Informatika elméleti alapok

Az előadások a következő témára: "Informatika elméleti alapok"— Előadás másolata:

1 Informatika elméleti alapok
(Avagy amit e téren tanulóinknak tudni illik) Templom Téri Általános iskola Pilisvörösvár 2015. Összeállította: Kárpát József

2 Az információ olyan új ismeret, amelynek megismerésekor olyan tudásra teszünk szert, amit addig nem tudtunk. (Például: Megtudod a dolgozatjegyet, megtudod a holnapi időjárást, vagy a busz menetrendjét stb.) Nem jelent információt, ha már ismert adatot közlünk (Például: Most infó óra van, a tábla fehér, stb.) Az információnak értéke van!

3 Az adat tények, fogalmak olyan formája, amelyet az ember értelmezni tud, és feldolgozásra, továbbításra is alkalmas. Az információkat jelek segítségével rögzítjük. Jelek például: betűk, számok, Morse-jelek, zászlójelek stb. (Kódok) Kódolásnak az infónak a jelekké történő átalakítását nevezzük

4 Az információ: Az adat: A kód: A kódolás:

5 Informatika: Műszaki tudomány, amelynek feladatköre: az információk tárolása, feldolgozása, továbbítása Tárolás: Merevlemezen, CD-n, DVD-n, pendrive-on stb. (Régen: Mágnesszalagon, lyukkártyán, mikrofilmen, flopyn) Feldolgozás: Pl. sorbarendezés, válogatás, adatokon végzett számítások, szerkesztések Továbbítás: Interneten, elektromos, vagy optikai kábelen, ill. rádióhullámokkal (régebben hanggal, postán, küldönccel)

6 Informatika: Tárolás: Feldolgozás: Továbbítás:

7 Az információtovábbítás informatikai szempontból így modellezhető:
Az információforrás előállítja az üzenetet . Az üzenet lehet hang, szöveg, kép, stb. Az üzenetet olyan jelekké kell alakítani, hogy a csatorna továbbítani tudja (kódolás). Az üzenet utazása a csatornán keresztül történik. A vevő oldalán vissza kell alakítani jeleket (dekódolás). A csatornában az üzenet sérülhet, úgy mondjuk: az információhoz zaj adódik hozzá.

8 A jel utazása különböző csatornákon
Ha beszéddel, hangjelekkel, dobbal, stb. üzenünk, a csatorna a levegő Levegőben a hang másodpercenként 340 métert tesz meg Elektromos-, illetve fénykábelen, vagy rádióhullámokkal az infó közel fénysebességgel utazik. (Pl. az Interneten) (A fény sebessége km/s)

9 A fény majdnem 1 milliószor gyorsabb a hangnál!
Amíg a hang 1 centimétert tenne meg, a fény az iskolánktól eljutna Pilisjászfaluig!

10 A NET-en egy üzenet Solymárra, vagy Amerikába egyaránt néhány századmásodperc alatt jut el!
Fontos mértékegység a bit/s, amely megmutatja, hogy 1 másodperc alatt hány bitet tudunk továbbítani. Ha beszéddel valakinek azt mondod: Helló, az kb. 1 másodperc alatt közölhető. 1 betű infótartalma 1 byte, - azaz 8 bit. E szó kimondásával tehát az infóátvitel teljesítménye 40 bit/s (Egy átlagos otthoni inernetkapcsolat 100 Mbit/s körül van jelenleg)

11 Zajos csatorna hatása szöveges üzenetre
A küldött üzenet: Holnap nagy havazás várható A beérkezett üzenet: ..lnap na.y havaz.. vár..tó (Értelme még kihámozható) Zajos csatorna hatása számadatokat tartalmazó üzenetre: A küldött üzenet: A játék ára: 2570 Ft A beérkezett üzenet: A játé. ár.: .57. Ft (A számadat értelme elvész!)

12 A számítástechnikában az információt bináris számokká kódoljuk
A bináris számrendszerben két számjegyet használunk: 0 és 1.

13 Egy példa, a bináris  decimális átváltásra

14 Váltsd át az alábbi bájtokat tizes számrendszerbe:
„Puska” az átváltáshoz:

15 Hogy adunk össze két bináris számot?
Szabály: 0+0= = =0, maradék 1 Például: = 45 = 25 =70

16 2. A biteket megfordítjuk: 11010100
Negatív szám ábrázolása kettes számrendszerben: Feladat: ábrázoljuk binárisan a – 43-at! 1. A +43 bináris alakban: 2. A biteket megfordítjuk: 3. Végül 1-et hozzáadunk: Igy kapjuk végül a -43-at!

17 Hogy néz ki egy tizedes tört kettes számrendszerben,
2 byte-on ábrázolva? Törtrész, 8 biten Például 12,6875 = , 0,6875 12 Előjelbit Az előjelbit 0, ha pozitív, 1-es, ha negatív a szám Az egészekre 7 bit jut, amit a szokásos módon adunk meg A törtrész kiszámítására Az alábbiakban térünk ki

18 A törtrészt szorozzuk 2-vel: 0,6895
A törtrészt szorozzuk 2-vel: 0,6895 * 2 =1, ennek az egész része:1, ezt kiírjuk A 0,375-öt szorozzuk 2-vel: 0,375 * 2 = 0,75 – ennek az egész része: 0, ezt kiírjuk A 0,75-öt szorozzuk 2-vel: 0,75 * 2 = 1,5 – ebből kiírjuk az 1 egészrészt A 0,5-öt szorozzuk 2-vel: 0,5 * 2 = 1,0 – ebből kiírjuk az 1 egészrészt A maradt nullát szorozzuk 2-vel: 0 * 2 = 0 – Vége a folyamatnak  A kiírt számok fentről lefelé sorrendben: – így e törtrész kerül be az előbbi bitsorozatba Például 12,6875 = , (Az osztássorozatot addig folytatjuk, amíg nullát nem kapunk, vagy a kívánt Pontosságot el nem érjük)

19 00001100,10110000 Törtek helyiértékei 2 byte-os ábrázolásnál 2-1 2-2
Egészrész bitjei Törtrész bitjei , A törtrész bitjeinek helyiértékei : 0,5 0, , , , , , ,004 2-1 2-2 2-3 2-4 2-5 2-6 2-7 2-8 A helyiértékeket 3 tizedesre kerekítettük!

20 ? 1 bit < 1 byte < 1 kb < 1 Mb < 1 Gb < 1 Tb
Az információ mértékegységei 1 bit < 1 byte < 1 kb < 1 Mb < 1 Gb < 1 Tb (A kilo előtag a matematikában 1000 szeres szorzót jelent, az infóban a váltószám azonban 1024, mivel ez a 2-nek a 10-dik hatványával egyezik meg) Egyéb mértékegységek: Bit/s Pixel Hz ?

21 A PC vázlatos felépítése:

22 Nevezzük meg a PC egyes részeit! 

23 A processzor felépítése
Aritmetikai- logikai egység (ALU) Az ALU (Arithmetic Logical Unit) végzi el a processzor regisztereiben elhelyezett adatokkal az utasításokban kijelölt számítási és logikai műveleteket. Képes összeadásra, kivonásra, szorzásra és osztásra, logikai műveletekre Vezérlőegység (CU) A CU (Control Unit,) gondoskodik az utasítások ütemezéséről. Regiszterek A processzor belső tároló elemei, melyeket „munkamemóriaként” használ. Az aktuális programhoz pillanatnyilag szükséges adatok és a memóriacímek tárolódnak itt.

24 Neumann elveknek köszönhető:
Az elektronikus számítógépek hatékony működése a Neumann elveknek köszönhető: Az adatok tárolása kettes számrendszerben történik (bit-ek) Soros működés, azaz egyszerre csak egy műveletet végez el, majd a következőt Belső memória használata Sokoldalú felhasználhatóság

25 Egy számítógép legfontosabb jellemzői és adatai:
Az operációs rendszer típusa, verziószáma A RAM (operatív memória) mérete (iskolánkban általában 2 Gb) A processzor gyorsasága (iskolánkban általában 2 GHz) A merevlemez (winchester) tárolóképessége (iskolánkban a legtöbb gépen 74 Gb) A fenti adatok a Számítógép ikonra kattintva, ill. azon belül a Rendszerinformációknál tekinthetők meg

26 Soroljuk fel a számítógép legfontosabb jellemző adatait!

27 Az operációs rendszer (iskolánkban a Windows 7-es)
Kapcsolatot tart a felhasználó és a PC között, a kezelői felületen keresztül Fájl- és mappakezelés Programok futtatása Memóriakezelés A perifériák vezérlése

28 Kimeneti (output) Bemeneti perifériák perifériák
Billentyűzet Egér Lapolvasó (scanner) Mikrofon Touchpad Trackball Kamera Joystick Monitor Nyomtató Hangszóró Mikrofon Be- és ki is vihet adatot: CD, DVD, Pendrive, érintőképernyő

29 Kimeneti (output) Bemeneti perifériák perifériák ? ?
Be- és ki is vihet adatot: ?

30 A portok azok a csatlakozók a számítógépen, melyekhez egyes perifériákat lehet csatlakoztatni. Fő fajtái: Soros port: Ezen a bitek egymás után egyesével haladnak, ezért nevezik sorosnak. Ez lassú adatforgalmat jelent, viszont kevés drót kell hozzá. Tipikusan egeret vagy külső modemet szoktak rá csatlakoztatni. Párhuzamos port: Ezen egyszerre 8 bit halad párhuzamosan, innen kapta a nevét is. Ez értelemszerűen gyorsabb, mint a soros port, viszont több drótot igényel (ezért drágább is). Tipikusan nyomtatót, szkennert, külső meghajtókat (CD, ZIP-drive, winchester, stb.) lehet rá csatlakoztatni. PS2: Ezen is sorosan haladnak a bitek. Tipikusan egeret és billentyűzetet lehet rá csatlakoztatni. USB: Ezen is sorosan haladnak a bitek, viszont olyan sebesen, hogy gyorsabb a párhuzamosan portnál is. Az erre kötött eszközöket bekapcsolt számítógépnél is lehet cserélni. Mindenféle USB-re csatlakoztatható eszközt gyártanak: egér, billentyűzet, nyomtató, szkenner, külső meghajtók.

31 A PC indítása és működési folyamata
A PC alaplapján található egy ún. beégetett memória (ROM), másnéven BIOS, amely bekapcsoláskor ellenőrzi a rendszert., majd betölti az operációs rendszert a RAM-ba. Innen kezdve a gép parancsaink szerint működik. A kívánt program mindig a RAM-ba töltődik, amely a CPU-val együtt elvégzi a műveleteket és az eredményt a RAM-ban helyezi el. A RAM a gép kikapcsolásakor kiürül, tehát ha nem akarjuk elveszíteni munkkánk eredményét, akkor azt mentenünk kell a merevlemezre.

32 Hardver Szoftver Programok és dokumentációik Ilyenek: Az operációs rendszer, irodai programok, segédprogramok, játékprogramok… (Vannak szabadon felhasználható, Részlegesen használható és kereskedelmi szoftverek) A számítógép és környezetének kézzelfogható, anyagi természetű részei Ilyenek: A PC és alkatrészei, vezetékek, routerek, háttértárak, monitorok, nyomtatók, billentyűzet, egér…

33 Hardver Szoftver Soroljunk fel példákat!

34 HÁTTÉRTÁRAK MÁGNESES OPTIKAI ELEKTRONIKUS WINCHESTER CD PENDRIVE FLOPY DVD MEMÓRIAKÁRTYA MÁGNESSZALAG BLUE RAY SSD

35 Hogy tárolja a mágneslemez az adatokat?
A flopylemez írófejének működési elvét az ábrán szemléltetjük:

36 A CD ill. DVD hogy tárolja az adatokat?
A lemez felületébe lézersugár éget mélyedéseket, amelyek a bináris 1-esnek, a köztük levő sima területek pedig a 0-nak felelnek meg.

37 Pendrive-ok és SSD meghajtók
Nem tartalmaznak mozgó alkatrészt, így gyorsabb az adatok kiolvasása, ill. rögzítése Kis áramfelvétel Zaj teljes hiánya Rázkódás és ütésállók

38 Szoftverek típusai, jogi szempontból:
1. Freeware: A program szabadon letölthető és korlátozás nélkül használható  2. Shareware: A szoftver valamilyen korlátozást tartalmaz. Ha az adott időn túl is használni szeretnénk, akkor már fizetni kell érte. Ebbe a csoportba általában az olcsóbb szoftverek tartoznak. 3. Demo: Próbaváltozat. Olyan szoftver, amit kipróbálhatok, és ha tetszik, akkor megvehetem a teljes változatot. A demo szoftverek mindig valamilyen funkcióbeli korlátozást tartalmaznak. 4. Kereskedelmi: A boltban, interneten megvásárolható teljes, korlátozás nélküli program.

39 Szoftverek csoportosítása feladatuk szerint:
1. Rendszerszoftverek: Ide az operációs rendszerek tartoznak 2. Rendszerközeli szoftverek: E programok az operációs rendszer munkáját segítik, illetve egészítik ki. Ide elsősorban a meghajtó (driver) programokat soroljuk, de ide tartoznak különböző segédprogramok is, például töredezettség mentesítők, állománykezelők stb Fejlesztői környezetek:Ezek azok a szoftverek, amelyekkel más szoftvereket, elsősorban programokat lehet készíteni. A legismertebbek ezek közül a Pascal, Delphi, Visual Basic Alkalmazói szoftverek: A felhasználó szempontjából legfontosabb csoport. Ide tartoznak az irodai alkalmazások, szerkesztő programok, játékok, stb.

40 A számítógép generációk:
Az első számítógép-generáció: közötti időszak E számítógépek elektroncsöves, digitális gépek voltak. Nagyon nagy méret, kis műveleti sebesség, sok hibalehetőség jellemezte ezeket. Második számítógép generáció: 1954-től 65-ig Tranzisztorokat alkalmaztak bennük, megbízhatóságuk, műveleti sebességük jelentősen növekedett. Harmadik számítógép generáció: 1965-től 71-ig .Integrált áramkörökből épültek fel. Ez az előző generációhoz képest ismét sebességnövekedést, méretcsökkenést okozott.

41 Negyedik számítógép generáció: 1971-től a 90-es évek végéig.
A mikroprocesszorok alkalmazásával rendkívüli sebesség, és tárolókapacitás növekedés mutatkozott. Elkezdődött a személyi számítógépek elterjedése Ötödik generáció: Az ezredfordulótól napjainkig. Nagyteljesítményű processzorok, több Gigabytos memóriák, Terrabytos nagyságú, egyre korszerűbb, gyorselérésű háttértárak szolgálják a multimédiás és internetes szolgáltatások rohamos fejlődését

42 (A logikai áramkörökről a nyolcadikos fizikában tanulunk).
Logikai műveletek A bitekben tárolt számokkal különböző műveleteket végezhetünk. Egy logikai kifejezésnek kétféle logikai értéke lehet, ha igaz: 1, ha hamis: 0. Több változóval végezhető műveletek: AND,OR,XOR Egy adaton végzett művelet a NOT (bitfordítás) E fontos műveleteket a számítógépben, úgynevezett logikai áramkörök végzik (A logikai áramkörökről a nyolcadikos fizikában tanulunk).

43 Az A és B művelet igazságtáblája: Az A vagy B művelet igazságtáblája:
A and B 1 A B A or B 1 A kifejezés csak akkor ad igaz eredményt, ha mindkét bit 1, azaz igaz A kifejezés csak akkor ad igaz eredményt, ha legalább egyik bit 1-es

44 A B A xor B 1 A Not A 1 A kizárólagos VAGY (exclusiv or):
1 A negálás (bitfordítás) A Not A 1 Csak akkor ad igaz eredményt, ha csak az egyik bit igaz

45 A Windows 7 operációs rendszer Word szövegszerkesztő
Iskolánkban az alábbi szoftverek használatával ismerkedünk meg: A Windows 7 operációs rendszer Word szövegszerkesztő Excel táblázatkezelő Power Point prezentációkészítő Paint rajzolóprogram Microsoft Picture Manager képszerkesztő Imagine programozói környezet Pascal programozási nyelv Internet Explorer Legalább egy vírusirtó Betekintés szinten foglalkozunk: Az Outlook levelező Access adatbáziskezelő Gimp képszerkesztő Movie Maker filmszerkesztő programokkal

46 A számítógépek hatásai az egészségre:
A szem károsodása, - főleg régi típusú CRT monitoroknál (Mindig legyen egyéb fényforrás is a monitoron kívül, használjunk lehetőleg korszerűbb monitort, ne üljünk ablaknak háttal a tükröződés miatt, tartsunk időnként szünetet, a monitorra merőlegesen legyen tekintetünk) Helytelen testtartásból eredő gerincproblémák, nyakfájás (Székünk legyen rendesen betolva, alkarunk feküdjön fel az asztalon, üljünk egyenes háttal, óránként tartsunk néhány perc szünetet és mozogjunk egy kicsit) A sok ülés által okozott visszér, elhízás (A fentiekhez hasonló módon védekezhetünk ellene)

47 Az elektroszmog hatásai (Fáradékonyság, ingerlékenység, álmatlanság és sok egyéb tünet léphet fel. Hálószobában ne üzemeltessünk éjjel PC-t, telefontöltőt stb.) Játék- és internetfüggőség (Jelenleg a fiatalok mintegy tizedrésze szenved ettől) Mindemellett a személyes kommunikáció visszaszorulása, - virtuális világban való élet, számítógépes zaklatás, nehezen értelmezhető döntési helyzetek, elidegenedés

48 A mai, információs társadalom
Az informatikai eszközök teljesen beépültek világunkba, meghatározzák a tudomány, kereskedelem, oktatás, kommunikáció, szórakozás minden területét. A számítógép mellett új, modern, intelligens eszközök sokasága jelent meg, fejlődnek és terjednek

49 Az emberek sok ismeretlen problémával szembesülnek:
Az információs társadalom előnyei ismertek, de vannak hátrányai: Az emberek sok ismeretlen problémával szembesülnek: Például: Személyes adatok védelmének kérdései és módjai A megfelelő információk kiválogatása, célszerű használata Háttérbe szorul az olvasás, beszélgetés Ha valaki az ismeretszerzésben elmarad nagy hátrányokat szenvedhet (digitális szakadék)

50 A digitális szakadék A kifejezés arra utal, hogy a korszerű technológiákat ismerő ill. az azt használni nem tudó emberek között hatalmas különbség alakul ki, lehetőségeik tekintetében