Technologie informacyjne (wyk. 1) - dr Tomasz Ordysiński...
Transcript of Technologie informacyjne (wyk. 1) - dr Tomasz Ordysiński...
Technologie informacyjne (wyk. 1)Podstawowe pojęcia związane z informatyką,
zarys historii informatyki, komputerowy zapis
informacji
dr Tomasz Ordysiński
tomaszordysinski.pl
Podstawowe pojęcia informatyki - defincja
Przedmiotem informatyki jest całokształt problematyki związanej ze
zbieraniem, przechowywaniem, przekształcaniem,
wyszukiwaniem, przesyłaniem i udostępnianiem danych, czyli
ogólnie przetwarzaniem danych, w celu zapewnienia sprawnego i
celowego działania określonego systemu.
Nazwa ,,informatyka’’ powstała w wyniku skojarzenia dwóch pojęć:
INFORmacja + autoMATYKA
Podstawowe pojęcia informatyki – dane,
informacja, wiedza
DANE- to każde dowolne przedstawienie faktów, liczb, pojęć wsformalizowanej postaci, umożliwiające przekazywanie idokonywanie na nich różnorodnych czynności przetwarzania. Daneto surowe fakty, znaki zapisane na jakimś medium. Narzuca sięformalizm zapisu.
INFORMACJE (teoria ilościowa) - stworzona przez Shannona;zwraca się uwagę na wpływ wielkości informacji na stopieńokreśloności lub nieokreśloności obiektu. Podstawowymikategoriami tej teorii są entropia i prawdopodobieństwo.
INFORMACJE (teoria jakościowa) - bada się własności informacjioraz jej znaczenia w aspekcie użytkowym. W tym ujęciu przyjmujesię, że informacja oznacza znaczenie, treści, jakie przyzastosowaniu odpowiedniej konwencji przyporządkowuje się danym.
WIEDZA - wykracza poza informacje, gdyż powoduje zdolność dorozwiązywania problemów, inteligentnego zachowania się idziałania.
Podstawowe pojęcia informatyki – komputer,
oprogramowanie, system komputerowy
Elektroniczna maszyna cyfrowa – urządzenie elektrycznepotrafiące wykonać 4 podstawowe działania arytmetyczne.
Komputer – elektroniczna maszyna cyfrowa stosowana dogromadzenia, przetwarzania i wyszukiwania informacji przy pomocyodpowiedniego oprogramowania.
Oprogramowanie – zbiór programów, które pozwalają nawykonanie przez komputer pewnych zadań.
Algorytm – „przepis” na rozwiązanie pewnego zadania przypomocy skończonej liczby kroków.
Program – algorytm zapisany za pomocą języka „zrozumiałego” dlakomputera.
Hardware – zbiór wszystkich urządzeń komputerowych.
Software – zbiór programów zainstalowanych na twardym dyskukomputera.
System komputerowy
SYSTEM
KOMPUTEROWY
HARDWARE SOFTWARE+
Główne cechy komputera
Zdolność zapamiętywania dużej ilości danych (pamięć dyskowa, taśmowa,
nośniki optyczne),
Możliwość automatycznego wykonywania rozkazów (program
komputerowy),
Programowalność – zdolność do zmiany sposobu działania programu,
Bardzo duża szybkość obliczeń (procesor wykonuje wiele milionów operacji
arytmetycznych na sekundę),
Możliwość prezentacji wyników w różnej formie (pliku, tabeli wykresu itp.)
Elastyczność budowy sprzętu komputerowego,
Kierunki zastosowań informatyki (1)
Obliczenia naukowe i inżynierskie
Obliczenia numeryczne stanowią klasyczny i najstarszy kierunek zastosowań
komputerów. Specyficzne cechy tego typu zastosowań to:
skomplikowane obliczenia, algorytmy;
liczba danych wejściowych w tego typu zastosowaniach (i wyjściowych) jest niewielka;
stosunkowo niewielkie wymagania odnośnie urządzeń zewnętrznych;
sprawne i wydajne translatory różnych języków programowania.
Masowe przetwarzanie danych (ekonomicznych)
Cechami zastosowań w masowym przetwarzaniu danych są:
operowanie na bardzo dużych zbiorach i bazach danych;
posługiwanie się raczej nieskomplikowanymi algorytmami przetwarzania danych;
stosowanie rozbudowanych, efektywnych systemów kontroli;
potrzeba tworzenia czytelnych i estetycznych wydruków komputerowych;
duże wymagania odnośnie urządzeń peryferyjnych i przesyłania danych;
konieczność stosowania różnorodnych programów użytkowych, tj. arkusze kalkulacyjne,
bazy danych, edytory tekstowe, programy multimedialne itd.
Kierunki zastosowań informatyki (2)
Symulacja i modelowanieKomputerowe modele symulacji mogą służyć trzem celom: prognostycznym- za pomocą modelu bada się co zdarzy się w przyszłości i w oparciu o
tę wiedzę modyfikuje się podejmowane działania;
diagnostycznym- model pomaga znaleźć przyczynę obserwowanych zjawisk lub dokładniej i taniej prześledzić ich przebieg;
dydaktycznym- model pozwala tanio i bezpiecznie zdobyć doświadczenie wymagane przy wykonywaniu wielu prac.
Sterowanie procesamiSterowanie daje całkowicie inne zastosowania, które powodują szereg uwarunkowań: wymagają specjalnych urządzeń do sprzężenia komputera ze sterowanym procesem (np.
czujniki);
rola komputera sprowadza się do gromadzenia i raportowania danych;
konieczność pracy w tzw. trybie rzeczywistym- komputer w obliczeniach musi uwzględniać czynnik czasu i wysyłać sygnały sterujące dokładnie w tym momencie, kiedy są potrzebne.
Inne (poligrafia, edukacja, biuro, rozrywka)
Generacje komputerów (1)
GENERACJA „0”
technika przekaźnikowa, komputer MARK I, praca w systemie dziesiętnym;
GENERACJA „1”
technika lampowa, komputer ENIAC (1946r.)
dane do komputera wprowadza się z taśm, kart perforowanych lub dalekopisów;
realizowały jeden program napisany w języku wewnętrznym (kod 0,1 ),
nie posiadały systemu operacyjnego;
głównie do obliczeń naukowo-technicznych, duża awaryjność.
GENERACJA „2”
tranzystory pojawiły się pod koniec lat 50, w Polsce – komputer XYZ, ZAM2;
pojawienie się pamięci zewnętrznych (dyski magnetyczne, taśmy magnetyczne, bębny);
wprowadzenie wieloprogramowości komputerów;
komputery wyposażone w system operacyjny;
wprowadzenie języków symbolicznych (języki pisane kodem 0, 1zostały zastąpione symbolem);
zwiększenie szybkości przetwarzania do 100 tysięcy operacji na sekundę;
Generacje komputerów (2)
GENERACJA „3” układy scalone: ODRA 1300.
wieloprogramowość i wieloprocesowość
rozpowszechnienie pamięci dyskowych
stosunkowo ,,bogaty’’ zestaw oprogramowania systemowego
możliwość pisania programów w językach wyższego rzędu (symbole zastępuje się komendami w języku angielskim)
tworzenie sieci komputerowych
rozwój urządzeń zewnętrznych (peryferyjnych- do wprowadzania i wyprowadzania danych)
szybkość wykonywania operacji wzrasta do 10 milionów działań na sekundę.
GENERACJA „4” układy scalone VLSI- bardzo duża skala integracji; ULSI (ultra);
technika mikroprocesorowa;
różnorodne oprogramowanie użytkowe, początek lat 80
GENERACJA „4 PLUS” – superkomputery o bardzo dużej mocy obliczeniowej: japoński NEC, amerykański CRAY
GENERACJA „5” /i dalsze/ technika sztucznej inteligencji; możliwość posługiwania się językiem naturalnym
umiejętność wnioskowania i uczenia się przez maszynę poprzez wykorzystanie sieci neuronowych,
automatyczne pozyskiwanie wiedzy
Zakres informatyki
Zakres zainteresowań informatyki obejmuje:
sprzęt komputerowy- hardware (jego parametry techniczne,eksploatacyjne oraz dane dotyczące obsługi, konserwacji itp.)
oprogramowanie komputerowe- software (systemy operacyjne,języki programowania, oprogramowanie użytkowe itp.)
konstrukcje i eksploatację urządzeń do automatycznegoprzekazywania danych na odległość (sieci komputerowe, siecitelekomunikacyjne)
projektowanie i wdrażanie systemów informatycznych napotrzeby określonych jednostek (np. przedsiębiorstw)
Def.1. Informacją cyfrową nazywamy informację przedstawioną w postaci słów
cyfrowych
Def.2. Słowem cyfrowym nazywamy dowolny ciąg składający się z symboli 0 i/lub 1
Długość słowaOznaczenie symboliczne
Nazwa
1
4
8
16
32
64
a0
a3...a0
a7.....a0
a15.......a0
a31.........a0
a63...........a0
bit
tetrada, kęs
bajt
słowo 16-bitowe, słowo
podwójne słowo, dwusłowo
słowo 64-bitowe, czterosłowo
1b - oznacza 1 bit 1B=8b
1B - oznacza 1 bajt 1kB=1024B (210)
1MB=1024kB
1GB=1024MB
Przykład: 20 MB jest ilością informacji ośmiokrotnie większą niż 20Mb
INFORMACJA CYFROWA (1)
W słowach cyfrowych wyróżnia się najstarszą i najmłodszą pozycję, tj.
bit najbardziej znaczący zwany najstarszym (ang. MSB - Most Significant Bit)
oraz
bit najmniej znaczący zwany najmłodszym (ang. LSB - Least Significant Bit)
an-1 ......................... a0
MSB LSB
Analogicznie możemy mówić o starszym i najmłodszym bajcie
lub o starszej lub młodszej tetradzie
INFORMACJA CYFROWA (2)
Do zapisu dowolnej liczby system wykorzystuje dziesięć symboli (cyfr):
0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9Dowolną liczbę w systemie dziesiętnym możemy przedstawić jako następująca sumę:
(an-1...a1a0)D = an-1*10(n-1) +...+ a1*101 + a0*100 =
gdzie: i - numer pozycji w liczbie,ai - dowolna z cyfr od 0 do 9,n - ilość cyfr (pozycji) w liczbie
Przykład:
424D = 4*102 + 2*101 + 5*100
pozycja jedynek (0)
pozycja dziesiątek (1)
pozycja setek (2)
1n
0i
i
i 10a
DZIESIĘTNY SYSTEM LICZBOWY
Do zapisu dowolnej liczby system wykorzystuje dwa symbole (cyfry):
0, 1Dowolną liczbę w systemie dwójkowym możemy przedstawić jako następująca sumę:
(an-1...a1a0)B = an-1*2(n-1) +...+ a1*2
1 + a0*20 =
gdzie: i - numer pozycji w liczbie,ai - dowolna z cyfr (0 lub 1),n - ilość cyfr (pozycji) w liczbie
Przykład:
10100B = 1*24 + 0*23 + 1*22 + 0*21 + 0*20
1n
0i
i
i 2a
DWÓJKOWY SYSTEM LICZBOWY
1.
2.
10100B = 1*24 + 0*23 + 1*22 + 0*21 + 0*20 =
= 1*16 + 0*8 + 1*4 + 0*2 + 0*1 = 20D
20:2 = 10
10:2 = 5
5:2 = 2
2:2 = 1
1:2 = 0
reszta=0
reszta=0
reszta=1
reszta=0
reszta=1
kie
run
ek o
dc
zytu
wyn
iku
czyli 20D = 10100B
KONWERSJA LICZB
Do zapisu dowolnej liczby system wykorzystuje szesnaście symboli (cyfr i liter):
0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, FDowolną liczbę w systemie heksadecymalnym możemy przedstawić jako następująca sumę:
(an-1...a1a0)H = an-1*16(n-1) +...+ a1*161 + a0*160 =
gdzie: i - numer pozycji w liczbie,ai - dowolna cyfra heksadecymalna,n - ilość cyfr (pozycji) w liczbie
Przykład:
1C2H = 1*162 + C*161 + 2*160
1n
0i
i
i 16a
HEKSADECYMALNY (SZESNASTKOWY)
SYSTEM LICZBOWY
1.
2.
1C2H = 1*162 + C*161 + 2*160 =
= 1*256 + 12*16 + 2*1 = 450D
450:16 = 28
28:16 = 1
1:16 = 0
reszta=2
reszta=C
reszta=1 kie
run
ek
od
czytu
wyn
iku
czyli 450D = 1C2H
reszty zapisujemy w postaci cyfry heksadecymalnej
KONWERSJA LICZB (1)
Do konwersji zapisu binarnego na heksadecymalny i odwrotnie wykorzystuje się tabelę:
cyfra heksadecymalna liczba binarna liczba dziesiętna
0 0000 0
1 0001 1
2 0010 2
3 0011 3
4 0100 4
5 0101 5
6 0110 6
7 0111 7
8 1000 8
9 1001 9
A 1010 10
B 1011 11
C 1100 12
D 1101 13
E 1110 14
F 1111 15
KONWERSJA LICZB (2)
1C2H =
= 0001 1100 0010 =
= 000111000010 =
= 111000010B
111000010B =
= 0001 1100 0010B =
= 1C2H
każdą cyfrę hex. zapisujemy w postaci czwórki cyfr binarnych
odrzucamy nieznaczące zera na początku liczby binarnej
1.
2.liczbę binarną dzielimy od końca na czwórki ewentualnie dopisując nieznaczące zera w ostatniej (pierwszej) czwórce
każdą czwórkę binarną zapisujemy w postaci cyfry hex.
KONWERSJA LICZB (3)
OPERACJE RACHUNKOWE NA
LICZBACH BINARNYCH
DODAWANIE
0 + 0 =0
0 + 1 =1
1 + 0 =1
1 + 1 =10
MNOŻENIE
0 * 0 =0
0 * 1 =0
1 * 0 =0
1 * 1 =1
DODAWANIE TRZECH BITÓW
bit A bit B bit C SUMA PRZENIESIENIE
0 0 0 0 0
0 0 1 1 0
0 1 0 1 0
1 0 0 1 0
0 1 1 0 1
1 0 1 0 1
1 1 0 0 1
1 1 1 1 1
DODAWANIE LICZB BINARNYCH -
PRZYKŁAD
1 1 0 1 1 0 1
+ 1 0 0 1 0 0 1
1 0 1 1 0 1 1 0
1 0 0 1 0 0 1
SUMA
PRZENIESIENIE
LICZBY UJEMNE W UKŁADZIE
BINARNYM – KOD U2
W zapisie U2 (uzupełnień do 2) liczbę binarną można
przedstawić jako:
an-1...a0 = -an-1.2n-1+an-2
.2n-2+ ... +a0.20
Najstarszy bit nie jest tylko bitem znaku ale niesie wraz ze
swoją wagą wartość ujemną.
PRZYKŁADY:
1101U2 = -1.23+1.22+0.21+1.20 = -8+4+1 = -3D
0111U2 = -0 .23+1.22+1.21+1.20 = 4+2+1 = 7D
KOD U2 – ZAKRESY LICZB
Zakresy liczb w kodzie U2: -2n-1 X 2n-1-1
np. dla n=5 liczby od -16D (10000U2) do +15D (01111U2).
W zakresie tym muszą się znaleźć nie tylko argumenty ale i wynik.
Sposób zamiany ujemnej liczby dziesiętnej na kod U2:
1. Zamiana na zwykłą liczbę binarną
2. Dopisanie „0” z przodu, jeżeli słowo jest
zbyt krótkie do zadanego
3. Negacja poszczególnych bitów
4. Dodanie „1”
Zamiana na liczbę
przeciwną
Zbiorem kodowanym może być zbiór dowolnych obiektów (cyfr, liter, symboli graficznych, stanów logicznych, poleceń do wykonania itp.)
Kodowaniem nazywamy przyporządkowanie poszczególnym obiektom zbioru
kodowanego odpowiadających im elementów zwanych słowami kodowymi, przy
czym każdemu słowu kodowemu musi odpowiadać dokładnie jeden element
kodowany.
A
B
C
010
111
100
001
Proces kodowania może być opisem słownym, wzorem (zależnością matematyczną), tabelą kodową itp.
Kodem liczbowym nazywamy taki kod, który liczbom dowolnego systemu będzie
przyporządkowywał słowa kodowe w postaci zerojedynkowej (binarnej).
KODOWANIE INFORMACJI (1)
WYBRANE METODY KODOWANIA
Kody binarne kod naturalny NKB – zwykła zamiana na liczbę binarną
kod prosty BCD – każdej z liczb z układu dziesiętnegoprzyporządkowuję się tetradę w kodzie binarnym.
Kodowanie znaków (tekstów) kod ASCII - w 1977 roku ANSI (American National
Standards Institute) zatwierdził kod ASCII (TheAmerican Standard Code for Information Interchange).Jest to system zapisu w pamięci komputerapodstawowych znaków graficznych i poleceństerujących. (nieefektywny do zapisu liczb !!)