PODSTAWY INFORMATYKI Dr inż. Anna Koziorowska Zakład Elektrotechniki i Informatyki

Czym jest informatyka? Informatyka jest dziedziną wiedzy zajmującą się algorytmami oraz gromadzeniem, wyszukiwaniem i przetwarzaniem informacji za pomocą komputerów i odpowiedniego oprogramowania. Termin informatyka zaproponował po raz pierwszy w 1968 roku Romuald Mączyński w Zakopanem na ogólnopolskiej konferencji poświęconej maszynom matematycznym na wzór fr. informatique i niem. Informatik. Informatyka = Informacja + automatyka

INFORMATYKA: (def. ogólna) Dziedzina wiedzy i działalności człowieka, która zajmuje się przetwarzaniem informacji za pomocą komputerów i odpowiedniego oprogramowania. (def. informatyczna) Nauka zajmująca się projektowaniem, realizacją, oceną, użytkowaniem i ochroną systemów przetwarzania informacji, a także sprzętem i oprogramowaniem.

INFORMACJA: (def. ogólna) Jest to taki czynnik, któremu człowiek może przypisać określony sens (znaczenie), aby móc ją wykorzystywać do różnych celów. (def. informatyczna) Jest to zbiór danych zebranych w celu ich przetwarzania i otrzymania wyników (nowych danych).

KOMPUTER: Elektroniczna maszyna cyfrowa, urządzenie elektroniczne służące do automatycznego przetwarzania informacji (danych) przedstawionych cyfrowo. Istotną cechą wyróżniającą komputer od innych urządzeń liczących, jest jego programowalność: zdolność do wykonywania konkretnych zadań obliczeniowych.

Główne cechy komputera zdolność do zapamiętywania dużej ilości danych (pamięć taśmowa, dyskowa, CD-ROM), możliwość automatycznego wykonywania rozkazów (program komputerowy), programowalność, czyli zdolność do zmiany sposobu działania programu (programowanie) bardzo duża szybkość obliczeń (procesor może wykonać wiele milionów operacji matematycznych w czasie 1 sekundy), możliwość prezentacji wyników w różnej formie (pliku, tabeli, wykresu, tekstu, wydruku, dźwięku, ciągu bitów)

Pojęcie algorytmu Jednym z najważniejszych pojęć informatyki jest algorytm (ang. algorithm). Jest to zestaw kroków, które należy wykonać, aby zrealizować pewne zadanie. Przykładami algorytmu mogą być: opis sposobu złożenia samolotu wyrażony w postaci wydrukowanej instrukcji; instrukcja obsługi robota kuchennego; opis sposobu wykonania utworu muzycznego (wyrażony w postaci zapisu nutowego), lub opis metody rozwiązania problemu matematycznego.

Definicja systemu komputerowego W celu zdefiniowania komputerowi zadania do wykonania konieczne jest opracowanie algorytmu opisującego sposób wykonania tego zadania oraz przedstawić go w postaci zrozumiałej dla komputera. Reprezentacja algorytmu zrozumiała dla komputera zwana jest programem. Programy oraz algorytmy, które one reprentują nazywane są oprogramowaniem (ang. software). Oprogramowanie uruchamia się na sprzęcie (ang. hardware). System komputerowy = Hardware + Software

PROCESY PRZETWARZANIA DANYCH ZBIERANIE DANYCH - to grupa czynności mająca na celu pomiar i rejestrowanie danych. Polega to najczęściej na obserwacji obiektu, przeprowadzeniu ankiety, wywiadu, dyskusji lub alternatywnym pozyskiwaniu danych (techniki zbierania danych). Jakość zbieranych danych mierzona jest na podstawie trzech charakterystyk: przydatność dla użytkownika aktualność dokładność PRZECHOWYWANIE DANYCH - polega na archiwizowaniu danych na maszynowych nośnikach, np. dyskach, dyskietkach lub w pamięci komputera, celem ich ponownego wykorzystania. Dane musza być przechowywane w sposób bezpieczny, a dotarcie do nich powinno być łatwe i szybkie.

PROCESY PRZETWARZANIA DANYCH PRZEKSZTAŁCANIE DANYCH - obejmuje szereg różnorodnych czynności wykonywanych na danych. Są to w szczególności obliczenia arytmetyczne i logiczne, ale także sortowanie, filtrowanie danych. UDOSTĘPNIANIE I PRZESYŁANIE DANYCH - to grupa operacji mających na celu udostępnienie użytkownikowi lub innemu systemowi przetworzonych lub częściowo przetworzonych danych. Te urządzenia to np. monitor, drukarka, sieć komputerowa, modemy, urządzenia satelitarne itp. INTERPRETOWANIE DANYCH - oznacza właściwy i przyjazny sposób prezentacji danych tak, aby ułatwił on odbiorcy zrozumienie ich sensu i znaczenia. Najczęściej spotykane formy interpretowania danych to: tablice, wykresy, komentarze dźwiękowe, sygnały dźwiękowe, slajdy, animacja, video.

Rodzaje komputerów Ze względu na moc obliczeniową wyróżniamy: superkomputery; minikomputery; mikrokomputery.

Superkomputery: Wieloprocesorowe systemy obliczeniowe realizujące zadania nadzoru ważnych procesów fizycznych, badawczych (większość dużych ośrodków naukowych posiada wydzielone centra obliczeniowe obsługiwane przez takie właśnie maszyny) i przemysłowych. Ich moc obliczeniowa wielokrotnie przewyższa moc obliczeniową pojedynczego komputera osobistego. Ich cena sprawia, że często są wyłącznie własnością instytucji rządowych.

Minikomputery: Zwykle są to komputery do specjalizowanych zadań obliczeniowych. Nieznacznie przewyższają swoją mocą obliczeniową komputery osobiste. Przykładem mogą być stacje graficzne do obsługi programów graficznych (zwane również stacjami roboczymi), serwery lokalnych sieci komputerowych itp.

Mikrokomputery: Najmniejsze pod względem rozmiaru i mocy obliczeniowej komputery będące głównym narzędziem obliczeniowym przeciętnego użytkownika. Ze względu na swą cenę i możliwość łatwych modernizacji są najpopularniejszymi narzędziami obliczeniowymi.

KIERUNKI ZASTOSOWAŃ INFORMATYKI: Obliczenia naukowe i inżynierskie Masowe przetwarzanie danych (ekonomicznych) Symulacja i modelowanie Sterowanie procesami Inne (poligrafia, edukacja, biuro, rozrywka)

KIERUNKI ZASTOSOWAŃ INFORMATYKI Obliczenia naukowe i inżynierskie Obliczenia numeryczne stanowią klasyczny i najstarszy kierunek zastosowań komputerów. Specyficzne cechy tego typu zastosowań to: skomplikowane obliczenia, algorytmy; liczba danych wejściowych w tego typu zastosowaniach (i wyjściowych) jest niewielka; stosunkowo niewielkie wymagania odnośnie urządzeń zewnętrznych; sprawne i wydajne translatory różnych języków programowania.

Cechami zastosowań informatyki w masowym przetwarzaniu danych są: KIERUNKI ZASTOSOWAŃ INFORMATYKI Masowe przetwarzanie danych (ekonomicznych) Cechami zastosowań informatyki w masowym przetwarzaniu danych są: operowanie na bardzo dużych zbiorach i bazach danych; posługiwanie się raczej nieskomplikowanymi algorytmami przetwarzania danych; stosowanie rozbudowanych, efektywnych systemów kontroli; potrzeba tworzenia czytelnych i estetycznych wydruków komputerowych; duże wymagania odnośnie urządzeń peryferyjnych i przesyłania danych; konieczność stosowania różnorodnych programów użytkowych, tj. arkusze kalkulacyjne, bazy danych, edytory tekstowe, programy multimedialne itd.

KIERUNKI ZASTOSOWAŃ INFORMATYKI Symulacja i modelowanie Programy komputerowe mogą służyć do modulowania i symulowania różnych procesów, obiektów i zdarzeń. Komputerowe modele symulacyjne mogą służyć trzem celom: 1) prognostycznym - za pomocą modelu bada się co zdarzy się w przyszłości i w oparciu o tę wiedzę modyfikuje się podejmowane działania; 2) diagnostycznym - model pomaga znaleźć przyczynę obserwowanych zjawisk lub dokładniej i taniej prześledzić ich przebieg; 3) dydaktycznym - model pozwala tanio i bezpiecznie zdobyć doświadczenie wymagane przy wykonywaniu wielu prac.

KIERUNKI ZASTOSOWAŃ INFORMATYKI Sterowanie procesami Zastosowania komputerów do sterowania, powodują szereg uwarunkowań: 1) wymagają specjalnych urządzeń do sprzężenia komputera ze sterowanym procesem (np. czujniki); 2) rola komputera sprowadza się do gromadzenia i raportowania danych; 3) konieczność pracy w tzw. trybie rzeczywistym - komputer w obliczeniach musi uwzględniać czynnik czasu i wysyłać sygnały sterujące dokładnie w tym momencie, kiedy są potrzebne.

Programy edukacyjne: do nauki (np. języków), do zabawy, KIERUNKI ZASTOSOWAŃ INFORMATYKI Inne (poligrafia, edukacja, biuro, rozrywka) Programy edukacyjne: do nauki (np. języków), do zabawy, Wspomaganie pracy twórczej człowieka (ang.Computer Aided Design) np. AutoCAD, Wspomaganie pracy wytwórczej człowieka (ang.Computer Aided Engineering).

Jednostki informatyki Bit (z ang. binary digit) – najmniejsza ilość informacji potrzebna do określenia, który z dwóch równie prawdopodobnych stanów przyjął układ. Jednostka logiczna. Jest to również najmniejsza jednostka informacji używana w odniesieniu do sprzętu komputerowego, a oznaczana jest za pomocą „b”. Przeważnie stosuje się podstawowe przedrostki wielokrotności układu SI, czyli o mnożniku 1000.

Jednostki informatyki Bit przyjmuje jedną z dwóch wartości, które zwykle określa się jako 0 (zero) i 1 (jeden), choć można przyjąć dowolną inną parę wartości, np. prawda i fałsz, tak lub nie, czy -1 i +1. W pierwszym przypadku bit jest tożsamy z cyfrą w systemie dwójkowym.

Bajt (ang. byte) - najmniejsza adresowalna jednostka informacji pamięci komputerowej, składająca się z bitów. 1 bajt to 8 bitów 1 kB = 1024 B (kB - kilobajt) 1 MB = 1024 kB (MB - megabajt) 1 GB = 1024 MB (GB - gigabajt) 1 TB = 1024 GB (TB - terabajt) 1 PB = 1024 TB (PB - petabajt) 1 EB = 1024 PB (EB - eksabajt) 1 ZB = 1024 EB (ZB - zettabajt) 1 YB = 1024 ZB (YB - jottabajt)

Warto zauważyć, że stosowanie przedrostków kilo, mega, giga i tera (oraz większych) w tej terminologii jest niezgodne z określeniami układu SI (np. kilo w układzie SI oznacza 1000, a nie 1024, jak stosuje się dla bajtów). Jest to częstym źródłem nieporozumień zwłaszcza co do faktycznej pojemności dysków oraz prędkości urządzeń sieciowych (podawanych w bitach), których producenci z powodów marketingowych wolą oznaczać zgodnie z układem SI.

Prefiks Nazwa Znaczenie SI Znaczenie dwójkowe Różnica wielkości k kilo 103 = 10001 210 = 10241 2.40% M mega 106 = 10002 220 = 10242 4.86% G giga 109 = 10003 230 = 10243 7.37% T tera 1012 = 10004 240 = 10244 9.95% P peta 1015 = 10005 250 = 10245 12.59% E eksa 1018 = 10006 260 = 10246 15.29%

W celu odróżnienia przedrostków o mnożniku 1000 od przedrostków o mnożniku 1024, już w styczniu 1997 r. pojawiła się propozycja ujednoznacznienia, polegająca na dodawaniu litery "i" po symbolu przedrostka dwójkowego, oraz "bi" po jego nazwie. Przedrostki dwójkowe wyglądałyby wtedy następująco: Symbol Nazwa Mnożnik Mnożnik (dziesiętnie) Ki kibi 10241 1 024 Mi mebi 10242 1 048 576 Gi gibi 10243 1 073 741 824 Ti tebi 10244 1 099 511 627 776 Pi pebi 10245 1 125 899 906 842 624 Ei eksbi 10246 1 152 921 504 606 846 976 i wtedy: 1 KiB = 1024 B (KiB - kibibajt) 1 MiB = 1024 KiB (MiB - mebibajt) 1 GiB = 1024 MiB (GiB - gibibajt) 1 TiB = 1024 GiB (TiB - tebibajt) 1 PiB = 1024 TiB (PiB - pebibajt) 1 EiB = 1024 PiB (EiB - eksbibajt) Jednak ta propozycja rozwiązania problemu niejednoznaczności przedrostków nie przyjęła się.

Jednostki szybkości skrót nazwa angielska nazwa polska b/s bits per second liczba bitów na sekundę B/s bytes per second liczba bajtów na sekundę cps characters per second liczba znaków na sekundę ppm pages per minute liczba stron (druku) na minutę rpm rounds per minute liczba obrotów (dysku) na minutę

Jednostki gęstości i rozdzielczości skrót nazwa ang. nazwa pol. bpi bits per inch liczba bitów na cal dpi dots per inch liczba kropek (punktów) na cal cpi characters per inch liczba znaków na cal tpi tracks per inch liczba ścieżek (dyskowych) na cal

Jednostki mocy obliczeniowej jednostka znaczenie MIPS liczba milionów operacji na sekundę (Million Instructions Per Second) MFLOPS liczba milionów operacji zmiennopozycyjnych na sekundę (Million Floating Point Operations Per Second)

Jednostki czasu jednostka znaczenie równowartość ms milisekunda (milisecond) 1 ms = 0,001 s µs mikrosekunda (microsecond) 1 µs = 0,000001 s ns nanosekunda (nanosecond) 1 ns = 0,000000001 s

Prędkość transmisji danych Prędkość transmisji danych mierzy się w bitach na sekundę (bps, bit/s), kilobitach (103) na sekundę (Kb/s), megabitach (106) na sekundę (Mb/s) czy w gigabitach (109) na sekundę (Gb/s).