Podstawy Informatyki

Transkrypt

1 Podstawy Informatyki Metalurgia, I rok Krzysztof Wilk Katedra Informatyki Stosowanej i Modelowania wilk@metal.agh.edu.pl tel Konsultacje: poniedziałek, ; B-4, pok. 207

2 Podstawy Informatyki PROGRAM ZAJĘĆ Semestr 2: Wykłady: 15 godzin, s. 122 B-4 Ćwiczenia laboratoryjne: 15 godzin zgodnie z rozkładem zajęć - wymiennie

3 Warunki zaliczenia Kolokwia na ćwiczeniach również materiał z wykładów Samodzielnie wykonane programy komputerowe Szczegółowe warunki podadzą prowadzące zajęcia.

4 Program wykładów Historia komputerów i informatyki System UNIX Liczby w komputerze Algorytmy Język C++ Sieci komputerowe

5 Z czego się uczyć? Materiały dydaktyczne (wykład + projekt). Dokumentacja oprogramowania (tzw. HELP). Internet (np. Czasopisma i literatura komputerowa: Dawid Harel, Rzecz o istocie informatyki. T.H. Cormen, C.E. Leiserson, R.L. Rivest, Wprowadzenie do Algorytmów. L. Banachowski, K. Diks, W. Rytter, Algorytmy i struktury danych

6 Czym jest informatyka? Informatyka (computer science, computing science, information technology, informatics) dziedzina nauki i techniki zajmująca się przetwarzaniem informacji w tym technologiami przetwarzania informacji oraz technologiami wytwarzania systemów przetwarzających informacje. Termin informatyka zaproponował w 1968 r. Romuald Marczyński w Zakopanem na ogólnopolskiej konferencji poświęconej maszynom matematycznym na wzór fr. informatique i niem. Informatik.

7 Historia informatyki IV w. p.n.e algorytm Euklidesa (pierwszy niebanalny algorytm), IX w. Muhammed ibn Musa al-kwarizmi - algorytmy dodawania, odejmowania, mnożenia i dzielenia liczb dziesiętnych, 1801 Joseph Jacquard krosno tkackie sterowane dziurkowanymi kartami 1833 Charles Babbage maszyna różnicowa, plany maszyny analitycznej, lata 20. XX w. Alan Turing, Emil Post, Howard Aitken, John von Neumann, Kurt Gödel, Alnzo Church, Stephen Kleene, Andriej Markow teoria algorytmów, teoria obliczeń Claude Shannon teoria informacji (bit), lata 60. XX w. uznanie informatyki za niezależną dyscyplinę akademicką.

8 Historia komputerów, cz p.n.e Abacus, Chiny 1623 Wilhelm Schickard sumator do 6 cyfr, 1642 maszyna obliczeniowa (B. Pascal) 1671 kalkulator mechaniczny (G. Leibniz) 1801 karty perforowane w tkalni (J. Jacquard) 1834 maszyna różnicowa (C. Babbage) 1936 taśma perforowana (K. Zuse) 1941 Konrad Zuse Z3 (600 przekaźników, 513Hz, 64 x 22-bit pamięć), 1943 M.H. Newman i T.H. Flowers Colossus,

9 Historia komputerów, cz MARK 1 (na przekaźnikach), 1946 ENIAC (lampowy), 1948 tranzystor, 1949 UNIVAC - pierwszy komputer produkowany seryjnie, 1959 patent na układ scalony (TI), 1973 K-202 (polski minikomputer) 1974 Intel 8080 (pierwszy mikroprocesor), 1977 Apple II (pierwszy komputer osobisty) 1980 ZX 81 (pierwszy do zabawy) 1983 IBM PC XT (początek ery pecetów)

10 Pascalina

11 Karty perforowane Jacquarda

12 Krosno Jacquarda

13 Tkanina żakardowa

14 Maszyna różnicowa Babbage a Cel: Wykorzystanie metody różnic skończonych do obliczania wartości wybranych funkcji (drukowanie tablic matematycznych) Założenia: Dodawanie liczb 20-cyfrowych (przy 6 różnicach), lub 40-cyfrowych (przy 3 kolejnych różnicach) Drukowanie wyników 44cyfry na minutę Wymiary maszyny: 2,5x2x1m Liczba elementów mechanizmu: Koszt prototypu: (parowóz kosztował wtedy 800 ) Druga maszyna różnicowa Dokładność 31 cyfr Liczba elementów Skonstruowana wg planów Babbage a w latach przez pracowników Science Museum w Londynie.

15

16 ASCC (Automatic Sequence Controlled Calculator) MARK I Kalkulator mierzył 16x2,6x0.6 m, ważył 5 ton i miał różnych części: 863 km przewodów elektrycznych, komutatorów i przełączniki dwupozycyjne, 1400 komutatorów i przełączników 10-pozycyjnych, łożysk tocznych, przyciski, styki krzywkowe, połączeń elektrycznych, 3 miliony punktów lutowniczych. Wał główny, napędzany silnikiem 5 KM, biegł poziomo u podstawy maszyny przez całą jej długość. Poszczególne plansze uruchamiane były za pośrednictwem przekładni zębatych lub łańcuchowych. Wprowadzanie danych następowało bądź za pośrednictwem kart lub taśm perforowanych, bądź za pomocą 60 rejestrów złożonych z 24 przełączników dziesiętnych, ustawianych ręcznie przed przystąpieniem do pracy. Wyniki drukowano na kartach lub taśmach perforowanych, bądź na elektrycznych maszynach do pisania. Koszt urządzenia - ok. 1 mln $ Obsługa - 10 osób (zastępowała 100 tradycyjnych rachmistrzów)

17

18 Komputer Odra

19 Taśma perforowana

20 Karta perforowana z lat 70-tych

21 Komputer K-202 (J. Karpiński, )

22 Zmarł Jacek Karpiński Rzeczpospolita, We wrocławskim szpitalu zmarł polski inżynier, elektronik i informatyk, twórca pierwszego polskiego mikrokomputera K-202 Jacek Karpiński. Miał 83 lata.

23 Generacje komputerów 0 oparte o przekaźniki i elementy mechaniczne (np. Z3), 1 budowane na lampach elektronowych (np. XYZ), 2 budowane na tranzystorach (np. Cray-1), 3 budowane na układach scalonych SSI i MSI (np. Odra 1305), 4 budowane na układach VLSI (np. PC), 5 projekty o niekonwencjonalnych rozwiązaniach, np. komputer optyczny.

24 Budowa komputera W teorii i w praktyce

25 KOMPUTER Schemat funkcjonalny Pamięć Wejście Jednostka centralna (procesor) Wyjście

26 wyjście wejście

27 Procesor - elementy zespół rejestrów do przechowywania danych i wyników (rejestry mogą być ogólnego przeznaczenia, lub mają specjalne przeznaczenie), jednostka arytmetyczna (arytmometr) do wykonywania operacji obliczeniowych na danych, układ sterujący przebiegiem wykonywania programu. Jedną z podstawowych cech procesora jest długość (liczba bitów) słowa, na którym wykonywane są podstawowe operacje obliczeniowe (8, 16, 32, 64).

28 Procesor - rozkazy kopiowanie danych: z pamięci do rejestru z rejestru do pamięci z pamięci do pamięci (niektóre procesory) działania arytmetyczne: dodawanie odejmowanie porównywanie dwóch liczb dodawanie i odejmowanie jedności zmiana znaku liczby

29 działania na bitach: iloczyn logiczny - AND suma logiczna - OR Procesor rozkazy cd. suma modulo 2 (różnica symetryczna) - XOR negacja - NOT przesunięcie bitów w lewo lub prawo skoki bezwarunkowe warunkowe

30 Pamięć ROM - tylko do odczytu, dane stałe, nie giną po wyłączeniu zasilania, np. BIOS RAM - do zapisu i odczytu, podstawowa pamięć komputera, obecnie 1 GB i więcej masowa - np. dyski, dyskietki, CD, DVD, taśmy - duże pojemności (do TB), ale wolniejszy dostęp niż RAM FLASH dane zapamiętane w "kondensatorach" wewnątrz struktury pamięci. Nie giną po wyłączeniu zasilania (nawet przez 10 lat i więcej). Można je zmieniać,kasować, zapisywać na nowo.

31 Pamięć rdzeniowa

32 Urządzenia wejścia klawiatura mysz mikrofon joystick modem, karta sieciowa porty szeregowe, USB itd. Pamięci masowe

33 Urządzenia wyjścia monitor drukarka głośniki karta sieciowa, modem porty szeregowe, USB pamięci masowe

34 System operacyjny komputer bez programu jest martwy, wpisywanie procedur zarządzających sprzętem i pamięcią w każdym programie byłoby skomplikowane, programem odpowiadającym za zarządzanie urządzeniami komputera, pamięcią, dyskami i innymi programami jest system operacyjny.

35 Budowa systemu operacyjnego sprzęt użyszkodnicy jądro programy powłoka

36 Składniki systemu jądro - komunikuje się z komputerem przez sterowniki urządzeń i wykonuje kolejkowanie zadań, obsługę pamięci powłoka - stanowi interpreter poleceń systemu (komunikacja z użytkownikiem) programy - polecenia systemowe nie zawarte w jądrze, programy narzędziowe, programy użytkowe

37 Systemy operacyjne: jednozadaniowe (np. DOS) wielozadaniowe (np. UNIX) niewielozadaniowe ;-) (Windows)

38 System DOS na komputery IBM PC jednozadaniowy bez wielodostępu (tylko z klawiatury) system wyszedł z użycia

39 Systemy MS Windows na komputery IBM PC ciągle rozwijane (ale wymagają coraz silniejszych komputerów) interfejs graficzny ułatwia pracę systemy wielozadaniowe, ale bez wielodostępu chociaż... świadczą pewne usługi poprzez sieć

40 Systemy UNIX Na wszystkie typy komputerów, od prostych PC do superkomputerów systemy od początku wielodostępne i wielozadaniowe łatwe w konfiguracji (pliki tekstowe) przeznaczone głównie do pracy zdalnej jasno określone prawa użytkowników

41 Wielozadaniowość i wielodostęp jednozadaniowość - kolejne zadanie wykonywane po zakończeniu poprzedniego wielozadaniowość - wykonywanie wielu zadań w tym samym czasie. W rzeczywistości zadania są wykonywane kolejno w przydzielonych im przedziałach czasowych (chyba że jest kilka procesorów) wielodostęp - w tym samym czasie z jednego komputera korzysta wielu użytkowników