Tomasz Bajorek dr inż. e-mail: tbajorek@prz.edu.pl Kierunek: Mechatronika Przedmiot:Technologie informacyjne Tomasz Bajorek dr inż. e-mail: tbajorek@prz.edu.pl sem. 1 15w + 15lab wspólne zaliczenie laboratorium i wykładu tematyka: budowa komputera, struktura oprogramowania SO Windows grafika rastrowa i wektorowa edytory tekstu arkusz kalkulacyjny Internet – strony WWW wstęp do baz danych

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 150 m3, 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 ponad 4 miliony)

III - na układach scalonych IV - na układach VLSI (ULSI) 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

PODSTAWY INFORMATYKI elektroniczny Pojęcia podstawowe Nauka o komputerach i metodach ich użytkowania sprzęt (ang. hardware) oprogramowanie (ang. software) automat cyfrowy analogowy (zegarek tradycyjny) Inne (optyczne, pneumatyczne, hydrauliczne elektroniczny

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- ..

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”  stacje dysków elastycznych  dysk twardy  CD-ROM (CD-R, CD-RW, DVD)

Pamięć operacyjna PaO Procesor zegar magistrala drukarka modem monitor dysk dyskietka modem CD-ROM ......... 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 Intel-a: Intel 8086 (88) XT - 8b Intel 80286 AT - 16b Intel 80386 20/25/40 MHz Intel 80486 - 32b 66 MHz Pentium I (Intel 80586) 90/150 MHz Pentium II 200/450 MHz Pentium III 500/800 MHz Pentium IV (Xeon) 3 GHz 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 przechowuje obiekty  dane, programy  idea von Neumanna cechy: pojemność pamięci – liczba komórek (bajtów 32, 256, 512 MB) szybkość – czas dostępu [ns – nanosekundy 10-9] St. Wołek Wst. do Inf. podział: ROM (EPROM) - stała RAM - operacyjna (ulotna – zawartość znika po wyłączeniu)

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 – PaZ – TRWAŁY ZAPIS historia – taśmy papierowe dziurkowane, karty perforowane, taśmy magnetyczne, DYSK ELASTYCZNY - dyskietka magnetyczna (floppy disk drive - FDD) dyskietki 3,5-calowe, wolny, mała pojemność 3,5 " - 1,44 MB pojemności DYSK TWARDY (hard disk - HDD) jest umieszczony na stałe w obudowie, ma pojemność wielokrotnie większą od dyskietki (obecnie standard ok. 500GB). Zasada zapisu jest podobna jak dla dyskietek, dysk twardy składa się z krążków (cylindrów) pokrytych nośnikiem magnetycznym. Informację odczytują głowice magnetyczne DYSK OPTYCZNY - laser (CDROM, CDRW, DVD, blue-ray) Pojemność standardowa CD: 800 MB Napędy DVD - umożliwia zapis jeszcze większej ilości danych. W zależności od typu płyty DVD pojemność nośnika wynosi od 5 GB do nawet 18 GB!!! PAMIĘCI FLASH – pendrive – 1 do ok. 16 GB i rośnie

Monitor – CRT, LCD urządzenie wyjściowe, które współpracuje z odpowiednią kartą graficzną. Istotnym parametrem jest rozdzielczość monitora związana z gęstością sieci punktów świetlnych (pixeli) ekranu, z których składa się obraz. Standardy: 800 na 600 punktów 1024 na 768 punktów .. i więcej – stacje graficzne

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 - klawisze funkcyjne o działaniu zależnym od programu.

Klawiatura

ścieżka nawigacyjna strzałki przemieszczania kursora    , Page Up - strona w górę, Page Down - strona w dół, Home - początek, End - koniec, Insert - wstaw, przełącznik trybu wstawianie  zastępowanie  edytorach tekstu, Delete - kasowanie znaku w miejscu kursora, klawisze specjalne: Print Screen - wydruk zawartości ekranu na drukarce, Scroll Lock - 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

Rodzaje informacji w komputerze program (sposób przetwarzania danych) dane numeryczne tekstowe multimedialne (graficzne, dźwiękowe) binarny (w języku komputerowym) tekstowy (w języku programowania) postać binarna (cyfrowa) b0, b1, b2, b3....b7 = b0.27+b1.26+ ... + b6.21 + b7.20 Przykładowo zapis liczby w układzie dwójkowym 8-miobitowym: 0 1 0 0 0 1 0 1  26 + 22 + 20 = 64 + 4 + 1 = 6910 7 6 5 4 3 2 1 0

bit - dwie wartości - 0 lub 1 Bit (binary digit) to podstawowa jednostka informacji - stan elementu 0 lub 1. bit - dwie wartości - 0 lub 1 tranzystor (dioda) napięcie – prąd (unie – nie płynie) element optyczny (świeci – nie świeci) element magnetyczny element ferromagnetyczny papier – otwór (jest – nie ma) Każdą liczbę można przedstawić w postaci ciągu bitów. Grupa 8 bitów nazwana bajtem (1 B) daje możliwość zapisu 256 liczb naturalnych bit - 0 lub 1 bajt (B) - 8 bitów !!! kilobajt (KB) - 1024 B megabajt (MB) - 1024 KB gigabajt (GB) - 1024 MB jednostki informacji (wg. rozmiaru):

Słowo komputerowe to ciąg bitów o określonej długości 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: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F Np.: 00000011 310 3h 00001010 1010 Ah 00001111 1510 Fh 11111111 25510 FFh 15*16+15*1 1111111111 102410-1 3FFh 1KB-1B 11111111111111111111 1024*102410-1 FFFFFh 1MB-1B Litera “h” po liczbie oznacza układ heksadecymalny.

WARTOŚCI NUMERYCZNE - LICZBY zapis stałopozycyjny b0, b1, b2, b3....b15 wartość - zapis uzupełnieniowy do dwóch  0 b1.214+b2.213+ ... + b14.21 + b15.20 < 0 inaczej znak 0  0 1 < 0 cechy: + proste, szybkie operacje + zupełna dokładność ( w ramach zakresu) - mały zakres - 16 bitów [-32768 do 32767] - tylko wartości całkowite

zapis zmiennopozycyjny b0, b1 ... b7, b8, b9 ... b47 c- cecha m - mantysa czyli używane jest 48 bitów więc 6 bajtów cechy + duży zakres 48 bitów  1,7 . 1038 + także wartości ułamkowe, np.. 1 _ 2 = 1• 2-1 - ograniczona dokładność 48 bitów  2,9 10-39 - skomplikowane, długotrwałe operacje (symulacja lub koprocesor arytmetyczny)

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).

numeracja znaków - tablica kodowa kod ASCII (ISO7) - American Standard Code for Information Interchange 0 31 - kontrolne 32 126 - numeryczne 127 - kontrolny np. A – dec 65 = 41h a – dec 91= 61h kod rozszerzony (8-bitowy) 128 255 strony dodatkowe, np. 852 (CE) semigrafika i unikatowe  ¬      krajowe Ą Ę Ń Á Â Ă Ä Ç É Ë Í Î Đ áâăä ą ę Ą Ę Ż Ź itd greckie      cyrylica Л Е Д Щ Ы

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