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
modelowanie, modele obliczeniowe
wyszukiwanie informacji
przetwarzanie tekstów
grafika komputerowa
symulacja komputerowa
sterowanie procesami wytwórczymi
przetwarzanie wiedzy (szt. inteligencja)
Środki techniczne inf.:
Klasyfikacja środków technicznych:
Podział komputerów ze względu na jakość danych:
analogowe (sygnał ciągły)
cyfrowe (sygn. w postaci binarnej)
hybrydowe
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)
Podział komputerów ze względu na przeznaczenie
do przetwarzania danych
do obliczeń numerycznych
do sterowania procesami wytwórczymi
Podział komp. ze wzgl. na moc obliczeniową
mikrokomputery PC
minikomputery
średnie komputery
duże komputery
superkomputery
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):
Dane i program znajdują się w pamięci.
Do obliczeń stosuje się system dwójkowy.
Działaniem steruje sekwencja rozkazów.
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
dysk magnetyczny
do odczytu zapisu
poj. 128 MB - 1350 MB
standard 3,5''
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.
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)
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
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)
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
Sieć lokalna (LAN - Local Area Network)
Umożliwia połączenie kilkudziesięciu do kilkuset komp. rozmieszczonych na obszarze do kilku km.
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)
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
Ethernet - dla sieci lokalnych; wydajna i tania; transmisja 10 MB/s i topologia magistrali lub gwiazdy; nośnik - koncentryk lub skrętka
FAST ETHERNET - transmisja 100 Mb/s; dł. Połączeń do 100 m.; nośnik - skrętka
TOKEN RING - topologia pierścienia; droga ; transmisja 4-16 Mb/s; nośnik - skręcona para kabli
FDDI -nowoczesna i bardzo szybka transm. 100 Mb/s; nośnik - światłowód; w sieciach MAN- podwójny pierścień łączący sieci lokalne - Fiber Distributed Data Interface
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
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:
definicja zadania - określa się, co ma być zrobione, sformułowanie problemu, wpływ na ostatnią fazę
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.
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.
Opracowanie algorytmu - określenie operacji oraz kolejności ich wykonania, aby osiągnąć jakikolwiek cel.
Kodowanie programu - prawidłowo opracowany algorytm stanowi podstawę do napisania programu - kodowanie.
Testowanie programu - każdy program musi być zweryfikowany, przetestowany. Najpierw testuje osoba, która napisała program, później użytkownik.
Sporządzenie dokumentacji - może być to dokumentacja na poziomie użytkownika (instrukcja obsługi) bądź dokumentacja techn., bardziej szczegółowa.
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.