Základy informatiky 1 BIVŠ

Transkript

1 Základy informatiky 1 BIVŠ Doc.Ing.Vlastimil Jáneš,CSc - Fakulta dopravní ČVUT Praha janes@fd.cvut.cz Přednášky na webu:

2 Obsah Stručně o historii počítačů a informatiky Architektura počítačových systémů - procesory, graf. karta, sběrnice, adresace, paměti PC, řadiče, periferie, aj. Programové vybavení PC -počítačové programy a jazyky - office programy -operační systémy Počítačové sítě - architektura sítí, protokoly, www stránky Bezpečnost, autorská práva

3 Historie informatiky a počítačů Co budeme rozumět pojmem informatika? Informatika je věda o informacích a jejich zpracování. V současné době bývá často chápána jako věda o zpracování informací na počítačích, neboť se ke zpracování informací používá téměř výhradně výpočetní technika. Původní význam tohoto pojmu je však širší a zejména v dřívějších dobách nebyl omezen pouze na oblast počítačů. Primárně se informatika zabývá strukturou, správou, uchováváním, získáváním, šířením a přenosem informací.také studuje aplikaci informací v organizacích, jejich použití v komunikaci mezi lidmi, organizacemi a informačními systémy.

4 Historie informatiky a počítačů Do informatiky by mohly patřit asi tyto discipliny: teorie informace teorie automatů, formálních jazyků a gramatik kybernetika a robotika umělá inteligence počítačová simulace Ještě k terminologii: význam v různých jazycích Informatika anglicky - information science; počítačová věda computer science Informatika se zabývá zpracováním informací nejen na počítačích. studuje výpočetní a informační procesy z hlediska hardware i software v češtině též zkráceně informatika, avšak správněji počítačová věda.

5 Historie informatiky a počítačů Informační technologie (IT) anglicky: information technology - studují vše, co se týká zpracovávání různých úloh na počítačích, včetně architektur počítačových systémů aj. Název je odvozen od slova informace - počítače nepracují s ničím jiným, než s daty (tedy s informacemi). Teorie informací anglicky: information theory -je to věda spojující aplikovanou matematiku a elektrotechniku za účelem kvantitativního vyjádření informace.

6 Historie počítačů - první počítače První počítače v dnešním slova smyslu se začaly objevovat v průběhu 2. světové války a těsně po ní. Největší vliv na utváření představ, jak by počítače měly být konstruovány, měly týmy odborníků v USA, zejména na universitě v Pensylvánii. Mark 1 (Howard Aiken, elektronkový) ENIAC (J.Presper Eckert a J.Mauchly, 1945 elektronkový) MANIAC (John von Neumann, 1946 elektronkový) EDVAC (dokončen 1952 podle projektu J.von Neumanna v Bellových laboratořích, elektronkový) M1-1.počítač čs. dokončen ve VÚMS 1952, reléový

7 1. Československý počítač V roce 1957 byl dokončen 1. (resp.2.) Čs samočinný počítač nazvaný SAPO ve VÚMS Praha. Byl zkonstruován ze 7000 relé a 400 elektronek. Bylo použito magnetické bubnové paměti o kapacitě 1024 slov a slovo mělo délku 32 bitů (4kB). Pracoval s pohyblivou řádovou čárkou rychlostí 3 operací za sekundu. Instrukce byly pětiadresové. Samočinné opravoval nahodilé chyby ve výsledcích bez přerušeni výpočtu. Aritmetická jednotka byla trojnásobná a každá jednotka prováděla stejné aritmetické operace nezávisle na druhých. Obsahoval také tzv. prověřovací obvody v řadiči, které mohly kontrolovat svou vlastní činnost.

8 von Neumannova architektura Uchování celého programu v paměti počítače, v paměti, která se chová jako paměť s tzv. přímým přístupem. Program i data jsou ve své podstatě při zápisu do PC jedno a totéž. O jejich povaze rozhoduje pouze způsob, jakým je interpretuje ten, kdo s nimi pracuje operační paměť - jsou v ní data i celý program. Sekvenční způsob fungování počítače - instrukce se provádějí posloupně jedna za druhou, s výjimkou instrukcí skoků. Počítač by se neměl přizpůsobovat potřebám konkrétní aplikace svou vnitřní strukturou, ale pouze programem.

9 Architektura PC

10 Osobní počítače - Cenové a výkonové trendy PC Osobní počítače 80.léta osobní počítače, IBM PC XT, AT (1976) 90.léta přenosné počítače notebooky resp. laptopy Pokles cen a nárůst výkonu průvodní jevy vývoje nových technologií výrobců, především v oblasti VT fy Intel, AMD, Motorola aj. Poměr výkon/cena se zvětšil řádově krát stále se zvyšuje

11 Principy počítačů Základní jednotky informace Hardware, sofware Popis základních hw částí PC a jejich konstrukce Počítačové sítě - principy Internet, protokoly, www stránky Multimédia

12 Základní jednotky informace Jednotka základní informace - 1 bit určuje jednu ze dvou možností (je/není napětí) - tomu odpovídá dvouhodnotová logika 0,1 Je výrok pravdivý (true - 1) nebo není pravdivý(fals) Seskupování bitů -osm bitů = 1 Bajt (Byte)- slabika (jedna z 256 možností, tj 2 8 možností, 1B například jedno z 256 kódů znaků písmen) Používají se násobky bajtů (binárně chápáno) KB = 1024 bajtů (KiloBajt) MB = 1024 KB (MegaBajt) GB = 1024 MB (GigaBajt) TB = 1024 GB (TeraBajt)

13 Hardware a software Hardware chápeme jako technické vybavení hmatatelné,- různá provedení - běžná PC, notebooky, servery aj. Konkrétně jako např. monitor, klávesnice, myš, disk CD(DVD), pevný disk,scaner, flash paměť, atp. Software programové vybavení, které nelze uchopit obrázek na monitoru, dopis uložený na flash paměti, program na pevném disku, zvuk na CD resp. DVD, aj.

14 Základní části počítače základní jednotka motherboard grafická karta procesor sběrnice paměti hierarchie pamětí v PC řadiče control unit podle von Neumanna porty seriové, paralelní vstupní zařízení výstupní zařízení

15 Motherboard zákl. jednotka ; graf. karta Základní deska počítače - jsou na ni umístěny a vzájemně propojeny základní části počítače (procesor,alu, operační paměť, grafická karta, sběrnice, aj ) Grafická karta Grafická karta nebo také videoadaptér je součást počítače, která se stará o grafický výstup na monitor, TV obrazovku či jinou zobrazovací jednotku. Rozlišení (angl. resolution) monitoru nebo displeje je počet pixelů (nebo maximální rozlišení obrazu), které může být zobrazeno na obrazovce. Často se udává jako počet sloupců (horizontálně, X ), které se uvádí vždy jako první, a počet řádků (vertikálně, Y ). VGA 256 barev, nebo 16 barev, SVGA až 24bitová barevná hloubka, až

16 Grafická karta Barevná hloubka je termín používaný v počítačové grafice, který popisuje počet bitů použitých k popisu určité barvy nebo pixelu v bitmapovém obrázku nebo rámečku videa. Toto pojetí je také známé jako počet bitů na pixel, zejména je-li uvedeno spolu s počtem použitých pixelů. Větší barevná hloubka zvětšuje škálu různých barev a přirozeně také paměťovou náročnost obrázku či videa. Používané barevné hloubky 1bitová barva (21 = 2 barvy) také označováno jako Mono Color (nejpoužívanější je, že bit 0 = bílá a bit 1 = černá) 4bitová barva (24 = 16 barev) 8bitová barva (28 = 256 barev) 15bitová barva (215 = barev) také označováno jako Low Color 16bitová barva (216 = barev) také označováno jako High Color 24bitová barva (224 = barev) také označováno jako True Color

17 Grafická karta V současnosti jsou nejpoužívanější rozlišení (SVGA, Super VGA), (XGA/XVGA, extended), (SXGA Super extended Graphics Array), a (UXGA, Ultra-eXtended). Mnoho uživatelů, včetně uživatelů CADu a hráčů video her, používá rozlišení (UXGA, Ultra-eXtended) nebo vyšší, pokud mají odpovídající zařízení. Pokud je rozlišení obrazu vyšší než fyzické rozlišení obrazovky, mohou některé systémy využít virtuální obrazovku.

18 Grafická karta Integrované grafické karty, jsou takové karty, které jsou umístěny přímo na základní desce počítače. Nejsou moc výkonné, ale pro běžné používání počítače uživateli vystačují. Grafická karta - Grafické programy jsou závislé na rychlosti zobrazení. Tuto rychlost má na starosti právě grafická karta, jestliže je karta výkonnější, zvýší se výkon celého PC. Každá grafická karta umožní propojit do počítače monitor, dnes jsou ale možnosti větší. S video výstupem je možné počítač připojit na televizi nebo na video. Na LCD monitory je digitální výstup. Výkon grafické karty -určuje se maximálním možným vykreslením bodů nebo polygonů. Běžná grafická karta je schopna zobrazit 100 mil. bodů a 1,5 mld. polygonů za sekundu.

19 Procesor Procesor je srdcem každého počítače, je to zařízení, které řídí veškerou činnost PC (řadič, aritmeticko-logická jednotka) Existuje celá řada výrobců procesorů Intel, Motorola, AMD, Signetics, Texas Instrument aj. V PC se dnes hlavně uplatňují procesory fy Intel: 4 bitový procesor 4004 začátek 70- tých let 8 bitový procesor bitové procesory: 80486, Pentium I, II, III, 4 x, Pentium Pro,. Taktovací frekvence dnešních procesorů se pohybuje mezi 2 až 4 GHz. Téměř všechny procesory potřebují odvádět teplo, které se na vlastním čipu uvolňuje a zahřívá jej. To se řeší : a) pasivním odváděním tepla tedy použije se chladící, dobře tepelně vodivá kovová destička b) aktivním větráčkem, který zajistí cirkulaci vzduchu - dnes nejčastější řešení c) vodní chlazení nebo jinými tekutinami

20 Přehled procesorů Intel

21 Procesory Intel Zvyšování výkonu znásobováním procesů(jako jádra)! Čtyřjádrové procesory Intel už i pro stolní počítače Procesor Intel Core 2 Quad přináší do PC čtyři jádra, a tím i strhující rychlost práce a odezvy ve stále náročnějším prostředí moderních multimediálních aplikací. Intel dále představil dva čtyřjádrové procesory pro základní servery. Zmíněné produkty vychází z řady dvoujádrových procesorů Intel Core 2 Duo a čtyřjádrových procesorů Intel Core 2 Q

22 Struktura programu Rozhodovací instrukce: Provádí se testování podmínek dochází tím k větvení programu z = n?

23 Struktura instrukce 1 Instrukce = příkaz pro PC, co se má vykonat Musí nebo může obsahovat následující informace: 1. co se má provést - tj. jaká operace 2. s čím se to má provést (s jakými operandy) a kam se má uložit výsledek 3. kde se má pokračovat - adresa následující instrukce Tyto informace mohou být obsaženy: explicitně v instrukci - jako např. v počítači SAPO, tj. v pěti adresové instrukci

24 Struktura instrukce 2 dané informace jsou v instrukci obsaženy zčásti a zčásti mohou být určeny implicitně architekturou procesoru, jako např.: ad 1) operační znak OZ - v instrukci ad 2) adresová část instrukce ad 3) von Neumannova koncepce adresa pokračovací instrukce je zachycerna na následující adrese v čítači instrukcí Operační kód = soubor instrukcí!

25 Struktura instrukce 3 3 adresová instrukce : - instrukce je poměrně dlouhá je to nejpřirozenější struktura : 2 operandy + výsledek např. : a 1 - a 2 a 3 2 adresová instrukce dnešní PC: výsledek se může ukládat na místo 1. operandu na př. : a 1 - a 2 a 1

26 Programovací jazyky

27 Assembler - JSI Intel Skupiny instrukcí: přesuny dat MOV, IN, OUT, PUSH, POP, CLI.. aritmetické instrukce - ADD, SUB, INC, MUL, logické instrukce AND, OR, XOR, posuvy v registrech SHL, SHR, RCL, RCR, instrukce skoku JMP, JC, JNC, JZ,. cykly - LOOP, LOOPZ, skok do podprogramu - CALL name; RET návrat instrukce přerušení INT n, IRET, pseudoinstrukce např. deklarace proměnných, aj. DB, DW, apod. instrukce pro práci s řetězci makroinstrukce

28 Sběrnice v počítači Sběrnice je skupina vodičů, které mají speciální funkci a spojují jednotlivé součásti počítače. Sběrnice zajišťuje komunikaci a propojení procesoru s ostatními částmi počítače nebo s jinými počítači. V současné době existuje v počítačovém systému několik druhů sběrnic systémová, lokální systémová, V/V sběrnice, vnější sběrnice a komunikační sběrnice (síťová).

29 Systém sběrnic v počítači 1. a 2. - lokální sběrnice systémová 3. lokální sb. systémová 4. V/V sběrnice 5. specializovaná sb. vnější 6. komunikační sběrnice

30 Přidělování sběrnice PS - přidělovač sběrnice, P1,P2 procesory VV1, VV2 vstupně/výstupní zařízení, HP1,HP2 - moduly hlavní paměti

31 Paměťový systém počítače Paměť je důležitou součástí počítače, procesor si s ní neustále vyměňuje data. Vnitřní paměť = operační paměť (umístěná na motherboard, komunikuje přímo s procesorem) Vnější paměť diskovépaměti, flash aj. Vnitřní paměti jinak ROM Read Only Memory, resp EEPROM v současné době různé typy Flash pamětí. Jsou v ní nahrány základní programy pro spuštění a otestování počítače a nahrání operačního systému do hlavní paměti, po vypnutí počítače se nenuluje. Jsou v ní též další inicializační programy při zapnutí počítače. RAM Random Access Memory Je to hlavní paměť a je energeticky závislá (volativní), tj. po vypnutí napájení se obsah paměti ztratí. Vyrovnávací paměť cash

32 Organizace paměťového systému Hierarchie paměťového systému - Je několika úrovňové uspořádání pamětí různých velikostí s různou přístupovou dobou. Cílem je dosáhnout výhodného poměru výkonnosti a ceny paměťových modulů. Cena paměti je přímo úměrná kapacitě a přibližně nepřímo úměrná době přístupu. Paměťová hierarchie: Typ paměti Typická realizace Doba přístupu Kapacita Registry klopné obvody jednotky ns desítky stovky B Vyrovnávací pam. (cache)statická RAM ns stovky kb jedn.mb Hlavní paměť dynamická RAM ns stovky MB jedn.gb Vnitřní paměť ROM permanentní pam ns stovky kb jedn. MB Vnější paměť pevný magn.disk 4 10 ms desítky GB stovky GB Záložní paměti optické disky CD,DVD 40 ms 500ms 600MB až 17GB magnet. páska stovky ms xs stovky GB desítky TB Hierarchické uspořádání pamětí řeší konflikty mezi požadavky na rychlost a na její kapacitu.

33 Typy pamětí v PC 1. Podle způsobu použití - vnitřní - operační (hlavní) paměť RAM, cache, EPROM, - vnější - disková paměť (HD), CD ROM, DVD, flash, aj. 2. Podle fyzikálního principu - polovodičové - magnetické - optické 3. Podle způsobu výběru datových položek - s adresovým výběrem (adresové) RAM,... - s postupným výběrem (sériové) magn. páska,... - asociativní paměti výběr podle obsahu uložené informace při použití tzv. klíče v paměti cache - zásobník - LIFO - fronta - FIFO

34 Rozdělení pamětí v PC 4. Podle možnosti a způsobu změny uložené informace - Paměti pro čtení a zápis - RWM, RAM (SRAM, DRAM - statické a dynamické) - paměti RAM jsou energeticky závislé (volativní). Uložená informace zanikne po vypnutí napájení. 4. Paměti permanentní a semipermanentní - jsou určeny jen pro čtení - obsah je tvořen při výrobě ROM - je možné jednorázové naprogramovaní PROM - u pamětí semipermanentních lze obsah vymazat a přeprogramovat - EPROM, EEPROM Paměti permanentní a semipermanentní jsou energeticky nezávislé. Informace zůstane uložena i po vypnutí napájení dokud není přepsána a při zapnutí napájení znovu čitelná.

35 Virtuální paměť v PC - 1 Proč je třeba vytvářet v PC virtuální paměť? ani v současné době kapacita operační paměti neumožňuje mít celé programy v operační paměti týkáse to přímo i operačního sytému Windows nebo jiných typů programů i prostorů pro data Virtuální paměť tedy umožňuje: realizovat jeden nebo i více logických (virtuálních) adresových prostorů, z nichž každý může být větší než je skutečná kapacita hlavní paměti, která tvoří tzv. fyzický adresový prostor. Logické adresové prostory jsou realizovány ve vnějších pamětech, konkrétně na pevných discích(hd). Části programu a položky dat jsou automaticky přesouvány do hlavní paměti, pakliže procesor k nim vyžaduje přístup.

36 Virtuální paměť v PC - 2 Virtuální paměť umožňuje úsporné využití hlavní paměti a to tím způsobem, že jsou v ní přítomny jen ty části programu a dat, se kterými procesor právě potřebuje pracovat. umožňuje přemísťování částí programu v hlavní paměti aniž by bylo třeba je překládat překladačem. umožňuje vzájemnou ochranu jednotlivých programů v paměti a ochranu dat před neoprávněným přístupem a modifikací. v režimu virtuální paměti pracuje program vždy s logickými adresami (virtuálními) adresami. Hlavní paměť se adresuje fyzickými adresami. Překlad logických adres na fyzické zajišťuje tzv. virtuální paměti! mechanismus

37 Virtuální paměť v PC - 3 Stránkování virtuální paměti Logický adresový prostor je rozdělen na úseky pevné délky, které nazýváme stránky nebo také logické stránky (velikost 4 kb). Fyzický adresový prostor musí být též rozdělen na stejně velké úseky, které jsou nazývány stránkové rámce nebo také fyzické stránky. Data nebo úseky programů se přesouvají do hlavní paměti po jednotlivých stránkách tehdy, jsou-li v průběhu výpočtu požadována a pokud se již příslušná stránka v hlavní paměti nenachází. Stránkovací mechanismus pracuje s datovou strukturou tabulkou stránek, která je uložena v hlavní paměti. Každá stránce odpovídá jedna položka v tabulce stránek. Ta obsahuje informaci o tom, zda se kopie příslušné stránky nachází v hlavní paměti a pokud ano, tak ve kterém stránkovém rámci.

38 Cache paměť Cache paměť je rychlá vyrovnávací paměť (stovky kb až několik MB), která se zařazuje mezi procesor a hlavní paměť. Současně se realizují dva typy L1, L2 obsahuje kopie nejčastěji používaných položek z hlavní paměti realizuje se jako asociativní paměť, tedy paměť adresovaná obsahem a liší se tedy od adresovatelné paměti RAM adresuje se částí datové položky, která se má vyhledat tzv. klíčem. Místo adresového dekodéru má tzv. adresář.

39 Cache paměť 2 - princip

40 Cache paměť 3 - princip Vyrovnávací paměť procesoru bývá dnes dvojstupňová. Část paměti o malé kapacitě je přímo součástí procesoru a je stejně rychlá, jako vlastní procesor (značí se L1). Další paměť, pomalejší, ale s větší kapacitou, je mezi procesorem a operační pamětí, dnes se již umisťuje do pouzdra s procesorem (značí se L2). Protože cena paměti stoupá s její rychlostí (a samozřejmě s kapacitou), je možné tímto uspořádáním najít kompromis mezi cenou a rychlostí.

41 Vnější paměti jsou podstatně pomalejší než paměť vnitřní. Po vypnutí se obsah zachová, proto slouží k trvalejšímu ukládání dat nebo k zálohování nebo jsou používány k instalaci hw i programů Typy vnějších pamětí: pevný disk (harddisk) pružný disk dnes prakticky nepoužívaný optické disky (např. CD ROM, DVD) flash paměť (téžpřenositelná) - flash disk

42 Konstrukce diskové paměti Poznámka: Délka stop je různá, ale počet zaznamenaných bitů ve stopě je konstantní - to zn. že hustota záznamu je na vnitřních stopách větší. Jinak tomu je u optických pamětí, kde stopa má tvar spirály a sektor má stejnou délku na všech průměrech.

43 Konstrukce diskové paměti

44 HD - formát záznamu na stopě příklad záznamu začátek stopy - indexová značka (zářez) Mezery slouží k čítání sektorů a jejich nalezení na stopě adresová část: adresa stopy (válce), číslo hlavy, adresa náhradní stopy

45 Optické paměti (CD) Typy optických disků: CD-ROM - optické disky s kapacitou 650 MB, které nelze přepisovat. Princip ani formát záznamu se neliší od zvukových CD. Rychlost CD mechanik se udává v násobcích rychlosti 150KB/s. Použití dnes instalační CD. CD-R - (Recordable) - CD disky, na které lze zapisovat. Jednou zapsaná data již nemohou být přepsána. CD-RW - (ReWriteable) - CD disky, na které lze zapisovat a lze i přepisovat starší data novými. DVD - (Digital Versatile Disc) - optický disk s vysokou hustotou záznamu. Podle počtu povrchů a vrstev rozdělujeme DVD na 4 typy viz další tabulka

46 Optické paměti (CD) Označení Počet stran Počet vrstev Celková kapacita DVD ,7 GB DVD ,5 GB DVD ,4 Gb DVD GB DVD : generace disků využívaná zejména pro video záznamy a multimediální aplikace Průměr disků: - 12 cm - kapacita 4,7 GB - 8 cm - kapacita 1,4 GB DVD - tloušťka disku je poloviční, ve srovnání s klasickými CD - používá dvoustranného záznamu - používá laser s kratší vlnovou délkou

47 Optické paměti (CD) Princip optického záznamu: čtecí hlava vyšle laserový paprsek a přijme paprsek odražený, který sebou nese informaci o tom, čím prošel záznamovou vrstvou Záznam informace: vytvoření prohlubní (děr) a ostrůvků: vylisováním... CD ROM odpařením - laserem s vyšší intenzitou... WORM změnou krystalické struktury... CD R materiál : - polykarbonátový substrát plus kovová vrstva a ochr. lak - nejnověji se používá organických materiálů zahřátím laserem se stávají průhledné nebo neprůhledné

48 Řadič počítače Na řadič jsou možné dva pohledy: řadič je řídící jednotka v užším slova smyslu (podle koncepce von Neumanna control unit) řadič je řídící jednotka všeobecně v širším slova smyslu např. řadič tiskárny, řadič ALU, řadič pro komunikaci apod. takový je nazývá - controller)

49 Struktura řadiče počítače control unit Příklad řadiče počítače : Instrukce = 1 slovo (pojaté obecně, např. 32 bitů. Šířka datové sběrnice 1 slovo PC - programový čítač RI - registr instrukcí DOZ - dekodér operačního znaku JŘ -jádro řadiče SP - ukazatel zásobníku AJ - aritmetická jednotka

50 Vstupní zařízení zajišťují základní komunikaci mezi počítačem a člověkem. klávesnice myš scanner digitální fotoaparát modem aj.

51 Výstupní zařízení převádí elektronickou podobu dat do podoby srozumitelné člověku. monitor, tiskárna, plotter, tablet, datové projektory, modem, aj.

52 Porty Jsou to speciální zásuvky (konektory), do kterých se připojují kabely vstupních a výstupních zařízení. sériové - 9 kolíčků, v daném okamžiku se přenáší pouze jeden bit, připojení např. myši, modemu) paralelní - 25 kolíčků, v daném okamžiku se přenáší obvykle 8 bitů, připojení např. tiskárny, plotteru PS2 pro myš, klávesnici USB jedná se o rychlý sériový port - pro myš a různá externí zařízení, možnost napájení externího zařízení (viz použití paměti flash) Klasický sériový port s označením COM1, COM2 myš, modem a pod. Paralelní port (LPT) pro tiskárnu nebo jiná zař. Gameport pro herní zařízení

53 Modem Modem je zařízení, které slouží k propojení počítačů po telefonních linkách nebo po vzdušných kanálech - WIFI. Jedná se o zkratku ze slov MOdulátor a DEModulátor. Převádí digitální informaci na analogový signál, který je přenášen po telefonní lince, kde ji druhý modem převede zpět na digitální informaci. Dnes se hodně využívá rychlých a spolehlivých digitálních přenosů systémem ADSL.

54 Tiskárny Důležité vlastnosti tiskáren: rychlost, kvalita tisku, rozměry, spolehlivost, obsluha a servis Cena: pořizovací cena, cenové nároky na provoz, tj. cena papíru, toneru, servis,.. Typy tiskáren: bodová (resp. jehličková nebo mozaiková) typový znak je složen z bodů, např. 7x5; čím více bodů, tím je tisk kvalitnější úderová (resp. obrysová) el. psací stroj řádkové tiskárny - řetězové, válcové, kde typový řetěz nebo válec tiskne celé řádky najednou laserové jedná se o nepřímý elektrostatický princip tisku; je rychlý a velice kvalitní. Pro tisk se využívá laserového paprsku.

55 Tiskárny - ukázky tryskové (resp. inkoustové) tiskárny princip je založen na elektrostatickém vychylování dráhy kapiček inkoustu nebo typy jsou tvořeny rastrově. Tisk i barevný je kvalitní. tepelné tisk se provádí na tepelně citlivý papír nevýhodné! elektrostatické tisk se též provádí na speciální elektrostatický papír

56 Architektura RISC RISC Reduced Instruction Set Computers počítače s redukovaným souborem instrukcí dnes velice se rozšiřující architektura. Týká se především realizace procesorů na čipu. Protipól RISC architektury CISC architektura: Počítače typu CISC Complex Instruction Set Computers mívají 500 až 700 instrukcí. Je dnes ještě hojně užívaná

57 Architektura RISC Charakteristické rysy RISC : Poměrně malý počet instrukcí - < 100 a velmi jednoduchých Velmi krátká doba provedení instrukce vždy v jednom strojovém cyklu Délka (počet bitů) všech instrukcí je stejná 1 slovo Proudové zpracování instrukcí paralelní překrývání při zpracování Malý počet typů adresování - < 4 Velký počet registrů desítky až stovky registrů Komunikace s hlavní pamětí : pouze instrukcemi přesun Aplikace RISC u firem: IBM Power PC, Microelectronics Sparc, aj. RISC architektura je nazývána architekturou orientovanou na registry

58 Operační systémy OS je nejdůležitější a základní systémové programové vybavení počítačů zprostředkovává komunikaci mezi uživatelem a počítačem, řídí zpracování všech úloh, spravuje data, hlídá bezpečnost systému, zajišťuje komunikaci s připojenými periferními zařízeními, tj. obsahuje ovladače pro komunikaci s periferními zařízeními Rozvíjí se aplikace víceprocesorových systémů s paralelním zpracováním úloh - např. počítačové clustery

59 Operační systémy Jak vyplývá z předchozích poznámek je základní funkcí OS správa prostředků výpočetního systému. Je možné funkci rozdělit do následujících úloh: správa uživatelů OS vedení databáze uživatelů s jejich hesly, přístupovými právy, monitorováním jejich relací a pod. správa úloh plánování neinteraktivních úloh, která úloha a kdy má být spuštěna správa procesů vytváření a rušení jednotlivých procesů, přidělování CPU procesům podle priorit, zajišťování komunikace a synchronizace mezi procesy

60 Operační systém a jeho funkce správa periferních zařízení poskytování abstraktního přístupu k periferiím, vytváření virtuálních periferií, ošetřování přerušení od zařízení, řešení chyb vzniklých na zařízení, správa vyrovnávacích pamětí správa paměti přidělování fyzické paměti jednotlivým úlohám, stránkování, segmentace, odkládání vnitřní paměti na disk řešení spolehlivosti monitorování chyb vzniklých na systému, zotavení z chybových stavů, odstavení porouchaných částí a jejich automatická náhrada záložními prostředky, aut. restart systému

61 Jádro operačního systému - BIOS

62 Operační systémy - BIOS BIOS Basic Input Output System Po zapnutí počítače provádí BIOS tyto základní kroky: - nastaví konfiguraci počítače z CMOS nebo flash paměti, - provede autonomní test počítače (Power On Self Text, Post), - inicializaci komponentů, - v konečné fázi spouští operační systém. BIOS má několik vrstev Jedna vrstva BIOSu je v paměti ROM, která nelze přepisovat, slouží pouze na čtení. Zde jsou informace, které musí být k dispozici ihned po startu počítače, informace pro základní používání komponent. Systém si tak dokáže detekovat např. CD mechaniku, typ pamětí a druh procesoru. Druhou vrstvu tvoří čip s názvem CMOS, zde se ukládají jednotlivá nastavení, které se provádí v menu BIOSu. Třetí vrstva jsou ovladače, které se zavádějí v průběhu spouštění operačního systému.

63 Operační systémy MS DOS textové uživatelské rozhraní dnes již téměř nepoužívaný OS MS Windows 3.1 nebo 3.11 multitasking MS Windows NT - multitasking MS Windows 95, 98, 2003, XP - multitasking MS Vista, resp. Windows 2007 Unix textové uživatelské rozhraní, multitasking, multiuser Mac OS (Apple) multitasking Linux multitasking, dnes se více rozšiřuje Solaris aj.

64 Programy, aplikace Program o programu a jazycích byla zmínka Algoritmus zapsaný ve formě srozumitelné počítači viz vývojový diagram Říká počítači, co má dělat Kancelářské aplikace ( balíky ) Office MS sw Aplikační SW - IS, CAD, reservační systémy letenek a jízdenek, bankovní sw, apod Multimediální aplikace - Multimédia v sobě spojují informace uložené ve zvukových, grafických a textových souborech, či videosouborech nebo animacích. Umožňují názorněji zprostředkovat více znalostí a vědomostí než psaný text.

65 Počítačové sítě Zapojení počítačů či jiných zařízení tak, aby byl umožněn vzájemný přenos a sdílení dat po telefonních linkách nebo radiových kanálech Druhy sítí podle velikosti: LAN (lokální - Local Area Network) WAN (globální - Wide Area Network) MAN (tvoří základ páteřní sítě - Metropolitan Area Network) Internet Druhy sítí podle topologie: sběrnicová síť (připojení na společnou sběrnici) hvězdicová síť (připojení na společné zařízení) kruhová síť (propojení do kruhu) Polygonální kombinované

66 Počítačové sítě -1 Zapojení počítačů či jiných zařízení tak, aby byl umožněn přenos a sdílení dat Důvody zavádění: sdílení dat sdílení prostředků komunikace Pro práci v sítí je zapotřebí na pevných linkách kabelový rozvod síťové kabely síťová karta (funguje jako rozhraní mezi počítačem a kabely) síťový operační systém dnes je již zabudovaný v OS a je jen potřeba jej nastavit s příslušnými parametry Jiná situace je u sítí bezdrátových radiorélové spoje WIFI sítě

67 Počítačové sítě -2 Terminálová síť -předchůdce počítačových sítí - jde o množinu terminálů připojených k hostitelskému počítači (střediskový) způsob spolupráce: centralistický Počítačová síť : - je to množina vzájemně propojených autonomních počítačů - způsob spolupráce: klient server, ev. peer to peer - autonomní počítače si mohou poskytovat vzájemné služby: klient jako žadatel a příjemce služby(charakter aplikační úlohy spuštění na žádost uživatele) server vykonavatel služby (charakter systémové úlohy spuštění operačním systémem) Př.: file server, print server, atd.

68 Počítačové sítě - 3a síť peer to peer Je to síť vytvořená bez centrálního serveru. Vtomto zapojení mohou byt všechny počítače jako server anebo pracovní stanice, podle potřeb uživatele. Toto zapojení se využívá najmě na zapojení sítí s malým počtem počítačů. Při tomto zapojení se nevyžaduje správce sítě. Každý uživatel si spravuje svoji pracovní stanici sám. Každá stanice může sdílet svoje libovolné určené programy anebo zdroje ostatním stanicím a zároveň vystupuje i jako příjemce jednotlivých nabízených sdílených programů anebo zdrojů od ostatních stanic. Uživatel se sám rozhoduje, které jednotlivé položky nabídne na sdílení ostatním pracovním stanicím, jaké pravomoci poskytne jednotlivým uživatelům a které neposkytne na sdílení žádnému uživateli. Všechny stanice jsou si v tomto zapojení rovné, podle čeho bylo pojmenované zapojení Peer-topeer Rovný s rovným. Toto zapojení je charakteristické hlavně svojí jednoduchostí.

69 Počítačové sítě -4a Přidělování sdíleného media a) Nedeterministické přidělování např. v síti typu Ethernet

70 Počítačové sítě -5 Protokol TCP/IP Transmission Control Protocol vytváří virtuální okruh mezi koncovými aplikacemi, tedy spolehlivý přenos dat. Celý význam slova TCP/IP je Transmission Control Protocol/Internet Protocol ( Česky primární transportní protokol - TCP/protokol síťové vrstvy - IP) Vlastnosti protokolu: Spolehlivá transportní služba, doručí adresátovi všechna data bez ztráty a ve správném pořadí. Služba se spojením, má fáze navázání spojení, přenos dat a ukončení spojení. Transparentní přenos libovolných dat. Plně duplexní spojení, současný obousměrný přenos dat. Rozlišování aplikací pomocí portů.

71 Počítačové sítě 6 Vzhledem ke složitosti problémů je síťová komunikace rozdělena do tzv. vrstev, které znázorňují hierarchii činností. Výměna informací mezi vrstvami je přesně definována. Každá vrstva využívá služeb vrstvy nižší a poskytuje své služby vrstvě vyšší. Komunikace mezi stejnými vrstvami dvou různých systémů je řízena komunikačním protokolem za použití spojení vytvořeného sousední nižší vrstvou. Architektura umožňuje výměnu protokolů jedné vrstvy bez dopadu na ostatní. Příkladem může být možnost komunikace po různých fyzických médiích - ethernet, token ring, sériová linka. Architektura TCP/IP je členěna do čtyř vrstev (narozdíl od referenčního modelu OSI - Open Systems Interconnection, propojení otevřených systémů - se sedmi vrstvami) : aplikační vrstva (application layer) transportní vrstva (transport layer) síťová vrstva (network layer) vrstva síťového rozhraní (network interface)

72 Počítačové sítě -8 Vrstva síťového rozhraní Nejnižší vrstva umožňuje přístup k fyzickému přenosovému médiu. Je specifická pro každou síť v závislosti na její implementaci. Příklady sítí: Ethernet, Token ring, FDDI, X.25, SMDS. Síťová vrstva Vrstva zajišťuje především síťovou adresaci, směrování a předávání datagramů. Protokoly: IP, ARP, RARP, ICMP, IGMP, IGRP, IPSEC. Je implementována ve všech prvcích sítě - směrovačích i koncových zařízeních. Transportní vrstva Transportní vrstva je implementována až v koncových zařízeních (počítačích) a umožňuje proto přizpůsobit chování sítě potřebám aplikace. Poskytuje spojované (protokol TCP, spolehlivý) či nespojované (UDP, nespolehlivý) transportní služby. Aplikační vrstva Vrstva aplikací - jsou programy (procesy), které využívají přenosu dat po síti ke konkrétním službám pro uživatele. Příklady: Telnet, FTP, HTTP, DHCP, DNS.

73 Počítačové sítě -9 Internet Protocol je základní protokol síťové vrstvy a celého Internetu. Provádí vysílání datagramů na základě síťových IP adres obsažených v jejich záhlaví. Poskytuje vyšším vrstvám síťovou službu bez spojení. Každý datagram je samostatná datová jednotka, která obsahuje všechny potřebné údaje o adresátovi i odesilateli a pořadovém čísle datagramu ve zprávě. Datagramy putují sítí nezávisle na sobě a pořadí jejich doručení nemusí odpovídat pořadí ve zprávě. Doručení datagramu není zaručeno, spolehlivost musí zajistit vyšší vrstvy (TCP, aplikace). V současné době je převážně používán protokol IP verze 4. Je připravena nová verze 6, která řeší nedostatek adres v IPv4, bezpečnostní problémy a vylepšuje další vlastnosti protokolu IP. IPv4 - Internet protokol verze 4-32 bitové adresy cca 4 miliardy různých IP adres, dnes je to nedostačující

74 Počítačové sítě - Struktura rámce /paketu

75 Přínos počítačových sítí a) Prostředek pro komunikaci mezi účastníky sítě - aplikace komunikace(spolupráce) klient server v síti INTERNET: , ftp(file transfer protocol), spojení se vzdáleným počítačem, ping zjištění funkčnosti vzdáleného systému, finger zjištění uživatelů vzdáleného systému, talk interaktivní spojení mezi vzdálenými uživateli. - Nejpoužívanější služba: WWW (World Wide Web) b) Sdílení nákladných prostředků velkokapacitní diskové paměti, tiskárny, aj. c) Zajištění spolehlivosti zálohování např. v bankovnictví, v letectví, v armádě, aj. d) Paralelní výpočetní prostředek (nový pohled): -volně vázané počítače, které komunikují pomocí výměny zpráv, např. Parallel Virtual Machine

76 Počítačové sítě rozsáhlé sítě I Při použití optických kabelů se opakovače (R) dávají ve větších vzdálenostech, neboť mají podstatně menší útlum (jsou to desítky km)- - Složitější propojovací prvky : mosty, přepínače (bridge, switch) dovolují rozdělit síť na disjunktní kolizní domény rámce z jedné domény nejsou zbytečně přenášeny do jiné domény Umožňují transformaci rámců mezi sítěmi různého typu důsledky : zvýšení průchodnosti, izolace vůči poruchám

77 Počítačové sítě propojování sítí II Heterogenní rozsáhlé sítě

78 INTERNET, WWW Internet Celosvětová síť navzájem propojených počítačů architektura dále Poskytuje různé služby , WWW, FTP, WWW - World Wide Web využívá grafické uživatelské rozhraní a hypertextové odkazy k prohlížení stránek využíváme prohlížeč ( browser browsing Internet = brouzdání po síti). Seznam, atlas, coogle,yahoo, slovníky,

79 Internet síť I

80 Internet síť II Interner 2 autonomní oblast např. ČR

81 Využití počítačů Využití počítačů v bankách Využití počítačů v komerční sféře Využití počítačů v průmyslu Využití počítačů v letectví Využití počítače v domácnosti aj.

82 Využití počítačů v bankách vedení účtů klientů banky Zabezpečovací systémy Kryptografické systémy Korespondence s klienty Kartové systémy Bankomatový software aj.

83 Využití počítačů v průmyslu Automatické výrobní linky Návrhářství na počítači (Computer Aided Design, CAM, CAI, apod.) Informační systémy - podnikové aj.

84 Bezpečnost, autorská práva a zákony

85 Bezpečnost - oblasti nebezpečí zneužití informací neoprávněnou osobou -hackři poškození a ztráta informací nedostupnost informací pro oprávněnou osobu Příklady problémů Nehoda - voda, klimatizace Omyl uživatele Výpadek napájení Hacker Viry

86 Opatření zvyšující zabezpečení počítače zálohování řešení možností přístupu UPS nepřerušitelný zdroj napájení náhradní zdroje antivirové programy Neoprávněný přístup a ochrana heslem zevnitř zvenčí = hackři hned po zapnutí před započetím práce se SW přístup k souborům přes heslo

87 Viry Vir je program, který může infikovat jiný program takovým způsobem, že se stává prostředkem pro další aktivaci viru. Je schopen připojovat se k jiným programům a z nich se bez vědomí uživatele šířit. Infikace zvenčí - Internet dnes nejrozšířenější Makroviry - nenapadají programy, ale dokumenty. Využívají pokročilých aplikacích, které umožňují vytvářet makra = podprogramy vykonávané přímo danou aplikací.

88 Antivirová ochrana Na vyhledávání a odstraňování virů existují různé antivirové programy - AVASTxx, AVGxx, Norton antivir, NODxx, ESET Smart aj. K velmi užitečné kontrole patří tzv. rezidentní antivirové programy. Rezidentní antivirový program se spouští ihned po startu počítače a neustále pracuje v operační paměti a kontroluje akce prováděné systémem.

89 Autorská práva Programy podle licenční politiky: public domain freeware shareware komerční software multilicence