INFORMATYKA

1.Podstawowe pojęcia:

Informatyka- elektroniczne przetwarzanie danych- (nauka)dyscyplina naukowa, która wytworzyła pojęcia metody i techniki budowania złożonych systemów gromadzenia, przetwarzania, przedstawiania i przekazywania informacji i wiedzy w postaci symbolicznej. Informatyka pomaga opisywać oraz interpretować złożone systemy i procesy za pomocą wytworzonych przez siebie pojęć, a także tworzy podstawy właściwego użytkowania komputerów i innych narzędzi informatycznych.

Informacja- wielkość abstrakcyjna, która może być przechowywana w pewnych obiektach, przesyłana między pewnymi obiektami, przetwarzana w pewnych obiektach i stosowana do sterowania pewnymi obiektami, przy czym przez obiekty rozumie się organizmy żywe urządzenia technicznego oraz systemy takich obiektów.

Dane- reprezentacja określonej informacji nadająca się do przechowywania, przesyłania, wykonywania na nich działań logicznych i matematycznych.

Wiedza- dane wraz z regułami wnioskowania (baza wiedzy).

Przetwarzanie danych- przekształcanie treści i postaci danych przez wykonywanie działań operacji matematycznych i logicznych.

System komputerowy- układ wzajemnie ze sobą powiązanych elementów sprzętu - środki techniczne.

2. Przedmiot i metody inform.

Przedmiotem informatyki jako samodzielnej nauki jest całokształt problematyki związanej z wprowadzaniem, przechowywaniem, przekształcaniem i udostępnianiem, czyli ogólnie przetwarzaniem informacji (metody, środki techniczne i organizacyjne związane z przetwarzaniem informacji).

Podstawowe działy informatyki:

• Struktury danych i modele ich przekształceń

• Systemy przekształcania informacji

• Metody wykorzystania maszyn cyfrowych

Informatyka obejmuje:

1.Teorie informatyczne

• T. przetwarzania informacji

• t. systemów informacyjnych

• t. systemów komputerowych

• t. algorytmów

• t. struktur danych

• t. programowania

2. Inżynierię i konstrukcję środków technicznych

• programowanie

• budowa i metody oceny sprzętu komputerowego

• sposoby transmisji danych na odległość

3. Zastosowania informatyki w różnych dziedzinach działalności ludzkiej

Metody informatyki:

• metody organizacji struktur danych

• metody programowania

• metody inżynierii i konstrukcji środków technicznych informatyki

• metody dla klas problemów informatycznych

1. modelowanie, modele obliczeniowe

2. wyszukiwanie informacji

3. przetwarzanie tekstów

4. grafika komputerowa

5. symulacja komputerowa

6. sterowanie procesami wytwórczymi

7. przetwarzanie wiedzy (szt. inteligencja)

Środki techniczne inf.:

Klasyfikacja środków technicznych:

1. Podział komputerów ze względu na jakość danych:

• analogowe (sygnał ciągły)

• cyfrowe (sygn. w postaci binarnej)

• hybrydowe

2. Podział komp. ze względu na technikę realizacji

• generacja 0 (przekaźniki 1994 - MARK)

• gen.1 (lampy, 1946 - ENIAK)

• gen. 2 (tranzystory, 1959 - PDP 1, IBM 1401)

• gen. 3 (układy scalone małej i średniej skali integracji, 1964 - IBM 360)

• gen. 4 (układy scalone dużej i wielkiej skali integracji, 1971 - pierwszy mikroprocesor firmy INTEL)

• gen.5 (neurokomputery)

3. Podział komputerów ze względu na przeznaczenie

• do przetwarzania danych

• do obliczeń numerycznych

• do sterowania procesami wytwórczymi

4. Podział komp. ze wzgl. na moc obliczeniową

• mikrokomputery PC

• minikomputery

• średnie komputery

• duże komputery

• superkomputery

5. Reprezentacja danych w systemie komputerowym:

Reprezentacja dyskretna

Znak → alfabet → informacja

Alfabet dwusymbolowy (0,1)

BIT (binary digit) →alfabet dwusymbolowy (binary) → reprezentacja liter, cyfr, znaków specjalnych, liczb.

BIT- jest to najmniejsza jednostka informacji równej ilości informacji zawartej w komunikacie o wystąpieniu jednej z dwóch możliwości.

Jest najmniejszą jednostką pojemności pamięci równej pojemności układu mogącego przyjmować dwa stany, dwie wartości umowne oznaczone jako 0 i 1

Reprezentacja znaku

• Słowo maszynowe - skończony ciąg cyfr binarnych o ustalonej długości zależnej od architektury komputera

• System BCD (binary coded decinals). Kod 6-bitowy (max 64 znaki) - pozwalał na zapis 26 liter, 10 cyfr, 20 znaków specjalnych.

• 8-bitowe słowo maszynowe (kod ASCII)

1B (byte) = 8 bit

kod 8-bitowy pozwala na zapis 256 znaków.

Reprezentacja liczb

• binarna

stałoprzecinkowa (o określonym rzędzie wielkości)

zmiennoprzecinkowa - zapisywana w postaci mantysy (np. l = m.*2c)

• zapis w systemie

1.dwójkowym (-binarny)

2. ósemkowym (cyfry 0-7)

3. szesnastkowym (0-9, A, B, C, D, E, F)

4. dziesiętnym kodowanym dwójkowo, np. liczba 15 w postaci: 1-0001, 5-0101

6. Koncepcja komputera typu instruction flow wg postulatów J. Von Neumanna

Podsystemy struktury techn. zestawu komp.

1.Podsystem przygotowania i wprowadzania danych

2. Podsystem przetwarzania i przechowywania danych

3. Podsystem wprowadzania danych

4. Podsystem transmisji danych

Podsystemy typu instruction-flow

Postulaty J von Neumanna (1945):

1. Dane i program znajdują się w pamięci.

2. Do obliczeń stosuje się system dwójkowy.

3. Działaniem steruje sekwencja rozkazów.

4. W strukturze stosuje się 3 podstawowe bloki: pamięć, procesor, wejście/ wyjście.

Schemat zestawu komp.

Jednostka centralna:

Pamięć operacyjna → Procesor (układ sterowania, arytmometr, zespół rejestr.) → Kanały wejścia / wyjścia

↓ ↓ ↓

urządz. urządz. urządz.

zewn. pamięci transmisji

we/wy zewn. danych

1.Jednostka centralna - wykonuje główne czynności sterujące i obliczeniowe (sterowanie pracą wszystkich urządzeń wchodzących w skład zestawu komputerowego oraz przetwarzanie danych wg określonego algorytmu-programu)

∗ Procesor - Umożliwia realizację kolejnych rozkazów programu

• Układ sterowania

• Układ arytmometru

• Zespół rejestrów

Typy:

• CISC (Complex Instruction Set Computer)

• RISC (Reduced Instruction Set Computer)

∗ Pamięć operacyjna - przechowuje program oraz dane aktualnie potrzebne w procesie przetwarzania

• ROM (Raed Only Memory) - tylko do odczytu

• RAM (Random Access Memory) - do odczytu i zapisu

∗ Kanały (układy) we / wy -

umożliwiają sterowanie przepływem danych pomiędzy pamięcią operacyjną i procesorem a urządzeniami zewnętrznymi

2. Urządzenia zewn. we / wy ( klawiatura, monitor, drukarka)

3. Urządzenia pamięci zewn.(dysk twardy, dyskietka, CD, ...

4. Urządzenia transmisji danych (modemy, koncentratory, routery)

BLOKI FUNKCJONALNE KOMPUTERA

[CPU] Procesor - najszybsza część komputera. Równoległość: pipeline, superscalar.

[M.] Pamięć - zawsze wolniejsza od procesora. Przyspieszenie: interleaving, cache.

[I/O] Wejście/ wyjście - wąskie gardło systemu. Wczesne wynalazki: kanały we/ wy (DMA), przerwania.

Przetwarzanie:

• Szeregowe

• Potokowe (pipeline)

• Wielopotokowe (superscalar)

7. Budowa komputera

Komputer działa na zasadzie przekształcania inf. W liczby, które jednostka centralna (CPU) przetwarza zgodnie ze swoim oprogramowaniem, a następnie podaje informacje w formie zrozumiałej dla użytkownika. Jednostka centralna zawiera mikroprocesor, stacje dysków, gniazda rozszerzające oraz porty do podłączania innych urządzeń. Stacja dysków to urządzenie, które pozwala na zapisanie programów i bezpieczne ich przechowanie nawet wówczas, gdy komputer jest wyłączony. Monitor jest jednym z urządzeń wyjściowych, pokazuje on informacje, przetworzone przez komputer. Klawiatura to urządzenie wejściowe, pozwala użytkownikowi wprowadzić informacje, rozkazy, tekst i wartości liczbowe do komputera. Myszka to urządzenie wejściowe. Przesuwając myszką po stole użytkownik może wybierać i przemieszczać obiekty na ekranie monitora i w ten sposób obsługując komputer. Spełnia funkcje podobne do klawiatury. Modem umożliwia podłączenie komputera do linii telefonicznej oraz porozumiewanie się komputerów między sobą. Urządzenie to moduluje dane zapisane w postaci cyfrowej na sygnał analogowy przesyłany kablem telefonicznym. Zainstalowany po drugiej stronie linii tel. Modem dokonuje operacji odwrotnej, demodulując sygnał analogowy z powrotem na zapis cyfrowy. Nazwa urządzenia jest skrótem słów „Modulacja/ DEModulacja”

ROM RAM magistrala

Mi

kro- adresowa

Pro- danych

Ce sterująca

Sor

Urządzenia we/wy

Urzadzenia zewn.

8.Pamięci.

a) pamięć operacyjna (wewnętrzna)

• ROM - przechowywanie podstawowej instrukcji umożliwiającej włączenie komputera. Ma poj. Z rzędu kilku kbayte'ów

• RAM - realizacja i przetwarzanie zadań. Poj. Z rzędu MB.

• PROM - programowalne

• EPROM - programowalne z możliwością skasowania zawartości i wprowadzenia nowej

• DRAM ⇒ kasowanie z

• SRAM ⇒ chwilą wyłą-

czenia komputera.

b) pamięć kieszeniowa

(cache memory) inaczej zwana buforową, optymalizuje komunikację procesora z pamięciami, a tym samym szybkość pracy komputera. Może wystąpić:

• W procesorze (najszyb.)

• Na płycie głównej

• W sterownikach napędów urządzeń zewn.

• Fragment pamięci operacyjnej PAO (RAM) (rozwiązanie najmniej skuteczne)

c) pamięć zewnętrzna

(masowa)

• Taśmowa

Nośnik-taśma magnetyczna

Streamer- urządzenie kopiujące zawartość dysku na taśmę. Celem jego stosowania jest zabezpieczenie danych przechowywanych w systemie przed utratą. Do takiej pamięci istnieje dostęp sekwencyjny, tzn. w określonym miejscu znajduje się program, aby skrócić średni czas dostępu musimy non - stop te taśmy przewijać.

• Dyskowa

Czas dostępu jest krótszy od taśmowej.

a) dysk elastyczny FDD (Floppy Disc Drive); standardy:

5,25'' - poj. 1,2 MB 360kB

3,5'' - poj. 1,44 MB 720kB

b) dysk twardy HDD (Hard Disc Drive)

• poj. 200 MB - 4 GB

• czas dostępu ok. 12 ms

• sterowniki IDE, EIDE, SCSI

3. dysk magnetyczny

• do odczytu zapisu

• poj. 128 MB - 1350 MB

• standard 3,5''

4. dysk optyczny CD-ROM (Compact Disc Rom)

• tylko do odczytu

• poj. 550 MB

• czas dostępu poniżej 300 ms (milisekund)

WORM (Write Once Read Multiply) - do odczytu i dopisywania danych przez uzytkownika. Poj. 150 - 800 MB

DVD-ROM (Digital Versalite Disc) - dyski optyczne, poj. Ponad 17 GB

10. Urządzenia zewnętrzne.

1.Klawiatura - standard QWERTY - urzadz. Wejścia; zadane: komunikacja z systemem komp. (wprow. Danych)

2. Monitor - urządz. Wyjścia; zadanie: mono/color, rozdzielczość, wielkość przekątna ekranu.

3. Mysz - zadanie: komunikacja z systemem komp., pracuje z graficznym interfejsem użytkownika, odmiany: trackball, trackpad.

5. Drukarka - rodzaje:

- mozaikowa - dot. Matrix (9 i 24 igłowe); głowica zawiera określoną liczbę igieł, igły uderzają w taśmę barwiącą i powstają znaki

- atramentowa - (-ink, -jet), jak mozaikowa, zamiast igieł-

dysze.

- termiczna - (thermal); jak mozaikowa, igły są podgrzewane

- laserowa - (laser jet); działa na zasadzie kserokopiarki. Nanoszone są ładunki elektrostatyczne, termiczny proces utrwalania barwnika

Parametry:

• Czarno-białe i kolorowe

• Szerokość wałka (10', 15')

• Prędkość (cps - liczba znaków na sekundę, czas (s) drukowania jednej strony liczba stron na minutę)

• Gęstość drukowania (cps - liczba znaków na cal, dpi - liczba punktów na cal)

• Jakość wydruku (draft- wydruk szybki jednokrotny, NLQ- wydruk dwukrotny wiersza, dokładny)

6. Ploter (autokreślarka) - urządzenie do kreślenia rysunków, tryb pracy wektorowy (rysuje linie miedzy zadanymi punktami)

• ploter stołowy - głowica umieszczona na dwóch osiach

• ploter rolkowy (wyżymaczka) - głowica na 1 osi

Parametry:

• jednobarwny, kolorowy

• format A4 - A0

• szybkość kreślenia [mm/ s] - szybkość przesuwu pisaka

• dokładność [mm/ krok] - dokładność trafienia we współrzędne

7. Skaner

Urządz. Przetwarzające grafikę (rysunki, fotografie) z postaci analogowej do postaci cyfrowej

• skaner ręczny - przemieszcza się po kartce, głowica rejestruje punkty

• skaner stacjonarny - głowica automatycznie przemieszcza się po kartce

Parametry:

• czarno-białe (z odcieniami szarości), kolorowe

• skala szarości (e/ w 8, 16, 64, 256 stopni)

• rozdzielczość

• szerokość skanowania

• szybkość skanowania

• długość skanowania - zależy od bufora pamięci

Zastosowanie:

• prace czysto graficzne

• łączenie tekstu z ilustracjami DTP

• rozpoznawanie pisma (OCR -Optical Charakter Recognition - optyczne rozpoznawanie znaków)

8. Digitalizator (Digitizer)

Elektroniczna deska kreślarska. Urządzenie przetwarzające wektorowo grafikę (rysunki) do postaci cyfrowej; do wskazywania punktów na płaszczyźnie stosowane są celowniki, wskaźniki lub pisaki

Dyskretyzatory - służą do tworzenia map wektorowych (nawigacyjnych, lądowych).

Pliki zawierające mapy w postaci wektorowej zawierają mniej miejsca niż w postaci skanowanej.

11. Sieci komputerowe

Sieci komputerowe stosowane od początku lat 50. Wykorzystywano je ze względu na to, że komputery były drogie.

Sieć teleprzetwarzania - zespół środków techn. i oprogramowania, rozmieszczonych na pewnym obszarze, połączonych siecią transmisji danych w celu umożliwienia użytkownikom sieci wspólnego korzystania z zasobów sieci.

Podział sieci teleprzetwarzania ze wzgl. na lokalizację przetwarzania zadań użytkowników:

• scentralizowana (jeden system komputerowy)

• zdecentralizowana (dwa lub więcej oddalonych od siebie systemów komp., w których każdy z użytkowników może korzystać z zasobów poszczególnych komputerów sieci.

12a. Układy topologiczne

Topologia - fizyczny, geometryczny układ kabli i połączeń urządzeń współpracujących w sieci.

Podstawowe układy topologiczne sieci:

• gwiazda (star)

• pierścień (ring)

• magistrala (bus)

• drzewo (tree)

• fizyczna gwiazda - logiczna magistrala

• fizyczna gwiazda - logiczny pierścień

pierścień w układzie gwiazdy

Segment sieci - każda podrzędna sieć większej sieci komp.

Łączenie sieci - za pomocą mostów (bridge), bramek (gateway), przełączników (swich), routerów.

12b. Typy sieci komputerowych

1. Sieć lokalna (LAN - Local Area Network)

Umożliwia połączenie kilkudziesięciu do kilkuset komp. rozmieszczonych na obszarze do kilku km.

2. Sieć regionalna (MAN - Metropolitan Area Network)

(metropolitana - na terenie dużych miast i pomiędzy nimi); sieć złożona łącząca ze sobą sieć komp. w dużych aglomeracjach, umożliwia szybką transmisję danych (duża ilość szybkich łączy)

4. Sieć rozległa (WAN - Wide Area Network)

Łączy komp. odległe od siebie o setki km.

5) Sieć globalna (GAN - Global Area Network)

Sieć złożona, obejmujaca obszary kontynentów, łącząca typy wszystkich wymienionych wcześniej sieci.

Sieć złożona - sieci lokalne (segmenty) sprzężone między sobą bezpośrednio lub za pośrednictwem sieci rozległej.

13. Standardy sieci

1. Ethernet - dla sieci lokalnych; wydajna i tania; transmisja 10 MB/s i topologia magistrali lub gwiazdy; nośnik - koncentryk lub skrętka

2. FAST ETHERNET - transmisja 100 Mb/s; dł. Połączeń do 100 m.; nośnik - skrętka

3. TOKEN RING - topologia pierścienia; droga ; transmisja 4-16 Mb/s; nośnik - skręcona para kabli

4. FDDI -nowoczesna i bardzo szybka transm. 100 Mb/s; nośnik - światłowód; w sieciach MAN- podwójny pierścień łączący sieci lokalne - Fiber Distributed Data Interface

5. ATM - nowoczesna i bardzo szybka transm. 150 Mb/s - 16 Gb/s; tpologia gwiazdy - uszkodzenie jednej gałęzi nie wpływa na funkcjonowanie pozostałych - Asynchronous Transfer Mode

6. FR - oparta na technologii przesyłania ramek; transm. 45 Mb/s; protokół transportowy w trybie pakietowym - Frame Relay

Korzyści z pracy w sieci:

• Oszczędniejsze konfiguracje stacji roboczych dyski, drukarki)

• Dostęp do programów zgromadzonych na serwerze

• Komunikacja między użytkownikami: przesyłanie komunikatów, poczta elektroniczna

• Wymiana danych

• Dzielenie danych

• Dostęp do dużych mocy obliczeniowych

• Przetwarzanie rozproszone

17. Fazy programowania

Program określa, jakie operacje, w jakiej kolejności i na jakich danych mają być wykonane, aby osiągnąć zamierzony rezultat.

Fazy:

1. definicja zadania - określa się, co ma być zrobione, sformułowanie problemu, wpływ na ostatnią fazę

2. analiza problemu - należy zastanowić się, czy dane zadanie, problem jest możliwy w danych warunkach do rozwiązania, czy dane okażą się wystarczające. Na podstawie tej fazy wprowadza się korekty do fazy 1.

3. Wybór metody rozwiązania - jest bardzo istotny dla efektu końcowego. Należy określićc z jaką dokładnością będą dokonywać obserwacji danego obiektu i czy czas będzie zgodny z czasem rzeczywistym z komputera.

4. Opracowanie algorytmu - określenie operacji oraz kolejności ich wykonania, aby osiągnąć jakikolwiek cel.

5. Kodowanie programu - prawidłowo opracowany algorytm stanowi podstawę do napisania programu - kodowanie.

6. Testowanie programu - każdy program musi być zweryfikowany, przetestowany. Najpierw testuje osoba, która napisała program, później użytkownik.

7. Sporządzenie dokumentacji - może być to dokumentacja na poziomie użytkownika (instrukcja obsługi) bądź dokumentacja techn., bardziej szczegółowa.

8. Eksploatacja programu - wdrażanie programu, konserwacja, sprawdzanie zapisów, itd.

18. Algorytmy (schematy blokowe)

Algorytm - dokładny przepis wykonania określonych czynności wg ustalonego porządku, pozwalający na rozwiązanie zadania. Zbiór określonych reguł postępowania o ustalonej kolejności ich wykonania, który umożliwia rozwiązanie zadania.

Schematy blokowe:

a) liniowe - najprostsze; operacje wykonywane są je

dna po drugiej.

b) z rozwidleniami - przynajmniej 1 blok warunkowy, wówczas wykonujemy operacje w gałęzi TAK bądź NIE

c) z cyklem - nieznana jest liczba powtórzeń czynności w tzw. Pętli

d) z iteracją - liczba powtórzeń jest ściśle dana.

19. Generacje języków programowania

1 Generacja:

- jęz. Wewnętrzny - zawierający informacje o kodzie binarnym (b. Szczegółowe); w praktyce nie programuje się w jęz. Wewn.

2 Generacja:

- jęz. Symboliczne (typu asembler) - poszczególne rozkazy prezentowane są za pomocą kodów literowych, odpowiadającym danym operacjom; stosowane są gdy programiście zależy na wykorzystaniu całej mocy obliczeniowej komp.

3 Generacja:

- jęz. Proceduralne (Pascal, Basic,...): zorientowane obiektowo, zorientowane na zagadnienia zastosowań szt. inteligencji (LIPS, Prolog), zorientowane na rozw. Specjalnych problemów obliczeniowych (SIMULA, GPSS, Dynamo)

- uniwersalne: do celów nauk badawczych, do obliczeń numerycznych, do przetwarzania danych ekonomicznych, do zastosowań ekonom.- administracyjnych, ogólnego przeznaczenia

• specjalizowane

4 Generacja:

- do obsługi baz danych (Informix, Progress)

- jęz. Nieproceduralne (SQL)

5 Generacja:

- podzbiory jęz. Naturalnych z oprogramowaniem umożliwiającym interpretację i wykonanie poleceń wyrażonych w takim języku.

---