dr in ż. Paweł Pełczy ński ppelczynski@swspiz · Historia rozwoju komputerów Wraz z powstaniem...

Wstępdo Informatyki

dr inż. Paweł Pełczyński

[email protected]

2

Literatura

1. Brookshear, J. G. (2003). Informatyka w ogólnym zarysie. WNT, Warszawa.

� 3. Małecki, R. Arendt D. Bryszewski A. Krasiukianis R (1997). Wstęp do informatyki. Skrypt PŁ, Łódź.

� Prezentacje wykładowe dostępne na stronie:

http://ppelczynski.swspiz.pl/

3

Definicja pojęcia Informatyka

Wikipedia:

Informatyka (łac. informatio - "wyobrażenie", "wizerunek", "pomysł”) – dziedzina nauki i techniki zajmująca się przetwarzaniem informacji – w tym

technologiami przetwarzania informacji oraz technologiami wytwarzania systemów przetwarzających

informacje.

4

Informacja i dane

Informacja - właściwość pewnych obiektów, relacja między elementami zbiorów pewnych obiektów, której istotą jest

zmniejszanie niepewności (nieokreśloności).

W informatyce nośnikiem informacji są dane.

Przetwarzanie informacji sprowadza się do przetwarzania

danych.

5

Budowa komputera

Procesor

Pamięć

(program, dane)

Wejście Wyjście

6

Zasada działania komputera

� Każdy problem obliczeniowy można rozwiązać za pomocą sekwencji skończonego zbioru operacji

� Komputer wykonuje zadanie (rozwiązuje problem) poprzez wykonywanie ciągu prostych operacji

� Zbiór wszystkich operacji wykonywanych przez komputer jest nazywany listą instrukcji lub listą rozkazów

� Kolejność operacji jest zakodowana ciągiem instrukcji, nazywanymprogramem

Wikipedia: "Maszyna posiadająca zdolność wykonywania dowolnego

programu jest nazywana uniwersalną maszyna Turinga. Praktyczną

realizacją uniwersalnej Maszyny Turinga jest komputer"

7

Cechy komputera

� Zdolność przetwarzania danych (wykonywania obliczeń)

� Programowalność – rodzaj wykonywanego zadania wyznacza program, a nie budowa komputera

� Uniwersalność – przeznaczenie komputera nie musi być znane podczas projektowania jego architektury, a jest definiowane przez wykonywany program

� Sekwencyjny (szeregowy) sposób pracy – w danym momencie jest wykonywana tylko jedna instrukcja(Ta zasada jest prawdziwa jedynie dla prostych komputerów, zbudowanych zgodnie z tzw. architekturą Von Neumanna)

8

Struktura prostego systemu mikroprocesorowego

Mikroprocesor

Pamięć

Układy wejścia,

wyjścia (I/O)

Magistrala danych

Magistrala adresowa

Magistralasterująca

9

Przykładowe zastosowania komputera

� Obliczenia

� Wspomaganie projektowania (CAD)

� Sterowanie procesami i urządzeniami

� Wspomaganie zarządzania

� Banki (bazy) danych, wyszukiwanie informacji...

� Grafika

� Przetwarzanie sygnałów i obrazów

� Rozrywka: gry, muzyka, filmy itd...

10

Historia rozwoju komputerów

� Wraz z powstaniem pasterstwa i rozwojem form wymiany towarów pojawiła się potrzeba liczenia.

� Dla ułatwienia prowadzenia obliczeń i pamiętania ich wyniku zaczęto stosować różnorodne pomoce, np. kamyki, liczenie na palcach, symbole reprezentujące liczby.

Kości z Ishango,

ok. 25 000 lat p.n.e.

11


� 300 p.n.e. – Liczydło (Abakus)

� ok. 1500 – Projekt kalkulatora Leonarda Da Vinci

� 1623 – Wilhelm Schickard buduje pierwszy mechaniczny kalkulator

12


� 1804 – Programowalne krosno Jacquarda

� 1820-40 – Charles Babbagekonstruuje szereg programowalnych, mechanicznych maszyn liczących

13


� 1854 – George Booleopracowuje algebręstanowiącą formalizacjępraw logiki

� 1936 – Alan Turing definiuje maszynę zdolnądo realizacji dowolnego algorytmu

� 1945 – John von Neumannopracowuje szeregowąarchitekturę komputera

Źródło fotografii:

http://pl.wikipedia.org

14


� 1948 – ENIAC – pierwszy komputer elektroniczny (18tys. Lamp elektronowych, 30 ton)

� Lata 50-te XXw. –zastosowanie tranzystorów do budowy komputerów

� Lata 60-te XXw. –zastosowanie układów scalonych

15


� 1971 – Pierwszy mikroprocesor: Intel4004(4-bitowy)

� 1978 – Pierwszy mikroprocesor 16-bitowy: Intel8086 (Zastosowany w pierwszych komputerach IMB PC XT)

� 1995 – ENIAC-on-a-chip, 7,4x5,3mm

� 2000 – PENTIUM IV

16

Prawo Moore’a

Prawo Moore'a -optymalna liczba tranzystoróww układzie scalonym w kolejnych latach posiada trend wykładniczy (podwaja się w niemal równych odcinkach czasu,co ok. 24miesiące).

Źródło: http://pl.wikipedia.org/

17

Typowe rodzaje danych

� Liczby (dane liczbowe)

� Teksty (dane tekstowe)

� Dane dźwiękowe

� Sygnały i dane pomiarowe

� Dane obrazowe

� Obrazy ruchome - filmy

� Wiele innych

Z punktu widzenia sposobu przechowywania w komputerze programy komputerowe są rodzajem danych.

18

Sposoby reprezentacji liczb

� Początkowo wystarczało liczenie na palcach, kamyczki, itd.

� W celu pamiętania dużych liczb zaczęto wymyślaćich symboliczną reprezentację.

� Wyróżnia się dwa główne systemy liczbowe:

- addytywne (np. rzymski)

- pozycyjne (np. dziesiętny)

19


Przykłady systemów liczbowych:

Majowie

Skandynawia

(średniowiecze)


20


� Dziesiętny system liczbowy, zwany też systemem decymalnym lub arabskim, to system pozycyjny.

� Podstawą pozycji są kolejne potęgi liczby 10.

� Do zapisu liczb używa się 10 cyfr (symboli): 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.

Przykład:

7625=7*103+6*102+2*101+5*100

21

Reprezentacja liczb w komputerze

� Liczby i inne dane w technice cyfrowej(w komputerach) najłatwiej jest reprezentować za pomocą ciągów symboli zero-jedynkowych.

� Ograniczenie zbioru symboli do dwóch wynika z łatwości realizacji dwóch wartości napięcia na wyjściu układów cyfrowych:

- „0” – napięcie bliskie potencjałowi masy

- „1” – napięcie bliskie napięciu zasilania

22


� Pozycyjny system dwójkowy (binarny) – dwie cyfry0 i 1, zasada zapisu jak dla systemu dziesiętnego:

1011=1*23+0*22+1*21+1*20

� Wadą tego podejścia jest konieczność konwersji liczb dziesiętnych na dwójkowe podczas wprowadzania danych i odwrotnie podczas ich prezentacji.

23


Zalety:

� Łatwość realizacji operacji arytmetycznych

� Łatwość pamiętania danych binarnych

Sumator jednopozycyjny

Pamięć jednej cyfry

- przerzutnik typu D


24


Podstawowa objętość danych, pozwalająca na zapisanie jednej cyfry binarnej to jeden:

bit

Jednostki pochodne:

1 bajt = 8 bitów

1 kilobajt (1kB) = 210 bajtów

1 megabajt (1MB) = 210 kB

1 gigabajt (1GB) = 210 MB

…

25


� Dla ułatwienia czytania liczb binarnych stosuje się notację heksadecymalną (szesnastkową).

� Jedna cyfra szesnastkowa odpowiada czterem cyfrom binarnym (bitom)

C110012

D110113

E111014

F111115

………

401004

300113

A101010

B101111

200102

100011

000000

HexBin (NBC)Dec

26

Reprezentacja danych tekstowychw komputerze

� Tekst jest ciągiem znaków skończonego alfabetu,np. alfabetu łacińskiego.

� Każdemu znakowi można przypisać wartość liczbową

� Powstaje kod, pozwalający na pamiętanie tekstów w postaci ciągów liczb,np. kod ASCII Fragment kodu ASCII

Przykład: liczba = {108, 105, 99, 122, 98, 97}

27

Reprezentacja dźwięków i innych sygnałów w komputerze

Sygnał jest próbkowany i przetwarzanyna postać cyfrową (ciąg liczb)

t,n

x(t),y( n )

0

-1

-1 1

1

2

2

-2

28

Reprezentacja obrazóww komputerze

Obraz cyfrowy jest mozaiką pikseli o jasności reprezentowanej liczbami w tablicy dwuwymiarowej. Każdy piksel obrazu barwnego jest opisany trzema liczbami, określającymi intensywność poszczególnych składowych koloru.

29

Reprezentacja programóww komputerze

Program jest ciągiem prostych instrukcjidla mikroprocesora,które można kodować liczbami.

dr in ż. Paweł Pełczy ński ppelczynski@swspiz · Historia rozwoju komputerów Wraz z powstaniem...

Documents

Transcript of dr in ż. Paweł Pełczy ński ppelczynski@swspiz · Historia rozwoju komputerów Wraz z powstaniem...