INFORMATIKA IN RAČUNALNIŠTVO

Transcription

1 I&R: P-I/1/42 INFORMATIKA IN RAČUNALNIŠTVO 1. letnik visokošolski PA program Predavatelj: doc.dr. Nikolaj MOLE (soba N-7) Asistenti: asist. Kristjan KREBELJ, univ.dipl.inž. asist. Janez UREVC, univ.dipl.inž. doc.dr. Alojz SUHADOLNIK Laboratorij za numerično modeliranje in simulacije

2 I&R: P-I/2/42 POGOJ ZA OPRAVLJANJE IZPITA obvezna udeležba na 11 vajah vaje potekajo na računalnikih v računalniški učilnici I/4 in II/1 urnik vaj je razviden iz fakultetnega urnika za 1. letnik, PA program

3 I&R: P-I/3/42 DVA NAČINA OPRAVLJANJA IZPITA 1. Način: Praktični del izpita: 1. kolokvij: urejanje teksta, obdelava številčnih podatkov ( ) 2. kolokvij: reševanje matematičnih problemov ( ) Teoretični del izpita: ustni zagovor 2. Način: Praktični del izpita: urejanje teksta, obdelava številčnih podatkov, reševanje matematičnih problemov Teoretični del izpita: ustni zagovor

4 I&R: P-I/4/42 NAMEN PREDAVANJ IN VAJ Poenotenje znanja uporabe osnovnih programskih orodij, ki jih študenti potrebujejo pri študiju strojništva

5 I&R: P-I/5/42 VSEBINA PREDAVANJ IN VAJ kratka seznanitev z zgodovino računalnikov in njihovo zgradbo programska oprema računalnikov obdelava številčnih podatkov urejanje besedil slikovna predstavitev informacij kombinirana uporaba programskih orodij numerično reševanje matematičnih problemov izdelava računalniškega programa računalniška omrežja in iskanje podatkov po medmrežju

6 I&R: P-I/6/42 ŠTUDIJSKA LITERATURA KNJIGE Jasna Maver: Informacijska tehnologija, BiblioThecaria, ULJ, FF, 2002 Miro Gradišar: Uvod v informatiko, ULJ, EF, 2003 Ljubomir Kostrevc: Računalništvo in informatika, četrta izdaja, Pasadena, 2006 Matej Artač, Borut Batagelj, Matjaž Jogan, Žiga Kranjec, Bojan Kverh, Katarina Mele, Peter Peer, Miha Peternel, Franc Solina: Uporabniška programska oprema, ULJ, FRI, 2004 Larry Long, Nancy Long: Computers, Pearson Education, 2005 Ron White: How Computers Work, QUE, 2008 Jože Petrišič: MATLAB za inženirje, 2011 knjige, ki se nanašajo na posamezni računalniški program

7 I&R: P-I/7/42 ŠTUDIJSKA LITERATURA INTERNETNE STRANI

8 I&R: P-I/8/42 DEFINICIJA RAČUNALNIŠTVA Računalništvo je veda o zgradbi in delovanju računalnika ter njegovi uporabi DEFINICIJA INFORMATIKE Informatika je veda o informacijah, oblikah njihovega zbiranja, obdelave, shranjevanja, izmenjave ter oblikovanja v okviru računalniško podprtih informacijskih sistemov

9 I&R: P-I/9/42 KJE VSE SE SREČUJEMO Z INFORMATIKO V STROJNIŠTVU? pri razvoju produktov (CAD,CAE) pri vodenju proizvodnje (CAM) pri nadzoru proizvodnje linije pri avtomatizaciji proizvodnjega procesa obdelovalni stroji (CNC)

10 I&R: P-I/10/42 ZGODOVINA RAČUNALNIKOV pripomočki za računanje ( +, -, *, / ) Abakus (2200 p.n.š.) vir:

11 I&R: P-I/11/42 ZGODOVINA RAČUNALNIKOV računski stroji Diferenčni stroj na parni pogon (izdelal Charles Babbage leta 1822) vir:

12 I&R: P-I/12/42 ZGODOVINA RAČUNALNIKOV računski stroji Vnos podatkov z uporabo luknjanih kartic (patentiral Herman Hollerith leta1887) vir:

13 I&R: P-I/13/42 ZGODOVINA RAČUNALNIKOV računski stroji Herman Hollerith leta1896 ustanovi podjetje, iz katerega nastane leta 1924 podjetje IBM vir:

14 I&R: P-I/14/42 ZGODOVINA RAČUNALNIKOV elektro-mehanični računalniki (zasnovani na elektro-mehanskih stikalih) Z3 - prvi programabilni popolnoma avtomatski računalnik (izdelal Konrad Zuse leta 1941) vir:

15 I&R: P-I/15/42 ZGODOVINA RAČUNALNIKOV elektro-mehanični računalniki (zasnovani na elektro-mehanskih stikalih) IBM Mark I uporabljena so bila elektro-mehanska stikala (izdelan leta 1944) vir:

16 I&R: P-I/16/42 ZGODOVINA RAČUNALNIKOV elektronski računalniki prva generacija (uporaba elektronk in ožičenih povezav) ENIAC za stikala je bilo uporabljeno elektronk (izdelan leta 1946) vir:

17 I&R: P-I/17/42 ZGODOVINA RAČUNALNIKOV elektronski računalniki druga generacija (uporaba tranzistorjev in tiskanih vezij) HONEYWELL 400 (izdelan leta 1959) vir:

18 I&R: P-I/18/42 ZGODOVINA RAČUNALNIKOV elektronski računalniki tretja generacija (uporaba integriranih vezij) IBM serije 360 (izdelan leta 1964) vir:

19 I&R: P-I/19/42 ZGODOVINA RAČUNALNIKOV elektronski računalniki četrta generacija (uporaba mikroprocesorjev, visoko razviti programski jeziki) IBM PC XT (izdelan leta 1983) prvi mikroprocesor mikroprocesor pentium vir:

20 I&R: P-I/20/42 ZGODOVINA RAČUNALNIKOV elektronski računalniki peta generacija: vzporedno procesiranje na nekaj 1000 mikroprocesorjih kvantni računalnik (superpozicija kvantnih stanj) DNA-računalnik povezava med komponentami izvedena z optičnimi vlakni

21 ZGODOVINA RAČUNALNIKOV Moorov zakon število tranzistorjev, ki jih lahko vgradimo na enako veliko površino silicijeve rezine, se podvoji vsakih 18 mesecev, pri čemer se cena izdelka bistveno ne spremeni vir: I&R: P-I/21/42

22 I&R: P-I/22/42 ZGRADBA ELEKTRONSKEGA RAČUNALNIKA (hardware) koncept elektronskega računalnika s shranjenim programom je leta 1945 razvil John von Neumann s sodelavci in obsega pet funkcijskih enot: krmilna enota računska enota pomnilnik vhodna enota izhodna enota

23 ZGRADBA ELEKTRONSKEGA RAČUNALNIKA model računalnika procesna enota centralna procesna enota (CPU) notranji pomnilnik krmilna enota aritmetično logična enota registri bralno-pisalni pomnilnik (RAM) bralni pomnilnik (ROM) vhodna enota zunanji pomnilni medij izhodna enota podatkovne povezave krmilni signali I&R: P-I/23/42

24 I&R: P-I/24/42 ZGRADBA ELEKTRONSKEGA RAČUNALNIKA ključne značilnosti von Neumann-ovega elektronskega računalnika: 5 funkcijskih enot zgradba računalnika se ne spreminja od problema do problema program se vstavlja v računalniški pomnilnik in se sestoji iz zaporedja ukazov v istem pomnilniku se nahajajo program, vhodni podatki ter vmesni in izhodni rezultati

25 I&R: P-I/25/42 ZGRADBA ELEKTRONSKEGA RAČUNALNIKA namizni računalnik vir.

26 I&R: P-I/26/42 ZGRADBA ELEKTRONSKEGA RAČUNALNIKA notranjost računalnika vir.

27 I&R: P-I/27/42 ZGRADBA ELEKTRONSKEGA RAČUNALNIKA bistveni podatki o centralni procesni enoti (CPE): podnožje procesorja (motherboard chipset) število jeder (number of cores) širina podatkovnega vodila (data path width, [b]) delovni takt (core speed, [Hz]) takt podatkovnih vodil (bus speed, [Hz]) velikost predpomnilnika (cache memory, [B])

28 I&R: P-I/28/42 PROGRAMSKA OPREMA (software) sistemska programska oprema programska oprema za uporabnike programska oprema za razvijanje računalniških programov

29 I&R: P-I/29/42 PROGRAMSKA OPREMA sistemska programska oprema: BIOS (Basis Input Output System) jedro operacijskega sistema (OS) programska oprema za komunikacijo grafični uporabniški vmesnik (GUI) druga sistemska oprema

30 PROGRAMSKA OPREMA nalaganje operacijskega sistema procesna enota centralna procesna enota (CPU) notranji pomnilnik krmilna enota aritmetično logična enota registri bralno-pisalni pomnilnik (RAM) bralni pomnilnik (ROM) vhodna enota zunanji pomnilni medij izhodna enota podatkovne povezave krmilni signali I&R: P-I/30/42

31 I&R: P-I/31/42 PROGRAMSKA OPREMA programska oprema za uporabnike: urejevalniki besedil orodja za izdelavo preglednic orodja za računalniško grafiko programski paketi za računalniško podprto konstruiranje (CAD) programski paketi za analizo fizikalnih problemov (CAE)

32 PROGRAMSKA OPREMA zagon računalniškega programa procesna enota centralna procesna enota (CPU) notranji pomnilnik krmilna enota aritmetično logična enota registri bralno-pisalni pomnilnik (RAM) bralni pomnilnik (ROM) vhodna enota zunanji pomnilni medij izhodna enota podatkovne povezave krmilni signali I&R: P-I/32/42

33 I&R: P-I/33/42 PROGRAMSKA OPREMA programska oprema za razvijanje računalniških programov: programska oprema za programske aplikacije prevajaniki iz različnih programskih jezikov v strojni jezik

34 I&R: P-I/34/42 LASTNIŠTVO PROGRAMSKE OPREME lastniška programska oprema (proprietary software, commercial software) preizkusna programska oprema (shareware) demo/beta verzije programske opreme (demo software, beta software) prosta programska oprema (free software) odprtokodna programska oprema (open source software) javna programska oprema (public domain software)

35 I&R: P-I/35/42 OPERACIJSKI SISTEM osnovne naloge operacijskega sistema: upravljanje s procesi, ki tečejo v CPE upravljanje z notranjim, zunanjim in navideznim pomnilnikom upravljanje z datotečnimi sistemi upravljanje z vhodno-izhodnimi napravami (gonilniki naprav) izvajanje ukazov v CPE omogočanje omrežnih povezav

36 I&R: P-I/36/42 OPERACIJSKI SISTEM uporabniku operacijski sistem omogoča: zagon in uporabo računalniških programov zagotavljanje pomnilnika za vse tekoče procese uporabo vhodno-izhodnih naprav delo z datotečnimi sistemi medračunalniško povezovanje zaščito podatkov nemoten potek procesov v CPE

37 I&R: P-I/37/42 GONILNIKI NAPRAV gonilnik naprave je del sistemske programske opreme, ki omogoča komunikacijo med napravo in operacijskim sistemom

38 I&R: P-I/38/42 PODATEK IN INFORMACIJA razlikovanje med podatkom in informacijo podatek podatek je poljubna predstavitev s pomočjo simbolov ali analognih veličin (številke, besede, krivulje, slike, npr. s številkami podana izmerjena temperatura) informacija je podatku pripisan pomen (npr. v kakšnih razmerah je bila temperatura izmerjena) je znanje, ki podatek naredi uporaben podatku dodana enota, ki definira fizikalno veličino

39 I&R: P-I/39/42 DIGITALNI ZAPIS INFORMACIJE zvezni (analogni) zapis diskretni (digitalni) zapis podatka diskretizacija signala časovno spremenljivi zvezni signal vzorčimo v enakih časovnih presledkih Shannonov teorem: frekvenca vzorčenja mora biti vsaj dvakrat višja od frekvence vzorčenega signala

40 I&R: P-I/40/42 DIGITALNI ZAPIS INFORMACIJE diskretni (digitalni) zapis podatka digitalizacija diskretnega podatka digitalni računalniki so zgrajeni iz komponent, katere lahko preklapljamo med stanjema zaprt ( 1 ) ali odprt ( 0 ) najmanjša informacijska enota je dvojiško število imenovano bit (binary digit, [b]), ki ima lahko samo dve vrednosti 1 ali 0 količina n -bitov informacije pomeni približno 2 n podatkov če imamo P enakovrednih podatkov, potem količino informacije izračunamo z enačbo n = log 2 P digitalni zapis diskretnega podatka je praviloma približek

41 I&R: P-I/41/42 DIGITALNI ZAPIS INFORMACIJE diskretni (digitalni) zapis podatka digitalizacija diskretnega podatka elektronika v računalniku je organizirana v skupine po 8 bitov, kar imenujemo 1 zlog (byte, [B]), več zlogov tvori besede (words) pomen predpon kilo [K], mega [M], giga [G],... v računalništvu: 1 KB = 2 10 B = B 10 3 B 1 MB = 2 20 B = B 10 6 B 1 GB = 2 30 B = B 10 9 B 1 TB = 2 40 B = B B

42 I&R: P-I/42/42 DIGITALNI ZAPIS INFORMACIJE diskretni (digitalni) zapis podatka digitalizacija diskretnega podatka elektronika v računalniku je organizirana v skupine po 8 bitov, kar imenujemo 1 zlog (byte, [B]), več zlogov tvori besede (words) pomen predpon kilo [K], mega [M], giga [G],... v računalništvu: 1 KB = 2 10 B = B 10 3 B 1 MB = 2 20 B = B 10 6 B 1 GB = 2 30 B = B 10 9 B 1 TB = 2 40 B = B B