Základy informačních technologií. Základy práce s tabulkovým procesorem MS Excel Základy práce s počítačovou sítí Internet.

Transkript

1 Laboratorní informační systém Ing. Radovan Metelka (KAlCh, č. dveří 355), učebna LE1 (3. patro) obor Klinická biologie a chemie, letní semestr 2003/2004 Základy informačních technologií. Základní pojmy z informatiky, informační technologie a systémy, počítačové sítě. Aktuální trendy v technickém vybavení počítačů PC, architektura počítače. Programové vybavení počítačů, stručná charakteristika a možnosti využití jednotlivých softwarových produktů. Počítačové viry a antivirová ochrana. Základy práce s tabulkovým procesorem MS Excel Práce se soubory dat, vzorce, odkazy, uživatelské funkce. Grafy dat a funkcí, projekce grafů. Matematicko-statistická analýza dat, řešení matematických rovnic. Práce se seznamy a databázemi, třídění a filtrování dat, kontingenční tabulky. Základy práce s počítačovou sítí Internet. Vznik a vývoj internetu, struktura internetu, připojení k internetu, služby internetu. World Wide Web (WWW), MS Internet Explorer, vyhledávací služby, komerční využití Internetu. Elektronická pošta, anonymní FTP servery, vzdálený přístup. Chemická a zdravotnická informatika. Základní terminologie, druhy a formy informačních zdrojů. Informační zdroje na Internetu, vyhledávací služby. Informační databáze, získávání primárních literárních pramenů v bibliografických databázích, Web of Science. Laboratorní a nemocniční informační systémy. Základní charakteristiky, struktura a funkce systémů. Aplikace laboratorních a nemocničních systémů, komerční systémy. Laboratorní informační systém (LIS) - Základy informačních technologií 1

2 Informace a informatika Definice pojmu informace - mnoho, jedna z klasických definic praví, že: Informace je definována jako něco, co snižuje míru nejistoty o výsledku určitého stavu nebo jevu, resp. souborů stavů nebo jevů. Jinak také můžeme informaci definovat jako sdělení, které vede k jednoznačnější volbě z více možností nebo jako signál či skupinu signálů, které umožňují rozhodování systému. Další definice pochází od zakladatele kybernetiky Norberta Weinera, podle které: Informace je název pro obsah toho, co se vymění s vnějším světem, když se mu přizpůsobujeme a působíme na něj svým přizpůsobováním. Jak jednoduše vysvětlit, co to je informace? - v běžném lidském životě to je...nějaký nový poznatek... nebo...znalost, jak něco udělat..., atd. Laboratorní informační systém (LIS) - Základy informačních technologií 2

3 Informace a informatika Podstatná část vzdělávání (základní, střední a vysoká škola) není nic jiného než shromažďování informací s předpokladem jejich budoucího využití. Lze tvrdit, že v současné době jsou informace nejdůležitějšími faktory společenského a ekonomického růstu - informační společnost. Informace a informatiku lze tedy považovat vedle průmyslu, zemědělství a služeb za čtvrtý sektor ekonomiky. Vedle ekonomické oblasti hrají informace velmi důležitou roli i ve sféře sociální - tisk a veřejné sdělovací prostředky - sedmá velmoc. Laboratorní informační systém (LIS) - Základy informačních technologií 3

4 Informace a informatika Pro nás budou nejdůležitější informace, kterým se zpravidla říká vědeckotechnické - tyto informace lze považovat za hlavní faktor vědeckého a průmyslového pokroku. Ve vyspělých společnostech mohou mít vědecko-technické informace značný strategický význam - stávají se komoditou s vysokou tržní hodnotou (průmyslová špionáž). Kromě informace jako takové (její obsah, forma, hodnota, kvalita, správnost) jsou dalšími důležitými faktory možnosti uchovávání informací a jejich přenosu. Oblasti uchovávání a přenosu informací se často označují jako informační technologie (IT) - vývoj v této oblasti vede k růstu významu informací a informatiky a jejich uplatnění v praxi. Laboratorní informační systém (LIS) - Základy informačních technologií 4

5 Informace a informatika Mezi informačními technologiemi má dnes dominantní postavení výpočetní technika - jako vědecká disciplína je někdy označovaná jako věda o počítačích (Computer Science). Z mnoha jejích poddisciplín je mimořádně důležitá problematika ukládání a vyhledávání informací (Information Storage and Retrieval) a teorie komunikačních systémů. V podstatě samostatnou, ale velmi důležitou oblastí v IT je spojovací technika včetně jejích fyzikálních aspektů a teorie signálů a jejich zpracování. Aby se informace mohli využívat a šířit, je nutné je nějakým způsobem označovat - k tomu slouží elementární pojmy znak a signál. Laboratorní informační systém (LIS) - Základy informačních technologií 5

6 Informace a informatika Znak je komunikovatelný hmotný prvek - je nutné se předem dohodnout, že určitá grafická podoba znaku bude mít určitý význam. Nejdůležitější formou soustavy dohodnutých znaků jsou různé abecedy, které umožňují grafický záznam jazyka jako základního prostředku přenosu informací. Pro přenos informací se rovněž používá kódování, kdy jeden záznam informace (jedněmi znaky) je převeden (zakódován) do jiného tvaru, který je vhodnější pro realizaci přenosu informace. Pomocí znaků a kódování mohou být sdělovány a přenášeny různé informace, od velmi primitivních až po velmi složité. Laboratorní informační systém (LIS) - Základy informačních technologií 6

7 Informace a informatika V odborné a vědecké oblasti se nejčastěji setkáváme s informacemi v podobě kratších či delších textů - obecně označovaných jako dokumenty. S přenosem informací úzce souvisí pojem signál - ten je definován jako fyzikální projev informace a může mít velmi různorodou povahu. Jinou má v biologických systémech, jinou v systémech mechanických - někdy je charakterizován spojitou funkcí, jindy nabývá jednu z více diskrétních hodnot. Laboratorní informační systém (LIS) - Základy informačních technologií 7

8 Informace a informatika V nejjednodušším případě se signál vyskytuje jen ve dvou možných stavech, kdy určitý signál buď je nebo není, hodnota je buď nulová nebo nenulová, apod. Pomocí této představy je pak definována základní jednotka informace jako 1 bit [bit] (zkratka b, odvozeno od výrazu Binary Digit). Tato jednotka může nabývat jen dvou hodnot - 1 nebo 0 (ANO nebo NE). Komunikace je pak realizována dvěma úrovněmi napětí (signálu) - elementární fyzikální podstata činnosti moderních počítačů. Laboratorní informační systém (LIS) - Základy informačních technologií 8

9 Informace a informatika Spojením 8 bitů dostaneme 1 byte [bajt], zkratka B - celkem existuje 2 8 = 256 možných kombinací. 1 byte definuje jeden znak (číslice, malé nebo velké písmeno, speciální znaky) - pomocí bytů se kóduje klasická abeceda do řeči počítače. Kombinaci 8 bitů přiřazuje číslicím, písmenům a speciálním znakům tabulka ASCII (American Standard Code for Information Interchange) - o národní znaky je základní tabulka ASCII rozšířena pomocí dalších kódů. Na tomto principu je založena možnost převodu textových dokumentů do tvaru vhodného jak pro efektivní přenos po komunikačních kanálech, tak i pro jejich počítačové zpracování. Laboratorní informační systém (LIS) - Základy informačních technologií 9

10 Informace a informatika Další jednotky - kbyte, Mbyte, Gbyte (kb, MB, GB) - běžné jednotky charakterizující velikosti souborů a záznamových médií - 1 kbyte = 2 10 bytů (1024), atd. Jednotka kbyte/s - vyjadřuje rychlost přenosu informací po přenosových kanálech. Pro představu - 1 běžná A4 stránka textu představuje 1,8 kbyte - na běžnou disketu o kapacitě 1,44 Mbyte se vejde cca 800 stran, na CD-R o kapacitě 700 MB už to je cca stran. Dostupné pevné disky mají kapacitu až 300 GB, větší kapacity - disková pole z několika pevných disků. Laboratorní informační systém (LIS) - Základy informačních technologií 10

11 Informace a informatika Nejasnosti při používání předpon kilo, mega, giga: podle SI soustavy kilo = 1000, mega = , atd., ale v informatice kilo = 1024, mega = ( ), ale i mega = ( kapacita 1,44 MB disket). Z toho vyplývají rozdíly při vyjádření např. kapacity, množství přenášených dat, atd., které se zvětšují s velikostí jednotky. K rozlišení zavedeny nové přípony (IEC, 1998): Předpona Symbol Celý název Odvozeno od kibi Ki kilobinary (2 10 ) 1 kilo (10 3 ) 1 mebi Mi megabinary (2 10 ) 2 mega (10 3 ) 2 gibi Gi gigabinary (2 10 ) 3 giga (10 3 ) 3 Laboratorní informační systém (LIS) - Základy informačních technologií 11

12 Informace a informatika Příklady: jeden kibibit jeden kilobit jeden kibibajt jeden kilobajt jeden mebibajt jeden megabajt jeden gibibajt jeden gigabajt 1 Kibit = 2 10 bit = bit 1 kbit = 10 3 bit = bit 1 KiB = 2 10 B = B 1 kb = 10 3 B = B 1 MiB = 2 20 B = B 1 MB = 10 6 B = B 1 GiB = 2 30 B = B 1 GB = 10 9 B = B Laboratorní informační systém (LIS) - Základy informačních technologií 12

13 Informace a informatika Při kódovaní informací z běžného jazyka do jazyka vhodného pro přenos samozřejmě může dojít i k deformaci informace, vzniku chyb nebo i ke ztrátě části informace. Stejná situace může nastat i při vlastním přenosu po informačních přenosových kanálech, kde se k přenášené informaci může připojit informační šum. K další deformaci informace pak může dojít na konci přenosového řetězce při případném převodu do formy srozumitelné příjemci informací. Laboratorní informační systém (LIS) - Základy informačních technologií 13

14 Historie vývoje počítačů Dnešní počítače jsou potomky mechanických soustav, které používali matematici ve starověkém Řecku a nazývali je abakus - tabulky z trvanlivějších materiálů rozdělené určitým počtem kolmých drážek, v nichž bylo možné posouvat jezdce (kaménky - calculy). Známé jsou také další mechanické pomůcky jako čínská a japonská kuličková počítadla. K prvním počítacím pomůckám minulého tisíciletí patřilo logaritmické pravítko z roku 1620, které bylo ještě donedávna naprosto nenahraditelné. Laboratorní informační systém (LIS) - Základy informačních technologií 14

15 Historie vývoje počítačů První mechanickou kalkulačku, která sloužila pouze k primitivním matematickým operacím jako je sčítání a odečítání, vynalezl v roce 1644 francouzský matematik a filozof Pascal. Pascalův stroj zdokonalil v roce 1671 německý filozof a matematik Leibnitz, jehož krokový kalkulátor dovedl navíc násobit a dělit a počítat druhou odmocninu. Laboratorní informační systém (LIS) - Základy informačních technologií 15

16 Historie vývoje počítačů Mechanické počítačky Leibnitzova typu byly vyráběny až do 70. let 20. století, kdy byly téměř přes noc nahrazeny kalkulačkami elektronickými. Koncem 30. let 20. století britský matematik Claude Shannon popsal ve své diplomové práci počítací stroj, jehož systém byl založen na principu jedniček a nul. Během druhé světové války vytvořil americký fyzik John W. Mauchly a inženýr John P. Eckert první elektronický počítač nazvaný ENIAC, z něhož vycházel při konstrukci počítače EDVAC americký matematik maďarského původu John Von Neumann. Jím navržená architektura počítače je prakticky platná dodnes. Laboratorní informační systém (LIS) - Základy informačních technologií 16

17 Generace počítačů Moderní věk počítačů dělíme na tzv. generace. Každá generace se vyznačuje především základním technologickým prvkem, ale je pro ni také charakteristický určitý způsob komunikace uživatele s počítačem. 1. generace - základem byly elektronky (cca ) v USA počítač ENIAC I - základní představitel počítačů této generace, řádově 100 operací/s; další představitelé - MARK-I (Německo, 1945), UNIVAC I (1951), resp. BECM (SSSR, 1956). 2. generace - na bázi tranzistorů (polovodičové triody) - jeden počítač obsahoval přibližně tranzistorů a prováděl řádově 10 5 operací/s; počítače firmy UNIVAC, počítač IBM 1401 a URAL I. 3. generace - IBM 360 (1963) - technickým základem byly integrované obvody - mezi nejúspěšnější výrobce patřily firmy IBM, ICL, UNIVAC a SIEMENS. Laboratorní informační systém (LIS) - Základy informačních technologií 17

18 Generace počítačů Počítače 3,5. generace, charakterizované tzv. integrovanými bloky (např. IBM 370) dosahovaly rychlosti 10 7 operací/s. U počítačů 4. generace (např. IBM 390) byly miniaturizovány jednotlivé součásti hardware počítačů a zvýšena rychlost na 10 9 operací/s. 5. generace počítačů v 80. letech 20. století využívá vysoce integrovaných obvodů (současné procesory mají až stovky milionů tranzistorů na ploše 1 cm 2 ) - výpočetní rychlost dosahuje operací/s. Prezentaci o historii výpočetní techniky s mnoha obrázky najdete na (popisky ve francouzštině). Laboratorní informační systém (LIS) - Základy informačních technologií 18

19 Generace počítačů U počítačů 1. generace probíhalo zpracování programů diskrétním způsobem, kdy byl do počítače zaveden vždy jeden program, který byl zpracováván až do konce a teprve potom se zavedl další, atd. Počítače 2. generace se poprvé setkáváme s operačním systémem, který zajišťoval dávkové zpracování programů 3. generace počítačů a vyšší už dokázaly rovnoměrně využívat pamět počítače, ve které mohlo být současně několik programů. Výpočetní technika 80. let 20. století pak umožňovala vývoj rozsáhlých programových systémů, pomocí kterých člověk řídil další zpracování dat už i v grafické formě. V posledním desetiletí je pak kladen stále větší důraz na zpracování textových, obrazových a zvukových informací, vytváření databází a celých expertních systémů - výpočetní technika jako nástroj ke komplexnímu zpracování, uchovávání a přenášení informací. Laboratorní informační systém (LIS) - Základy informačních technologií 19

20 Kategorie počítačů Z hlediska velikosti hardware počítače dělení na: Střediskové (sálové) počítače - největší výkonné počítače - umístěny ve výpočetních centrech, vyžadují klimatizované sály, jsou určeny k centralizovanému zpracování informací (různé simulace) - VŠCHT Pardubice měla své výpočetní středisko v Doubravicích - sálový počítač řady JSEP (Jednotný systém elektronických počítačů), používaný v zemích tehdejší RVHP. Minipočítače - menší nároky na umístění - snížená kapacita vnitřní i vnější paměti - měly převážně aplikační úlohu - boom v letech. 20. století - postupně zcela vytlačeny mikropočítači, dnes označovanými jako osobní počítače PC (Personal Computer). Laboratorní informační systém (LIS) - Základy informačních technologií 20

21 Kategorie počítačů Zmenšování velikostí jednotlivých komponent laptopy, notebooky (menší a lehčí než laptopy) až subnotebooky půdorys menší než formát A4, operační systém shodný se stolními PC. Další miniaturizace počítače do dlaně (Handheld PC), kapesní počítače (PocketPC) až po chytré telefony (SmartPhone) speciální operační systém, ovládání přes dotykovou obrazovku, méně výkonné komponenty. Ve svých počátcích měly osobní počítače velmi omezené kapacity pamětí i rychlosti výpočtů - dnes jsou PC bouřlivě se rozvíjející komerční komoditou a to hlavně díky možnosti zapojení PC do světových počítačových sítí, zejména sítě Internet. Laboratorní informační systém (LIS) - Základy informačních technologií 21

22 Kategorie počítačů ENIAC (1945) UNIVAC I (1951) Xerox Alto (1972) APPLE-I (1976) IBM PC/XT (1983) Laboratorní informační systém (LIS) - Základy informačních technologií 22

23 Kategorie počítačů laptop notebook handheld PC PocketPC SmartPhone Laboratorní informační systém (LIS) - Základy informačních technologií 23

24 Kategorie počítačů S mikropočítači úzce souvisí pojem mikroprocesor - což je vlastně jedna součástka (jeden integrovaný obvod), který tvoří srdce mikropočítače. První mikroprocesor vyvinula v roce 1971 americká firma Intel - jednalo se o 4bitový procesor 1. generace. 8 bitový mikroprocesor 2. generace Intel 8080 byl představen v roce srpen firma IBM představila první osobní počítač IBM PC s procesorem Intel 8088, vnitřní pamětí 128 kb, klávesnicí, černobílým monitorem, dvěma disketovými mechanikami 5¼ a tiskárnou. V roce 1983 jej firma rozšířila o velkokapacitní pevný disk, zvětšila vnitřní pamět (256 kb) a provedla několik drobných vylepšení - varianta s označením IBM PC/XT (Extended) - v Čechách se jim říkalo xtéčka. Laboratorní informační systém (LIS) - Základy informačních technologií 24

25 Kategorie počítačů V roce 1984 byl na trh uveden model počítače IBM PC/AT (Advanced Technology) s procesorem 3. generace Intel a větší operační pamětí (maximálně 4 MB) - v Čechách se jim říkalo átéčka. 32 bitový mikroprocesor Intel byl představen v roce následoval Intel 80486, který měl navíc vestavěný matematický koprocesor. Možnosti těchto procesorů se plně využilo až v nové řadě osobních počítačů IBM PS/2 (Personal System 2) v letech tyto počítače ovšem nezaznamenaly tak velký obchodní úspěch jako IBM PC. V roce 1989 firma Intel ukončila vývoj částečně 64 bitového mikroprocesoru 80860, který se později stal základem pro mikroprocesory Pentium - ty se v dalším vývoji označují stejným jménem - Pentium II, Pentium III a nejnověji Pentium 4 (rok 2000, 42 miliónů tranzistorů). Více o procesorech na historie počítačů do roku 1976 na Laboratorní informační systém (LIS) - Základy informačních technologií 25

26 Kategorie počítačů Pracovní frekvence prvního mikroprocesoru firmy Intel byla 108 khz, prozatím posledního procesoru Pentium 4 EE je 3,4 GHz. Procesor Datum uvedení Pracovní frekvence Výrobní proces Počet tranzistorů i4004 prosinec khz 10 µm 2300 Pentium 4 EE 2. ledna ,4 GHz 0,13 µm 178 milionů Laboratorní informační systém (LIS) - Základy informačních technologií 26

27 Kategorie počítačů Vzhledem k dostupnosti mikroprocesorů firmy Intel na trhu a pronikavému obchodnímu úspěchu počítačů IBM PC začala řada firem z různých zemí vyrábět vlastní počítače označované kompatibilní s IBM PC a prodávat je za výrazně nižší ceny než firma IBM. Tímto okamžikem zaplavily počítače doslova celý svět - několik firem: DELL, Hewlett-Packard, COMPAQ, DIGITAL, SIEMENS. ČSSR - ve 2. polovině 80. let 20. století vyrábělo JZD AK Slušovice osobní počítače TNS-XT a TNS-AT převážně ze zahraničních dílů. Počítače zůstávají od svých předchůdců z poloviny 20. století v podstatě téměř nezměněny - fungují na stejném principu, mění se jen jejich výkon a rychlost zpracovávaných operací. Laboratorní informační systém (LIS) - Základy informačních technologií 27