Informatikai alapismeretek2013. ősz

Betyár Gáborhttp://www.edu.u-szeged.hu/betyar

betyar@inf.u-szeged.hu

Információ ...

Számítógép:

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

Adat: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,…)

Információ ...

Példák

Információ tárolása?

Információ tárolása

Memória

ideiglenes tárolás

kikapcsoláskor tartalma elvész

kisebb kapacitás

gyors elérés

Háttértárak

hosszútávú, biztonságos tárolás

lassabb elérés

általában nagyobb tárkapacitás

A számítógép erőforrásai

Software (szoftver): A szg.-n futó programok (+adatok) összefoglaló neve

Hardware (hardver) A szg.-fizikai alkatrészeinek összessége, beleértve a mechanikus és elektronikus részegységeket is

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:

kqmmantissza

karakterisztika(exponens)

számrendszer alapjamEk

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

A gépi adatábrázolás

Bitek Név Ábrázolható intervallumLegtöbbszámjegy

8 byte, octetElőjellel:[−128; +127] 3

Előjel nélkül:[0; +255] 3

16 halfword, wordElőjellel:[−32,768; +32,767] 5

Előjel nélkül:[0; +65,535] 5

32 word, doubleword, longword

Előjellel: [−2,147,483,648; +2,147,483,647] 10

Előjel nélkül:[0; +4,294,967,295] 10

64doubleword, 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, így28 = 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