Wstęp do Informatyki Informacje organizacyjne Literatura

Wstęp do Informatyki
Cezary Bolek
[email protected]
Uniwersytet Łódzki
Wydział Zarządzania
Katedra Informatyki
Informacje organizacyjne
• Kontakt
– dr inŜ. Cezary Bolek
– pokój 142, Katedra Informatyki, Wydział Zarządzania
– konsultacje:
• wtorek 9:30- 11:30
– email:
– materiały:
Wstęp do Informatyki
Literatura
[email protected]
http://www.ki.uni.lodz.pl/cbolek
[email protected]
Informatyka jako dyscyplina naukowa
• David Harel,
Rzecz o istocie informatyki - algorytmika,
WNT 2000
• William Stallings,
Organizacja i architektura systemu komputerowego,
WNT 2000
• Badanie praw rządzących procesami kodowania,
zapisywania, przetwarzania i przesyłania informacji.
• RóŜnorodność i multidyscyplinarność:
– matematyka, fizyka, chemia, biologia, nauki przyrodnicze, społeczne
oraz humanistyczne
• Ścisły związek podstaw teoretycznych ze sferą aplikacyjną.
Wstęp do Informatyki
[email protected]
Wstęp do Informatyki
[email protected]
1
Oblicza Informatyki
Informatyka teoretyczna
Algorytmika
Informatyka techniczna
teorie obliczalności
metody numeryczne
języki formalne
architektura sprzętu
telekomunikacja
elektronika
Nauka o formułowaniu szczegółowych przepisów na
rozwiązywanie zagadnień, pod kątem ich automatycznej
realizacji.
Rozwiązywalność zadań:
algorytmy heurystyczne
Informatyka
Efektywność algorytmów:
złoŜoność obliczeniowa
Informatyka stosowana
Informatyka praktyczna
języki programowania
inŜynieria oprogramowania
systemy informatyczne
Wstęp do Informatyki
wykorzystywanie sprzętu i
oprogramowania do realizacji
celów zawodowych
[email protected]
Struktury danych
Poprawność algorytmów:
dowodzenie poprawności
Wstęp do Informatyki
[email protected]
Zapis algorytmów
• Abstrakcyjna reprezentacja obiektów świata rzeczywistego
na potrzeby realizacji algorytmu.
Liczby: zakres i dokładność
Tablice, rekordy: wielość w jedności
Metody graficzne: diagramy, schematy blokowe, sieci
działań
Języki formalne: zestawy symboli i reguł ich uŜycia
(składnia), pozwalające na zapis algorytmu.
Stosy, kolejki, listy: liczy się kolejność
Drzewa, grafy: złoŜoność powiązań
Wstęp do Informatyki
[email protected]
Program: zapis algorytmu w języku formalnym, który
moŜna przetłumaczyć na kod maszynowy.
Wstęp do Informatyki
[email protected]
2
Proces programowania
Matematyka komputerowa
Algorytm
Problem
Program
Struktury
danych
Algorytmizacja
Kodowanie
•
•
•
•
•
•
•
metody numeryczne
weryfikacja hipotez poprzez wyjątki
dowodzenie twierdzeń
poszukiwania liczb pierwszych
rachunki symboliczne
fraktale
rachunek Monte Carlo
Programowanie
Wstęp do Informatyki
[email protected]
Wstęp do Informatyki
Fizyka komputerowa
•
•
•
•
•
obliczenia symulacyjne
fizyka cząstek elementarnych
fizyka materiałowa
geofizyka, meteorologia
astronomia
Wstęp do Informatyki
[email protected]
[email protected]
Chemia komputerowa
•
•
•
•
symulacje syntezy chemicznej
analiza własności materiałów
projektowanie związków chemicznych
farmakologia komputerowa
Wstęp do Informatyki
[email protected]
3
Biologia i cybernetyka komputerowa
•
•
•
•
•
badanie własności substancji organicznych
identyfikacja genomu istot Ŝywych
modelowanie procesów ewolucyjnych
modelowanie ekosystemów
modelowanie zachowań
Wstęp do Informatyki
[email protected]
Nauki o poznaniu
Ekonomia komputerowa
•
•
•
•
•
modelowanie procesów ekonomicznych
analiza rynków finansowych
analiza procesów demograficznych
analiza zuŜycia zasobów naturalnych
prognozowanie tendencji rozwoju rynku
Wstęp do Informatyki
[email protected]
Historia maszyn liczących
Bardzo krótka
•
•
•
•
modelowanie procesów poznawczych
systemy ekspertowe i bazy wiedzy
problemy sztucznej inteligencji
problem osobowości
Czasy prehistoryczne
• jeden, dwa mnóstwo: liczebniki
• kamyki, patyczki: narzędzia
3000-500 p.Chr.
• liczydło
Wstęp do Informatyki
[email protected]
Wstęp do Informatyki
[email protected]
4
Historia ...
Historia ...
XVII wiek
XVII wiek
Gottfried Leibniz (1646-1716)
1622 - suwak logarytmiczny,
William Oughtred, Anglii
1673 - czterodziałaniowa maszyna licząca
1642 - maszyna do dodawania
(Pascalina), Blaise Pascal
"Nie jest bowiem rzeczą godną wykształconego człowieka, by tracić godziny pracując jak
niewolnik nad obliczeniami, które wykonać mógłby kaŜdy, gdyby uŜyto w tym celu maszyny".
Wstęp do Informatyki
Wstęp do Informatyki
[email protected]
Historia ...
XIX wiek
Odkrywa układ dwójkowy (pod wpływem Ying-Yang)
[email protected]
Historia ...
krosna Ŝakardowe —
pierwsza programowalna maszyna
Maszyny Charlesa Babbage’a:
automatyzacja obliczeń
(maszyna róŜnicowa),
projekt maszyny analitycznej wykonującej
program obliczeń
Wejście
(program)
Wstęp do Informatyki
Maszyna
(przetwarzanie)
[email protected]
Wyjście
(tkanina)
Wstęp do Informatyki
[email protected]
5
Historia ...
Historia ...
• Alan Turing
XIX wiek
arytmometry mechaniczne z
perforowanych
wykorzystaniem kart
XX wiek
złoŜone obliczenia wojskowe:
• balistyka,
• szyfrowanie informacji (Enigma),
• broń atomowa
Wstęp do Informatyki
[email protected]
Historia ...
długość 120m , wysokość 2.5m, waga 5 ton, dł.przewodów 700km
760.000 części, głównie przekaźników elektromechanicznych
przeznaczenia: wojskowe obliczenia balistyczne
urządzenie wyjściowe: elektryczna maszyna do pisania
szybkość: mnoŜenie ok. 3s
Wstęp do Informatyki
• John von Neumann
– koncepcja współczesnego komputera, składającego się z jednostki
centralnej, pamięci i układów peryferyjnych, przetwarzającego
program zapisany w pamięci
Wstęp do Informatyki
[email protected]
Historia ...
1944 — Mark I : pierwsza elektromechaniczna maszyna
cyfrowa
•
•
•
•
•
– studia nad moŜliwością automatycznego rozwiązywania problemów
matematycznych,
– koncepcja maszyny realizującej algorytm według wczytywanych
symboli i aktualnego stanu: Maszyna Turinga
– koncepcja osobowości jako skomplikowanego algorytmu: Test
Turinga
[email protected]
1944 — ENIAC (Electrical Numerical Integrator And Calculator):
elektronika lampowa: komputery I generacji (1944-55)
17.468 lamp elektronowych, 70.000 rezystorów, 10.000 kondensatorów, 1.500 przekaźników, 6.000
przełączników ręcznych and 5 millionów połączeń lutowniczych powierzchnia 167 m2, waga 30 tons,
moc 160 kilowatów (włączenie powodowało przyciemnienie świateł w Filadelfii)
W czasie 1s ENIAC (1000 razy szybsza maszyna licząca od dotychczasowo zbudowanych)
mógł wykonać: 5,000 sumowań, 357 mnoŜeń lub 38 dzieleń.
Programowanie polegało na łączeniu elementów wykonujących poszczególne obliczenia za pomocą
przewodów (hardwired programming) i trwało całe tygodnie. Maszyna wymagała równieŜ częstych
zabiegów konserwacyjnych.
Wstęp do Informatyki
[email protected]
6
Historia ...
Historia ...
1947 — tranzystor
elektronika półprzewodnikowa: komputery II generacji (1956-1963)
•
•
•
•
Wstęp do Informatyki
Niskie napięcia zasilania,
małe zuŜycie energii,
małe wymiary,
bardzo mała awaryjność.
[email protected]
Historia ...
1958 — układ scalony:
komputery III generacji (1964-1972)
Skomplikowany układ elektroniczny na powierzchni płytki krzemowej
(tranzystory, diody, rezystory i połączenia elementów)
wytworzony w jednorazowym procesie produkcyjnym,
ogromny stopień upakowania elementów przy małej mocy układu.
Wstęp do Informatyki
[email protected]
Historia ... komputery osobiste
1971 — mikroprocesor Intel 4004
komputery IV generacji 1973-1977
Intel 4004 o rozmiarach 3mm x 4mm posiadał
2300 tranzystorów i miał moc obliczeniową
równą komputerowi ENIAC (18.000 lamp).
W 1972r. sonda Pioneer 10 wykorzystywała
juŜ mikroprocesor Intel4004
1976 — pierwszy
mikrokomputer
Apple I
Steven Wozniak,
Steve Jobs
Mikroprocesor:
Pamięć RAM:
Pamięć ROM:
MOS 6502, 1 MHz
8 KB
256 bajtów
Połączenie w jednym układzie scalonym jednostki sterującej, wykonawczej i rejestrów
roboczych. Następne generacje komputerów róŜnią się jedynie stopniem
zagęszczenia elementów w układach scalonych, ale ogólna koncepcja budowy
komputera jest taka sama.
Wstęp do Informatyki
[email protected]
Wstęp do Informatyki
[email protected]
7
Historia ... komputery osobiste
1977 - Apple II
Mikroprocesor: MOS 6502, 1 MHz
Pamięć RAM:
4 KB (do 64KB)
Pamięć ROM:
12 kB
Wbudowany interpreter języka Basic
W róŜnych wersjach produkowany do 1993 r.
MOS 6502A, 2 MHz
128 KB (do 256KB)
16 kB
Wstęp do Informatyki
[email protected]
1989 - Macintosh Portable
Mikroprocesor:
Motorola MC68HC000, 16MHz
Pamięć RAM:
1MB (do 9MB)
Pamięć ROM:
256 kB
System operacyjny: MacOS 6.0.4 do 7.5.5
Wstęp do Informatyki
[email protected]
Historia ... komputery osobiste
Historia ...
1981 — komputer osobisty (PC) - IBM (5150)
• Pierwszy 16 bitowy mikroprocesor Intel
8088 z zegarem 4.77 MHz.
• 16kB pamięci, rozszerzalnej do 256kB,
• stacja dyskietek o pojemności 160kB,
• kolorowy monitor,
• cena 1565$ (równowaŜność 4000$ dziś),
• pierwotnie wyposaŜony w interpreter
języka BASIC w pamięci ROM,
• system operacyjny DOS (nieco później)
Koncepcja „otwartej architektury” — przyczyna ogromnej popularności,
trwającej w zasadzie do dzisiaj.
Wstęp do Informatyki
1984 - Macintosh
Mikroprocesor:
Motorola MC68000, 7.83MHz
Pamięć RAM:
128 KB (do 512kB)
Pamięć ROM:
64 kB
System operacyjny: Macintosh System 1.0
1987 - Macintosh II
Mikroprocesor:
Motorola MC68020, 15.66MHz
Pamięć RAM:
1MB (do 8MB)
Pamięć ROM:
256 kB
System operacyjny: Macintosh System 4.0
1980 - Apple III
Mikroprocesor:
Pamięć RAM:
Pamięć ROM:
Historia ... komputery osobiste
1982 - Lisa/Lisa 2
Mikroprocesor:
Motorola MC68000, 5MHz
Pamięć RAM:
1 MB
Pamięć ROM:
16 kB
System operacyjny: Lisa OS
[email protected]
1983 - IBM PC/XT (5160)
Mikroprocesor:
Intel 8088, 4.77MHz
Pamięć RAM:
64-640kB (w zaleŜności od modelu)
Karta graficzna:
CGA (320x200 / 640x200)
System operacyjny:
MS-DOS 2.0
FDD 5.25”, HDD 10,20MB
1983 - IBM PC Junior
Mikroprocesor:
Intel 8088, 4.77MHz
Pamięć RAM:
64 KB (do 640kB)
Karta graficzna:
CGA (320x200 / 640x200)
System operacyjny:
MS-DOS 2.0
Pamięć zewn.: magnetofon, opcja: FDD 5.25”
1984 - IBM PC/AT
Mikroprocesor:
Pamięć RAM:
Karta graficzna:
System operacyjny:
HDD,FDD
Intel 80286, 6MHz
512 KB (do 3MB)
EGA (640x350)
MS-DOS 3.0
1984 - IBM PC Portable (5155)
Mikroprocesor:
Intel 8088, 4.77MHz
Pamięć RAM:
256 KB (do 640kB)
Karta graficzna:
CGA (320x200 / 640x200)
System operacyjny:
PC-DOS 2.1
1x lub 2x FDD 5.25”
Wstęp do Informatyki
[email protected]
8
Wykształcenie informatyczne
Uniwersytet – aspekty teoretyczne
informatyka teoretyczna - computer science
Politechnika – aspekty aplikacyjne
informatyka stosowana – computer engineering
Programowanie
Rzemiosło?
program jako dodatek do sprzętu,
,,najwaŜniejsze, Ŝe działa’’
Nauka?
od rzeczywistości do abstrakcji,
podstawy teoretyczne,
odpowiedniość metod do problemu
Informatyka fizyczna, chemiczna,
ekonomiczna, medyczna, etc.
Sztuka?
Poza uczelniami: szeroka edukacja
społeczeństwa w zakresie praktycznych
aspektów informatyki
Wstęp do Informatyki
[email protected]
Rewolucja informacyjna
• Łatwość pozyskiwania informacji
• MoŜliwość swobodnej komunikacji
• Nowe dziedziny, usługi i formy pracy
• Zmiana działania urzędów i administracji
kreatywność
poczucie estetyki i elegancji
dąŜenie do ideału
Wstęp do Informatyki
[email protected]
Informatyka w społeczeństwie
• Postrzeganie Informatyki jedynie jako biegłości w
posługiwaniu się komputerem
• UtoŜsamianie uŜywania oprogramowania z kreatywnością
informatyczną.
• Nowa organizacja państwa
• UtoŜsamianie programowania z rozwiązywaniem
problemów informatycznych.
Wstęp do Informatyki
Wstęp do Informatyki
[email protected]
[email protected]
9
ZagroŜenia
• Szum i śmietnik informacyjny
• Forma informacji nad treścią
• Telepraca – przymus pracy w domu
• Zanik prywatności i anonimowości
• Wszechwładza urzędów i słuŜb
Czy naprawdę jesteśmy szczęśliwsi ???
Wstęp do Informatyki
[email protected]
10