Wiadomości ogólne z informatyki

Temat: 1. Wiadomości ogólne z informatyki. Zamiana systemów. Kody ASCII.
Temat 2: Podstawowe elementy komputera i ich funkcje.

Podstawowe pojęcia informatyczne: Hardware, software.

Historia MC, podział komputerów. Systemy liczenia. Zamiana systemów. Zapis informacji. Kod ASCII.
Kodowanie liczb.

Podstawowe elementy komputera

Podstawowe pojęcia informatyczne: informatyka, sprzęt,  oprogramowanie,  informacja, programy
Etapy pracy z komputerem. Historia informatyki, generacje komputerów
Główne obszary zastosowań informatyki. Zastosowanie komputerów.
Podział użytkowników komputerów.
Zamiana systemów: Systemy liczenia, Szesnastkowy system liczbowy – heksadecymalny
Zamiana liczb, Zamiana ułamkowej części liczby dziesiętnej na binarną
Zapis dużych i małych liczb w informatyce, bit, bajt, Sposoby zapisu informacji,  Kodowanie, szyfrowanie, Określenie ilości informacji,
Kody ASCII, ASCII, Znaki kodów ASCII w systemach liczenia,  Kodowanie liczb, Kodowanie rysunków
Podstawowe elementy komputera: KOMPUTER JAKO PODSTAWOWE NARZĘDZIE INFORMATYKI
Komputery, System komputerowy, Pamięć,  M i k r o p r o c e s o r, Słowo maszynowe,
Układy Wejścia Wyjścia, Często używane gniazda – porty w komputerze,
Porty zewnętrzne, Standardy dysków - kontrolery napędów (CD-ROM, HDD), Bramka logiczna

Podstawowe elementy komputera, Płyta główna (motherboard), Standardy architektur – ISA, EISA, VESA, PCI

Procesor  - CPU,

Pamięć RAM (Random Access Memory, Wentylator procesora, zasilacz, Pamięć masowa, Dysk twardy HD

Stacja dyskietek FD, Napęd optyczny (CD-ROM, DVD), Nagrywarka CD, Pamięć USB, Karta sieciowa

Karta dźwiękowa, Karta graficzna, Monitor, Parametry monitorów, Drukarki,

 

Podstawowe pojęcia informatyczne

•         Informatyka: Dziedzina nauki zajmująca się przetwarzaniem informacji przy pomocy komputera.
Zajmuje się problemami teoretycznymi i praktycznymi dotyczącymi metod i środków przetwarzania informacji. Termin informatyka powstał we Francji. W Polsce od 1968r.
Kraje anglojęzyczne - computer science, information science

•         Informacje: Wielkości abstrakcyjne, które mogą być przesyłane, przetwarzane, przechowywane i stosowane do sterowania pewnymi obiektami.

•         Obiekty: Organizmy żywe, urządzenia techniczne lub systemy takich obiektów

•         Hardware: Sprzęt - komputer  (computer, ordinateur) z urządzeniami peryferyjnymi

•         Software: Oprogramowanie

•         Sprzęt i oprogramowanie są nierozłączne

Sprzęt, oprogramowanie

•          Sprzęt komputerowy (hardware) – materialna część komputera.
Ogólnie hardwarem nazywa się sprzęt komputerowy jako taki i odróżnia się go od software'u – czyli oprogramowania.

•          Software - oprogramowanie – całość informacji w postaci zestawu instrukcji, zaimplementowanych interfejsów
i zintegrowanych danych przeznaczonych dla komputera do realizacji wyznaczonych celów.
Celem oprogramowania jest przetwarzanie danych w określonym przez twórcę zakresie. Oprogramowanie to dział informatyki.

•          Oprogramowanie jest synonimem terminów program komputerowy oraz aplikacja, przy czym stosuje się go zazwyczaj
do określania większych programów oraz ich zbiorów.

•          Oprogramowanie tworzą programiści w procesie programowania.
Oprogramowanie jako przejaw twórczości jest chronione prawem autorskim, twórcy zezwalają na korzystanie z niego na warunkach określanych w licencji.

•          Oprogramowanie pisane jest zazwyczaj przy użyciu różnych języków programowania z wykorzystaniem algorytmów.
Programy przekształcające oprogramowanie z postaci źródłowej na binarną to kompilatory.
Niektóre oprogramowanie, np. napisane w całości w językach interpretowanych, może występować tylko w jednej postaci, spełniającej oba zadania.

 

I n f o r m a c j a

•       Informacja to każdy czynnik zmniejszający stopień niewiedzy o jakimś zjawisku czy obiekcie.
Informacja jest prawie wszystko o czym wiemy lub chcemy się dowiedzieć.

•       Informacja jest zbiorem danych zebranych w celu ich przetwarzania i otrzymania wyników.

W informatyce wyróżnia się
2 główne działy:

Jeden zajmuje sie sprzętem  -  H A R D W A R E

a drugi programowaniem      -  S O F T W A R E

 

•         Komputer – computer (ang), ordinateur (fr)
jest podstawowym urządzeniem wykorzystywanym w informatyce.
Współpracują z nim inne urządzenia jak np. drukarki, myszy, plotery, skanery itp.

•         Sprzętem stosowanym w informatyce są również przyrządy do pobierania informacji (np. czujniki, mierniki) jak i urządzenia do przesyłania (np. zwykła sieć telefoniczna).

•          Wykorzystanie sprzętu wymaga odpowiednich programów.

 

Programy

•       Wykorzystanie sprzętu wymaga odpowiednich programów.

 •        Algorytm - formuła postępowania, przepis działania

•        Program   - zapis algorytmu. Może mieć postać:
   1) źródłową   - w pewnym języku programowania (np. rozszerzenia BAS, PAS, C, CPP, LSP, PRG, ASM, FOR)
   2) kodu pośredniego - ciąg instrukcji wykonywanych przez interpreter (np. Basic, AutoLISP)
   3) binarną - skompilowana - ciąg instrukcji do wykonania bezpośredniego przez procesor (rozszerzenie .EXE, .COM w systemach Microsoft)

Etapy pracy z komputerem

•        przygotowanie i wprowadzenie danych
- Dane wejściowe - We (Input)

•        przetwarzanie danych - Algorytm

•        otrzymywanie wyników
- Dane wyjściowe - Wy (Output)
(np. wydruki)

 

Dane WEjściowe  à Przetwarzanie à Dane WYjściowe

 

Historia informatyki

•          Liczydła zwane abakusami ok. 2600 r. p.n.e.

•          XVII w. – Blaise Pascal (1642) i Leibnitz - arytmometr

•          1741r. - Jacquard - warsztat tkacki sterowany przy pomocy kart perforowanych

•          1883r. - Charles Babbage - projekt maszyny matem.(sumowanie, całkowanie). Miała mieć 1000 słów, 50 cyfr- urządzenia mechaniczne.

•          1890r. - Hollerith (USA) - maszyna do sortowania (wybory w USA)

•          1939-1952 - maszyny zerowej generacji: MARK I, II, III, IV.
MARK I - pierwsza maszyna (Aiken) na przekaźnikach (3 sek. operacja mnożenia).

•          1946r. - maszyna pierwszej generacji: ENIAC - 18000 lamp.
Programowanie - łączenie podukładów do wykonywania ściśle określonych programów. Operacja mnożenia - 3 msek.

•          1945r. - John von Neuman - program w samej maszynie. Koncepcja stosowana do dzisiaj.

•          maszyny drugiej generacji na tranzystorach - od. 1958r. - Odra 1204, Odra 1325

•          maszyny trzeciej generacji na układach scalonych: Odra 1325, Odra 1305

•          maszyny czwartej generacji - układy scalone o dużej skali integracji

•          Prace nad komputerami V generacji w latach 80-tych – elektronika
   molekularna, sztuczna inteligencja

 

Generacje komputerów

-               Liczydła zwane abakusami ok. 2600 r. p.n.e.

-               Maszyna do dodawania i odejmowania - 1642 r. Blaise Pascal

-               Maszyna Leibnitza 4 działaniowa (arytmometr), 1694r.

-               Projekt maszyny analitycznej w 1822 r. Charles Babage, matem. Angielski

-               Maszyny analityczne do sortowania i liczenia w 1890 r. - H. Hollerith USA

-          Maszyny zerowej generacji: 1939-1952, MARK I, II, III, IV.

-            Maszyna matem. na przekaźnikach 1941 r.

-            MARK I - 1944r.

-          Maszyna pierwszej generacji: ENIAC, 1946 r. - 18000 lamp elektronowych

-               Maszyna tranzystorowa Tradic,

-          Komputery II generacji, oparte na tranzystorach, od 1958r.

-               Komputery III generacji, 1962 r. - układy scalone

-               Komputery IV generacji - 1968 r., - układy scalone o dużej skali integracji

-               Seryjna produkcja mikroprocesorów przez Texas Instruments w 1971r.

-               Prace nad komputerami V generacji w latach 80-tych – elektronika
   molekularna, sztuczna inteligencja

Główne obszary zastosowań informatyki:

•           gromadzenie informacji powiązanych ze sobą w odpowiedni sposób, bazy danych,
np. DBASE, FOXPRO, MS Access, MS SQL, INFORMIX, ORACLE, IBM DB2, Sybase, MySQL, PostgreSQL, MySQL

•           programy kalkulacyjne, do obliczeń na tablicach liczbowych, np. LOTUS, Quatro Pro, MS EXCEL

•           przekazywanie informacji, programy komunikacyjne – połączenie komputerów
w sieci w celu korzystania ze wspólnych zasobów:

•              - sieci lokalne LAN (np. Novell, Windows Server, sieci wielodostępne: Unix, Linux)

•              - sieci rozlegle WAN (siec telefoniczna, modemy)

•              - poczta elektroniczna (electronic mail)

•           przetwarzanie informacji

•           obliczenia naukowo-techniczne,

•           projektowanie wspomagane komputerem CAD (Computer Aided Design), np. AutoCAD, MicroStation, CATIA, SolidWorks

•           zarządzanie wspomagane komputerem CAM (Computer Aided Management)

•           konstruowanie wspomagane komputerem CAE (Computer Aided Engineering)

•           przetwarzanie tekstów (edytory tekstu, np. MS WORD, OpenOffice, dawniej AmiPro, TAG, ChiWriter),

•           systemy DTP opracowanie i drukowanie publikacji (np. Ventura Publishing, Cyfroset)

•           edytory graficzne - obrazy, rysunki, prezentacje graficzne,   np. Paintbrush, CorelDraw

•           programy edukacyjne technika multimedialna: tekst, grafika, animacja,   dźwięk

•           systemy ekspertowe - do wspomagania podejmowania decyzji

•           komponowanie muzyki,  tłumaczenie tekstów

•           rozpoznawanie tekstów (OCR)

Zastosowanie komputerów:

     Banki, zakłady pracy, szkoły, komunikacja,
biura projektowe, redakcje, ośrodki naukowe, indywidualni użytkownicy…

Podział użytkowników komputera na grupy:

•        programiści wykorzystujący języki programowania do tworzenia oprogramowania

•        czynni użytkownicy gotowego oprogramowania

•        użytkownicy bierni korzystający z komputera okazjonalnie

 

Jednostki informacji w komputerze
Komputer jest cyfrowym urządzeniem elektronicznym, jego działanie polega na istnieniu 2 stanów prądu - przepływ  - reprezentacja przez cyfrę 1 lub brak - cyfra 0.

Systemy liczenia

•          Wszystkie dane w pamięci komputera są w postaci liczb.

•           Zapis liczby w systemie o podstawie p

  L= Suma [ c(i) * p^(i) ]  czyli  L = ∑c_i * pⁱ

       gdzie:  c(i) - cyfra na pozycji (i), p - podstawa systemu,  ^ - potęga

     pozycje liczymy od przecinka w lewo - rosną od 0 do n,  
i od przecinka w prawo maleją od -1

   W systemie dziesiętnym  c=0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9  (10 cyfr):
L = ∑c_i * 10ⁱ   

L= c_n * 10ⁿ  + c_n-1 * 10^n-1 + c_n-2 * 10^n-2  + … c₀ * 10⁰  + c_-1 * 10^-1  + …

Np. 3748.425 ₁₀ = 3*10^3+7*10^2+4*10^1+8*10^0  +4*10^(-1) + 2*10^(-2) + 5*2^(-5)

 W systemie dwójkowym   c= b = 0, 1 (2 cyfry):
L = ∑c_i * 2ⁱ  = b_n * 2ⁿ  + b_n-1 * 2^n-1 +  … b₀ * 2⁰  + b-₁ * 2^-1  + …

 W systemie 16-wym  c= 0, 1, ..9, A, B, C, D, E, F (16 cyfr):
L = ∑c_i * 16ⁱ  = c_n * 16ⁿ  + c_n-1 * 16^n-1 +  … 16₀ * 16⁰  + 16-₁ * 16^-1  + …

 

Szesnastkowy system liczbowy - heksadecymalny

•         Szesnastkowy system liczbowy (heksadecymalnym, skrót hex)
– pozycyjny system liczbowy, w którym podstawą jest liczba 16.
Skrót hex pochodzi od angielskiej nazwy hexadecimal.

•         Do zapisu liczb w tym systemie potrzebne jest szesnaście cyfr: 
0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, E, E, F.

_•               Przykład zamiany
3E8₁₆ = 3*16^2+14*16^1+8*16^0 = 3*256+14*16+8=1000₁₀

 _{Cyfry dwójkowe, dziesiętne, szestnastkowe}

•          Cyfry 2-we    10-ne          16-we

0000                 0              0

0001                 1              1

0010      2              2             

0011      3              3             

0100                 4              4

0101      5              5

0110                 6              5

0111                 7              7

1000                 8              8

1001                 9              9

1010                 10           A

1011                 11           B

1100                 12           C

1101                 13           D

1110                 14           E

1111                 15           F

 

 

 

 

 

Zamiana liczb

•          721 w układzie dziesiętnym zamienić na binarny
Dzielimy kolejno na 2, piszemy reszty z dzielenia, które brane od końca są wynikiem
721:2 = 360, reszta 1
360:2 = 180, reszta 0
180:2 = 90, reszta 0
90:2 = 45, reszta 0
45:2 = 22, reszta 1
22:2 = 11, reszta 0
11:2 = 5, reszta 1
5:2 = 2, reszta 1
2:2 = 1, reszta 0
1:2 = 0, reszta 1

Liczba    | reszta z dzielenia
721 :  2  | 1         721:2 = 360, reszta 1
360 : 2   | 0 360:2 = 180, reszta 0

       180 : 2   | 0 180:2 = 90, reszta 0  itd.
 90   : 2  | 0
  45  : 2  | 1
   22 : 2  | 0
   11 : 2  | 1
      5 : 2  | 1
      2 : 2  | 0     ^
       1: 2  |1     |
       0

•          721 ₁₀ = 10 1101 0001 ₂ = 2 D 1 ₁₆

Cyfry dwójkowe grupujemy po 4 od końca i każda grupa binarna to 1 cyfra szesnastkowa

 

Zamiana ułamkowej części liczby dziesiętnej na binarną

•          Liczbę dziesiętną w części ułamkowej (po przecinku) zamieniamy na binarną na zasadzie mnożenia przez 2,
spisując 1 gdy wynik mnożenia przekracza 1 lub 0 gdy jest mniejszy od 1.
Mnożymy zawsze część ułamkową. Cyfry 1 lub 0 piszemy w kolejności otrzymywania wyników mnożenia.
(Przy dzieleniu – część całkowita liczby dziesiętnej – pisaliśmy cyfry od końca działania)

•          Przykład: Zamiana liczby dziesiętnej 25,8125 na binarną.
A) Zamiana części całkowitej: 25₁₀ = 1 1 0 0 1 ₂= 1*2^4 + 1*2^3 + 0*2^2+0*2^1+1*2^0=25

      25:2 | 1       
12:2 |0
 6:2  | 0
3:2  | 1      ^  kierunek brania cyfr
1:2  | 1      |
0
B) Zamiana części ułamkowej: 0,8125₁₀ = 0, 1 1 0 1₂ 
= 1*2^(-1)+1*2^(-2) +0*2^(-3)+1*2^(-4)=1*1/2+1*1/4+0*1/8+1*1/16= 0,8125

_•                 0,8125 *2| 1       0,8125 2=1,6250         à 1  |                
1, 6250*2 | 1        0,6250*2=1,2500        à1   V kierunek brania cyfr
1, 2500*2 | 0        0,2500*2=0,5000        à0
0, 5000*2 | 1        0.5000*2=1,0000        à1
1,0000
Wynik: 25,8125 ₁₀ = 11011 , 1101 ₂

Zapis dużych i małych liczb w informatyce, bit, bajt

•         W informatyce stosuje się przedrostki
Kilo, Mega, Giga (z dużej litery)
ale są one dostosowane do systemu 2-go.

 Standardowo         w terminologii komputerowej

  kilo    10^3=1000                Kilo        2^10 = 1024 (np. 1 KB = 1024 bajtów)

  mega 10^6=1 000 000             Mega  2^10 Kilo = 2^10 * 2^10 = 2^20 = 1 048 576

  giga  10^9 = 1 000 000 000      Giga       2^10 Mega = 2^30 = 1 073 741 824

 

BIT  b - najmniejsza ilość informacji w technice komputerowej , reprezentowana przez stan 0 lub 1.

Bajt - B (Byte) -   8 bitów - jednostka w terminologii komputerowej,  np. do zapisu znaku z klawiatury (liter, cyfry)

 Przykładowe jednostki informacji w komputerze
1KB  Kilobajt  1024Bajty = 2^10B
1MB Megabajt 1024KB  = 1048576B = 1024*1024B=2^20B
1GB Gigabajt = 1073741824B = 1024*1024*1024=2^30
1TB Terabajt = 1024^4B = 2^40

 

Sposoby zapisu informacji

•       Każda informacja wprowadzana do komputera musi być zapisana jako ciąg liczb.

•       Program wczytujący dowolna informacje do pamięci komputera przekształca ja w ciąg liczb systemu dwójkowego.

Kodowanie, szyfrowanie

•       Kodowanie - przyporządkowanie jednym znakom reprezentującym informacje - innych znaków. Np. alfabet Morse'a - każdej literze przyporządkowany jest układ kropek i kresek. Przekazywano tak informacje drogą radiową. Z kolei znakom klawiatury przypisujemy cyfrowe kody ASCII.

•        Dekodowanie - proces odwrotny - odczytywanie informacji przez człowieka.

•       Informacje wchodzące do komputera są kodowane,
a wychodzące z komputera są dekodowane.
Kodowanie jak i dekodowanie wykonują odpowiednie programy.

•        Systemy kodowania informacji zostały ujednolicone i obowiązują na całym świecie.

•        Szyfrowanie - forma kodowania, która powinna uniemożliwić odczytanie informacji przez osobę nie upoważnioną do tego.

Określenie ilości informacji

•         By mierzyć ilość informacji ustalono jednostkę.

•         Najmniejsza ilość informacji to BIT - 0 lub 1.

•         Bit jest małą ilością informacji i dlatego w informatyce najczęściej posługujemy się bajtem.

•         BAJT (byte) to 8 bitów

•          Bajt to jakby 8 żaróweczek umieszczonych w rzędzie - na każdej pozycji może się żarówka świecić (1) lub nie (0).

•         Bajt jest układem 8 bitów, który może znajdować się w jednym z 256 jednoznacznie rozróżnialnych stanów
- w każdym bajcie można zapisać liczbę z przedziału od 0 do 255.

Kody ASCII

•         Rozwój informatyki wymagał ujednolicenia systemów kodowania informacji.

•         Obecnie praktycznie jedynym systemem używanym dla celów przetwarzania
informacji przez maszyny cyfrowe jest zestaw kodów ASCII (aski).

•         Pełna nazwa tego systemu kodowania to American Standard Code for Information Interchange - standardowy kod amerykański do zamiany informacji.

•         Kody ASCII przyporządkowują znakom używanym do zapisu informacji liczby od 0 do 255.
Przy tworzeniu tego kodu zdecydowano, ze liczby reprezentujące znaki maja zajmować jeden bajt, czyli 8 bitów.

•          Polecenia wykonania operacji zapisane są w kodach ASCII jako liczby od 0 do 31.
Są to kody sterujące, identyczne w każdym kraju.

•         Liczbom od 32 do 127 przypisano litery, cyfry i znaki specjalne.

•         Liczbom od 129 przypisano niektóre litery alfabetu niemieckiego, francuskiego i greckiego  oraz wiele symboli graficznych do wykonywania prostych rysunków.
W przedziale tym koduje sie litery innych alfabetów (arabskie, rosyjskie, specjalne polskie).

•         Zważywszy, ze w standardzie nie ma miejsca na polskie znaki, kody powyżej 128 mogą być wykorzystywane m.in. na definicje tych znaków. Kiedyś nie było w tej kwestii zgodności i dlatego w kraju spotykaliśmy się z kilkoma rożnymi standardami: Mazovia, DHN, Latin 2. Obecnie obowiązują głównie ISO-8859 i Windows 1250 CE.

ASCII

•         ASCII [aski] (American Standard Code for Information Interchange)
- 7-bitowy kod przyporządkowujący liczby z zakresu 0-127  literom (alfabetu angielskiego),  cyfrom,  znakom przestankowym i innym symbolom oraz poleceniom sterującym.
Przykładowo litera "a" jest kodowana liczbą 97, a znak spacji - 32.

•         Litery, cyfry oraz inne znaki drukowane tworzą zbiór znaków ASCII.
Jest to 95 znaków o kodach 32-126.
Pozostałe 33 kody (0-31 i 127) to tzw. kody sterujące służące do sterowania urządzeniem odbierającym komunikat, np. drukarką czy terminalem.

•         Ponieważ kod ASCII jest 7-bitowy, a większość komputerów operuje
na 8-bitowych bajtach, dodatkowy bit można wykorzystać na powiększenie zbioru kodowanych znaków.
Powstało wiele różnych rozszerzeń ASCII wykorzystujących ósmy bit (np. norma ISO 8859, rozszerzenia firm IBM lub Microsoft), nazywanych stronami kodowymi.
Również kodowanie UTF-8 można uważać za rozszerzenie ASCII, tutaj jednak dodatkowe znaki są kodowane na 2 i więcej bajtach.

 

Kodowanie liczb

Kody ASCII są systemem zapisu w pamięci komputera znaków graficznych i poleceń sterujących.

Pozwalają na zapisywanie cyfr, wiec również można zapisać liczby.

Istnieje wiele systemów kodowania liczb.
W IBM PC bity numerujemy od 0 do 7 (pozycja najwyższa).
Bit nr 7 przeznaczony jest na zakodowanie znaku, 0 na tym bicie oznacza liczbę dodatnia, 1 - ujemna.

Największa liczba dodatnia (zakodowana 1 Bajtem): L=2^(8-1)-1 = 2^7-1 = 128-1=127 (01111111=127)

Analogicznie najmniejsza liczba ujemna : L=-2^7=-128 (10000000 = -128)

W 4 bajtach (standard IBM PC) możemy kodować liczby od -2^31 do 2^31-1
czyli od - 2 147 483 648 do 2 147 483 647

W obliczeniach często posługujemy sie liczbami rzeczywistymi, tzn. z częścią ułamkową.

L = M*P^w   = M*P^w

M-mantysa (dodatnia lub ujemna <1),       P - podstawa systemu,    
w - wykładnik potęgi, cecha (dodatni lub ujemny)

W systemie dwójkowym: L=M*2^w =M*2^w
w   IBM PC na zapis liczby rzeczywistej poświęca sie 4 lub 8 bajtów.

Dla liczb 4-bajtowych (32 bity zanumerowane od 0 do 31):

 bit 31 - znak (0 dla +, 1 dla -)

 bit 30 do bitu 23 (8 bitów - 2 bajty) - wykładnik powiększony o 127

 bit 22 do bitu 0 - liczba ułamkowa M

 Liczby które można zapisać w ten sposób leżą w przedziale:

  0.1175494*10^37 do 0.3402823*10^39

Kodowanie liczb, c.d.

•        Przy pracy z komputerem wprowadzamy liczby dziesiętne, program zapisuje je w systemie dwójkowym, wynik podaje w 10-nym.
Prowadzi to do czasem do niedokładności wyniku.

•       Zamiast przecinka dziesiętnego w informatyce wprowadza sie kropkę (system USA).
Często w  programach stosuje sie jednak przecinek,
np. w EXCELu, wersjach europejskich

•       Program opracowujący dowolne informacje musi być poinformowany, które komórki ma czytać jako kody ASCII, a które jako liczby.

•       Np.  01010111 może reprezentować literę W
lub liczbę 87.

Kodowanie rysunków

•       Współrzędne x,y określają dla każdego punktu jego położenie, następne liczby określają kolor punktu i jasność
(dla monitorów mono tylko położenie i jasność)

KOMPUTER JAKO PODSTAWOWE NARZĘDZIE INFORMATYKI

•         Komputer - computer - elektroniczne urządzenie stosowane do przetwarzania informacji.

Compute - liczyć.
EMC - wcześniejsze określenie komputera w Polsce.

•         Komputer służy do obliczeń, gromadzenia, porządkowania i analizowania informacji (gospodarczych, techn., naukowych itd.).

•         Komputer  analogowy - dane głownie w postaci analogowej (ciągłej)

•         Komputer  cyfrowy   - dane są zapisane głownie w postaci dyskretnej (cyfrowej) - digital computer

Komputery

•         Mainframe – często o większych rozmiarach, których zastosowaniem jest przetwarzanie dużych ilości danych na potrzeby różnego rodzaju instytucji, pełnienie roli serwerów itp.

•         Minikomputer - komputer średniej wielkości, przeznaczony do obsługi nie więcej niż kilkudziesięciu użytkowników,
pracujących na własnych terminalach.

•         Mikrokomputer - komputer przeznaczony w zasadzie dla pojedynczego użytkownika, choć wydajne mikrokomputery
mogą pracować w trybie wielodostępnym. Pierwotnie komputer, którego procesor zbudowano z układów scalonych VLSI.

•         Komputery osobiste Personal  Computer - PC - przeznaczone dla jednego użytkownika.
Standardem są komputery IBM (International Business Machines Corporation).
Komputery kompatybilne – zgodne z działaniem oryginalnych.

 

Komputery  obsługujące  wielu  użytkowników - podłączone do nich  terminale 
lub komputery  osobiste  pełniące rolę terminali
(np. IBM PC z odpowiednim oprogramowaniem i urządzeniem pozwalającym na podłączenie do sieci telefon.).

Typy komputerów

Współcześnie komputery dzieli się na:

•          komputery osobiste ("PC", personal computer) – o rozmiarach umożliwiających ich umieszczenie na biurku, używane zazwyczaj
przez pojedyncze osoby

•          komputery domowe – poprzedniki komputerów osobistych, korzystające z telewizora, jako monitora.

•          konsola – następca komputera domowego wyspecjalizowany w programach rozrywkowych. Zazwyczaj korzysta z telewizora jako głównego wyświetlacza.
Posiada ograniczone oprogramowanie przygotowane do wydajnego uruchamiania programów i gier.
Na niektórych modelach można zainstalować inny system operacyjny i wykorzystywać do specyficznych zastosowań, np. procesory graficzne konsoli PS3

•          komputery mainframe – często o większych rozmiarach, których zastosowaniem jest przetwarzanie dużych ilości danych na potrzeby
różnego rodzaju instytucji, pełnienie roli serwerów itp.

•          komputery gospodarcze – używane w gospodarstwach rolnych w celu efektywnego sterowania procesami produkcyjnymi.

•          superkomputery – największe komputery o dużej mocy obliczeniowej, używane do czasochłonnych obliczeń naukowych
i symulacji skomplikowanych systemów.

•          komputery wbudowane – (embedded) specjalizowane komputery służące do sterowania urządzeniami z gatunku automatyki przemysłowej,
elektroniki użytkowej (np. telefony komórkowe itp.) czy wręcz poszczególnymi komponentami wchodzącymi w skład komputerów.

 

Podstawowe elementy komputera

•         Większość współczesnych komputerów opartych jest na tzw. architekturze von Neumanna, tj. składa się z trzech podstawowych elementów:

–      procesora – podzielonego na część arytmetyczno-logiczną czyli układu, który faktycznie wykonuje
wszystkie konieczne obliczenia oraz część sterującą

–      pamięci RAM – (Random Access Memory) czyli układy scalone, które przechowują program i dane (umożliwia to m.in. samomodyfikację programu) oraz bieżące wyniki obliczeń procesora i stale, na bieżąco wymienia dane z procesorem

–      urządzeń wejścia/wyjścia – które służą do komunikacji komputera z otoczeniem.

 

Architektura von Neumanna

•         Polega na ścisłym podziale komputera na trzy podstawowe części:

–      procesor (w ramach którego wydzielona bywa część sterująca oraz część arytmetyczno-logiczna)

–      pamięć komputera (zawierająca dane i sam program)

–      urządzenia wejścia/wyjścia

•         System komputerowy zbudowany w oparciu o architekturę von Neumanna powinien:

–      mieć skończoną i funkcjonalnie pełną listę rozkazów

–      mieć możliwość wprowadzenia programu do systemu komputerowego poprzez urządzenia zewnętrzne
i jego przechowywanie w pamięci w sposób identyczny jak danych

–      dane i instrukcje w takim systemie powinny być jednakowo dostępne dla procesora

–      informacja jest tam przetwarzana dzięki sekwencyjnemu odczytywaniu instrukcji z pamięci komputera i wykonywaniu tych instrukcji w procesorze.

 

Budowa komputera

Najważniejsze elementy

• procesor - steruje pracą całego systemu i przetwarza dane
• pamięć wewnętrzna - przechowuje i wykonuje programy oraz czasowe przechowuje dane
• pamięć zewnętrzna - do trwałego przechowywania danych
• urządzenia peryferyjne - karta grafiki, karta sieciowa, drukarka, klawiatura, myszka, skaner itp. Do wymiany danych z otoczeniem
• magistrale i porty - do komunikowania się elementów systemu

Ze względu na funkcje jakie pełnią urzadzernia komputera, dzielą się na:

• wejściowe - do wprowadzania danych, np. klawiatura, myszka, skaner
• wyjściowe - na które komputer wysyła dane, jak monitor, drukarka, ploter.

Aby wszystkie urządzenia poprawanie działały, nalezy je umieścić w odpowiednim układzie elektronicznym. Jest to płyta główna komputera.

Płyta główna (mainboard)

Na płycie głównej znajduja się: gniazdo mikroprocesora, gniazda rozszerzające, złącza dla modułów pamieci, gniazda do podłączenia dysków, dyskietek, CD, DVD.
porty, pamięć ROM (przechowuje mały program BIOS, który pozwala uruchomić komputer).
Gniazda: klawiatury i myszy: PS2, porty COM, LPT,  USB.
Gniazda AGP, PCI.  Chipset.

System komputerowy

Wejście --> Komputer --> Wyjście

•         Wejście:
Klawiatura, dyskietka, dysk przenośny, CD/DVD, taśmy magnetyczne,
USB, inne nośniki, np. taśmy, karty…

•         Komputer:
Procesor (część arytmetyczno logiczna i sterująca),
Pamięć komputera (na dane i program)

–      ROM (pamięć stała do odczytu),

–      RAM (na program, dane) …

•         Wyjście:
monitor, drukarka, pamięć magnetyczna, ploter, CD/DVD, USB, ploter ….

 

Pamięć wewnętrzna komputera

Ciąg komórek, z których każda ma swój adres.

•         ROM (Read only memory)
- tylko do odczytu, zapisana podczas produkcji
Umożliwia zainicjowanie pracy po włączeniu komputera
 Zawiera ona stałe dane potrzebne w pracy urządzenia - na przykład procedury startowe komputera,
czy próbki przebiegu w cyfrowym generatorze funkcyjnym.
Z pamięci tej dane można tylko odczytywać. Są w niej przechowywane podstawowe dane, które muszą zostać zachowane, nawet jeśli urządzenie nie jest zasilane.

•         RAM (Random Access Memory)
- pamięć o dostępie swobodnym, ginie po wyłączeniu
Układy scalone, które przechowują program i dane oraz bieżące wyniki obliczeń procesora i stale, na bieżąco wymienia dane z procesorem.
Podstawowy rodzaj pamięci cyfrowej.
W pamięci RAM przechowywane są aktualnie wykonywane programy i dane dla tych programów oraz wyniki ich pracy.
Zawartość większości pamięci RAM jest tracona kilka sekund po zaniku napięcia zasilania, niektóre typy wymagają także odświeżania,
dlatego wyniki pracy programów muszą być zapisane na innym nośniku danych.

Pamięć RAM ma zastosowanie nie tylko na płycie głównej komputera ale także m.in. w kartach graficznych i muzycznych (szybsze).

Pamięć operacyjna
Pamięć operacyjna (internal memory, primary storage) - jest to pamięć adresowana i dostępna bezpośrednio przez procesor,
a nie przez urządzenia wejścia-wyjścia procesora.
W pamięci tej mogą być umieszczane rozkazy (kody operacji) procesora (program) dostępny bezpośrednio przez procesor i stąd nazwa pamięć operacyjna.

•         Jest czasem utożsamiana z pamięcią RAM, choć jest to zawężenie pojęcia,
pamięcią operacyjną jest też pamięć nieulotna (ROM, EPROM
i inne jej odmiany) dostępna bezpośrednio przez procesor.
Obecnie pamięci operacyjne są wyłącznie pamięciami elektronicznymi, dawniej używano pamięci ferrytowych.

•         W obecnych komputerach głównym rodzajem pamięci operacyjnej jest pamięć RAM, wykonana jako układy elektroniczne,
wykorzystywana przez komputer do przechowywania programu i danych podczas jego pracy.

 

 M i k r o p r o c e s o r

- serce/mózg - steruje pracą całego systemu.

Procesor składa się głównie z 2 elemantów:

• modułu sterującego
• modułu arytmetyczno-logicznego

W komputerach osobistych typu IBM PC stosuje się procesory: Pentium, Celeron, Athlon...
Procesor zbudowany z milionów tranzystorów połączonych przewodami np. 0,13 mikrona.
W procesorze jest rejestr, w którym czekają w kolejce dane i instrukcje do wykonania.
Pamieci podręczne procesora L1 i L2.

Procesor pracuje w tzw. cyklu rozkazowym:

 - pobiera z komórki pamięci wskazanej przez licznik rozkazów kolejną informację, zwaną słowem maszynowym

 - zwiększa zawartość licznika rozkazów o 1

 - dekoduje słowo maszynowe traktując je jako rozkaz lub daną

 - wykonuje operacje określona tym słowem

 - jeśli operacja nie dotyczy zakończenia to pobiera kolejne słowo maszynowe

Słowo maszynowe

•         Słowo maszynowe reprezentuje podstawowa jednostkę transmisji informacji
w danym typie komputera. 
Im szybszy komputer to słowo maszynowe dłuższe.
Obecnie stosuje się słowa o długości 8, 16 i 32, 64 bity.
Uniwersalność komputera polega na tym, że dane mogą być
wprowadzane i wyprowadzane za pomocą wielu urządzeń.

       Zawiera dane interpretowane przez procesor (czyli rozkazy)
lub dane interpretowane przez program (czyli liczby lub znaki).

       Słowo maszynowe to podstawowa porcja informacji, na której operuje system komputerowy.
Słowo, w przypadku maszyn operujących na arytmetyce binarnej,
jest liczbą złożoną z odgórnie określonej ilości bitów.
Liczbę bitów w słowie nazywamy długością lub szerokością słowa
i z przyczyn praktycznych zazwyczaj jest ona potęgą liczby 2.
Wielkość słowa określa rozmiar szyny danych oraz rejestrów procesora.

Układy Wejścia Wyjścia

•       Wymiana informacji pomiędzy urządzenia zewnętrznymi i komputerem odbywa się za pomocą specjalnych układów  
wejścia / wyjścia (I/O - input/output), posiadających odpowiednie gniazda i łącza do podłączenia urządzeń zewnętrznych, zwanych peryferyjnymi.

•        Pewne urządzenia należy podłączyć przy wyłączonym komputerze! Inaczej grozi to awarią.

Często używane gniazda – porty w komputerze

Porty zewnętrzne komputera

•       Najczęściej stosowane  g n i a z d a (porty) :

•        - gniazdo  z a s i l a n i a  ko m p u t e r a

•        - gniazdo  z a s i l a n i a  monitora

•        - gniazdo  k l a w i a t u r y

•       - gniazdo  s y g n a l u  wizyjnego  m o n i t o r a

•        - porty  szeregowe, np. RS232C (męski, wąski lub szeroki - igły)
Mianem portu szeregowego określa się port, przez który dane przesyłane są w postaci ciągu bitów (w szeregu).
Komputer posiada wiele portów szeregowych.
Mogą być to porty COM, PS/2, DIN, USB, FireWire i inne oprócz LPT.
 Podstawowymi urządzeniami, które są podłączane do portów szeregowych to przede wszystkim klawiatura i mysz.

•        - port  równoległy  LPT - C e n t r o n i c s  (otwory - 25) do  podłączenia drukarki, skanera, modemu…
LPT jest jedynym portem równoległym ( LPT - Line Printer Terminal - terminal drukarki wierszowej).
Jest przeznaczony do podłączenia drukarki, ale możemy podłączyć także skaner, czy modem lub inne urządzenia wyposażone we wtyczkę LPT.
Dane przekazywane są w ciągu całych bajtów (8 bitów) co umożliwia uzyskanie transferu do 1,2MB/s.
 Port ten, podobnie jak starszy model portu szeregowego COM posiada 25 igieł.

 

 

COM (ang. Communication Port - port komunikacyjny).
Dosyć dobry i trwały standard w starszych i nowszych komputerach.
Każdy komputer posiada 2 takie porty. Do niego możemy podłączyć takie urządzenia jak mysz (standard podłączania myszy został przejęty głównie przez PS/2), modemy zewnętrzne oraz inne urządzenia z wtyczką COM.
Dwa fizycznie podłączone porty noszą odpowiednio nazwy COM1 i COM2. W komputerze mogą znajdować się także wirtualne porty - COM3 i COM4.

Porty zewnętrzne

•          PS/2 (ang. Personal System/2). Jest to odmiana portu szeregowego, która zastąpiła standard DIN. Wtyczka posiada 6 bolców.
Złącze umożliwia podłączenie klawiatury lub myszy do naszego komputera.
Czasami możemy spotkać się z kolorowymi wtyczkami PS/2, np. zielony i fioletowy, gdzie zielony jest od myszki, a fioletowy od klawiatury.

•          COM (ang. Communication Port - port komunikacyjny). Dosyć dobry i trwały standard w starszych i nowszych komputerach.
Każdy komputer posiada 2 takie porty. Do niego możemy podłączyć takie urządzenia jak mysz (standard podłączania myszy został przejęty głównie przez PS/2),
modemy zewnętrzne oraz inne urządzenia z wtyczką COM. Dwa fizycznie podłączone porty noszą odpowiednio nazwy COM1 i COM2.
W komputerze mogą znajdować się także wirtualne porty - COM3 i COM4.
 Port ten posiada 9 igieł, możemy spotkać się ze starszą wersją tego portu posiadającą 25 igieł. Złącze COM określane jest często nazwą RS 232C

•          USB (ang. Universal Serial Bus - uniwersalna magistrala szeregowa). Port ten został opracowany przez firmy Compaq, IBM, DEC, Intel i Microsoft.
Jest to standard połączenia komputera z urządzeniami zewnętrznymi (skanery, drukarki czy aparaty cyfrowe).
Urządzenia USB nie wymagają oddzielnego zasilacza (np. jak modemy podłączane do portu COM).
Podłączanie urządzeń nie jest trudnym zadaniem. Każde urządzenie podłączamy szeregowo do poprzedniego co eliminuje plątaninę kabli.
Wersja USB 1.1 zapewnia transfer rzędu 12 Mb/s, natomiast jego nowsza wersja USB 2.0 umożliwia przesyłanie danych z prędkością 480Mb/s.
USB może obsługiwać do 127 urządzeń jednocześnie. Jest zgodny ze standardem Plug & Play.

•          FireWire. Jest nowoczesnym standardem izochronicznego, szybkiego portu szeregowego.
 W zależności od implementacji dane mogą być przesyłane z prędkością od 100 do 800 Mb/s.
Jest najszybszym portem w komputerze i w przyszłości może zastąpić swoich poprzedników.
Przykładowym zastosowaniem FireWire 1394 jest przyłączenie cyfrowych kamer, a także innych urządzeń wyposażonych odpowiednie złącze.
FireWire umożliwia obsługę 63 urządzeń jednocześnie. Jest szybszym portem niż USB 1.1 i USB 2.0.

 

WiFI   (Wireless Fidelity)

•          Wi-Fi  jest znakiem towarowym Wi-Fi Alliance dla certyfikowanych produktów opartych na standardach IEEE 802.11.
Ten certyfikat gwarantuje interoperacyjność pomiędzy różnymi urządzeniami bezprzewodowymi.
Nazwa Wi-Fi jest rozwijana jako skrót od „Wireless Fidelity”, podobnie jak norma jakości dźwięku Hi-Fi to „High fidelity”. 
Wi-Fi określa potocznie zestaw standardów stworzonych do budowy bezprzewodowych sieci komputerowych. 
Szczególnym zastosowaniem Wi-Fi jest budowanie sieci lokalnych (LAN) opartych na komunikacji radiowej czyli WLAN.
Zasięg od kilku do kilkuset metrów i przepustowości sięgającej 108 Mb/s, transmisja na dwóch kanałach jednocześnie.
 Sieć Wi-Fi działa w darmowym paśmie częstotliwości od 2400 do 2485 MHz (2,4GHz) lub 4915 do 5825 MHz (5GHz).

•          Wi-Fi jest obecnie wykorzystywane do budowania rozległych sieci internetowych (WAN).
Dostawcy usług internetowych (ISP, Internet Service Provider) umożliwiają użytkownikom wyposażonym w przenośne urządzenia zgodne z Wi-Fi na bezprzewodowy dostęp do sieci. Jest to możliwe dzięki rozmieszczeniu w ruchliwych częściach miast obszarów nazywanych hotspotami.
W wielu dużych miastach na świecie znajdują się już setki miejsc, gdzie można uzyskać dostęp do Internetu w ten sposób.

•          Hotspot (hot spot – "gorący punkt") – otwarty i dostępny publicznie punkt dostępu umożliwiający dostęp do Internetu najczęściej za pomocą sieci bezprzewodowej opartej na standardzie(WiFi).

 

 

Bluetooth

•         Bluetooth – technologia bezprzewodowej komunikacji krótkiego zasięgu pomiędzy różnymi urządzeniami elektronicznymi,
takimi jak:
 klawiatura, komputer, laptop, palmptop, telefon komórkowy
i wieloma innymi.

•         Jest to darmowy standard opisany w specyfikacji IEEE 802.15.1.
Jego specyfikacja obejmuje trzy klasy mocy nadawczej 1-3
o zasięgu 100, 10 oraz 1 metra w otwartej przestrzeni.
Najczęściej spotykaną klasą jest klasa druga.
Technologia korzysta z fal radiowych w paśmie ISM 2,4 GHz.

•         Urządzenie umożliwiające wykorzystanie tej technologii to adapter Bluetooth.

 

Standardy dysków - kontrolery napędów (CD-ROM, HDD)

•          ATA - IDE (ang. Integrated Device Electronics - wbudowana elektronika napędów).
Stary już nie używany interfejs pozwalający przyłączać dyski o maksymalnej pojemności do 528MB.
Umożliwia przesyłanie danych z maksymalną prędkością do 3,3 MB/s.

•          EIDE (ang. Enhanced IDE - ulepszone IDE). Jest to zmodernizowany i ulepszony interfejs IDE.
Umożliwia przesyłanie danych z prędkością 17MB/s oraz podłączenie dysków twardych o maksymalnej pojemności 8,4GB.
Za pomocą EIDE możemy podłączyć maksymalnie 4 urządzenia (np. 2x CD-ROM i 2x HDD - w postaci Master/Slave :
Master/Slave). Nowszą wersją tego interfejsu jest Ultra DMA (ang. Direct Memory Access).

•          Ultra DMA. Do działania wymaga specjalnego chipsetu, dysku twardego oraz kabla transmisyjnego (z wyjątkiem UDMA/33,
ponieważ ten osiąga transfer 33MB/s i używa zwykłego kabla IDE). UDMA/66 umożliwia 2-krotnie szybszy transfer niż UDMA/33 a UDMA/133 prawie pięciokrotnie wyższą szybkość transferu danych UDMA/33. Wymagają one jedna kabli składających się nie z 40, ale z 80 przewodów (
jednak dodatkowe przewody służą jako filtr zapobiegający zakłóceniom). Wtyczki i gniazda wszystkich kabli UDMA są takie same.

•          SCSI (ang. Small Computers Systems Interface - interfejs małych systemów komputerowych). Interfejs ten został zatwierdzony przez ANSI.
Pozwala on dołączyć do komputera od 7 do 31 urządzeń SCSI (np. CD-ROM, HDD czy streamery).
SCSI charakteryzuje się niezawodnością, dużym transferem oraz możliwością samodzielnej komunikacji pomiędzy przyłączonymi urządzeniami.
Wadą tych urządzeń jest dosyć wysoka cena.

ATA - IDE, ATAPI, SATA

•          ATA (Advanced Technology Attachments) – interfejs systemowy w komputerach klasy PC i Amiga przeznaczony do komunikacji z dyskami twardymi zaproponowany w 1983 przez firmę Compaq.
Używa się także zamiennie skrótu IDE (Integrated Drive Electronics), od 2003 roku (kiedy wprowadzono SATA) standard ten jest określany jako PATA (od "Parallel ATA").
Standard ATA nie jest już rozwijany w kierunku zwiększania szybkości transmisji. Początkowo stosowano oznaczenia ATA-1, ATA-2 itd.,
obecnie używa się określeń związanych z przepustowością interfejsu (ATA/33, ATA/66, ATA/100, ATA/133).

•          ATAPI ( Advanced Technology Attachment Packet Interface) – interfejs systemowy w komputerach klasy PC przeznaczony do komunikacji z urządzeniami pamięci masowych.
ATAPI to  rozszerzona wersja standardu ATA, wprowadzająca wiele usprawnień pod kątem obsługi wymiennych mediów.
Głównie dotyczyło to napędów CD-ROM/DVD, napędów taśmowych, czy też dyskietek o dużych rozmiarach – ZIP, SuperDisk.
W wyniku wprowadzonych zmian w standardzie ATA, od tamtej pory przyjął on nazwę ATA/ATAPI – jednak większość osób posługuje się jego starą, krótszą nazwą.

•          SATA (Serial Advanced Technology Attachment, Serial ATA) – szeregowa magistrala komputerowa, służąca do komunikacji pomiędzy adapterami magistrali hosta (HBA),
a urządzeniami pamięci masowej, takimi jak dyski twarde, napędy optyczne i taśmowe.
SATA jest bezpośrednim następcą równoległej magistrali ATA.
 Przewody SATA są węższe i bardziej elastyczne od przewodów ATA, co ułatwia układanie oraz poprawia warunki chłodzenia wnętrza komputera.

 

 

Bramka logiczna

•          Bramka logiczna - element konstrukcyjny maszyn i mechanizmów (zazwyczaj układ scalony,
choć podobne funkcje można zrealizować również za pomocą innych rozwiązań technicznych,
np. hydrauliki czy pneumatyki), realizujący fizycznie pewną prostą funkcję logiczną, której argumenty (zmienne logiczne)
oraz sama funkcja mogą przybierać jedną z dwóch wartości, np. 0 lub 1 (algebra Boole'a).

•          Podstawowymi elementami logicznymi, stosowanymi powszechnie w budowie układów logicznych, są elementy realizujące funkcje logiczne:
sumy (alternatywy  OR), iloczynu (koniunkcji AND ) i negacji NOT.
Za pomocą dwóch takich bramek (np. OR i NOT lub AND i NOT) można zbudować układ, realizujący dowolną funkcję logiczną.

•          Bramki NAND (negacja koniunkcji), oraz NOR (negacja sumy logicznej) nazywa się funkcjonalnie pełnymi ponieważ przy ich użyciu
(tzn. samych NAND lub samych NOR) można zbudować układ realizujący dowolną funkcję logiczną.

•          Dowolną bramkę logiczną można też skonstruować za pomocą pary bramek, np. za pomocą OR i NOT lub AND i NOT. Układy takie nazywamy układami zupełnymi.

•          Bramkę logiczną XOR często wykorzystujemy w układach arytmetyki takich jak sumatory czy subtraktory.

 

 

Podstawowe elementy komputera

•         Komputer jest to urządzenie składające się z wielu części.

•         Podstawowe urządzenia w komputerze to:
w obudowie:

–     płyta główna

–      procesor,

–      pamięć RAM,

–      dysk twardy (HD)

–     napęd optyczny CDROM, DVD

–      stacja dyskietek (FD)

•         Urządzenia we/wy
karta graficzna (w obudowie), monitor, klawiatura, mysz
drukarka, skaner

 

Płyta główna (motherboard)

•          Płyta główna to podstawa komputera.

Najważniejsza płyta drukowana urządzenia elektronicznego, na której zamontowano

najważniejsze elementy urządzenia, umożliwiająca komunikację wszystkim pozostałym

komponentom i modułom

Do niej podłącza się lub montuje w odpowiednich gniazdach wszystkie

istotne elementy składowe komputera.

Płyta główna umożliwia poszczególnym elementom wzajemną komunikację

i współpracę. Od jakości płyty głównej zależy bardzo często stabilność systemu

i możliwość dalszej rozbudowy komputera.

•          W komputerze na płycie głównej znajdują się złącza dla:

procesora, pamięci operacyjnej, kart rozszerzających.

Na płycie głównej znajdują się procesor, pamięć operacyjna lub gniazda do zainstalowania tych

urządzeń oraz gniazda do zainstalowania dodatkowych płyt zwanych kartami rozszerzającymi (np.

PCI), urządzeń składujących (dyski twarde, napędy optyczne itp.) i zasilacza.

W niektórych konstrukcjach także innych urządzeń zewnętrznych (port szeregowy, port

równoległy, USB, złącze klawiatury, złącze myszy).

 

Płyta główna c.d.

•          Płyta główna jest płytką z obwodami drukowanymi, na której montowana jest znaczna część  
komponentów niezbędnych do poprawnego funkcjonowania systemu komputerowego.
Na płycie  głównej swoje miejsce mają: procesor,
magistrala systemowa, pamięć ROM (służąca do  przechowywania głównego programu obsługi komputera - BIOSU, a także programów testujących  podzespoły komputera przy starcie systemu - POST), sloty na karty rozszerzeń, gniazda pamięci  RAM,
kontroler urządzeń I/O, porty służące do podłączania urządzeń I/O oraz chipset płyty głównej.

•          Chipset
Chipset stanowi "serce" płyty głównej i odpowiada za sterowanie przepływem strumienia danych.
Chipset zwykle jest podzielony logicznie na dwa osobne układy, tzw. Mostki.

–       Mostek południowy (ang. south bridge) umożliwia dołączenie do procesora portów I/O (tj.  interfejsy szeregowe/równoległe, magistrala USB), zapewnia możliwość korzystania z magistrali  ISA oraz pozwala podłączyć urządzenia do złącz IDE.
Ponadto mostek południowy steruje  funkcjami zarządzania energii oraz monitoruje parametry systemu. 

–       Mostek północny (ang. north bridge), który steruje przepływem danych (jest kontrolerem FSB  głównej szyny procesora) pomiędzy procesorem, pamięcią operacyjną i podręczną, złączem AGP i  PCI, a także mostkiem południowym.
Mostek północny zapewnia bezkonfliktową współpracę  magistrali pracujących nierzadko z różnymi częstotliwościami taktowania.

–       Pojęcie chipsetu ściśle wiąże się z typem obsługiwanego przez płytę główną procesora – innego  chipsetu wymaga procesor Intel 80486
a innego Intel Pentium III. Rodzaj chipsetu zależy również od  specyfikacji elektrycznej i mechanicznej wyprowadzeń gniazda procesora (a więc typu gniazda).

 

Budowa płyty głównej

Standardy architektur – ISA, EISA, VESA, PCI

•          ISA (ang. Industry Standard Architecture). Wychodzący z użycia standard 16-bitowej magistrali danych, umożliwiającej  dołączanie dodatkowych kart rozszerzeń i oferującej "imponującą" przepustowość 8,33 MB/s.

•          EISA (ang. Extended Industry Standard Architecture)

–       Zgodna ze swoją 16-bitową poprzedniczką, 32-bitowa magistrala zewnętrzna, która ze względu na  kompatybilność wstecz, pracuje z prędkością 8,33 MHz, jednak dostęp do pamięci odbywa się z  pełną szybkością 33 MB/s [1]. Ze względu na niezbyt spektakularne osiągi i dużą cenę wytwarzania, magistrala ta jest coraz rzadziej wykorzystywana.

•          VESA Local Bus (ang. Video Electronics Standards Association)

–       Standard ten najbardziej popularny w latach 1993-1996 miał stanowić wsparcie dla szybkich kart  graficznych. Stanowił swoiste rozszerzenie technologii ISA o dodatkową magistralę danych,  zwiększającą szybkość transferu pomiędzy procesorem a kartą graficzną, teoretycznie do 120 MB/s.  32-bitowa szyna VESA taktowana była zegarem procesora, którego częstotliwość pracy nie mogła  przekraczać 40 MHz [1]. W pewnym czasie technologia stanowiła konkurencję dla droższej EISA,  jednak szybko została wyparta przez technologię PCI.

•          PCI (ang. Peripheral Component Interconect)

–       Architektura ta została wprowadzona w 1993 roku przez firmę Intel i obecnie jest  najpopularniejszym rodzajem gniazd rozszerzeń. Zaletą magistrali PCI jest możliwość tworzenia złożonych systemów (specyfikacja 2.1 PCI opisuje, że możliwa jest współpraca do 256 magistrali, z których każda może obsługiwać do 32 urządzeń PCI). Ciekawostką świadczącą o możliwościach eskalacji PCI niech będzie fakt, że w typowym PC wykorzystywana jest tylko jedna magistrala PCI obsługująca do 10 urządzeń [1]. Magistrala PCI może pracować z szybkością od 0 do 33 MHz (ver.  2.1 do 66 MHz), co daje przepustowość 132 MB/s. Magistrala pozwala na dostęp do adresowanego  obiektu w jednym takcie zegara. Zdefiniowane jest również 64-bitowe złącze magistrali PCI,  pracujące z prędkością do 264 MB/s.

 

Architektura komputera z magistralą PCI

AGP, AMR

•          AGP (ang. Accelerated Graphics Port)

•          AGP stanowi pewne przedłużenie magistrali PCI, dlatego określana jest jako interfejs  komunikacyjny.
Magistrala AGP nie przyspiesza operacji graficznych, a jedynie umożliwia bardziej  wydajną pracę procesora graficznego [1].
Dzieje się tak, gdyż ów procesor sprawuje wyłączną

•          kontrolę nad magistralą. AGP bazuje na specyfikacji PCI 2.1, zmienia jednak znaczenie niektórych  sygnałów i wprowadza szereg nowych.
Magistrala AGP może pracować w jednym z trzech trybów:

–       _ Tryb 1x. Rozszerzenie standardu PCI, w którym dzięki podwojeniu częstotliwości pracy
 zegara taktującego do 66 MHz, uzyskano teoretyczny maksymalny transfer 264 MB/s.

–       _ Tryb 2x. Częstotliwość zegara jest taka jak poprzednio, ale wymiana danych odbywa się

–       podczas narastającego i opadającego zbocza sygnału taktującego. Daje to wzrost  częstotliwości zegara do 133 MHz ,
a teoretyczna przepustowość wynosi 532 MB/s.

–       _ Tryb 4x. Różnica w stosunku do trybu poprzedniego polega na tym, że w czasie zbocza

–       wykonywane są dwie transmisje, a więc teoretyczna przepustowość wzrasta do 1064 MB/s. 
Tryb ten pracuje na znacznie obniżonym poziomie napięć –  1.5V.

•          AMR, CNR i PTI

•          Wszystkie trzy gniazda zostały opracowane przez firmę Intel i ułatwiać mają instalowanie prostych

•          urządzeń rozszerzających.

–       AMR (ang. Audio modem Riser) - pozwala na dołączenie modemu lub karty dźwiękowej.

–       CNR (ang. Communication and Network) - pozwala na rozbudowę o kartę sieciową 10/100Mb/s.

–       PTI (ang. Panel link TV-out Interface) - pozwala na podłączenie kart TV.

 

Procesor  - CPU

•          Procesor to najważniejszą częścią wewnątrz komputera , jest to układ scalony, który steruje przetwarzaniem
informacji i ich przepływem w całym systemie komputerowym. 
Procesor jest tzw. sercem komputera, zainstalowany jest on na płycie głównej w specjalnym gnieździe.

•          Urządzenie cyfrowe sekwencyjne potrafiące pobierać dane z pamięci, interpretować je i wykonywać jako rozkazy.
Nazywany często CPU. Wykonuje on bardzo szybko ciąg prostych operacji (rozkazów) wybranych ze zbioru operacji podstawowych
określonych zazwyczaj przez producenta procesora jako lista rozkazów procesora

•          W funkcjonalnej strukturze procesora można wyróżnić:

–       zespół rejestrów do przechowywania danych i wyników, rejestry mogą być ogólnego przeznaczenia, lub mają specjalne przeznaczenie,

–       jednostkę arytmetyczną (arytmometr) do wykonywania operacji obliczeniowych na danych,

–       układ sterujący przebiegiem wykonywania programu.

•          Jedną z podstawowych cech procesora jest długość słowa (liczba bitów, na którym wykonywane są podstawowe operacje obliczeniowe.
Jeśli słowo ma np. 32 bity, mówimy że procesor jest 32-bitowy.
Innym ważnym parametrem określającym procesor jest szybkość z jaką wykonuje on program.
Przy danej architekturze procesora, szybkość ta w znacznym stopniu zależy od czasu trwania pojedynczego taktu.

 

Pamięć RAM (Random Access Memory

•         Pamięć RAM jest pamięcią roboczą komputera, przechowywane są tam dane potrzebne aktualnie do pracy komputera.

•         Zawartość pamięci RAM jest jednak ulotna i znika po wyłączeniu zasilania komputera.
W oddzielną pamięć RAM wyposażona jest karta graficzna.

•         W pamięci RAM przechowywane są aktualnie wykonywane programy i dane dla tych programów, oraz wyniki ich pracy.
Zawartość większości pamięci RAM jest tracona w momencie zaniku napięcia zasilania, dlatego wyniki pracy programów muszą być zapisane na jakimś nośniku danych.

 

Wentylator procesora, zasilacz

Wentylator procesora

•         Wentylator procesora jest elementem chłodzącym procesor komputera. 
Jest to wentylator umieszczony na radiatorze.
Wymusza on ruch powietrza w pobliżu powierzchni radiatora zwiększając odprowadzanie ciepła z radiatora.
Współczesne procesory emitują duże ilości ciepła i dlatego wymagają tego elementu.
Zatrzymanie pracy wentylatora (lub jego brak) może spowodować uszkodzenie układu na skutek przegrzania.

 

 Zasilacz

•         Znajduje się we wnętrzu komputera, dostosowuje on prąd płynący z sieci energetycznej do wymagań komputera.

 

Pamięć masowa

•        Pamięć trwała, przeznaczona do długotrwałego przechowywania dużej ilości danych w przeciwieństwie do pamięci RAM
i ROM,
m.in.

–    dyski stałe,

–    dyskietki

–    taśmy magnetyczne,

–    CD-ROM,

–    płyty DVD,

–    pamięci USB.

 

Dysk twardy HD

•         Dysk twardy kolejnym elementem wewnątrz komputera jest twardy dysk, służy on do przechowywania danych.
Zawartość dysku twardego  pozostaje na nim także po wyłączeniu komputera.
Pojemność dysków twardych  podaje się w gigabajtach-GB.

•         Dysk twardy – jeden z typów urządzeń pamięci masowej, wykorzystujących nośnik magnetyczny do przechowywania danych.
Nazwa "dysk twardy" (hard disk drive) powstała w celu odróżnienia tego typu urządzeń od tzw. "dysków miękkich", czyli dyskietek (floppy disk), w których nośnik magnetyczny naniesiono na elastyczne podłoże, a nie jak w dysku twardym na sztywne.

 

Stacja dyskietek FD

•          Stacja dyskietek jest starszym sposobem przenoszenia informacji. Informacje tam zapisane można przenosić i odczytywać na innym komputerze.
Na dyskietce można zapisać od 360 KB do 1.44 MB informacji.

•          W komputerach klasy PC obecnie najpowszechniej używane są dyskietki 3,5 calowe HD (High Density) o pojemności "1.44 MB.
Dyskietka taka składa się z twardej plastikowej obudowy z otworem dostępowym do nośnika zasuwanym metalową (później plastikową) zasuwką.

•          Oznaczenia spotykane na dyskietkach:

–       DS - double side - dwustronne

–       SS - jednostronne, obecnie prawie nie spotyka się.

–       DD lub 2D- double density - podwójna gęstość

–       HD - High Density - wysoka pojemność

–       ED - Extra Density

–       MF - Micro Floppy

•          Dyskietki 5.25"

–       DS DD lub MD2S/DD (dwustronne, podwójna gęstość) - 360KB

–       DS HD lub MD2/HD (dwustronne, wysoka pojemność, gęstośc) - 1.2MB

•          Dyskietki 3.5"

–       DS DD lub MF2-DD - 720 KB

–       DS HD lub MF2-HD - 1.44MB

–       MF2-VHD - 2.88MB (w Polsce prawie nie spotykane).

 

Napęd optyczny (CD-ROM, DVD)

•         Napęd optyczny jest to urządzenie, które za pomocą wiązki lasera odczytuje dane z następujących nośników:

–     CD (-R, -RW),

–     DVD (-R, -RW, +R, +RW) lub najnowszych

–     Blu-Ray .

•         Napędy optyczne mogą być połączone z komputerem za pomocą interfejsów ATA, SATA jak i SCSI.
Prędkość napędów optycznych podaje się w wielokrotnościach podstawowej prędkości 1x,
która odpowiada przepustowości

–      150 kB/s (napędy CD),
1350 kB/s (napędy DVD) lub
5234 kB/s (napędy Blu-Ray).

•         Np. maksymalny transfer CD-ROMu o prędkości 8x wynosi 1,2 MB/s.

 

Nagrywarka CD

•         Do komputera można podłączyć również nagrywarkę  CD.
Umożliwia ona nagrywanie własnych płyt CD
na nagrywalnych płytach  CD-R
i płytach wielokrotnego zapisu CD-RW.

•         Za jej pomocą można np.  przygotować kopię zawartości dysku twardego, lub nagrać płytę z ulubioną  muzyką.

 

Pamięć USB

•         Pamięć USB (znana także pod nazwami, m.in.
PenDrive, USB Flash Drive, Flash Disk,, Flash Memory Stick Pen Drive
 to urządzenie przenośne zawierające pamięć nie ulotną typu Flash EEPROM,
zaprojektowane do współpracy z każdym komputerem poprzez port USB
i używane do przenoszenia danych (plików) między komputerami.
Spopularyzowana również w Polsce nazwa marki urządzenia PenDrive (ang. pen, "pióro" + drive, "napęd") odnośnie wszystkich typów pamięci USB rozpowszechniła się najprawdopodobniej ze względu na skojarzenia - pochodzi od wyglądu przypominającego najczęściej krótki długopis z zaślepką
(na wtyk USB).

 

Karty rozszerzeń- dodatkowe wyposażenie komputera. Zależą od przeznaczenia oraz rodzaju gniazda rozszerzającego, z którym współpracują.
Najpopularniejsze to:

• karta grafiki - wyświetla obraz na monitorze
• karta dźwiekowa 
• karta sieciowa - do podłaczenia komputera do sieci
• modem wewnętrzny - do podłączenia z siecią Inernet przy pomocy linii telefonicznej
• karta TV
• karta wideo 
• FireWire - o bardzo szybkim transferze danych - do podłączenia kamer cyfrowych lub zewnętrznych dysków twardych
• karty specjalistyczne, np. do podłaczenia obrabiarek, urządzeń pomiarowych itp.

Karta sieciowa

•         Karta sieciowa służy do przekształcania pakietów danych w sygnały, które są przesyłane w sieci komputerowej.

•         Każda karta posiada własny, unikatowy w skali światowej adres fizyczny, znany jako adres MAC 
(Media Access Control), przyporządkowany w momencie jej produkcji  przez producenta,
zazwyczaj umieszczony na stałe w jej pamięci ROM. 
We współczesnych kartach adres ten można jednak zmieniać.

 

Karta dźwiękowa

•         Karta dźwiękowa to urządzenie umożliwiające rejestrację, przetwarzania 
i odtwarzanie dźwięku na komputerze.

•         Praktycznie każdą część komputera można wymienić w zależności od potrzeb i upodobań.
Każdy komputer, aby  wykonać jakąkolwiek operację,  musi mieć odpowiednie oprogramowanie.
Dotyczy to również wszystkich  nowych kart rozszerzających i urządzeń zewnętrznych, które muszą być sterowane poprzez odpowiednie programy zwane popularnie sterownikami.

Karta graficzna

•         Karta graficzna to element komputera tworzący sygnał dla monitora.

•          Podstawowym zadaniem karty graficznej jest przechowywanie informacji 
o tym jak powinien wyglądać ekran monitora i odpowiednim sterowaniu  monitorem.

•          Często określana też mianem akcelerator grafiki, to element komputera tworzący sygnał dla monitora.

•          Pierwsze karty graficzne potrafiły jedynie wyświetlać znaki alfabetu łacińskiego ze zdefiniowanego w pamięci karty generatora znaków - tryb tekstowy.
Kolejna generacja kart graficznych potrafiła już wyświetlać w odpowiednim kolorze poszczególne punkty (piksele) - tryb graficzny.
Nowoczesne procesory graficzne udostępniają wiele funkcji ułatwiających i przyśpieszających pracę programów.
Możliwe jest narysowanie odcinka, trójkąta, wieloboku, wypełnienie ich zadanym kolorem lub wzorem, tzw. akceleracja 2D.
Większość kart na rynku posiada również wbudowane funkcje ułatwiające tworzenie obrazu przestrzeni trójwymiarowej, tzw. akceleracja 3D.
Niektóre posiadają zaawansowane algorytmy potrafiące na przykład wybrać tylko widoczne na ekranie elementy z przestrzeni.

 

Urządzenia zewnetrzne: monitor, drukarka, skaner, tablet, ploter ...

Monitor

•          Monitor to ogólna nazwa jednego z urządzenia we-wy do bezpośredniej komunikacji operatora z komputerem.
Zadaniem monitora jest  wizualizacja wyników pracy komputera.

•          Monitor - urządzenie wyjściowe, podłączone do komputera będące źródłem światła, wyświetlające na własnym ekranie
obraz oglądany z drugiej strony przez oglądającego.

•          Wyróżnia się monitory lampowe (kineskopowe) - CRT, monitory oparte na ciekłych kryształach (LCD), oraz monitory plazmowe

•          Obecnie używany jest, obsługiwany przez komputer zwykle za pośrednictwem karty graficznej.
Podłączany jest najczęściej do gniazda 15-pinowego D-Sub. Do monitora sygnały przesyłane są w postaci analogowej (sygnały RGB).
W monitorach profesjonalnych do zastosowań graficznych stosuje się specjalne karty graficzne i monitory, które podłączane są do karty graficznej
za pośrednictwem złącz BNC, a każdy z kolorów jest przesyłany oddzielnie, co zmniejsza liczbę zniekształceń.
Istnieją także monitory podłączane do gniazda cyfrowego, gdzie sygnał do monitora przesyłany jest w postaci cyfrowej przez gniazdo DVI.

•          Podział współczesnych monitorów:

–       Monitor CRT - Przypomina zasadą działania i po części wyglądem telewizor.
 Głównym elementem monitora CRT jest kineskop.

–       Monitor LCD - inaczej panel ciekłokrystaliczny. Jest znacznie bardziej płaski od monitorów CRT.

 

Parametry monitorów

•          Typowe parametry monitorów to:

–        rozmiary ekranu - czyli przekątna ekranu wyrażana w calach (1 cal = 2,54 cm);

–        rozdzielczość - jest to ilość pikseli w poziomie i w pionie. Im wyższa rozdzielczość tym obraz może zawierać więcej szczegółów,
jest to jednak uwarunkowane również możliwościami zainstalowanej w komputerze karty graficznej,
która bezpośrednio decyduje o jakości wyświetlanego obrazu.

–        kolory w jakich obraz może być wyświetlany na ekranie monitora podawane są w bitach:

•       8 bitów = maks. 256 kolorów (minimum dla multimediów)

•       16 bitów = maks. 65 536 kolorów (HighColor, jakość wideo)

•       24 bity = maks. 16,8 mln kolorów (TrueColor, jakość fotograficzna); Dokładniej 224 kolorów

•       32 bity = TrueColor z przezroczystością: maks. 4,3 mld kombinacji; Dokładniej 232 kombinacji

–        częstotliwość odświeżania - im wyższa tym lepsza, co objawia się mniejszym migotaniem obrazu,
a więc mniejszym zmęczeniem oczu, rozsądny poziom dla monitora CRT to 85 Hz lub 100 Hz.

–        plamka - jej wielkość decyduje o rozmiarach najmniejszych detali jakie monitor jest w stanie wyświetlić,
im mniejsza plamka tym ostrzejszy obraz, przy czym średnia wielkość plamki rośnie wraz z przekątną ekranu
(0,28 mm - 21 calowe; 0,25 mm - 15 calowe),
ze względu na różny sposób pomiaru wielkości plamki monitorów CRT parametr ten może być mylący,
dla monitorów LCD jest prostą funkcją rozdzielczości maksymalnej i przekątnej ekranu;

–        pasmo przenoszenia - zwykle 110 do 200 MHz, im większe tym lepiej.
Maksymalna częstotliwość sygnału wejściowego akceptowaną przez monitor, równa iloczynowi częstotliwości odchylenia poziomego,
maksymalnej rozdzielczości w poziomie oraz częstotliwości odświeżania ekranu;

•           Niektóre dodatkowe zalety jakie może posiadać monitor:

–        brak przeplotu (ang. Non interlaced) redukuje migotanie obrazu;

–        płaski ekran (ang. Flat screen) najnowsze technologie pozwalają na uzyskanie bardziej płaskiego ekranu;

–        MPR II, TCO'92 95/99/03 - normy określające dopuszczalny poziom promieniowania elektromagnetycznego;

–        sterowanie cyfrowe (ang. Digital Controls) - oznacza brak lub minimalizację regulatorów analogowych (potencjometrów)
i zastąpienie ich regulatorami cyfrowymi przez co możemy określić ustawienia osobno dla każdego trybu odświeżania
i dla każdej rozdzielczości. Sterowanie cyfrowe jest precyzyjniejsze i zapewnia dużą wygodę obsługi;

–        wyświetlanie ustawień na ekranie (ang. On Screen Display OSD)

–        tryby oszczędzania energii - możliwość przechodzenia monitora po dłuższej bezczynności najpierw w tryb czuwania
a następnie uśpienia, co wiąże się z mniejszym poborem energii;

–        powłoka antyrefleksyjna (ang. Anti-glare coating) - eliminuje efekt odbijania się promieni słonecznych od ekranu monitora;

–        B - Polska norma bezpieczeństwa elektrycznego.

 

 

Drukarki

•          Drukarka, w przeciwieństwie do skanera, zamienia postać dokumentu z cyfrowej na papierową.

•          Drukarki podzielić możemy na trzy grupy w zależności od techniki jaką wykorzystują do drukowania:

–       1. Drukarki igłowe. Technika druku opiera się na dwóch elementach: głowicy (z igłami) i taśmie barwnej.
Igły głowicy uderzając w taśmę barwiącą powodują przeniesienie barwnika na  papier.
Drukarki tego typu niestety są bardzo głośne i oferują słabą jakość wydruku.

–       2. Drukarki atramentowe. Wykorzystują atrament jako nośnik informacji.
Atrament, który znajduje się w zbiornikach, jest doprowadzany do głowicy i wypychany przez dysze.
Istnieje wiele rodzajów drukarek atramentowych, wykorzystujących różne techniki do nakładania na papier atramentu.
Najpopularniejsze z nich to [3]:

–       technika termiczna - tutaj kropelka atramentu jest "wypluwana" na papier na skutek rozprężenia pęcherzyka powietrza
(w każdej z dysz znajduje się specjalny "grzejniczek", który w krótkim czasie potrafi rozgrzać się do wysokiej temperatury.
W wyniku takiej reakcji wytwarza się para wodna, której pęcherzyk wypycha kropelkę atramentu z dyszy).

–       technika piezoelektryczna - w tym wypadku kropelka jest wypychana przez kryształki, które pod wpływem przyłożonego napięcia zmniejszają swą objętość,
co powoduje zwiększenie ciśnienia w dyszy i w rezultacie "wyplucie" kropelki atramentu.

–       3. Drukarki laserowe
Drukarka laserowa to rodzaj drukarki wykorzystującej w procesie drukowania laser.
Drukarki laserowe charakteryzują się bardzo wysoką jakością wydruku, a druk pod wpływem wody nie rozpływa się.