TECHNOLOGIE INFORMACYJNE

Prezentacja na temat: "TECHNOLOGIE INFORMACYJNE"— Zapis prezentacji:

1 TECHNOLOGIE INFORMACYJNE
Tydzień 1 Prowadzący: Dr inż. Jerzy Szczygieł

2 Co to jest informatyka Nauka o przetwarzaniu informacji za pomocą automatycznych środków technicznych INFORMACJA Wielkość abstrakcyjna, która może być przechowywana w pewnych obiektach, przesyłana pomiędzy obiektami, przetwarzana w pewnych obiektach i stosowana do sterowania pewnymi obiektami, przy czym przez obiekty rozumie się organizmy żywe, urządzenia techniczne oraz systemy takich obiektów.

3 Definicje - pojęcia INFORMACJA
Są to dane o otaczającej nas rzeczywistości Jest to dziedzina wiedzy zajmująca się gromadzeniem, przetwarzaniem i wykorzystaniem informacji INFORMATYKA ALGORYTM Jest to zbiór reguł rozwiązania określonego zadania, tj. przetworzenia informacji wejściowych (danych) na informacje wyjściowe (wyniki), w skończonej liczbie kroków. (Al-Chorezmi KOMPUTERY Są to urządzenia, które mogą przetwarzać informacje zgodnie z zadanym zestawem instrukcji Wskaż prawdziwe zdanie: Aby komputer przetworzył informacje Powinien być wyposażony w monitor b) Powinien być wyposażony w pamięć zewnętrzną. c) Powiniem mieć pamięć operacyjną d) Powinien być wyposażony w drukarkę. ________________________________________ DANE WEJŚCIOWE ALGORYTM WYNIKI

4 Ewolucja społeczeństwa

5 Historia komputerów Era prehistoryczna
9000 r. p.n.e. Palce u rąk (dlatego mamy system dziesiętny) Linie na ścianach Budowle kamienne

6 Soroban- liczydło stosowane w Chinach około 400 r. p.n.e.
Historia komputerów Pierwszy „komputer” Liczydło Abak - pierwsze starożytne liczydło (3000 r. p.n.e.) wynalezione w starożytnym Babilonie. Udoskonalany przez kolejne cywilizacje Greków, Rzymian. Soroban- liczydło stosowane w Chinach około 400 r. p.n.e.

7 Historia komputerów 1821 Wilhelm Schickard (1592-1635)
                 Maszyna licząca Schickarda 1821 J. M. Jacquard ( )                  Maszyna tkacka Jacquarda Charles Babbage ( )                                  Maszyna róznicowa pierwszy „prawdziwy” komputer

8 Historia komputerów Elektryczność, wynalezienie lampy elektronowej
1946 rok Wreszcie prawdziwy komputer ENIAC Electronic Numerical Integrator Analyzer and Computer

9 Rozwój mikroelektroniki
Historia komputerów Rozwój mikroelektroniki Wynalezienie tranzystora – „zawór” (1947) Wynalezienie układu scalonego (1958)

10 Najważniejsze daty w historii Informatyki
Shickard jest uznawany za twórcę pierwszej historii mechanicznej maszyny do liczenia. Jego maszyna miała pomóc Keplerowi w jego astronomicznych rachunkach. Maszyna ta wymagała od użytkownika manualnej pomocy w wielu czynnościach związanych z kolejnymi krokami. Mogła dodawać i odejmować 6 – cyfrowe liczby w układzie dziesiętnym. 1623 1801 Francuz Jacquard buduje krosno tkackie, w którym wzorzec tkaniny był programowany na swego rodzajach kartach perforowanych. Proces tkania był kontrolowany przez algorytm (czyli przepis) zakodowany w postaci sekwencji otworów wybitych w karcie. 1833 Anglik Babbagre buduje maszynę sterowaną programowo. do wyliczania niektórych formuł matematycznych Wykonywała ona obliczenia metodą różnicową.

11 Najważniejsze daty w historii Informatyki (cd)
1890 Pierwsze publiczne użycie na wielką skalę maszyny bazujących na kartach perforowanych. Amerykanin Hollerith użył swej maszyny do opracowywania danych statystycznych w spisie ludności. Przedsiębiorstwo Holleritha przekształciło się w 1911 r. w International Busines Machines Corp., czyli IBM. 1939 MARK I pierwsze urządzenie na przekaźnikach czyli urządzenie elektro-mechaniczne. Jest to praktyczna pełna realizacja maszyny Babbage'a 1946 ENIAC (Elektronie Numerical Integrator and Computer) - uznawany za pierwszy kalkulator elektroniczny 1951 Pierwszy komercyjny komputer IBM 704 (architektura neumanowska

12 Generacje komputerów Generacja Zerowa
Komputery budowane w oparciu o przekaźniki elektro-magnetyczne. Przykład: Mark I (1939)  Generacja Pierwsza ( ) Komputery pierwszej generacji budowano z lamp elektronowych. Przykład: ENIAC (1946)

13 Generacje komputerów Generacja Druga (1959-1964)
Komputery budowane w oparciu  o tranzystory. Przykład: XYZ (1958)  Generacja Trzecia ( ) Komputery działające w oparciu o układy scalone. Przykład: ODRA 1300

14 technika sztucznej inteligencji, zmiany w architekturze systemu
Generacje komputerów  Generacja Czwarta (1971- do dziś) Komputery budowane na układach scalonych wysokiej skali integralności.  Przykład: CRAY X - MP (1982)  Generacja Czwarta PLUS Superkomputery o bardzo dużej mocy obliczeniowej Przykład: japoński NEC  Generacja Piąta / i dalsze/ technika sztucznej inteligencji, zmiany w architekturze systemu

15 Budowa komputera

16 Budowa komputera Pamięć Procesor Magistrala Układy I/O procesor – (CPU) układ elektroniczny realizujący przetwarzanie informacji pamięć – przechowywanie informacji. układy wejścia/wyjścia (I/O)– komunikacja z otoczeniem

17 Procesor

18 Przebieg jednego cyklu rozkazowego można opisać za pomocą następującego algorytmu:
1.  Zawartość miejsca pamięci wewnętrznej wskazywanego przez licznik rozkazów LR zostaje przesłana do układów sterujących procesora. W układach sterujących następuje rozdzielenie otrzymanej informacji na dwa pola: pole operacji i pole argumentów. Pole operacji zawiera adres rozkazu, który należy wykonać. Pole argumentów zawiera adresy, pod którymi są przechowywane dane oraz adres przeznaczenia wyniku. 3.   Na podstawie wyznaczonych adresów następuje przesłanie z pamięci wewnętrznej argumentów do odpowiednich rejestrów, a na podstawie adresu rozkazu arytmometr wykonuje odpowiednie działanie (operację arytmetyczną lub logiczną) na zawartościach rejestru. 4.     Wynik przetwarzania (wynik wykonanej operacji) jest wysyłany do pamięci wewnętrznej pod adres przeznaczenia wyniku. 5.    Następuje zmiana wartości licznika rozkazów LR tak, aby wskazywał on kolejny rozkaz dla procesora

19 Algorytm cyklu rozkazowego
START Start jest inicjowany przez sygnał RESET LR:=0 ODCZYT WYKONANIE PROCEDURY OBSŁUGI PZRERYWANIA Przerywanie jest inicjowane sygnałem INT DEKODOWANIE WYKONANIE LR:=LR+1 NIE TAK Czy jest żądana obsł. przeryw. ZAPIS

20 Pamięć wewnętrzna

21 Magistrala (szyna): Model komputera (szyna systemowa)
Komunikacja pomiędzy komponentami odbywa się współdzielonymi zasobami zwanymi szyną systemową, która składa się z: szyny danych, szyny adresowej, szyny sterującej. CPU (ALU, Registers and Control) Input and Output (I/O) Memory Data Bus Control Bus Adress Bus System Bus

22 Typowy zestaw komputerowy
Typowy komputer Jednostka centralna Monitor Drukarka Modem Klawiatura Mysz

23 Wnętrze komputera Zasilacz Stacja dyskietek Twarde dyski
Napędy CD-ROM DVD-ROM Karty rozszerzeń a) Umożliwiają zmianę możliwości funkcjonalnych komputera Karty rozszerzeń RAM Złącza rozszerzeń Procesor Wnętrze komputera Płyta główna

24 Schemat przepływu informacji
monitor klawiatura dysk twardy mysz skaner Procesor + ROM + RAM Wskaż zestaw urządzeń zewnętrznych z których informacja przepływa tylko do procesora : Klawiatura, skaner, mysz Itd. _____________________ drukarka napęd dysków magnetofon ploter

25 Urządzenia zewnętrzne: Klawiatura
Mysz urządzenie wskazujące używane podczas pracy z interfejsem graficznym systemu komputerowego. Wynaleziona została przez Douglasa Engelbarta w 1963 r.

26 Monitor ekranowy Drukarki
Obecnie dostępne są rodzaje monitorów: CRT i LCD Podstawowe parametry monitora to: wielkość przekątnej ekranu podawana w calach np. 17”, 19”, 21 ” rozmiar plamki świetlnej tj. piksela np. 0,25 mm, 0,26 mm, 0,28 m, częstotliwość odświeżania obrazu np. 85 Hz. Drukarki laserowe (z ang. laser jet printers) igłowe (z ang. dot printers) atramentowe (z ang. ink jet printers)

27 Skaner Skaner Ploter Napędy dyskowe
Skaner przetwarza dowolne obrazy (fotografie, rysunki, dokumenty) z postaci analogowej na cyfrową. W ploterze kreślenie odbywa się za pomocą kolorowych pisaków poruszanych w kierunkach X i Y przez dwa silniki krokowe. Napędy dyskowe Dyski magnetyczne: -dyski twarde, -dyski elastyczne. Dyski MO Taśmy magnetyczne Dyski optyczne: -CD, -DVD.

28 Możliwości komputerów
Komputery są zdolne do : Analizy niezmiernej ilości danych Sterowania robotami Gry w szachy na poziomie mistrzów Komputery nie są w stanie: Określić choćby w przybliżeniu wieku osoby na podstawie zdjęcia Ze sterty gałązek ułożyć ptasie gniazdo Wygrać z amatorem w szachy przy małej zmianie reguł

29 GRUPY ZASTOSOWAŃ KOMPUTERÓW
Obliczenia numeryczne, charakteryzujące się dość skomplikowanymi algorytmami i stosunkowo niewielką ilością danych. Czasem nazywa się je obliczeniami naukowo-technicznymi. Informacja i zarządzanie, charakteryzujące się na ogół prostymi algorytmami, ale zwykle bardzo dużą ilością danych. Typowe przykłady takich zastosowań, to informacja bibliograficzna, informacja turystyczna, systemy bankowe, systemy administracji, państwowej, itp. Sterowanie procesami, głównie technologicznymi. Aktualna sytuacja o procesie przekazywana jest do komputera poprzez system czujników. Komputer w oparciu o tzw. ‘ listę sytuacji i reakcji’ analizuje daną sytuację i w zależności od potrzeby odpowiednio reaguje. Domyślamy się że komputer musi pracować w tzw czasie rzeczywistym (tzn. wystarczająco szybko, żeby zdążyć z reakcją w każdej sytuacji wymagającej takiej reakcji) 1. Co jest charakterystyczne dla obliczeń numerycznych. (proste algorytmy i duża ilość danych i czy odwrotnie) Co to jest praca w czasie rzeczywistym Symulacja. Chodzi tu o takie zastosowania, w których komputer „udaje” (symuluje) coś lub kogoś. Należą tu m.in. Wszelkiego rodzaju gry (szach, brydż, gry wojenne itd..), w których komputer występuje w charakterze gracza lub kilku graczy. Do tej grupy należą także programy komponujące muzykę, symulujące zachowanie rynku, itd.. Zastosowania tego typu należą do tzw. sztucznej inteligencji.

30 Społeczeństwo Informacyjne

31 Dzięki kodowaniu informacji.
Kodowanie informacji Sposób reprezentacji informacji w systemie Jak to się dzieje ze w pamięci komputera można przechowywać teksty, obrazy, dźwięki i liczby? Dzięki kodowaniu informacji. Kodowanie informacji jest to przedstawienie informacji w postaci komunikatu zrozumiałego przez odbiorcę. Do kodowania używamy określonego zbioru, np. cyfr, znaków, impulsów. • Kodowanie liczb • Kodowanie znaków alfabetu/grafiki/dźwięku

32 ASCII Zapis Informacji
American Standart Code for Information Interchange KOD STANDARDOWEGO ZESTAWU ZNAKÓW Cechy : Znaki zapisywane są w jednym bajcie Można zakodować 256 różnych znaków Znak kodu ASCII zapisywany jest: W jednym bajcie W jednym bicie Na dwóch bitach Na dwóch bajtach ___________________________ Standard ASCII znaków (znaki sterujące i alfanumeryczne) Extended ASCII znaków (standard ASCII + symbole naród)

33 Kod ASCII

34 INFORMACJA CYFROWA Def.1. Informacją cyfrową nazywamy informację przedstawioną w postaci słów cyfrowych Def.2. Słowem cyfrowym nazywamy dowolny ciąg składający się z symboli 0 i/lub 1 Długość słowa Oznaczenie symboliczne Nazwa 1 4 8 16 32 64 a0 a3...a0 a7.....a0 a a0 a a0 a a0 bit tetrada, kęs bajt słowo 16-bitowe, słowo podwójne słowo, dwusłowo słowo 64-bitowe, czterosłowo 1b - oznacza 1 bit 1B=8b 1B - oznacza 1 bajt 1kB=1024B (210) 1MB=1024kB 1GB=1024MB Przykład: 20 MB jest ilością informacji ośmiokrotnie większą niż 20Mb

35 Systemy liczbowe Przedstawiając liczbę dziesiętną w systemie binarnym lub heksadecymalnym należy pamiętać, że w dalszym ciągu jest to ta sama liczba lecz przedstawiona za pomocą innego zestawu znaków. Można więc mówić o kodzie binarnym czy też kodzie heksadecymalnym.

36 DZIESIĘTNY SYSTEM LICZBOWY
Do zapisu dowolnej liczby system wykorzystuje dziesięć symboli (cyfr): 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 Dowolną liczbę w systemie dziesiętnym możemy przedstawić jako następująca sumę: (an-1...a1a0)D = an-1*10(n-1) a1*101 + a0*100 = gdzie: i - numer pozycji w liczbie, ai - dowolna z cyfr od 0 do 9, n - ilość cyfr (pozycji) w liczbie Przykład: 424D = 4* * *100 pozycja jedynek (0) pozycja dziesiątek (1) pozycja setek (2)

37 DWÓJKOWY SYSTEM LICZBOWY
Do zapisu dowolnej liczby system wykorzystuje dwa symbole (cyfry): 0, 1 Dowolną liczbę w systemie dwójkowym możemy przedstawić jako następująca sumę: (an-1...a1a0)B = an-1*2(n-1) a1*21 + a0*20 = gdzie: i - numer pozycji w liczbie, ai - dowolna z cyfr (0 lub 1), n - ilość cyfr (pozycji) w liczbie Przykład: 10100B = 1*24 + 0*23 + 1*22 + 0*21 + 0*20

38 HEKSADECYMALNY (SZESNASTKOWY) SYSTEM LICZBOWY
Do zapisu dowolnej liczby system wykorzystuje szesnaście symboli (cyfr i liter): 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F Dowolną liczbę w systemie heksadecymalnym możemy przedstawić jako następująca sumę: (an-1...a1a0)H = an-1*16(n-1) a1*161 + a0*160 = gdzie: i - numer pozycji w liczbie, ai - dowolna cyfra heksadecymalna, n - ilość cyfr (pozycji) w liczbie Przykład: 1C2H = 1*162 + C* *160

39 kierunek odczytu wyniku
KONWERSJA LICZB 1. 10100B = 1*24 + 0*23 + 1*22 + 0*21 + 0*20 = = 1*16 + 0*8 + 1*4 + 0*2 + 0*1 = 20D 2. 20:2 = 10 10:2 = 5 5:2 = 2 2:2 = 1 1:2 = 0 reszta=0 reszta=1 kierunek odczytu wyniku czyli 20D = 10100B

40 kierunek odczytu wyniku
KONWERSJA LICZB 1. 1C2H = 1*162 + C* *160 = = 1* *16 + 2*1 = 450D 2. 450:16 = 28 28:16 = 1 1:16 = 0 reszta=2 reszta=C reszta=1 kierunek odczytu wyniku reszty zapisujemy w postaci cyfry heksadecymalnej czyli D = 1C2H

41 KONWERSJA LICZB Do konwersji zapisu binarnego na heksadecymalny i odwrotnie wykorzystuje się tabelę: cyfra heksadecymalna liczba binarna liczba dziesiętna 0000 1 0001 2 0010 3 0011 4 0100 5 0101 6 0110 7 0111 8 1000 9 1001 A 1010 10 B 1011 11 C 1100 12 D 1101 13 E 1110 14 F 1111 15

42 Przykład - uzupełnij 132 201 206 121 222

43 Przykład – Co tu pisze ? 1 ? 1 ? 1 ? 1 ? 1 ?

44 Dodawanie liczb binarnych
Do wykonywania dodawania niezbędna jest znajomość tabliczki dodawania, czyli wyników sumowania każdej cyfry z każdą inną: 0 + 0 = 0 0 + 1 = 1 1 + 0 = 1 1 + 1 = 10 0101 = 5(10) = 12(10) = 10(10) = 15(10) +0110 = 6(10) = 3(10) = 10(10) = 1(10) 1011 = 11(10) = 15(10) = 20(10) = 16(10)

45 Dodawanie liczb binarnych - zadanie
Zsumować liczby binarne: (2) oraz 10010(2) (2) oraz 1(2)

46 Dodawanie liczb binarnych – problem:
W pamięć komputera liczby binarne przechowywane są w postaci ustalonej ilości bitów (np. 8, 16, 32 bity). Jeśli wynik sumowania np. dwóch liczb 8 bitowych jest większy niż 8 bitów, to najstarszy bit (dziewiąty bit) zostanie utracony. Sytuacja taka nazywa się nadmiarem (ang. overflow) i występuje zawsze, gdy wynik operacji arytmetycznej jest większy niż górny zakres danego formatu liczb binarnych (np. dla 8 bitów wynik większy od , czyli większy od 255): (2) (2) = (2) (255+1=0)

47 Odejmowanie liczb binarnych
Przy odejmowaniu korzystamy z tabliczki odejmowania: 0 – 0 = 0 0 - 1 = 1 i pożyczka do następnej pozycji 1 - 0 = 1 1 - 1 = 0 Odejmując otrzymujemy wynik 1 i pożyczkę (ang. borrow) do następnej pozycji. Pożyczka oznacza konieczność odjęcia 1 od wyniku odejmowania cyfr w następnej kolumnie. Identycznie postępujemy w systemie dziesiętnym: (2) – 1111(2) = (2) (110(10) – 15(10) = 95(10)) 1 11 11111

48 Odejmowanie liczb binarnych : zadanie
Odjąć liczby binarne: • (2) (2) = ??? • (2) (2) = ???

49 Odejmowanie liczb binarnych – problem:
Przy odejmowaniu również może dochodzić do nieprawidłowej sytuacji. Jeśli od liczby mniejszej odejmiemy większą, to wynik będzie ujemny. Jednakże w naturalnym systemie binarnym nie można zapisywać liczb ujemnych. Zobaczymy zatem co się stanie od liczby 0 odejmiemy 1, a wynik ograniczymy do 8 bitów: Otrzymujemy same jedynki, a pożyczka nigdy nie znika. Sytuacja taka nazywa się niedomiarem (z ang. underflow) i występuje zawsze gdy wynik operacji arytmetycznej jest mniejszy od dolnego zakresu formatu liczb binarnych (dla naturalnego kodu dwójkowego wynik jest mniejszy od zera).

50 Konwersja Konwersja dwójkowo-szesnastkowa i szesnastkowo-dwójkowa
0000 1 0001 2 0010 3 0011 4 0100 5 0101 6 0110 7 0111 8 1000 9 1001 A 1010 B 1011 C 1100 D 1101 E 1110 F 1111 (2) (2) D B D (2) = D7B55D(16) D7B55G(16) = (2)