INFORMATIKA IN RAČUNALNIŠTVO · 2014. 10. 6. · KNJIGE Jasna Maver: Informacijska tehnologija,...

I&R: P-I/1/44

Laboratorij za numerično modeliranje in simulacije

http://lab.fs.uni-lj.si/lnms

INFORMATIKA IN RAČUNALNIŠTVO

1. letnik

visokošolski PA program

Predavatelj: doc.dr. Nikolaj MOLE (soba N-7) e-mail: nikolaj.mole@fs.uni-lj.si

Asistenti: doc.dr. Alojz SUHADOLNIK (soba 614) e-mail: alojz.suhadolnik@guest.arnes.si

asist.dr. Marko VRH (soba N-21) e-mail: marko.vrh@fs.uni-lj.si

asist. Luka KNEZ (soba 228) e-mail: luka.knez@fs.uni-lj.si

I&R: P-I/2/44

POGOJ ZA OPRAVLJANJE IZPITA

obvezna udeležba na 10 vajah

vaje potekajo na računalnikih v računalniški učilnici I/4 in II/1

I&R: P-I/3/44

TERMINI VAJ – I. del

razpored študentov po terminih vaj:

s.1 in s.2 : petek 1030 – 1200 , pred. I / 4

s.3 in s.4 : petek 1030 – 1200 , pred. II / 1

s.5 in s.6 : četrtek 1200 – 1330 , pred. II / 1

s.7 in s.8 : četrtek 1200 – 1330 , pred. I / 4

s.9 in s.10 : petek 730 – 900 , pred. I / 4

s.11 in s.12 : petek 730 – 900 , pred. II / 1

I&R: P-I/4/44

TERMINI VAJ – II. del

razpored študentov po terminih vaj:

s.13 in s.14 : ponedeljek 1330 – 1500 , pred. I / 4

s.15 in s.16 : ponedeljek 1330 – 1500 , pred. II / 1

s.17 in s.18 : sreda 1130 – 1300 , pred. I / 4

s.19 in s.20 : sreda 1130 – 1300 , pred. II / 1

s.21 in s.22 : sreda 1530 – 1700 , pred. I / 4

s.23 in s.24 : sreda 1530 – 1700 , pred. II / 1

I&R: P-I/5/44

TERMINI VAJ – III. del

razpored študentov po terminih vaj:

s.25 in s.26 : torek 1330 – 1500 , pred. I / 4

s.27 in s.28 : torek 1330 – 1500 , pred. II / 1

s.29 in s.30 : ponedeljek 730 – 900 , pred. I / 4

s.31 in s.32 : ponedeljek 730 – 900 , pred. II / 1

I&R: P-I/6/44

DVA NAČINA OPRAVLJANJA IZPITA

1. Način:

Praktični del izpita: 1. kolokvij: urejanje teksta, obdelava številčnih podatkov (27.11. – 3.12.2014)

2. kolokvij: reševanje matematičnih problemov (5.1. - 9.1.2015)

Teoretični del izpita: ustni zagovor

2. Način:

Praktični del izpita: urejanje teksta, obdelava številčnih podatkov, reševanje

matematičnih problemov

Teoretični del izpita: ustni zagovor

I&R: P-I/7/44

NAMEN PREDAVANJ IN VAJ

Poenotenje znanja uporabe osnovnih programskih orodij,

ki jih študenti potrebujejo pri študiju strojništva

I&R: P-I/8/44

• kratka seznanitev z zgodovino računalnikov in njihovo zgradbo

• programska oprema računalnikov

• obdelava številčnih podatkov

• urejanje besedil

• slikovna predstavitev informacij

• kombinirana uporaba programskih orodij

• numerično reševanje matematičnih problemov

• izdelava računalniškega programa

• računalniška omrežja in iskanje podatkov po medmrežju

VSEBINA PREDAVANJ IN VAJ

I&R: P-I/9/44

ŠTUDIJSKA LITERATURA

KNJIGE

Jasna Maver: Informacijska tehnologija, BiblioThecaria, ULJ, FF, 2002

Miro Gradišar: Uvod v informatiko, ULJ, EF, 2003

Ljubomir Kostrevc: Računalništvo in informatika, četrta izdaja, Pasadena, 2006

Matej Artač, Borut Batagelj, Matjaž Jogan, Žiga Kranjec, Bojan Kverh, Katarina

Mele, Peter Peer, Miha Peternel, Franc Solina: Uporabniška programska

oprema, ULJ, FRI, 2004

Larry Long, Nancy Long: Computers, Pearson Education, 2005

Ron White: How Computers Work, QUE, 2008

Jože Petrišič: MATLAB za inženirje, 2011

knjige, ki se nanašajo na posamezni računalniški program

I&R: P-I/10/44

ŠTUDIJSKA LITERATURA

INTERNETNE STRANI

http://lab.fs.uni-lj.si/lnms/LNMS-slo/izobrazevanje.php

http://colos.fri.uni-lj.si/ERI/INFORMATIKA/

http://www2.arnes.si/~bmohor3/Urejanje_Besedila/

http://sl.wikipedia.org/

http://www.whatis.com/

I&R: P-I/11/44

DEFINICIJA RAČUNALNIŠTVA

Računalništvo je veda o zgradbi in delovanju računalnika ter

njegovi uporabi

DEFINICIJA INFORMATIKE

Informatika je veda o informacijah, oblikah njihovega zbiranja,

obdelave, shranjevanja, izmenjave ter oblikovanja v okviru

računalniško podprtih informacijskih sistemov

I&R: P-I/12/44

KJE VSE SE SREČUJEMO

Z INFORMATIKO V STROJNIŠTVU?

pri razvoju produktov (CAD,CAE)

pri vodenju proizvodnje (CAM)

pri nadzoru proizvodnje linije

pri avtomatizaciji proizvodnjega procesa

obdelovalni stroji (CNC)

I&R: P-I/13/44

ZGODOVINA RAČUNALNIKOV

• pripomočki za računanje (+,-,*,/)

vir: http://en.wikipedia.org/wiki/Abacus

Abakus (2200 p.n.š.)

I&R: P-I/14/44

ZGODOVINA RAČUNALNIKOV

• računski stroji

vir: http://en.wikipedia.org/wiki/Charles_Babbage

Diferenčni stroj na parni pogon (izdelal Charles Babbage leta 1822)

I&R: P-I/15/44

• računski stroji

vir: http://en.wikipedia.org/wiki/Herman_Hollerith

Vnos podatkov z uporabo luknjanih kartic (patentiral Herman Hollerith leta1887)

ZGODOVINA RAČUNALNIKOV

I&R: P-I/16/44

• računski stroji

vir: http://en.wikipedia.org/wiki/Tabulating_machine

Herman Hollerith leta1896 ustanovi podjetje, iz katerega nastane leta 1924 podjetje IBM

ZGODOVINA RAČUNALNIKOV

I&R: P-I/17/44

• elektro-mehanični računalniki (zasnovani na elektro-mehanskih stikalih)

vir: http://en.wikipedia.org/wiki/Z3

Z3 - prvi programabilni popolnoma avtomatski računalnik (izdelal Konrad Zuse leta 1941)

ZGODOVINA RAČUNALNIKOV

I&R: P-I/18/44

• elektro-mehanični računalniki (zasnovani na elektro-mehanskih stikalih)

vir: http://en.wikipedia.org/wiki/Harvard_Mark_I

IBM Mark I – uporabljena so bila elektro-mehanska stikala (izdelan leta 1944)

ZGODOVINA RAČUNALNIKOV

I&R: P-I/19/44

• elektronski računalniki

prva generacija (uporaba elektronk in ožičenih povezav)

vir: http://en.wikipedia.org/wiki/Eniac

ENIAC – za stikala je bilo uporabljeno 18000 elektronk (izdelan leta 1946)

ZGODOVINA RAČUNALNIKOV

I&R: P-I/20/44

druga generacija (uporaba tranzistorjev in tiskanih vezij)

• elektronski računalniki

vir: http://www.computermuseum.li/Testpage/Honeywell400

HONEYWELL 400 (izdelan leta 1959)

ZGODOVINA RAČUNALNIKOV

I&R: P-I/21/44

• elektronski računalniki

tretja generacija (uporaba integriranih vezij)

vir: http://en.wikipedia.org/wiki/IBM_360

IBM serije 360 (izdelan leta 1964)

ZGODOVINA RAČUNALNIKOV

I&R: P-I/22/44

• elektronski računalniki

četrta generacija (uporaba mikroprocesorjev, visoko razviti programski jeziki)

vir: http://en.wikipedia.org/wiki/IBM_PC_XT

IBM PC XT (izdelan leta 1983)

prvi mikroprocesor

mikroprocesor

pentium

ZGODOVINA RAČUNALNIKOV

I&R: P-I/23/44

• elektronski računalniki

peta generacija:

vzporedno procesiranje na nekaj 1000 mikroprocesorjih

kvantni računalnik (superpozicija kvantnih stanj)

DNA-računalnik

povezava med komponentami izvedena z optičnimi vlakni

ZGODOVINA RAČUNALNIKOV

I&R: P-I/24/44

Moorov zakon

ZGODOVINA RAČUNALNIKOV

število tranzistorjev,

ki jih lahko vgradimo

na enako veliko

površino silicijeve

rezine, se podvoji

vsakih 18 mesecev,

pri čemer se cena

izdelka bistveno ne

spremeni

vir: http://www.extremetech.com/computing/116561-the-death-of-cpu-scaling-from-one-core-

to-many-and-why-were-still-stuck

I&R: P-I/25/44

ZGRADBA ELEKTRONSKEGA RAČUNALNIKA (hardware)

koncept elektronskega računalnika s shranjenim programom je leta 1945

razvil John von Neumann s sodelavci in obsega pet funkcijskih enot:

krmilna enota

računska enota

pomnilnik

vhodna enota

izhodna enota

I&R: P-I/26/44

ZGRADBA ELEKTRONSKEGA RAČUNALNIKA

procesna enota

krmilna enota

aritmetično

logična enota

centralna procesna enota (CPU) notranji pomnilnik

podatkovne povezave

krmilni signali

• model računalnika

bralno-pisalni

pomnilnik

(RAM)

registri

bralni

pomnilnik

(ROM)

izhodna enota

vhodna enota zunanji

pomnilni

medij

I&R: P-I/27/44

ZGRADBA ELEKTRONSKEGA RAČUNALNIKA

ključne značilnosti von Neumann-ovega elektronskega računalnika:

5 funkcijskih enot

zgradba računalnika se ne spreminja od problema do

problema

program se vstavlja v računalniški pomnilnik in se

sestoji iz zaporedja ukazov

v istem pomnilniku se nahajajo program, vhodni

podatki ter vmesni in izhodni rezultati

I&R: P-I/28/44

• namizni računalnik

vir. http://en.wikipedia.org/wiki/Personal_computer_hardware

ZGRADBA ELEKTRONSKEGA RAČUNALNIKA

I&R: P-I/29/44

• notranjost računalnika

vir. http://en.wikipedia.org/wiki/Personal_computer_hardware

ZGRADBA ELEKTRONSKEGA RAČUNALNIKA

I&R: P-I/30/44

bistveni podatki o centralni procesni enoti:

podnožje procesorja (motherboard chipset)

število jeder (number of cores)

širina podatkovnega vodila (data path width , [b])

delovni takt (core speed, [Hz])

takt podatkovnih vodil (bus speed, [Hz])

velikost predpomnilnika (cache memory, [B])

ZGRADBA ELEKTRONSKEGA RAČUNALNIKA

I&R: P-I/31/44

PROGRAMSKA OPREMA (software)

sistemska programska oprema

programska oprema za uporabnike

programska oprema za razvijanje računalniških programov

I&R: P-I/32/44

PROGRAMSKA OPREMA

sistemska programska oprema:

BIOS (Basis Input Output System)

jedro operacijskega sistema (OS)

programska oprema za komunikacijo

grafični uporabniški vmesnik (GUI)

druga sistemska oprema

I&R: P-I/33/44

PROGRAMSKA OPREMA

bralno-pisalni

pomnilnik (RAM)

krmilna enota

aritmetično

logična enota

centralna procesna enota (CPU) notranji pomnilnik

procesna enota

vhodna enota

podatkovne povezave

krmilni signali

nalaganje operacijskega sistema

bralni

pomnilnik (ROM)

izhodna enota

zunanji

pomnilni

medij

registri

I&R: P-I/34/44

PROGRAMSKA OPREMA

programska oprema za uporabnike:

urejevalniki besedil

orodja za izdelavo preglednic

orodja za računalniško grafiko

programski paketi za računalniško podprto konstruiranje (CAD)

programski paketi za analizo fizikalnih problemov (CAE)

I&R: P-I/35/44

PROGRAMSKA OPREMA

krmilna enota

aritmetično

logična enota

centralna procesna enota (CPU) notranji pomnilnik

procesna enota

podatkovne povezave

krmilni signali

zagon računalniškega programa

bralno-pisalni

pomnilnik (RAM)

registri

bralni

pomnilnik (ROM)

izhodna enota

vhodna enota zunanji

pomnilni

medij

I&R: P-I/36/44

PROGRAMSKA OPREMA

programska oprema za razvijanje računalniških programov:

programska oprema za programske aplikacije

prevajaniki iz različnih programskih jezikov v strojni jezik

I&R: P-I/37/44

LASTNIŠTVO PROGRAMSKE OPREME

lastniška programska oprema (proprietary software, commercial software)

preizkusna programska oprema (shareware)

demo/beta verzije programske opreme (demo software, beta software)

prosta programska oprema (free software)

odprtokodna programska oprema (open source software)

javna programska oprema (public domain software)

I&R: P-I/38/44

OPERACIJSKI SISTEM

osnovne naloge operacijskega sistema:

upravljanje s procesi, ki tečejo v CPE

upravljanje z notranjim, zunanjim in navideznim pomnilnikom

upravljanje z datotečnimi sistemi

upravljanje z vhodno-izhodnimi napravami (gonilniki naprav)

izvajanje ukazov v CPE

omogočanje omrežnih povezav

I&R: P-I/39/44

OPERACIJSKI SISTEM

uporabniku operacijski sistem omogoča:

zagon in uporabo računalniških programov

zagotavljanje pomnilnika za vse tekoče procese

uporabo vhodno-izhodnih naprav

delo z datotečnimi sistemi

medračunalniško povezovanje

zaščito podatkov

nemoten potek procesov v CPE

I&R: P-I/40/44

GONILNIKI NAPRAV

gonilnik naprave je del sistemske programske opreme, ki omogoča

komunikacijo med napravo in operacijskim sistemom

I&R: P-I/41/44

PODATEK IN INFORMACIJA

razlikovanje med podatkom in informacijo

podatek

• podatek je poljubna predstavitev s pomočjo simbolov ali analognih veličin

(številke, besede, krivulje, slike, npr. s številkami podana izmerjena temperatura)

informacija

• je podatku pripisan pomen (npr. v kakšnih razmerah je bila temperatura izmerjena)

• je znanje, ki podatek naredi uporaben

• podatku dodana enota, ki definira fizikalno veličino

I&R: P-I/42/44

DIGITALNI ZAPIS INFORMACIJE

zvezni (analogni) zapis – diskretni (digitalni) zapis podatka

diskretizacija signala

• časovno spremenljivi zvezni signal vzorčimo v enakih časovnih presledkih

• Shannonov teorem: frekvenca vzorčenja mora biti vsaj dvakrat višja od

frekvence vzorčenega signala

I&R: P-I/43/44

DIGITALNI ZAPIS INFORMACIJE

diskretni (digitalni) zapis podatka

digitalizacija diskretnega podatka

• digitalni računalniki so zgrajeni iz komponent, katere lahko

preklapljamo med stanjema zaprt (”1”) ali odprt (”0”)

• najmanjša informacijska enota je dvojiško število imenovano

bit (binary digit, [b]), ki ima lahko samo dve vrednosti 1 ali 0

• količina n -bitov informacije pomeni približno 2n podatkov

• če imamo P enakovrednih podatkov, potem količino

informacije izračunamo z enačbo n = log2P

• digitalni zapis diskretnega podatka je praviloma približek

I&R: P-I/44/44

DIGITALNI ZAPIS INFORMACIJE

digitalizacija diskretnega podatka

• elektronika v računalniku je organizirana v skupine po 8 bitov,

kar imenujemo 1 zlog (byte, [B]), več zlogov tvori besede (words)

• pomen predpon kilo [K], mega [M], giga [G], ... v računalništvu:

▫ 1 KB = 210 B = 1.024 B 103 B

▫ 1 MB = 220 B = 1.048.576 B 106 B

▫ 1 GB = 230 B = 1.073.741.824 B 109 B

▫ 1 TB = 240 B = 1.099.511.627.776 B 1012 B

diskretni (digitalni) zapis podatka