Podstawy Informatyki Metalurgia, I rok Krzysztof Wilk Katedra Informatyki Stosowanej i Modelowania wilk@metal.agh.edu.pl tel. 012 617 28 89 Konsultacje: poniedziałek, 11.30-13; B-4, pok. 207 PROGRAM ZAJĘĆ Semestr 2: Podstawy Informatyki Wykłady: 15 godzin, s. 122 B-4 Ćwiczenia laboratoryjne: 15 godzin zgodnie z rozkładem zajęć - wymiennie Warunki zaliczenia Program wykładów Kolokwia na ćwiczeniach również materiał z wykładów Samodzielnie wykonane programy komputerowe Szczegółowe warunki podadzą prowadzące zajęcia. Historia komputerów i informatyki System UNIX Liczby w komputerze Algorytmy Język C++ Sieci komputerowe Z czego się uczyć? Materiały dydaktyczne (wykład + projekt). http://www.metal.agh.edu.pl/~wilk/dydaktyka.html Dokumentacja oprogramowania (tzw. HELP). Internet (np. http://www.codeguru.com). Czasopisma i literatura komputerowa: Dawid Harel, Rzecz o istocie informatyki. T.H. Cormen, C.E. Leiserson, R.L. Rivest, Wprowadzenie do Algorytmów. L. Banachowski, K. Diks, W. Rytter, Algorytmy i struktury danych Czym jest informatyka? Informatyka (computer science, computing science, information technology, informatics) dziedzina nauki i techniki zajmująca się przetwarzaniem informacji w tym technologiami przetwarzania informacji oraz technologiami wytwarzania systemów przetwarzających informacje. Termin informatyka zaproponował w 1968 r. Romuald Marczyński w Zakopanem na ogólnopolskiej konferencji poświęconej maszynom matematycznym na wzór fr. informatique i niem. Informatik.
Historia informatyki IV w. p.n.e algorytm Euklidesa (pierwszy niebanalny algorytm), IX w. Muhammed ibn Musa al-kwarizmi - algorytmy dodawania, odejmowania, mnożenia i dzielenia liczb dziesiętnych, 1801 Joseph Jacquard krosno tkackie sterowane dziurkowanymi kartami 1833 Charles Babbage maszyna różnicowa, plany maszyny analitycznej, lata 20. XX w. Alan Turing, Emil Post, Howard Aitken, John von Neumann, Kurt Gödel, Alnzo Church, Stephen Kleene, Andriej Markow teoria algorytmów, teoria obliczeń. 1940 Claude Shannon teoria informacji (bit), lata 60. XX w. uznanie informatyki za niezależną dyscyplinę akademicką. Historia komputerów, cz. 1 440 p.n.e Abacus, Chiny 1623 Wilhelm Schickard sumator do 6 cyfr, 1642 maszyna obliczeniowa (B. Pascal) 1671 kalkulator mechaniczny (G. Leibniz) 1801 karty perforowane w tkalni (J. Jacquard) 1834 maszyna różnicowa (C. Babbage) 1936 taśma perforowana (K. Zuse) 1941 Konrad Zuse Z3 (600 przekaźników, 513Hz, 64 x 22-bit pamięć), 1943 M.H. Newman i T.H. Flowers Colossus, Historia komputerów, cz. 2 Pascalina 1944 MARK 1 (na przekaźnikach), 1946 ENIAC (lampowy), 1948 tranzystor, 1949 UNIVAC - pierwszy komputer produkowany seryjnie, 1959 patent na układ scalony (TI), 1973 K-202 (polski minikomputer) 1974 Intel 8080 (pierwszy mikroprocesor), 1977 Apple II (pierwszy komputer osobisty) 1980 ZX 81 (pierwszy do zabawy) 1983 IBM PC XT (początek ery pecetów) Karty perforowane Jacquarda Krosno Jacquarda
Tkanina żakardowa Maszyna różnicowa Babbage a Cel: Wykorzystanie metody różnic skończonych do obliczania wartości wybranych funkcji (drukowanie tablic matematycznych) Założenia: Dodawanie liczb 20-cyfrowych (przy 6 różnicach), lub 40-cyfrowych (przy 3 kolejnych różnicach) Drukowanie wyników 44cyfry na minutę Wymiary maszyny: 2,5x2x1m Liczba elementów mechanizmu: 25 000 Koszt prototypu: 17 470 (parowóz kosztował wtedy 800 ) Druga maszyna różnicowa Dokładność 31 cyfr Liczba elementów 8 000 Skonstruowana wg planów Babbage a w latach 1985-91 przez pracowników Science Museum w Londynie. ASCC (Automatic Sequence Controlled Calculator) MARK I Kalkulator mierzył 16x2,6x0.6 m, ważył 5 ton i miał 765 299 różnych części: 863 km przewodów elektrycznych, 1 000 komutatorów i 3 304 przełączniki dwupozycyjne, 1400 komutatorów i 2 200 przełączników 10-pozycyjnych, 1 210 łożysk tocznych, przyciski, styki krzywkowe, 175 000 połączeń elektrycznych, 3 miliony punktów lutowniczych. Wał główny, napędzany silnikiem 5 KM, biegł poziomo u podstawy maszyny przez całą jej długość. Poszczególne plansze uruchamiane były za pośrednictwem przekładni zębatych lub łańcuchowych. Wprowadzanie danych następowało bądź za pośrednictwem kart lub taśm perforowanych, bądź za pomocą 60 rejestrów złożonych z 24 przełączników dziesiętnych, ustawianych ręcznie przed przystąpieniem do pracy. Wyniki drukowano na kartach lub taśmach perforowanych, bądź na elektrycznych maszynach do pisania. Koszt urządzenia - ok. 1 mln $ Obsługa - 10 osób (zastępowała 100 tradycyjnych rachmistrzów) Komputer Odra
Taśma perforowana Karta perforowana z lat 70-tych Komputer K-202 (J. Karpiński,1970-73) Rzeczpospolita, 21-02 02-2010 2010 Zmarł Jacek Karpiński We wrocławskim szpitalu zmarł polski inżynier, elektronik i informatyk, twórca pierwszego polskiego mikrokomputera K-202 Jacek Karpiński. Miał 83 lata. Generacje komputerów 0 oparte o przekaźniki i elementy mechaniczne (np. Z3), 1 budowane na lampach elektronowych (np. XYZ), 2 budowane na tranzystorach (np. Cray-1), 3 budowane na układach scalonych SSI i MSI (np. Odra 1305), 4 budowane na układach VLSI (np. PC), 5 projekty o niekonwencjonalnych rozwiązaniach, np. komputer optyczny. Budowa komputera W teorii i w praktyce
KOMPUTER Schemat funkcjonalny wyjście Pamięć Wejście Jednostka centralna (procesor) Wyjście wejście Procesor - elementy zespół rejestrów do przechowywania danych i wyników (rejestry mogą być ogólnego przeznaczenia, lub mają specjalne przeznaczenie), jednostka arytmetyczna (arytmometr) do wykonywania operacji obliczeniowych na danych, układ sterujący przebiegiem wykonywania programu. Jedną z podstawowych cech procesora jest długość (liczba bitów) słowa, na którym wykonywane są podstawowe operacje obliczeniowe (8, 16, 32, 64). Procesor - rozkazy kopiowanie danych: z pamięci do rejestru z rejestru do pamięci z pamięci do pamięci (niektóre procesory) działania arytmetyczne: dodawanie odejmowanie porównywanie dwóch liczb dodawanie i odejmowanie jedności zmiana znaku liczby Procesor rozkazy cd. działania na bitach: iloczyn logiczny - AND suma logiczna - OR suma modulo 2 (różnica symetryczna) - XOR negacja - NOT przesunięcie bitów w lewo lub prawo skoki bezwarunkowe warunkowe Pamięć ROM - tylko do odczytu, dane stałe, nie giną po wyłączeniu zasilania, np. BIOS RAM - do zapisu i odczytu, podstawowa pamięć komputera, obecnie 1 GB i więcej masowa - np. dyski, dyskietki, CD, DVD, taśmy - duże pojemności (do TB), ale wolniejszy dostęp niż RAM FLASH dane zapamiętane w "kondensatorach" wewnątrz struktury pamięci. Nie giną po wyłączeniu zasilania (nawet przez 10 lat i więcej). Można je zmieniać,kasować, zapisywać na nowo.
Pamięć rdzeniowa Urządzenia wejścia klawiatura mysz mikrofon joystick modem, karta sieciowa porty szeregowe, USB itd. Pamięci masowe Urządzenia wyjścia System operacyjny monitor drukarka głośniki karta sieciowa, modem porty szeregowe, USB pamięci masowe komputer bez programu jest martwy, wpisywanie procedur zarządzających sprzętem i pamięcią w każdym programie byłoby skomplikowane, programem odpowiadającym za zarządzanie urządzeniami komputera, pamięcią, dyskami i innymi programami jest system operacyjny. Budowa systemu operacyjnego Składniki systemu użyszkodnicy programy jądro powłoka sprzęt jądro - komunikuje się z komputerem przez sterowniki urządzeń i wykonuje kolejkowanie zadań, obsługę pamięci powłoka - stanowi interpreter poleceń systemu (komunikacja z użytkownikiem) programy - polecenia systemowe nie zawarte w jądrze, programy narzędziowe, programy użytkowe
Systemy operacyjne: jednozadaniowe (np. DOS) wielozadaniowe (np. UNIX) niewielozadaniowe ;-) (Windows) na komputery IBM PC jednozadaniowy System DOS bez wielodostępu (tylko z klawiatury) system wyszedł z użycia Systemy MS Windows Systemy UNIX na komputery IBM PC ciągle rozwijane (ale wymagają coraz silniejszych komputerów) interfejs graficzny ułatwia pracę systemy wielozadaniowe, ale bez wielodostępu chociaż... świadczą pewne usługi poprzez sieć Na wszystkie typy komputerów, od prostych PC do superkomputerów systemy od początku wielodostępne i wielozadaniowe łatwe w konfiguracji (pliki tekstowe) przeznaczone głównie do pracy zdalnej jasno określone prawa użytkowników Wielozadaniowość i wielodostęp jednozadaniowość - kolejne zadanie wykonywane po zakończeniu poprzedniego wielozadaniowość - wykonywanie wielu zadań w tym samym czasie. W rzeczywistości zadania są wykonywane kolejno w przydzielonych im przedziałach czasowych (chyba że jest kilka procesorów) wielodostęp - w tym samym czasie z jednego komputera korzysta wielu użytkowników