Technologia informacyjna /dla pedagogów/ Konwersatorium prowadzący: mgr inż. Tomasz Petkowicz
Literatura : G. Koba Technologia informacyjna dla szkół ponadgimnazjalnych Wyd. MIGRA 2002 r. P. Wróblewski - ABC Komputera. Wydanie III" Wyd. HELION Gliwice 2002 r. Z. Dec, R. Konieczny ABC Komputera 2004" Wyd. EDITION 2000 - Kraków 2004 r. B. Krzymowski - Komputer w szkole Wyd. HELP 2002 r. W. Jabłoński, J. Wacławik, S. Wszelak Komputer i Internet w pracy nauczyciela Wyd. A. Marszałek Toruń 2003 r. M. Jakubowski - Internet początek żeglugi, wyd. 2 Wyd. Mikom 2000 r. M. J. Kubiak - Wirtualna edukacja Wyd. Mikom 2000 r.
Jak przetwarzamy informacje? Mózg człowieka : objętość ok. 1400 cm 3 ; ok. 1,5 kg; powierzchnia ok. 2000 cm 2 zawiera 10 10 komórek nerwowych; 10 12 komórek glejowych; liczba połączeń ok. 10 15 ; szybkość pracy 10 18 operacji /s
Pojemność informacyjna kanałów zmysłów wzrok - 100 Mb/s dotyk - 1 Mb/s słuch - 15 kb/s węch 1 kb/s smak 100 b/s
Stopień zapamiętywania informacji przy wykorzystaniu różnych źródeł przekazu
Informatyka a Technologia informacyjna Informatyka dziedzina wiedzy (sprzęt, oprogramowanie, algorytmika, teoria obliczeń, metody numeryczne, nowe koncepcje: komputerów, oprogramowania, algorytmów...) dziedzina dla specjalistów i baza dla technologii informacyjnej Technologia informacyjna zastosowania informatyki i innych technologii w pracy z informacją umiejętności dla każdego 6
Informatyka a Technologia informacyjna Ujęcie czynnościowe Informatyka tworzenie nowych produktów informatycznych: programów, algorytmów, teorii informatycznych, nowych komputerów,... Technologia informacyjna posługiwanie się gotowymi produktami informatycznymi w pracy z informacją, różnorodną i w różnej formie. Może mieć charakter działań oryginalnych, twórczych 7
TECHNOLOGIA INFORMACYJNA (ang. - information technology), Połączenie zastosowań informatyki z technikami komunikacji (technologia informacyjna i komunikacyjna), podłoże wszelkich działań współczesnej gospodarki i nauki, lokomotywa koniunktury. (do 40 % miejsc pracy w krajach rozwiniętych)
Podstawy informatyki p o j ę c i a
INFORMATYKA to nauka o automatycznym przetwarzaniu informacji. Działy informatyki: Definicja informatyki : INFORMACJA + AUTOMATYKA a) dział programowania elektronicznych maszyn cyfrowych b) dział maszyn i systemów automatycznego przetwarzania informacji c) metodologii wykorzystania maszyn i urządzeń Dwa ważne pojęcia informatyki: HARDWARE sprzęt komputerowy SOFTWARE oprogramowanie komputerowe Obydwa te elementy są ze sobą ściśle związane i bez siebie nie mogą funkcjonować.
Informatyka,, obejmuje: 1) dyscyplinę naukową i gałąź wiedzy, dotyczące przetwarzania informacji przy użyciu środków technicznych (komputerów). Obejmuje m.in.: podstawy konstrukcji maszyn cyfrowych, podstawy programowania, teorie języków programowania, teorię systemów operacyjnych, podstawy organizacji banków danych, teorię sieci teleinformatycznych, podstawy użytkowania elektronicznych maszyn cyfrowych. Opiera się na zasobach pojęć podstawowych i metod zaczerpniętych z logiki formalnej, algebry, lingwistyki matematycznej, teorii procesów przypadkowych, statystyki matematycznej itp. 2) dziedzinę działalności gospodarczej związaną z produkcją komputerów i ich oprogramowania, budową systemów informatycznych i ich zastosowaniami w gospodarce. W perspektywie informatyka obejmować będzie sterowanie procesami technologicznymi, transportowymi itp.
informatyka (na wzór automatyka od łc. informare, -atum obrazowo opisać ) 1. nauk. ogół metod tworzenia, przetwarzania i przekazu informacji, wykorzystywanych m.in. w technice, ekonomii, genetyce. 2. nauka zajmująca się komputerami oraz tworzeniem, przekształcaniem i przekazywaniem informacji (danych), tworzeniem programów wykorzystujących zawarte w nich informacje do określonych działań.
Informatyka w szkole, związki informatyki ze szkołą są dwojakie: 1. uczniowie zapoznają się z zasadami działania i użytkowania komputerów na lekcjach przedmiotu pn. informatyka i wykonują ćwiczenia w komputerowym laboratorium szkolnym; 2. działalność nowocześnie pojmowanej szkoły jako instytucji edukacyjnej może podlegać wszechstronnej komputeryzacji, od planowania posiłków w stołówce na układaniu planów lekcji kończąc.
Zastosowania komputerów w edukacji (CAE, Computer-Aided Education), element nowoczesnej metodyki nauczania, uwzględniający możliwości wykorzystania komputerów na lekcjach, wykładach i zajęciach laboratoryjnych. Jednym z kierunków CAE są tzw. systemy autorskie, wymagające na ogół znacznych nakładów pracy ze strony nauczyciela. Drugą gałąź CAE stanowią programy edukacyjne wytwarzane przez wyspecjalizowane firmy. Kolejnym elementem CAE są możliwości tworzone przez wydawnictwa i encyklopedie multimedialne. Olbrzymie, nowe możliwości edukacyjne tworzy sieć Internet, umożliwiająca zdalne nauczanie i studiowanie indywidualne, oparte na niezliczonych źródłach, ułatwiające porównywanie i ocenę informacji. Każdy komputer może być ponadto egzaminatorem (testy komputerowe) oraz elektroniczną tablicą szkolną, pod warunkiem zaopatrzenia go w ścienny ekran..
Technologia Nauczania W ciągu ostatniego ćwierćwiecza można zaobserwować intensywny rozwój Technologii Edukacyjnej. Chodzi przede wszystkim o zastosowanie w edukacji Technologii Informatycznej, jako że centralnym punktem nowych środków i technik jest komputer. Technologia Edukacyjna próbuje wskazać sposoby najbardziej celowego wykorzystania komputera w nauczaniu - odpowiedzieć na pytania: po co?, kiedy? i jak?. Wydaje się, że kluczowe znaczenie ma tu zasada: Komputer powinien służyć tworzeniu informacji, a nie ich odtwarzaniu. Dzięki nowoczesnej technologii nauczania jest możliwe: kreatywne zdobywanie przez uczniów wiedzy (idea konstruktywizmu), podejście interdyscyplinarne do wielu zagadnień np. dotyczących środowiska, rozwijanie współpracy uczniów (także międzynarodowej) wokół wspólnych celów poznawczych
I Budowa i działanie komputera
Historia maszyn liczących - komputera Abacus (pol. liczydło) pierwsze znane mechaniczne urządzenie liczące, powstałe około 5000 lat temu gdzieś w środkowej Azji Około 1500 - Codex Madrid maszyna licząca zaprojektowana przez Leonarda da Vinci Pascaline 1642, maszyna licząca zbudowana na potrzeby sumowania podatków przez Blaise Pascala Gottfried Wilhem von Leibniz 1671, zbudował maszynę liczącą która oprócz zliczania potrafiła również mnożyć
Historia maszyn liczących - komputera Charles Babbage'a (1791 1871) W 1822 Charles Babbage'a zbudował maszynę różnicową (nazwaną tak, gdyż wykonywała obliczenia metodą różnicową). W 1834 Charles Babbage'a wymyślił maszynę analityczną, której budowa zapowiedziała architekturę przyszłych komputerów cyfrowych. Jej budowa to: jednostka zapamiętywania liczb, procesor (młyn) oraz jednostka sterująca. Do wczytywania wyników miały służyć taśmy perforowane. Ada Lovelace współpracowniczka Charlesa Babbage'a uznana za pierwszą programistkę, opracowała program na maszynę analityczną obliczający matematyczny ciąg liczb Koniec XIX wieku był początkiem rozwoju urządzeń mechanograficznych, których głównym przeznaczeniem było usprawnienie rachunków statystycznych, księgowych i biurowych
Historia maszyn liczących - komputera W 1937 Turing Alan Mathison stworzył Turing Alan Mathison tzw. Maszynę Turinga (angielskie (1912-1954) Turing machine), abstrakcyjną maszynę obliczeniową do badania teoretycznych ograniczeń matematyki. W 1938 Claude Shanon publikuje sposób wykorzystania prawdy i fałszu do przedstawiania funkcji przełączników w obwodach elektronicznych. Stworzył matematyczne narzędzie do tworzenia cyfrowych obwodów elektronicznych. W 1939 John Vincent Atanasoff zbudował prawdopodobnie pierwszy Cyfrowy Komputer Elektroniczny ABC (zdj. rekonstrukcja) W 1943 Alan Turing wraz z zespołem buduje jednej z pierwszych programowanych komputerów lampowych (1800 lamp) - Collosus
Historia maszyn liczących - komputera 12 x 6 m 30 ton 70 000 oporników 10 000 kondensatorów 6 000 przełączników 18 000 lamp el. 100 000 operacji/s 1943 do 1946 John William Mauchly i John Presper Eckert Junior zbudowali komputer elektroniczny ogólnego przeznaczenia ENIAC uznany (mimo istnienia maszyny Atanasoffa i komputera Collosus) jako pierwszy elektroniczny komputer. W 1945 John von Neumann udokumentował w pracy Pierwszy szkic koncepcję komputera przechowującego program. Dosłownie wszystkie komputery cyfrowe od tamtej pory są oparte na tej właśnie architekturze. Komputer = pamięć + jednostka obliczeniowa + jednostka sterująca 1946 do 1952 John William Mauchly i John Presper Eckert Junior zbudowali Automatyczny komputer z dyskretnymi zmiennymi EDVAC pierwszy komputer przechowujący program
Historia maszyn liczących - komputera W 1950 Shockley wynalazł nowy element półprzewodnikowy, zwany tranzystorem o złączu bipolarnym. Tranzystory miały wyprzeć lampy które stosowano do budowy komputerów. W 1958 Jack Kilby wytworzył kilka elementów elektronicznych na pojedynczym kawału półprzewodnika. Był to pierwszy układ scalony. Dalszy postęp produkcji tych układów pozwolił umieszczać w jednej "kostce" dziesiątki tysięcy tranzystorów a obecnie miliony. Obwody takie nazwano układami wielkiej skali integracji (VLSI z ang. - Very Large Scale of Integration). 1957 Pierwszy komputer osobisty IBM 610 Do połowy lat 70-tych opracowywano podobne do IBM 610 opracowywano maszyny których podstawową wadą była bardzo wysoka cena. 1975 - Ed Roberst opracował mikrokomputer Altair 8800 pierwszy tani mikrokomputer
Historia maszyn liczących - komputera W 1976 Steve Woźniak i Steve Jobs stworzyli komputer Apple 1 W 1977 powstał mikrokomputer Commodore PET 1981 Pierwszy komputer IBM PC Współczesna stacja robocza
Generacje komputerów to umowny podział komputerów cyfrowych, zależnie od zastosowanej technologii. 0 generacja - przed pojawieniem się uniwersalnych, elektronicznych maszyn cyfrowych, np. przekaźnikowy Z3 1 generacja - budowane na lampach elektronowych, np. XYZ 2 generacja - budowane na tranzystorach, np. ZAM 41 3 generacja - budowane na układach scalonych małej i średniej skali integracji, np. Odra 1305 4 generacja - budowane na układach scalonych wielkiej skali integracji, np. komputer osobisty (PC) 5 generacja - projekty o niekonwencjonalnych rozwiązaniach, np. komputer optyczny. Zerowa i piąta generacja nie przez wszystkich jest podawana.
Generacje komputerów I 46-56 II 57-63 III 64-78 IV 78-89 V 1990 - lampy, pamięć bębnowa częstotliwość 10 4 (ilość rozkazów na sekundę) ENIAC 20 tys. lamp prędkość 5kHz tranzystory pamięć rdzeniowa częstotliwość 2 10 5 mózg elektronowy języki wysokiego poziomu T.Basic, C, Ada, Pascal układy scalone pamięć półprzewodniko wa, pamięć dyskowa 5 10 6 systemy operacyjne (np. MS-DOS) układy scalone LSI pamięci domenowe p. optyczne 3 10 7 mikrokomputery 1981 pierwszy IBM PC mikroprocesory z arsenkiem galu elementy optyczne od 10 9 Pentium IV 22 mln. tranzystorów 2GHz różnice: gabaryty, energia, szybkość, niezawodność
KOMPUTER - elektroniczna maszyna licząca [z ang. compute obliczać], urządzenie elektroniczne służące do automatycznego przetwarzania informacji (danych), przedstawionych cyfrowo (tzn. za pomocą odpowiednio zakodowanych liczb). Jednostka centralna Klawiatura, myszka Monitor Zestaw komputerowy Współczesny komputer to zespół urządzeń wewnętrznych oraz zewnętrznych złożony w tzw. zestaw komputerowy, gdzie rodzaje zastosowanych urządzeń określają przeznaczenie oraz zdolności operacyjne komputera.
Ogólny schemat budowy komputera - Klawiatura - Mysz - Skaner - Aparat i kamera cyfrowa - Modem - Karta sieciowa Pamięć operacyjna Procesor - Monitor - Drukarka - Ploter - Głośnik - Modem - Karta sieciowa Urządzenia wejściowe Jednostka centralna Urządzenia wyjściowe
Płyta główna Płyta główna jest podstawowym komponentem komputera. Stanowi podstawę do której podłącza się wszystkie inne części jednostki centralnej (np. procesor, pamięć itp.). Zainstalowane nań urządzenia komunikują się między sobą poprzez tzw. ścieżki. Elementy płyty głównej: BIOS gniazdo procesora gniazda magistrali PCI, ISA itp.. CACHE CHIPSET Gniazda pamięci SIMM, DIMM Złącze EIDE Zegar czasu rzeczywistego Złącze napędu FDD Regulator napięcia Chipset (układy scalone): Kontroler CPU, pamięci i CACHE; Kontrolery DMA i IRQ Kontrolery magistrali ISA, PCI, AGP i innych; Kontrolery napędów FDD, HDD, SCSI itp Kontrolery układów we/wy np. RS232, USB itp. Kontroler klawiatury KBC
Procesor Procesor (CPU - centralna jednostka wykonawcza) to układ scalony, którego działanie polega na wykonywaniu instrukcji programów. Nadzoruje on i synchronizuje pracę wszystkich urządzeń w komputerze. Charakterystyczne cechy, które odróżniają procesory od siebie to: - architektura (CISC lub RISC) - liczba bitów przetwarzana w jednym takcie - częstotliwość taktowania podawana w MHz Prawo Moore'a reguła wywiedziona z obserwacji rynku komputerowego przez Gordona Moore'a, współzałożyciela firmy INTEL głosząca, że moc obliczeniowa układów scalonych podwaja się co półtora roku wraz ze spadkiem ich cen. Ta reguła obowiązuje nie przerwanie do dziś.
Pamięć operacyjna Pamięć operacyjna urządzenie służące do przechowywania danych operacyjnych. Rodzaje pamięci: ROM (Read Only Memory) (tylko do odczytu) służy do przechowywania stałych elementów oprogramowania RAM (Random Acces Memory) (do odczytu i zapisu) można w niej zapisywać i odczytywać informacje, wymaga stałego zasilania aby podtrzymywać przechowywane dane
Karta graficzna Karta graficzna, jeden z najważniejszych komponentów zestawu komputerowego. Karta graficzna może być zintegrowana z płytą główną komputera, częściej jest to osobna karta rozszerzeń. Najważniejszymi parametrami karty graficznej są: szybkość pracy, ilość pamięci, rozdzielczość i ilość kolorów wyświetlanego obrazu i inne. Karta graficzna składa się z czterech podstawowych elementów: płytki drukowanej, głównego procesora, pamięci wideo, układu RAMDAC (który często jest zintegrowany z procesorem w jednej obudowie) Karty graficzne budowane są na następujące magistrale: ISA, PCI, AGP Gniazdo podłączenia monitora Złącze umożliwiające osadzenie karty na płycie głównej Główne zadanie karty graficznej to przetwarzanie obrazu cyfrowego generowanego przez układy komputera na sygnał zrozumiały dla monitora (może to być sygnał: analogowy lub cyfrowy).
Karta dźwiękowa Karta dźwiękowa, zwana też kartą muzyczną, jest to karta rozszerzeń umożliwiająca pracę z dźwiękiem na komputerze klasy PC. Dzięki nim można zarówno odtwarzać dźwięk, jak i tworzyć pliki dźwiękowe. Do karty dźwiękowe podłącza się takie urządzenia jak głośniki, wzmacniacz czy mikrofon bądź urządzenie MIDI (np. syntezator). Karty dźwiękowe budowane są na następujące magistrale: ISA, PCI Gniazda wejścia i wyjścia sygnałów dźwiękowych Główne zadanie karty dźwiekowej to przetwarzanie sygnałów cyfrowych na analogowe (przy odtwarzaniu dźwięków) lub odwrotnie (przy nagrywaniu dźwięków) Złącze umożliwiające osadzenie karty na płycie głównej
Karta sieciowa Karta sieciowa, karta rozszerzeń niezbędna do podłączenia komputera do sieci LAN. Do karty sieciowej można podłączyć kabel koncentryczny lub kabel typu skrętka łączący komputer z siecią. Często karty mają możliwość podłączenia dwóch różnych typów kabla. Najważniejszym parametrem karty sieciowej jest jej prędkość transmisji, może ona wynosić 10 lub 100 Mbps. Diody sygnalizacyjne Karty sieciowe budowane są na następujące magistrale: ISA, PCI Antena transmisyjna Gniazdo kabla sieciowego Złącze umożliwiające osadzenie karty na płycie głównej Najnowsze karty sieciowe obsługują już nie tylko sieci kablowe ale także sieci radiowe.
Dysk twardy Obecnie produkuje się dyski o pojemnościach Od kilkudziesięciu gigabajtów do kilku terabajtów Dysk stały, dysk twardy (angielskie hard disk), pamięć dyskowa, w której nośnik magnetyczny jest nałożony na bardzo cienką warstwą (kilka µm) na niewymienną, sztywną płytę zwaną talerzem (lub zespół płyt na jednej osi), zamkniętą w hermetycznej obudowie. Pozwala na zapisywanie danych na stałe, bez ich utraty po odłączeniu zasilania. Płyty nośnik danych Głowice magnetyczne SSD (ang. solid-state drive, czasem też solid state disk) urządzenie pamięci masowej zbudowane w oparciu o pamięć flash.
Napędy CD; DVD; Blu-ray Na płycie CD może zmieścić się do 700 MB danych. Na płycie DVD, Digital Versatile Disc, można nagrać do 17 GB danych. Płyta Blu-ray pozwala na zapisanie 25 GB danych na płytach jednowarstwowych. W użytku są również płyty dwuwarstwowe o pojemności 50 GB. W 2010 roku rozszerzono standard Blu-ray dodając do specyfikacji trójwarstwowe płyty o pojemności 100 GB oraz czterowarstwowe o pojemności 128 GB. Nowe nośniki zostały nazwane BDXL.
Monitor
Drukarki Drukarki komputerowe, ze względu na kolor druku: kolorowe oraz czarno-białe. Ze względu na technologię druku: atramentowe, powszechnie stosowane, tani druk w kolorze w porównaniu do drukarek laserowych. igłowe (stosowane do druku wielokopiowego np. faktury) Plotery, wielkoformatowe drukarki laserowe lub atramentowe, stosowane np. do druku dokumentacji CAD Laserowe, zastosowanie biurowe. Niski koszt druku czarnych kopii lecz drogi druk w kolorze. Szybkie i ciche drukarki termiczne, stosowane np. w kasach fiskalnych drukarki mozaikowe stosowanych w elektronicznych maszynach do pisania.
Urządzenia zewnętrzne Liczba urządzeń zewnętrznych które mogą współpracować z komputerem jest bardzo duża. Producenci sprzętu peryferyjnego oferują coraz nowe rozwiązania w dużej liczbie typów sprawiając że współczesny użytkownik decydując się np. na zakup monitora komputerowego do wyboru ma dziesiątki marek i setki modeli. Wybrane urządzenia peryferyjne: Klawiatury i myszy: tradycyjne i multimedialne, przewodowe i bezprzewodowe Projektory multimedialne Głośniki komputerowe Skanery: ręczne i stacjonarne
Urządzenia zewnętrzne aparaty cyfrowe UPS awaryjny akumulator podtrzymujący napięcie Kamery CCD - internetowe tablety graficzne ułatwią posługiwanie się programami graficznymi także systemami CAD Oraz wiele innych urządzeń takich jak: zewnętrzne napędy nośników danych trackaball (odwrócona myszka) czytniki kodów kreskowych kasy fiskalne urządzenia z dziedziny automatyki itp..
Rodzaje komputerów Ogólny podział komputerów: superkomputery stosowane w nauce duże komputery (ang. mainframe) stosowane np. w bankowości minikomputery (najczęściej jako serwery) stosowane do obsługi mniejszych przedsiębiorstw, grup użytkowników, sieci komputerowych. mikrokomputery przeznaczone dla pojedynczego użytkownika (IBM, MacIntosh) IBM ZSieries 990 komputer klasy Mainframe. Superkomputery zajmują ogromne pomieszczenia, posiadają dziesiątki a nawet setki procesorów. HP 9000 server do zastosowań sieciowych
Rodzaje komputerów Ultrabook super lekki przenośny komputer Laptop, Notebook komputer przenośny tablet Palmtop kompter mieszczący się w dłoni, pełni funkcję notesu elektrocznego Stacjonarne komputery osobiste: desktop oraz tower
Jednostki informacji - pojemność pamięci bit -przyjmuje dwa stany: 0 i 1. Za pomocą bitu można przekazać dwie różne informacje przypisując je odpowiednio stanowi 0 i 1. byte - 8 bitów, słowo, komórka pamięci Podstawą mnożników binarnych jest liczba 2, a nie 10. Więc zamiast 1000 = 10 3 stosujemy 1024 = 2 10.
Jedynki i zera Dlaczego akurat jedynki i zera? Otóż komputery,,rozumują'' w najprostszych z możliwych kategorii: namagnesowane / rozmagnesowane (fragment powierzchni dysku lub dyskietki), prąd płynie / nie płynie (we wnętrznościach komputera podczas pracy), światło odbija się lub nie (od powierzchni płyty CD-ROM). Czyli ogólnie jest/nie ma, albo 1/0. Z jedynek i zer możemy złożyć dowolną liczbę, choćby dodając jedynki i pomijając zera. Można to zrobić znacznie efektywniej - kod dwójkowy za pomocą ośmiu zer-lub-jedynek (bitów) pozwala zapisać liczbę całkowitą od 0 do 255. Działa to podobnie jak kod dziesiątkowy, w którym zapisujemy liczby na co dzień.
ASCII American Standard Code for Information Interchange system kodowania znaków za pomocą cyfr. Jedna litera to w ASCII jeden bajt. Bajt to osiem bitów, czyli liczba między 0 a 255. Tablica ASCII kończy się przed numerem 127. Za to brak tam ąćęłń... Nawet jeśli pominiemy pierwsze 32 znaki (są tam różne dziwne kody), pozostaje nam jeszcze druga połowa. Niestety, znaki wszystkich alfabetów narodowych nie zmieszczą się tam (tj. między 128 a 255),,za jednym razem''. Dlatego dla różnych języków istnieją różne kodowania, czyli numeracje liter spoza ASCII. Dla języka polskiego obowiązującym w Internecie standardem jest ISO 8859-2. Zawiera on litery wystarczające do pisania (poza angielskim) w innych językach.
1 1 1 1 1 1 1-1 0 0 1 1 11 0 1 1 0 0 F(n) =2 8 +...+2 4 +2 3 +2 2 +2 1 +2 0 256 16 8 4 2 1 111111 1111111 + 10011 10010010 1 0 1 0 8 + 2 = 10 101011 (2) = 2 5 + 2 3 + 2 1 + 2 0 = 32 + 8 + 2 + 1 = 43 (10)
KRZYWA UWAGI 100 % zainteresowanych słuchaczy 75 50 25 czas [min] 10 20 30 40
Dziękuję za uwagę