Czynniki, które warunkują rozwój informatyki

Praktyczne konieczności przetwarzania informacji;  Życie publiczne;

Obronność-systemy wczesnego reagowania, Banki, Handel, Reklama,

Przedsiębiorczość, Przemysł, Administracja, Edukacja, Archiwizacja,

Nauka i Badania Naukowe-Eksploracja Kosmosu, Komunikacja, Multimedia,

Systemy pomiarowe, Robotyka, Systemy telemetryczne (np.. zdalny chirurg),

Oświata, Zdrowie i nauki medyczne Bioinformatyka, aparatura biomedyczna itp.

Informatyka osobista: -przetwarzanie informacji dla potrzeb jednostki -telefonia

komórkowa, podróże-informacja kolejowa i samolotowa, konta bankowe i zakupy

poprzez Internet, informacja ogólna szczegółowa-domowa sekretarka i archiwum,

własna strona internetowa, komunikacja z ludźmi przez Internet, rozrywka -

multimedia, pogoda, pokładowy komputer w samochodzie itp.

Czynniki technologiczne

Nowe technologie obwodów scalonych VLSI, nowe technologie

nośników informacji (dyski optyczne i magnetyczne) i sprzętu komputerowego,

nowe technologie komunikacyjne -łączność światłowodowa, satelitarna, radiowa,

radiowy Internet, sprzężenie przez satelitę, techniki i metody przetwarzania

informacji -nowe modemy, kompresja informacji, architektura systemów

komputerowych, inżynieria oprogramowania-modułowość software 'u,

programowanie obiektowe, nowe algorytmy, nowe systemy operacyjne i systemy
ochrony cyberprzestrzeni  Poszukiwania nowych technologii komputerowych.

Jednostka informacji

Informacją jest przesłanie o wartości poznawczej.

Przetwarzanie informacji z pomocą maszyny w celu użytkowym wymaga jej

wyrażenia w „języku” komputera.

Przeliczalna-(skończona) liczba stanów każdego komputera, który nawiązuje

do modelu Turinga.

Matematyka szkolna-intuicyjne pojęcie ciągłości punkty skończonego odcinka są

nieprzeliczalne, przebiegi reprezentowane przez funkcje są ciągłe.

Konieczność aproksymacji -przybliżenia informacji z pomocą skończonego zbioru stanów.

Model Informacji

Tekst składa się z liter alfabetu, tekst nutowy ze skończonej liczby nut i oznaczeń

muzycznych, obraz z kropek różnego koloru (zasada działania kineskopu kolorowego)

-pikseli o różnej rozdzielczości z dyskretnym kodowaniem każdej barwy podstawowej

W innych sytuacjach trzeba utworzyć „alfabet” informacji do jej przekazu.

Można się, na przykład, zastanawiać nad najbardziej efektywnym systemem przesyłania

mowy, jeśli chodzi o tzw. zajmowaną szerokość pasma częstotliwościowego.

Podstawowe sygnały mikroprocesora -MI Układ sterowania MIuaktywnia

"driver" urządzenia, z którego program chce czytać dane, pozostałe "drivery"

są w stanie neutralnym. Sygnały koordynują przesyłanie danych na magistrali

danych. RESETpowoduje inicjalizację mikroprocesora. INTERRUPT oznacza

przerwanie. Kwarc stabilizuje zegar procesora. Zegar synchronizuje wszystkie

urządzenia i ustala tempo, w jakim wykonywane są instrukcje programu przez

procesor.

Mikroprocesor dekoduje kolejne w RAM instrukcje i wykonuje wskazane

operacje. Niektóre instrukcje naruszają kolejność i powodują „skok” do innych

adresów pamięci. Następnie możliwy powrót do pierwotnej sekwencji. W ten

sposób realizuje się pętlę, która służy do wykonywania wielokrotnego tego

samego ciągu instrukcji, przy pomocy krótkiego programu-krótkiej sekwencji

rozkazów.

Licznik rozkazów

Licznik rozkazów zawiera zwykle adres następnej instrukcji do wykonania.

Licznik danych lub rejestr adresów przechowuje adres danych. W typowych

rozwiązaniach akumulator zawiera dane lub wynikioperacji logicznych lub

arytmetycznych.Dla 8-bitowych mikroprocesorów akumulator i rejestry

są 8-bitowe a licznik danych i rejestr rozkazów 16-bitowe.

Systemy liczbowe i logika Boole'a

1.System binarny i dziesiątkowy Każdy system liczbowych ma bazę.

System dziesiątkowy posiada bazę 10. Komputery wykorzystują system

dwójkowy z bazą 2. Jedynie dwa symbole, sekwencje bitowe, są potrzebne

do zapisu dowolnej liczby. Są to "0" i "1". Konwersja z notacji binarnej na

dziesiętną polega na obliczenia liczby w kodzie dwójkowym z uwzględnieniem

kolejnych wag.

3.System heksadecymalnyszesnastkowy.

Liczby heksadecymalne mają bazę 16. System bardziej preferowany niż

oktalny, gdyż liczba ośmiobitowa wymaga dwóch zamiast trzech pozycji zapisu

oktalnego W zapisie heksadecymalnym 4 bity reprezentują jedna liczbę;

0 -9 A B C D E F  Pozycje powyżej 9 od 10 do 15 oznaczone są kolejnymi

literami alfabetu.

Arytmetyka i operacje logiczne. Dodawanie binarne.

Dodajna + dodajnik  = suma + przeniesienie

0 0 = 0 0  0 1 = 1 0  1 0 = 1 0  1 1 = 0 1

Podstawy Software-u.

Programy software'u są w językach dogodnych dla ich twórców.

Program musi zapisany i przechowany w „zrozumiałym” dla mikroprocesora

kodzie maszynowym. Mikroprocesor czyta kod z pamięci sekwencyjnie i

wykonuje wskazane operacje. Program jest wykonywany przez komputer

dokładnie tak, jak został napisany. Bardziej "inteligentne" czynności

wynikiem zaprogramowania -włożenia inteligencji w software.Czynności i

działanie, które można osiągnąć przy pomocy zaprogramowania trudno

uzyskać w inny sposób np. przy pomocy tzw. swobodnej logiki -"random logic".

Języki Programowania.

Język mikroprocesora językiem maszynowym lub kodem maszynowym.

Język maszynowy ze słów, kodów binarnych. Mikroprocesor jest

zaprojektowany, by rozpoznawać specyficzną grupę kodów zwanych rozkazami.

Język maszynowynie łatwy dla ludzi, gdyż np. 01110011 nie ma oczywistego

znaczenia. Łatwiej korzystać z zapisu szesnastkowego; w tej sytuacji 73.

Udogodnieniem zastąpienie liczby kodu rozkazu, krótką nazwą (ang. „mnemonic").

Np. 0011 1100 3C INC A Intela zwiększeniem zawartości rejestru A o 1.

Z mnemonicznymi kodami znacznie łatwiej pisać programy. Każdemu kodowi

programu przyporządkowana krótka nazwa kodu. Po napisaniu programu

oznaczenia tłumaczone na kod maszynowy. Programy takie nazywamy

programami w języku asemblera( ang. assembley language). Assembler,

krokiem ułatwiającym pisanie programów, nie jest dogodny do pisania bardzo

złożonych programów.  Dlatego języki wyższego rzędu. Ich zaletą

uniwersalność -niezależność od konkretnej na ogół maszyny.  Programy -

zwane kompilatorami, tłumaczą z języka wyższego rzędu na język assemblerai

maszynowy.

Podstawowe architektury komputerów.

Architektura Von Neumanna. -Podstawowa architektura komputera cyfrowego,

która typowo dotyczy tzw. procesora (SISD) (ang. single instruction single data),

a więc ze strumieniem pojedynczych instrukcji i pojedynczych danych.

Komputer pobiera na podstawie adresu instrukcję i sekwencyjnie pobiera

dane związane z tą instrukcją. Następnie dane są przetwarzane są zgodnie z tą

instrukcją i zachowywane w pamięci. Cały ten proces powtarza się w ramach

kolejnych cykli zegarowych.

Architektura harwardzka. -Wzmocnienie architektury Von Nemanna, w której

obszary pamięci danych i instrukcji programu są rozdzielone poprzez własne

magistrale adresowe, co prowadzi do niezależnych operacji. Przyspiesza to

eliminując "wąskie gardło" magistrali, gdy w architekturze Von Neumanna

zarówno dane jak i rozkazy korzystają z tej samej magistrali. Procesory

sygnałowe-architektura-VLIW

Architektura potokowa(ang. pipelining) Metoda wzmocnienia działania

poprzez wykonywanie przez procesor kilku operacji w tym samym czasie.

Na przykład polecenie jest pobrane a pamięci, dekodowane i wykonywane i

wynik jest zapamiętywany. Jeśli doda się dodatkowe rejestry i obwody sterujące

takie, że gdy pierwsze polecenie jest dekodowane, następne polecenie jest pobierane

z pamięci itd. Nie ma, więc straty w czasie w sekwencji przetwarzania i procesor

działa znacznie szybciej. Każdy pośredni poziom nazywany jest poziomem potoku.

Przetwarzanie równoległe. -Technika równoległego wykonywania zadania

albo poprzez; przełączanie między zadaniami w sytuacji pojedynczego procesora

lub przypisywanie różnych części problemu jednemu z kilku procesorów systemu

wieloprocesorowego.

Procesor macierzowy. -Procesor równoległy do szybkiego przetwarzanie dużej

liczby danych o regularnej budowie wieloprocesorowej, która przypomina

elementy tablicy -macierzy.

Tablica systoliczna. -Zaawansowana forma przetwarzania równoległego,

w której wiele identycznych procesorów jest połączonych z procesorami

przyległymi przez kilka magistrali (wewy)-jedna do każdego procesora.

Także połączonych przez wspólny zbiór linii sterujących i magistrali do

kontrolera komputera gospodarza i do globalnej pamięci. Wszystkie procesory

wykonują jednocześnie te same instrukcje, lecz dla różnych danych. Ten typ

przetwarzania odnosi się do architektury (SIMD) Strumień pojedynczych

instrukcji z wieloma danymi.

Architektura z przepływem danych. -Bardzo pomysłowa forma przetwarzania

równoległego, która stosuje przetwarzanie ze strumieniem wielu instrukcji i wielu danych

(ang.MIMD). Kilka procesorów, z których każdy działa niezależnie z różnymi danymi

pracują w systemie synchronicznym i przekazują dane wraz z instrukcjami do następnego

procesora, gdy operacje przekazującego procesora zostały wykonane. Słowa danych

płyną przez system wraz z instrukcjami aż do zakończenia operacji i podania wyników

na wyjście systemu.

Klaster komputerów. Zbiór konwencjonalnych mikroprocesorów lub komputerów

połączonych hiperszybkimi łączami komunikacyjnymi-najnowszych rozwiązaniach

światłowodowymi z specjalnym systemem operacyjnym -architektura MIMD. Metoda

pozawala na realizację mniej drogich niż superkomputery ultraszybkich struktur

obliczeniowych

Architektura superskalarna Procesorsuperskalarny przetwarza program

sekwencyjny w program bardziej równoległy. Ważne fazy przetwarzania

superskalarnegozawierają; 1) Pobieranie instrukcji i przetwarzanie warunkowego

rozgałęzienia programu, 2) Określenie zależności danych z wykorzystaniem

zawartości rejestrów, 3) Inicjalizacja lub określenie instrukcji do równoległego

wykonania 4) Komunikacja wartości danych poprzez pamięć -wykonane operacje -

aż do zachowania. 5) Traktowanie stanu procesu tak, aby, by można wykonać

precyzyjnie przerwania.  Celemwprowadzenia architektury superskalarnej

(kosztem zwiększenia komplikacji procesora) jest produkcja najszybszych procesorów

Typowy procesor superskalarny pobiera i dekoduje kilka instrukcji ze strumienia instrukcji

w tym samym czasie.Jako część procesu pobierania instrukcji, są przewidywane

wyniki rozgałęzień warunkowych programu,by zapewnić niezakłócony strumień instrukcji.

Nadchodzący strumień instrukcji jest analizowany pod kątem zależności danych i instrukcje

są rozdzielane między jednostkami funkcjonalnymi, często zgodnie z typem instrukcji

Następnie instrukcje inicjowane do przetwarzania równoległego w oparciu o dostępność

danych, które biorą udział w operacjach, a nie w oparciu o pierwotną sekwencję programu.

Ta ważna cecha wielu implementacji superskalarnych, nazywa się rozdziałem dynamicznym

instrukcji, chwilą wykonania wyniki instrukcji są re-sekwencjonowane, tak, aby

uaktualnić prawidłowo stan procesu w prawidłowej kolejności przerwań. Ponieważ

pojedyncze instrukcje są wykonywane równolegle, procesory superskalarne

wykorzystują to, co nazywa się równoległością poziomu instrukcji.

Hazard oznacza możliwość nieprawidłowego wykonania operacji,

gdy instrukcje odwołują się do tych samych lokalizacji w pamięci.

Typy hazardów RAW, WAR ,WAW.Gdy kolejne instrukcje zmieniają

tę samą lokalizację pamięci; muszą to czynić w odpowiedniej kolejności.

•SPRZĘT  Monitor, obudowa, Klawiatura, mysz, : Płyta główna;

procesormikroprocesor, urz. Komunikacyjne wejścia, wyjścia-porty

(karty) sterujące; audio, PCI, USB itp., karty grafiki, karty podłączenia

do Inter.-sieciowe, WI-FI Pamięci RAM, ROM, Dyski twarde i miękkie,

CD/DVD -ROM Zasilacz System chłodzenia Okablowanie

•OPROGRAMOWANIE System operacyjny Programy użytkowe -aplikacje

System operacyjny -podstawowe oprogramowanie, które umożliwia kontakt

użytkownika z środowiskiem programowym: zasobami komputera i sterowaniem

tymi zasobami. Zasoby -sprzęt, oprogramowanie, informacja w formie plików

Funkcje systemu operacyjnego: Diagnozowanie systemu komputerowego na

zgodność z konfiguracją Porozumiewanie się z użytkownikiem, łączność z Internetem

i poczta elektroniczna Dostosowanie sprzętu pod względem logicznym do zadań

systemu; formatowanie dysków, partycje, podział na klastry, cylindry itp. Struktura

katalogowa, plikowa itp., zegar i data Forma graficzna Dostrajanie parametrów

systemu poprzez system oper. i sterowniki urządzeń (np. konfiguracja myszy, klawiatury itp.)

Osadzanie i uruchamianie aplikacji Ochrona komputera ( hasło, login), zapora antywirusowa

itp. Konserwacja -Efektywne zarządzanie zasobami komputera: wielozadaniowość,

wielowątkowość itp. , kanał bezpośredniego dostępu do dysków, „screen saver”, ochrona

zasilania, aktualizacja systemu itp. Przykładowe systemy operacyjne DOS, UNIX -LINUX,

WINDOWS, OS. Główne cechy systemów operacyjnych: Podział czasu, wielowątkowość,

wielozadaniowość z wywłaszczaniem. Postępy inżynierii oprogramowania.

CECHY WINDOWS-ÓW Skalowalny (rozszerzalny); jeden użytkownik wielu użytkowników

w sieci wieloprocesorowej. Kompatybilny-zgodność z DOS-em ( moduł VDM-ang.

Virtual Dos Machine, powłoka(ang.shell)-ntvdm.exe i system plików FAT), z Windows 3.?

(moduł WOW-ang. Windows on Windows, powłoka wowexec.exe, system plików FAT16),

z UNIXEM(moduł POSIX, powłoka psp.exe -chociaż nie łatwo przenieść programy unix-owe

na W2K) oraz z OS(system plików HPFS). Aplikacje W95i W98(W-Windows, system plików

FAT32) uruchamiane na W2K/NT bezpośrednio dzięki wspólnemu API(WIN32).W2K-nowy

system plików -NTFS

Współczesny Windows cd. Napisany w języku C Kod obsługi sprzętu jest

oddzielony warstwą (modułem) HAL z kodami assemblerowymi do obsługi sprzętu

Komunikację między warstwową zapewnia odpowiednie API. Kooperacja oparta na

modelu klient/serwer Architekturę W2Kcharakteryzuje; Ścisła integracja podsystemów;

Ziarnistość komponentów-w pamięci utrzymywane są jedynie konieczne fragmenty kodów;

Silne wsparcie grafiki (GDI); Stabilność kodu systemu; Architektura z mikro-jądrem -

możliwość budowy wielu serwerów na poziomie użytkownika; -możliwość komunikacji

między procesami (IPC).

System wielowątkowy-różne fragmenty tego samego programu mogą być wykonywane

jednocześnie w wspólnym przedziale czasu. Wielozadaniowość z wywłaszczaniem-wiele

zadań może być wykonywanych jednocześnie, a te, które blokują komputer są usuwane-wywłaszczane.

Bardzo wydajny system pamięci wirtualnej Spośród możliwości specjalnych W2K wymienić można;

Protokół automatycznej konfiguracji sieciowej (DHCP); Obsługę Nazw Windows w Internecie (WINS);

Funkcje ochrony danych; Serwer zdalnego dostępu (RAS); Usługi bramy (gateway) dla sieci

NetWare (GSNW)-System plików sieci jest widoczny jako jeden zasób W2K na serwerze; Usługi

dla komputerów Macintosh; Zabezpieczenia z blokowaniem kont; Administrator klientów

sieciowych (NCA); Narzędzia administracyjne. W2Kw wersji serwer z zestawem programowym

typu Back Office może być wyposażony; W System Management Server (SMS) -oprogramowanie

zdalnego administrowania, konfiguracji i inwentaryzacji. Serwer SNA-bram typu IBM. Serwer SQL -

oprogramowanie baz danych SQL. Exchange Serwer: usługi powiadamiania i poczty

Internet Information Serwer (IIS)-protokół Internetu i możliwości serwera WWW.

Serwer rozproszonego systemu plików (DFS). Pliki wielu serwerów widoczne w jednym

drzewie katalogowym W2K. Index Server -umożliwia przeszukiwanie tekstowe i

uzyskiwanie informacji z dowolnego serwera WWW. Oddzielone barierą dwa tryby

pracy systemu; Tryb jądra-jako najniższy poziom działania W2K, który obejmuje

sterowanie urządzeniami fizycznymi (sterowniki urządzeń) i sterowanie systemem

operacyjnymwielozadaniowość, wielowątkowość, podział czasu procesora;

Tryb użytkownika, w którym działa kod wszystkich podsystemów i aplikacji bez

bezpośredniego dostępu do urządzeń i procesów z silnymi mechanizmami ochronnymi.

Tryb użytkownika komunikuje się z jądrem poprzez kolejkę żądań wykorzystania

zasobów systemowych.

1. Warsztwa fizyczna-definicja nośnika do komunikowania się w sieci; przewód,

światłowód, fale radiowe itp. wraz ze specyfikacją parametrów.

2. Warstwa łącza danych(ang.Data Link) lub MAC (ang. Media Access Control )

sterowania dostępem do mediów. Ramkowanie informacji i nawiazywanie-zrywanie

łaczności, wykrywanie błędów. Protokoły IEEE 802.3, 802.5, PPP, LPC.

3. Warstwa sieciowa( sterowanie przepływem danych i routing: protokół IP i

IPX (Nowel)-transmisja paczek-datagramów przez siec do zadalnych komputerów,

przypisywanie adresów i routing pakietu danych. Bez porządkowania i sprawdzania

połączeń. 4. Warstwa transportu -Sterowanie transmisją -usługi sterowania i

porządkowania danych; TCP,UDP,NetBIOS/NetBEUI i SPX. 5. Warstwa sesji

(sterowanie sesjami pomiędzy różnymi komputerami) -Ustanawianie połączenia; TCP,

NetBios. 6. Warstawa prezentacji-Interpreytacji danych. Formatowanie danych do

wyświetlania. Tłumaczenie i kodowanie danych (np. http). 7. Warstwa aplikacyjna

(programów). Aplikacje, które korzystaja z usług sieciowych poprzez komunikację z

niższymi warstwami; poprzez telnet, ftp, itp.