Podstawy technik informatycznych i komunikacyjnych

Transkrypt

1 Podstawy technik informatycznych i komunikacyjnych Cel: Zdobycie wiedzy w zakresie: pojęcia hardware, czynników, które mogą wpłynąć na wydajność komputera oraz pojęcia urządzeń peryferyjnych, pojęcia software, w tym równieŝ dotyczącego powszechnych aplikacji oraz oprogramowania systemów operacyjnych, sieci komputerowych oraz róŝnych sposobów łączenia się z Internetem, pojęcia Technik Informacyjnych i Komunikacyjnych (ICT), łącznie z przykładami i ich praktycznym zastosowaniem w codziennym Ŝyciu, zagadnień związanych z bezpieczeństwem i higieną pracy przy uŝyciu komputerów, zagadnień związanych z ochroną bezpieczeństwa uŝytkowania komputera, zagadnień prawnych związanych zuŝytkowaniem komputera. 1. Pojęcia podstawowe 1.1. Sprzęt, oprogramowanie, technologia informacyjna Cel: Rozumienie pojęć: sprzęt (hardware), oprogramowanie (software), technologia informacyjna (IT). Sprzęt (hardware) Sprzęt (ang. hardware) to zestaw fizycznych komponentów komputera, w skład których wchodzą m.in.: urządzenia wewnętrzne, nośniki danych, akcesoria, urządzenia peryferyjne, itp.. Hardware tworzy warstwę techniczną, która jest odpowiedzialna za fizyczną realizację oprogramowania, zainstalowanego w danym systemie. Oprogramowanie (software) Oprogramowanie (ang. software) to zestaw odpowiednio zakodowanych instrukcji, których zadaniem jest wykonywanie określonych zadań w systemie komputerowym. Oprogramowanie dzieli się na dwie zasadnicze grupy: oprogramowanie podstawowe oraz oprogramowanie uŝytkowe. Zadaniem oprogramowania podstawowego jest wykonywanie zadań systemowych w komputerze. Oprogramowanie uŝytkowe jest przeznaczone do realizacji zadań związanych z codzienna pracą lub rozrywką uŝytkownika. Technologia informacyjna (IT) Technologia informacyjna (ang. Information Technology) - dziedzina wiedzy obejmująca swym zasięgiem informatykę, telekomunikację oraz technologie związane z informacją. Dostarcza ona uŝytkownikowi narzędzi, za pomocą których moŝe on pozyskiwać informacje, selekcjonować je, analizować, przetwarzać, zarządzać i przekazywać innym. Według M. Sysły technologia informacyjna to zespół środków (czyli urządzeń, takich jak komputery i sieci komputerowe) i narzędzi (w tym oprogramowanie), jak równieŝ inne technologie, które słuŝą wszechstronnemu posługiwaniu się informacją. TI obejmuje więc 1

2 swoim zakresem m.in.: informację, komputery, informatykę i komunikację. Współczesna technologia informacyjna wyrosła na komputerach, a jej decydujące znaczenie dla Ŝycia społeczeństw upowaŝnia do nazwania jej technologią, która definiuje koniec XX wieku jako erę informacji i jej technologii Typy komputerów Cel: RóŜnice pomiędzy komputerami typu: mainframe, stacja robocza, PC, laptop, notebook, PDA ze względu na szybkość pracy, wydajność, koszt i rodzaje uŝytkowników. W 1946 roku John Mauchly i John Presper Eckert (USA) zaprojektowali i wykonali uznawany za pierwszy w pełni elektroniczny, cyfrowy komputer ogólnego przeznaczenia o nazwie ENIAC 1 (ang. Electronic Numerical Integrator and Computer). Od tego czasu skonstruowano wiele generacji komputerów, znacznie przewyŝszających mocą obliczeniową ENIAC-a. Współcześnie mamy do czynienia z wieloma typami maszyn cyfrowych, które róŝnią się szybkością pracy, wydajnością, kosztami zakupu i uŝytkowania, przeznaczeniem, sposobem obsługi, a takŝe rozmiarami. PoniŜej przedstawiono charakterystykę wybranych rodzajów komputerów, róŝniących się typem zastosowań. Superkomputery Superkomputery to urządzenia o wielkiej mocy obliczeniowej mierzonej w TFLOPSach (TFLOPS = bilion operacji na sekundę). Zwykle są to wielkie układy komputerowe połączone sieciami o olbrzymich przepustowościach, które tworzą tzw. klastry. Superkomputer zawiera od kilkuset do kilkunastu tysięcy równolegle pracujących procesorów. Maszyny tego typu znajdują zastosowanie w wojsku, fizyce, meteorologii, ekonomii, przemyśle lotniczym i samochodowym. Jednym z najmocniejszych obliczeniowo superkomputerów jest Roadrunner, zbudowany przez IBM dla amerykańskiego Departamentu Energii. Moc obliczeniowa tego urządzenia wynosi powyŝej 1 PFLOPS-a (1000 TFLOPS-ów). Roadrunner zbudowany w oparciu o mikroprocesorów jest wykorzystywany do symulacji procesów występujących w przemyśle energetycznym. Fot Superkomputer Roadrunner (Ŝródło: 1 John Mauchly ( ) i John Presper Eckert ( ) byli głównymi projektantami komputera ENIAC, który ujrzał światło dzienne w 1946 roku. Jest on uznawany za pierwszy w pełni elektroniczny, cyfrowy komputer ogólnego przeznaczenia. Zbudowano go z wykorzystaniem lamp próŝniowych, zajmujących powierzchnię 167 m 2, waŝących 30 ton i pobierających 174 kilowaty energii. Pamięć ENIAC-a mieściła około l 000 bitów informacji (około cyfrowych liczb w systemie dziesiętnym), zaś do przechowywania danych wykorzystywane były karty perforowane. ENIAC skrócił czas wykonywania operacji (obliczenia na rzecz wojska) z 20 godzin do 30 sekund. 2

3 Najszybszym superkomputerem w Polsce jest Galera z Centrum Informatycznego TASK w Politechnice Gdańskiej z mocą obliczeniową rzędu 50 TFLOPS. Fot Suprkomputer Galera (autor: Karol Zal Zalewski, wikipedia.pl) Mainframe Mainframe (ang. od main główny + frame system ) jest to maszyna cyfrowa o bardzo duŝej mocy obliczeniowej (z reguły tego typu urządzenia pozwalają na wykonywanie zaawansowanych obliczeń numerycznych z szybkością rzędu kilku lub kilkudziesięciu bilionów operacji na sekundę), przeznaczona do równoczesnej obsługi tysięcy uŝytkowników sieci komputerowej. Mainframe pozwala na uruchomienie kilkudziesięciu aplikacji równocześnie lub wykonywanie bardzo skomplikowanych i czasowo zachłannych algorytmów m.in. w obliczeniach z fizyki jądrowej, czy teŝ symulacji meteorologicznych. Fot Komputer z800 typu mainframe firmy IBM (autor: Christian Maureder) Komputery typu mainframe nie naleŝą do najszybszych maszyn cyfrowych na świecie. Palmę pierwszeństwa dzierŝą tzw. superkomputery, przeznaczone do bardzo skomplikowanych i czasochłonnych obliczeń np. zjawisk pogodowych. Superkomputery od mainframe-ów odróŝnia to, Ŝe są przeznaczone do obsługi tylko jednej lub kilku aplikacji, wykonywanych z ogromna szybkością. (kilkaset TFLOPS-ów). 3

4 Stacja robocza Jest to odmiana komputera wyposaŝona w procesor, charakteryzujący się duŝą mocą obliczeniową. Stacja robocza posiada od jednego do kilku procesorów (najczęściej 64 bitowych klasy RISC), pamięć masową o duŝej pojemności (obecnie pow. 1 TB), pamięć RAM o pojemności dochodzącej do 32GB oraz wysokowydajną kartę graficzną. Uzupełnieniem takiego zestawu jest monitor wysokiej klasy (obecnie LCD), o duŝej rozdzielczości (np.: 1600x1200 pikseli) i przekątnej ekranu powyŝej 19 cali. Stacje robocze wykorzystywane są do tworzenia profesjonalnej grafiki, animacji telewizyjnych, do prac inŝynierskich w systemach CAD, itp.. Fot Stacja robocza SGI 02 firmy Silicon Graphics (autor: Fabrice Philibert- Caillat) PC Komputer osobisty (ang. Personal Computer) jest przeznaczony do indywidualnego wykorzystywania przez pojedynczego uŝytkownika. Pierwszy komputer osobisty na świecie skonstruowano w USA w 1976 roku. Przedsięwzięcia tego dokonali S. Jobs oraz S. Woźniak, swój komputer (8-bitowy) przeznaczony dla indywidualnego uŝytkownika nazwali Apple I, a firmę która zaczęła go produkować Apple Computers. Fot Komputer Apple I (źródło: Komputer osobisty jest najbardziej rozpowszechnionym rodzajem komputera na świecie. WyposaŜony jest w podobne podzespoły jak stacja robocza, jednakŝe ustępuje jej wydajnością przetwarzania danych. Cena komputera osobistego jest znacznie niŝsza od stacji roboczej. Popularne PC-ety wykorzystuje się głównie do prac biurowych, mniej skomplikowanych obliczeń, ale równieŝ do edukacji, rozrywki (gry komputerowe), 4

5 korzystania z Internetu, słuchania muzyki czy oglądania filmów video. Na początku XXI wieku komputer osobisty stał się urządzeniem na równi popularnym z powszechnie stosowanymi urządzeniami AGD. Nic więc dziwnego, Ŝe coraz częściej moŝna kupić taki komputer w sklepach handlujących takimi urządzeniami jak pralki czy lodówki. Dzisiaj obok popularnych PC-tów moŝna spotkać komputery klasy PC firmy Apple Computers o nazwie Macintosh. Niestety brak kompatybilności powoduje, Ŝe programy przeznaczone na Macintosh-a nie będą działać na PC-tach i na odwrót. Fot Przykładowy zestaw PC firmy Apple Computers Laptop Laptop 2 (ang. portable computer) to przenośny komputer osobisty, który jest zasilany bateriami lub prądem zmiennym. Komputer ten jest wyposaŝony w zintegrowany ekran ciekłokrystaliczny lub plazmowy. Obecnie tego typu komputery nie są produkowane, poniewaŝ zostały zastąpione przez mniejsze i lŝejsze notebook-i, zasilane wydajnymi akumulatorami i wyposaŝone w ekrany ciekłokrystaliczne. Nazwa laptop jest obecnie zamiennie stosowana z nazwą notebook. Fot Pierwsze komputery przenośne (kolejno od lewej: Grid Compass Computer 1109, Osborne I, Macintosh Portable) (źródło: Notebook Notebook jest komputerem osobistym o mniejszych wymiarach i wadze niŝ laptop, wykorzystywany do pracy w warunkach pełnej mobilności. W pierwotnych załoŝeniach komputer ten miał mieć powierzchnię nie większą niŝ kartka formatu A4, jednakŝe 2 Przodkami laptopów były komputery przenośne, np. Osborne 1 czy Macintosh Portable. Z powodu zastosowania w nich akumulatorów kwasowo-ołowiowych komputery te waŝyły od 9 do 14 kg. Pierwszym oferowanym komercyjnie laptopem był Grid Compass Computer W roku 1979 zaprojektował go William Moggridge dla Grid Systems Corporation. Komputer ten był uŝywany w programie NASA dotyczącym promów kosmicznych we wczesnych latach 80-tych. Komputer miał 340kB RAM, obudowę ze stopu magnezu oraz podświetlany wyświetlacz. W USA kosztował 800 dolarów. 5

6 współcześnie moŝna spotkać egzemplarze z ekranami 15 i 17. Waga tych przenośnych komputerów nie przekracza zazwyczaj 3 kg, a czas ciągłej pracy akumulatorów (najczęściej litowo-jonowe) bez doładowywania dochodzi nawet do 8 godzin. Mocą obliczeniowa współczesne notebook-i nie ustępują stacjonarnym komputerom klasy PC, jednakŝe kosztują wówczas znacznie więcej. SprzedaŜ tego typu urządzeń wzrasta z roku na rok, a w niektórych krajach zrównała się z poziomem sprzedaŝy stacjonarnych komputerów klasy PC. Czołowymi producentami notebook-ów na świecie są firmy: HP, IBM, Compaq, Dell, Toshiba, Acer, Fujitsu-Siemens, Sony, a w Polsce Action z modelami o nazwie Actina. Fot Notebook firmy Fujitsu-Siemens Tablet PC Tablet PC podobnie jak notebook naleŝy do kategorii przenośnych komputerów osobistych. Urządzenia te posiadają ekran dotykowy (najczęściej obracany), których przekątna wynosi 12 lub 14 cali. Tablet PC jest wyposaŝony w funkcje rozpoznawania pisma oraz zawiera klawiaturę ekranową. Pozostałe cechy wyposaŝenia nie odróŝniają go od klasycznych notebook-ów. Tego typu komputery przenośne wykorzystywane są głównie do prac z programami graficznymi. Główne zastosowania to fotografia artystyczna i grafika uŝytkowa. Fot Tablet PC firmy HP Netbook Netbook to mały przenośny komputer typu notebook. Jest przewaŝnie tańszy i lŝejszy od tradycyjnego laptopa przeznaczony do: korzystania z usług internetowych, wideorozmów, 6

7 aplikacji online, prac biurowych. Netbooki posiadają zwykle energooszczędne procesory, np.: Intel Celeron, Intel Atom, VIA C7, VIA Nano. Mają teŝ niewielki, np.: 11,6-calowy ekran, dysk typu SSD lub tradycyjny dysk twardy o pojemności na ogół do 200 GB oraz zmniejszoną klawiaturę. Jego powaŝną wadą jest brak napędów optycznych, co znacznie utrudnia przenoszenie danych pomiędzy komputerami. W zastępstwie płyt DVD i CD moŝna wykorzystać port USB do podłączenia pamięci FLASH. Fot Netbook firmy Asus (źródło: wikipedia.pl) PDA PDA (ang. Personal Digital Assistant) jest to rodzaj przenośnego komputera komputerów bardzo niewielkich rozmiarach (mieści się w dłoni). PDA zwany równieŝ palmtop-em jest funkcjonalnym połączeniem komputera osobistego, kalendarza, notatnika, terminarza, ksiąŝki telefonicznej i adresowej. PDA posiada zainstalowany system operacyjny (np.: Windows Mobile), przy pomocy którego moŝna uruchamiać i obsługiwać edytor tekstów, arkusz kalkulacyjny czy tez przeglądarkę internetową. Palmtop moŝe równieŝ pełnić funkcje telefonu komórkowego, dyktafonu, aparatu fotograficznego. Ostatnio najczęściej uŝywaną funkcją w PDA jest nawigacja satelitarna GPS ( ang. Global Position System). Fot Palmtop firmy Hewlett Packard Telefony komórkowe typu smartphone Smartphone to przenośne urządzenie, które posiada kilka funkcji: telefon komórkowy, przeglądarka poczty elektronicznej, przeglądarka stron WWW, odbiornik GPS, cyfrowy aparat fotograficzny, odtwarzacz multimedialny, kamera wideo. 7

8 W nowszych modelach dostępne są teŝ funkcje typowe dla PDA, jak zarządzanie informacją osobistą (ang. Personal Information Management). Urządzenia tego typu mają moŝliwość pracy z aplikacjami biurowymi, np.: odczytywanie dokumentów biurowych w formatach Microsoft Office lub PDF. Współczesne smartphone-y funkcjonują pod kontrolą dedykowanych systemów operacyjnych, np.: Symbian, Palm OS (opracowany przez PalmSource), Windows CE / Windows Mobile (Microsoft), BREW (Qualcomm) i Linux. Fot iphone firmy Apple (źródło: Porównanie komputerów względu na szybkość pracy, wydajność, koszt i rodzaje uŝytkowników Podstawowym kryterium, które słuŝy do klasyfikacji szybkości komputerów jest szybkość pracy wyraŝona w jednostkach: MIPS (ang. Million Instructions Per Second) milion operacji na sekundę, MFLOPS (ang. Million Floating Points Operations Per Second) milion operacji zmiennopozycyjnych na sekundę. PoniŜej przedstawiono tabelę, w której zamieszczono rankig rodzajów komputerów i osiągane przez nich szybkości obliczeniowe. miejsce typ komputera szybkość 1 Superkomputery PowyŜej 200*10 12 FLOPS 2 Mainfram-y PowyŜej 10*10 12 FLOPS 3 Stacje robocze Od kilku do kilkunastu MFLOPS (MFLOPS = 1*10 9 FLOPS) 4 PC PoniŜej szybkości stacji roboczych 3 5 Notebook/Tablet PC Szybkość porównywalna z komputerami klasy PC. 6 Laptop Ta generacja komputerów przenośnych obecnie nie znajduje się w uŝytkowaniu. 3 Stacje robocze z reguły są kilkakrotnie droŝsze od komputerów osobistych, często ich cena jest porównywalna np. z nowym samochodem. WiąŜe się to z wykorzystaniem droŝszych komponentów, które mają działać szybciej niŝ te powszechnie dostępne. W ostatnich czasach jednak obserwuje się tendencję do zuboŝania stacji roboczych i wykorzystywania w nich standardowych elementów, aby były tańsze i pozyskały sobie większą ilość klientów. Często prowadzi to do tego, Ŝe stacja ma juŝ niŝszą wydajność niŝ komputer osobisty, a mimo to ciągle jest od niego droŝsza. 8

9 7 Netbook Szybkość pracy poniŝej klasycznych komputerów przenośnych typu Notebook 8 PDA / smartphone Szybkość pracy tego rodzaju komputerów jest niŝsza niŝ komputerów PC oraz notebook-ów. JednakŜe nie wydajność obliczeniowa jest ich głównym zadaniem. Urządzenia te stanowią raczej przenośny system gromadzenia i wyszukiwania informacji, których dalszym, wydajnym i szybkim przetwarzaniem mogą zajmować się komputery stacjonarne lub notebook-i. Ich cecha charakterystyczną są rozbudowane funkcje komunikacyjne i multimedialne. Tabela 1.1. Porównanie szybkości obliczeniowej róŝnych typów komputerów Koszt zakupu komputera wraz z oprogramowaniem jest przewaŝnie proporcjonalny do jego szybkości i wydajności. W związku z powyŝszym najdroŝsze w zakupie i eksploatacji są superkomputery i systemy klasy mainframe, na zakup i instalacje których mogą sobie pozwolić ośrodki badawcze z najbogatszych państwa świata. Zakup stacji roboczej, głównie dla studiów filmowych, graficznych i pracowni projektowych pochłania wydatek rzędu od kilku do kilkunastu tysięcy USD. Komputery klasy PC moŝna zakupić w cenie PLN, czyli w granicach od 1 do 2 średnich pensji w RP. Koszt zakupu notebook-a jest zazwyczaj nieco większy, tzn. od 2000 do 10000PLN, w zaleŝności od konfiguracji, zainstalowanego oprogramowania, warunków gwarancji i design-u. Ich mniejsze odpowiedniki klasy Netbook moŝna nabyć za kwotę poniŝej 1000 PLN (najczęściej z zainstalowanym darmowym systemem operacyjnym Linux), Komputery klasy PDA moŝna nabyć juŝ w cenie ok PLN, ale cena najlepiej wyposaŝonych modeli moŝe przekroczyć 3000 PLN. Faktyczny koszt eksploatacji systemów komputerowych nie kończy się na zakupie sprzętu. Nadzy doliczyć wartość licencjonowanego oprogramowania oraz koszty połączeń sieciowych. Relacje kosztów sprzętu do oprogramowania kształtują się obecnie na poziomie 1:4. Istotnym zagadaniem jest przeznaczenie systemu komputerowego dla zainteresowanych grup uŝytkowników. PoniŜsza tabela przedstawia potencjalny sposób wykorzystania róŝnych platform cyfrowych ze względu na potrzeby i zainteresowania odbiorców. typ zastosowań rodzaj komputera Skomplikowane obliczenia, symulacje cyfrowe zjawisk fizycznych superkomputery, mainframe Zaawansowane przetwarzanie grafiki, obliczenia inŝynierskie (MES, symulacja stacje robocze cyfrowa) Prace biurowe, Internet, rozrywka, multimedia komputery PC, notebook-i Grafika komputerowa tablet PC Prace biurowe, internet netbook Mobilne gromadzenie, przetwarzanie informacji, telefonia cyfrowa, systemy GPS PDA / smartphone Tabela 1.2. Przeznaczenie róŝnych typów komputerów 9