Technologia informacyjna PWSW Wykład 2 Komputer PC
Historia komputera abakus - liczydło mechaniczne - 5000 lat temu w Babilonie - rozpowszechnione w Chinach, Japonii, Rzymie, stosowane do dziś w Chinach, Japonii, mechaniczny arytmometr - 1623 Wilhelm Schnickard, 1552 Blaise Pascal, arytmometr z dzieleniem i mnożeniem - Leibnitz maszyna analityczna - Charles Babbage, Georg Scheutz 1840 - podobna do współczesnych komputerów - wczytywanie i zapamiętywanie danych, przetwarzanie i zapamiętywanie wyników, tabulator Holleritha 1880 - karty dziurkowane - spis w USA (6 tygodni zamiast 6 lat) - Hollerith założył IBM w 1924 r. ENIAC - USA - na potrzeby armii - lampy elektronowe - duża powierzchnia 150m 3, 50kW, 10000 operacji /s, lata 1942-48, pierwszy seryjny komputer IBM - 1948, tranzystory w latach 60-tych - 1956 MIT (Massachussets) układy scalone - LSI (Large Scale of Integration) - kilkadziesiąt elementów w kostce, - duże maszyny, IBM, Odra, RIAD mikroelektronika - VLSI (Very Large Scale of Integration), ULSI (Ultra Large...) - dziesiątki tysięcy tranzystorów - Pentium 3 do 4 milionów
Rozwój komputerów osobistych (Personal Computer) - powszechnego użytku: APPLE - Steve Jobs, Steve Wozniak - pierwszy komputer popularny współpracujący z domowym telewizorem, cena 900$ ZX80, ZX81, ZX Spectrum, Atari - koniec lat 70 IBM 1981 - komputer osobisty IBM PC - od tego czasu datuje się standard i nie tylko IBM ale też inne firmy podjęły jego produkcję i rozwój Rozróżnia się generacje komputerów: I - lampowe II - tranzystorowe III - na układach scalonych IV - na układach VLSI (ULSI) V -???? komputery sztucznej inteligencji, komputery kwantowe, nadprzewodnictwo
PODSTAWY INFORMATYKI Ogólne wiadomości o komputerach Pojęcia podstawowe Nauka o komputerach i metodach ich użytkowania sprzęt (ang. hardware) automat oprogramowanie (ang. software) cyfrowy analogowy (zegarek tradycyjny) elektroniczny Inne (optyczne, pneumatyczne, hydrauliczne
Typoszereg komputerów PC Historia komputera PC związana jest z rozwojem technologii procesora oraz opartych na tym restrukturyzacjach architektury płyty głównej. PC XT - procesor Intel 8088 1978/79 PC AT - procesor Intel 80286 1982 PC 386 (SX, DX, DX2, DX4)procesor Intel 80386 1985 PC 486 (SX, DX, DX2, DX4)- procesor Intel 80486 1989 PC PENTIUM - procesor Intel 80586 1993 Pentium PRO, Pentium II, II, IV, Xeon 1996+ I3, I5, I7 wielordzeniowe 2005+
W skład komputera PC wchodzą: jednostka centralna w obudowie płyta główna - elektronika (także mechanika np. wentylator, napędy dyskowe), układy zasilania, przetwarzania, przesyłu i gromadzenia informacji klawiatura - konsola, urządzenie wejścia monitor - konsola, urządzenie wyjścia inne urządzenia zewnętrzne (pamięć zewnętrzna, drukarka, mysz, modem itp.)
Struktura wewnętrzna komputera Jednostka centralna płyta główna mikroprocesor (+radiator+cooler) chipset - układy wspomagające pracę procesora magistrala tory przepływu informacji, połączenie procesora pamięci i urządzeń zewnętrznych pamięć RAM (elektroniczna, nietrwała 512 MB lub więcej 1, 2, 4 GB) pamięć ROM - BIOS pamięć podręczna - cache zegar kwarcowy taktujący pracę procesora gniazda rozszerzeń +karty rozszerzeń (graficzna, dźwiękowa, sieciowa i inne) zasilacz + wentylator, głośnik, obudowa pamięci zewnętrzne - twałe stacje dysków elastycznych dysk twardy CD-ROM (CD-R, CD-RW, DVD, pendrive - flash)
zegar Procesor Pamięć operacyjna PaO magistrala monitor dysk dyskietka CD-ROM drukarka modem... inne pamięci zewnętrzne
MIKROPROCESOR (CPU), serce i mózg komputera - układ scalony wysokiej skali integracji. Podstawowe funkcje mikroprocesora: operacje arytmetyczno-logiczne (ALU) zapamiętywanie informacji - danych, rozkazów, adresów (rejestry) pobieranie i wysyłanie informacji (układy sterowania)
Mikroprocesor ( chip, JAL, CPU Central Processing Unit) długość słowa komputerowego - 16, 24, 32, 64-bitowe szybkość przetwarzania - częstotliwość taktowania pracy zegar 200 600 800 MHz... 3 GHz - 200 800 MIPS (miliony operacji na sec) rodzina mikroprocesorów Intel-a: od Intel 8086 (88) XT - 8b do I-3 I-4 I-7 dwu i 4 rdzeniowe, 64-bitowe Inne rodziny: Duron Athlon Celeron(Intel) Motorola
Pamięć operacyjna PaO (ang. memory) organizacja bajtowa 0 1 2 komórka pamięci N adres komórki cechy: pojemność pamięci szybkość przechowuje obiekty dane, programy idea von Neumanna liczba komórek (bajtów 32, 256, 512 MB) czas dostępu [nsec] podział: ROM (EPROM) - stała RAM - operacyjna ulotna
Urządzenia zewnętrzne konsola użytkownika monitor + klawiatura + myszka pamięci zewnętrzne (dyski) trwały zapis duża ilość informacji 1000x i więcej wolniejsza od PaO (RAM-u) przedłużenie PaO (RAM-u)
PAMIĘCI ZEWNĘTRZNE TRWAŁE DYSK ELASTYCZNY dyskietka magnetyczna (floppy disk drive - FDD) obsługują dyskietki 3,5- calowe, wolny, mała pojemność 3,5 " - 1,44 MB pojemności odszedł do historii DYSK TWARDY (hard disk - HDD) jest umieszczony na stałe w obudowie, ma pojemność wielokrotnie większą od dyskietki (obecnie standard ok. 400GB). Zasada zapisu jest podobna jak dla dyskietek, dysk twardy składa się z krążków (cylindrów) pokrytych nośnikiem magnetycznym. Informację odczytują głowice magnetyczne. Średnia szybkość odczyt/zapis 100-150 MB/s DYSK OPTYCZNY CDROM, CDRW, DVD Pojemność standardowa CD: 800 MB Najszybsze obecnie napędy na rynku pracują z prędkością dochodzącą do 8 MB/s. Technologia DVD umożliwia zapis jeszcze większej ilości danych. W zależności od typu płyty DVD pojemność nośnika wynosi od 4,7 GB do nawet 18 GB!!! BlueRay PAMIĘCI FLASH pendrive 1 do ok. 16 GB i rośnie ) 64 GB dyski SSD szybkie (ok. 500MB/s), ciche, pojemności rosną
Monitor CRT, LCD urządzenie wyjściowe, które współpracuje z odpowiednią kartą graficzną (monochromatyczną, kolorową). Istotnym parametrem jest rozdzielczość monitora związana z gęstością sieci punktów świetlnych (pixeli) ekranu, z których składa się obraz. Przykładowo karta VGA ma rozdzielczość maksymalną 800 na 600 punktów, zaś karta SVGA 1024 na 768 punktów i 256 kolorów lub więcej (16 tys., 16,7 mln) 1920 1080 pikseli (HD) Monitor może pracować w trybie: tekstowym (znakowym), standardowo w układzie 25 wierszy po 80 znaków w wierszu, z obecnym na ekranie kursorem pozycjonującym tekst, graficznym, gdzie podstawową jednostką obrazu jest pixel.
Klawiatura jest urządzeniem wejściowym, posiadającym następujące grupy klawiszy: blok centralny - klawisze literowe, znaków interpunkcyjnych i specjalnych oraz: ENTER - klawisz akceptacji, zakończenie wprowadzania danych, powrót kursora i zmiana wiersza, SPACE - klawisz odstępu, znak pusty, TAB - klawisz tabulacji, czyli kolumnowania tekstu, SHIFT, ALT, CTRL - modyfikujące, CapsLock - zablokowanie wielkich liter BS - (Backspace) - usuwający znak na lewo od kursora, Esc - zazwyczaj powodujący cofnięcie decyzji lub przerwanie operacji, F1 do F12 programu. - klawisze funkcyjne o działaniu zależnym od
strzałki przemieszczania kursora, Page Up Page Down Home End ścieżka nawigacyjna - strona w górę, - strona w dół, - początek, - koniec, Insert - wstaw, przełącznik trybu wstawianie zastępowanie edytorach tekstu, Delete klawisze specjalne: Print Screen Scroll Lock - kasowanie znaku w miejscu kursora, - wydruk zawartości ekranu na drukarce, - zablokowanie przewijania tekstu na ekranie, Pause - zatrzymanie niektórych programów (np. wyświetlania dłuższego tekstu).
ścieżka numeryczna zawiera powtórzone klawisze nawigacyjne, cyfry, podstawowe działania arytmetyczne oraz klawisz ENTER - w układzie zbliżonym do kalkulatora - a także klawisz NumLock blokujący znaczenie cyfrowe klawiszy (zapala się dioda kontrolna). Przy zgaszonej diodzie klawisze mają znaczenie nawigacyjne. Niektóre kombinacje klawiszy mają działanie specjalne: CRTL+ALT+Delete dostęp do kontroli zawieszonych programów, informacji o wydajności CTRL+Break - przerywa działanie operacji (wyświetlania tekstów, wykonania programów itp.)
Inne urządzenia zewnętrzne: mysz drukarka igłowa, atramentowa, laserowa skaner ploter multimedia modem, faxmodem UPS inne - zabawowe (ale nie tylko) joystick, digitizer (touch tablet)
Ogólne zasady działania komputera Układy liczbowe Funkcjonowanie komputera opiera się na działaniach liczbowych przy czym jako układ podstawowy zapisu liczb przyjęto układ binarny (dwójkowy) ze względu na łatwość interpretacji stanu napięciowego elementu elektronicznego (stan jakościowy jest prostszy w detekcji od stanu ilościowego). Informacja (liczba) przechowywana jest w rejestrze (komórce pamięci) mikroprocesora lub w komórce pamięci w zapisie binarnym pozycyjnym (dwójkowym), np. z wykorzystaniem 8-miu bitów (lub wielokrotności 8).
Komputer - elektroniczny automat cyfrowy Funkcje: - zapamiętywanie informacji - przetwarzanie informacji Automat uniwersalny (nie specjalistyczny) - wykonuje przetwarzanie różnego rodzaju informacji - gromadzi informacje różnego rodzaju Przekazywane w postaci programu
Rodzaje informacji w komputerze dane numeryczne tekstowe multimedialne (graficzne, dźwiękowe) program (sposób przetwarzania danych) binarny (w języku komputerowym) tekstowy (w języku programowania) postać binarna (cyfrowa) b 0, b 1, b 2, b 3...b 7 = b 0.2 7 +b 1.2 6 +... + b 6.2 1 + b 7.2 0 Przykładowo zapis liczby w układzie dwójkowym 8-miobitowym: 0 1 0 0 0 1 0 1 2 6 + 2 2 + 2 0 = 64 + 4 + 1 = 69 10 7 6 5 4 3 2 1 0
Bit (binary digit) to podstawowa jednostka informacji - stan elementu 0 lub 1. bit - dwie wartości - 0 lub 1 tranzystor (dioda) napięcie - prąd element optyczny element magnetyczny element ferromagnetyczny papier - otwór Każdą liczbę można przedstawić w postaci ciągu bitów. Grupa 8 bitów nazwana bajtem (1 B) daje możliwość zapisu 256 liczb naturalnych jednostki informacji (wg. rozmiaru): bit - 0 lub 1 bajt (B) - 8 bitów kilobajt (KB) - 1024 B megabajt (MB) - 1024 KB gigabajt (GB) - 1024 MB
Słowo komputerowe to ciąg bitów o określonej długości. Komputery mogą być 8-bitowe, 16-bitowe (2x8 lub 16), 32-bitowe itd. Słowo komputerowe może mieć różne znaczenia informacyjne - może reprezentować liczbę, znak, rozkaz. Ciągi liczbowe w układzie binarnym są niewygodne i stąd przyjął się ich zapis w postaci przeliczonej na układ szesnastkowy (heksadecymalny). W układzie tym używa się cyfr: Np.: 00000011 3 10 3h 00001010 10 10 Ah 00001111 15 10 Fh 11111111 255 10 FFh 15*16+15*1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 1111111111 1024 10-1 3FFh 1KB-1B 11111111111111111111 1024*1024 10-1 FFFFFh 1MB-1B Litera h po liczbie oznacza układ heksadecymalny.
WARTOŚCI NUMERYCZNE - LICZBY zapis stałopozycyjny b 0, b 1, b 2, b 3...b 15 znak 0 0 wartość - zapis uzupełnieniowy do dwóch 0 b 1.2 14 +b 2.2 13 +... + b 14.2 1 + b 15.2 0 1 < 0 < 0 inaczej cechy: + proste, szybkie operacje + zupełna dokładność ( w ramach zakresu) - mały zakres - 16 bitów [-32768 do 32767] - tylko wartości całkowite
zapis zmiennopozycyjny b 0, b 1... b 7, b 8, b 9... b 47 ± m 2 ±c c- cecha m - mantysa cechy + duży zakres 48 bitów ±1,7. 10 38 + także wartości ułamkowe, np.. - ograniczona dokładność 48 bitów ±2,9 10-39 1 _ 2 = 1 2-1
Znaki alfanumeryczne Graficzne: a...z, A...Z, + -. / \ * spacja, inne znaki Sterujące (kontrolne) :ENTER, BACKSPACE, DELETE Znaki mają przyporządkowane kody według tablicy ASCII (ISO-7), tzw. strona podstawowa tablicy to 128 znaków o kodach 0-127, wymienne strony dodatkowe (kody 128-255).
Identyfikacja znaków - tablica kodowa kod ASCII (ISO7) - American Standard Code for Information Interchange 0 31 - kontrolne 32 126 - numeryczne 127 - kontrolny kod rozszerzony (8-bitowy) 128 255 strony dodatkowe, np. 852 (CE) semigrafika i unikatowe krajowe greckie cyrylica Ą Ę Ń Á Â Ă Ä Ç É Ë Í Î Đ áâăä Л Е Д Щ Ы ω ϕ µ α β
Schemat działania komputera Działanie komputera opiera się na wykonywaniu: kolejnych akcji danego programu, który zapisany jest w postaci tzw. kodu maszynowego. Kod maszynowy to specjalny skomplikowany język, którego zasady zapisane są w ROM BIOS komputera, stałej pamięci (tylko do odczytu). W BIOS znajdują się podstawowe programy sterujące urządzeniami zewnętrznymi.
Złożone akcje programu składają się z operacji elementarnych, do których należą: wysyłanie wartości do komórek pamięci i pobieranie ich zawartości wykonywanie podstawowych operacji arytmetycznych (dodawanie, odejmowanie, mnożenie, dzielenie) wykonywanie operacji testujących wykonywanie skoków programowych zarządzanie adresami komórek pamięci wysyłanie rozkazów do urządzeń zewnętrznych
Podział komputerów ze względu na wielkość i zdolność obliczeniową: Małe komputery: miniaturyzacja (laptop, notebook, palmtop, pentop) Komputery osobiste typu IBM Inne komputery osobiste - Amiga, SUN, MacIntosh Stacje robocze (Workstations) - wysokowydajne procesory w architekturze RISC, praca wielozadaniowa (równoczesne wykonywanie wielu programów), wieloprocesorowe. Duże komputery wielozadaniowe do wyspecjalizowanych zadań naukowych - IBM, Cray
Dyskowy system plików organizacja logiczna informacji
Prosta struktura systemu plików (file system) Pamięci zewnętrzne oznacza się literami z dwukropkiem określenie pliku nazwa pamięci : nazwa pliku np.: A: list_1.txt C: turbo.exe niedogodność - duża liczba plików - nazwy nie mogą się powtarzać
Plik (ang. file) - zbiór informacji o spójnym logicznie znaczeniu - o nazwie (identyfikatorze) nadawanej przez autora lub użytkownika lista płac - zestaw nazwisk + kwot pismo, list program komputerowy rysunek Nazwa pliku nazwa właściwa [.rozszerzenie] zawartość pliku typ (sposób zapisu informacji) litery, cyfry, _, inne Fizycznie ciąg bajtów w pamięci zewnętrznej (HD, FD, CD-ROM)
Np.: list_1.txt list_2.doc lta_plac.98 lta_10_98.plc read.me lta_stud_1kdr.xls Standardowe rozszerzenia: sys - systemowe com, exe, bat, dll - programy doc (docx) MS Word txt - ASCII bmp - rysunek pas - j. Pascal xls (xlsx) - arkusz MS Excel
Przykład: 1 znak tekstu 1B 1 wiersz tekstu 60B 1 strona A4 tekstu 25*60 = 1500B = 1,5KB 10 stron 15KB 1 plik 1 dyskietka 1,44MB 960 stron A4 = 10 książek (100 plików) CD-ROM 600MB 4 000 książek ( 40 000 plików) dysk 4GB 30 000 książek ( 300 000 plików) Hierarchiczna (katalogowa, drzewiasta) struktura SP Katalog (folder) rozszerzenia) grupa plików nazwana - jak plik (zwyczajowo bez o organizacji hierarchicznej (podkatalogi)
Zalety - różne nazwy tylko w jednym katalogu - wielu użytkowników - własne podkatalogi - w danym momencie operujemy w zakresie jednego katalogu Określenie położenia pliku - pełna nazwa C:\LISTY\BRAT\b1_98.doc dysk + ścieżka dojścia + nazwa pliku
Struktura oprogramowania (software) systemowe niezbędne podstawowe wyposażenie komputera usługowe typowego przetwarzania dostępne w handlu użytkowe (własne) opracowywane samodzielnie na indywidualne zamówienia Oprogramowanie systemowe: program wprowadzający (ang. bootstrap) - w pamięci EPROM system operacyjny - zarządzanie zasobami komputera: - gospodarowanie czasem pracy komputera - zarządzanie pamięcią operacyjną - obsługa systemu plików w pamięciach zewnętrznych - dialog z użytkownikiem - współpraca z innymi komputerami
Systemy operacyjne DOS - środowisko tekstowe, Windows 3.x (3.1, 3.11 for WORKGROUPS)- nakładka, system graficzny, 16-bitowy Windows 95, 98 2000, XP, VISTA, Windows 7(32- bitowy lub 64-bitowy) WINDOWS8, graficzny odmiany Solaris, XWindows, MACWindows UNIX - znakowy, do zastosowań profesjonalnych wiele dystrybucji NOVELL Netware - system sieciowy