Informatika Alapfogalmak

Mit értünk informatika alatt? Az információs rendszerek létrehozásával, struktúrájának és működésének elemzésével foglalkozó tudomány. A tudományos információs tevékenység elméletét, módszereit, szervezetét, hatékonyságát, technológiáját, és történetét tanulmányozza azzal a céllal, hogy optimális módszereket és eszközöket fejlesszen ki az információ gyűjtésére, tárolására, visszakeresésére és terjesztésére.

Mi a számítástechnika jelentése? Az automatizált információfeldolgozás eszközeivel (számítógépek, számítógéprendszerek) és különböző szakterületen való használatukkal (programozás) foglalkozó tudományág. Körébe tartozik a hardver és a szoftver elemek összessége, a működésüket segítő szervezési, alkalmazási, szolgáltatási összetevők rendszere. Fejlődés: egyedi megoldások > sok felhasználót kiszolgáló intelligens számítógép-hálózati rendszerek

Mi a számítógép (computer)? 19 Mi a számítógép (computer)? Olyan elektronikus berendezés, amely képes adatok fogadására, tárolására, az adatok egy csoportja (program utasításai) által meghatározott módon az adatok egy másik csoportjának feldolgozására (műveletek), illetve az eredmény kivitelére. A vezérlés alapadatai (program utasításai) és a szükséges egyéb adatok működés közben a számítógép belső tárában vannak, azaz belső vezérelt.

A számítógép erőforrásai I. 19 A számítógép erőforrásai I. Hardver (hardware) Szoftver (software) Ember A hardver és a szoftver elemek együttesével dolgozni képes ember.

A számítógép erőforrásai II. 19 A számítógép erőforrásai II. Hardver (hardware): A számítógép elektronikus-, elektromechanikus- és mechanikus egységeinek az összessége. A hardvertől alapvetően függ: a végrehajtás sebessége, a tárhely mérete, a használható programok köre.

A számítógép erőforrásai III. 19 A számítógép erőforrásai III. Szoftver (software): Egy adott számítógépcsaládot működtetni képes programok, a programokhoz tartozó adatok és felhasználói dokumentációk összefoglaló neve. A szoftvertől alapvetően függ: a végrehajtható tevékenységek köre és a a felhasználói felület.

A program szerepéről… A programozók szellemi terméke, a számítógép működtetését teszi lehetővé. A program gépi szintű (kódú) utasítások sorozata A gépi szintű utasítás jellemzői: olyan elemi művelet (utasításkód), amelyet a processzor közvetlenül végre tud hajtani.

A Neumann-elvű számítógép

Neumann János John von Neumann született: Budapest, 1903. december 28. 289 Neumann János John von Neumann született: Budapest, 1903. december 28. elhunyt: Washington, 1957. február 8. eredmények: matematika, közgazdaságtan, biológia, kéma, fizika, műszaki tudományokban

Neumann-gép (1945. tavasz) Program, adat egy belső tárban > memória A szükséges adatokat (és részeredményeket) a gép a memóriájában, digitálisan, logikailag számjegyként tárolja. A tárolás alapja a kettes számrendszer (bináris tárolás). A gép belső programvezérlésű legyen, vagyis a működéséhez nélkülözhetetlen programot is tárolja. Általános célú számítógép > központi vezérlőegység Az így tárolt utasítássorozatot (a programot) a megfelelő körülmények között elindítva, a gép vezérlőegysége az eredeti sorrendben (szekvenciálisan) hajtsa végre az utasításokat, de legyen mód a végrehajtási sorrend valamely feltételtől függő megváltoztatására is (elágazás, ciklus). Szükséges egy számolómű > központi aritmetikai egység A számítási, logikai műveletek végrehajtására szolgál, ugyanis a vezérlőegységnek az utasítások „értelmezése” a feladata. Szükséges beviteli (input) és kiviteli (output) egység.

Külső programvezérlés ... 19 Külső programvezérlés ... 4 alapműveletes számológép 1 szám kijelzésére kijelző Regiszterek (mikroáramkör) Adat regiszter Műveleti regiszter Eredmény regiszter processzor billentyűzet Regiszter: 1 adat tárolására alkalmas áramköri egység, gyors elérés a processzor számára

Példa a külső vezérlésre elvére 19 Példa a külső vezérlésre elvére az utasítások manuálisan adhatók meg az utasítások nem tárolhatók begépelés után azonnali végrehajtás pl.: 64*2=128 Billentyű: Regiszterek: E:=0, A:=0, M:=0 E:=64 M:=*, A:=E 2  E E*A  E, M = 0 Kijelző: C 6 4 64 Regiszterek: E - eredmény A - adat M - műveleti * 2 2 = 128

Belső programvezérlés - számítógép 19 Belső programvezérlés - számítógép Memóriában tárolt gépi utasítások végrehajtása Elektronikus tároló eszköz, rekeszek sorozata processzor monitor operatív memória billentyűzet

A belső adattárolás alapjai

A helyiértékes számrendszerek I. 19 A helyiértékes számrendszerek I. Decimális (tízes) számrendszer alapszám: 10 számjegyek: 0; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9. helyiértékek: olvasása: 3 százas 4 tízes (negyven) 2 egyes ... 103 102 101 100 10-1 1000 10 1 1/10 szám 3 4 2

A helyiértékes számrendszerek II. 19 A helyiértékes számrendszerek II. Bináris (kettes) számrendszer alapszám: 2 számjegyek: 0; 1. helyiértékek: olvasása: 1 négyes, 0 kettes, 1 egyes ... 23 22 21 20 2-1 8 4 2 1 1/2 szám

Tárolható kódok száma 1 1 biten: 21 = 2 2 biten: 22 = 4 1

Konverzió (binárisból decimálisba) A bináris egész szám: 10110. Váltsuk át decimális számrendszerbe! 1x16 + 0x8 + 1x4 + 1x2 + 0x1 = 22 101102 = 2210 26 25 24 23 22 21 20 64 32 16 8 4 2 1

Konverzió (decimálisból binárisba) A decimális egész szám: 37. Váltsuk át bináris számrendszerbe! :2 37 1 18 9 4 2 37 = 1001012 VÉGE

Belső adatábrázolás Számok fixpontos – egész számok ábrázolása (>16 bit) lebegőpontos – törtek ábrázolása (>32 bit) Karakterek ábrázolása – mai kódrendszerek: ASCII (7/8 bites) UNICODE (>16 bites) Logikai adatok tárolása (1 bájt, de 1 bit szükséges) Utasítások ábrázolása – gépi kód

Karakterek ábrázolása - ASCII American Standard code for Information Interchange (Fordítása: Amerikai Kódszabvány az Információcseréhez) Alfanumerikus és vezérlőkarakterek kódolásához használt kódrendszer, 128 karakter 7 bites kódolását valósítja meg. Megegyezik az ISO-7 kódrendszerrel, de az ISO-7-ben a karakterek cserélhetőek, így nemzeti kódkészletek alakíthatók ki. A számítógépek többsége ezek 8 bites kiterjesztett változatát használja. Az egész világon elfogadott szabvány a karakterek kódolásához. AZ ASCII kódrendszer kialakítása abban az időszakban történt meg, amikor még az adatmegjelenítő perifériák még csaknem kizárólag mechanikus működésűek voltak (teletype, telex, géptávíró). Ezért a kódrendszerből hiányoznak azok a vezérlő kódok, amelyek a már csaknem kizárólagosan használt képernyő orientált rendszerekben használatosak.

Karakterek ábrázolása - UNICODE 16 bites kódrendszer Azért hozták létre, hogy ábrázolni lehessen minden létező nyelv minden létező betűjét (beleértve a kínai, japán stb. nyelveket is, ahol minden szó egy írásjel). Az UNICODE rendszer felülről kompatíbilis az ASCII kódrendszerrel.

Az elektronikus számítógépek története 1- 4. generáció

Tudjuk, hogy 2000 után élünk, mert... ...az otthonunkba is jelszóval, kóddal jutunk be. ...e-mailt küldünk még a mellettünk ülőnek is. ...a borítékra nem tudjuk milyen bélyeg kell. ...a telelvíziós műsorok végén URL cím és e-mail cím található a telefonszám és postacím helyett. ...az esti híradók a televízióban olyan hírt közölnek, amit már órákkal előtte olvastunk a weben. ...véletlenül a mikrohullámú sütőn ütjük be a PIN kódunkat. ...ingyen telefonálhatunk, videotelefonálhatunk. ...a szűk családnak számos telefonszáma van. HOGYAN JUTOTTUNK EL EDDIG?

Elektronikus, digitális számítógépek A háború és a háborús kutatások elősegítették a számítógépek fejlesztését, ami nagy lendületet adott a tudósoknak. A számítógépek első generációi közé az elektroncsöves digitális számítógépeket soroljuk. Ez az időszak hozzávetőleg 1940 és 1959 közé tehető, de pontosan nem határozható meg.

1. generáció (1940-1955) fő építőelem: elektroncső (vákuumcső) műveleti sebesség: 1000 összeadó művelet/sec. jellemzők: gyakori meghibásodás hatalmas méret (terem), költséges előállítás nagy fogyasztás ismert számítógépek Colossus (első titkosított, elektronikus, digitális) ENIAC (első nyilvános, elektronikus, digitális) IAS, EDVAC (univerzális, tárolt programú) UNIVAC (ipari gyártás) Whirlwind (USA, első valós idejű) IBM 701, IBM 704, IBM 709

Az elektronikus digitális számítógép 1939. ABC (USA) első mechanikus digitális, soha nem működött Melyik volt az első? 1943. Colossus (Anglia) első elektronikus, digitális, azonban titkosították, nem fejleszthető (1500) 1946. ENIAC (USA) első elektronikus, digitális, de nem fejezték be (1800) 1949. EDSAC (Anglia) első elektronikus digitális, és tárolt programú (Neumann elvű) 1952. IAS (USA) Neumann első számítógépe (2000) (Johanniac) Felépítése azonos a legtöbb mai számítógépével -1951. EDVAC (USA) első univerzális, Neumann-elvű (3000) 1949. BINAC (USA) Neumann-elvű 1951. UNIVAC I. (USA) az első Neumann-elvű ipari termék (0) - elektroncsövek száma

Colossus 1943. december készült el (összesen 10 db) A neve: Colossus Alan Turing csoportja alkotta meg Anglia, Bletchley Parkban (Londontól északra) teljesen elektronikus digitális számítógép volt. paraméterei: elektroncső: kb. 1500 db-ot tartalmazott. kvarcvezérlésű volt (5 kHz-s órajellel) feldolgozási sebessége: 25.000 karaktert/sec. Feladata: rejtjelezett német rádióüzenetek megfejtése, ezzel fejtették meg a németek ENIGMA nevű kódoló gép rejtjelét. A II. világháborús helyzet miatt csak a XX. század végén hozták nyilvánosságra létezését (50 évig titkosították). Forrás: http://en.wikipedia.org/wiki/Colossus_computer

ENIAC 1945–47 között készült el ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator) Machly és Eckert villamosmérnökök készítették el USA, University of Pennsylvania jellemzői: viszonylag megbízhatóan működött külső kapcsolótábla segítségével programozható elődeinél közelítőleg 2000-szer volt gyorsabb paraméterei: előállítási költsége (akkori áron): 10 millió dollár mérete: 30 m × 3 m × 1 m tömege: 30 tonna fölötti elektroncső: kb. 18.000 db-ot tartalmazott Érdekes: az első számítási feladatot atomfizikából kapta, amivel két óra alatt végzett, amivel egy ember papírral, ceruzával kb. 200 év alatt végezne. Forrás: http://www.cedmagic.com/history/eniac.html

2. generáció (1955-1964) fő építőelem: tranzisztor 1948-ban találták fel: J. Bardeen, W. Brattain, W. Shockley (Bell Labs) műveleti sebesség: 10 ezer összeadó művelet/sec. jellemzők: hosszabb élettartam csökkenő méret adatok rögzítése részben mágneses elven történik ismert számítógépek 1956-ban az első: TX-0, majd TX-2 (USA - MIT) IBM 7090, IBM 7094 (IBM - International Business Machine) PDP-1, PDP-8 (DEC – Digital Equipment Corporation) CDC 6600 (Control Data Corporation) B5000 (Borroughs)

3. generáció (1964-1980) fő építőelem: integrált áramkör az IC-t 1958-ban J. S. Kilby találta fel műveleti sebeség: 500 ezer összeadó művelet/sec. jellemzők: mágneses háttértároló több felhasználós multiprogramozás (több program) ismert számítógépek IBM 360 (1964), PDP-11 (DEC – Digital Equipment Corporation)

4. generáció (1980-tól) fő építőelem: mikroprocesszor (1969. M.E.Ted Hoff) első mikroprocesszor: 1971. Intel 4004 (japán számológéphez) műveleti sebeség: 10 millió összeadó művelet/sec. (napjainkban több 100 millió) jellemzők: számítógépek az egyéni felhasználóknak (személyi számítógépek) szuperkaláris CPU (több utasítás egy időben, 1990-) mikroszámítógépek (személyi): Apple Machintosh (Motorola), IBM PC XT és AT (Intel) Amiga, Atari 8800, Commodore 64, ZX-81, ABC 80, HT1080Z (magyar) miniszámítógépek: VAX (DEC), Alpha (DEC), AS/400 (IBM) mainframe rendszerek: IBM (ESZR), Unisys, NCR, CDC, Borroughs [USA], Fjitsu, NEC, Hitachi [Japán], Siemens-Nixdorf [Németország] szuperszámítógépek: Cray-1, DECmpp12000, CM2, Paragon XP/S, CYBER (CDC), RS6000 (IBM), System 3000 és Modell 3600 (NCR)

Személyi számítógép PC IBM PC, Apple Macintosh Amiga, Sun Sparcstation, NeXT...

Mi a személyi számítógép (PC)? 21 Mi a személyi számítógép (PC)? Nagy tömegben, személyes használatra gyártott számítógép. Az angol personal computer (személyi számítógép) kifejezés kezdőbetűiből alakult ki a gyakran használt PC elnevezés. Először 1976-ban használták az Amerikai Egyesült Államokban (Apple I.).

A korszerű számítógépek kezdetei I. 27 A korszerű számítógépek kezdetei I. 1976. APPLE I. – az első PC Steven Jobs, Steve Wozniak készítette el az első, ismerté vált személyes használatra szánt számítógépet. Nem egyszerű eldönteni, hogy igazán melyik volt az első. Részleteket az alábbi oldalon olvashat: http://www.blinkenlights.com/pc.shtml

A korszerű számítógépek kezdetei II. 22 A korszerű számítógépek kezdetei II. 1977 – Commodore háziszámítógép 1978 – Atari háziszámítógép 1978 – INTEL 8086, INTEL 8088 processzorok megjelenése, az első IBM PC-hez

A korszerű számítógépek kezdetei II. 27 A korszerű számítógépek kezdetei II. 1981 – az első IBM PC: INTEL 8088 processzor, MS-DOS operációs rendszer

beépített monitor: monokróm, 5 coll billentyűzet 2 floppi meghajtó 1981. Hordozható PC Osborne 1, hordozható PC tömeg: 10 kg beépített monitor: monokróm, 5 coll billentyűzet 2 floppi meghajtó Forrás: http://www.pcworld.hu/story.php?sid=9890

Mi az IBM kompatibilis PC? 27 Mi az IBM kompatibilis PC? Egy számítógép akkor IBM kompatibilis, ha minden egyező körülmény esetén bármely program ugyanazon bemeneti adatok mellett olyan kimeneti adatokat szolgáltat, mint az eredeti IBM PC-n. A kompatibilis számítógépek nem márkás gépek, ún. NONAME (e.: nóném) PC-k, amelyeket legtöbb esetben összeillő alkatrészek összeszerelésével kap a meg felhasználó az eladótól.

Miért sikeres az IBM kompatibilis PC? 22 Miért sikeres az IBM kompatibilis PC? Nyitott architektúra: ez azt jelenti, hogy a számítógép modulárisan építhető össze, vagyis a felhasználó igényei szerint bővítheti a saját számítógépét. Kompatibilitás a régi és az új típusok között, így a régi programok az újabb számítógép típuson is használhatók. Ár: a gépcsalád nagy mennyiségű előállításának, tömeges gyártásának a számítógépek árának csökkenése lett a következménye.

A másik PC - Apple (iMac G5) 27 A másik PC - Apple (iMac G5)

A számítógépek csoportosítása 26 A számítógépek csoportosítása Szuperszámítógépek: tudományos, katonai munkákhoz nagy teljesítményű számítógépek Számítógép-farm: személyi számítógépek speciális összeköttetésével elért kimagasló teljesítmény. Személyi számítógépek: kisebb kutatómunkához, cégek számára, otthoni használatra: nem hordozható hordozható (laptop, notebook) mobil eszközök (tablet pc, PDA, mobiltelefon+PDA) Beépített speciális számítógépek (mobiltelefon, mikrohullámú sütő, mosógép, mosogatógép, intelligens hűtő, intelligens porszívó...

A nem hordozható PC desktop (asztali) fekvő torony barbone speciális 31 A nem hordozható PC desktop (asztali) fekvő torony barbone speciális speciális ház http://www.news.com/i/ne/p/2005/104opendell550x334.jpg fekvő ház torony ház barbone ház

A hordozható személyi számítógépek 28 A hordozható személyi számítógépek laptop, notebook mobil eszközök tablet pc PDA (mobiltelefon) UMPC PDA (tenyér PC) UMPC notebook laptop tablet PC

A világ legkisebb PC-i (Ultra Compact PC) Picotux 100/112 (2005) – 3,3V Linux 3,5 cm×1,9 cm×1,9 cm RJ45 csatlakozónyi 8 MB SDRAM 2 MB flash ROM A Shimafuji SEMC5701 – 5V 5cm x 5 cm x 4 cm CPU: NEC VR5701 (333Mhz) 64MB SDRAM 16MB flash ROM video- és hangkártya billentyűzet, egér CF kártya olvasó, LAN USB portok ár(2005): $1330 (250e Ft) Jack PC (2006) Windows CE kb. 7cm x 7 cm x 1 cm 128MB SDRAM 64MB flash ROM video- és hangkártya billentyűzet, egér USB portok Forrás: Picotux 100: http://mefi.be/muti/846/a-legkisebb-pc/ Ulra Compact PC: http://www.shimafuji.co.jp/product/semc5701a01.html Jack PC: http://blog.scifi.com/tech/archives/2006/06/01/a_computer_so_s.html

Az IBM cég története vázlatosan A tananyag kiegészítése

Az IBM megjelenése régen és napjainkban 27 Az IBM megjelenése régen és napjainkban

27 Az IBM kialakulása 1886-ban Hermann Hollerith (1860-1929) lyukkártya feldolgozó gépet talált fel, amelyet elektronikus számlálásra lehetett felhasználni. A lyukkártyák réz rudak között helyezkedtek el; ahol lyuk volt a kártyán, ott a réz rudak kontaktust létesítettek és egy elektromos áramkör záródott. A készüléket arra tervezték, hogy fellehessen dolgozni vele az 1880-as népszámlálás adatait. Kézi feldolgozással, ez több mint egy évtizedig tartott volna. Később 1911-ben Hollerith megalapította a Tabulating Machine Company-t. Számtalan egyesülés és üzletrészek felvásárlása után 1924-ben ez a cég lett a ma ismert International Business Machines (IBM).

27 Az IBM napjainkban Az IBM PC megalkotói, rendkívül sok szabadalom tulajdonosai. A cég többek között szervereiről, processzorairól és PC-iről ismert. A céget szokták "Nagy Kék" (Big Blue) néven is emlegetni. Az IBM nem csak hardvert gyárt, hanem a termékei között szerepelnek ismert szoftverek is. 2005. Az IBM PC gyártó szegmensét eladta a márkanévvel együtt a kínai Lenovo cégnek.

27 Néhány 2005-ös IBM termék

Ismert IBM kompatibilis PC-t gyártók 27 Ismert IBM kompatibilis PC-t gyártók HP-COMPAQ

A bemutató forrásanyagai

Könyvek, cikkek Sikos László: PC hardver kézikönyv. BBS-INFO, 2007, Bp. William Aspray: Neumann János és a modern számítástechnika kezdetei. Vince Kiadó, 2004, Bp. Herman H. Goldsteine: A számítógép Pascaltól Neumannig. Műszaki, 2003, Bp. Neumann János: A számítógép és az agy. NetAcademia Oktatóközpont, 2006, Bp. 2007. október