Wykład 1: Pojęcia Podstawowe

Prezentacja na temat: "Wykład 1: Pojęcia Podstawowe"— Zapis prezentacji:

1 Wykład 1: Pojęcia Podstawowe
Informatyka Wykładowca: Prof. Anatolij Saczenko

2 Prof. Anatoly Sachenko -Kontakt
Zakład Informatyki i Ekonometrii Budynek A, sala 414 Instytut Ekonomii i Informatyki Wydział Organizacji i Zarządzania ult.aspx or

3 Przegląd Wykładu Sprzęt, Oprogramowanie, Technologie Informacyjne
Typy komputerów Architektura Komputera Pojęcia podstawowe Główne części PC Logiczne elementy Komputera Wydajność Komputera

4 Sprzęt Komputerowy, Oprogramowanie, Informacja Oraz Technologie Inf.
Sprzęt Komputerowy (Hardware) - sprzęt w komputerze (od monitora, przez dysk twardy, CD-ROM, drukarkę, procesor, kości pamięci operacyjnej aż po płytę główną ) Oprogramowanie - zespół programów wykonywanych przez komputer, a także wszystkie sfery związane z projektowaniem programów oraz ich wprowadzeniem Informacja - dowolne dane o obiektach i zjawiskach środowiska, ich parametrów, cech i stanu, które dopatrują informacyjne systemy (żywe organizmy, sterujące maszyny i inne) w procesie ich funkcjonowania i działalności Algorytm - jest naprzód ustalonym, jasnym i szczegółowym przepisem, wykonując odpowiednią ilość operacji którego można rozwiązać pewien problem za odpowiednią liczbę kroków

5 Sprzęt Komputerowy, Oprogramowanie, Informacja Oraz Technologie Inf
Sprzęt Komputerowy, Oprogramowanie, Informacja Oraz Technologie Inf. (kont.) Informacja może istnieć w różnych formach: Teksty, rysunki, wizerunki, zdjęcia Świetlny lub dźwiękowy sygnały Fale radiowe Elektryczne i neuronowe impulsy Magnetyczne zapisy Znaki i mimikra Zapach i smakowe uczucia Chromosomy

6 Sprzęt Komputerowy, Oprogramowanie, Informacja Oraz Technologie Inf
Sprzęt Komputerowy, Oprogramowanie, Informacja Oraz Technologie Inf. (kont.) Informacja jest przekazywana od źródła informacji do jej odbiornika przez kanał komunikacyjny Mierzenie Informacji. zaproponowała wykorzystywać jeden bit (dwójkowy) jako jednostkę informacji. Bajt, równy 8 bitom. Są również: 1 kilobajt (KByte) = 1024 bajtów= 210 bajtów 1 megabajt (MByte) = 1024 KByte = 220 bajtów 1 gigabajt (GByte) = 1024 MByte = 230 bajtów 1 terabajt (TByte) = 1024 GByte = 240 bajtów 1 petabajt (PByte) = 1024 TByte = 250 bajtów

7 Sprzęt Komputerowy, Oprogramowanie, Informacja Oraz Technologie Inf
Sprzęt Komputerowy, Oprogramowanie, Informacja Oraz Technologie Inf. (kont.) Informacja może być : - stworzona - ubiegła - wykorzystywana -zapamiętywana - akceptowana - kopiowana formalizowana - rozproszona - przerodzona zjednoczona -obrobiona - dzielona na części - uproszczona -gromadzona - utrzymana -poszukiwana -mierzona - zniszczona -spostrzeżona

8 Sprzęt Komputerowy, Oprogramowanie, Informacja Oraz Technologie Inf
Sprzęt Komputerowy, Oprogramowanie, Informacja Oraz Technologie Inf. (kont.) Cechy informacji: - wiarogodność - pełnia - znaczenie timeliness - przejrzystość obecność ścisłość i inne Informacyjne resursy są idee humanitarności i kierunków dla ich realizacji, zgromadzonej w formie która pozwala na ich reprodukcje (ciąg dalszy na następnej zwrotce )

9 Sprzęt Komputerowy, Oprogramowanie, Informacja Oraz Technologie Inf
Sprzęt Komputerowy, Oprogramowanie, Informacja Oraz Technologie Inf. (kont.) to – są książki, artykuły, patenty, dysertacje, badania i dokumentacja, techniczne tłumaczenie, informacja o front-rank doświadczenie i inny w odróżnieniu od wszystkich innych resursów — robocizny, energetyka, górnictwo, i in., rosną tak szybko jak one są wydatkuje Technologia informacyjna - całokształt metod i urządzeń które wykorzystują ludzi dla informacyjnej obróbki

10 Rodzaje Komputerów Komputer – jest programowanym elektronicznym przyrządem, sposobnym obrabiać informację i dokonywać obliczeń, a także sposobny wykonywać inne zadania i manipulacje symbolami Są dwa podstawowe rodzaje komputerów: Komputery cyfrowe, obrabiają informację w dwójkowym trybie Komputery analogowe, obrabiają ciągle zmieniające fizyczne wymiary (natężenie elektryczne, czas i in.), które są analogami wyliczanych wymiarów

11 Rodzaje Komputerów (kont.)
Mikrokomputery - komputery w których centralna jednostka procesorowa jest wykonana jako mikroprocesor Wydajność komputera definiuje się nie tylko opisem stosowanego mikroprocesora ale również i wielkością pamięci operatywnej, rodzaju jednostek peryferyjnych, jakości strukturalnych decyzji i in. Mikrokomputery są instrumentami dla rozwiązania różnego rodzaju skomplikowanych problemów Mikroprocesory powiększają swoją potęgę i efektywność jednostek peryferyjnych co roku (ciąg dalszy na następnej zwrotce)

12 Rodzaje Komputerów (kont.)
Zaawansowane modele mikrokomputerów mają kilka mikroprocesorów Rozmaitością mikrokomputerów są – mikrokontrolery – specjalizowane urządzenia sformowane na bazie systemy zarządzają albo technologicznej linii bazowanej na mikroprocesorach Osobowe komputery – są mikrokomputerami uniwersalnego użytku, przeznaczone i kierowane przez jednego użytkownika Duże systemy komputerowe – są przeznaczone dla rozwiązania szerokiej klasy naukowych i techniczny zadań i są skomplikowanymi i bardzo drogimi urządzeniami Są wykorzystane w dużych systemach z 200 — 300 roboczymi miejscami

13 Rodzaje Komputerów - Superkomputer
Superkomputer - wielokomputerowy system zdolny do wykonywania obliczeń równoległych, zbudowany z wielu komputerów Architektura superkomputerów bazuje się na ideach równoległego i potokowego przetwarzania T tego typu urządzeniach równoległy oznacza że duża ilość operacji wykonuje się duża liczba operacji (mikroprocesorowee przetwarzanie) Bardzo szybki tryb przetwarzania jest zabezpieczony nie dła każdego zadania a tylko dla wyznaczonych jako równoległe (ciąg dalszy na następnej zwrotce )

14 Rodzaje Komputerów – Superkomputer (kont.)
Najwięcej rozległe superkomputery – te które stosują systemy paralelizmu masowego One mają dziesięć tysięcy procesorów, które komunikują się przez skomplikowany hierarchiczny system pamięci Wyróżniająca cechą superkomputerów są - procesors wektorowe, wyposażone w aparaturę dla równoległego wykonania operacji z wielowymiarowymi dwójkowymi obiektami — wektory i macierzy Wektorowe registry i równoległy potokowy mechanizm działania (ciąg dalszy na następnej zwrotce )

15 Rodzaje Komputerów – Superkomputer (kont.)
Jeśli na zwykłym procesorze - programista wykonuje operacje nad każdym komponentem wektora, a w naszym wypadku - komputer opracuje wszystkie wektory na raz Superkomputery są stosowane dla skomplikowanych dużych naukowych problemów (meteorologia, hydrodynamika i in.)

16 Superkomputery - 10 najlepszych na 20 czerwca 2011 r.
Pozycja Rmax Rpeak (Pflops) Nazwa Komputer Jądra Procesorów Producent Strona, Kraj, Rok System Operacyjny 1 K computer RIKEN 68,544×8 SPARC64 VIIIfx processors Fujitsu RIKEN. Japan, 2011 Linux 2 Tianhe-1A NUDT YH Cluster 14,336×6 Xeon ×14 GeForce 400 Series, Arch (Proprietary) NUDT National Supercomputing Center of Tianjin. China, 2010 3 Jaguar Cray XT5 224,162 Opteron Cray Oak Ridge National Laboratory. USA, 2009 Linux (CLE) 4 Nebulae Dawning TC3600 Blade 55,680 Xeon + 64,960 Tesla, InfiniBand Dawning National Supercomputing Center in Shenzhen (NSCS). China, 2010 5 TSUBAME 2.0 HP Cluster Platform 3000SL 73,278 Xeon, Fermi NEC/HP GSIC Center, Tokyo Institute of Technology. Japan, 2010 Linux (SLES 11) (ciąg dalszy na następnej zwrotce )

17 Superkomputery - 10 najlepszych na 20 czerwca 2011 r. (kont.)
Pozycja Rmax Rpeak (Pflops) Nazwa Komputer Jądra Procesorów Produ-cent Strona, Kraj, Rok System Operacyjny 6 Cielo Cray XE6 142,272 Opteron Cray Los Alamos National Laboratory. United States, 2010 Linux (CLE) 7 Pleiades Altix 111,104 Xeon, InfiniBand SGI Ames Research Center. USA, 2011 Linux 8 Hopper Cray XE6 153,408 Opteron Lawrence Berkeley National Laboratory. USA, 2010 9 Tera 100 Bull Bullx 138,368 Xeon, InfiniBand Bull SA Commissariat à l'énergie atomique (CEA). France, 2010 Linux (XBAS) 10 Roadrunner BladeCenter QS22/LS21 122,400 Cell/Opteron IBM Los Alamos National Laboratory. USA, 2009 (Fedora 9)

18 Rodzaje Komputerów – Przenośne Komputery
Przenośne komputery zazwyczaj potrzebne dla menedżerów, uczonych, dziennikarzom, jakim trafiły się pracować poza ofisem - w domu, na prezentacjach lub w czasie podróży Podstawowe rodzaje przenośnych komputerów : Laptop Notebook Palmtop Personal Digital Assistant Laptop (od lap – kolano, top - nad, z góry) Po rozmiarach jest podobny do zwykłej teczki Teraz komputery tego typu ustępują miejscem jeszcze mniejszym modelom Po podstawowej cesze (szybkość reakcji, pamięć) przybliżnie odpowiada biurkowym osobowym komputerom

19 Rodzaje Komputerów – Przenośne Komputery (kont.)
Notebook Po rozmiarach jest podobny do książki wielkiego formatu Waga około 3 kg Dla połączenia z Internetem ma wmontowany modem Zazwyczaj są zabezpieczone modułami napędu dysków CD i dyskietek Dużo nowoczesnych komputerów tego typu mają wymienialne bloki z standardowymi gniazdkami Jest odporny do niepowodzeń w sieci elektrycznej (ciąg dalszy na następnej zwrotce )

20 Rodzaje Komputerów – Przenośne Komputery (kont.)
Używa energię od potocznego elektrycznego systemu W razie niepowodzenia on przechodzi na reżym wyżywienia od akumulatorów

21 Rodzaje Komputerów – Przenośne Komputery (kont.)
Osobowy cyfrowi asystenci (OCA) – jest ręcznym komputerem, ale stawały się więcej wielostronnymi za ostatnie lata OCA również są wiadome jak kieszonkowe komputery albo palmtop komputery OCA mają bogate zastosowanie : Obliczenia Wykorzystują jaka zegar i kalendarz Dostęp do Internetu Scanowanie kodu kreskowego (ciąg dalszy na następnej zwrotce )

22 Rodzaje Komputerów – Przenośne Komputery (kont.)
Przesyłanie i dostarczenie poczty elektronicznej, dyktafon, redaktorr tekstów Wykorzystuje adresową księgę, tablicy elektroniczne Nowy OCA również mają jak barwiste ekrany, tak i głosowe możliwości, niektóre modele są wykorzystywani jak telefony komórkowe (smartphones), przeglądarki internetowe, albo odtwarzacz muzyki Wiele OCA mają ekran dotykowy (ciąg dalszy na następnej zwrotce )

23 Rodzaje Komputerów – Przenośne Komputery (kont.)
Dużo OCA może mieć dostęp do Internetu, dostąp do wewnętrznych albo zewnętrzych sieci przez Wi- Fi, albo Wireless Globalne Siecie (WWANs )

24 Architektura Komputera
Architektura komputera - jego opis jest na niektórym generalnym poziomie, m.in. opis możliwości użytkowników do programowania, komplet instrukcji, sposobów adresacji, organizacja pamięci, i tak dalej Architektura definiuje zasady działania, informacyjne związki i wzajemne związki bazowych logicznych zestawów komputera: procesor, operatywna pamięć, zewnętrzna pamięć i peryferyjne zasoby Środowisko różnych architektur komputerów zabezpieczone ich łączeniem z punktu widzenia użytkownika

25 Architektura Komputera (kont.)
Klasyczna architektura (architektura Von Neumann ) składa się z jednostki arytmetyczno-logicznej (Arithmetic Logic Unit - ALU) przez który przechodzi potok danych i jednostki sterowania (CU - Control Unit) przez który przechodzi potok instrukcji – program To - jednoprocesorowy komputer Wieloprocesorowa architektura - Są kilka procesorów w komputerze, więc dużo procesów i wątków może być organizowane jednocześnie W takim wypadku kilka fragmentów jednego zadania mogą wykonywać się jednocześnie Wielo jednostkowy komputerowy system - Kilka procesorów połączonych w komputerowy system, bez wspólnej głównej pamięci lecz każdy ma swoją własną (lokalną)

26 Architektura Komputera (kont.)
Architektura z równoległymi procesorami - Kilka ALU pod zażądaniem jednej jednostki sterowania To oznacza, że wielka ilość info może być obrobiona jednym programem w jednym potoku instrukcji Komputerowe zasady (według John Von Neumann) Zasada programowego sterowania. Program składa się z kompletu instrukcji które jedną po drugiej w pewnej kolejności wykonuje procesor (ciąg dalszy na następnej zwrotce )

27 Architektura Komputera (kont.)
Zasada jednolitej pamięci Programy i info są zachowywani w tej samej pamięci Komputer nie rozróżnia co zachowuje się komórce pamięci - numer, tekst albo rozkaz Nad instrukcjami możliwie wykonywać takie same operacje jak i nad informacją Zasady adresowania Strukturalnie, podstawowa pamięć składa się z ponumerowanych komórek; dowolna komórka dostępna procesorowi w dowolny moment czasu

28 Architektura Komputera (kont.)
Główne części Komputera osobistego (Personal Computer - PC): Pamięć CPU – (Central Processing Unit) procesor komputera, składa się z jednostki arytmetyczno- logicznej ALU (Arithmetic Logic Unit ) i jednostki sterowania CU (Control Unit) Jednostka wprowadzenia Jednostka wyprowadzenia Płyta główna Dysk twardy CD-ROM Urządzenia podłączane przez kanały danych

29 Architektura Komputera (kont.)
Funkcje pamięci: Otrzymuje informacje od innych urządzeń Zachowanie informacji Wysyłanie informacji innym komputerowym urządzeniam kiedy jest na to potrzeba Funkcje CPU: Obróbka danych zgodnie z programem przez wykorzystanie arytmetycznych i logicznych operacji Programne zarządzanie pracą urządzeń komputera

30 Logiczne Elementy Komputera
Informacja i instrukcje pojawiają się jako dwójkowa kolejność różnej struktury i długości Istnieją różne fizyczne sposoby kodowania dwójkowej informacji Logiczna jednostka komputera - część elektronicznego logicznego wykresu, jaka będzie realizować elementarną Logiczną funkcję Logiczne Elementy – algebra Bool

31 Logiczne Elementy Komputera (kont.)
Logicznymi elementami komputerów są elektronowe schematy I (AND), Albo (OR), Nie (NO), I-NIE (AND-NOT), Albo-Nie (OR—NOT) i inne, i triggers Tablica prawdziwości - to tablicowe prezentowanie logicznego schematu (operacje), w której wszystkie możliwe istne kombinacje znaczeń wejściowych sygnałów (operandów) przenoszą się razem z istnymi znaczeniami wyjściowych sygnałów (rezultat operacji) dla każdej z kombinacji

32 Logiczne Elementy Komputera (kont.)
Schemat AND realizuje iloczyn logiczny (koniunkcje) dwóch albo więcej Logicznych znaczeń Jeden będzie kiedy w schemacie AND będą jedynki na wszystkich wejściach. Jeżeli będzie zero na chociaż jednym z wejść, w konsekwencji będzie zero

33 Logiczne Elementy Komputera (kont.)
Schemat OR realizuje alternatywe (suma logiczna) dla dwóch albo więcej Logicznych znaczeń. Gdy jedynka jest na jednym z wejść schematu OR również jedynka będzie jego wyjściu

34 Logiczne Elementy Komputera (kont.)
Schemat NOT realizuje operacje zaprzeczenia. Związek między wejściowym x tego schematu i wyjściowym z  może być opisany jako korelacja , gdzie x czyta się “nie x” albo “inwersja x”

35 Logiczne Elementy Komputera (kont.)
Schemat AND-NOT składa się z elementów AND i NOT i realizuje inwersje rezultatu dla schematu AND. Związek między rezultatem z i wejśćami schematu x i y może być opisany, jak gdzie     czyta się jak "inwersja x i y".  

36 Logiczne Elementy Komputera (kont.)
Schemat OR-NOT składa się z elementów OR i NOT i realizuje inwersje rezultatu dla schematu OR. Związek między rezultatem z i wejśćami schematu x i y może być opisany, jak gdzie     czyta się jak "inwersja x or y".

37 Logiczne Elementy Komputera (kont.)
Trigger - elektronowy schemat wyzwalający, szeroko stosowany w registrach komputera dla niezawodnego dwójkowego kodu zapamiętania jednej cyfry Trigger ma dwa niewywrotnych stany, jeden z odpowiada dwójkowej jedynce, inny — do dwójkowemu zeru Najwięcej rozpowszechniony trigger - tzw. RS-trigger (S i R oznaczają odpowiednio ustanowić i zrzucić ) RS-Trigger

38 Logiczne Elementy Komputera (kont.)
Sumator - elektronowy logiczny schemat, wykorzystywana dla zsumowania dwójkowych numerów (ciąg dalszy na następnej zwrotce ) Ci Cout CS

39 Logiczne Elementy Komputera (kont.)
Dla zsumowania numerów A i B w i-tej cyfrze potrzebne są trzy numery: Numer ai pierwszego elementu Numer bi drugiego elementu Przeniesienie Pi–1 od młodego znakowego bitu Rezultatem zsumowania dwóch numerów jest: Numer Ci dla sumy Przeniesienie Pi od danego numeru do główniejszego

40 Wydajność Komputera Wydajność komputera jest charakteryzowana ilością wykonanej pracy przez komputerowy system w porównaniu do zużytego ta to czasu oraz resursów Zależnie od kontekstu, normalna komputerowa wydajność może wymagać jeden albo więcej z listy: Krótki czas odpowiedzi na dane zadanie Wysoka produktywność (norma procesorowej obróbki ) Niska utylizacja obliczeniowych resursów Wysoka przydatność obliczeniowych systemów lub aplikacji

41 Wydajność Komputera (kont.)
Czynniki które mają wpływ na wydajność komputera: Szybkość CPU (jest mierzona w Megahercach - Mhz i Gigaherc - Ghz) Ukazuje na ilość operacji która może być wykonana za sekundę Wtedy większa szybkość - lepsza wydajność Rozmiar operatywnej pamięci Ukazuje ilość pierwotnej pamięci Czym większy rozmiar tym lepsza wydajność Liczba wykonujących się aplikacji Czym więcej aplikacji pracuje tym mniej pierwotnej pamięci i niższa szybkość CPU Aniżeli mniej aplikacji to lepsza wydajność

42 Literatura European Computer Driven Licence, Syllabus version 4.0, 2006. L.Z.Shaucukova. Informatics. Moscow, – 420 p. (in Russian) William Stallings. Computer Organization and Architecture: Designing for Performance (6th edition). Prentice Hall , 2002, 750 p. Tucker (Editor-in-Chief), R. Cupper, F.P. Deek, and R. Noonan (Editorial advisors), Computer Science Handbook, Second edition, CRC Press, 2004, 2752 p. Hysa B., Piekoszewska B., Rakowiecka K., Sobota M., Sołtysik- Piorunkiewicz A., Zdonek D., Zdonek I., : Laboratorium z podstaw informatyki w zarządzaniu. Część II. Wprowadzenie do MS Windows. MS Word. Wydawnictwo PŚ. Gliwice Skrypt nr 2324. Kowalczyk G.: Word 2000 PL. Ćwiczenia praktyczne. Helion, Gliwice 2000. J. Glenn Brookshear. Computer science an overview, Sixth edition, Addison Wesley, 2001, 688 p.