Informatyka Wybrane źródła internetowe: Certyfikat ECDL

Prezentacja na temat: "Informatyka Wybrane źródła internetowe: Certyfikat ECDL"— Zapis prezentacji:

1 Informatyka Wybrane źródła internetowe: Certyfikat ECDL (język angielski) Otwarte wykłady dla studentów we wszystkich dziedzinach: (język angielski)

2 Definicja Informatyki
W ujęciu naukowym Dyscyplina naukowa i gałęzie wiedzy, dotyczące przetwarzania danych przy użyciu środków technicznych (komputerów). Zastosowanie metod matematyki (teorii liczb i logiki) w celu algorytmizacji problemów definiowanych we wszystkich dziedzinach wiedzy. W ujęciu technicznym Dziedzina wiedzy technicznej (cybernetyka), obejmująca elektrotechnikę, elektronikę, mechanikę, chemię, rozwijana w celu projektowania komputerów i metod programowania. Cele informatyki Zastosowanie metod i urządzeń informatyki w celu gromadzenia, przetwarzania i udostępniania danych o procesach, zjawiskach, problemach zachodzących w świecie fizycznym w szczególności środowisku człowieka (nauce, organizacjach, procesie wytwórczym)

3 Definicje podstawowe - Liczby
Liczby Naturalne 1 jest liczbą naturalną, każdy następnik (+1) liczby 1 jest liczbą naturalną, zbiór liczb naturalnych jest nieskończony. przykład zbioru liczb Naturalnych: N = {1, 2, 3, ...} Liczby Całkowite: C = N  {... –3, -2, -1, 0} Liczby Rzeczywiste: R = C  {... 2}

4 Definicje podstawowe - Arytmetyka
zbiór liczb, definicja operacji na zbiorze liczb przykład: “dodawanie”, “odejmowani” na zbiorze liczb całkowitych, przykład definicji arytmetyki: A = { N, +, -, 0 }

5 Definicje podstawowe - Zbiory danych i przetwarzanie danych
skończone zbiory liczb (naturalnych, całkowitych, rzeczywistych), które odwzorowują lub modelują pewne obiekty świata rzeczywistego. Przetwarzanie danych definicje arytmetyk (operacji na liczbach), definicje algorytmów (zastosowanie operacji na liczbach), które przez obliczenia odwzorowują zachowanie (zjawiska) obiektów świata rzeczywistego

6 Przetwarzanie danych - przykład konwersji liczb

7 Przetwarzanie danych - przykład dodawania liczb dwójkowych
100100 011011 110011 111100 Wejściowe zbiory danych 000100 001001 000011 101000 110110 111111 Wyjściowe zbiory danych Proces przetwarzania (PROGRAM)

8 Przetwarzanie danych - przykład zapisu algorytmu
Pobierz dane z wejścia 1 do pamięci D1 Pobierz dane z wejścia 2 do pamięci D2 Wykonaj dodawanie D1 + D2 Wynik do pamięci S1 Wynik z pamięci S1 podaj na wyjście Stop Start

9 Przetwarzanie danych za pomocą komputera
Wejściowy zbiór danych Algorytm obliczeń Wyjściowy zbiór danych Interfejs wejściowy Komputer Interfejs wyjściowy Pamięci masowe Procesor Program

10 Architektury komputerów
Klasyfikacja zależna od wielkości: Mainframe - „wielkie” komputery, Supercomputer - „gigantyczne” komputery Minicomputer, microcomputer - „średnie”, PC - komputer personalny, Computer network - sieć komputerów, Controlers - komputery przemysłowe

11 Architektura - struktura modułowa
Pamięć operacyjna Procesor Układ sterowania Magistrala - transmisja danych Kontroler magistrali Interfejsy WEJŚCIA - WYJŚCIA Pamięci masowe

12 Przetwarzanie danych - oprogramowanie
Typy oprogramowania Sterowanie komputerem, Systemy operacyjne, Aplikacje użytkowe Aplikacje zintegrowane z systemem operacyjnym, Aplikacje przemysłowe

13 Oprogramowanie - systemy operacyjne
Funkcje systemu operacyjnego: Zapisywanie - odczytywanie danych na pamięciach masowych, Uruchamianie aplikacji użytkowych, Sterowanie interfejsami komputera, Transmisja danych między komputerami, Kontrola dostępu do danych i oprogramowania

14 Systemy operacyjne - przykłady
UNIX ™, LINUX ™ - wszystkie typy komputerów, wszystkie urządzenia komputera są zbiorami danych (plikami), Windows ™ (98, NT, ME, XP, 2000) - komputery personalne, możliwość obsługi różnych urządzeń, zastosowanie interfejsu graficznego, zbiory danych na pamięciach masowych, Inne - Macintosh ™

15 Aplikacje użytkowe - dziedziny zastosowań
Składowanie i przetwarzanie baz danych, przetwarzanie tekstów i danych numerycznych - wspomaganie zarządzania. Sterowanie maszynami, urządzeniami i procesem produkcyjnym. Obliczenia numeryczne i statystyczne w projektach inżynierskich. Transmisja i udostępnianie danych w sieciach komputerowych. Przetwarzanie danych reprezentujących obiekty graficzne.

16 Zbiory danych jako zbiory liczb
Zbiory danych są zbiorami liczb, które są miarą obiektów lub odwzorowują obiekty w przetwarzaniu danych, Zbiory danych są zapisywane w pamięci komputera za pomocą liczb binarnych (dwójkowy) całkowitych, Zbiory danych, które odwzorowują różne obiekty są zbiorami liczb całkowitych dodatnich i ujemnych, liczb wymiernych (stałopozycyjne, zmiennopozycyjne, ułamkowe), symboli tekstowych (litery), etykiet, napisów i tekstów, i innych.

17 Przykłady zbiorów danych (liczbowe)
Zbiory liczb: Liczby całkowite, stosowane w odwzorowaniu obiektów przeliczalnych np.: liczebność populacji, identyfikatory obiektów, ilości pewnych obiektów w populacji (np.: {1,2,3,…10,20,30,...itd.}). Liczby wymierne, stosowane jako miara cech obiektów charakteryzujących ich fizyczne (np.: rozmiary, temperatura, prędkość, waga itp. lub umowne (porównawcze) właściwości (np.: wartość) (np.: (1.01, 23.56, , … itd.}).

18 Przykłady zbiorów danych (tekstowe)
Zbiory symboli, które są kodowane liczbami: Litery alfabetu i znaki pisarskie np.: A, B, C, D, …., a, b, c, d, #, %, & itd. Etykiety, napisy, które są słowami (ciągami liter) zakończonymi wyróżnionym symbolem końca słowa – „spacją”. Teksty, które są ciągami słów. Teksty są zakończone wyróżnionym znacznikiem końca tekstu („null”).

19 Zbiory danych – kodowanie symboli
Symbole są znakami graficznymi zapisywanymi w pamięci komputera za pomocą liczb. Zarówno „symbol” jak i jego kod muszą być zapisane w pamięci. W tym celu symbol jest definiowany jako zbiór punktów – nazywany „matrycą”. Matryca jest regularnym układem punktów (np. „siatką” o rozmiarach N * M), które tworzą „profil” symbolu – litery. W przypadku matrycy dwuwymiarowej (N * M), wszystkie punkty są kodowane dwoma liczbami (współrzędnymi), zapisywanymi w pamięci komputera. Kod symbolu jest liczbą, która wskazuje matrycę symbolu w pamięci komputera

20 Zbiory danych – przykład matrycy i kodu symbolu
Kodowanie symboli (liter i znaków pisarskich) podlega standaryzacji ASCII oraz standaryzacjom pochodnym np.: CE i UNICODE. Przykład matrycy i „profilu” litery „S” Kody niektórych liter według ASCII: A 65 S 83 B 66 T 84 C 67 U 85 D 68 V 86

21 Zbiory danych – matryca w kodowaniu obrazów
Obrazy, obiekty graficzne dwu, trzy wymiarowe mogą być kodowane odpowiednio matrycami punktów (pixels) dwu i wielowymiarowymi. Punkt matrycy graficznej posiada takie cechy jak: współrzędne [x, y], jaskrawość, kolor, które są kodowane liczbami całkowitymi. Na przykład: punkt „czerwony”: [1,1,100,3] punkt „zielony”: [2,1,100,5]

22 Zbiory danych – typy i formaty danych
Zbiory danych są liczbami w pamięci komputera, które zostały pobrane z urządzeń interfejsowych wejściowych, następnie są przetwarzane i mogą być przesłane do urządzeń interfejsowych wyjściowych. Zależnie od obiektów świata rzeczywistego, które te liczby reprezentują definiowane są typy zbiorów danych. Sposób interpretacji liczb na interfejsach jest nazywany formatem zbioru liczb. Na przykład zbiór liczb, które są identyfikatorami pewnych obiektów będzie typu „całkowitego” i może posiadać format o „stałej długości” (np.: liczby: 0001, 0002, 0100, 2000, itd.)

23 System plików jako sposób zapisu zbiorów danych w komputerze
Zbiory danych, zapisywane na pamięciach masowych komputera, posiadają nazwy i są nazywane „plikami”. Dane w pamięci głównej są kopiami zbiorów z pamięci masowych. Pliki na pamięciach masowych są grupowane (układane) w foldery (kartoteki). Urządzenia, które są pamięciami masowymi (np.: dyski) posiadają odrębne nazwy (np.: nazwami mogą być pojedyncze litery: A:, B:, C:, …)

24 System plików – charakterystyka
System plików jest technicznym sposobem zapisu i nazywania zbiorów danych na urządzeniach komputera. Zapis i odczyt danych w systemie plików wykonywany jest funkcjami systemu operacyjnego lub aplikacji. System plików definiuje sposób nadawania nazw plikom, folderom i urządzeniom. Funkcjonowanie systemu plików jest zależne od pojemności danych i prędkości transmisji danych przez urządzenia.

25 System plików – charakterystyka
Charakterystycznymi parametrami systemu plików jest największa pojemność urządzenia, największa ilość plików i folderów zapisywanych na urządzeniu. System plików określa sposób tworzenia nazwy pliku, nazwy folderu i urządzania. Najczęściej nazwa liku składa się z trzech „segmentów”: <nazwa urządzenia><<folder1> ….><nazwa pliku> .<ext1> W typowym systemie plików (FAT, NTFS) segmenty są następujące: <nazwa urządzenia> - „litera i dwukropek” od A: do Z: <folder1> - nazwa folderu od 1 do 255 znaków <nazwa pliku> - główna nazwa pliku od 1 do 255 znaków .<ext1> - charakterystyczna nazwa pliku (rozszerzenie) od 1 do 255 znaków

26 Warstwowy model komputera
Zapis i odczyt danych jest wykonywany przez system operacyjny na systemie plików. Aplikacje odczytują i zapisują dane za pośrednictwem systemu operacyjnego. W komputerze występują dwa typy urządzeń: „plikowe” – obsługiwane za pośrednictwem systemu plików, „strumieniowe” – obsługiwane szybszą metodą, transmisji za pośrednictwem „strumienia bajtów”

27 Warstwowy model komputera
Oprogramowanie APLIKACJA Interfejs wejściowy Interfejs wyjściowy SYSTEM OPERACYJNY SYSTEM PLIKÓW Sprzęt Urządzenia pamięci masowych Pamięć główna. Procesor Urządzenia interfejsów (strumieniowych)

28 Sprzęt komputera personalnego (przegląd)
Procesor i pamięć główna Karta procesora, pamięci i magistrali do urządzeń masowych i interfejsowych Urządzenia masowe: dyski magnetyczne, optyczne Interfejsy: wejście i wyjście video i audio Interfejsy do klawiatury, szeregowy, równoległy, szybki szeregowy, modemu

29 Sprzęt – karta procesora, pamięci i magistrali

30 Sprzęt – procesor, pamięć główna

31 Sprzęt – karty interfejsów

32 Sprzęt PC - Windows ™

33 Systemy operacyjne Funkcje systemu operacyjnego: komunikacja z użytkownikiem komputera, sterowanie urządzeniami (wewnętrznymi i zewnętrznymi) komputera, udostępnianie danych na urządzeniach pamięci masowych dla przetwarzania przez aplikacje, uruchamianie aplikacji, na żądanie użytkownika lub innych aplikacji, przydział zasobów danych uruchomionej aplikacji, kontrola uprawnień użytkowników i aplikacji do przetwarzania danych, kontrola funkcjonowania urządzeń komputera.

34 Model warstwowy systemu operacyjnego
Interfejsy aplikacji Aplikacje Interfejsy systemu operacyjnego i kontrola uprawnień Monitor systemu operacyjnego Sterowniki urządzeń wewnętrznych (procesor, pamięć, magistrala) Sterowniki urządzeń zewnętrznych (dyski, porty, interfejsy transmisji danych)

35 Zasoby systemu operacyjnego
Zasobami systemu operacyjnego są wszystkie urządzenia (fizyczne) do składowania i transmisji danych: procesor, pamięć operacyjna, magistrale, porty (transmisja danych z urządzeniami zewnętrznymi – klawiatura, monitor, drukarka), pamięci masowe (urządzenia magnetyczne i optyczne, pamięci półprzewodnikowe, interfejsy urządzeń zewnętrznych (sieć komputerowa, pamięci taśmowe, dyskowe, urządzenia specjalne – manipulatory, wyświetlacze, przetwarzanie sygnałów audio, video i innych)

36 Kontrola zasobów przez system operacyjny
Zasoby komputera są określane „ilością pamięci operacyjnej i pamięci masowych” oraz „czasem procesora”, Zasoby są dzielone między aplikacje przez system operacyjny, system operacyjny zajmuje pewną ilość pamięci i czasu procesora dla własnego funkcjonowania, Zasoby są przydzielane i odbierane w czasie przetwarzania aplikacji, brak zasobów powoduje odmowę lub błędy przetwarzania aplikacji

37 System plików i pamięć wirtualna jako zasoby komputera
„System plików” jest zasobem logicznym za pośrednictwem którego kontrolowane są urządzenia pamięci masowych (dyski, sieci komputerowe), Pamięć operacyjna jest przydzielana jako „zasób bajtowy”, może być kontrolowana „systemem plików” jako „wirtualne urządzenie”, System operacyjny wykorzystuje urządzenia masowe jako rozszerzenie pamięci operacyjnej, zawłaszczając pewną, znaczną ilość danych na pamięci masowej jako „pamięć wirtualną”

38 Przykład przydziału pamięć operacyjnej wirtualnej
System operacyjny Pamięć operacyjna RAM Przydział RAM Aplikacja 1 System plików pamięci masowej Aplikacja 2 Przydział wirtualny

39 Struktura modułowa Windows 98
User interface tools 32-bit shell Application Registry Virtual Machine Manager Installable File System Manager Configuration Manager WDM Driver Manager Device drivers Hardware

40 Transmisja danych między komputerami
Komputer - nadawca Komputer - odbiorca Zasoby Aplikacja – żądanie transmisji zasobu Aplikacja – żądanie transmisji zasobu Zasoby System operacyjny – sterowanie transmisją System operacyjny – sterowanie transmisją Interfejs transmisji danych Interfejs transmisji danych Sprzęt transmisji danych

41 Sprzęt transmisji danych :
Sieć komputerów Sprzęt transmisji danych : - interfejs (karta) sieciowa, - okablowanie do transmisji danych między interfejsami sieciowymi, urządzenia (koncentratora) łączące komputery w „segmenty” sieci komputerowej Oprogramowanie do transmisji danych: - systemy operacyjne, usługi transmisji danych i kontroli zasobów, - aplikacje składowania i przetwarzania zasobów danych w sieci komputerowej

42 Sieć komputerowa typu LAN
Charakterystyka sieci typu LAN (Sieci komputerowej o zasięgu lokalnym) Komputery są łączone w „segmenty” transmisji danych. Pojedynczy segment, o rozpiętości do 1000m, zawiera małą ilość komputerów (od 1 do kilkuset). Segmenty są łączone w sieć lokalną. Sposób podłączenia komputerów do segmentów i segmentów w sieci lokalnej jest nazywany topologią sieci. Każdy interfejs sieciowy (w komputerze) posiada unikalny adres MAC (identyfikator 6-cio bajtowy). Duża prędkość transmisji (10MHZ/100MHz/1GHz). Sprzęt i oprogramowanie jest standaryzowane (dominującymi) normami klasy ‘ETHERNET’.

43 Topologia sieci lokalnej (LAN)
Typy topologii: „magistrala” – wspólna linia transmisji danych dla komputerów segmentu, „gwiazda” – komputery podłączone do urządzenia rozdzielającego transmisję danych (koncentrator, przełącznik – „repeater”, „switch”), „mieszana” – dodatkowe urządzenia („mosty”) łączą segmenty o różnej topologii

44 Przykład mieszanej topologii sieci lokalnej
Segment typu „gwiazda” Koncentrator 1 2 3 4 5 Most Segment typu „magistrala”

45 Sieć komputerowa typu WAN
Charakterystyka sieci WAN (Sieć „rozległa” o dużym zasięgu) część 1. Komputery połączone sprzętem zapewniającym transmisję danych na duże odległości od kilkuset metrów do tysięcy kilometrów (np.: za pomocą sieci telefonicznej). Prędkość transmisji zależna od typu złącza (medium) od kilkuset bajtów do milionów bajtów na sekundę (np.: stosując światłowody). Każdy komputer w sieci WAN posiada indywidualny adres - IP. Sieć WAN jest dzielona na „domeny” (obszary), które tworzą adresy „domenowe”. Każdy adres domenowy posiada indywidualny adres IP.

46 Sieć komputerowa typu WAN
Charakterystyka sieci WAN (Sieć „rozległa” o dużym zasięgu) część 2. Topologia połączeń sieci WAN jest typu „gwiazda”. Komputery za pośrednictwem „modemów” są łączone z „koncentratorem” (router), który jest zwykle łączony z komputerem o dużej wydajności (serwer). W sieci WAN jest wykorzystywany sprzęt LAN. Segmenty sieci LAN są łączone ze sobą za pomocą modemów i koncentratorów (router) typu WAN. Serwery udostępniają zasoby danych komputerom sieci WAN co jest nazywane „usługami” sieci WAN.

47 Przykład (uproszczony) topologii sieci WAN
Do domeny sieci WAN IP3 IP4 modem modem Router Segment sieci LAN IP2 modem IP1 IP5 LAN Domena sieci WAN IP6

48 Usługi serwerów sieci WAN – część 1.
Funkcja transmisji danych w sieci komputerowej jest wykorzystywana dla realizacji usług ‘udostępniania zasobów’. Zasoby mogą być udostępnianie przez wszystkie komputery sieci WAN, które posiadają tzw. Publiczny adres IP. Wyróżnione komputery, serwery, realizują usługi o znaczeniu ogólnym dla komputerów sieci WAN

49 Usługi serwerów sieci WAN – część 2.
Usługi (ważniejsze) serwerów sieci WAN: DNS – zamiana adresu domenowego w adres IP. Poczta elektroniczna. Publikacja stron WWW (hypertext), DHCP – przydział adresu IP. Pozostałe usługi jak komunikatory, bazy danych, dzienniki, e-handel, e-banki.

50 A WAN services example - the html files processing
Server of html files User workstation 1 The user requirements of the html file sending 3 The html file is processing and visualizing 2 The file is sending

51 A WAN services example - the php files processing
Server of html files User workstation 1 The user requirements of the php file sending 2 The pharser translate the php code to the html code 4 The html file is processing and visualizing 3 The html ‘image’ of the php file is sending