1

PODSTAWY INFORMATYKI

Historia

Pierwszym znanym mechanizmem obliczeniowym był

abakus

,

wynaleziony

prawdopodobnie

przez

Babilończyków w latach pomiędzy 1000 a 500 p.n.e.,

2

Użycie zera

• ok. 600 n.e.

–

Indie, użycie zera jako

rzeczywistej wartości wraz z koncepcją liczb
ujemnych.

• XVIII w.

-

wielki matematyk szwajcarski

Leonhard Euler wierzył, iż liczby ujemne są
większe od nieskończoności, a powszechną
praktyką było ignorowanie wyników ujemnych w
równaniach przy założeniu, że nie mają one
ż

adnego znaczenia.

ok. 1614r. – John

Napier

• szkocki matematyk wynalazł

narzędzie nazwane Tabliczkami
Napiera, które były tablicami
mnożeń wyrytymi na pasach z
drewna lub z kości.

• wynalazł również logarytmy.

• W 1621r. angielski matematyk i duchowny William

Oughtred użył logarytmów Napiera jako podstawy działania
suwaka

logarytmicznego.

Suwak

był

wyjątkowo

przydatnym narzędziem pozostającym w powszechnym
użyciu przez ponad trzysta lat.

3

Maszyna Schickarda

• Niestety nie istnieją żadne oryginalne kopie

maszyny Schickarda,

• Na podstawie jego notatek zbudowano

działające modele, które są w posiadaniu
firmy IBM.

• Mnożenie
• Dodawanie
• Odejmowanie

1642r. – Maszyna Arytmetyczna

• Blaise Pascal
• Maszyna

Arytmetyczna

potrafiła

jedynie

dodawać, odejmowanie wykonywało się przez
użycie technik dopełnieniowych, w których
odejmowana liczba była najpierw zamieniana na
swoje dopełnienie, a dopiero ono było następnie
dodawane do liczby pierwszej.

• Mnożenie i dzielenie

były realizowane za
pomocą serii dodawań
lub odejmowań.

4

1671r. – Gottfried von Leibnitz

• wstąpił na uniwersytet w wieku lat piętnastu i stopień

magistra otrzymał jako siedemnastoletni młodzieniec

• powiedział :"Marnotrawstwem jest, aby mądry człowiek

tracił godziny jak niewolnicy przy pracach rachunkowych,
które można by bezpiecznie powierzyć komukolwiek o
mniejszym rozumie, gdyby maszyny mogły być używane„

• Rachmistrz Krokowy:

– dodawanie
– odejmowanie
– mnożenie
– dzielenie
– obliczanie pierwiastków

kwadratowych przy
pomocy serii dodawań.

• Leibniz mocno bronił stosowania binarnego systemu

liczbowego, który jest podstawą działania współczesnych

komputerów.

Początek XIXw.

80- kolumnowa karta

perforowana

systemu IBM

• Francuz, Joseph-Marie Jacquard, wynalazł metodę

automatycznego sterowania układem wątku i
osnowy nici na krosnach jedwabnych, która
polegała na zapisie wzorów dziurek na zestawie
specjalnych kart z wybitymi otworami.

• Perforowane karty Jacquarda:

– zapis muzyki (automatyczne pianina)
– przechowywanie programów komputerowych.

5

1822r. – Charles Babbage

Maszyna Różnicowa - automatycznie wyliczała tablice logarytmów i funkcji
trygonometrycznych.
Ciekawostka: po ponad 150 latach zespół naukowców z Londyńskiego
Muzeum Nauki zbudował, według oryginalnych planów, Maszynę
Różnicową Babbage'a:

• kute żelazo, brąz i stali,
• składała się z 4000 komponentów,
• ważyła 3 tony,
• 10 stóp szerokości,
• 6 stóp wysokości.

Pierwsza seria obliczeń – początek lat
1990 – wyniki z dokładnością do 31
miejsc po przecinku.

1943r. - COLOSSUS

• Maszyna Alana Turinga, zawierała 1800

lamp elektronowych.

• COLOSSUS był jednym z pierwszych na

ś

wiecie działających, programowanych

komputerów cyfrowych.

• Maszyna o specjalnym przeznaczeniu,

która w rzeczywistości nadawała się do
wąskiego zakresu zadań (na przykład nie
potrafiła mnożyć dziesiętnie).

6

1943 – 1946r. ENIAC

Pierwszy komputer elektroniczny ogólnego
przeznaczenia
• wysokość 10 stóp,
• 1000 stóp kwadratowych podłogi
• ważył 30 ton,
• ponad 70 000 oporników,
• 10 000 kondensatorów,
• 6 000 przełączników
• 18 000 lamp elektronowych.
• 150 kW energii elektrycznej, co wystarczało do
oświetlenia małego miasteczka.

Ciekawostka. Dane z roku 1952
pokazują, iż tylko w tym jednym roku
musiano wymienić około 19,000 lamp
elektronowych, co daje średnio
50 lamp dziennie!

John Eckert

John Mauchly

1951r. – UNIVAC I

Pierwszy handlowo dostępny uniwersalny, automatyczny
komputer (Universal Automatic Computer - UNIVAC I).

7

Polska myśl techniczna

Odra

to nazwa serii komputerów produkowanych w

Zakładach

Elektronicznych

Elwro

we

Wrocławiu

(zlikwidowanych po 1989r).
• Możliwość pracy z oprogramowaniem stworzonym przez

firmy trzecie

• Możliwość podłączenia urządzeń peryferyjnych.

Przedostatnia Odra wyszła z użycia 18 lipca 2003 po 29
latach bezawaryjnej pracy jako główna sterownia dystrybucji
wrocławskiego przedsiębiorstwa Hutmen.

PKP w Ostródzie nadal używa maszyny cyfrowej Odra 1305
(ewenement na skalę całego kraju).

Elwro 800 Junior

• 8-bitowy mikrokomputer domowy produkowany od 1986

r. przez zakłady Elwro dla szkół.

• wbudowany interpreter języka BASIC.
• w jednym z trybów pracy był programowo zgodny z

Sinclair ZX Spectrum.

Budowa:
• procesor: Z80A 3,5 MHz
• RAM 64 Kb, ROM 24 Kb
• grafika: 256 x 192 pikseli
• tekst: 32 (64) x 24 znaków
• kolory: 8 - każdy po dwa tryby jasności
• dźwięk: 1 kanał 10 oktaw

8

PC

Ciekawostka
• w roku 1975 komputer

mainframe IBM mogący
wykonywać 10.000.000
instrukcji na sekundę
kosztował około 10.000.000 $.

• w roku 1995 gra

komputerowa, zdolna
wykonywać 500.000.000
instrukcji na sekundę, była
dostępna na rynku w cenie
około 500$!

Generacje

• I generacja

– komputery na lampach.

Budowane na skalę przemysłową. Język
maszynowy (lista instrukcji, z których każda jest
serią binarnych liczb):

1010 0101 0000 0000 0000 1111

gdzie

1010 - rozkaz dodawania

0101 - zawartość rejestru 5

0000 0000 0000 1111 - adres miejsca w

pamięci komputera

• w notacji szesnastkowej: A 5 000F

9

Generacje

• II generacja

– od 1949r. komputery na tranzystorach.

Translatory, assembler, taśmy perforowane.
Skojarzenie kolejnych komponentów instrukcji z symbolami i
nazwami:

1010 0101 0000 0000 0000 1111

może być reprezentowana przez zapis

ADD TAX TOTAL

gdzie

ADD = 1010 - dodawanie

TAX = 0101 - zawartość rejestru 5

TOTAL = 0000 0000 0000 1111 - adres miejsca w

pamięci komputera

– wymaga tzw. asemblera - programu tłumaczącego kod

symboliczny na maszynowy

Generacje

• III generacja

– połowa 60-tych. Układy SSI i MSI.

Zmniejszenie gabarytów, zwiększenie niezawodności, długie
serie.
Instrukcje podobne do fraz i zdań

języka naturalnego

(angielskiego)

if ... else...then; begin...end; while;

– wymaga tzw. kompilatora - programu tłumaczącego kod

ź

ródłowy na maszynowy

lub

– interpretera - programu iteracyjnie pobierającego kolejne

instrukcje, tłumaczącego na kod wykonywalny i natychmiast go
wykonującego

– rozwiązany problem przenaszalności programów (np. standard

ANSI języka C)

10

Generacje

• IV generacja

– połowa 70-tych. Układy LSI i

VLSI.

Mikroprocesor, DOS, UNIX, Pascal, systemy
oprogramowania pozwalające na interaktywne
tworzenie oprogramowania, systemy CASE

• V

generacja

–

połowa

80-tych.

Superkomputery.

RISC, CISC, rozległe sieci komputerowe, języki
sztucznej

inteligencji

(LISP,

PROLOG)

z

wbudowanymi mechanizmami wnioskowania

Narzędzia informatyki

Komputery

Maszyna elektroniczna
(urządzenie,

ang.

hardware) służąca do
przetwarzania wszelkich
informacji, które da się
zapisać w formie ciągu
cyfr,

albo

sygnału

ciągłego.

Oprogramowanie

Program komputerowy, apli-
kacja, (ang. software) to całość
informacji w postaci zestawu
instrukcji, zaimplementowanych
interfejsów i zintegrowanych
danych przeznaczonych dla
komputera

do

realizacji

wyznaczonych celów.

Cel: przetwarzanie danych w
określonym

przez

twórcę

zakresie.

11

Typy komputerów

Współcześnie komputery dzieli się na:

• osobiste

- o rozmiarach umożliwiających ich umieszczenie

na biurku, używane zazwyczaj przez pojedyncze osoby

• mainframe

- często o większych rozmiarach, których

zastosowaniem jest przetwarzanie dużych ilości danych na
potrzeby różnego rodzaju instytucji, pełnienie roli serwerów,
itp.

• superkomputery

- największe komputery o ogromnej mocy

obliczeniowej, najczęściej używane do czasochłonnych
obliczeń naukowych i symulacji skomplikowanych systemów.

• wbudowane

-

(lub

osadzone,

ang.

embedded)

specjalizowane

komputery

służące

do

sterowania

urządzeniami z gatunku automatyki przemysłowej, elektroniki
użytkowej.

Oprogramowanie

• Oprogramowanie tworzą programiści w

procesie

programowania

.

• Oprogramowanie jako przejaw twórczości jest

chronione

prawem autorskim

.

• Twórcy zezwalają na korzystanie z niego na

warunkach określanych w

licencji

.

12

Rodzaje licencji

• Shareware

– programy na próbę, rejestracja za opłatą jeśli

się je dłużej używa

• Freeware

– używanie i rozpowszechnianie za darmo. Nie

wolno ich jednak sprzedawać, ani dokonywać w nich zmian,

umieszczając

wewnątrz

np.

własną

reklamę.

• Adware

– programy darmowe, ale pokazujące reklamy (np.

banery reklamowe)

• Demo

– celowo zubożona przez autorów darmowa wersja

programu.

– prezentacja pozwalająca jedynie oglądać

przygotowane przez

autorów możliwosci programu lub komputera,

– wersja interaktywna pozbawiona pewnych funkcji w stosunku do

pełnej wersji oprogramowania,

– wersja pełna, ale o ograniczonym czasie działania (zwykle 7, 30 lub

60 dni).

Rodzaje licencji

• Pełna wersja

–

program komercyjny bez żadnych

ograniczeń. Rozprowadzanie w innych mediach (np. w
internecie)

jest

niezgodne

z

prawem

• Licencja jednostanowiskowa

(one-site licence) – instalacja

nabytego oprogramowania tylko w jednym komputerze.
Licencja jednostanowiskowa, jak każda, nie zabrania
sporządzenia

kopii

zapasowej

oprogramowania.

• Licencja

grupowa

(site

licence)

–

użytkowanie

oprogramowania w sieci lub w zestawie komputerów: szkoła,
pracownia; określenie maksymalnej liczby stanowisk.

• Firmware

– umieszczone na stale w sprzętowej części

systemu komputerowego.

13

Rodzaje licencji

• Licencja GPL

(General Public Licence) – zasady licencyjne

określone przez konsorcjum Free Software Foundation,
zakazujące redystrybucji oprogramowania w formie czysto
binarnej;

udostępniane

wraz

z

postacią

ź

ródłową.

• Licencja typu Public Domain

– licencja dobroczynna

czyniąca z oprogramowania własność ogółu, w myśl której
autor lub autorzy oprogramowania zrzekają się praw do
upowszechniania

oprogramowania

na

rzecz

ogółu

użytkowników.

• Nieznana licencja

–

program nie posiadający pliku

licencyjnego lub innej formy dokumentu określającego
sposób jego licencjonowania.

Oprogramowanie

Wersje testowe:

• alfa – testowanie składników,

• beta – testowanie całego systemu przez

użytkowników; często "final

beta" są

darmowe, ale z błędami.

14

Dane

Dane

Dane

Układ

Wyniki

Sygnały

Obrazy

Teksty

Dźwięk

Dwa sposoby

Specjalizowany

układ cyfrowy

Specjalizowany

układ cyfrowy

Wyniki

System

mikroprocesorowy

System

mikroprocesorowy

Wyniki

Program

Hardware

Hardware

Software

Przetwarzanie danych

Architektura komputera

• Elementy funkcjonalne wg von Neumann’a
• Modularna budowa komputera klasy PC
• Przegląd standardów podzespołów PC
• Podsystem graficzny komputera PC
• Zarys sposobu działania komputera PC
• Zarys architektury systemów sieciowych

15

Architektura wg von Neumann’a

• Procesor
• Pamięć operacyjna
• Urządzenia wejścia/wyjścia

Elementy funkcjonalne
komputera:

John von Neumann

Architektura wg von Neumann’a

• Pamięć

jest

uporządkowana

w

sposób

jednowymiarowy (komórka pamięci ma adres,
wyrażony liczbą).

• Instrukcje i dane są przechowywane w pamięci

(w postaci liczb - nierozróżnialne).

• Interpretacja

(znaczenie)

danych

nie

jest

przechowywane wraz z nimi.

• Instrukcje są wykonywane sekwencyjnie.

Założenia logiczne komputera:

16

Nomenklatura

• Procesor – Central Processing Unit (CPU)

= Arithmetic/Logic Unit (ALU) + Control Unit

• Pamięć operacyjna – Random Access Memory

(RAM)

• Urządzenia wejścia/wyjścia – Input/Output (I/O)

• Płyta główna – Motherboard (MB)
• Układ sterowania – Chipset
• Jednostka zmiennoprzecinkowa – Floating Point

Unit (FPU)

• Pamięć stała (tylko do odczytu) – Read-Only

Memory (ROM)

Modularna budowa komputera PC

• Standaryzacja elementów w oparciu o

publicznie dostępne specyfikacje

• Otwarta architektura urządzeń

wejścia/wyjścia

17

Modularna budowa komputera PC

• Płyta główna

-

tablica obwodów drukowanych

łączących wszystkie elementy komputera wraz ze
sterującymi układami elektronicznymi i standardowymi
gniazdami I/O.

• µ

µ

µ

µ-procesor - układ scalony b. wysokiej skali integracji.

• Chipset - układy sterujące połączeniami płyty głównej.

• Pamięć RAM - w postaci modułów dołączanych do

płyty głównej.

• Urządzenia wejścia/wyjścia - np. klawiatura, dysk

twardy (pamięć masowa), karta graficzna, mysz, itp. -
dołączane do płyty głównej poprzez gniazda (porty) I/O.

Płyta główna komputera PC

18

Płyta główna komputera PC

19

Rodziny procesorów

• Intel x86 (komputery PC):

– 16 bitowe: 8086/88, 80286
– 32 bitowe: i386, i486, Pentium, Pentium Pro, Pentium II,

Celeron, Pentium III, Celeron II, Pentium IV, Xeon

– 64 bitowe: Itanium (architektura EPIC)

• AMD (zgodna z x86):

– 32 bitowe: AMD486, 5x86, K5, K6, Athlon, Duron

• Motorola 68k (komputery Apple):

– 68000, 68020 (16-bit), 68030, 68040, 68060 (32-bit)

• architektury RISC (32, 64- bitowe – systemy

UNIX):

– Alpha (DEC/Compaq), MIPS (SGI), SPARC (Sun), PA

(HP), Power (IBM), PowerPC (IBM/Motorola)

(koprocesory FPU:
8087, 80287, 80387)

Chipset-y

• Układy

zarządzające

komunikacją

pomiędzy

procesorem, pamięcią, magistralami dołączającymi
urządzenia I/O

• W znacznym stopniu decydują o funkcjonalności

komputera (możliwościach rozbudowy)

• Zbudowane zwykle z 2 obwodów scalonych zwanych

mostkami (north and south bridge)

• Produkowane przez wielu producentów: Intel, AMD,

VIA, ALI, SIS

20

Pamięć RAM

• Statyczna – Static RAM (SRAM)

– bardzo szybka, bardzo droga –

służy jako

pamięć buforująca między pamięcią operacyjną
i procesorem

• Dynamiczna – Dynamic RAM (DRAM)

– tania

pamięć

wymagająca

cyklicznego

odświeżania (kondensatory)

• Synchroniczna – SDRAM
• Podwójnej wydajności – Dual Data Rate

(DDR)

• RAMBUS – duża wydajność, wysoka cena

Magistrale wejścia/wyjścia

• ISA (Industry Standard Architecture)

– 16-bitowe złącze do obsługi starszych urządzeń

• PCI (Peripheral Component Interconnect)

– 32-bitowe standardowe złącze stosowane we

współczesnych komputerach (są wersje 64-
bitowe)

• USB (Universal Serial Bus)

– magistrala umożliwiająca łańcuchowe dołączanie

urządzeń zewnętrznych (modemów, drukarek)

• Porty równoległe (Parallel Ports) Centronics
• Porty szeregowe (Serial Ports) RS-232C

21

Urządzenia wejścia/wyjścia

• Pamięci masowe:

– dyskietki (FDD)
– dyski twarde (HDD)
– dyski optyczne (CD-ROM, CD-RW, DVD)
– napędy taśmowe (streamer’y)

• Klawiatura
• Karta graficzna (i monitor)
• Urządzenie wskazujące (mysz)
• Karty sieciowe, modemy i in.

Koniec