01 Úvod do informatiky

Podobné dokumenty
Základy informatiky. Úvod do informatiky. Daniela Szturcová Část převzata z přednášky P. Děrgela

Základy informatiky. 01 Úvod do informatiky. Kačmařík/Szturcová/Děrgel/Rapant

Teorie informace Obsah. Kybernetika. Radim Farana Podklady pro výuku

Teorie informace Obsah. Kybernetika. Radim Farana Podklady pro výuku

Základní jednotky používané ve výpočetní technice

Automatizační technika. Obsah

Číselné vyjádření hodnoty. Kolik váží hrouda zlata?

ČÍSELNÉ SOUSTAVY PŘEVODY

Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, Vysoké Mýto

Architektura počítačů

ČÍSELNÉ SOUSTAVY. Číselnou soustavu, která pro reprezentaci čísel využívá pouze dvou číslic, nazýváme soustavou dvojkovou nebo binární.

Informační a komunikační technologie

1. Základy teorie přenosu informací

Hardware - komponenty počítačů Von Neumannova koncepce počítače. Von Neumannova koncepce počítače

Číselné soustavy v mikroprocesorové technice Mikroprocesorová technika a embedded systémy

Fz =a z + a z +...+a z +a z =

Kódováni dat. Kódy používané pro strojové operace

C2115 Praktický úvod do superpočítání

Číslo materiálu. Datum tvorby Srpen 2012

Číselné soustavy. Ve světě počítačů se využívají tři základní soustavy:

PRINCIPY POČÍTAČŮ. Schopnost logického uvažování a rešeršní práce v prostředí Internetu.

VÝUKOVÝ MATERIÁL. 3. ročník učebního oboru Elektrikář Přílohy. bez příloh. Identifikační údaje školy

Základy informatiky a teorie informace

Formální konceptuální analýza

Struktura a architektura počítačů (BI-SAP) 5

1 Paměť a číselné soustavy

Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, Vysoké Mýto

Základní pojmy. Program: Algoritmus zapsaný v programovacím jazyce, který řeší nějaký konkrétní úkol. Jedná se o posloupnost instrukcí.

3 Jednoduché datové typy Interpretace čísel v paměti počítače Problémy s matematickými operacemi 5

Pokud není uvedeno jinak, uvedený materiál je z vlastních zdrojů autora

Číselné soustavy. Jedná se o způsob reprezentace čísel.

Seznam témat z předmětu ELEKTRONIKA. povinná zkouška pro obor: L/01 Mechanik elektrotechnik. školní rok 2018/2019

Aplikovaná informatika. Podklady předmětu Aplikovaná informatika pro akademický rok 2013/2014 Radim Farana. Obsah. Kybernetika

Technická kybernetika. Obsah. Principy zobrazení, sběru a uchování dat. Měřicí řetězec. Principy zobrazení, sběru a uchování dat

Binární logika Osnova kurzu

Pohled do nitra mikroprocesoru Josef Horálek

Výukový materiál zpracovaný v rámci projektu Výuka moderně Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/

Úvod do teorie informace

ISU Cvičení 1. Marta Čudová

MATA Př 3. Číselné soustavy. Desítková soustava (dekadická) základ 10, číslice 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.

Architektura počítačů Logické obvody

Paměti cache. Cache může být realizována softwarově nebo hardwarově.

Profilová část maturitní zkoušky 2014/2015

Architektury počítačů a procesorů

Číselné soustavy a převody mezi nimi

Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, Vysoké Mýto

Základní komunikační řetězec

Sběrnicová struktura PC Procesory PC funkce, vlastnosti Interní počítačové paměti PC

Architektura počítače

Principy počítačů. Prof. RNDr. Peter Mikulecký, PhD.

Z{kladní struktura počítače

Způsoby realizace této funkce:

Mikroprocesorová technika (BMPT)

ASYNCHRONNÍ ČÍTAČE Použité zdroje:

Čísla a číselné soustavy.

Architektura počítačů Logické obvody

Zobrazení dat Cíl kapitoly:

Programování. řídících systémů v reálném čase. Střední odborná škola a Střední odborné učiliště - - Centrum Odborné přípravy Sezimovo Ústí

Počítačová sestava paměti, operační paměť RAM

Profilová část maturitní zkoušky 2015/2016

1. Základní pojmy a číselné soustavy

Nejvyšší řád čísla bit č. 7 bit č. 6 bit č.5 bit č. 4 bit č. 3 bit č. 2 bit č. 1 bit č. 0

Informatika Datové formáty

Přednášky o výpočetní technice. Hardware teoreticky. Adam Dominec 2010

P2 Číselné soustavy, jejich převody a operace v čís. soustavách

KOMBINAČNÍ LOGICKÉ OBVODY

Algoritmy I. Číselné soustavy přečíst!!! ALGI 2018/19

ZÁKLADY PROGRAMOVÁNÍ. Mgr. Vladislav BEDNÁŘ /14

Tematická oblast: Informační a komunikační technologie (VY_32_INOVACE_09_1_IT) Autor: Ing. Jan Roubíček. Vytvořeno: červen až listopad 2013.

Co je to počítač? Počítač je stroj pro zpracování informací Jaké jsou základní části počítače? Monitor, počítač (CASE), klávesnice, myš

Sběrnicová struktura PC Procesory PC funkce, vlastnosti Interní počítačové paměti PC

Princip funkce počítače

Počítač jako elektronické, Číslicové zařízení

SYSTÉMOVÁ METODOLOGIE (VII) Kybernetika. Ak. rok 2011/2012 vbp 1

INFORMAČNÍ TECHNOLOGIE

PRINCIPY POČÍTAČŮ Metodický list číslo 1

Mgr. Renáta Rellová. Výukový materiál zpracován v rámci projektu EU peníze školám

Číselné soustavy. Binární číselná soustava

SEKVENČNÍ LOGICKÉ OBVODY

Informace, kódování a redundance

Číselné soustavy - Teorie

Nejvyšší řád čísla bit č. 7 bit č. 6 bit č.5 bit č. 4 bit č. 3 bit č. 2 bit č. 1 bit č. 0

Inovace výuky prostřednictvím ICT v SPŠ Zlín, CZ.1.07/1.5.00/ Vzdělávání v informačních a komunikačních technologií

INFORMAČNÍ A KOMUNIKAČNÍ TECHNOLOGIE

Výukový materiál Hardware je zaměřený především na výuku principů práce hardwaru a dále uvádí konkrétní příklady použití.

Y36SAP. Osnova. Číselné soustavy a kódy, převody, aritmetické operace Y36SAP Poziční číselné soustavy a převody.

PB002 Základy informačních technologií

Zabezpečení dat při přenosu

1 Osobní počítač Obecně o počítačích Technické a programové vybavení... 4

Jak do počítače. aneb. Co je vlastně uvnitř

VY_32_INOVACE_IKTO2_0160 PCH

25. DIGITÁLNÍ TELEVIZNÍ SIGNÁL A KABELOVÁ TELEVIZE

Základní pojmy, historie počítačů, jednotky a převody, dvojková soustava

1. části počítače. A. Počítač, jeho komponenty a periferní zařízení funkce základních počítačových komponent

Pojem architektura je převzat z jiného oboru lidské činnosti, než počítače.

Druhy sdělovacích kabelů: kroucené metalické páry, koaxiální, světlovodné

Otázka TECH číslo 1 Str. 1/7

INFORMATIKA. Charakteristika vyučovacího předmětu:

Kódy a kódování dat. Binární (dvojkové) kódy. Kód Aikenův

Transkript:

Základy informatiky 01 Úvod do informatiky Michal Kačmařík (michal.kacmarik@vsb.cz) Materiál upraven z přednášek Daniely Szturcové a Pavla Děrgela

Pojem informatika Informace jednotky přenášení, zabezpečení Obsah přednášky Kódování a šifrování informace Uchovávání informací Číselné soustavy

Informatika Informatika (information science) Informatika se zabývá zpracováním informací nejen na počítačích. Informatika (počítačová věda computer science) Informatika studuje výpočetní a informační procesy z hlediska hardware i software. Informační technologie (IT information technology) Informační technologie studují vše, co se týká fungování počítačů po technické stránce. Název je odvozen od slova informace, jelikož počítače pracují s daty (informacemi). Teorie informací (information theory) Teorie informací je věda spojující aplikovanou matematiku a elektrotechniku za účelem kvantitativního vyjádření informace. Zabývá se bezeztrátovou kompresí (např. ZIP), ztrátovou kompresí (např. MP3), kapacitou přenosového kanálu (např. DSL),

Informatika Computer science is no more about computers than astronomy is about telescopes. Informatika se nezabývá počítači o nic více než astronomie dalekohledy. Edsger Dijkstra, informatik Computer science is not as old as physics; it lags by a couple of hundred years. However, this does not mean that there is significantly less on the computer scientist's plate than on the physicist's: younger it may be, but it has had a far more intense upbringing! Informatika není tak stará jako fyzika, pár set let za ní zaostává. To však neznamená, že si informatici naložili menší sousto než fyzici: informatika může být mladší, ale její vývoj byl mnohem intenzivnější. Richard Feynman, fyzik

Informatika Informatika je věda o informacích a jejich zpracování. V současné době bývá často chápána jako věda o zpracování informací na počítačích. 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.

Členění informatiky Dle Gruska 1989, Kassay 1989 a další: teoretická informatika zabývá se zákonitostmi a vymezením informačních a znalostních objektů, jevů a procesů (jde o novou základní vědu, která přináší novou metodologii pro vědu jako takovou), aplikovaná informatika zabývá se tvorbou koncepčního, znalostního a metodického zázemí pro využití výpočetní a komunikační techniky (jde tedy o vypracování efektivních metod a prostředků realizace informačních procesů a způsobů optimální komunikace v konkrétních vědních oborech), informační a komunikační technika (počítače, jejich konstrukce, telekomunikace atd.).

Data, informace, znalosti data - libovolný řetězec znaků, který nemá sám o sobě význam informace - vznikají seskupením dat ve formě textu nebo spojení subjekt - predikát znalosti - jsou interpretované informace http://geologie.vsb.cz/geoinformatika/kap01.htm

Máme znalosti? Sedíme na obrovské hromadě nepřebraných informací a zjišťujeme, že nám schází znalosti. Většina z nich se týká zacházení s hmotným světem. Kuchařský recept je informace, ale příprava jídla je znalost. Res rustica Bohemica (Zahrada malých dobrodiní v čase velké proměny světa) Václav Cílek píše pro širší publikaci v USA http://echo24.cz/a/wkvdb/prace-s-hlinou-je-noblesa-komunitnizahradky-zlepsi-zivot

Data Data, informace, znalosti

Data, informace, znalosti

Data, informace, znalosti

Data, informace, znalosti

Informace Sdělitelný poznatek či údaj, který má smysl a snižuje nejistotu. Informace je míra množství neurčitosti nebo nejistoty o nějakém náhodném ději odstraněná realizací tohoto děje. C. E. Shannon Informací nazýváme abstraktní veličinu, která může být přechovávána v určitých objektech, předávána určitými objekty, zpracována v určitých objektech a použita k řízení určitých objektů. Jako objekt přitom chápeme živé organismy, technická zařízení nebo soustavy těchto prvků. Stejná zpráva může přinášet různou informaci různým odběratelům (množství informace ve zprávě je závislé na příjemci)

Míra informace C. E. Shannon, W. Weaver: A mathematical theory of communication, 1948 Magna charta informačního věku bit binary digit dvojková číslice 1937 - obhájil DP, kde spojil znalost z oblasti návrhu reléových sítí a Booleovy algebry (zapnuto, vypnuto - odpovídá dvěma pravdivostním hodnotám v Booleově algebře). CLAUDE ELWOOD SHANNON *30. 4. 1916 (Petoskey, Michigan) 24. 2. 2001 (Boston, Massachusetts)

Jednotka informace Jednotkou informace je takové množství informace, které získáme potvrzením, že nastala jedna ze dvou stejně pravděpodobných možností. Jednotkou informace je bit. 1 bit je vyčíslen jako pravděpodobnost, že nastane nějaký jev, může mít hodnotu 0 (jev nenastane) nebo 1 (jev nastane). Například máme-li 2 možnosti a dozvíme se, že jedna z nich platí, získáme 1 bit informace. Zařízení, jako je relé nebo klopný obvod může uchovat jeden bit informace. N takových zařízení může uchovat N bitů.

Odvozené jednotky 1 B(byte) = 8 b(itů) 1 KB(kilobyte) = 1024 byte 1 MB(megabyte) = 1024 kilobyte 1 GB(gigabyte) = 1024 megabyte... 1 byte -> 1 slovo (4 bit, 8 bit, 16 bit, 32 bit, 64 bit, apod.)

Informace Teorie informace je věda, která studuje množství informace ve zprávách, způsoby jejich kódování a přenášení. Proces přenášení informace probíhá mezi zdrojem a příjemcem. Zpráva se šíří prostřednictvím nosiče. Informace je zpráva zaslaná od vysílače k přijímači. šum

Přenos informace Přenos informace probíhá přes médium, které je schopno přenášet 0 a 1. Napětí Intenzita světelného toku Frekvence rádiové vlny Magnetické pole... U 1 0 1 0 1 0 1 t

Typy přenosu Jednosměrné (simplex) signál je přenášen jen v jednom směru. Jedna stanice je vysílací a jedna přijímací. Polovičně obousměrné (half-duplex) obě stanice mohou vysílat, ale ne současně. Plně obousměrné (full duplex) obě stanice mohou vysílat současně.

Přenosový řetězec Zdroj informace Kódovací člen vysílač Přenosový kanál přijímač Dekódov ací člen Příjem informace zkreslení útlum šum

Zabezpečení dat proti chybám skupiny přenášených bitů shlukneme do rámců a na konec každého z nich připojíme kontrolní součet vypočtený z přenášených dat (checksum) a pořadové číslo na přijímači stejným způsobem vypočteme kontrolní součet a porovnáme s přeneseným v případě neshody kontrolního součtu nebo přeskočení pořadového čísla musíme chybu opravit DATA Checksum DATA Checksum Checksum =?

Oprava chyb Zpětná vazba z přijímače na vysílač - potvrzování. Vysílač opakuje rámce, které se cestou k přijímači ztratily nebo došly s chybou. Rámec 1 Potvrzení Rámec 2 timeout Rámec 2

Princip číslicového počítače řídící jednotka aritmeticko-logická jednotka paměť vstupní zařízení výstupní zařízení procesor operační paměť RAM pevný disk vstup operační paměť výstup řadič ALU znázorněny pouze datové toky

Princip číslicového počítače paměť skládá se z buněk každá buňka má svou adresu (pořadové číslo začínající 0) do paměti je zapsán program a data program se skládá z instrukcí instrukční sada soubor všech instrukcí procesoru procesor načte instrukci, rozezná ji a vykoná ji obvyklé je sekvenční konání, ale máme instrukci skoku tím je zajištěno větvení programu

Konstrukce počítače Dvě rozdílné koncepce konstrukce počítače John von Neumannovo schéma počítače jedna elektronická paměť společná pro program i pro data Harvardská architektura paměť je pro data a pro program oddělena

Operační paměť x pevný disk Operační paměť (RAM, DRAM, SDRAM) paměť s náhodným přístupem buňky s adresami, lze přistupovat ke kterékoliv buňce zvlášť vyžaduje konstantní připojení ke zdroji napětí rychlý přístup (krátká odezva), ale malá kapacita Pevný disk (HDD) několik magnetických disků (ploten) na společné hřídeli stopa magnetického disku je rozdělena na sektory, přístup pomocí čtecí a zapisovací hlavy nevyžaduje konstantní připojení ke zdroji napětí pomalý přístup (dlouhá odezva), ale vysoká kapacita

Číselné soustavy Čísla skládají se z uspořádané množiny symbolů, nazývaných číslice Základ (báze) soustavy maximální počet číslic, které máme v soustavě k dispozici Poziční/nepoziční soustavy Používané soustavy soustava desítková (dekadická), dvojková (z = 2), osmičková (z =8), šestnáctková (z = 16). Uvedené soustavy řadíme mezi polyadické, ve kterých se číslo vyjadřuje součtem mocnin základu vynásobených příslušnými platnými číslicemi.

Poziční zápis V pozičním zápisu představuje pozice každé číslice v daném čísle její relativní váhu významnosti desetinná čárka odděluje celou a desetinnou část (n je počet míst celé části m je počet desetinných míst) N = (a n-1 a n-2 a 1 a 0,a -1 a -2..a -m ) z Příklad: (365,28) 10

Polynomiální zápis A=a n-1 *z n-1 + a n-2 *z n-2 +..+ a i *z i +..+ a 1 *z 1 + a 0 *z 0 + a -1 * z -1 + a -2 * z -2 + a -m *z -m Příklad: (365.28) 10 = 3*10 2 + 6*10 1 + 5*10 0 +2*10-1 + 8*10-2

Desítková soustava Desítková soustava má základ z = 10 máme tedy k dispozici deset číslic (0 až 9) pro vyjádření všech čísel Např. dekadické číslo 365.28 lze zapsat pozičně nebo polynomem (365.28) 10 = 3*10 2 + 6*10 1 + 5*10 0 + 2*10-1 + 8*10-2

Dvojková soustava V binární soustavě je základ z = 2 K vyjádření jakéhokoliv čísla máme k dispozici pouze číslice 0 a 1 Například číslo zapsané pozičně (10011,011) 2 lze zapsat polynomiálně takto: (1*2 4 + 0*2 3 + 0*2 2 + 1*2 1 + 1*2 0 + 0*2-1 + 1*2-2 + 0*2-3 ) Poznámky: číslice v binární soustavě se nazývají bity bit nejvíce vlevo má největší váhu bit nejvíce vpravo má nejmenší váhu

Binární čísla V oboru počítačů se často vyjadřuje kapacita pamětí v počtu bajtů, ale ne dekadicky, ale pomocí mocnin čísla 2: 2 0, 2 1, 2 2, 2 3, 2 4, 2 5, 2 6, 2 7, 2 8, 2 9, 2 10, 2 11,... = 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024, 2048,... Počet bitů binárního čísla určuje počet možných hodnot, kterých číslo může nabývat. H = 2 k

Osmičková a šestnáctková soustava Oktalová čísla mají základ z = 8 k dispozici jsou číslice 0...7 příklad oktalového čísla zapsaného pozičně a polynome (1234) 8 = (1*8 3 + 2*8 2 + 3*8 1 + 4*8 0 ) 8 Hexadecimální čísla mají základ z = 16 k dispozici jsou číslice 0...9 a písmena A...F příklad šestnáctkového čísla pozičně a polynomem (ABCD) 16 = (A*16 3 + B*16 2 + C*16 1 +D*16 0 ) 16

Převody mezi soustavami Číselnou hodnotu vyjádříme polynomiálně a vyčíslíme v dané soustavě. Příklad převodu binárního čísla na dekadické: (10011) 2 = (1*2 4 + 0*2 3 + 0*2 2 + 1*2 1 + 1*2 0 ) 10 = (16 + 0 + 0 + 2 + 1) 10 = (19) 10

Převody mezi soustavami Příklad převodu hexadecimálního čísla na dekadické: (ABCD) 16 = (A*16 3 + B*16 2 + C*16 1 + D*16 0 ) 16 = (10*4096 + 11*256 + 12*16 + 13*1) 10 = (43981) 10 (DEADBEEF) 16 Příklad převodu oktalového čísla na dekadické: (1234) 8 = (1*8 3 + 2*8 2 + 3*8 1 + 4*8 0 ) 10 = (1*512 + 2*64 + 3*8 + 4*1) 10 = (668) 10

Převody mezi soustavami Při převodu čísla desítkového do jiné číselné soustavy použijeme metodu dělení základem. Příklad převodu z desítkové do dvojkové (109) 10 / 2 = 54 zb. 1 (LSB less significant bit) (54) 10 / 2 = 27 zb. 0 (27) 10 / 2 = 13 zb. 1 (13) 10 / 2 = 6 zb. 1 (6) 10 / 2 = 3 zb. 0 (3) 10 / 2 = 1 zb. 1 (1) 10 / 2 = 0 zb. 1 (MSB most significant bin) = (1101101) 2

Převody mezi soustavami Příklad převodu z desítkové do šestnáckové (109) 10 / 16 = 6 zb. 13 = D (6) 10 / 16 = 0 zb. 6 = (6D) 16

Obecné převody mezi soustavami složitější převody mezi ze soustavy o základu X, do soustavy o základu Y, se provádějí většinou na dvakrát, přes dvojkovou nebo desítkovou soustavu například převod z hexadecimální do osmičkové soustavy se provede nejlépe převodem nejprve do desítkové nebo dvojkové a poté do osmičkové

Zdroje http://www.vesmir.cz/clanek/c-e-shannon-prukopnik-informacnihoveku http://cs.wikipedia.org/