Technologie informacyjne

1. Informacja – dane o otaczającej nas rzeczywistości

2. Informatyka – dziedzina wiedzy zajmująca się gromadzeniem, przetwarzaniem i wykorzystaniem informacji. Nauka o przetwarzaniu informacji za pomocą automatycznych środków technicznych.

3. Komputery – urządzenia, które mogą przetwarzać informacje zgodnie z zadanym zestawem instrukcji

4. Generacje komputerów:

   • Zerowa (1939) – przekaźniki elektryczno – magnetyczne, Mark I,

   • Pierwsza (1946-1958) – lampy elektronowe, ENIAC,

   • Druga (1959-1964) – tranzystory,

   • Trzecia (1963-1970) – układy scalone, ODRA 1300

   • Czwarta (1971 – dziś) – układy scalone o wysokiej skali integracji,

   • Czwarta Plus – superkomputery,

   • Piąta i dalsze – technika sztucznej inteligencji, komputery biologiczne, kwantowe.

5. Budowa komputera:

Dane wejściowe (input) → algorytm → dane wyjściowe (output)

Wykres

• Procesor – CPU, układ elektroniczny realizujący przetwarzanie informacji,

• Pamięć – przechowywanie informacji, pamięć ROM stałą, RAM operacyjna,

• Układ wejścia/wyjścia (I/O) – komunikacja z otoczeniem

1. Komputery są zdolne do: składania tekstu, wykonywania obliczeń, konstruowania baz danych, budowa modeli,

2. Komputery nie są w stanie: np. określić wieku osoby ze zdjęcia, przygotować kawy

3. Zastosowania komputerów:

4. Kodowanie informacji – sposób reprezentacji informacji

5. Słowo cyfrowe – dowolny ciąg składający się z symboli 0 i/lub 1

6. Informacja cyfrowa – informacja przedstawiona w postaci słów cyfrowych

7. Jednostki informacji: b – bit, B – bajt, 1B = 8b, 1kB =1024B, 1MB = 1024 kB, 1GB = 1024 MB

8. Dlaczego komputery korzystają z systemu dwójkowego ? ponieważ łatwo modelować stan fizyczny np. płynie prąd lub nie płynie prąd

9. Systemy pozycyjne – dwójkowy, decymalny, heksadecymalny

10. Konwersje liczb z systemu decymalnego na dwójkowy i odwrotnie. Np. 20_D = 10100_B

11. ile znaków liczbowych mamy odpowiednio w systemach dwójkowym, decymalnym, heksadecymalnym ?2, 10, 16

12. ASCII – system kodowania znaków

13. Kodowanie obrazu, dźwięku ? np.: funkcja sinusoidalna może być zapisana za pomocą szeregu Tylora. Np. obrazek czarno biały może być zakodowany że 0 = kolor biały, 1 = kolor czarny. Dźwięk można rozwinąć w szeregi sinusów i za pomocą współczynników zakodować.

14. Algorytm – metoda umożliwiajaca rozwiązanie problemu w skończonej liczbie kroków. Skanując algorytm do danych wejściowych otrzymuje się dane wyjściowe.

Dane we →algorytm→dane wy

1. Sposób opisu algorytmu:

• Słownie

• Za pomocą schematu blokowego

• Za pomocą pseudokodu

Za pomocą programu w wybranym języku programowania

1. Przykłady algorytmów: przepis pieczenia ciasta,

2. Własności algorytmów: poprawność, skończoność, złożoność, uniwersalność

3. Program – sposób zapisu

ALGORYTMY

Rozwiązywanie problemów z użyciem komputera:

1. Zdefiniowanie o opis problemu

2. Znalezienie rozwiązania

3. Napisanie algorytmu

4. Napisanie programu (zakodowanie algorytmu)

5. Uruchomienie programu

6. Testowanie programu

Algorytm – definicje

Algorytm – skończony system reguł określających kolejność działań wykonywanych na określonych obiektach (danych) w celu uzyskania rozwiązania problemu.

Algorytm – ściśle określona procedura obliczeniowa, która dla właściwych danych wejściowych wytworzy żądanie dane wyjściowe zwane wynikiem działania algorytmu.

Algorytm – przedstawienie sposobu rozwiązania danego problemu

Dane wejściowe (input) → algorytm → dane wyjściowe (output)

Pochodzenie wyrazu: od nazwiska matematyka arabskiego „Al-Khowarizmi” z IX w.

Sposoby przedstawiania algorytmu:

• Słownie

• Graficznie za pomocą schematów blokowych

• Za pomocą pseudokodu

• Programu w odpowiednim języku programowania

Właściwości algorytmów:

1. Poprawność – algorytm musi być poprawny (musi prowadzić do rozwiązania zadania, jeśli nie jest poprawny – nie prowadzi do rozwiązania problemu)

2. Skończoność – algorytm musi umożliwić rozwiązanie problemu w skończonym czasie

3. Złożoność – mierzy się czasem wykonania i zajętością pamięci odniesionych do wielkości danych

4. Uniwersalność - nie powinien być zawężany do wąskiego problemu, nie tylko do rozwiązania prostego równania, powinien być uniwersalny dla szerszych zadań.

Algorytm Euklidesa – znajdowanie największego wspólnego podzielnika 2 liczb.

Dane są dwie liczby naturalne a, b (a>b)

NWD (a,b):

Dopóki (a !=b) wykonaj

Jeżeli (a>b)

a = a – b

Jeżeli (b>a)

b = b – a

wynik = a

NWD (30,21) = NWD (9,21)=NWD(9,12)=NWD(9,3)=NWD(6,3)=NWD(3,3)=3

Algorytm – schemat blokowy

Konwencje dotyczące schematów blokowych

Kółko początek/koniec

Romb – operacja we/wy

Prostokąt – blok wykonawczy

Romb pionowy – blok warunkowy

2 prostokąty 1 w drugim – blok złożony

Algorytm – przykłady

1. Algorytm rozwiązani arównania liniowego ax+b=0

2. Jeżeli a<>0 to x=-b/a; wyprowadź x;

W przeciwnym razie Wyprowadź „złe dane”

1. Koniec

P

Czytaj a, b

N T

a<> 0

x = -b/a

wypisz złe dane wypisz x

K

Obliczyć sumę ciągu n liczb:

A1, a2, a3, … an

Czytaj dane

Suma =0

Dla i =1 Do n Wykonaj

Suma = suma +a

Drukuj Suma;

Koniec

P

Czytaj dane

Suma = 0

I = 1

N T

I<=n

Drukuj: Suma Suma = Suma+a

Schematy blokowe

JĘZYKI PROGRAMOWANIA

Pojęcia podstawowe

Program – sposób zapisu algorytmu w celu jego realizacji przez komputer.

Program składa się ze zbioru instrukcji i struktur danych.

Instrukcja – opis operacji jaka ma być wykonana.

Struktury danych – różne postacie danych, na których są wykonywane operacje.

PROGRAM = ALGORYTM + STRUKTURY DANYCH

Program może być napisany w wybranej notacji. Notacja tak a powinna możliwie najlepiej pasować do problemu. Jeżeli ma on być wykonany na komputerze to musi być zapisany w języku programowania.

Język programowania – język używany do pisania programów realizowanych przez komputer.

Rozróżnia się języki:

• Niskiego poziomu – zależność od typu komputera, duża pracochłonność (asembler) - hardware

• Wysokiego poziomu – niezależne od typu komputera, wykorzystują wyrażenia języków naturalnych (nazwa funkcji matematycznych) - software

Języki niskiego poziomu

• Język maszynowy (0,1)

• Język asembler

Języki wysokiego poziomu:

• FORTRAN, COBOL, ALGOL, PASCAL, C

• MODULA, ADA

• BASIC, VISUAL BASIC

• SIMULA, SMALLTALK

• C++, C#, JAVA

• PROLOG

Język maszynowy – jest to język ściśle związany z typem komputera (procesora) i jest różny dla różnych typów komputerów. Instrukcje i dane są zapisywane w postaci ciągów liczb szesnastkowych lub binarnych. Posługiwanie się tym językiem jest bardzo trudne.

Asembler – to język symboliczny, w którym instrukcje mają postać nazwy symboliczne. Jednej instrukcji symbolicznej odpowiada jedna instrukcja maszynowa. Program asemblerowe są bardziej zrozumiałe dla człowieka niż maszynowe. Języki asemblerów także są różne dla różnych typów komputerów, ale mają pewne cechy wspólne

Języki wysokiego poziomu – podstawowe cechy to niezależność od konkretnych typów komputerów, pojedyncze instrukcje opisują złożone czynności, oferują szereg ułatwień w pisaniu programów.

Podział języków wysokiego poziomu:

• Języki proceduralne:

  • FORTRAN

  • ALGOL

  • BASIC

  • PASCAL (starsze wersje)

  • C

• Języki obiektowe:

  • C++

  • VISUAL BASIC

  • JAVA

  • ADA

  • PASCAL

  • SMALLTALK

  • LISP

Translatory:

PROGRAM W JĘZYKU A → TRANSLATOR → PROGRAM W JĘZYKU B

Translator – to program narzędziowy służący do tłumaczenia programów z jednego języka programowania na inny. W szczególności program, aby był wykonywalny, musi być przetłumaczony na język maszynowy.

Kompilator

PROGRAM ŹRÓDŁOWY → KOMPILATOR → PROGRAM WYNIKOWY

Kompilator – program tłumaczący z języka wysokiego poziomu (źródłowy) na język maszynowy (wynikowy)

Program źródłowy – program w języku wysokiego poziomu, zrozumiałym przez człowieka

Program wynikowy – program w języku maszynowym, wykonywany przez komputer

Interpreter

PROGRAM ŻRÓDŁOWY → INTERPRETER → WYKONYWANIE KOLEJNYCH INSTRUKCJI → PROGRAM ŹRÓDŁOWY

Interpreter – jeżeli w czasie translacji programu jest on jednocześnie wykonywany, to taki translator nazywa się interpreterem

Językiem wejściowym interpretera może być język asembler albo język wysokiego poziomu

PROCES USUCHAMIANIA PROGRAMU

PROGRAM.pas → Kompilacja → PROGRAM.exe

Po skompilowaniu, program wynikowy staje się samodzielnym „bytem” i może być przenoszony na inne komputery i wielokrotnie wykonywany dla różnych danych wejściowych.

Dane w językach programowania

• Dane dzielą się na zmienne i stałe.

• Ich znaczenie jest takie samo jak w matematyce.

• Muszą posiadać nazwę i można im przypisywać wartości.

• Nazwa jest ciągiem znaków. Przykłady nazw: x, Y, alfa, wsp_korelacji, wynik23.

• Stałe nie zmieniają wartości, którą nadaj się im w jednym miejscu programu.

• Zmienne mogą zmieniać wartość w trakcie wykonywania programu.

• Zmienne i stałe mogą być różnych typów

SIECI KOMPUTEROWE

Sieć komputerowa – to komputery połączone ze sobą i zdolne do wymiany danych

Serwery – komputery udostępniające zasoby

Klienci – komputery korzystające z zasobów sieci

Dwa podstawowe typy połączeń sieciowych:

• Klient – serwer

• Klient – klient

Podział Siecie:

• Sieci lokalne (ang. LAN – Local Area Networks) – obejmują mały obszar, rzędu kilkuset metrów

• Sieci miejskie (ang. Man – Metropolitain Area Networks) – obejmują zasięgiem miasto.

• Sieci rozległe (ang. WAN – Wide ) obejmują duży obszar, np. cały kraj. Są połączeniem wielu sieci lokalnych

Topologie LAN

Topologia – sposób połączenia komputerów ze sobą.

Gwiazda

Pierścień

Szyna

Model OSI (Open System Interconnection)

Opracowano wzorcowy model podziału zadania komunikacyjnego na 7 warstw. Każda warstwa realizuje pewne zadanie na rzecz warstwy wyższej i korzysta z usług warstwy niższej

1. Fizyczna

2. Liniowa

3. Sieciowa

4. Transportowa

5. Sesji

6. Prezentacji

7. Aplikacji

Funkcje poszczególnych warstw:

1. Warstwa fizyczna – definicja własności fizycznego nośnika; transmisja bitów

2. Warstwa liniowa – organizowanie bitów w ramki. Nawiązywanie i zamykanie połączeń liniowych

3. Warstwa sieciowa – budowanie, wysyłanie i odbieranie pakietów, adresacja

4. Warstwa transportowa – kontrola i sterowanie kolejnością pakietów.

5. Warstwa sesji – zestawienie połączenia użytkownika z serwerem

6. Warstwa prezentacji – kodowanie/dekodowanie, kompresja/dekompresja danych

7. Warstwa aplikacji – sposób korzystania z sieci przez programy użytkowe

Sprzęt sieciowy

Sprzęt bierny

• Okablowanie

Sprzęt czynny

• Karty sieciowe, modemy

• Wzmacniaki

• Koncentratory

• Przełączniki

• Routery

Światłowody

Światłowód – medium transmisyjne utworzone przez czyste szklane włókno kwarcowe, otoczone nieprzeźroczystym płaszczem wokół centralnie położonego rdzenia.

W światłowodzie współczynnik odbicia światła w płaszczu jest mniejszy niż w rdzeniu, co powoduje całkowite wewnętrzne obicie promienia i teoretycznie bezstratne prowadzenie wiązki światła wzdłuż osi rdzenia.

Protokół IP – adresacja komputerów w sieci

Każdy węzeł sieci ma przypisany 32-bitowy (4 bajty) adres.

Adres składa się z dwóch części:

Adresy IP mogą być zapisywane w różny sposób:

• Notacja binarna 10011100.0001101.0000011101.101010000

• Notacja szesnastkowa 9C.11.10.84

• Notacja dziesiętna 156.17.10.132

Zakres adresowy: 0.0.0.0. do 255.255.255.255 – niektóre adresy są niedozwolone lub służą do specjalnych celów.

Internet

Internet – ogólnoświatowa sieć komputerowa logiczni połączona w jednorodną sieć adresową opartą na protokole IP.

Czynnikami, które spowodowały powstanie sieci Internet stały się:

• Teoria hipertekstu

• Zasada komunikacji pakietowej

TCP/IP i DNS

TCP/IP

Adres IP

DNS

ARPANET 1/2 - powstał jako inicjatywa Departamentu Obrony USA.

HIPERTEKST

Historia Internetu:

Najważniejsze usługi:

Usługi oferowane przez dostawców:

• Hosting stron internetowych www lub serwerów internetowy FTP

• Pocztę elektroniczną na swoim portalu lub serwerze

Przeglądarka internetowa –

Portal internetowy –

Wortal – portal wertykalny

Strona internetowa – dokument utworzony w którejś z odmian języka SGMI. Pobierany z dysku lokalnego komputera bądź serwera internetowego i interpretowany po stronie użytkownika za pomocą przeglądarki.

Cechą charakterystyczną stron WWW jest hipertekstowość i często multimedialność. Część stron internetowych może zawierać w sobie elementy prezentacji stworzonych za pomocą dodatkowych technologii, część tworzona jest dynamicznie w momencie wysłania przez przeglądarkę zapytania do serwera.