konsultacje: dr inŝ. Jarosław Forenc Dydaktyka - slajdy prezentowane na wykładzie

Transkrypt

1 Rok akademicki /, Wykład nr /5 Dane podstawowe Informatyka Politechnika Białostocka - Wydział Elektryczny Elektrotechnika, semestr II, studia stacjonarne I stopnia Rok akademicki / Wykład nr (7..) dr inż. Jarosław Forenc dr inż. Jarosław Forenc Politechnika Białostocka, Wydział Elektryczny, Katedra Elektrotechniki Teoretycznej i Metrologii ul. Wiejska 5D, 5-5 Białystok WE- j.forenc@pb.edu.pl tel. (-85) Dydaktyka - slajdy prezentowane na wykładzie konsultacje: Środa, godz. 6:-7:, WE- Piątek, godz. :-:, WE- Piątek, godz. :-6:, WE- (zaoczne) Rok akademicki /, Wykład nr /5 Rok akademicki /, Wykład nr /5 Strona WWW - Dydaktyka Strona WWW - Dydaktyka

2 Rok akademicki /, Wykład nr 5/5 Rok akademicki /, Wykład nr 6/5 Przedmiot Informatyka i Informatyka Informatyka semestr II wykład: 5 godz. (J. Forenc) pracownia specjalistyczna: godz. (J. Forenc, M. Mirończuk, W. Walendziuk) ECTS: pkt. kod przedmiotu: ESA 9 Informatyka semestr III wykład: 5 godz. pracownia specjalistyczna: godz. ECTS: pkt. kod przedmiotu: ESA 6 Program wykładu (/). Informacja analogowa i cyfrowa. Jednostki informacji cyfrowej.. Systemy liczbowe. Systemy pozycyjne i niepozycyjne. Kodowanie informacji. Kodowanie liczb i znaków. Reprezentacja liczb w systemach komputerowych. Reprezentacja stałoprzecinkowa i zmiennoprzecinkowa. Arytmetyka systemów komputerowych. Dokładność reprezentacji danych. Standard IEEE 75. Algebra Boole a. Właściwości i podstawowe twierdzenia algebry Boole a.. Architektura komputerów. Klasyfikacja systemów komputerowych. Architektura von Neumana i architektura harwardzka. Budowa i zasada działania komputera. Procesor, pamięć wewnętrzna i zewnętrzna. Komunikacja z urządzeniami zewnętrznymi, interfejsy komputerowe. Rok akademicki /, Wykład nr 7/5 Rok akademicki /, Wykład nr 8/5 Program wykładu (/). Algorytmy. Definicja algorytmu. Klasyfikacje i sposoby przedstawiania algorytmów. Złożoność obliczeniowa. 5. Języki programowania. Generacje języków programowania. Inżynieria oprogramowania. 6. Język C. Ogólna struktura programu. Kompilacja. Zmienne, typy, stałe, operatory, wyrażenia. Instrukcje warunkowe, pętle. Tablice, łańcuchy znaków, struktury. Funkcje, przekazywanie parametrów do funkcji. (Realizowane na pracowni komputerowej) Literatura (/). B. Pochopień: Arytmetyka systemów cyfrowych. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice,.. S. Gryś: Arytmetyka komputerów. PWN, Warszawa, 7.. J. Biernat: Metody i układy arytmetyki komputerowej. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław,.. J. Biernat: Architektura komputerów. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, J. Ogrodzki: Wstęp do systemów komputerowych. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa, W. Stallings: Organizacja i architektura systemu komputerowego. Projektowanie systemu a jego wydajność. WNT, Warszawa,.

3 Rok akademicki /, Wykład nr 9/5 Rok akademicki /, Wykład nr /5 Literatura (/) 7. A.S. Tanenbaum: Strukturalna organizacja systemów komputerowych. Helion, Gliwice, K. Wojtuszkiewicz: Urządzenia techniki komputerowej. Część. Jak działa komputer?. PWN, Warszawa, K. Wojtuszkiewicz: Urządzenia techniki komputerowej. Część. Urządzenia peryferyjne i interfejsy. PWN, Warszawa, 7.. W. Malina, M. Szwoch: Metodologia i techniki programowania. PWN, Warszawa, 8.. N. Wirth: Algorytmy + struktury danych = programy. WNT, Warszawa,.. P. Wróblewski: Algorytmy, struktury danych i techniki programowania. Wydanie IV. Helion, Gliwice, 9. Literatura (/). B.W. Kernighan, D.M. Ritchie: Język ANSI C. Programowanie. Wydanie II. Helion, Gliwice,.. J. Grębosz: Symfonia C++ standard: programowanie w języku C++ orientowane obiektowo. Tom i. Wydawnictwo Edition, Kraków, 8. Rok akademicki /, Wykład nr /5 Rok akademicki /, Wykład nr /5 Zaliczenie wykładu Terminy zajęć Sprawdzian pisemny: Termin nr : ostatni wykład (6..) Termin nr : ostatni tydzień semestru Przykładowe pytania: na stronie www Zaliczenie wykładu a zaliczenie pracowni: zaliczenie pracowni na ocenę + lub 5 uprawnia do przepisania oceny jako zaliczenia wykładu przy przepisywaniu ocena jest obniżana o pół stopnia: tzn. +, 5 + ocenę można przepisać do końca semestru Wykład nr poniedziałek WE- Wykład nr środa WE-Aula III Wykład nr -.. poniedziałek WE- Wykład nr -.. poniedziałek WE- Wykład nr środa WE-Aula III Wykład nr poniedziałek WE- Wykład nr poniedziałek WE- Wykład nr środa WE-Aula III

4 Rok akademicki /, Wykład nr /5 Rok akademicki /, Wykład nr /5 Plan wykładu nr Informatyka Podstawowe pojęcia: informatyka informacja Informacja analogowa i cyfrowa Jednostki informacji cyfrowej Systemy liczbowe liczby i cyfry systemy pozycyjne i niepozycyjne Systemy pozycyjne Informatyka (ang. computer science) dziedzina nauki i techniki zajmująca się gromadzeniem, przetwarzaniem i wykorzystywaniem informacji w języku polskim termin informatyka zaproponował w październiku 968 r. prof. Romuald Marczyński na konferencji poświęconej maszynom matematycznym wzorem nazwy były francuskie informatique i niemieckie Informatik Informatykę można rozpatrywać jako: samodzielną dyscyplinę naukową narzędzie wykorzystywane przez inne nauki gałąź techniki przemysł wytwarzający sprzęt i oprogramowanie Rok akademicki /, Wykład nr 5/5 Rok akademicki /, Wykład nr 6/5 Informacja Informacja Informatyka Co oznaczają poniższe dane? dziedzina nauki i techniki zajmująca się gromadzeniem, przetwarzaniem i wykorzystywaniem informacji Informacja - wielkość abstrakcyjna, która może być: przechowywana w pewnych obiektach przesyłana pomiędzy pewnymi obiektami przetwarzana w pewnych obiektach stosowana do sterowania pewnymi obiektami Kod binarny? Dane - surowe fakty i liczby Przetwarzanie danych - logicznie powiązany zespół czynności pozwalających na uzyskanie z danych niezbędnych informacji 5 7 Liczba: 5 7? 5 lipca roku Data!!!

5 Rok akademicki /, Wykład nr 7/5 Rok akademicki /, Wykład nr 8/5 Informacja analogowa i cyfrowa Informacja analogowa i cyfrowa Sygnał analogowy może przyjmować dowolną wartość z ciągłego przedziału (nieskończonego lub ograniczonego zakresem zmienności) wartości mogą zostać określone w każdej chwili czasu dzięki funkcji matematycznej opisującej dany sygnał Sygnał cyfrowy Telekomunikacja i elektronika powszechnego użytku zostały obecnie prawie całkowicie zdominowane przez cyfrowe przetwarzanie sygnałów Cyfrowe przetwarzanie sygnałów jest w stosunku do przetwarzania analogowego: powtarzalne bardziej niezawodne tańsze dziedzina i zbiór wartości są dyskretne sygnał ciągły, który może zmieniać swoją wartość tylko w określonych chwilach czasu i może przyjmować tylko określone wartości Zamiana sygnału analogowego na cyfrowy wymaga wykonania dwóch kroków: próbkowania kwantyzacji Rok akademicki /, Wykład nr 9/5 Rok akademicki /, Wykład nr /5 Informacja analogowa i cyfrowa - próbkowanie Informacja analogowa i cyfrowa - kwantyzacja Próbkowanie - proces tworzenia sygnału impulsowego reprezentującego sygnał ciągły (analogowy) w ustalonych odstępach czasu mierzona jest wartość chwilowa sygnału i na jej podstawie tworzone są tzw. próbki sygnał przekształcony do postaci spróbkowanej jest nazywany sygnałem dyskretnym Systemy cyfrowe są w stanie przetwarzać tylko sygnały reprezentowane słowami o skończonej liczbie bitów Taka reprezentacja wymaga ograniczenia zbioru wartości sygnału - wartości te nazywane są poziomami reprezentacji T S f S - okres próbkowania - częstotliwość próbkowania Kwantyzacja to proces polegający na przypisaniu wartości analogowych do najbliższych poziomów reprezentacji f S = / T S

6 Rok akademicki /, Wykład nr /5 Rok akademicki /, Wykład nr /5 Idea działania układów cyfrowych Jednostki informacji - bit W układach cyfrowych informacja i wielkości przetwarzane przez te układy reprezentowane są przez dwa stany: stan niski (L), poziom logiczny niski, zero () stan wysoki (H), poziomem logiczny wysoki, jedynka () W praktyce określa się zakresy wartości oznaczające poziom logiczny niski lub wysoki Na rysunku przedstawione są poziomy logiczne dla układów cyfrowych TTL Bit (ang. binary digit) - jednostka logiczna, określająca najmniejszą ilość informacji potrzebną do stwierdzenia, który z dwóch stanów przyjął układ Bit przyjmuje jedną z dwóch wartości: (zero) i (jeden) - bit jest zatem tożsamy z cyfrą w systemie dwójkowym Bity oznacza się mała literą b Wielokrotności bitów - przedrostki dziesiętne w układzie SI: Zakresy wartości mogą być różne dla różnych wykonań układów cyfrowych Rok akademicki /, Wykład nr /5 Rok akademicki /, Wykład nr /5 Jednostki informacji - bajt Jednostki informacji - bajt Bajt (ang. byte) - najmniejsza adresowalna jednostka informacji pamięci komputerowej składająca się z bitów W praktyce przyjmuje się, że jeden bajt to 8 bitów (choć nie wynika to z powyższej definicji) Za pomocą jednego bajtu można zapisać 56 różnych wartości: 5 55 Aby uniknąć niejednoznaczności, 8-bitowy bajt nazywany jest także oktetem W pierwszych komputerach bajt mógł mieć również, 6, 7, 9 czy bitów 8-bitowy bajt po raz pierwszy pojawił się pod koniec 956 roku, a został rozpowszechniony i uznany za standard w 96 r. (IBM System/6) Najczęściej stosowanym skrótem dla bajtu jest wielka litera B Uwaga: wielka litera B używana jest także do oznaczania bela, czyli jednostki miary wielkości ilorazowych zamiast bela częściej używa się jednostki podwielokrotnej - decybela (db) więc nie ma problemu z rozróżnieniem obu jednostek

7 Rok akademicki /, Wykład nr 5/5 Rok akademicki /, Wykład nr 6/5 Jednostki informacji - tetrada Jednostki informacji - bajt Bajt 8-bitowy można podzielić na dwie połówki -bitowe nazywane tetradami (ang. nibbles) Wielokrotności bajtów: Rozróżniamy bardziej znaczącą (górną) i mniej znaczącą (dolną) tetradę Spotyka się też określenie strefa i cyfra - strefą nazywa się górną tetradę, cyfrą - dolną tetradę Przedrostki binarne zostały wprowadzone w 997 roku w celu odróżnienia przedrostków o mnożniku od przedrostków o mnożniku Rok akademicki /, Wykład nr 7/5 Rok akademicki /, Wykład nr 8/5 Jednostki informacji - bajt Słowo maszynowe (słowo) Przedrostki binarne (dwójkowe) nie zostały przyjęte przez wszystkie środowiska zajmujące się informatyką Przykład: Producenci nośników pamięci korzystają z przedrostków dziesiętnych dysk: GB, wg producenta: sektorów, sektor = 5 bajtów = bajtów / () = kb / ( ) = MB / ( ) = 9,5 GB Słowo maszynowe (słowo - ang. word) - jednostka danych używana przez określony komputer (określoną architekturę) Słowo składa się odgórnie określonej liczby bitów, nazywanej długością lub szerokością słowa (najczęściej jest to potęga, np. 8, 6,, 6 bity) Zazwyczaj wielkość słowa określa: rozmiar rejestrów procesora rozmiar szyny danych i szyny adresowej Architektury: 8-bitowa: Intel 88, Z8, Motorola 68 6-bitowa: Intel 886, Intel 886 -bitowa: Intel od 886 do i7, AMD od 5x86 do Athlona, ARM 6-bitowa: Intel Itanium, Pentium /EM6T, Core, Core i7 AMD Opteron, Athlon 6, Athlon II

8 Rok akademicki /, Wykład nr 9/5 Rok akademicki /, Wykład nr /5 Jednostki informacji - inne spotykane oznaczenia Jednostki informacji - inne spotykane oznaczenia FLOPS (FLoating point Operations Per Second) jednostka wydajności komputerów, a dokładniej - układów realizujących obliczenia zmiennoprzecinkowe określa liczbę operacji zmiennoprzecinkowych na sekundę Przykłady wydajności procesorów (teoretyczne): Intel Core i7 975,6 GHz - 55,6 GFlops Intel Core Quad Q965, GHz - 8 GFlops Intel Core Duo E8, GHz - GFlops MIPS (Million Instructions Per Second) miara wydajności jednostki centralnej CPU komputera określa liczbę milionów operacji stałoprzecinkowych wykonywanych w ciągu sekundy, przez daną jednostkę obliczeniową jednostka ta jest powszechnie używana w dwóch formach: MIPS - Milion Instrukcji na Sekundę MOPS - Milion Operacji na Sekundę najszybszy system równoległy na świecie: Tianhe-A (NUDT TH MPP, X567.9GHz 6C, NVIDIA GPU, FT- 8C) - wydajność praktyczna (w testach LinPack) - GFlops.566. GFlops Rok akademicki /, Wykład nr /5 Rok akademicki /, Wykład nr /5 Liczby i cyfry Liczby i cyfry Liczba - pojęcie abstrakcyjne, abstrakcyjny wynik obliczeń, wartość Cyfry rzymskie umożliwia wyrażenie wyniku liczenia przedmiotów oraz mierzenia wielkości wynik mierzenia wielkości otrzymywany jest poprzez porównanie jednej wielkości z inną tego samego rodzaju, która została obrana za jednostkę miary Cyfry arabskie (pochodzą z Indii) arabskie, standardowe europejskie Cyfra - umowny znak (symbol) stosowany do zapisu liczby liczba znaków służących do zapisu jest zależna od systemu liczbowego i przyjętego sposobu zapisu system dziesiętny - znaków system szesnastkowy - 6 znaków system rzymski - 7 znaków indyjsko-arabskie ١ ٢ ٣ ٤ ٥ ٦ ٧ ٨ ٩ ٠ wschodnio-indyjsko-arabskie ١ ٢ ٣ ۴ ۵ ۶ ٧ ٨ ٩ ٠

9 Rok akademicki /, Wykład nr /5 Rok akademicki /, Wykład nr /5 Liczby i cyfry Liczby i cyfry W przypadku zapisu cyfr o wartościach większych od 9 stosowane są kolejne litery alfabetu: Inne przykłady zapisu cyfr i liczb: cyfry etruskie cyfry w pisowni chińskiej cyfry grecko-jońskie Rok akademicki /, Wykład nr 5/5 Rok akademicki /, Wykład nr 6/5 Liczby i cyfry Systemy liczbowe Inne przykłady zapisu cyfr i liczb: liczby w piśmie klinowym (Babilończycy) system prekolumbijski System liczbowy - zbiór zasad umożliwiających przedstawienie liczb za pomocą umownych znaków (cyfr) oraz wykonywanie działań na tych liczbach Systemy liczbowe Systemy pozycyjne dwójkowy Systemy niepozycyjne rzymski trójkowy... dziesiętny...

10 Rok akademicki /, Wykład nr 7/5 Rok akademicki /, Wykład nr 8/5 Systemy liczbowe System dziesiętny Systemy pozycyjne - znaczenie cyfry jest zależne od miejsca (pozycji), które zajmuje ona w liczbie system dziesiętny - liczba 777 (każda cyfra ma inne znaczenie) Systemy niepozycyjne - znaczenie cyfr jest niezależne od miejsca położenia w liczbie system rzymski - liczba III np. liczba: 8,5 p - podstawa systemu pozycyjnego D - zbiór dozwolonych cyfr w systemie dziesiętnym: p =, D = {,,,,,5,6,7,8,9} cyfry umieszczane są na kolejnych pozycjach każda cyfra posiada swoją wartość, nazywaną wagą pozycji wagi pozycji są kolejnymi potęgami podstawy systemu (tutaj ) Rok akademicki /, Wykład nr 9/5 Rok akademicki /, Wykład nr /5 System dziesiętny System dziesiętny Przykład: liczba: 8,5 () cyfra na pozycji określa ile razy należy wziąć wagę na danej pozycji X () = K+ x + + K 8,5 () = = = , +,5

11 Rok akademicki /, Wykład nr /5 Rok akademicki /, Wykład nr /5 System dwójkowy System dwójkowy Przykład: liczba:, () w systemie dwójkowym: p =, D = {,} cyfra na pozycji określa ile razy należy wziąć wagę na danej pozycji X () = K+ x + + K, () = = = ,5 + +,5 =,65 () + Rok akademicki /, Wykład nr /5 Rok akademicki /, Wykład nr /5 System o podstawie p Systemy pozycyjne X () X () X () X (5) X (8) X () X () X (6) Właściwości: stosujemy ograniczoną liczbę cyfr o kolejnych wartościach,,,... liczba cyfr jest równa wartości podstawy systemu p system dziesiętny: p =, D = {,,,,, 5, 6, 7, 8, 9} system dwunastkowy: p =, D = {,,,,, 5, 6, 7, 8, 9, A, B} wartość największej cyfry jest o mniejsza od podstawy p cyfry ustawiane są na kolejnych pozycjach, wartość cyfry w zapisie zależy od jej pozycji (stad nazwa - system pozycyjny) każda pozycja posiada swoją wagę równą podstawie systemu podniesionej do potęgi o wartości pozycji A B A B C D E F

12 Rok akademicki /, Wykład nr 5/5 Koniec wykładu nr Dziękuję za uwagę!