,5 дюйма

Рис. 6. Дискета 5,25 дюйма

В дальнейшем эволюция компьютерного класса привела к появлению витой пары, как соединения и замене существующих вычислительных машин IBM 286–486 на IBM Pentium с новой более современной операционной системой Windows 95 вместо MS-DOS.

В начале 2000-х годов помимо витой пары в классе на компьютере учителя появляется подключение к интернету через модем dial-up. Учитель мог показать учащимся что такое Интернет с помощью первой версии Internet Explorer.

В первые десятилетия XXI века благодаря применению учебной вычислительной техники в образовательном процессе повышалось качество современного образования, достигалось развитие навыков цифровой грамотности и аналитического мышления у учащихся. На смену старым моделям типа IBM 486 (процессор) пришли более современные такие как Intel Pentium. Основные различия между ними:

— 64-битная шина данных позволяет процессору Pentium за один шинный цикл обмениваться вдвое большим объёмом данных с оперативной памятью, чем 486 (при одинаковой тактовой частоте);

— Раздельное кэширование программного кода и данных, сократившее число промахов кэша при выборке инструкций и операндов по сравнению с 80486. В процессорах Pentium используется кэш-память первого уровня (кэш L1) объёмом 16 Кб, разделённая на 2 сегмента: 8 Кб для данных и 8 Кб для инструкций. Для сокращения времени доступа и снижения стоимости реализации оба сегмента являются 2-канальными множественно-ассоциативными, в отличие от 4-канального кэша 80486.

— 4-входовые адресные сумматоры, которые позволяют уменьшить латентность (задержку) вычисления адреса по сравнению с 80486. В процессоре Pentium можно за один такт вычислить эффективный адрес при использовании базово-индексной адресации с масштабированием и смещением. 80486 имеет 3-входовый адресный сумматор, поэтому в нём вычисление такого адреса занимает два такта. Микрокод может использовать оба конвейера, в результате чего инструкции с префиксом повторения, такие как REP MOVSW, выполняют одну итерацию за такт, в то время как 80486 требуется три такта на итерацию.

— Более быстрый полностью аппаратный умножитель в несколько раз сокращает (и делает более предсказуемым) время выполнения инструкций MUL и IMUL по сравнению с 80486. Время выполнения уменьшается с 13–42 тактов до 10–11 для 32-битных операндов.

Появление процессора Pentium привело к полной перестройке компьютерного класса и созданию нового типа локальной вычислительной сети. Произошёл уход от коаксиального кабеля, где постоянно образовывались «коллизии» и приходилось перезапускать сеть полностью и по несколько минут ждать пока информация с компьютера А дойдет до компьютера Б, а другие учащиеся сидели и ждали своей очереди. С новой архитектурой, использующей кабель витая пара категории UTP3e, полностью не исключало такой термин как «коллизия» [7]. На рисунке 7, показан компьютерный класс на основе витой пары UTP3e.

Рис. 7. Компьютерный класс на основе витой пары UTP3e.

Кабель типа «витая пара» используется в сетях стандарта 10BASE-T (10 Мбит/с) и 100BASE-TX (100 Мбит/с), которые на сегодня являются наиболее распространенными среди малых сетей. Соединение более чем двух компьютеров осуществляется по топологии «звезда», где в качестве центрального устройства требуется концентратор («хаб») или коммутатор, с количеством портов, соответствующим числу компьютеров в сети. Несмотря на то, что это более дорогое решение, у него есть и несомненные преимущества: модернизация 10-мегабитной сети до 100-мегабитной при правильном изначальном выборе типа кабеля осуществляется лишь заменой активного оборудования — сетевых адаптеров и концентраторов; повреждение любого кабеля не сказывается на работе остальной сети [6].

Концентратор («хаб») представляет собой повторитель, передающий пришедший на один из портов сигнал на все остальные порты, при этом никакого анализа информационных пакетов не производится. С логической точки зрения, сегмент сети на «витой паре» с концентратором эквивалентен сегменту сети на основе коаксиального кабеля. Концентраторы выпускаются в вариантах с разным количеством портов и относительно недороги. При необходимости увеличения ёмкости сети два и более концентратора могут соединяться между собой, если соблюдается ограничение на количество повторителей, причём логическая структура не меняется — сеть остаётся односегментной. При этом сохраняется основной недостаток такого решения — резкое падение пропускной способности при увеличении количества станций в сегменте, происходящее в результате «коллизий» (столкновений пакетов).

Устранить этот недостаток позволили коммутаторы. Эти устройства производят анализ заголовка пакета и перенаправляют сигнал только на тот порт, к которому подключён компьютер с соответствующим адресом. Таким образом, сеть, построенная с использованием коммутатора, изначально является сегментированной, и при соблюдении правила «один порт — одна станция» коллизии в такой сети не возникают вообще, за исключением случаев передачи широковещательных пакетов. Кроме того, учитывая, что приём и передача данных с использованием кабеля «витая пара» происходят по разным парам проводов, все порты и сетевые адаптеры могут быть настроены на режим дуплексной работы (одновременный приём и передача). А это повышает пропускную способность, теоретически, до 20 Мбит/с для технологии 10BASE-T и до 200 Мбит/с для технологии 100BASE-TX, но цифры эти не вполне реальны: редко, когда передача данных ведётся одновременно в обоих направлениях с максимальной скоростью [6, 7].

Единственный недостаток сетей с коммутаторами — высокая цена оборудования.

Современный вид компьютерного класса на основе «тонкого клиента», показан на рисунке 8.

Рис. 8. Компьютерный класс на основе «тонкого клиента»

Тонкий клиент — это устройство или программа, у которых почти нет собственных вычислительных мощностей. Его главная задача — просто передать ваши действия (нажатия клавиш, движения мыши) на удалённый сервер, а обратно получить результат (картинку рабочего стола, ответ от программы). Сам по себе он почти ничего не хранит и не обрабатывает: все данные и приложения находятся на сервере.

Это обычный компьютер, у которого вместо жёсткого диска используется флэш-память, на которую записывается операционная система и BIOS для запуска компьютера. Роль процессора и большой памяти выполняет сервер, который установлен в классе [8].

К тонкому клиенту подключается монитор, клавиатура и мышь. Когда пользователь что-то набирает или кликает, то данный компьютер отправляет ввод на сервер, тот обрабатывает задачу, а потом возвращает вам картинку, например, обновлённый экран или ответ от программы. Вид системного блока представлен на рисунке 9.

Рис. 9. Тонкий клиент

В состав входит:

Процессор. Часто это энергоэффективное решение начального уровня (ARM или x86).

Оперативная память (ОЗУ). Объём обычно небольшой — например, 2 ГБ, 4 ГБ или 8 ГБ.

Накопитель. Ключевое отличие: жёсткого диска (HDD) обычно нет. Вместо него может быть небольшой встроенный накопитель — например, модуль DOM (Disk on Module) с флеш-памятью, который в BIOS виден как обычный диск. Иногда ОС загружается прямо по сети с другого сервера (через протоколы PXE, TFTP).

Сетевая карта. Нужна, чтобы подключиться к терминальному серверу.

Видеовыход. Для подключения монитора.

Порты USB. Их обычно больше, чем в обычном ПК, чтобы можно было подключить периферию: принтер, сканер, USB-модем, сканер штрихкодов, смарт-карту для авторизации.

Блок питания. Часто выполнен в виде внешнего адаптера.

Система охлаждения. Часто пассивная (без вентиляторов) — это одна из причин, почему тонкие клиенты работают бесшумно и долго служат.

В результате развития компьютерных классов в средней образовательной школе от одиночного ПК до сети связанных между собой персональных компьютеров к середине 2000-х годов в российских школах сформировалась более современная и связная локальная сеть. Однако уровень оснащения и скорость внедрения новых практик сильно зависели от региона, ресурсов конкретной школы и инициативы педагогов. В будущем на смену обычному компьютерному классу придет искусственный интеллект и виртуальная реальность, где учащиеся будут полностью погружаться в виртуальную реальность, где будет работать принцип «Аватара».

Литература:

1. Гаах В. В., Тулайдан Э. Я. Дистанционное обучение: организационные и технологические аспекты. — М.: Академия, 2005. -133 с.
2. Гергей Т., Машбиц Е. И. Психолого-педагогические проблемы эффективного применения компьютера в учебном процессе. // Вопросы психологии. — 1985. — № 3. — 41 с.
3. Изотов И. В. Формирование духовной культуры учащихся с помощью мультимедийных средств обучения. / Русский язык и духовная культура: Материалы научно-практической конференции, 26 марта 2008 г. –Брянск: БИПКРО, 2008. -72 с.
4. Платонов Н. Е. Средства мультимедиа в образовании. // Информатика и образование. -1993. — № 5. -94 с.
5. Семакина И. Г., Зологова Л. А., Русакова С. В., Шестакова Л. В. Информатика и информационно-коммуникационные технологии. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005. -130 с.
6. Таненбаум Э. Компьютерные сети 5-е издание — Питер, 2012–960.
7. Олифер В. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 5-е изд. — СПб.: Питер, 2016–922.
8. Анкудинов Г. И. Сети ЭВМ и телекоммуникации. Архитектура и сетевые технологии: Учеб. пособие.– [Новое изд.]. — СПб.: СЗТУ, 2006, — 182.