1

Wykład 2: Poj

ę

cia

podstawowe

Wykładowca:

Prof. Anatolij Saczenko

Informatyka z Technologia

Informacyjna

2

Przegl

ą

d

Wyk

ł

adu



Sprzęt komputerowy



Oprogramowanie



Architektura komputera



Typy komputerów



Podstawowe parametry komputera

3

Sprz

ę

t komputerowy



Komputer

(z ang. computer od łac. computare –

liczyć, sumować) – maszyna elektroniczna

przeznaczona do przetwarzania informacji,

które da się zapisać w formie ciągu cyfr albo

sygnału ciągłego.



Sprzęt komputerowy

(ang.

hardware

) –

materialna część komputera. Ogólnie

hardware'em nazywa się sprzęt komputerowy

jako taki i odróżnia się go od

software

'u – czyli

oprogramowania.



Podział ten jest nieostry,



gdyż współcześnie wiele elementów sprzętu

komputerowego posiada "wszyte" weń na

stałe oprogramowanie, stanowiące jego

integralną część, bez którego elementy te nie

mogłyby funkcjonować.

4

Sprz

ę

t komputerowy



Np. większość drukarek komputerowych

posiada w swojej pamięci zestaw komend,



przy pomocy których realizuje proces

drukowania i których odpowiednik

znajduje się w pamięci komputera

stanowiąc programowy sterownik tego

urządzenia.



Wiele urządzeń – typu karty graficzne,

płyty główne posiada własne

oprogramowanie nazywane BIOS-em.



W stosunku do oprogramowania

niektórych urządzeń używa się słowa

firmware.

5

Sprz

ę

t komputerowy



Sprzętem komputerowym jest np.:



procesor



płyta główna



pamięć komputerowa



urządzenia peryferyjne



dysk twardy



monitor



klawiatura



mysz komputerowa

6

Sprz

ę

t komputerowy



dołączony do komputera sprzęt

audiowizualny



drukarka



skaner



modem



kamera internetowa

7

Oprogramowanie



Oprogramowanie

(ang. software) – całość

informacji w postaci zestawu instrukcji,

zaimplementowanych interfejsów i

zintegrowanych danych przeznaczonych dla

komputera do realizacji wyznaczonych

celów.



Celem oprogramowania jest przetwarzanie

danych w określonym przez twórcę

zakresie.



Oprogramowanie to dział informatyki.



Oprogramowanie jest synonimem terminów

program komputerowy oraz aplikacja, przy

czym stosuje się go zazwyczaj do określania

większych programów oraz ich zbiorów

8

Oprogramowanie



Oprogramowanie tworzą programiści w

procesie programowania.



Oprogramowanie jako przejaw twórczości

jest chronione prawem autorskim, twórcy

zezwalają na korzystanie z niego na

warunkach określanych w licencji.



Oprogramowanie pisane jest zazwyczaj przy

użyciu różnych języków programowania z

wykorzystaniem algorytmów.



Programy przekształcające oprogramowanie

z postaci źródłowej na binarną to

kompilatory.



Niektóre oprogramowanie, np. napisane w

całości w językach interpretowanych, może

występować tylko w jednej postaci,

spełniającej oba zadania.

9



Architektura komputera

- jego opis jest

na niektórym generalnym poziomie, m.in.

opis możliwości użytkowników do

programowania, komplet instrukcji,

sposobów adresacji, organizacja pamięci, i

tak dalej



Architektura definiuje zasady działania,

informacyjne związki i wzajemne związki

bazowych logicznych zestawów

komputera: procesor, operatywna pamięć,

zewnętrzna pamięć i peryferyjne zasoby



Środowisko różnych architektur

komputerów zabezpieczone ich łączeniem

z punktu widzenia użytkownika

Architektura komputera

10

Architektura von Neumana



Większość współczesnych komputerów

opartych jest na tzw.

architekturze von

Neumanna

(od nazwiska Johna von

Neumanna)



Architektura von Neumanna

– pierwszy

rodzaj architektury komputera,

opracowanej przez Johna von Neumanna,

Johna W. Mauchly’ego oraz Johna Presper

Eckerta w 1945 roku.



Cechą charakterystyczną tej architektury

jest to, że dane przechowywane są

wspólnie z instrukcjami, co sprawia, że są

kodowane w ten sam sposób.

11

Według von Neumannu komputer

składa się z czterech głównych

komponentów:



pamięci komputerowej przechowującej

dane, programu oraz instrukcje programu;



każda komórka pamięci ma unikatowy

identyfikator nazywany jej

adresem



jednostki arytmetyczno-logicznej

odpowiedzialnej za wykonywanie

podstawowych operacji arytmetycznych



jednostki sterującej odpowiedzialnej za

pobieranie danych i instrukcji z pamięci

oraz ich sekwencyjne przetwarzanie



Jednostka sterująca wraz z jednostką

arytmetyczno-logiczną tworzą procesor.



urządzeń wejścia/wyjścia służących do

interakcji z operatorem

12

Architektura von Neumana

13



Zasada programowego sterowania.



Program składa się z kompletu instrukcji

które jedną po drugiej w pewnej kolejności

wykonuje procesor



Zasada jednolitej pamięci



Programy i info są zachowywani w tej samej

pamięci



Komputer nie rozróżnia co zachowuje się

komórce pamięci - numer, tekst albo rozkaz



Nad instrukcjami możliwie wykonywać takie

same operacje jak i nad informacją



Zasady adresowania



Strukturalnie, podstawowa pamięć składa

się z ponumerowanych komórek;



dowolna komórka dostępna procesorowi

w dowolny moment czasu

Komputerowe zasady (według John

Von Neumann)

14



Klasyczna architektura (

architektura Von

Neumanna

) składa się z:



jednostki arytmetyczno-logicznej

(Arithmetic Logic Unit - ALU) przez który

przechodzi

potok danych

i



jednostki sterowania (CU - Control Unit)

przez który przechodzi

potok instrukcji –

program



Razem ALU i CU tworzą CPU – Central

Processing Unit



To -

jednoprocesorowy komputer



Wieloprocesorowa architektura

- Są kilka

procesorów w komputerze, więc dużo

procesów i wątków może być organizowane

jednocześnie



W takim wypadku kilka fragmentów

jednego zadania mogą wykonywać się

jednocześnie

Rodzaje architektury

komputera

15



Wielo jednostkowy

komputerowy system -

Kilka procesorów połączonych w

komputerowy system, bez wspólnej

głównej pamięci lecz każdy ma swoją

własną (lokalną)



Architektura z

równoległymi

procesorami

- Kilka ALU pod zażądaniem

jednej jednostki sterowania



To oznacza, że wielka ilość informacja

może być obrobiona

jednym

programem w

jednym

potoku instrukcji

Rodzaje architektury

komputera

16

Typy komputerów



Trzy podstawowe rodzaje komputerów:



Komputery cyfrowe

, obrabiają informację w

dwójkowym trybie



Komputery

analogowe

,

obrabiają

ciągle

zmieniające fizyczne wymiary (natężenie

elektryczne, czas i in.), które są analogami

wyliczanych wymiarów



Komputer analogowo-cyfrowy

(komputer

hybrydowy) jest to komputer analogowy

uzupełniony o przetworniki analogowo-cyfrowe,

cyfrowo-analogowe, cyfrowe generatory funkcji



Typowo w takim układzie część analogowa

odpowiedzialna jest za rozwiązywanie równań

różniczkowych a cyfrowa za sterowanie

procesem i przetwarzanie operacji logicznych

.

17

Typy komputerów



Współcześnie komputery dzieli się na:



komputery osobiste

(„PC”, z ang. personal

computer) – o rozmiarach umożliwiających

ich umieszczenie na biurku, używane

zazwyczaj przez pojedyncze osoby



komputery domowe

– poprzedniki

komputerów osobistych, korzystające z

telewizora, jako monitora.



konsola

– komputer wyspecjalizowany w

programach rozrywkowych.



Zazwyczaj korzysta z telewizora jako

głównego wyświetlacza.



Posiada ograniczone oprogramowanie

przygotowane do wydajnego uruchamiania

programów i gier.

18

Typy komputerów



komputery mainframe

– często o większych

rozmiarach, których zastosowaniem jest

przetwarzanie dużych ilości danych na potrzeby

różnego rodzaju instytucji, pełnienie roli

serwerów itp.



komputery gospodarcze

– używane w

gospodarstwach rolnych w celu efektywnego

sterowania procesami produkcyjnymi.



komputery wbudowane

– (lub osadzone, ang.

embedded) specjalizowane komputery służące do

sterowania urządzeniami z gatunku automatyki

przemysłowej, elektroniki użytkowej (np. telefony

komórkowe itp.) czy wręcz poszczególnymi

komponentami wchodzącymi w skład komputerów.



superkomputery

– największe komputery o dużej

mocy obliczeniowej, używane do czasochłonnych

obliczeń naukowych i symulacji skomplikowanych

systemów.

19



Superkomputer

- wielokomputerowy system

zdolny do wykonywania obliczeń

równoległych, zbudowany z wielu komputerów



Architektura superkomputerów bazuje się na

ideach równoległego i potokowego

przetwarzania



Tego typu urządzeniach równoległy oznacza że

duża ilość operacji wykonuje się duża liczba

operacji (mikroprocesorowee przetwarzanie)



Bardzo szybki tryb przetwarzania jest

zabezpieczony nie dła każdego zadania a tylko

dla wyznaczonych jako równoległe

Superkomputery

20



Najwięcej rozległe superkomputery – te

które stosują systemy paralelizmu

masowego



One mają dziesięć tysięcy procesorów, które

komunikują się przez skomplikowany

hierarchiczny system pamięci



Wyróżniająca cechą superkomputerów są -

procesors wektorowe, wyposażone w

aparaturę dla równoległego wykonania

operacji z wielowymiarowymi dwójkowymi

obiektami — wektory i macierzy



Superkomputery są stosowane dla

skomplikowanych dużych naukowych

problemów (meteorologia, hydrodynamika)



10 najlepszych - na następnem slajdu

Superkomputery

21

Super computers - TOP 10

Rank

Location

System model

Performance

Installation Year

1

DOE/NNSA/LLNL,

USA

BlueGene/Q, IBM

1572864 Cores,

16324 TFlops

2012

2

Advanced Institute for

Computational Science,

Japan

SPAR C64, Fujitsu 705024 Cores,

10510 TFlops

2012

3

Argonne National

Laboratory,

USA

BlueGene/Q, IBM

786432 Cores,

8162 TFlops

2012

4

Leibniz Rechenzentrum,

Germany

iDataPlex

DX360M4,

IBM

147456 Cores,

2897 TFlops

2012

5

National Supercomputing

Center in Tianjin,

China

NUDT YH MPP,

NUDT

186368 Cores,

2566 TFlops

2012

6

DOE/SC/Oak Ridge

National Laboratory,

United States

Cray XK6, Cray

Inc.

298592 Cores,

1941 TFlops

2012

7

CINECA, Italy

BlueGene/Q, IBM

163840 Cores,

1725 TFlops

2012

8

Forschungszentrum

Juelich, Germany

BlueGene/Q, IBM

131072 Cores,

1677 TFlops

2012

9

CEA/TGCC-GENCI, France

Bullx B510, Bull

77184 Cores,

1359 TFlops

2012

10

National Supercomputing

Centre in Shenzhen,

China

Dawning TC3600

Blade System,

Dawning

120640 Cores,

1271 TFlops

2012

22

Podstawowe parametry

komputera



1 Moc obliczeniowa komputera

(

Wydajność

komputera)

– liczba działań arytmetycznych,

jakie może wykonać komputer w danym czasie.



Wydajność komputera

uzależniona głównie od

prędkości  działania  głównego 

procesora, którego 

parametry  wyraża  się w Hz. 



Zależnie także od kontekstu, normalna

komputerowa wydajność może wymagać jeden

albo więcej z listy:



Krótki czas odpowiedzi na dane zadanie



Wysoka produktywność (norma

procesorowej obróbki )



Niska utylizacja obliczeniowych resursów



Wysoka przydatność obliczeniowych

systemów lub aplikacji

23



Inne czynniki które mają wpływ na

wydajność komputera:



Rozmiar operatywnej pamięci



Ukazuje ilość pierwotnej

pamięci



Czym większy rozmiar tym

lepsza wydajność



Liczba wykonujących się aplikacji



Czym więcej aplikacji pracuje

tym mniej pierwotnej pamięci i

niższa szybkość CPU



Aniżeli mniej aplikacji to lepsza

wydajność

Wydajność komputera

24

Podstawowe parametry

komputera



2 Pojemność  dysku  twardego

  -



od  niej  zależy   ile  danych   będzie 

można   zgromadzić   i  

przechowywać 



Obecnie  nie  produkuje  się dysków

twardych o pojemnościach niższych

niż 40 GB.



Z twardym dyskiem uzależniony jest

również parametr odpowiedzialny za

prędkość  odczytywania  oraz 

zapisu  danych na nim określany

mianem prędkości obrotowej.

25

Podstawowe parametry

komputera



3 Karta  graficzna

 



o   jakości  wyświetlanych obrazów i

animacji   informują  przede 

wszystkim  parametry  znajdującej się

w komputerze karty graficznej.



Obecnie większość nowych kart

graficznych potrafi pracować przy

wysokich  rozdzielczościach 

wpływających  na jakość obrazu przy

zachowaniu dużej palety wyświetlanych

barw.



4 Nagrywarka optyczna



montowane są standardowo 

urządzenia  optyczne  takie,  jakoCD-

ROM-y,  DVD lub też nagrywarki CD

26

Podstawowe parametry

komputera



5 Obudowa

- miejsce, w którym są

zainstalowane wszystkie komponenty  

wewnętrzne   komputera.



Pierwszym typem obudowy, w jakich

zaczęły się pojawiać komputery klasy PC,

były obudowy typu desktop do ustawienia

w pozycji leżącej.



Następnie z biegiem lat zaczęły się

pojawiać na rynku obudowy typu tower,  

które obecnie stały się standardem.



Ważnym  aspektem są również otwory 

wentylacyjne,  umożliwiające  wchłanianie 

zimnego oraz odpowiedni wydmuch

nagrzanego powietrza.

27

Literatura



Michalski A.: Dostępność informacji w

organizacji gospodarczej, Wydawnictwo

Politechniki Śląskiej, Gliwice 2007.



Sokół M.: Podstawy obsługi komputera.

Ilustrowany przewodnik, Helion, Gliwice

2005.



Brookshear J.G.: Informatyka w ogólnym

zarysie, Wydawnictwo WNT, Warszawa 2003.



Europejski Certyfikat Umiejętności

Komputerowych ECDL – European

Computer Driven Licence, Syllabus wersja

5.0, 2007.



William Stallings. Computer Organization

and Architecture: Designing for

Performance (6th edition). Prentice Hall ,

2002, 750 p.