Wprowadzenie do współczesnej inżynierii. Rozwój komputerów i metod komunikacji człowieka z komputerem

Podobne dokumenty
Wstęp do współczesnej inżynierii EKS i komputery sterowane myślami. Andrzej Materka, listopad 2010

Komputery sterowane myślami

Wstęp do Informatyki. dr inż. Paweł Pełczyński

Architektura komputerów Historia systemów liczących

Historia komputera. Lubię to! - podręcznik

Dydaktyka Informatyki budowa i zasady działania komputera

algorytm przepis rozwiązania przedstawionego zadania komputer urządzenie, za pomocą którego wykonywane są algorytmy

Technika mikroprocesorowa

Komputer IBM PC niezależnie od modelu składa się z: Jednostki centralnej czyli właściwego komputera Monitora Klawiatury

Algorytmy i struktury danych

Podstawy Informatyki JA-L i Pamięci

Budowa komputera. Magistrala. Procesor Pamięć Układy I/O

Budowa komputera. Magistrala. Procesor Pamięć Układy I/O

Algorytmy i struktury danych

Tranzystor JFET i MOSFET zas. działania

Sprzęt komputerowy 2. Autor prezentacji: 1 prof. dr hab. Maria Hilczer

Algorytmy i struktury danych

Katedra Przyrządów Półprzewodnikowych i Optoelektronicznych Laboratorium Przyrządów Półprzewodnikowych. Ćwiczenie 4

Historia komputera. Architektura komputera Historia komputera. Historia komputera. Historia komputera. Historia komputera

1. Budowa komputera schemat ogólny.

Metody numeryczne Technika obliczeniowa i symulacyjna Sem. 2, EiT, 2014/2015

Logiczny model komputera i działanie procesora. Część 1.

Przeszłość i Przyszłość Informatyki

Budowa komputera Komputer computer computare

urządzenie elektroniczne służące do przetwarzania wszelkich informacji, które da się zapisać w formie ciągu cyfr albo sygnału ciągłego.

JAKIE IDEE WPŁYNĘŁY NAJSILNIEJ NA ROZWÓJ I EWOLUCJĘ INFORMATYKI?

Elementy historii INFORMATYKI

Programowanie sterowników PLC wprowadzenie

Urządzenia zewnętrzne

LEKCJA TEMAT: Zasada działania komputera.

Elektronika cyfrowa i mikroprocesory. Dr inż. Aleksander Cianciara

Spis treœci. Co to jest mikrokontroler? Kody i liczby stosowane w systemach komputerowych. Podstawowe elementy logiczne

Budowa komputera KROK PO KROKU! Opis wszystkich części komputera w sposób zrozumiały dla nowatorów

Architektura komputerów

Komputer i urządzenia z nim współpracujące.

W Polsce żyje ok. 5,5 miliona osób niepełnosprawnych wzrost o 50% w ostatnich 20 latach

Wykład I: Kodowanie liczb w systemach binarnych. Studia Podyplomowe INFORMATYKA Podstawy Informatyki

Podsystem graficzny. W skład podsystemu graficznego wchodzą: karta graficzna monitor

Informatyka. Michał Rad

Spotkanie z komputerem

WOJEWÓDZKI KONKURS INFORMATYCZNY DLA UCZNIÓW DOTYCHCZASOWYCH GIMNAZJÓW ETAP SZKOLNY BIAŁYSTOK, 22 LISTOPADA 2017 R.

Wprowadzenie do systemów operacyjnych. mgr inż. Krzysztof Szałajko

Wprowadzenie do informatyki i użytkowania komputerów. Kodowanie informacji System komputerowy

Przeszłość i przyszłość informatyki

Budowa Mikrokomputera

Informatyka. Prowadzący: Dr inż. Sławomir Samolej D102 C, tel: , WWW: ssamolej.prz-rzeszow.

3.Przeglądarchitektur

PYTANIA BUDOWA KOMPUTERA kartkówki i quizy

Wprowadzenie do inżynierii przetwarzania informacji

Budowa komputera. Lubię to! - podręcznik

Architektura Systemów Komputerowych. Paweł Pełczyński

Technologie Informacyjne Wykład 2

Architektura komputera

Wykład I. Podstawowe pojęcia. Studia stacjonarne Pedagogika Budowa i zasada działania komputera

Sprzęt komputerowy 2. Autor prezentacji: 1 prof. dr hab. Maria Hilczer

dr hab. Joanna Jędrzejowicz Podstawy informatyki i komputeryzacji Gdańska Wyższa Szkoła Humanistyczna

Architektura komputerów wer. 7

HISTORIA KOMPUTERÓW 2015/16. Bartosz Klin.

Systemy operacyjne i sieci komputerowe Szymon Wilk Superkomputery 1

Wykład I. Podstawowe pojęcia. Studia Podyplomowe INFORMATYKA Architektura komputerów

Systemy operacyjne. Systemy operacyjne. Systemy operacyjne. Zadania systemu operacyjnego. Abstrakcyjne składniki systemu. System komputerowy

Cyfrowe układy scalone

Algorytmy i struktury danych

Informatyka Studia II stopnia

Technologie Informacyjne

Politechnika Gdańska. Gdańsk, 2016

HISTORIA KOMPUTERÓW 2014/15. Bartosz Klin.

Architektura komputerów

Uniwersytet w Białymstoku Wydział Ekonomiczno-Informatyczny w Wilnie SYLLABUS na rok akademicki 2010/2011

Wstęp do architektury komputerów

Architektura komputerów

O informatyce i jej historii. R. Robert Gajewski omklnx.il.pw.edu.pl/~rgajewski

Programowanie Niskopoziomowe

Politechnika Gdańska WYDZIAŁ ELEKTRONIKI TELEKOMUNIKACJI I INFORMATYKI. Katedra Metrologii i Optoelektroniki. Metrologia. Ilustracje do wykładu

Podstawy elektroniki i metrologii

3.Przeglądarchitektur

Cyfrowe układy scalone

Architektura Komputerów

Czujniki obiektowe Sterowniki przemysłowe

Architektura komputerów

Komputer. Komputer (computer) jest to urządzenie elektroniczne służące do zbierania, przechowywania, przetwarzania i wizualizacji informacji

Technika cyfrowa Inżynieria dyskretna cz. 2

dr inż. Andrzej Skorupski Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych Politechnika Warszawska

Klasyfikacja sprzętu i oprogramowania nowoczesnego banku. Informatyka bankowa, AE w Poznaniu, dr Grzegorz Kotliński

PROBLEMATYKA OBLICZEŃ MASOWYCH W NAUKACH O ZIEMI. Satelitarny monitoring środowiska

Bramki logiczne Podstawowe składniki wszystkich układów logicznych

Temat: Pamięci. Programowalne struktury logiczne.

Komputery. Wersja: 5 z drobnymi modyfikacjami! Wojciech Myszka :08:

Zygmunt Kubiak Instytut Informatyki Politechnika Poznańska

System komputerowy. System komputerowy

Dla człowieka naturalnym sposobem liczenia jest korzystanie z systemu dziesiętnego, dla komputera natomiast korzystanie z zapisu dwójkowego

Wzmacniacz operacyjny

Wybrane bloki i magistrale komputerów osobistych (PC) Opracował: Grzegorz Cygan 2010 r. CEZ Stalowa Wola

Techniki multimedialne

Cyfrowe układy scalone

UKŁAD SCALONY. Cyfrowe układy można podzielić ze względu na różne kryteria, na przykład sposób przetwarzania informacji, technologię wykonania.

Architektura komputerów wer. 3

WPROWADZENIE Mikrosterownik mikrokontrolery

PI 02-01/12. W jednym bajcie można można zakodować 256 różnych znaków.

Transkrypt:

Politechnika Łódzka Instytut Elektroniki http://amaterka.pl Wprowadzenie do współczesnej inżynierii Rozwój komputerów i metod komunikacji człowieka z komputerem Andrzej Materka, kwiecień 2013 Jena Meeting, 12-14 December 2008 1/8

Plan wykładu - Rozwój urządzeń wspomagających obliczenia - Prawo Moore a - Budowa i działanie komputera - Wprowadzanie danych do komputera - Komputer sterowany myślami 2/47

Rozwój komputerów łac. computo zrachować, obliczyć łac. calculus kamyk, rachunek Liczydło III w. pne (?) 3/47

Rozwój komputerów Kipu (Inkowie) Mnożarka (pałeczki) Nepera (1602) http://ww2.tvp.pl/view?cat=1875&id=235297 Suwak logarytmiczny http://www.computerhistory.org/virtualvisiblestorage/entry.html http://www.sliderules.clara.net/ 4/47

Rozwój komputerów Kalkulator Da Vinci (ok. 1500) Kalkulator CURTA (1948-1972) http://www.maxmon.com/history.htm - Kalkulator mechaniczny Schickarda (1600) - Sumator Pascala (1642) - Kalkulator Leibniza (1673) http://www.curta.de/kr31/index.htm 5/47

Rozwój komputerów Maszyna tkacka Jacquarda (1804) http://history.acusd.edu/gen/recording/jacquard1.html Karty perforowane (program) - Maszyna analityczna Babbage a (1834) - Tabulator Holleritha (1890) 6/47

Rozwój komputerów Komputer elektroniczny (1946) Electronic Numerical Integrator And Calculator Lampy elektronowe (obliczanie trajektorii pocisków artyleryjskich) http://www.library.upenn.edu/exhibits/rbm/mauchly/jwmintro.html 7/47

Rozwój komputerów Komputery elektroniczne I generacja (1946-59) lampy elektronowe II generacja (1959-65) tranzystory III generacja (1965-75) układy scalone IV generacja (od 1975) układy scalone wielkiej skali integracji http://pl.wikipedia.org 8/47

Rozwój komputerów ENIAC (1946) 100 m 3 objętości 30 ton 18 000 lamp próżniowych 10 000 kondensatorów 5 000 instr./s http://www.library.upenn.edu/exhibits/rbm/mauchly/jwm8b.html ENIAC-on-a-Chip (Univ. Pennsylvania 1995) 7,4 mm 5,3 mm 175 000 tranzystorów MOS http://www.ee.upenn.edu/~jan/eniacproj.html 9/47

Rozwój komputerów 1975: IBM mainframe 10 mln instrukcji/s 10 mln USD 1995: gra komputerowa 500 mln instrukcji/s (50:1) 500 USD (1:20 000) http://en.wikipedia.org/wiki/ibm_pc http://en.wikipedia.org/wiki/boeing_727 Dr Amar Gupta (MIT) Gdyby w czasie ostatnich 25 lat samoloty rozwijały się równie szybko jak komputery, to... Boeing 727 kosztowałby 500 USD, okrążałby Ziemię w 20 minut zużywając przy tym 20 l paliwa. 10/47

Rozwój komputerów Układ scalony miliony tranzystorów na wspólnym podłożu. http://www.ee.upenn.edu/~jan/eniac_chip.html http://pl.wikipedia.org/wiki/uk%c5%82ad_scalony - Duże możliwości obliczeniowe - Duża szybkość - Zwiększona niezawodność 11/47

Zastosowania komputerów http://www.sonyericsson.com/ http://www.tomshardware.pl/consumer/20020913/ MP3 http://www.hoopla.pl Telefon DVD/BD http://www.agdrtv.com/dvd/grundig_dvd_p_7000.php Telewizor 12/47

Zastosowania komputerów http://www.hoopla.pl/product_info.php?products_id=3615 http://en.wikipedia.org/wiki/image:microwave.750pix.jpg Pralka Kuchnia mikrofalowa 13/47

Zastosowania komputerów http://www.mazda.de/default.asp http://travel.howstuffworks.com/space-shuttle.htm Samochód osobowy Prom kosmiczny 14/47

Spostrzeżenie - Komputery stają się mniejsze, tańsze, szybsze, wykonują więcej funkcji i wywierają istotny wpływ na nasze życie. - Komputery stają się wszechobecne. 15/47

Pytania - Czym jest komputer w wymienionych zastosowaniach? - Jakie funkcje realizuje? - Dlaczego używamy komputerów do pełnienia tych funkcji? 16/47

Elementy składowe komputera Program John von Neumann (1903-1957) Jednostka arytmetycznologiczna Im krótszy okres zegara, tym szybciej liczy komputer. Układy wejściowe Jednostka sterująca Układy wyjściowe Pamięć Zegar 0 1 0 1 0 1 0 1 czas Cykl pracy - pobranie instrukcji - rozkodowanie instrukcji - pobranie danych - wykonanie instrukcji - przesłanie wyniku do pamięci 17/47

Działanie komputera CPU - Central Processing Unit (Procesor) Jednostka arytmetycznologiczna Układy wejściowe Jednostka sterująca Układy wyjściowe Tekst Mowa, Muzyka, Dane Obrazy Wideo, Wyniki pomiarów, Pamięć Informacja Tekst Dźwięk, Film, Animacja, Wykres, Tabela, Przetwarzanie danych liczbowych 18/47

Angielski Polski hardware sprzęt software oprogramowanie Potrzeba programowania Procesor Hardware Urządzenie wejściowe Dane Pamięć Informacja Urządzenie wyjściowe Program (aplikacja) Software - Funkcja pełniona przez komputer zależy od programu. - Sprzęt się nie zmienia. - Jest to zaleta komputerów cyfrowych. 19/47

Komputer elementy i operacje Założenia - przetwarzane liczby są zapisane dwójkowo (binarnie) - czas wykonania pojedynczej operacji jest bardzo krótki - elementy składowe komputera mają bardzo małe rozmiary Zapis dziesiętny dwójkowy 10 1 8 4 2 1 0 0 1 1 2 1 0 3 1 1 4 1 0 0...... 1 5 1 1 1 1 dekompozycja na proste operacje odporność na zakłócenia 20/47

Komputer elementy i operacje Przykłady obliczeń dwójkowych Reguły dodawania 0 0 1 1 +0 +1 +0 +1 0 1 1 10 6 5: 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 + 1 1 0 1 1 1 1 0 Kodowanie znaków pisma! - 00100001 $ - 00100100 A - 01000001 B - 01000010 Z - 01011010 a - 01100001 m - 01101110 Możliwość przetwarzania danych symbolicznych. 21/47

Okładki Pamięć Komputer elementy i operacje Kondensator płaski A C A d pojemność kondensatora d Izolator + + + + + + + + + + + + Q - - - - - - - - - - - - U 1 bajt pamięci (8 bitów) 0 0 0 1 1 0 0 1 Q CU ładunek napięcie pojemność 16 + 8 + 1 = 25 22/47

V in Komputer elementy i operacje V DD =5V Inwerter V o C A A Funkcja NIE A A 0 1 1 0 W stanie statycznym układy CMOS nie pobierają energii. ŹRÓDŁO (S) BRAMKA (G) DREN (D) V DD =5V W Vin v GSP v GSN S D D S Inwerter CMOS V o C 0,1 µm n + n + Si L podłoże typu p B Tranzystor MOS 23/47

Komputer elementy i operacje A B LUB NIE-LUB 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 A A + B B Funkcja NIE - LUB A B M 1 M 2 V DD X=A+B George Boole (1815-1864) System funkcjonalnie pełny można zbudować używając tylko dwóch operatorów, np. LUB i NIE. A B A + B LUB A NIE A M 3 M 4 Układ NIE - LUB Układy scalone CMOS mogą służyć do budowy komputerów. 24/47

Komputer elementy i operacje Układ scalony - miliony tranzystorów na wspólnym podłożu. - duże możliwości obliczeniowe - duża szybkość - zwiększona niezawodność 25/47

Liczba tranzystorów w układzie scalonym Rozwój komputerów 1.0E+07 1.0E+06 1.0E+05 1.0E+04 1.0E+03 70 75 80 85 90 95 Rok (19XX) Prawo Moore a (1965) Liczba tranzystorów w układzie scalonym podwaja się co 18 miesięcy. Hipoteza Kurzweilla (1999) Prawo Moore a dotyczy możliwości obliczeniowych komputera każdego typu, niezależnie od technologii jego realizacji. 26/47

Rozwój komputerów Układy scalone... - mogą pomieścić setki tysięcy układów LUB i NIE - są coraz szybsze Komputery zbudowane z układów scalonych... - stają się mniejsze - wykonują więcej złożonych obliczeń - liczą szybciej 27/47

Urządzenia wejściowe http://www.wps.com/products/story-teller/technical/ Karta dziurkowana Taśma dziurkowana http://www.cs.uiowa.edu/~jones/cards/collection/i-program.html 28/47

Urządzenia wejściowe http://www.howstuffworks.com/keyboard.htm http://www.fastpoint.com/ Klawiatura Ekran dotykowy 29/47

Urządzenia wejściowe http://www.webopedia.com/term/l/light_pen.html http://en.wikipedia.org/wiki/ Pióro świetlne Tablica graficzna 30/47

Urządzenia wejściowe http://en.wikipedia.org/wiki/computer_mouse http://en.wikipedia.org/wiki/douglas_engelbart Mysz komputerowa Patent (1970) 31/47

Urządzenia wejściowe http://en.wikipedia.org/wiki/computer_mouse Działanie popularnych urządzeń wejściowych nie jest zgodne z naturą komunikowania się człowieka z otoczeniem. Mysz przewodowa optyczna Myszy bezprzewodowe 32/47

Urządzenia wejściowe Interfejsy HCI (Human-Computer Interface) http://www.smi.de http://orin.com/index.htm http://www.metrovision.fr/ http://www.nasa.gov/ http://www.ibva.com/html/core.htm http://www.onr.navy.mil/ 33/47

Instytut Elektroniki PŁ http://www.orange.pl/portal/map/map/article?id=4109429 b-link Sterowanie komputerem za pomocą mrugnięć powiekami. 34/47

Interfejs mózg-komputer BCI BCI (Brain-Computer Interface) wykorzystuje analizę pracy mózgu (np. mózgowe sygnały elektryczne) i nie zależy od aktywności innych nerwów lub mięśni. 35/47

Interfejs mózg-komputer Korzystanie z interfejsu BCI nie wymaga wykonywania ruchu. Angorka nr 10 (7-3-2004) Odbiorcy osoby niepełnosprawne, sparaliżowane piloci samolotów, kierowcy wszyscy użytkownicy komputerów 36/47

Interfejs mózg-komputer Kora mózgowa Planowanie ruchu http://www.bci-info.tugraz.at/groups/graz-bci/ http://www.brainconnection.com/topics/?main=anat/motor-anat Ograniczona pojemność i szybkość 37/47

Zasada działania interfejsu mózg-komputer Pomiar EEG Sygnał EEG Przetwarzanie wstępne Komputer Wyznaczanie cech http://www.gtec.at/service/ images/10_20_system_mod.gif Klasyfikacja cech Informacja zwrotna Wykonanie zadania http://www.gtec.at/service/ images/placed3way_web.jpg Elektryczne sygnały mózgowe są bardzo słabe i silnie zakłócone 38/47

Wspomaganie osób niepełnosprawnych 39/47

Mózgowe odpowiedzi wywołane Analiza widmowa f x Częstość f x http://www.neuroskills.com/ index.shtml?main=/tbi/brain.html Czas Duża pojemność i prędkość 40/47

Świetlna klawiatura Każdy klawisz miga z inną częstością EEG Analiza widmowa Wybieranie numerów telefonicznych (Tsinghua University, Pekin) 41/47

Instytut Elektroniki PŁ Badania i eksperymenty S F S L 1 cm S R 42/47

Instytut Elektroniki PŁ Badania i eksperymenty 43/47

Instytut Elektroniki PŁ Badania i eksperymenty Użytkownik Czas detekcji [s] min max średni AK2 2.2 8.6 4.2 AK2 2.0 8.1 3.1 AK2 1.8 7.5 3.2 LS1 2.7 43.4 13.4 LS1 4.9 25.1 8.7 MP2 1.5 10.6 3.5 WF1 3.5 33.0 11.6 MB1 1.4 4.2 2.7 MB1 1.0 1.9 1.6 MB1 0.4 2.3 1.5 44/47

Instytut Elektroniki PŁ Podsumowanie Opracowano nowy system interfejsu mózgkomputer Lepsza jakość sygnału => większa szybkość i pojemność Tylko 3 elektrody Mały rozmiar wirtualnej klawiatury 1 Obecne badania: zwiększenie liczby 1 znaków wirtualnej klawiatury 45/47

Podsumowanie cd. Wykorzystanie elektrycznych sygnałów mózgowych udostępnia komputer osobom niepełnosprawnym. Istnieją możliwości zwiększenia szybkości i niezawodności komunikacji za pomocą SSVEP. Jest bardzo dużo do zrobienia w zakresie komunikacji człowieka z [wszechobecnymi] komputerami. 46/47

Rozwój komputerów i metod komunikacji człowieka z komputerem Dziękuję Państwu za uwagę i życzę ciekawych, owocnych studiów Andrzej Materka, http://amaterka.pl 47/47