Tomasz Bajorek dr inż. e-mail: tbajorek@prz.edu.pl

• sem. 1 15w + 15lab• wspólne zaliczenie laboratorium i wykładu

tematyka: budowa komputera, struktura oprogramowania

SO Windows

grafika rastrowa i wektorowa

edytory tekstu

arkusz kalkulacyjny

Internet – strony WWW

wstęp do baz danych

Kierunek: MechatronikaPrzedmiot:Technologie informacyjne

Historia komputera

· abakus - liczydło mechaniczne - 5000 lat temu w Babilonie - rozpowszechnione w Chinach, Japonii, Rzymie, stosowane do dziś w Chinach, Japonii,

· mechaniczny arytmometr - 1623 Wilhelm Schnickard, 1552 Blaise Pascal,· arytmometr z dzieleniem i mnożeniem - Leibnitz· maszyna analityczna - Charles Babbage, Georg Scheutz 1840 - podobna do

współczesnych komputerów - wczytywanie i zapamiętywanie danych, przetwarzanie i zapamiętywanie wyników,

· tabulator Holleritha 1880 - karty dziurkowane - spis w USA (6 tygodni zamiast 6 lat) - Hollerith założył IBM w 1924 r.

· ENIAC - USA - na potrzeby armii - lampy elektronowe - duża powierzchnia 150 m3, 50kW, 10000 operacji /s, lata 1942-48,

· pierwszy seryjny komputer IBM - 1948,· tranzystory w latach 60-tych - 1956 MIT (Massachussets)· układy scalone - LSI (Large Scale of Integration) - kilkadziesiąt elementów w

kostce, - duże maszyny, IBM, Odra, RIAD· mikroelektronika - VLSI (Very Large Scale of Integration), ULSI (Ultra Large...)

- dziesiątki tysięcy tranzystorów (Pentium ponad 4 miliony)

Rozwój komputerów osobistych (Personal Computer) - powszechnego użytku:APPLE - Steve Jobs, Steve Wozniak - pierwszy komputer popularny

współpracujący z domowym telewizorem, cena 900$ZX80, ZX81, ZX Spectrum, Atari - koniec lat 70IBM 1981 - komputer osobisty IBM PC - od tego czasu datuje się standard i nie tylko IBM ale też inne firmy podjęły jego produkcję i rozwój

Rozróżnia się generacje komputerów:· I - lampowe· II - tranzystorowe· III - na układach scalonych· IV - na układach VLSI (ULSI)· V - komputery sztucznej inteligencji

PODSTAWY INFORMATYKI

Pojęcia podstawowe

Nauka o komputerach i metodach ich użytkowania

sprzęt (ang. hardware) oprogramowanie(ang. software)

automat

cyfrowyanalogowy (zegarek tradycyjny)

Inne (optyczne, pneumatyczne, hydrauliczneelektroniczny

Typoszereg komputerów PC

Historia komputera PC związana jest z rozwojem technologii procesora oraz opartych na tym restrukturyzacjach architektury płyty głównej.

• PC XT - procesor Intel 8088 1978/79

• PC AT - procesor Intel 80286 1982• PC 386 (SX, DX, DX2, DX4)procesor Intel 80386 1985• PC 486 (SX, DX, DX2, DX4)- procesor Intel 80486 1989• PC PENTIUM - procesor Intel 80586 1993• Pentium PRO, Pentium II, II, IV, Xeon

1996- ..

W skład komputera PC wchodzą:

• jednostka centralna w obudowie – płyta główna - elektronika (także mechanika np. wentylator, napędy dyskowe), układy zasilania, przetwarzania, przesyłu i gromadzenia informacji

• klawiatura - konsola, urządzenie wejścia• monitor - konsola, urządzenie wyjścia• inne urządzenia zewnętrzne (pamięć zewnętrzna,

drukarka, mysz, modem itp.)

Struktura wewnętrzna komputeraJednostka centralna

· płyta główna• mikroprocesor (+radiator+cooler)• chipset - układy wspomagające pracę procesora• magistrala – “tory” przepływu informacji, połączenie procesora pamięci i urządzeń

zewnętrznych• pamięć RAM (elektroniczna, nietrwała – 512 MB lub więcej 1, 2, 4 GB) • pamięć ROM - BIOS• pamięć podręczna - cache• zegar kwarcowy taktujący pracę procesora• gniazda rozszerzeń +karty rozszerzeń (graficzna, dźwiękowa, sieciowa i inne)

· zasilacz + wentylator

· głośnik

· obudowa

· pamięci “zewnętrzne”•  stacje dysków elastycznych•  dysk twardy•  CD-ROM (CD-R, CD-RW, DVD)

ProcesorPamięć

operacyjna PaO

magistrala

monitor dysk dyskietka

pamięci zewnętrzne

CD-ROM drukarka

......... inne

modem

zegar

MIKROPROCESOR (CPU), serce i mózg komputera - układ scalony wysokiej skali

integracji.

Podstawowe funkcje mikroprocesora:• operacje arytmetyczno-logiczne (ALU)• zapamiętywanie informacji - danych, rozkazów,

adresów (rejestry)• pobieranie i wysyłanie informacji (układy sterowania)

Mikroprocesor ( chip, JAL, CPU Central Processing Unit)

długość słowa komputerowego - 16, 24, 32, 64-bitowe

szybkość przetwarzania - częstotliwość taktowania pracy zegar 200 600 800 MHz... 3 GHz - 200 800 MIPS (miliony operacji na sec)

rodzina Intel-a:Intel 8086 (88) XT - 8bIntel 80286 AT - 16bIntel 80386 20/25/40 MHzIntel 80486 - 32b 66 MHzPentium I (Intel 80586) 90/150 MHzPentium II 200/450 MHzPentium III 500/800 MHzPentium IV (Xeon) 3 GHzI-3 I-4 I-7 dwu i 4 rdzeniowe, 64-bitowe

Inne rodziny: Duron Athlon Celeron(Intel)Motorola

przechowuje obiekty dane, programy idea von Neumanna

cechy:pojemność pamięci – liczba komórek (bajtów 32, 256, 512 MB)szybkość – czas dostępu [ns – nanosekundy 10-9]

podział:ROM (EPROM) - stałaRAM - operacyjna (ulotna – zawartość znika po wyłączeniu)

0

1

2

N

komórka pamięci

adres komórki

Pamięć operacyjna PaO (ang. memory) – organizacja bajtowa

Urządzenia zewnętrzne

· konsola użytkownika monitor + klawiatura + myszka

· pamięci zewnętrzne (dyski)– trwały zapis– duża ilość informacji– 1000x i więcej wolniejsza od PaO (RAM-u)– przedłużenie PaO (RAM-u)

DYSK TWARDY (hard disk - HDD) jest umieszczony na stałe w obudowie, ma pojemność wielokrotnie większą od dyskietki (obecnie standard ok. 500GB). Zasada zapisu jest podobna jak dla dyskietek, dysk twardy składa się z krążków (cylindrów) pokrytych nośnikiem magnetycznym. Informację odczytują głowice magnetyczne

DYSK OPTYCZNY - laser(CDROM, CDRW, DVD, blue-ray)Pojemność standardowa CD: 800 MBNapędy DVD - umożliwia zapis jeszcze większej ilości danych.W zależności od typu płyty DVD pojemność nośnika wynosi od 5 GB do nawet 18 GB!!!PAMIĘCI FLASH – pendrive – 1 do ok. 16 GB i rośnie

PAMIĘCI ZEWNĘTRZNE – PaZ – TRWAŁY ZAPIS

historia – taśmy papierowe dziurkowane, karty perforowane, taśmy magnetyczne, DYSK ELASTYCZNY - dyskietka magnetyczna (floppy disk drive - FDD) dyskietki 3,5-calowe, wolny, mała pojemność

3,5 " - 1,44 MB pojemności

Monitor – CRT, LCD

urządzenie wyjściowe, które współpracuje z odpowiednią kartą graficzną.

Istotnym parametrem jest rozdzielczość monitora związana z gęstością sieci punktów świetlnych (pixeli) ekranu, z których składa się obraz. Standardy:

800 na 600 punktów

1024 na 768 punktów

.. i więcej – stacje graficzne

Klawiatura

jest urządzeniem wejściowym, posiadającym następujące grupy klawiszy:

blok centralny - klawisze literowe, znaków interpunkcyjnych i specjalnych oraz:

ENTER - klawisz akceptacji, zakończenie wprowadzania danych, powrót kursora i zmiana wiersza,

SPACE - klawisz odstępu, znak pusty,

TAB - klawisz tabulacji, czyli kolumnowania tekstu,

SHIFT, ALT, CTRL - modyfikujące,

CapsLock - zablokowanie wielkich liter BS - (Backspace) - usuwający znak na lewo od kursora,

Esc - zazwyczaj powodujący cofnięcie decyzji lub przerwanie operacji,

F1 do F12 - klawisze funkcyjne o działaniu zależnym od programu.

Klawiatura

strzałki przemieszczania kursora ,Page Up - strona w górę,

Page Down - strona w dół,

Home - początek,

End - koniec,

Insert - wstaw, przełącznik trybu wstawianie zastępowanie  edytorach tekstu,

Delete - kasowanie znaku w miejscu kursora,

klawisze specjalne:

Print Screen - wydruk zawartości ekranu na drukarce,

Scroll Lock - zablokowanie przewijania tekstu na ekranie,

Pause - zatrzymanie niektórych programów (np. wyświetlania dłuższego tekstu).

ścieżka nawigacyjna

• zawiera powtórzone klawisze nawigacyjne, cyfry, podstawowe działania arytmetyczne oraz klawisz ENTER - w układzie zbliżonym do kalkulatora - a także klawisz NumLock blokujący znaczenie cyfrowe klawiszy (zapala się dioda kontrolna). Przy zgaszonej diodzie klawisze mają znaczenie nawigacyjne.

Niektóre kombinacje klawiszy mają działanie specjalne:

– CRTL+ALT+Delete – dostęp do kontroli zawieszonych programów, informacji o wydajności

– CTRL+Break - przerywa działanie operacji (wyświetlania tekstów, wykonania programów itp.)

ścieżka numeryczna

Inne urządzenia zewnętrzne:

· mysz· drukarka – igłowa, atramentowa, laserowa· skaner· ploter· multimedia· modem, faxmodem· UPS· inne - zabawowe (ale nie tylko) joystick, digitizer (touch tablet)

Ogólne zasady działania komputera

• Układy liczbowe

Funkcjonowanie komputera opiera się na działaniach liczbowych przy czym jako układ podstawowy zapisu liczb przyjęto układ binarny (dwójkowy) ze względu na łatwość interpretacji stanu napięciowego elementu elektronicznego (stan jakościowy jest prostszy w detekcji od stanu ilościowego).

• Informacja (liczba) przechowywana jest w rejestrze (komórce pamięci) mikroprocesora lub w komórce pamięci w zapisie binarnym pozycyjnym (dwójkowym), np. z wykorzystaniem 8-miu bitów (lub wielokrotności 8).

Komputer - elektroniczny automat cyfrowy

Funkcje:

- zapamiętywanie informacji- przetwarzanie informacji

Automat uniwersalny (nie specjalistyczny)

- wykonuje przetwarzanie różnego rodzaju informacji- gromadzi informacje różnego rodzaju

Rodzaje informacji w komputerze

dane program(sposób przetwarzania danych)

• numeryczne• tekstowe• multimedialne

(graficzne, dźwiękowe)

• binarny (w języku komputerowym)• tekstowy (w języku programowania)

postać binarna (cyfrowa)

b0, b1, b2, b3....b7 = b0.27+b1

.26+ ... + b6.21 + b7

.20

Przykładowo zapis liczby w układzie dwójkowym

8-miobitowym:0 1 0 0 0 1 0 1 26 + 22 + 20 = 64 + 4 + 1 = 69107 6 5 4 3 2 1 0

Każdą liczbę można przedstawić w postaci ciągu bitów. Grupa 8 bitów nazwana bajtem (1 B) daje możliwość zapisu 256 liczb naturalnych

Bit (binary digit) to podstawowa jednostka informacji - stan elementu 0 lub 1.

bit - dwie wartości - 0 lub 1

• tranzystor (dioda) napięcie – prąd (unie – nie płynie)• element optyczny (świeci – nie świeci)• element magnetyczny• element ferromagnetyczny• papier – otwór (jest – nie ma)

jednostki informacji (wg. rozmiaru):bit - 0 lub 1

bajt (B) - 8 bitów !!!kilobajt (KB) - 1024 Bmegabajt (MB) - 1024 KBgigabajt (GB) - 1024 MB

Słowo komputerowe to ciąg bitów o określonej długości. Komputery mogą być 8-bitowe, 16-bitowe (2x8 lub 16), 32-bitowe itd. Słowo komputerowe może mieć różne znaczenia informacyjne - może reprezentować liczbę, znak, rozkaz.

Ciągi liczbowe w układzie binarnym są niewygodne i stąd przyjął się ich zapis w postaci przeliczonej na układ szesnastkowy (heksadecymalny). W układzie tym używa się cyfr:

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E FNp.:00000011 310 3h

00001010 1010 Ah

00001111 1510 Fh

11111111 25510 FFh 15*16+15*1

1111111111 102410-1 3FFh 1KB-1B

11111111111111111111 1024*102410-1 FFFFFh 1MB-1BLitera “h” po liczbie oznacza układ heksadecymalny.

WARTOŚCI NUMERYCZNE - LICZBY

• zapis stałopozycyjny

b0, b1, b2, b3....b15

znak0 01 < 0

wartość - zapis uzupełnieniowy do dwóch

0 b1.214+b2.213+ ... + b14.21 + b15.20

< 0 inaczej

cechy:

+ proste, szybkie operacje+ zupełna dokładność ( w ramach zakresu)- mały zakres - 16 bitów [-32768 do 32767]- tylko wartości całkowite

•zapis zmiennopozycyjny

b0, b1 ... b7, b8, b9 ... b47

c- cecha m - mantysa

cechy

+ duży zakres 48 bitów 1,7 . 1038

+ także wartości ułamkowe, np.. 1_

2= 1• 2-1

- ograniczona dokładność48 bitów 2,9 10-39

- skomplikowane, długotrwałe operacje(symulacja lub koprocesor arytmetyczny)

czyli używane jest 48 bitów więc 6 bajtów

– Graficzne: a...z, A....Z, + - . / \ * spacja,

inne znaki

– Sterujące (kontrolne) :ENTER, BACKSPACE, DELETE

Znaki alfanumeryczne

Znaki mają przyporządkowane kody według tablicy ASCII (ISO-7) , tzw. strona podstawowa tablicy to 128 znaków o kodach 0‑127, wymienne strony dodatkowe (kody 128-255).

numeracja znaków - tablica kodowa

kod ASCII (ISO7) - American Standard Code for Information Interchange

0 31 - kontrolne32 126 - numeryczne127 - kontrolny

kod rozszerzony (8-bitowy) 128 255strony dodatkowe, np. 852 (CE)

semigrafika i unikatowe ¬ � krajowe Ą Ę Ń Á Â Ă Ä Ç É Ë Í Î Đ áâăä ą ę Ą Ę Ż Ź itd

greckie cyrylica Л Е Д Щ Ы

np. A – dec 65 = 41h a – dec 91= 61h

Schemat działania komputera

Działanie komputera opiera się na wykonywaniu:

kolejnych akcji danego programu, który zapisany jest w postaci tzw. kodu maszynowego.

Kod maszynowy to specjalny skomplikowany język, którego zasady zapisane są w ROM BIOS komputera, stałej pamięci (tylko do odczytu). W BIOS znajdują się podstawowe programy sterujące urządzeniami zewnętrznymi.

Złożone akcje programu składają sięz operacji elementarnych, do których należą:

• wysyłanie wartości do komórek pamięcii pobieranie ich zawartości

• wykonywanie podstawowych operacji arytmetycznych (dodawanie, odejmowanie, mnożenie, dzielenie)

• wykonywanie operacji testujących• wykonywanie skoków programowych• zarządzanie adresami komórek pamięci• wysyłanie rozkazów do urządzeń zewnętrznych

Podział komputerów ze względu na wielkość i zdolność obliczeniową:

• Małe komputery: miniaturyzacja (laptop, notebook, palmtop, pentop)

• Komputery osobiste typu IBM

• Inne komputery osobiste - Amiga, SUN, MacIntosh

• Stacje robocze (Workstations) - wysokowydajne procesory w architekturze RISC, praca wielozadaniowa (równoczesne wykonywanie wielu programów), wieloprocesorowe.

• Duże komputery wielozadaniowe do wyspecjalizowanych zadań naukowych - IBM, Cray