INFORMATIKA IN RAČUNALNIŠTVOlab.fs.uni-lj.si/lnms/LNMS-slo/ir/2015_10_08-1_pred-IR.pdf•...
Transcript of INFORMATIKA IN RAČUNALNIŠTVOlab.fs.uni-lj.si/lnms/LNMS-slo/ir/2015_10_08-1_pred-IR.pdf•...
I&R: P-I/1/42
Laboratorij za numerično modeliranje in simulacije
http://www.fs.uni-lj.si/lnms
INFORMATIKA IN RAČUNALNIŠTVO
1. letnik
visokošolski PA program
Predavatelj: doc.dr. Nikolaj MOLE (soba N-7) e-mail: [email protected]
Asistenti: asist. Kristjan KREBELJ, univ.dipl.inž.
asist. Janez UREVC, univ.dipl.inž.
doc.dr. Alojz SUHADOLNIK
I&R: P-I/2/42
POGOJ ZA OPRAVLJANJE IZPITA
obvezna udeležba na 11 vajah
vaje potekajo na računalnikih v računalniški učilnici I/4 in II/1
urnik vaj je razviden iz fakultetnega urnika za 1. letnik, PA program
I&R: P-I/3/42
DVA NAČINA OPRAVLJANJA IZPITA
1. Način:
Praktični del izpita: 1. kolokvij: urejanje teksta, obdelava številčnih podatkov (27.11. - 3.12. 2015)
2. kolokvij: reševanje matematičnih problemov (4.1. - 8.1. 2016)
Teoretični del izpita: ustni zagovor
2. Način:
Praktični del izpita: urejanje teksta, obdelava številčnih podatkov, reševanje
matematičnih problemov
Teoretični del izpita: ustni zagovor
I&R: P-I/4/42
NAMEN PREDAVANJ IN VAJ
Poenotenje znanja uporabe osnovnih programskih orodij,
ki jih študenti potrebujejo pri študiju strojništva
I&R: P-I/5/42
• kratka seznanitev z zgodovino računalnikov in njihovo zgradbo
• programska oprema računalnikov
• obdelava številčnih podatkov
• urejanje besedil
• slikovna predstavitev informacij
• kombinirana uporaba programskih orodij
• numerično reševanje matematičnih problemov
• izdelava računalniškega programa
• računalniška omrežja in iskanje podatkov po medmrežju
VSEBINA PREDAVANJ IN VAJ
I&R: P-I/6/42
ŠTUDIJSKA LITERATURA
KNJIGE
Jasna Maver: Informacijska tehnologija, BiblioThecaria, ULJ, FF, 2002
Miro Gradišar: Uvod v informatiko, ULJ, EF, 2003
Ljubomir Kostrevc: Računalništvo in informatika, četrta izdaja, Pasadena, 2006
Matej Artač, Borut Batagelj, Matjaž Jogan, Žiga Kranjec, Bojan Kverh, Katarina
Mele, Peter Peer, Miha Peternel, Franc Solina: Uporabniška programska
oprema, ULJ, FRI, 2004
Larry Long, Nancy Long: Computers, Pearson Education, 2005
Ron White: How Computers Work, QUE, 2008
Jože Petrišič: MATLAB za inženirje, 2011
knjige, ki se nanašajo na posamezni računalniški program
I&R: P-I/7/42
ŠTUDIJSKA LITERATURA
INTERNETNE STRANI
http://lab.fs.uni-lj.si/lnms/
http://colos.fri.uni-lj.si/ERI/INFORMATIKA/
http://www2.arnes.si/~bmohor3/Urejanje_Besedila/
http://sl.wikipedia.org/
http://www.whatis.com/
I&R: P-I/8/42
DEFINICIJA RAČUNALNIŠTVA
Računalništvo je veda o zgradbi in delovanju računalnika ter
njegovi uporabi
DEFINICIJA INFORMATIKE
Informatika je veda o informacijah, oblikah njihovega zbiranja,
obdelave, shranjevanja, izmenjave ter oblikovanja v okviru
računalniško podprtih informacijskih sistemov
I&R: P-I/9/42
KJE VSE SE SREČUJEMO
Z INFORMATIKO V STROJNIŠTVU?
pri razvoju produktov (CAD,CAE)
pri vodenju proizvodnje (CAM)
pri nadzoru proizvodnje linije
pri avtomatizaciji proizvodnjega procesa
obdelovalni stroji (CNC)
I&R: P-I/10/42
ZGODOVINA RAČUNALNIKOV
• pripomočki za računanje ( + , - , * , / )
vir: http://en.wikipedia.org/wiki/Abacus
Abakus (2200 p.n.š.)
I&R: P-I/11/42
ZGODOVINA RAČUNALNIKOV
• računski stroji
vir: http://en.wikipedia.org/wiki/Charles_Babbage
Diferenčni stroj na parni pogon (izdelal Charles Babbage leta 1822)
I&R: P-I/12/42
• računski stroji
vir: http://en.wikipedia.org/wiki/Herman_Hollerith
Vnos podatkov z uporabo luknjanih kartic (patentiral Herman Hollerith leta1887)
ZGODOVINA RAČUNALNIKOV
I&R: P-I/13/42
• računski stroji
vir: http://en.wikipedia.org/wiki/Tabulating_machine
Herman Hollerith leta1896 ustanovi podjetje, iz katerega nastane leta 1924 podjetje IBM
ZGODOVINA RAČUNALNIKOV
I&R: P-I/14/42
• elektro-mehanični računalniki (zasnovani na elektro-mehanskih stikalih)
vir: http://en.wikipedia.org/wiki/Z3
Z3 - prvi programabilni popolnoma avtomatski računalnik (izdelal Konrad Zuse leta 1941)
ZGODOVINA RAČUNALNIKOV
I&R: P-I/15/42
• elektro-mehanični računalniki (zasnovani na elektro-mehanskih stikalih)
vir: http://en.wikipedia.org/wiki/Harvard_Mark_I
IBM Mark I – uporabljena so bila elektro-mehanska stikala (izdelan leta 1944)
ZGODOVINA RAČUNALNIKOV
I&R: P-I/16/42
• elektronski računalniki
prva generacija (uporaba elektronk in ožičenih povezav)
vir: http://en.wikipedia.org/wiki/Eniac
ENIAC – za stikala je bilo uporabljeno 18000 elektronk (izdelan leta 1946)
ZGODOVINA RAČUNALNIKOV
I&R: P-I/17/42
druga generacija (uporaba tranzistorjev in tiskanih vezij)
• elektronski računalniki
vir: http://www.computermuseum.li/Testpage/Honeywell400
HONEYWELL 400 (izdelan leta 1959)
ZGODOVINA RAČUNALNIKOV
I&R: P-I/18/42
• elektronski računalniki
tretja generacija (uporaba integriranih vezij)
vir: http://en.wikipedia.org/wiki/IBM_360
IBM serije 360 (izdelan leta 1964)
ZGODOVINA RAČUNALNIKOV
I&R: P-I/19/42
• elektronski računalniki
četrta generacija (uporaba mikroprocesorjev, visoko razviti programski jeziki)
vir: http://en.wikipedia.org/wiki/IBM_PC_XT
IBM PC XT (izdelan leta 1983)
prvi mikroprocesor
mikroprocesor
pentium
ZGODOVINA RAČUNALNIKOV
I&R: P-I/20/42
• elektronski računalniki
peta generacija:
vzporedno procesiranje na nekaj 1000 mikroprocesorjih
kvantni računalnik (superpozicija kvantnih stanj)
DNA-računalnik
povezava med komponentami izvedena z optičnimi vlakni
ZGODOVINA RAČUNALNIKOV
I&R: P-I/21/42
Moorov zakon
ZGODOVINA RAČUNALNIKOV
število tranzistorjev,
ki jih lahko vgradimo
na enako veliko
površino silicijeve
rezine, se podvoji
vsakih 18 mesecev,
pri čemer se cena
izdelka bistveno ne
spremeni
vir: http://www.extremetech.com/computing/116561-the-death-of-cpu-scaling-from-one-core-
to-many-and-why-were-still-stuck
I&R: P-I/22/42
ZGRADBA ELEKTRONSKEGA RAČUNALNIKA (hardware)
koncept elektronskega računalnika s shranjenim programom je leta 1945
razvil John von Neumann s sodelavci in obsega pet funkcijskih enot:
krmilna enota
računska enota
pomnilnik
vhodna enota
izhodna enota
I&R: P-I/23/42
ZGRADBA ELEKTRONSKEGA RAČUNALNIKA
procesna enota
krmilna enota
aritmetično
logična enota
centralna procesna enota (CPU) notranji pomnilnik
podatkovne povezave
krmilni signali
• model računalnika
bralno-pisalni
pomnilnik
(RAM)
registri
bralni
pomnilnik
(ROM)
izhodna enota
vhodna enota zunanji
pomnilni
medij
I&R: P-I/24/42
ZGRADBA ELEKTRONSKEGA RAČUNALNIKA
ključne značilnosti von Neumann-ovega elektronskega računalnika:
5 funkcijskih enot
zgradba računalnika se ne spreminja od problema do
problema
program se vstavlja v računalniški pomnilnik in se
sestoji iz zaporedja ukazov
v istem pomnilniku se nahajajo program, vhodni
podatki ter vmesni in izhodni rezultati
I&R: P-I/25/42
• namizni računalnik
vir. http://en.wikipedia.org/wiki/Personal_computer_hardware
ZGRADBA ELEKTRONSKEGA RAČUNALNIKA
I&R: P-I/26/42
• notranjost računalnika
vir. http://en.wikipedia.org/wiki/Personal_computer_hardware
ZGRADBA ELEKTRONSKEGA RAČUNALNIKA
I&R: P-I/27/42
bistveni podatki o centralni procesni enoti (CPE):
podnožje procesorja (motherboard chipset)
število jeder (number of cores)
širina podatkovnega vodila (data path width , [b])
delovni takt (core speed, [Hz])
takt podatkovnih vodil (bus speed, [Hz])
velikost predpomnilnika (cache memory, [B])
ZGRADBA ELEKTRONSKEGA RAČUNALNIKA
I&R: P-I/28/42
PROGRAMSKA OPREMA (software)
sistemska programska oprema
programska oprema za uporabnike
programska oprema za razvijanje računalniških programov
I&R: P-I/29/42
PROGRAMSKA OPREMA
sistemska programska oprema:
BIOS (Basis Input Output System)
jedro operacijskega sistema (OS)
programska oprema za komunikacijo
grafični uporabniški vmesnik (GUI)
druga sistemska oprema
I&R: P-I/30/42
PROGRAMSKA OPREMA
bralno-pisalni
pomnilnik (RAM)
krmilna enota
aritmetično
logična enota
centralna procesna enota (CPU) notranji pomnilnik
procesna enota
vhodna enota
podatkovne povezave
krmilni signali
nalaganje operacijskega sistema
bralni
pomnilnik (ROM)
izhodna enota
zunanji
pomnilni
medij
registri
I&R: P-I/31/42
PROGRAMSKA OPREMA
programska oprema za uporabnike:
urejevalniki besedil
orodja za izdelavo preglednic
orodja za računalniško grafiko
programski paketi za računalniško podprto konstruiranje (CAD)
programski paketi za analizo fizikalnih problemov (CAE)
I&R: P-I/32/42
PROGRAMSKA OPREMA
krmilna enota
aritmetično
logična enota
centralna procesna enota (CPU) notranji pomnilnik
procesna enota
podatkovne povezave
krmilni signali
zagon računalniškega programa
bralno-pisalni
pomnilnik (RAM)
registri
bralni
pomnilnik (ROM)
izhodna enota
vhodna enota zunanji
pomnilni
medij
I&R: P-I/33/42
PROGRAMSKA OPREMA
programska oprema za razvijanje računalniških programov:
programska oprema za programske aplikacije
prevajaniki iz različnih programskih jezikov v strojni jezik
I&R: P-I/34/42
LASTNIŠTVO PROGRAMSKE OPREME
lastniška programska oprema (proprietary software, commercial software)
preizkusna programska oprema (shareware)
demo/beta verzije programske opreme (demo software, beta software)
prosta programska oprema (free software)
odprtokodna programska oprema (open source software)
javna programska oprema (public domain software)
I&R: P-I/35/42
OPERACIJSKI SISTEM
osnovne naloge operacijskega sistema:
upravljanje s procesi, ki tečejo v CPE
upravljanje z notranjim, zunanjim in navideznim pomnilnikom
upravljanje z datotečnimi sistemi
upravljanje z vhodno-izhodnimi napravami (gonilniki naprav)
izvajanje ukazov v CPE
omogočanje omrežnih povezav
I&R: P-I/36/42
OPERACIJSKI SISTEM
uporabniku operacijski sistem omogoča:
zagon in uporabo računalniških programov
zagotavljanje pomnilnika za vse tekoče procese
uporabo vhodno-izhodnih naprav
delo z datotečnimi sistemi
medračunalniško povezovanje
zaščito podatkov
nemoten potek procesov v CPE
I&R: P-I/37/42
GONILNIKI NAPRAV
gonilnik naprave je del sistemske programske opreme, ki omogoča
komunikacijo med napravo in operacijskim sistemom
I&R: P-I/38/42
PODATEK IN INFORMACIJA
razlikovanje med podatkom in informacijo
podatek
• podatek je poljubna predstavitev s pomočjo simbolov ali analognih veličin
(številke, besede, krivulje, slike, npr. s številkami podana izmerjena temperatura)
informacija
• je podatku pripisan pomen (npr. v kakšnih razmerah je bila temperatura izmerjena)
• je znanje, ki podatek naredi uporaben
• podatku dodana enota, ki definira fizikalno veličino
I&R: P-I/39/42
DIGITALNI ZAPIS INFORMACIJE
zvezni (analogni) zapis – diskretni (digitalni) zapis podatka
diskretizacija signala
• časovno spremenljivi zvezni signal vzorčimo v enakih časovnih presledkih
• Shannonov teorem: frekvenca vzorčenja mora biti vsaj dvakrat višja od
frekvence vzorčenega signala
I&R: P-I/40/42
DIGITALNI ZAPIS INFORMACIJE
diskretni (digitalni) zapis podatka
digitalizacija diskretnega podatka
• digitalni računalniki so zgrajeni iz komponent, katere lahko
preklapljamo med stanjema zaprt (”1”) ali odprt (”0”)
• najmanjša informacijska enota je dvojiško število imenovano
bit (binary digit, [b]), ki ima lahko samo dve vrednosti 1 ali 0
• količina n -bitov informacije pomeni približno 2n podatkov
• če imamo P enakovrednih podatkov, potem količino
informacije izračunamo z enačbo n = log2P
• digitalni zapis diskretnega podatka je praviloma približek
I&R: P-I/41/42
DIGITALNI ZAPIS INFORMACIJE
digitalizacija diskretnega podatka
• elektronika v računalniku je organizirana v skupine po 8 bitov,
kar imenujemo 1 zlog (byte, [B]), več zlogov tvori besede (words)
• pomen predpon kilo [K], mega [M], giga [G], ... v računalništvu:
▫ 1 KB = 210 B = 1.024 B 103 B
▫ 1 MB = 220 B = 1.048.576 B 106 B
▫ 1 GB = 230 B = 1.073.741.824 B 109 B
▫ 1 TB = 240 B = 1.099.511.627.776 B 1012 B
diskretni (digitalni) zapis podatka
I&R: P-I/42/42
DIGITALNI ZAPIS INFORMACIJE
digitalizacija diskretnega podatka
• elektronika v računalniku je organizirana v skupine po 8 bitov,
kar imenujemo 1 zlog (byte, [B]), več zlogov tvori besede (words)
• pomen predpon kilo [K], mega [M], giga [G], ... v računalništvu:
▫ 1 KB = 210 B = 1.024 B 103 B
▫ 1 MB = 220 B = 1.048.576 B 106 B
▫ 1 GB = 230 B = 1.073.741.824 B 109 B
▫ 1 TB = 240 B = 1.099.511.627.776 B 1012 B
diskretni (digitalni) zapis podatka