A projekt az Európai Unió társfinanszírozásával, az Európa terv keretében valósul meg. INFORMATIKA

Átírás

1 A projekt az Európai Unió társfinanszírozásával, az Európa terv keretében valósul meg. INFORMATIKA DE AMTC AVK

2 HEFOP P /1.0 Ez a kiadvány a Gyakorlatorientált képzési rendszerek kialakítása és minőségi fejlesztése az agrár-felsőoktatásban című program keretében készült INFORMATIKA DE AMTC AVK

3 Szerkesztő: Dr. Harnos Zsolt Budapesti Corvinus Egyetem Dr. Herdon Miklós Debreceni Egyetem Szerző: Dr. Herdon Miklós Debreceni Egyetem Dr. Fazekasné dr. Kis Mária Debreceni Egyetem Magó Zsolt Debreceni Egyetem Németh Zoltán Budapesti Corvinus Egyetem Lektor: Dr. Nagy Elemérné Szegedi Tudományegyetem Dr. Szenteleki Károly Budapesti Corvinus Egyetem DE AMTC AVK 2007 ISBN E tankönyv teljes mértékben megegyezik a Debreceni Egyetem honlapján, a elérési úton megtalálható, azonos című tankönyvvel. Első kiadás A kiadvány szerzői jogvédelem alatt áll. A kiadványt, illetve annak részeit másolni, reprodukálni, adatrögzítő rendszerben tárolni bármilyen formában és bármilyen eszközzel elektronikus úton vagy más módon a kiadó és a szerzők előzetes írásbeli engedélye nélkül tilos. Kiadó: Debreceni Egyetem Agrár- és Műszaki Tudományok Centruma Agrárgazdasági és Vidékfejlesztési Kar Debrecen,

4 Tartalomjegyzék 1. AZ INFORMATIKA ALAPJAI Adat, információ A Neumann-elvek Mértékrendszerek Kódrendszerek SZÁMÍTÓGÉP-ARCHITEKTÚRÁK Az architektúra fejlődése a XX. században A központi egység A processzor Memória A sínrendszer és az alaplap Perifériák Háttértárolók Adatbeviteli eszközök Adatkiviteli (megjelenítő) eszközök Platformok modern CPU-architektúrák Összefoglalás OPERÁCIÓS RENDSZEREK Alapfogalmak Az operációs rendszerek csoportosítása Az operációs rendszerek alapfeladatai Karakteres felület kezelése Ablakozó (esemény-vezérelt) rendszerek sajátosságai Állományszervezés Operációs rendszerek a gyakorlatban Microsoft Windows Linux Hálózati operációs rendszerek IRODAAUTOMATIZÁLÁS, FELHASZNÁLÓI ALKALMAZÁSOK Szövegfeldolgozás Táblázatkezelő rendszerek Adatbáziskezelés Számítógépes grafika Grafikus fájlformátumok A színes kép Különleges számítógépes grafikai eljárások Prezentációkészítés Irodaautomatizálás SZÁMÍTÓGÉPES PROGRAMOK, PROGRAMOZÁS A programozási nyelvek Gépi nyelv és assembly Magas szintű programnyelvek és fordítók Neumann-elvű és nem Neumann-elvű nyelvek Alapvető programozási struktúrák Szekvencia

5 5.2.2 Döntés Ciklus Az objektum-orientált programozás alapelvei ADATBÁZIS KEZELÉS Az adatbázis Adatmodellek Hierarchikus adatmodell Hálós adatmodell Kétszintű hálós adatmodell CODASYL-hálós adatmodell Relációs adatmodell Objektumorientált adatmodell Relációs adatmodell A relációs adatbázis objektumai Relációs adatbázis-kezelő rendszer Adatbázis-kezelő rendszerek Adatbázis-kezelő rendszerek felépítése Normalizálás. Normálformák Relációs műveletek RELÁCIÓS ADATBÁZIS KEZELŐ RENDSZEREK A GYAKORLATBAN Adatműveletek, adattábla kezelése Adatbázis tervezése (relációs adatbázis tervezése). Adatbázis létrehozása Lekérdezések. Szűrések a lekérdezésben Űrlapok készítése Jogosultság, biztonság, adatvédelem Adatbázisok strukturált lekérdező nyelvének, az SQL-nek, ismertetése Adatbáziskezelő SQL utasítások Táblakezelő SQL utasítások Összesítő függvények Hozzáférési jogok, jogosultságok kezelése az SQL-ben SZÁMÍTÓGÉP-HÁLÓZATOK Céljai, elemei Hálózati struktúrák Hálózati hardver Hálózati szoftver Hivatkozási modellek Az OSI hivatkozásai modell A TCP/IP hivatkozási modell A hálózat fizikai megvalósítása A fizikai réteg Hálózat felépítés (topológiájuk) A hálózatok részelemei Hálózatok összekapcsolása Kliens-Szerver modellek A TCP/IP PROTOKOLL ÉS AZ INTERNET A TCP/IP protokoll Címzési rendszer A Domén Név Rendszer (DNS Domain Name System) Internet szolgáltatások Elektronikus levelezés

6 Állományok átvitele - FTP - File transfer protokoll TELNET A World Wide Web A WWW alkalmazások fejlesztésének eszközei Valós idejü kapcsolattartás (IP telefon) Kapcsolódás az Internetre Telefonvonalon való kapcsolódás ADSL Wi-Fi Wi-MAX Mobil Internet INFORMÁCIÓS RENDSZEREK Rendszer modell A rendszer fogalma Rendszerszemléletű megközelítés, rendszertípusok, rendszervizsgálat Információs rendszer fogalma Vezetői tevékenységek és adatszükségletek Vállalati információs rendszerek Ágazati információs rendszerek Az agrárstatisztika A Piaci Információs Rendszer A Tesztüzemi Rendszer Az Integrált Igazgatási és Ellenőrző Rendszer A Mezőgazdasági Számlák Rendszere Elektronikus kereskedelem, elektronikus üzletvitel TÉRINFORMATIKAI ALAPOK, ALKALMAZÁSOK A térinformatikai rendszerek, digitális térképek Kapcsolat a digitális helyzeti és alfanumerikus adatok között Kataszteri rendszerek Digitális magasságmodellek Földrajzi Információs Rendszerek Valódi térbeli (3D-s) információs rendszerek Térinformatikai rendszerek típusai A helymeghatározás, geometriai adatok Raszteres és vektoros adatok, adatkezelés, alapműveletek Raszteres adatmodell átalakítása vektoros adatmodellé (raszter-vektor konverzió) A vektor-raszter konverzió Síkbeli transzformációk Távolságfogalmak Hossz-kerület, terület és súlypont számítások Grafikus adatmodellek Vektoros modellek Raszteres-teszellációs modellek A térinformatika fontosabb eszközei, alkalmazása A digitalizálás Szkennelés Fej feletti digitalizálás Fotogrammetriai módszerek Térinformatikai rendszerek, az adatok kezelése

7 11.5. Precíziós gazdálkodás Adatgyűjtés Gazdálkodási adatok integrációja Adatok interpolálása Adatelemezés Eredmények megjelenítése Országos mezőgazdasági térinformatikai rendszerek Mezőgazdasági Parcella Azonosító Rendszer (MePAR) A TAKARNET rendszer Országos Távérzékeléses Szántóföldi Növénymonitoring és Termésbecslés DÖNTÉSTÁMOGATÓ RENDSZEREK A döntéstámogató rendszerek alapjai A döntéstámogató rendszerek használatának előnyei A döntéshozatal folyamata A döntési folyamat támogatása A döntéshozatal módjai Döntéstámogató rendszerek részei Adatkezelő alrendszer Modellkezelő alrendszer Kommunikációs alrendszer Döntéstámogató szoftverrendszerek és alkalmazások OPTRANS OBJECT Visual IFPS/Plus Üzleti intelligencia, mint vezetői támogatás On-line elemző feldolgozás Több dimenziós adatbázis Programcsomagok E-KORMÁNYZAT, E-SZAKIGAZGATÁS E-kormányzat fogalma Az önkormányzatokkal szembeni elvárások Elektronikus közszolgáltatások, ügyintézés E-ügyintézés: az önkormányzati ügyintézési szolgáltatások elektronizálása Az e-önkormányzat jövőkép funkcionalitása, alrendszerei, moduljai Az e-közigazgatás programja E-aláírás Az elektronikus aláírás funkciója Az elektronikus aláírás módszerei Elektronikus aláírással kapcsolatos szolgáltatások Aláírás-létrehozó adat elhelyezése Időbélyegzés Hitelesítési szolgáltatás tanúsítvány Közigazgatási ügyfél-tájékoztató rendszer Agrár szakigazgatási intézmények e-agrárium, e-szakigazgatás ÜZEMELTETÉSI KÉRDÉSEK Segédprogramok, kommunikációs és egyéb alkalmazások Tömörítés Vírusok Adatvédelem, adatbiztonság Az adatvédelmi törvény

8 Informatikai vonatkozások Adatvédelmi módszerek a gyakorlatban

9 1. AZ INFORMATIKA ALAPJAI Mint minden komoly tudományterületnek, természetesen az informatikának (vagy ha úgy tetszik: számítástechnikának bár ezt mindjárt belátjuk, hogy hibás megfogalmazás, illetve ahogy manapság egyre elterjedtebben használják: információs- és kommunikációs technikáknak (ICT)) is megvan a maga fogalmi rendszere. Ahhoz, hogy a jegyzetben ismertetésre kerülő témakörökben foglaltakat pontosan megértsük, elengedhetetlen ezen fogalomrendszer tisztázása. És itt van az első bökkenő 1.1 Adat, információ Az, hogy az informatika az információval kapcsolatos, aligha igényel bővebb magyarázatot. Az azonban, hogy mi is az információ, már közel sem ennyire egyértelmű. Az informatika szakmai közösségében két fogalom: az adat és az információ szerepel, mint alapfogalmak. A gond csak az, hogy ezen két fogalom viszonya szerzőnként eltérő. Jelen esetben az állásfoglalást az olvasóra bízzuk, a teljesség kedvéért mindkét alapvető megközelítést bemutatjuk. Az első értelmezés szerint a környezetünkből érkező, a befogadó személyre ható impulzusok az adatok: mindaz, amit látunk, hallunk, érzünk (akár szaglás útján, akár tapintással, akár emócionális úton). Az adat az által válik információvá, hogy a befogadó az észlelésen túl jelentéssel ruházza fel. Ez azt jelenti, hogy az a tény, hogy süt a nap (ha egyébként nem érdekel bennünket, csak éppen tudomásul vesszük, hogy nem kell villanyt gyújtanunk): adat, ami akkor válik információvá, ha ez a tény számunkra valamilyen jelentéssel bír (pl. azzal, hogy akkor most biztosan nincs éjfél). Egy másik (a két fogalom viszonyával foglalkozó szakirodalmi forrásokban gyakran említett) példával élve, ha meglátunk egy kínai nyelvű feliratot, érzékeljük az írásjeleit (adat), de tisztelet a kivételnek nem tudjuk, mit jelent a felirat, tehát nincs információ-tartalma számunkra. Ebben a megközelítésben tehát az adat részhalmaza az információ. A második megközelítés szerint a környezet ingerei közül a számunkra nem fontos ingerekről úgysem veszünk tudomást, következésképpen ezeket felesleges is kategorizálni. Maradnak a környezetünk azon impulzusai, amelyeket figyelembe veszünk azaz számunkra valamilyen oknál fogva fontosak, jelentéssel bírnak: ezek az információk. Ebben a megközelítésben az információnak azt a jellemzőjét szokás hangsúlyozni, hogy megszerzésével az érzékelő személy tudása bővül az információ tehát érték(es észlelés). Az adat pedig nem más, mint az információ tárolt (rögzített vagy rögzítésre alkalmas) formája. Tehát az előző gondolatmenet kínai feliratánál maradva, ha nem tudunk kínaiul, akkor a fent említett táblán látható ákombákomok még csak nem is információk. Ha viszont el tudjuk olvasni a tábla feliratát, akkor ugyanazok az álombákomok máris információvá válnak sőt, adattá is (hiszen rögzített módon állnak rendelkezésre). Vegyük észre, hogy e szerint a megközelítés szerint a rész-egész viszony pont a fordítottja az előzőnek: itt az információ a nagyobb halmaz, az adat pedig annak részhalmaza. Egyszerű, nem? A két megközelítésben látszólagos ellentmondásosságuk dacára is van egy közös vonás: az információt mindkét megközelítés olyasvalaminek tekinti, ami a befogadó számára jelentéssel bír, fontos, értékes. (A továbbiakban az egyszerűség kedvéért nem teszünk különbséget az adat és az információ között ahol mégis lényeges, ott hangsúlyozzuk, hogy melyik értelmezésben használjuk egyik vagy másik fogalmat.)

10 Természetesen az információ nem csak úgy van (persze, vannak ilyen típusú információk is, de a számítástechnika szempontjából ezek kevésbé jelentősek): azt valamilyen módon elő kell állítani (pl. méréssel, számítással, kutatással), értelmezni kell tudni (ld. az előző példát!), esetleg szükség lehet a tárolására (holnap ne kelljen már újra kiszámolni), stb. Azoknak az eszközöknek és módszereknek az összességét, amelyek az információ előállításával, tárolásával, feldolgozásával és továbbításával foglalkoznak, információtechnológiának nevezzük. Amennyiben ezt leszűkítjük egy konkrét feldolgozási folyamatra (azaz meghatározható a szóba jöhető információk köre, a feldolgozásukra szolgáló módszerek összessége, a tárolásuk módja, stb.), akkor beszélhetünk információ (-technológiai) rendszerről (IT rendszer). Végül pedig azt a tudományágat, amely a fentieknek megfelelő IT rendszerek fejlesztési, üzemeltetési, elemzési kérdéseivel foglalkozik, informatikának hívjuk. (Fontos: a fentiekből természetesen következik, hogy az informatika nem azonos a számítástechnikával: ez utóbbi az informatika egyik részterülete, amely egy konkrét eszközrendszerre vonatkozóan végzi a fentebb megfogalmazott feladatokat!) Előfordul, hogy az információ a keletkezési helyén kerül feldolgozásra, de (manapság már) nem ez az általános: az információt (általában) el kell juttatni egyik rendszerből a másikba, az ezzel kapcsolatos eljárásokat nevezzük összefoglaló néven kommunikációnak. A kommunikációs folyamatban legalább két fél vesz részt: az információt közlő (adó) és az információt fogadó (vevő). A kommunikáció csak akkor lehet sikeres, ha az adó által közölt információ ugyanazzal a jelentéstartalommal jelenik meg a vevőnél ez pedig csak akkor biztosítható, ha a kommunikáció során mindkét fél betart bizonyos (előre meghatározott) szabályokat. Protokollnak nevezzük a kommunikációs folyamatra vonatkozó előírások gyűjteményét. Amennyiben egy kommunikációs folyamatban a részt vevő ICT eszközök összetartozását szeretnénk hangsúlyozni (vagyis azt a tényt, hogy az adott eszközök nem véletlenszerűen továbbítanak és fogadnak információt egymás között, hanem ezt valamilyen céllal teszik), akkor beszélünk kommunikációs hálózatokról. Nos, vannak tehát információink, amelyek kommunikációs protokollok biztosításával jutnak el egyik informatikai eszköztől a másikig. Ezek az eszközök aztán valamit csinálnak az információval. Azt, hogy pontosan mit, azt nyilvánvalóan az információt értelmező személy határozza meg, jelen esetben a hangsúly az automatizálhatóságon van. Algoritmusnak nevezzük valamely feladat megoldását eredményező, véges számú, elemi (további műveleti részre már nem bontható) tevékenységek szabályokkal definiált sorozatát. Ha egy algoritmusra a következő feltételek teljesülnek, akkor az az algoritmus gépesíthető: egyértelműen meghatározott kezdőtevékenységgel rendelkezik (azaz pontosan egy eleje van) determinisztikus és rendezett (minden egyes tevékenység elvégzése után egyértelműen meghatározható a következő elvégzendő tevékenység) van legalább egy olyan tevékenysége, amelyet újabb tevékenység már nem követ (azaz van vége figyelem: amíg a kezdetre kikötés az egyértelműség, végállapotból több is lehet!) Azokat az információ-technológiai eszközöket, amelyek képesek az információ és a velük műveletet végrehajtó algoritmusok tárolására és automatikus végrehajtására, számítógépeknek nevezzük. A számítógép által értelmezhető algoritmusok neve program, a számítógépen tárolt és feldolgozott információ neve (egyértelműen!) adat ez a két komponens együttesen alkotja a számítógép szoftver rétegét. Ezen kívül a számítógép részét képezi az adott eszközt ténylegesen alkotó (egyes megfogalmazások szerint: kézzel 10

11 fogható ) fizikai elemek (elektronikai eszközök, vezetékek, csavarok, tokok, stb.) összessége, amelyet hardvernek nevezünk. Összefoglalásként tehát azt mondhatjuk, hogy számítógép = hardver: alaplap, memória, processzor, merevlemezes meghajtó, kábel, billentyűzet, stb. szoftver: o adat: az adatokat kategorizálhatjuk jellegük szerint: azaz milyen típusú információt tárolnak: numerikus (szám), szöveges, logikai, esetleg dátum értékű, stb. belső szerkezetük szerint: az adatot alkotó információ összefüggése alapján (mező, rekord, állomány, stb.) o program: a programokat általában feladatuk szerint csoportosítjuk: operációs rendszerek, rendszerprogramok rendszerközeli programok (segédprogramok) felhasználói programok (alkalmazások) fejlesztő eszközök (programozási nyelvek) (egyes források szerint a számítógép mint IT rendszer részét képezi a számítógépet használó személy (mint emberi erőforrás) is, ebben az értelmezésben az elnevezése manware ) 1.2 A Neumann-elvek A számítógépek fejlődése természetesen nem egyik pillanatról a másikra valósult meg (ha egy kicsit nyitottan szemléljük a fenti definíciókat, könnyű belátni, hogy már az ősember is használt informatikát ), de ennek a hosszú folyamatnak az egyik mérföldköve volt Neumann János 1 néhány tézise, amelyben megfogalmazta, hogy véleménye szerint mi kell ahhoz, hogy egy elektrotechnikai eszköz önálló működésre legyen képes. Ezeket az alapelveket nevezzük Neumann-elveknek, és azokat az eszközöket, amelyek ezeket megvalósítják, számítógépeknek. A Neumann-elvek (az (elektronikus) számítógéppel szemben támasztott követelmény-rendszer): 1) Teljesen elektronikus működés (ennek az elvek a megértéséhez azt kell szem előtt tartanunk, hogy a korábbi számoló eszközökben valamilyen mechanikus szerkezet: fogaskerék, fogaslánc, csúszóléc, stb. vett részt a műveletekben), amelynek elemei logikai áramkörök (a logikai alapműveletek: ÉS, VAGY, NEM elvégzésére képes elektronikus eszközök) 2) Kettes számrendszer használata a műveletvégzésben. (Ez lényegében az elektronikus működés szükségszerű velejárója: egy elektronikus rendszerben a kétfázisú állapotok fizikai létrehozásából adódik az információ egyszerű megkülönböztethetősége, legyen szó az elektromos áram által okozott mágnesezettség létrehozásáról és megszüntetéséről, vagy a kettős fényvisszaverő tulajdonság könnyű és gyors cseréjéről, és más fizikai megvalósításokról.) 3) Tárolt program elve: az adat és program a rendszerben azonos módon (és helyen) tárolódik: ez a memória, amely azonos méretű és sorszámok alapján 1 Neumann János kétségkívül a számítástechnika egyik legjelentősebb magyar képviselője volt. Életrajza számos helyen megtalálható, pl. a Neumann János Számítógép-tudományi Társaság honlapján is: 11

12 megkülönböztethető részekből (rekesz) áll. Az adat és a program rendszerbe történő bevitele után a vezérlőegység (ld. 5. pont) külső (emberi) beavatkozás nélkül képes a memória tartalmát elérni, a benne tárolt adatokkal a kijelölt műveleteket elvégezni: működése automatikus. 4) Soros utasítás-végrehajtás: a számítógép egy időben csak egyetlen tevékenységet hajt végre ez a Neumann-elvű gépek egyik legnagyobb hátránya, ugyanis párhuzamos működés mellett értelemszerűen lényegesen nagyobb teljesítmény lenne elérhető. (Megjegyzés: ne tévesszen meg senkit az, hogy az általa ismert számítógépek egyszerre több dolog elvégzésére is képesek: ez csak látszólagos ( virtuális ) párhuzamosság, amiről az operációs rendszerek működésekor részletesebben megismerkedünk ) 5) A számítógép rendelkezzen a következő funkcionális egységekkel: a) vezérlő egység (CPU): rendszer-vezérlési feladatok, utasítások értelmezése és végrehajtása; b) műveletvégző egység (ALU): elemi matematikai és logikai műveletek önálló elvégzése; c) tárolóegység (memória): ld. 3. elv d) be- és kiviteli (azaz kommunikációs) egységek (magyarul B/K, elterjedt angol rövidítéssel I/O) eszközök: amelyek révén a számítógépet használó ember kétirányú kommunikációt folytathat a számítógéppel A Neumann-elvek azon túl, hogy immár több mint fél évszázada változatlanul határozzák meg a számítógépek felépítésének és működésének alapjait (ez még akkor is igaz, ha a mai korszerű számítógépekben a fenti szerkezeti elemek nem különülnek el szükségszerűen egymástól: a CPU és az ALU együttesen alkotja a processzort, stb.), alapvető hatást gyakorolnak az informatika mértékrendszerére is. 1.3 Mértékrendszerek Az információ mértékegysége a bit. A bit két diszkrét érték (egyértelmű) megkülönböztetését lehetővé tevő jel-pár. Megállapodás kérdése (és a 2. Neumann-elv hatása), hogy értékeit a kettes számrendszer jegyeivel (0, 1) jelöljük - lehetne akár a piros-kék színpár is (mint az általános iskolában használt számolókorongok). A dolog szépséghibája, hogy a fentiekből az következik, hogy 1 bit összesen két állapot megkülönböztetését teszi lehetővé. Ha ennél több állapotunk van, akkor több bitre lesz szükségünk. n bittel pontosan 2 n különböző értéket tudunk jelölni. Célszerűségi okokból a számítógépek felépítése és működése ezen bitcsoportok közül a 8 bitet tartalmazó csoportok köré szerveződött. A memória minden egyes tárolási egysége pontosan ennyi bit tárolására képes. 8 bit együttesét bájtnak nevezzük. (ilyen módon 1 bájton 2 8 =256 különböző érték ábrázolható.) A bájt az információ-tárolás egysége. A számítástechnikában a mértékek váltószámai (hasonlóan a tízes számrendszerhez) nagyságrendileg ezresenként követik egymást, de fontos tudni, hogy nem pontosan 1000 a váltószám, hanem 2 10 =1024! (Írásban a bevett gyakorlat szerint a bitet b, a bájtot B jelöli.) Ennek megfelelően 1 kilobájt (KB) = 1024 bájt (nagyjából ezer, 10 3 ) 1 megabájt (MB) = 1024 kilobájt = (=2 20 ) bájt (nagyjából 1 millió, 10 6 ) 1 gigabájt (GB) = 1024 megabájt = (=2 30 ) bájt (nagyjából 1 milliárd, 10 9 ) 12

13 a további váltószámok növekvő sorrendben: tera (T, ), peta (P, ), exa (E, ). 1.4 Kódrendszerek A bit (illetve bájt) alapú adattárolásnak (pontosabban a kettes számrendszer kizárólagosságának) van egy másik hatása is: gondoljuk csak el, hogy hogyan magyarázzuk el a számítógépnek, hogy 29? Az ötlet egyszerű: váltsuk át kettes számrendszerbe, és kész. Rendben, működik. És hogy tároljuk le a 299-et? Az átváltással itt sincs gond, azonban a 299 kettes számrendszerbeli alakja hosszabb, mint 8 jegy (azaz 1 bájt, márpedig az előbb leszögeztük, hogy a memória bájtokat tárol) És a gondok csak fokozódnak, ha az is felmerül bennünk, hogy hogyan tároljuk le azt a szót, hogy ALMA? Ezt még csak át se lehet váltani kettes számrendszerbe A számítógépek az adatot minden esetben kettes számrendszerbeli alakjukban (ún. bináris kódban) tárolják! A számok esetében a bináris kód fixpontos ábrázolás esetén megegyezik a szám kettes számrendszerbeli alakjával (amennyiben a szám értéke olyan nagy, hogy egy bájton nem fér el a neki megfelelő kettes számrendszerbeli szám, akkor az egymást követő sorszámú rekeszekben tárolódik). Példa: fixpontos ábrázolás esetén ha a memória egyik rekeszébe a 99-es értéket írjuk be, akkor a rekesz tartalma lesz. A fixpontos ábrázolás alapvetően két korlátozó tulajdonsággal rendelkezik: ábrázolási tartománya viszonylag kicsi és nem képes tárolni valós számokat. lebegőpontos ábrázolás esetén megegyezik a szám kettes számrendszerbeli alakjának normálalakjával. Példa: lebegőpontos alakban a 99 érték tárolása helyett a 9,9*10 1 felírási mód egyes elemeit tároljuk, azaz a memóriarekesz(ek) tartalma a 99 és az 1 (amennyivel el kell tolnia tizedesvesszőt ahhoz, hogy az eredeti értéket megkapjuk) bináris kódja lesz. (Megjegyezzük, hogy természetesen a normálalak is kettes számrendszerben képződik és az eltolást is 2 hatvány alakban kell érteni, a fenti példa csak az alapelv szemléltetését célozza!) BCD (binárisan kódolt decimális) ábrázolás esetén megegyezik a szám jegyeinek kettes számrendszerbeli alakjainak sorozatával. Példa: BCD ábrázolás esetén a 99 minden egyes jegyét külön-külön tároljuk (azaz nem a szám értéke, hanem az alakja kerül letárolásra): a memóriában lesz található. Szöveges értékek esetén a bináris kód valamilyen kódrendszer alapján az adott szöveges szimbólumot (karaktert, betűt) jelölő sorszám. Ismertebb kódolási rendszerek o ASCII: eredetileg 7 bites kódolási rendszer, a karaktereket egy kódtáblázat alapján sorszámokkal látja el (pl. az A betűnek a 65 felel meg). A 7 bites kódolásnak köszönhetően (2 7 =128) legfeljebb 128 szimbólum megkülönböztetését teszi lehetővé ami az angol nyelv karakterkészletét tekintve elegendő, de ha figyelembe vesszük a nemzeti karaktereket is (pl. a magyar ékezetes betűket), akkor már nem. A kiterjesztett ASCII 8 bites kódolást használ olyan módon, hogy az első 128 sorszámhoz minden nyelvben ugyanazok (a 7 bites ASCII szabványnak megfelelő) 13

14 szimbólumok tartoznak, míg a közötti sorszámokhoz az egyes nyelvek (szabványokban rögzített) eltérő karakterei kaptak helyet ezeket a kiegészítéseket nevezzük kódlapnak. o MIME: ezt a kódolást elsősorban az elektronikus levelezési rendszerek alkalmazzák, hogy a levélben szereplő tetszőleges karaktereket a 7 bites ASCII kódtábla szimbólumaival le lehessen írni. o UNICODE: manapság legjelentősebb és legelterjedtebb kódolási rendszer az ASCII filozófiáját követi, de 2 bájtos kódolási rendszerének köszönhetően (2 bájt = 16 bit 2 16 ) hozzávetőlegesen karakter különböztethető meg a segítségével. Ebből az következik, hogy a számítógép számára egy memóriarekesz 8 bites tartalma bármi lehet: akár szám, akár egy karakter sorszáma, akár egy számsorozat egyik eleme a számítógépnek nem tudja (és nem is tudja eldönteni!), ezért lényeges, hogy az adatokat feldolgozó programokat helyesen készítsük el! Ellenőrző kérdések: 1. Határozza meg az adat és az információ fogalmát! 2. Mivel foglalkozik az információ-technológia (mint tudomány-terület)? 3. Melyek a számítástechnika szempontjából jelentős algoritmusok legfontosabb jellemzői? 4. Magyarázza meg a hardver és a szoftver fogalmát! 5. Ismertesse a Neumann-elveket! 6. Miben áll a tárolt program elvének jelentősége? 7. Melyek a számítógép (elvi) funkcionális egységei, mi a feladatuk? 8. Hogyan történhet a numerikus típusú adatok tárolása egy számítógépes rendszerben? 9. Milyen előnyös és hátrányos tulajdonságokkal rendelkezik a fixpontos, illetve a lebegő pontos ábrázolás? 10. Hogyan történik a karakterek tárolása a számítógépekben? Irodalomjegyzék [1] Kovács Knapp Ágoston Budai: Bevezetés a számítástechnikába (LSI, 1999) 14

15 2. SZÁMÍTÓGÉP-ARCHITEKTÚRÁK A XX. század közepétől a számítógépek történelme gyors és egyre gyorsuló ütemű fejlődést tükröz. Neumann János elvei mérföldkőnek bizonyultak a mai napig meghatározzák a számítógépek többségének felépítését. Az első fejezetben ismertetett kategorizációt alapul véve a következő pontokban elsősorban a mikroszámítógépek és összetevőik jellemzőit tekintjük át, de először különösen ezen összetevők funkcióinak megértéséhez célszerű áttekintenünk az elmúlt évtizedek számítógép-generációit, a fejlődés kulcsmozzanatait. Az egymást követő generációk mindig forradalmian új felfedezések eredményei voltak, ennek megfelelően jelentősen átformálták hat évtizeddel ezelőtti gépek alkotóelemeinek fizikai és teljesítménybeli paramétereit. 2.1 Az architektúra fejlődése a XX. században Az első elektronikus digitális számítógép, az ENIAC és kortársai fontos jellemzője az elektroncsöves technika. A hatalmas méretű és tömegű gépek programjai gépi kóddal készültek, a folyamatokat és minden adatforgalmat, így a perifériákra irányulókat is a központi vezérlő egység koordinálta. A Neumann által között fejlesztett EDVAC 2 volt az első belső tárolású (Neumann elve szerint: program és adat egy helyen ) gép, amely már a processzor helyett memória-centrikus következő generációk előfutárának tekinthető. A második generációt az 1954-től, a tranzisztorok félvezető kapcsoló eszközök az elektroncsövek leváltására első kísérleti alkalmazásától számíthatjuk, az 1960-as évek közepéig. E tíz évhez kapcsolódóan a tranzisztorok bevezetése mellett meg kell említenünk, hogy a bemeneti-kimeneti műveleteket a CPU-k helyett speciális perifériavezérlő áramkörök felügyelték. Ezek működésének szabályozására és szinkronizálására dolgozták ki a megszakítási eljárásokat, amelyek lényege: a periféria kezdeményezésére félbeszakított futó programot elmenti és a megszakítási eljárás befejezése után folytatja a gép. A tranzisztorok gyakorlatilag minden modern elektronikai eszköz kulcselemei. Az 1960-as években folytatott kísérletek során kimutatták, hogy a méret csökkentésével a tranzisztorok sebessége arányosan nő, miközben a fogyasztása négyzetesen csökken. E felismerésből születtek a nagy mennyiségű tranzisztorból álló integrált áramkörök, amelyeket chip vagy mikrochip néven is ismerünk. A chipek négyzetmilliméterenkénti tranzisztorszáma hatalmas ütemben nőtt, az ezredforduló után már milliós nagyságrendet ért el 3. E növekedés újabb korszakhatárokat jelent: harmadik generációs számítógépnek tekintjük az első, integrált áramkörökre épülő gépeket, amelyek tízes vagy százas nagyságrendben tartalmaznak tranzisztorokat, azaz esetükben alacsony (Small Scale Integration, SSI) vagy közepes (Medium Scale Integration, MSI, 1966 után) integráltsági fokról beszélhetünk. Az 1970-es évektől, a magas integráltsági fokú (Large Scale Integration, LSI) technológiák megjelenésétől számítjuk a számítógépek negyedik generációját. Ekkor vált általánossá az integrált áramkörökből felépülő mikroprocesszor mint központi feldolgozó egység, illetve az őt támogató memória- és ki-bemeneti áramkörök. Ahogy az integráltság növekedett (a szakirodalom a Large után Very Large és Ultra Large kifejezésekkel jellemzi a 80-as, illetve a 90-es évek technológiáját), a mikroprocesszorok újabb és újabb generációinak teljesítménye lettek a fejlődés újabb lépcsőfokai óta, az első személyi számítógép megjelenése óta a legnagyobb újításokat e kategóriában a processzorok számának növekedése és a számítógép-hálózatok elterjedése hozták, azonban továbbra is legalábbis e 2 Elektronic Discrete Variable Computer 3 E növekedési ütemről szól Gordon Moore híres törvénye, amely szerint kb. kétévente megduplázódik az egy áramkörbe zsúfolt tranzisztorok száma. Ezt az 1965-ös elméletet a mai napig helytállónak tekintik. 15