Informatikai alapismeretek 2013. ősz Betyár Gábor http://www.edu.u-szeged.hu/betyar betyar@inf.u-szeged.hu
Információ ... Számítógép: Információ: információk tárolására és feldolgozására szolgáló eszköz. Információ: A címzettje számára új, vagy általa nem ismert adat, hír közlés vagy tájékoztatás. A releváns adat, amely valamely bizonytalanság megszüntetéséhez elegendő. Nem minden adat információ! Csak az értékes (fontos) adat. Alapegysége: bit, Mérése: byte-okban
Információ ... Adat: Információ sokfélesége Valakinek vagy valaminek a megismerését, jellemzését segítő tény, részlet. Valamilyen formában rögzített ismeret = potenciális információ. Jellege szerint kvantitatív(mennyiségi) vagy kvalitatív(jellemzői). Információ sokfélesége (numerikus adatsor, szöveg, zene, egyetlen elektronikus jel, kép, videofelvétel,…)
Példák Információ tárolása?
Információ tárolása Memória Háttértárak ideiglenes tárolás kikapcsoláskor tartalma elvész kisebb kapacitás gyors elérés Háttértárak hosszútávú, biztonságos tárolás lassabb elérés általában nagyobb tárkapacitás
A számítógép erőforrásai Hardware (hardver) A szg.-fizikai alkatrészeinek összessége, beleértve a mechanikus és elektronikus részegységeket is Software (szoftver): A szg.-n futó programok (+adatok) összefoglaló neve Meghatározza: Alkalmazói software-ek körét, Sebességet tárolókapacitást Szolgáltatások körét Felhasználói felületet
Számítógépek típusai Személyi számítógép (personal computer, PC) Kiszolgáló, szerver (server) Terminál Nagyszámítógép Szuperszámítógép
A számítógépek felépítése Központi vezérlő egység, processzor (Central Processing unit, CPU): a számítógép legfontosabb belső alkatrésze Memória, tár (memory): a számítógépek fő ideiglenes tárolója Perifériák: kiegészítő egységek, pl. billentyűzet, monitor, merevlemez, nyomtató, CD/DVD olvasó, szkenner, stb.
A számítógépek felépítése (folyt.) Alaplap: a gép alapvető áramköri elemeit tartalmazza(CPU, memória), ide csatlakoznak a bővítőelemek is Bővítőkártya: az alaplapra merőlegesen helyezkedik el, általában különböző perifériák vezérlésére szolgál, rendszerint a vége kiér a gépházból. Pl. videokártya, hangkártya, hálózati kártya (ez a három típus újabban az alaplapokban van beépítve) Port: a számítógép külső csatlakozási pontja
Portok Soros port: lassú, régi Párhuzamos port, széles, 25 pólusú, nagyobb adatátvitel, pl. nyomtató USB (Universal Serial Bus): újabb, gyorsabb, sokféle eszköz csatlakoztatható, a csatlakoztatáshoz nem kell kikapcsolni a számítógépet, kényelmes
Processzor A számítógép gépi szintű számításait végzi Meghatározza a számítógép típusát alapvetően Fő processzorgyártók: Intel, AMD, Sun Intel processzorok: 8086, 80286, 80386, 80486, Pentium, Pentium, Pentium II, Pentium III, Pentium 4, Core2Duo, stb. Architektúrák: pl. x86, x86_64, ARM Az Intel processzorok lefelé kompatibilisek, a régebbi programok futnak az újabb processzorokon is gond nélkül
Processzor (folyt.) Gyorsítótár(cache): gyors elérésű, kis kapacitású memória, a program újabb és újabb részletei másolódnak ide, így nem kell mindig a lassabb memóriákhoz fordulni Órajel: a processzorok szabályos időközönként kiküldött impulzus alapján működnek, minden egyes ilyen alkalommal egy nagyon elemi művelet végrehajtódik. Ha a processzor órajele 100MHz, akkor egy másodperc alatt 100 millió ilyen utasítást tud végrehajtani (minél több, annál hatékonyabb).
Memória (tár) Random Access Memory (RAM), azaz közvetlen elérésű tár, az egyes memóriarekeszeket közvetlen címzés segítségével tudja elérni Ideiglenes tároló, a számítógép kikapcsolásakor elveszti tartalmát ROM = Read Only Memory, csak olvasható memória, pl. BIOS=Basic Input Output System Flash memória: tartalmát megőrzi áramellátás nélkül is
Monitor A számítógép megjelenítő egysége Típusai: CRT(Cathode Ray Tube): soronként állítja össze a képet, 3 katódsugárcsővel. LCD(Liquid Crystal Display, folyadékkristályos): többnyire hordozható gépeknél, mátrixban elrendezett folyadékkristály-cellák. Ha aktív mátrixos, TFT(Thin Film Transistor)-nek nevezzük, ekkor minden cellát külön tranzisztor vezérel
Megjelenítési üzemmódok A monitort a számítógépben elhelyezett(vagy alaplapra integrált) videokártya vezérli, ez tartalmaz videomemóriát, mely a megjelenítendő képet tárolja. Szöveges(text) mód: a videó memória egy bájtja egy karakter ábrázolását teszi lehetővé Grafikus üzemmód: apró pontokból raszeresen áll össze a kép Színmélység: a képpontok tárolása hány biten történik pl. 8, 16, 24, 32
Megjelenítési üzemmódok (folyt.) Felbontás: a vízszintesen és függőlegesen elhelyezkedők képpontok(pixelek) száma az adott módban, pl. 640x480, 800x600, 1024x768
Szoftverek Kereskedelmi: boltban vásárolható, esetleg havidíjas, pl. Microsoft Office Shareware: egy ideig szabadon használhatók, de egy idő után fizetni kell érte pl. Total Commander Freeware: tetszőleges ideig ingyenesek, de nem értékesíthetők és módosíthatók pl. Freeciv Open source: ingyenes, forráskódja publikus, így szabadon módosítható és terjeszthető, pl. Linux, OpenOffice.org,
Szoftverek (folyt.) Alkalmazói programok: jól meghatározott, komplex felhasználói igényt kielégítő programrendszer, pl. szövegszerkesztő, böngésző, fájlkezelő, játékok, stb Meghajtóprogramok (eszközvezérlők): egy adott hardver működését kezeli, pl. nyomtatómeghajtó, hálózati meghajtó, stb.
Microsoft Office Irodai szoftvercsomag, főbb elemei: Word – szövegszerkesztés Excel – táblázatkezelés PowerPoint – prezentáció Access – adatbáziskezelés Fő alternatívák: OpenOffice.org, StarOffice
Microsoft Office (folyt.) Különböző verziói vannak, ezek közül néhány (időrendi sorrendben): Office 98, Office 2000, Office XP, Office 2003, Office 2007 Fő kiterjesztések: .doc (Word), .xls (Excel), .ppt (PowerPoint), .mdb (Access)
A gépi adatábrázolás A számítógépes világ alapja a kettes (bináris) számrendszer Tízes számrendszerbeli egész példa: 326d = 3 x 102 + 2 x 101 + 6 x 100 Kettes számrendszerbeli egész példa: 1101b = 1 x 23 + 1 x 22 + 0 x 21+ 1 x 20 Általánosan egészek: xn = an * qn + … + a1 x q1 + a0 x q0 N-es számrendszerbeli számban 0..n-1 számjegyek szerepelhetnek
A gépi adatábrázolás (folyt.) Gyakran használt számrendszerek: q = 2 (bináris) q = 8 (oktális) q =10 (decimális) q =16 (hexadecimális, pl. 18D2F0x) Átváltás a számrendszerek között Lebegőpontos számok: IEEE 754
Fix pontos számábrázolás Tizedesjel helye rögzített Tört szám Egész szám
Lebegőpontos számábrázolás Tizedesjel helye változó Felírási mód: vagy Példák: karakterisztika (exponens) mantissza számrendszer alapja 13*108 0.13*1010 0.654*10-2 normalizált alak
A gépi adatábrázolás Túlcsordulás: egy művelet során túl nagy szám keletkezik, ez a szám a rendelkezésre álló tárolóterületen nem fér el Alulcsordulás: túl kicsi érték keletkezik, a gép már nullának tekinti
Használt mértékegységek Bit – egyetlen bináris jegy Byte (bájt) – egy 8-bites egység (8 jegyű bináris szám) 1 Kbyte (kilobájt, KB) = 1024 byte 1 Mbyte (megabájt, MB) = 10242 byte 1 Gbyte (gigabájt, GB) = 10243 byte 1 Tbyte (terabájt,TB) = 10244 byte
Ábrázolható intervallum A gépi adatábrázolás Bitek Név Ábrázolható intervallum Legtöbb számjegy 8 byte, octet Előjellel:[−128; +127] 3 Előjel nélkül:[0; +255] 16 halfword, word Előjellel:[−32,768; +32,767] 5 Előjel nélkül:[0; +65,535] 32 word, doubleword, longword Előjellel: [−2,147,483,648; +2,147,483,647] 10 Előjel nélkül:[0; +4,294,967,295] 64 doubleword, longword, long long, quad, quadword Előjellel:[−9,223,372,036,854,775,808; +9,223,372,036,854,775,807] 19 Előjel nélkül:[0; +18,446,744,073,709,551,615] 20
ASCII kódolás American Standard Code for Information Interhange Szövegek kódolására használt legelterjedtebb szabvány Minden karaktert egy bájton ábrázol, így 28 = 255 féle karakterünk lehet, ezek a kódok fel vannak osztva: 0..127: alap karakterkészlet (tördelés, betűk, számok, kötőjel, kérdőjel, pont, vessző, stb.) 128..255: nem egyértelműen rögzített, ezért különböző kódlapok vannak (pl. ISO-8859-2)
ASCII tábla Forrás: asciitable.com
Unicode szabvány 1 karakter 2 byte 65536 elemű kódtábla (fix) első 128 elem: ASCII kódtábla első fele többi elem: minden más egyidejűleg Kódolási változatok UTF-32 UTF-16 UTF-8
Operációs rendszer Operating System (OS) A számítógép kezeléséhez szükséges alapvető funkciókat látja el Fő feladataik: a számítógép hardverelemeinek kezelése kommunikációs felület biztosítása a felhasználó részére fájlkezelés programok futtatásának biztosítása (betöltés, elindítás, felügyelés, igények kiszolgálása)
Operációs rendszer (folyt.) A számítógép bekapcsolásakor a BIOS program az alábbiakat végzi: Memóriateszt Setup beállítási lehetőség (Del, F10, F12, stb.) Operációs rendszer betöltése („boot”) Munkakörnyezet beállítása
Multiprogramozás Taszk: memóriába került, futó program. Az operációs rendszer indítja, felügyeli és állítja le. Multitasking: az operációs rendszer egyidejűleg több taszkot is képes futtatni. Valójában nem egyidejűleg futnak a programok, hanem váltakozva kapna egy-egy szeletet a CPU-időből, így a párhuzamosság látszatát keltik. 1 processzor – látszólagos multitasking Több processzor – valós multitasking Prioritás, valós mód, védett mód
Virtuális tárkezelés A számítógép a fizikai memória használata mellett a merevlemezt is használhatja memóriának A merevlemezen elhelyezett „swap file” („lapozófájl”) és a fizikai memória együttesen alkotják a virtuális memóriát. Ezt a tárterületet egyenlő részekre, lapokra osztjuk, ezeket az operációs rendszer tartja nyilván.
Többfelhasználós környezet Többfelhasználós OS: egy gépen több személy egyidőben vagy egymás után biztonságosan dolgozhat Két dolog szükséges: multiprogramozás időosztással széles körű védelem
Windows Egyfelhasználós: Windows 95, Windows 98, Windows Millenium (Windows ME) Többfelhasználós: Windows NT, Windows 2000, Windows XP, Windows Vista, Windows Server 2003, Windows 7
Tömörített adattárolás Célkitűzés: kevesebb területfoglalás (a merevlemezen, a memóriában, a hálózaton, stb.) Nem mindegy, hogy 5Mbájt, vagy 20Mbájt, a file tartalmától függően egy-egy eljárás 20-80%-kal is csökkentheti a file méretét Tömörítő eljárásokkal, programokkal csökkenthetjük az adatok tárolásához szükséges területet, lényegi adatvesztés nélkül, ám a tömörített anyagok kezelése CPU-igényes
Tömörítő eljárások A tömörítő eljárásokkal kapcsolatban kétféle műveletről beszélhetünk: Kódolás (tömörítés, becsomagolás): az eredeti fájl, átalakítása (kisebb méretű) fájlba Dekódolás (kicsomagolás): a tömörített fájlból az eredeti visszaállítása Tömörítéskor jellemző, hogy a fájlokat egy állományban, egy archívumban tároljuk, mely egy speciális formátum, megőrzi a fájlneveket, jogosultságokat, a fájlokon egyenként végezhetünk dekódolást, stb.
Tömörítő eljárások (folyt.) Alapvetően kétféle tömörítő eljárás létezik: Veszteségmentes tömörítés: a dekódolás után „bitről bitre”, azaz teljes egészében visszakapjuk az eredeti állományokat. Ez olyan esetekben jön jól, mikor nem engedhetünk meg hibát, pl. szöveges dokumentumok, futtatható állományok Veszteséges tömörítés: az eredeti és a dekódolt adat között kisebb minőségbeli különbségek vannak, ám a felhasználó ezt legtöbbször észre sem veszi, így nem zavarja, pl. hang- és videóállományok
Néhány tömörítő eljárás Huffman-kód: betűstatisztikát végez az állományon, fix bitméretű karakterek helyett változó méretet használ, a gyakoribb betűkhöz rövidebb bitsorozatot rendel, így a végső szorzatösszeg kisebb lehet. Veszteségmentes tömörítés, de ismerni kell az egész állományt. ZIP, GZIP, RAR, ARJ, BZIP: veszteségmentes tömörítési eljárások, parancssorból és grafikus felületről is vezérelhető alkalmazások léteznek. MPEG, MP3, XviD, DivX: veszteséges tömörítő eljárások, multimédia fájlokhoz.
Huffman-kód (példa) Legyen adott 5 karakter előfordulási gyakorisága egy szövegben: a: 3, b: 2, c: 1, e: 6, n:2 Ezeket az előfordulási gyakoriságokat arányaiban felírva: a: 3/14, b: 2/14, c: 1/14, e: 6/14, n: 2/14.
Total Commander DOS előd: Norton Commander (nc) Unix variáns: Midnight Commander (mc) TC eredeti neve Windows Commander volt Shareware program
Total Commander (az adattömörítés szempontjából) Archívumokat meg tud nyitni (ENTER), hasonlóan alkönyvtárakhoz, az állományokkal műveleteket végezhetünk Képes külső tömörítő programmal együttműködni (ZIP, RAR, GZIP, stb) Fájl/Becsomagolás (Alt-F5)
Fájlkezelés Total Commanderrel Fájlok között mozgás: kurzor (fel, le), egér (görgő is) Néhány gyorsbillentyű: F1-F8, Ins, Tab, Del, Enter
Internet története Internetwork, hálózatok-hálózata(átlátszóság) kevésbé sebezhető számítógép hálózat szükségessége többközpontú, csomagkapcsolt hálózati kommunikációs rendszer 1969 ARPANET 1972 Első e-mail 1988 Első worm
Internet • Sok számítógépet összekötő hálózat • Minden számítógépnek egyedi azonosítója van: domain. Pl. sirius.cab.u-szeged.hu • Domain név emberi „fogyasztásra”, valójában ún. IP-cím segítségével azonosítunk • 4 bájtos szám • 160.114.55.240