Cel wykładu. Cel wykładu. Cel wykładu, cd. Cel wykładu, cd. Cel wykładu, cd. Z. Postawa, "Podstawy Informatyki II" Strona: 1 z 6

Transkrypt

1 Prof. dr hab. Zbigniew Postawa Zakład Fizyki Nanostruktur i Nanotechnologii pok. 16 (nie 016!) Tel zbigniew.postawa@uj.edu.pl Sala 057, poniedziałek Bez egzaminu C C Cel wykładu Podstawowe pojęcia informatyki, które każdy z nas powinien znać Skróty: PCI, SATA, PCMCIA, DDR3, itd. Terminologia: np. procesor dwurdzeniowy, dwuwątkowy, netbook, notebook a stacja robocza, itd.. Technologia: Jak to z grubsza działa? Cel wykładu Obsługa użytecznych programów komputerowych: Pakiet Office2010 Prezentacja wyników zasady przygotowania dobrego raportu/publikacji czym i jak? Word zasady przygotowania dobrej prezentacji PowerPoint zasady publikacji w sieci WWW - WebMajster Cel wykładu, cd Opracowywanie wyników Jak powinien wyglądać dobry wykres? Origin Jak ułatwić sobie życie na algebrze i analizie? - Mathematica Cel wykładu, cd Prezentacja wyników, cd Jak zrobić dobry plakat/poster? CorelDraw/Powerpoint Jak zobrazować mikro i nanostruktury? Programy do wizualizacji struktur gopenmol, VMD Program do tworzenia kryształów - CrystalMaker Cel wykładu, cd Sieci komputerowe - bezpieczeństwo w sieci, usługi sieciowe, sieci społecznościowe, itd.. Nowoczesne metody programowania: programowanie równoległe OpenMP, MPI Wizualizacja trójwymiarowa - PovRay Z. Postawa, "Podstawy Informatyki II" Strona: 1 z 6

2 Z. Postawa, "Podstawy Informatyki II" Strona: 2 z 6 Wymagania Zaliczenie Obecność i aktywność na ćwiczeniach Przygotowanie samodzielnych projektów Co jest potrzebne? Konto w systemie WINDOWS i Linux Podstawowe funkcje systemu operacyjnego uruchamianie programów i kontrola nad nimi sterowanie pracą i współdziałaniem urządzeń wchodzących w skład komputera BIOS Basic Input/Output System wbudowana część systemu operacyjnego określająca, co komputer może zrobić bez uruchamiania programów na dysku. Co to jest informatyka? Narzędzia informatyki Nauka o przetwarzaniu informacji za pomocą automatycznych środków technicznych Komputery Oprogramowanie INFORMACJA Wielkość abstrakcyjna, która może być przechowywana w pewnych obiektach, przesyłana pomiędzy obiektami, przetwarzana w pewnych obiektach i stosowana do sterowania pewnymi obiektami, przy czym przez obiekty rozumie się organizmy żywe, urządzenia techniczne oraz systemy takich obiektów. Urządzenie elektroniczne realizujące proces przetwarzania informacji w postaci ciągu operacji arytmetyczno-logicznych. Narzędzia informatyki Rodzaje komputerów Komputery Urządzenie elektroniczne realizujące proces przetwarzania informacji w postaci ciągu operacji arytmetyczno-logicznych. Oprogramowanie Osobiste - stacjonarne i przenośne Może trochę szybsze i bardziej niezawodne elementy? Cena Stacje robocze A gdybyśmy chcieli mieć jeden bank danych i programów? Szybkie połączenia sieciowe, duże rozmiary pamięci, niezawodność -> cena Serwery Algorytm - Program - Oprogramowanie sposób rozwiązania danego problemu zakodowany binarnie algorytm, który steruje pracą procesora System operacyjny zbiór programów ułatwiających eksploatację komputera Rodzaje komputerów, cd To może połączmy ze sobą wiele procesorów i podzielmy dane zadanie pomiędzy nie? Cena Superkomputery (Mainframe) To może połączmy ze sobą wiele mniejszych komputerów? Bardzo szybka sieć Klastry komputerowe (klastry typu Beowolf) To może zbudujmy komputer, który będzie wykonywał tylko jedno zadanie? Bardzo drogie Komputery specjalne

3 Z. Postawa, "Podstawy Informatyki II" Strona: 3 z 6 Najmniejszą jednostką informacji jest bit Bit przyjmuje wartość 0 lub 1 1kilobajt, ile to właściwie jest? Bajt 1 bajt 1 bajt (byte) (byte) =8 bitów? 1 słowo 1 słowo = 2 bajty 1 słowo (word) = 16 bitów Terabajt Kilobajt Megabajt Gigabajt W informatyce nazwy przedrostków nie odpowiadają tym w układzie SI Kodowanie liczb i znaków Liczby całkowite Liczby binarne kbajt [KB]=2 10 bajta= 1024 bajty 1Mbajt [MB]=1024 KB= bajty 1 Gbajt = 1024 MB = Tbajt [TB] = 1024 GB Niektórzy producenci podają wielkości pamięci, czy też pojemność dysków używając przedrostków z układu SI Liczby dziesiętne 1.2 Znaki alfanumeryczne A Liczby binarne?????? Liczby binarne?????? Nazwa Symbol Mnożnik Nazwa Symbol Mnożnik Gigabajt GB 109 gibibajt GiB 230 terabajt TB tebibajt TiB 2 40 petabajt PB pebibajt PiB 2 50 eksabajt EB eksbibajt EiB 2 60 zettabajt ZB zebibajt ZiB 2 70 jottabajt YB jobibajt YiB 2 80 Jak zapisać liczby całkowite? Kod dwójkowy Słowo n-bitowe X = x n-1...x 1 x 0 Słowo 8 bitowe Takie słowo reprezentuje liczbę z przedziału od 0 do 2 n -1 Czyli dla n= na jednym bajcie Czyli dla n= na dwóch bajtach Czyli dla n= na trzech bajtach Czyli dla n= x10 19 na ośmiu bajtach Przedrostki (190) DEC YB(Jotabajt)=1024 ZB BB(Brontobajt)= 1024 YB SB(Saganbajt)= 1024 BB PB(Pijabajt)= 1024 SB 190 : 2 = 95 Reszta = 0 95 : 2 = 47 Reszta = 1 47 : 2 = 23 Reszta = 1 23 : 2 = 11 Reszta = 1 11 : 2 = 5 Reszta = 1 5 : 2 = 2 Reszta = 1 2 : 2 = 1 Reszta = 0 1 : 2 = 0 Reszta = = ( ) BIN

4 Z. Postawa, "Podstawy Informatyki II" Strona: 4 z 6 A jak to odzyskać? ( ) BIN x ( ) BIN = 190 A jak zapisać liczby rzeczywiste? Zapis poprzez podanie dwóch elementów: mantysy wykładnik mantysa X 2 wykładnik Dokładność zależy od liczby bitów przypisanych poszczególnym elementom Wykładnik jest zapisywany w tzw. kodzie z nadmiarem wykładnik = zapisana wartość binarna wykładnika - nadmiar Kod uzupełnień do dwu U2 Liczby całkowite ze znakiem Liczbę z przedziału od -2 n-1 do 2 n-1-1 Pojedyncza precyzja: mantysa 23 bity, wykładnik 8 bitów (nadmiar 127), znak 1 bit Czyli dla n=8-128 do 127 na jednym bajcie Czyli dla n= do na dwóch bajtach n-2 Wartość słowa K(L) = -2 n-1. x n i. X i i=0 x n wartość n-tego pola w zapisie binarnym Liczba ujemna = zanegowana binarnie liczba dodatnia + 1 -L = ~L + 1 Wartość: 1/2 1/8 1/32 1/4 1/16 1/64 Mantysa jest znormalizowana do podstawy wykładnika (w naszym przypadku do 2) W mantysie używamy jedynki wiodącej (patrz przykład) itd. Konwencja 1/2 23 Przykład (słowo 8-bitowe) Procedura zapisu: Liczba 2 binarnie Zanegowana liczba 2 binarnie Zanegowana liczba 2 binarnie ) Określamy znak: Bit31= 1 jeżeli liczba ujemna, 0 jeżeli dodatnia 2) Szukamy największej liczby postaci 2 w mniejszej niż liczba 3) Zapisujemy wykładnik = w + nadmiar Jedynak wiodąca 4) Dzielimy liczbę przez 2 w (wynik będzie miał postać 1.xxxx) 5) Odejmujemy 1 i szukamy mantysy 6) Zaznaczmy bit jako 1 jeżeli po odjęciu 1/2 (bit+1) mamy wartość dodatnią. Jeżeli otrzymamy wartość ujemną, to zaznaczmy bit jako 0 i ignorujemy tę operację. Procedurę powtarzamy aż do momentu, gdy w wyniku odejmowania otrzymamy 0 lub dojdziemy do bitu nr 22 (pojedyncza precyzja). Jak to odzyskać (słowo 8-bitowe) K(L) = -2 n-1. x n n-2 2 i. X i i= =-2 n = 8 Przykład - jak zapisać liczbę 14.5? 1) liczba dodatnia Bit31 = 0 2) Największa liczba 2 w mniejsza niż 14.5 to 2 3 = 8 w=3 3) Zapisujemy wykładnik = w = ) 14.5 / 2 3 = ) odejmujemy 1 i otrzymujemy /2= Bit 22 = /4= Bit 21 = /8= Bit 20 = 0 ignorujemy operację /16= 0.0 Bit 21 = 1 Pozostałe bity mantysy = znak zapisany mantysa wykładnik

5 Z. Postawa, "Podstawy Informatyki II" Strona: 5 z 6 Pojedyncza precyzja: mantysa 23 bity, potęga 8 bitów, znak 1 bit, nadmiar 2 8 /2-1 = 127 Podwójna precyzja: mantysa 52 bity, potęgą 11 bitów, znak 1 bit, nadmiar 2 11 /2-1 = 1023 Rozszerzona podwójna precyzja: mantysa 64 bity, potęga 15 bitów (nadmiar 2 64 /2-1 = =16383), znak 1 bit koprocesor arytmetyczny Pentium Zakres (największa i najmniejsza liczba możliwa do zapisania) Największa liczba Rozszerzona podwójna precyzja (mantysa 64bity, potęga 15bitów) Największy wykładnik = Największa mantysa (2 65-1)/2 64 Liczba = (2 65-1)/2 64 * Liczba Precyzja - liczba miejsc po przecinku Jest określana przez mantysę Najmniejsza wartość możliwa do zapisania w mantysie Pojedyncza precyzja Mantysa ma 23 bity 1/ * 10-7 Podwójna precyzja 7 cyfr po przecinku Pewne wartości wykładnika i mantysy są zarezerwowane Np. przypadek, gdy wszystkie bity mantysy są równe 0, a wykładnik różny od 0 oznacza nieskończoność Mantysa ma 52 bity 1/ * cyfr po przecinku Rozszerzona podwójna precyzja Mantysa ma 64 bity 1/ * cyfr po przecinku Zakres (największa i najmniejsza liczba możliwa do zapisania) Największa liczba Pojedyncza precyzja (mantysa 23bity, potęga 8bitów) Największy wykładnik = 127 Największa mantysa (2 24-1)/2 23 Liczba = (2 24-1)/2 23 * Liczba 3, *10 38 Liczba 3,4 *10 38 Przykład Tracimy Operacje arytmetyczne x 1 = m 1 * 2 w1 x 2 = m 2 * 2 w2 w1 > w2 Dodawanie Nowa mantysa x 1 + x 2 = (m 1 + m 2 * 2 (w2-w1) )*2 w1 Renormalizacja mantysy m = x = x x 10 2 Odejmowanie x 1 -x 2 = (m 1 -m 2 * 2 (w2-w1) )*2 w1 Zakres (największa i najmniejsza liczba możliwa do zapisania) Największa liczba Podwójna precyzja (mantysa 52bity, potęga 11bitów) Największy wykładnik = 1023 Największa mantysa (2 53-1)/2 52 Liczba = (2 53-1)/2 52 * Liczba 1, * Liczba 1,8 * Operacje arytmetyczne x 1 = m 1 * 2 w1 Mnożenie x 2 = m 2 * 2 w2 x 1 * x 2 = (m 1 * m 2 )* 2 (w1+w2) = x = x x 10 (2+0) rzeczywisty wynik x 10 2 po zaokrągleniu x 10 3 po normalizacji Dzielenie x 1 / x 2 = (m 1 / m 2 )* 2 (w1-w2) Tracimy

6 Z. Postawa, "Podstawy Informatyki II" Strona: 6 z 6 Operacje arytmetyczne Problemy = x = x x 10 2 Jeszcze gorzej z odejmowaniem podobnych liczb Tracimy 2 cyfry = x = x x x 10-1 po zaokrągleniu i normalizacji Nic nieznaczące cyfry Kod UNICODE 256 znaków alfanumerycznych jakie można zakodować za pomocą rozszerzonego kodu ASCII nie dawało możliwości zakodowania znaków diakrytycznych wielu języków np.: polskiego, japońskiego, arabskiego, itp. Odpowiedzią jest kod nazywany UNICODE o długości 16 bitów dla każdego znaku, a to daje już możliwość zakodowania 2 16 czyli znaków Operacje arytmetyczne na liczbach binarnych Dodawanie Odejmowanie Co za tydzień? Elementy komputera: = 8 10 Mnożenie * = = Dzielenie / Nie można, więc piszemy 0 Procesor Pamięć Magistrale Urządzenia pamięci Porty A jak zapisać znaki alfanumeryczne? Kod ASCII (American Standard Code for Information Interchange) Powstał w 1965 r Literom tekstu przyporządkowano liczby Jest to kod 7 bitowy, a więc możemy za jego pomocą przedstawić 2 7 czyli 128 znaków. W 1981r. IBM wprowadził rozszerzony do 8 bitów kod, co pozwala na przedstawienie 256 znaków (w tym znaki specjalne, graficzne, matematyczne i diakrytyczne znaki narodowe) Znak Fragment tablicy kodu ASCII Kod Kod binarny Znak Kod Kod binarny dzies. dzies. A B C K L ź a b c k l Ż Ă Używany przez wszystkich użytkowników i twórców oprogramowania