atari joystick

Kierunek: Mechatronika
Przedmiot:Technologie informacyjne
Tomasz Bajorek dr inż.
e-mail: [email protected]
• 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)
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
Pojęcia podstawowe
Nauka o komputerach i metodach ich użytkowania
sprzęt (ang. hardware)
oprogramowanie
(ang. software)
automat
cyfrowy
elektroniczny
analogowy (zegarek tradycyjny)
Inne (optyczne, pneumatyczne,
hydrauliczne
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
PC AT - procesor Intel 80286
PC 386 (SX, DX, DX2, DX4)procesor Intel 80386
PC 486 (SX, DX, DX2, DX4)- procesor Intel 80486
PC PENTIUM - procesor Intel 80586
Pentium PRO, Pentium II, II, IV, Xeon
1978/79
1982
1985
1989
1993
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)
Procesor
zegar
Pamięć
operacyjna
PaO
magistrala
monitor
dysk dyskietka CD-ROM
drukarka
modem
......... 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
0
1
komórka pamięci
2
N
przechowuje obiekty ⇒ dane, programy ⇒
idea von Neumanna
adres komórki
cechy:
pojemność pamięci
szybkość
– liczba komórek (bajtów 32, 256, 512 MB)
– czas dostępu [ns – nanosekundy 10-9]
podział:
ROM (EPROM)
RAM
- stała
- 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
dane
•numeryczne
•tekstowe
•multimedialne
(graficzne, dźwiękowe)
program
(sposób przetwarzania danych)
•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 (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
jednostki informacji (wg. rozmiaru):
bit - 0 lub 1
bajt (B) - 8 bitów !!!
kilobajt (KB) - 1024 B
megabajt (MB) - 1024 KB
gigabajt (GB) - 1024 MB
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:
0123456789ABCDEF
Np.:
00000011
310
3h
00001010
1010
Ah
00001111
1510
Fh
11111111
25510
15*16+15*1
FFh
1111111111
102410-1
3FFh
11111111111111111111
1MB-1B
1KB-1B
1024*102410-1 FFFFFh
Litera “h” po liczbie oznacza układ heksadecymalny.
WARTOŚCI NUMERYCZNE - LICZBY
•zapis stałopozycyjny
b0, b1, b2, b3....b15
znak
0≥0
1<0
wartość - zapis uzupełnieniowy do dwóch
≥0
<0
b1.214+b2.213+ ... + b14.21 + b15.20
inaczej
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
1
_ = 1• 2-1
+ także wartości ułamkowe, np..
2
- ograniczona dokładność
48 bitów ⇒ ±2,9 10-39
- skomplikowane, długotrwałe operacje
(symulacja lub koprocesor arytmetyczny)
Znaki alfanumeryczne
– Graficzne:
inne znaki
a...z, A....Z, + - . / \ * spacja,
– 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
32 ÷126
127
np. A – dec 65 = 41h
- kontrolne
- numeryczne
- kontrolny
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
ωϕµαβ
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