2. előadás

Műszaki informatika, 2014

Jegyzet

• A ppt a web-en nem minden!• Fontos a saját jegyzet• Informatika építőmérnököknek jegyzet• Átdolgozott előadások

Előző órán

• Tárgy ismertető, követelmények• Számítástechnika történelme • Információ/informatika• Számítógép típusok• Alkalmazási példák

Informatika?

Óravázlat

• Helyzetkép az informatikában• A számítógép hardver-szintű felépítése• Adatbevitel és megjelenítés eszközei• Számítógépes hálózatok kialakítása• Internet• Cloud computing

Helyzet- és jövőkép

• Számítási teljesítmény• Holdra szállás és okostelefonok

• Desktop világ• WEB-es alkalmazások• Mobil platformok

– HW– Kommunikáció

• Cloud computing

Hardver (Hardware)

• Számítógép? – Mainframe, workstation, PC, Laptop, PDA– Tablet, Telefon, Phablet

• Számítógép fizikai összetevőinek összessége:– Ház, táp– Alaplap– Processzor– Memória– Portok, kártyák, háttértárolók, meghajtók– Perifériák

Számítógép felépítése

CPU, MemóriaHDD, FDD,CD, DVD,

etc.

Nyomtató,plotter

Billentyűzet,egér, etc.

Monitor

Ház

• Különböző méretek, variálhatóság, elrendezés

• Aktív-passzív hűtés• Legtöbbször fémből készül• Gombok, meghajtók;

portok, csatlakozók

Táp

• 300-1000W, méretezés!• Redundáns táp, szervertápok• GPU külön energia-ellátás• Szünetmentes táp• Wake on LAN üzemmód

Alaplap (mother board)

• Áramköri lap, általában ezen helyezkednek el a – Processzor– Memória– Csatlakozók, slotok a kártyákhoz, portokhoz,

meghajtókhoz

• Fenti szerkezeti egységek fizikai és logikai kapcsolatát biztosítja

Alaplap

• Megszabja az alkalmazható processzorok, memóriák típusát, bővítőkártyahelyek számát stb.

• Buszrendszer– ISA, VESA, PCI, AGP (1×-8×), PCIE (1x–16x) – Sebesség, adatszélesség

• Lapkakészlet (Chipset)• Intel, VIA, nVidia

Processzor (CPU)

• Bemeneti eszközöktől érkező információ feldolgozása, átalakítása és küldése a kimeneti eszközökre. Feladatok:– kapcsolattartás a perifériákkal– adatforgalom perifériákkal– matematikai műveletek– számítógép működésének vezérlése– memóriaműveletek kezelése (írás, olvasás)

• DMA

Processzor• Sebesség

– Órajel– Magok száma– CPU-k száma

• Hűtés– Processzor (egy, illetve többmagos) hűtés– Ház hűtés

• Intel, AMD, mobil processzorok

Memória, ROM

• ROM: Kikapcsolás után is őrzi az adatokat, de csak olvasható – EPROM/EEPROM: felhasználó által is írható memória, pl.

autók motorvezérlő számítógépében• BIOS

– Oprendszer betöltése, eszközök azonosítása (booting)– Módosítható beállítások– Elavult technológia– Backup-BIOS

Memória, RAM

• RAM: Adatok korlátozott idejű tárolása – operatív tár

• Processzor innen olvassa be az adatokat, programokat

• RAM és CPU közti gyors elérésű tár: CACHE• Pentiumokkal együtt: SDRAM, nagyobb

kapacitás, buszsebesség• DDR SDRAM, RDRAM, DDR2, DDR3…

Adattárolók I.

• Merevlemez: SSD vs. HDDForrás: CHIP SSD Winchester

Kapacitás 500GB 2TB

Tájékoztató ár 60 000 Ft. 20 000 Ft.

Ár/GB ~120 Ft. ~10 Ft.

Max. írási sebesség 200-500 MB/s 50-120 MB/s

Elérési idő 0.07 ms 14.8 ms

Zajszint - 1,1 Fon

Fogyasztás ~2 Watt ~6 Watt

• Tömeg, hőtermelés, meghibásodás, betöltési idő• RAID

Adattárolók II.

• Floppy/ZIP– MB/100MB

• CD/DVD/Blu-ray– 600MB-5GB-50GB

• Flash memória– 256MB-32GB-(256GB)

• NAS– Elérés, tükrözés

• Hálózat, cloud– Szolgáltatás díja

Portok• Soros

– Bitenkénti átvitel (pl. egér, modem), 230KBit/s– Egyszerre csak egy irányban történhet adatáramlás

• Párhuzamos– Byte-onkénti átvitel (pl. nyomtató)

• PS/2– Egér, billentyűzet

• SCSI– 40 Mbit/s (Ultra3: 160MByte/s)

• SATA, eSATA– 3-6Gbit/s

Portok• USB

– 480 Mbit/s (USB 2.0)– 5 Gbit/s (USB 3.0)

• Firewire (IEEE 1394)– 400 Mbit/s– 12V

• IrDA

• Output– Monitor

• CRT

• LCD, TFT, OLED

– Nyomtató/plotter• tintasugaras

• lézer

– Projektor

Perifériák

• Input– Billentyűzet– Egér

• Digitális toll• Játékvezérlők

– Szkenner– Digitalizáló tábla– Kamera

Laptop

• Méret/kijelző• Portok• Drive-ok• Bővíthetőség• Kivitel (ipari, irodai, üzleti stb.)

Mobil eszközök

• Telefon, tablet, phablet• Bluetooth, USB, HDMI, Wi-Fi, 3G/LTE

lehetőség• Kijelző: 3-6” (telefon), 6-10” (tablet)

– HD, Retina, 3k, 4k stb.

• Több magos processzorok, memória, háttértár• Különböző operációs rendszerek, alkalmazások

BME Superman

• A klaszter egy fejgépből, valamint 30 számítóegységből áll. Minden gép 2 darab 6 magos, Intel Xeon X5660 CPU-t, valamint 48 GB memóriát tartalmaz. Két számítóegység további 2-2 Nvidia Tesla M2070 típusú GPGPU-t is tartalmaz. Ezzel a gép elméleti teljesítménye (Rmax) kb. 4+2 TFLOP/s.

• A fejgép 34 TB hasznos diszkterülettel rendelkezik, ami minden számítóegységről 10Gib/s sávszélességű Ethernet hálózattal érhető el.

Számítógépes hálózatok

Hálózat fogalma: Számítógépek, perifériák és a gépeken futó programok (hálózati szoftver) együttese, amelyek egymással összeköttetésben állnak. Egymással összekötött számítógépek között adat áramlik (adatforgalom). A hálózatok alapvetően kétirányúak, vagyis minden létrejött kapcsolat során az adatok mindkét irányban áramlanak.

Hálózatba kapcsolás előnyei• Erőforrás-megosztás: adatok, eszközök,

programok elérése• Költség-csökkentés: pl. hálózati nyomtató• Működési megbízhatóság: egy eszköz kiesése

esetén másik léphet helyébe• Központi adatbázisok használata• Kommunikáció• Adatmegosztás, pl. WebGIS• Cloud-computing

Hálózatba kapcsolás hátrányai

• Függés a hálózati kapcsolattól• Adatbiztonság• Költségek• Hibák lehatárolása

Hálózatok kiterjedése

• LAN (Local Area Network)– Általában egy intézmény, néhány épület… – Nagy sebesség, biztonság– Topológia: sín, csillag, gyűrű, fa, hibrid– WLAN, WiFi (IEEE 802.11)

• WAN (Wide Area Network)– Országos vagy földrészek közötti, pl. internet

H-bone• www.niif.hu

Internet történelem I.• 1964: az ötlet (Paul Baran)• 1969: Arpanet, USA• 1978: IPv4 protokoll• 1984: első „valós email”• 1984: domain-nevek• 1989: ISDN• 1989: HTML, www

Internet történelem II.• 1991: Gopher• 1992: első böngésző: Mosaic• 1994: Netscape• 1995: webshop (pl. Amazon)• 1998: Google• 2000: online árverések (ebay, vatera stb.)• 2000: Cloud szolgáltatások• 2004-2005: webkettő

– Facebook (2004), youtube (2005)…

TCP/IP

• Transmission Control Protocol/Internet Protocol• Alkalmazási- (pl. http, ftp, pop3, smtp); Szállítási- (pl.

TCP, UDP); Hálózati (internet)- (pl. IPv4, IPv6); Adatkapcsolati (pl. ethernet, wifi); Fizikai réteg

• Kliens adatcsomagot küld a szervernek, szerver az adatcsomagot azonos méretű frame-ekre bontja, melyek tartalmazzák a kliens és szerver címét is.– Darabolás, ellenőrzés, címzés, élettartam

TCP/IP

• IP cím– IPv4: 32 bites címzés– IPv6: nagyobb, 128 bites címtartomány, pl:

2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7334• Gyakorlatilag kimeríthetetlen: számos hálózati eszköz kaphat ip címet• whatismyv6.com

– Átállás, párhuzamos működés

• Domain nevek– DNS

A WEB; www

• Internet hipermédia felülete• WEB2• URL• Protokollok:

– http (HyperText Transmission Protocol); https (~ Secure); ftp (File Transfer Protocol); etc.

• HTML; XML…

Browser

• IE, Firefox, Chrome, Safari, Opera…

Email

• 1972: első internetes alkalmazás• Levelező programok

– MS (Outlook), Mozilla (Thunderbird), Foxmail, Opera stb.

• Webmail – gmail.com, freemail.hu, yahoo.com, hotmail.com

stb.

• Protokollok: SMTP; POP3, IMAP etc.

Hálózati eszközök

• Hub• Switch• Router

E-világ

• eKormányzat (e-government)• eOktatás (e-learning)• eBiztonság (e-security)• eKereskedelem (e-commerce)• eBank

Cloud computing - az alapelv

Kliens Webböngés

ző (+ plugin)

szolgáltatás

SzerverfarmAdatok

Számítási kapacítás (GRID)

• Adatok, programok, rendszerek a felhőben• Elérés egy kliensről – egyre vékonyabb kliensek• Példa:

Történelem

• 1950-es évek: mainframe gépek; time-sharing• 1990-es évek: VPN• 2000-es évek eleje: dot.com lufi• 2000-es évektől: CC, pl. AWS• 2011: Chromebook

Kapcsolódó tudományterületek, technológiák

Elosztott rendszerekPárhuzamos rendszerek Griddel kapcsolatbanHálózati rendszerekVirtualizációAdatbázisokBiztonság

Processzek (szolgáltatások) közötti biztonság (pl. kernel – védett mód)

Adat biztonság, kriptográfia (pl. RSA, MD5), adat helyreállítás (pl. mágnes szalag, RAID)

Adathozzáférés kezelése (Privacy)

Virtualizáció

• Korábban: egy feladat egy szerver – rossz erőforrás kihasználtságot jelent– szükséges kapacitás kiépítése költséges

• Egy gép – több feladat. De hogyan?– a virtualizáció révén a logikai erőforrások

(alkalmazások, operációs rendszerek, tárterületek) elválasztása egymástól.

• Ennek végső formája a számítási felhő.

Virtualizáció – cloud computing révén megoldható feladatok

• Nagy méretű, jól paraméterezhető, megbízható, magas rendelkezésre állást megvalósító rendszer létrehozása

• Erőforrások dinamikusan történő optimális kiosztása• Frissítések, javítások, szerver karbantartás megoldása• Néhány hypervisor: VMware, Microsoft Hyper-V, Xen• Példák: Pixar, csúcsidőszakos weblapok, Neptun, NAV

stb.• Szabványosítás: IEEE P2302

A CC felosztása

• Privát számítási felhő (private cloud)• Infrastrukturális számítási felhő (Infrastructure

as a Service) – pl. AWS• Platform-alapú számítási felhő (Platform as a

Service) – pl. Windows Azure• Szoftver-alapú számítási felhő (Software as a

Service) – pl. Gmail, Hotmail, Salesforce

IaaSElőnyök

Skálázhatóság a hardver szintjén, méretgazdaságosságA hypervisorig terjedően naprakészA hypervisorig professzionálisan üzemeltetettMindig elérhetőBármilyen program futtatható benne – amit persze a

virtuális gép engedHátrányok:

RendszerfelügyeletNaprakészség az operációs rendszertől felfelé lévő

szinten

Paas

• Infrastruktúra plusz pl. operációs rendszer, fejlesztői eszközök, adatbázis, webszerver

• Előnyök– Az operációs rendszerek és/vagy adatbázis kezelő szintjéig

a naprakészsége biztosított– A rendszer megbízható, mivel külső és nagy cég üzemelteti– Könnyen skálázható a hardver szintjéig.

• Hátrányok– Az alkalmazás naprakészsége, helyességének a biztosítása

a mi feladatunk– Biztonság: az adatok egy külső cég birtokában vannak

Saas előnyök

• Teljes kész infrastruktúra és szoftver megoldás• A pénzügyi és teljesítményi adatok könnyen

skálázhatóak: méretgazdasságosság• Állandóan naprakészek• Helyfüggetlen

Saas hátrányok

• Testre szabhatóság: cégek nem tudják saját szoftvereiket testre szabni egyedi megoldásaikkal. Egy hiba esetén nem tudnak beavatkozni.

• Személyiségi jogok, biztonság: Nem tudni hogy kezelik az adatokat a szolgáltatók (üzleti titok). Továbbá az adatok titkosítási módja is kérdéses. Ez a legnagyobb probléma: elutasítók 50 %-a ezt emeli ki.

Rövidítések• DDR SDRAM - Double Data Rate SDRAM• CRT – Cathode-Ray Tube• LCD – Lyquid Crystal Display• TFT – Thin Film Transistor• SMTP – Simple Mail Transfer Protocol• NIC – Network Information Center• TCP/IP – Transmission Control Protocol / Internet

Protocol• DNS – Domain Name System• DHCP – Dynamic Host Configuration Protocol• FTP – File Transfer Protocol• HTML – HyperText Markup Language• XML – eXtensible Markup Language• HTTP – Hypertext Transfer Protocol• LAN – Local Area Network• WAN – Wide Area Network• URL – Unified Resource Locator• WWW – World Wide Web• POP3 – Post Office Protocol version 3• IMAP – Interactive Mail Access Protocol• WiFi – Wireless Fidelity• VPN – Virtual Private Network

IEEE – Institute of Electrical and Electronic EngineersIEEE – Institute of Electrical and Electronic Engineers

GPU – Graphics Processing UnitGPU – Graphics Processing Unit

ISA – Industry Standard ArchitectureISA – Industry Standard Architecture

VESA – Video Electronics Standard AssociationVESA – Video Electronics Standard Association

PCI – Peripheral Components InterfacePCI – Peripheral Components Interface

IDE – Integrated/Intelligent Drive ElectronicsIDE – Integrated/Intelligent Drive Electronics

AGP – Accelerated Graphics PortAGP – Accelerated Graphics Port

IrDa – Infrared Data AssociationIrDa – Infrared Data Association

BIOS – Basic Input-Output SystemBIOS – Basic Input-Output System

CPU – Central Processing UnitCPU – Central Processing Unit

RAM – Random Access MemoryRAM – Random Access Memory

ROM – Read Only MemoryROM – Read Only Memory

EPROM/EEPROM – (Electrically) Erasable EPROM/EEPROM – (Electrically) Erasable PrograProgrammmable Read Only Memorymable Read Only Memory

SDRAM – Synchronous Dynamic Random AcceSDRAM – Synchronous Dynamic Random Accesss s MemoryMemory

DDR SDRAM - Double Data Rate SDRAMDDR SDRAM - Double Data Rate SDRAM

CRT – Cathode-Ray TubeCRT – Cathode-Ray Tube

LCD – Liquid Crystal DisplayLCD – Liquid Crystal Display

TFT – Thin Film TransistorTFT – Thin Film Transistor

Ellenőrző kérdések

• Mi a CPU és mik a feladatai?• Milyen input/output perifériákkal szerelné fel 10 fős

építőmérnöki irodájában számítógépeit?• Milyen hardver jellemzők fontosak mobil

platformokon?• Mik a hálózatok alkalmazásának előnyei/hátrányai?• Mi az a TCP/IP?• Melyek a cloud computing jellemző szolgáltatási

szintjei? Röviden jellemezze őket!

Köszönöm a figyelmet!