Wstęp do informatyki. Informacje organizacyjne. Literatura. 1. David Harel, Rzecz o istocie informatyki - algorytmika, WNT 2000

Transkrypt

1 Wstęp do informatyki Cezary Bolek Uniwersytet Łódzki Wydział Zarządzania Katedra Informatyki Informacje organizacyjne Kontakt dr inŝ. Cezary Bolek pokój 142, Katedra Informatyki, Wydział Zarządzania konsultacje: wtorek środa materiały: Wstęp do informatyki Cezary Bolek 2 Literatura 1. David Harel, Rzecz o istocie informatyki - algorytmika, WNT William Stallings, Organizacja i architektura systemu komputerowego, WNT 2000 Wstęp do informatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.uni.lodz.pl> 3 1

2 Informatyka jako dyscyplina naukowa Badanie praw rządzących procesami kodowania, zapisywania, przetwarzania i przesyłania informacji. RóŜnorodność i multidyscyplinarność: matematyka, fizyka, chemia, biologia, nauki przyrodnicze, społeczne oraz humanistyczne Ścisły związek podstaw teoretycznych ze sferą aplikacyjną. Wstęp do informatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.uni.lodz.pl> 4 Oblicza informatyki Informatyka teoretyczna teorie obliczalności metody numeryczne języki formalne Informatyka techniczna architektura sprzętu telekomunikacja elektronika Informatyka Informatyka stosowana języki programowania inŝynieria oprogramowania systemy informatyczne Informatyka praktyczna wykorzystywanie sprzętu i oprogramowania do realizacji celów zawodowych Wstęp do informatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.uni.lodz.pl> 5 Algorytmika Nauka o formułowaniu szczegółowych przepisów na rozwiązywanie zagadnień, pod kątem ich automatycznej realizacji. Rozwiązywalność zadań: algorytmy heurystyczne Efektywność algorytmów: złoŝoność obliczeniowa Poprawność algorytmów: dowodzenie poprawności Wstęp do informatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.uni.lodz.pl> 6 2

3 Struktury danych Abstrakcyjna reprezentacja obiektów świata rzeczywistego na potrzeby realizacji algorytmu. Liczby: zakres i dokładność Tablice, rekordy: wielość w jedności Stosy, kolejki, listy: liczy się kolejność Drzewa, grafy: złoŝoność powiązań Wstęp do informatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.uni.lodz.pl> 7 Zapis algorytmów Metody graficzne: diagramy, schematy blokowe, sieci działań Języki formalne: zestawy symboli i reguł ich uŝycia (składnia), pozwalające na zapis algorytmu. Program: zapis algorytmu w języku formalnym, który moŝna przetłumaczyć na kod maszynowy. Wstęp do informatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.uni.lodz.pl> 8 Proces programowania Algorytm Problem Struktury danych Program Algorytmizacja Kodowanie Programowanie Wstęp do informatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.uni.lodz.pl> 9 3

4 Matematyka komputerowa metody numeryczne weryfikacja hipotez poprzez wyjątki dowodzenie twierdzeń poszukiwania liczb pierwszych rachunki symboliczne fraktale rachunek Monte Carlo Wstęp do informatyki Cezary Bolek 10 Fizyka komputerowa obliczenia symulacyjne fizyka cząstek elementarnych fizyka materiałowa geofizyka, meteorologia astronomia Wstęp do informatyki Cezary Bolek 11 Chemia komputerowa symulacje syntezy chemicznej analiza własności materiałów projektowanie związków chemicznych farmakologia komputerowa Wstęp do informatyki Cezary Bolek 12 4

5 Biologia i cybernetyka komputerowa badanie własności substancji organicznych identyfikacja genomu istot Ŝywych modelowanie procesów ewolucyjnych modelowanie ekosystemów modelowanie zachowań Wstęp do informatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.uni.lodz.pl> 13 Ekonomia komputerowa modelowanie procesów ekonomicznych analiza rynków finansowych analiza procesów demograficznych analiza zuŝycia zasobów naturalnych prognozowanie tendencji rozwoju rynku Wstęp do informatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.uni.lodz.pl> 14 Nauki o poznaniu modelowanie procesów poznawczych systemy ekspertowe i bazy wiedzy problemy sztucznej inteligencji problem osobowości Wstęp do informatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.uni.lodz.pl> 15 5

6 Komputery w badaniach literackich analiza występowania i znaczenia słów w tekstach literackich stylometria: badania stylu literackiego Wstęp do informatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.uni.lodz.pl> 16 Historia maszyn liczących Czasy prehistoryczne jeden, dwa mnóstwo: liczebniki kamyki, patyczki: narzędzia Bardzo krótka p.chr. liczydło Wstęp do informatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.uni.lodz.pl> 17 XVII wiek suwak logarytmiczny, William Oughtred, Anglii maszyna do dodawania (Pascalina), Blaise Pascal "Nie jest bowiem rzeczą godną wykształconego człowieka, by tracić godziny pracując jak niewolnik nad obliczeniami, które wykonać mógłby kaŝdy, gdyby uŝyto w tym celu maszyny". Wstęp do informatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.uni.lodz.pl> 18 6

7 XVII wiek Gottfried Leibniz ( ) czterodziałaniowa maszyna licząca Odkrywa układ dwójkowy (pod wpływem Ying-Yang) Wstęp do informatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.uni.lodz.pl> 19 XIX wiek krosna Ŝakardowe pierwsza programowalna maszyna Wejście (program) Maszyna (przetwarzanie) Wyjście (tkanina) Wstęp do informatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.uni.lodz.pl> 20 Maszyny Charlesa Babbage a: automatyzacja obliczeń (maszyna róŝnicowa), projekt maszyny analitycznej wykonującej program obliczeń Wstęp do informatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.uni.lodz.pl> 21 7

8 XIX wiek arytmometry mechaniczne z wykorzystaniem kart perforowanych XX wiek złoŝone obliczenia wojskowe: balistyka, szyfrowanie informacji (Enigma), broń atomowa Wstęp do informatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.uni.lodz.pl> 22 Alan Turing studia nad moŝliwością automatycznego rozwiązywania problemów matematycznych, koncepcja maszyny realizującej algorytm według wczytywanych symboli i aktualnego stanu: Maszyna Turinga koncepcja osobowości jako skomplikowanego algorytmu: Test Turinga John von Neumann koncepcja współczesnego komputera, składającego się z jednostki centralnej, pamięci i układów peryferyjnych, przetwarzającego program zapisany w pamięci Wstęp do informatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.uni.lodz.pl> Mark I : pierwsza elektromechaniczna maszyna cyfrowa długość 120m, wysokość 2.5m, waga 5 ton, dł.przewodów 700km części, głównie przekaźników elektromechanicznych przeznaczenia: wojskowe obliczenia balistyczne urządzenie wyjściowe: elektryczna maszyna do pisania szybkość: mnoŝenie ok. 3s Wstęp do informatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.uni.lodz.pl> 24 8

9 1944 ENIAC (Electrical Numerical Integrator And Calculator): elektronika lampowa: komputery I generacji ( ) lamp elektronowych, rezystorów, kondensatorów, przekaźników, przełączników ręcznych and 5 millionów połączeń lutowniczych powierzchnia 167 m 2, waga 30 tons, moc 160 kilowatów (włączenie powodowało przyciemnienie świateł w Filadelfii) W czasie 1s ENIAC (1000 razy szybsza maszyna licząca od dotychczasowo zbudowanych) mógł wykonać: 5,000 sumowań, 357 mnoŝeń lub 38 dzieleń. Programowanie polegało na łączeniu elementów wykonujących poszczególne obliczenia za pomocą przewodów (hardwired programming) i trwało całe tygodnie. Maszyna wymagała równieŝ częstych zabiegów konserwacyjnych. Wstęp do informatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.uni.lodz.pl> tranzystor elektronika półprzewodnikowa: komputery II generacji ( ) Niskie napięcia zasilania, małe zuŝycie energii, małe wymiary, bardzo mała awaryjność. Wstęp do informatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.uni.lodz.pl> układ scalony: komputery III generacji ( ) Skomplikowany układ elektroniczny na powierzchni płytki krzemowej (tranzystory, diody, rezystory i połączenia elementów) wytworzony w jednorazowym procesie produkcyjnym, ogromny stopień upakowania elementów przy małej mocy układu. Wstęp do informatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.uni.lodz.pl> 27 9

10 1971 mikroprocesor Intel 4004 komputery IV generacji Intel 4004 o rozmiarach 3mm x 4mm posiadał 2300 tranzystorów i miał moc obliczeniową równą komputerowi ENIAC ( lamp). W 1972r. sonda Pioneer 10 wykorzystywała juŝ mikroprocesor Intel4004 Połączenie w jednym układzie scalonym jednostki sterującej, wykonawczej i rejestrów roboczych. Następne generacje komputerów róŝnią się jedynie stopniem zagęszczenia elementów w układach scalonych, ale ogólna koncepcja budowy komputera jest taka sama. Wstęp do informatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.uni.lodz.pl> 28 komputery osobiste 1976 pierwszy mikrokomputer Apple I Steven Wozniak, Steve Jobs Mikroprocesor: MOS 6502, 1 MHz Pamięć RAM: 8 KB Pamięć ROM: 256 bajtów Wstęp do informatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.uni.lodz.pl> Apple II komputery osobiste Mikroprocesor: MOS 6502, 1 MHz Pamięć RAM: 4 KB (do 64KB) Pamięć ROM: 12 kb Wbudowany interpreter języka Basic W róŝnych wersjach produkowany do 1993 r Apple III Mikroprocesor: MOS 6502A, 2 MHz Pamięć RAM: 128 KB (do 256KB) Pamięć ROM: 16 kb Wstęp do informatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.uni.lodz.pl> 30 10

11 komputery osobiste Lisa/Lisa 2 Mikroprocesor: Motorola MC68000, 5MHz Pamięć RAM: 1 MB Pamięć ROM: 16 kb System operacyjny: Lisa OS Macintosh Mikroprocesor: Motorola MC68000, 7.83MHz Pamięć RAM: 128 KB (do 512kB) Pamięć ROM: 64 kb System operacyjny: Macintosh System Macintosh II Mikroprocesor: Motorola MC68020, 15.66MHz Pamięć RAM: 1MB (do 8MB) Pamięć ROM: 256 kb System operacyjny: Macintosh System Macintosh Portable Mikroprocesor: Motorola MC68HC000, 16MHz Pamięć RAM: 1MB (do 9MB) Pamięć ROM: 256 kb System operacyjny: MacOS do Wstęp do informatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.uni.lodz.pl> komputer osobisty (PC) - IBM (5150) Pierwszy 16 bitowy mikroprocesor Intel 8088 z zegarem 4.77 MHz. 16kB pamięci, rozszerzalnej do 256kB, stacja dyskietek o pojemności 160kB, kolorowy monitor, cena 1565$ (równowaŝność 4000$ dziś), pierwotnie wyposaŝony w interpreter języka BASIC w pamięci ROM, system operacyjny DOS (nieco później) Koncepcja otwartej architektury przyczyna ogromnej popularności, trwającej w zasadzie do dzisiaj. Wstęp do informatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.uni.lodz.pl> 32 komputery osobiste IBM PC/XT (5160) Mikroprocesor: Intel 8088, 4.77MHz Pamięć RAM: kB (w zaleŝności od modelu) Karta graficzna: CGA (320x200 / 640x200) System operacyjny: MS-DOS 2.0 FDD 5.25, HDD 10,20MB IBM PC Junior Mikroprocesor: Intel 8088, 4.77MHz Pamięć RAM: 64 KB (do 640kB) Karta graficzna: CGA (320x200 / 640x200) System operacyjny: MS-DOS 2.0 Pamięć zewn.: magnetofon, opcja: FDD IBM PC/AT Mikroprocesor: Intel 80286, 6MHz Pamięć RAM: 512 KB (do 3MB) Karta graficzna: EGA (640x350) System operacyjny: MS-DOS 3.0 HDD,FDD IBM PC Portable (5155) Mikroprocesor: Intel 8088, 4.77MHz Pamięć RAM: 256 KB (do 640kB) Karta graficzna: CGA (320x200 / 640x200) System operacyjny: PC-DOS 2.1 1x lub 2x FDD 5.25 Wstęp do informatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.uni.lodz.pl> 33 11

12 Wykształcenie informatyczne Uniwersytet aspekty teoretyczne informatyka teoretyczna - computer science Politechnika aspekty aplikacyjne informatyka stosowana computer engineering Informatyka fizyczna, chemiczna, ekonomiczna, medyczna, etc. Poza uczelniami: szeroka edukacja społeczeństwa w zakresie praktycznych aspektów informatyki Wstęp do informatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.uni.lodz.pl> 34 Programowanie Rzemiosło? program jako dodatek do sprzętu,,,najwaŝniejsze, Ŝe działa Nauka? od rzeczywistości do abstrakcji, podstawy teoretyczne, odpowiedniość metod do problemu Sztuka? kreatywność poczucie estetyki i elegancji dąŝenie do ideału Wstęp do informatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.uni.lodz.pl> 35 Rewolucja informacyjna Łatwość pozyskiwania informacji MoŜliwość swobodnej komunikacji Nowe dziedziny, usługi i formy pracy Zmiana działania urzędów i administracji Nowa organizacja państwa Wstęp do informatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.uni.lodz.pl> 36 12

13 Informatyka w społeczeństwie Postrzeganie informatyki jedynie jako biegłości w posługiwaniu się komputerem UtoŜsamianie uŝywania oprogramowania z kreatywnością informatyczną. UtoŜsamianie programowania z rozwiązywaniem problemów informatycznych. Wstęp do informatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.uni.lodz.pl> 37 ZagroŜenia Szum i śmietnik informacyjny Forma informacji nad treścią Telepraca przymus pracy w domu Zanik prywatności i anonimowości Wszechwładza urzędów i słuŝb Czy naprawdę jesteśmy szczęśliwsi??? Wstęp do informatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.uni.lodz.pl> 38 13