wersja do druku

Podstawy Informatyki
Metalurgia, I rok
Podstawy Informatyki
PROGRAM ZAJĘĆ
Semestr 2:
Wykłady: 15 godzin, s. 122 B-4
Ćwiczenia laboratoryjne: 15 godzin
zgodnie z rozkładem zajęć - wymiennie
Krzysztof Wilk
Katedra Informatyki Stosowanej
i Modelowania
[email protected]
tel. 012 617 28 89
Konsultacje: poniedziałek, 11.30-13; B-4, pok. 207
Warunki zaliczenia
Kolokwia na ćwiczeniach – również materiał z
wykładów
Samodzielnie wykonane programy komputerowe
Szczegółowe warunki podadzą prowadzące zajęcia.
Program wykładów
Historia komputerów i informatyki
System UNIX
Liczby w komputerze
Algorytmy
Język C++
Sieci komputerowe
Czym jest informatyka?
Z czego się uczyć?
Materiały dydaktyczne (wykład + projekt).
http://www.metal.agh.edu.pl/~wilk/dydaktyka.html
Dokumentacja oprogramowania (tzw. HELP).
Internet (np. http://www.codeguru.com).
Czasopisma i literatura komputerowa:
Dawid Harel, Rzecz o istocie informatyki.
T.H. Cormen, C.E. Leiserson, R.L. Rivest,
Wprowadzenie do Algorytmów.
L. Banachowski, K. Diks, W. Rytter, Algorytmy i
struktury danych
Informatyka
(computer science, computing science, information
technology, informatics)
dziedzina nauki i techniki zajmująca się przetwarzaniem
informacji – w tym technologiami przetwarzania
informacji oraz technologiami wytwarzania systemów
przetwarzających informacje.
Termin informatyka zaproponował w 1968 r. Romuald
Marczyński w Zakopanem na ogólnopolskiej konferencji
poświęconej maszynom matematycznym na wzór fr.
informatique i niem. Informatik.
Historia informatyki
•IV w. p.n.e algorytm Euklidesa (pierwszy niebanalny algorytm),
•IX w. Muhammed ibn Musa al-Kwarizmi - algorytmy dodawania,
odejmowania, mnożenia i dzielenia liczb dziesiętnych,
•1801 Joseph Jacquard — krosno tkackie sterowane
dziurkowanymi kartami
•1833 Charles Babbage — maszyna różnicowa, plany maszyny
analitycznej,
•lata 20. XX w. Alan Turing, Emil Post, Howard Aitken, John von
Neumann, Kurt Gödel, Alnzo Church, Stephen Kleene, Andriej
Markow — teoria algorytmów, teoria obliczeń.
•1940 Claude Shannon — teoria informacji (bit),
Historia komputerów, cz. 1
440 p.n.e Abacus, Chiny
1623 Wilhelm Schickard sumator do 6 cyfr,
1642 maszyna obliczeniowa (B. Pascal)
1671 kalkulator mechaniczny (G. Leibniz)
1801 karty perforowane w tkalni (J. Jacquard)
1834 maszyna różnicowa (C. Babbage)
1936 taśma perforowana (K. Zuse)
1941 Konrad Zuse — Z3 (600 przekaźników, 513Hz, 64
x 22-bit pamięć),
1943 M.H. Newman i T.H. Flowers — Colossus,
•lata 60. XX w. uznanie informatyki za niezależną dyscyplinę
akademicką.
Pascalina
Historia komputerów, cz. 2
1944 MARK 1 (na przekaźnikach),
1946 ENIAC (lampowy),
1948 tranzystor,
1949 UNIVAC - pierwszy komputer produkowany
seryjnie,
1959 patent na układ scalony (TI),
1973 K-202 (polski minikomputer)
1974 Intel 8080 (pierwszy mikroprocesor),
1977 Apple II (pierwszy komputer osobisty)
1980 ZX 81 (pierwszy do zabawy)
1983 IBM PC XT (początek ery pecetów)
Karty perforowane Jacquarda
Krosno Jacquarda
Tkanina żakardowa
Maszyna różnicowa Babbage’a
Cel: Wykorzystanie metody różnic skończonych do obliczania
wartości wybranych funkcji (drukowanie tablic matematycznych)
Założenia:
Dodawanie liczb 20-cyfrowych (przy 6 różnicach),
lub 40-cyfrowych (przy 3 kolejnych różnicach)
Drukowanie wyników – 44cyfry na minutę
Wymiary maszyny: 2,5x2x1m
Liczba elementów mechanizmu: 25 000
Koszt prototypu: 17 470 £ (parowóz kosztował wtedy 800 £)
Druga maszyna różnicowa
Dokładność – 31 cyfr
Liczba elementów – 8 000
Skonstruowana wg planów Babbage’a w latach 1985-91 przez
pracowników Science Museum w Londynie.
ASCC (Automatic Sequence Controlled Calculator) MARK I
Kalkulator mierzył 16x2,6x0.6 m, ważył 5 ton i miał 765 299 różnych
części: 863 km przewodów elektrycznych, 1 000 komutatorów i 3 304
przełączniki dwupozycyjne, 1400 komutatorów i 2 200 przełączników
10-pozycyjnych, 1 210 łożysk tocznych, przyciski, styki krzywkowe,
175 000 połączeń elektrycznych, 3 miliony punktów lutowniczych.
Wał główny, napędzany silnikiem 5 KM, biegł poziomo u podstawy
maszyny przez całą jej długość. Poszczególne plansze uruchamiane
były za pośrednictwem przekładni zębatych lub łańcuchowych.
Wprowadzanie danych następowało bądź za pośrednictwem kart lub
taśm perforowanych, bądź za pomocą 60 rejestrów złożonych z 24
przełączników dziesiętnych, ustawianych ręcznie przed przystąpieniem
do pracy.
Wyniki drukowano na kartach lub taśmach perforowanych, bądź na
elektrycznych maszynach do pisania.
Koszt urządzenia - ok. 1 mln $
Obsługa - 10 osób (zastępowała 100 tradycyjnych rachmistrzów)
Komputer Odra
Taśma perforowana
Karta perforowana z lat 70-tych
Komputer K-202 (J. Karpiński,1970-73)
Zmarł
Zmarł Jacek Karpiń
Karpiński
Rzeczpospolita, 2121-0202-2010
We wrocławskim szpitalu zmarł polski
inżynier, elektronik i informatyk, twórca
pierwszego polskiego mikrokomputera K-202
Jacek Karpiński. Miał 83 lata.
Generacje komputerów
0 oparte o przekaźniki i elementy mechaniczne (np. Z3),
1 budowane na lampach elektronowych (np. XYZ),
Budowa komputera
2 budowane na tranzystorach (np. Cray-1),
3 budowane na układach scalonych SSI i MSI (np. Odra
1305),
4 budowane na układach VLSI (np. PC),
5 projekty o niekonwencjonalnych rozwiązaniach,
np. komputer optyczny.
W teorii
i w praktyce
wyjście
KOMPUTER
Schemat funkcjonalny
Pamięć
Wejście
Jednostka
centralna
(procesor)
Wyjście
wejście
Procesor - elementy
zespół rejestrów do przechowywania danych i
wyników (rejestry mogą być ogólnego przeznaczenia,
lub mają specjalne przeznaczenie),
jednostka arytmetyczna (arytmometr) do
wykonywania operacji obliczeniowych na danych,
układ sterujący przebiegiem wykonywania programu.
Jedną z podstawowych cech procesora jest długość
(liczba bitów) słowa, na którym wykonywane są
podstawowe operacje obliczeniowe (8, 16, 32, 64).
Procesor – rozkazy cd.
działania na bitach:
iloczyn logiczny - AND
suma logiczna - OR
suma modulo 2 (różnica symetryczna) - XOR
negacja - NOT
przesunięcie bitów w lewo lub prawo
skoki
bezwarunkowe
warunkowe
Procesor - rozkazy
kopiowanie danych:
z pamięci do rejestru
z rejestru do pamięci
z pamięci do pamięci (niektóre procesory)
działania arytmetyczne:
dodawanie
odejmowanie
porównywanie dwóch liczb
dodawanie i odejmowanie jedności
zmiana znaku liczby
Pamięć
ROM - tylko do odczytu, dane stałe, nie giną po
wyłączeniu zasilania, np. BIOS
RAM - do zapisu i odczytu, podstawowa pamięć
komputera, obecnie 1 GB i więcej
masowa - np. dyski, dyskietki, CD, DVD, taśmy - duże
pojemności (do TB), ale wolniejszy dostęp niż RAM
FLASH – dane zapamiętane w "kondensatorach"
wewnątrz struktury pamięci. Nie giną po wyłączeniu
zasilania (nawet przez 10 lat i więcej). Można je
zmieniać,kasować, zapisywać na nowo.
Pamięć rdzeniowa
Urządzenia wejścia
klawiatura
mysz
mikrofon
joystick
modem, karta sieciowa
porty szeregowe, USB itd.
Pamięci masowe
Urządzenia wyjścia
System operacyjny
monitor
drukarka
głośniki
karta sieciowa, modem
porty szeregowe, USB
pamięci masowe
komputer bez programu jest martwy,
wpisywanie procedur zarządzających sprzętem i
pamięcią w każdym programie byłoby
skomplikowane,
programem odpowiadającym za zarządzanie
urządzeniami komputera, pamięcią, dyskami i innymi
programami jest system operacyjny.
Budowa systemu operacyjnego
sprzęt
użyszkodnicy
programy
jądro
powłoka
Składniki systemu
jądro - komunikuje się z komputerem przez sterowniki
urządzeń i wykonuje kolejkowanie zadań, obsługę
pamięci
powłoka - stanowi interpreter poleceń systemu
(komunikacja z użytkownikiem)
programy - polecenia systemowe nie zawarte w
jądrze, programy narzędziowe, programy użytkowe
Systemy operacyjne:
jednozadaniowe (np. DOS)
wielozadaniowe (np. UNIX)
niewielozadaniowe ;-) (Windows)
Systemy MS Windows
na komputery IBM PC
ciągle rozwijane (ale wymagają coraz silniejszych
komputerów)
interfejs graficzny ułatwia pracę
systemy wielozadaniowe, ale bez wielodostępu
chociaż...
świadczą pewne usługi poprzez sieć
Wielozadaniowość i wielodostęp
jednozadaniowość - kolejne zadanie
wykonywane po zakończeniu poprzedniego
wielozadaniowość - wykonywanie wielu
zadań w „tym samym” czasie.
W rzeczywistości zadania są wykonywane
kolejno w przydzielonych im przedziałach
czasowych (chyba że jest kilka procesorów)
wielodostęp - w tym samym czasie z jednego
komputera korzysta wielu użytkowników
System DOS
na komputery IBM PC
jednozadaniowy
bez wielodostępu (tylko z klawiatury)
system wyszedł z użycia
Systemy UNIX
Na wszystkie typy komputerów, od prostych PC do
superkomputerów
systemy od początku wielodostępne i
wielozadaniowe
łatwe w konfiguracji (pliki tekstowe)
przeznaczone głównie do pracy zdalnej
jasno określone prawa użytkowników