Somogyi György. Bevezetés az informatikába

Átírás

1 Somogyi György Bevezetés az informatikába

2 Tartalom Tartalom... 2 Számítógéptörténet... 5 Számológépek ókortól az ötvenes évekig... 5 Az információ fejlıdéstörténete A beszéd Az írás Az írás fejlıdése Képírás A fogalom (és a szókészlet gyarapodása) Íráshordozók fejlıdése Könyvnyomtatás Távközlés Terjedés-gyorsítás Technológiai UGRÁS elektromos áram feltalálása Az Információ Csatorna Zaj Adat Az információ mérhetısége Matematikai információelmélet Csatorna Zaj Redundancia vagy terjengısség Kódolás Dekódolás Rejtjelezés Története Ókor Középkor reneszánsz I. világháború II. világháború Számítógépek alkalmazása

3 İsi civilizációk nyelvei, kódjai Az ember, mint természeti és társadalmi lény Információhordozók Személyi információs igényünk szervezése Információs környezetünk: Pedagógiai alkalmazás Hanganyagot tartalmazó oktatási média Vizuális (csak!) tartalommal rendelkezı oktatási média Audiovizuális tartalommal rendelkezı oktatási média Számítógépes segédanyagok (interaktív oktatóanyagok) alkalmazása Oktatástechnológia Elsı nemzedék Második nemzedék Harmadik nemzedék Negyedik nemzedék Oktatástechnológiai eszközök: Állóképvetítık Írásvetítı Episzkóp Hangrögzítés és visszaadás Mikrofon, hangszóró Mikrofonok Hangszórók Fonográf, hanglemez Lemezjátszó Mágneses hangrögzítés Mágneses hangvisszaadás Optikai Digitális tárolás Képrögzítés és visszaadás Fényképezıgép (állókép) Kamera, vetítıgép, TV, videó Számítógép Az architektúra fogalma

4 Egy számítógép hardver architektúrája A szoftver architektúra Rétegezettség (Layered architecture) A virtualitás fogalma A transzparencia fogalma Mértékegységek Központi egységek Perifériák Bemeneti egységek Kimeneti egységek Monitorok Nyomtatók Plotterek Háttértárak Programok BIOS Operációs rendszer Felhasználói programok Az internet története Könyvtár Az információ átadásának és rögzítésének hét nagy korszaka Dokumentum Könyvtár ETO fıosztályok

5 Számítógéptörténet A számítógépek történetét két szakaszban tárgyalhatjuk. Az elsı szakasz az ókortól a századunk közepéig tartott, a második szakasz a század közepétıl napjainkig. Javaslom, pillantsanak be a számítástechnika virtuális múzeumába a oldalon! Az alábbi fejezetben említett személyekrıl, és persze sok más híres személyrıl találhatnak információkat a Pioneers of Computing kiindulóponttól. Számológépek ókortól az ötvenes évekig Az ember nem szeret számolni. Évezredes kívánság: legyenek számológépek, tévedés nélkül, gyorsan kalkuláljanak. Többezer éves a (kínai eredető) abakusz. Ez egy digitális eszköz, primitív volta ellenére egyes helyeken még ma is használják: ez az ún. golyós számológép, ma már többnyire csak játék... Blaise Pascal ( ) [lásd a Pioneers of Computing-ban] francia matematikus, fizikus, filozófus és feltaláló 1642-ben 6 digiten számoló összeadókivonó gépet készített (ez volt a Pascaline). Az utókor elismerésképpen modern programnyelvet nevezett el róla. Gottfried Wilhelm Leibniz ( ) szorozni és osztani is tudó mechanikus gépe (1694-ben készült), úgy tetszik, ez a tegnapi mechanikus számológépek ıse. Charles Babbage ( ) [Pioneers of Computing] angol matematikus és feltaláló az általános célú számítógépek atyja. Difference Engine nevő gépe az ún. differencia módszer segítségével számolta volna ki polinomok értékeit diszkrét lépésekben változtatott független váltózó érték mellett. A terv jó volt, a gépet el is készítették, csak éppen nem mőködött. Babbage a Difference Engine kudarca után belefogott az Analytical Engine elkészítésébe, ami az általános célú számítógépek elıfutárának tekinthetı. Tízes számrendszerben számoló gép lett volna: a tervek itt is jók voltak, a megvalósítás még reménytelenebb. 5

6 A tervezett gép fı részei: a malom (CPU), a tár (memória), nyomtató, lyukkártyás bemeneti egység. Azt kell mondani, Babbage megelızte korát! Utóbb elkészítették Babbage tervei alapján a gépet és az mőködött. Ada Byron, Lady Lovelace ( ) [lásd Pioneers of Computing], aki Babbage múzsájának tekinthetı, s aki Lord Byron, a híres költı gyönyörőszép és okos leánya volt, felismerte Babbage jelentıségét. Megfigyelések Babbage Analytical Engine-jérıl címmel írt munkájában ismertette a gép mőküdését, jelentıségét, és programokat is közölt a nemlétezı gépre! İ volt tehát a történelem elsı programozója, hálából róla nevezték el az ADA nyelvet. Ugorjunk a XIX. század végére, a XX. század elejére: ebben az idıszakban a mechanikus számológépek rohamosan fejlıdtek. A legjelentısebb neveket említsük meg: Hermann Hollerith ( ) [Pioneers of Computing] neve kiemelendı. Az 1880-as amerikai népszámlálás adatainak feldolgozása 1887-re fejezıdött be, és folyamatosan növekvı bevándorlás miatt az 1890-es népszámlálás feldolgozása reménytelennek tőnt hagyományos módszerekkel. Hollerith elektromos lyukkártya feldolgozó gépe segítségével 6 hét alatt sikerült a feldolgozás! Hollerith 1896-ban céget alapított, ami 1924-tıl IBM-ként vált ismertté. Claude Elwood Shannon a XX. század elején dolgozta ki a kommunikáció- és információelmélet alapjait. Bemutatta, hogy bináris elektromos relékbıl összeadásra, kivonásra, szorzásra és osztásra alkalmas áramköröket lehet építeni, és hogy ezek tervezéséhez a matematikai logika formális leírása jó eszköz. Konrád Zuse ( ) [Pioneers of Computing] 1938-ban készítette Z1 nevő gépét meccano fémépítı játék elemekbıl, mechanikus elemekbıl készült memóriával, villanykörték sora volt a kijelzıje; a Z2 gépében jelfogós (relés) memória volt; 1941-ben a Z3 relés lebegıpontos aritmetikai egységgel rendelkezett. Howard Aiken vezetésével készült a MARK I az IBM támogatásával a Harvard egyetemen (USA, ). Telefonrelékbıl épült a gép, eredeti célja a telefon- 6

7 beszélgetések számlázása volt, de a háborús viszonyok miatt lıelem-táblázatok számítására használták. A II. világháború nagy lökést adott a fejlıdésnek. A kódfejtés és a logisztika számításigényes feladataira az angolok több számítógépet is kifejlesztettek és használtak, csak azok a titoktartás miatt nem váltak ismertté. A fejlesztés központi alakja Alan Turing ( ) matematikus [Pioneers of Computing] volt. Ekkor készültek a Robinson számítógépcsalád tagjai, és 1943 decemberében már mőködött a Colossus I, a világ elsı elektroncsöves számítógépe. Churchill szerint a kódfejtı számítógépek hozzásegítették Angliát a gyızelemhez tıl kezdve az USA-ban is dolgoztak elektroncsöves számítógép fejlesztésen (Presper Eckert és John Mauchly [Pioneers of Computing] a Pennsylvaniai Egyetem Mőszaki Karán).1946-ra készült el az ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer), mely ún. külsı programvezérléső gép volt. A programot lyukkártyákra lyukasztották, az adatokat 20 db tízjegyő regiszterben tárolták. Az ENIAC tervezését a második világháború alatt kezdte el katonai célokra John Presper Mauchly és John William Eckert, részben az Atanasoff-fal folytatott eszmecsere hatására. A gépet a Pennsylvania egyetemen építették, a munkát 1946-ban fejezték be. Ezt a számítógépet már szabadalmaztatták. A kormány a munkát dollárral támogatta. Az ENIAC elektroncsövet tartalmazott, több mint 100 kw elektromos energiát fogyasztott és 450 m2 helyet foglalt el (több mint 30 m hosszú termet építettek az elhelyezéséhez). (Más források szerint a fogyasztása 800 kw, helyigénye 220, illetve 140 m2 volt.) A gép tömege 30 tonna volt, megépítése tízmillió dollárba került. Három nagyságrenddel gyorsabb volt, mint a relés számítógépek: az összeadást 0,2 ms, a szorzást 3 ms alatt végezte el. A programja azonban fixen be volt drótozva a processzorba és csak mintegy kétnapos kézi munkával, villamos csatlakozások átkötésével lehetett megváltoztatni. A gép memóriája 20 db tízjegyû elõjeles decimális számot tudott tárolni. Mindegyik számjegy tárolására 10 db elektroncsövekbõl épített flip-flop szolgát. Mindegyik flip-flop megfelelt egy-egy számjegynek: egy számjegy tárolásához a neki megfelelõ flip-flopot 1-re állították, az összes többit 0-ra. Az elektoncsövek megbízhatatlansága miatt a gép csak rövid ideig tudott folyamatosan mûködni. Az ENIAC-ot ballisztikai és szél- 7

8 csatorna-számításokra használták. Egy trajektória kiszámítása a gépnek 15 másodpercig tartott, ugyanez egy szakképzett embernek asztali kalkulátorral 10 órás munka volt. A gépet 1956-ban lebontották, mert elavult. Jelenleg egy olcsó zsebszámológép is nagyobb teljesítményû, de az ENIAC technikatörténeti érdemei vitathatatlanok. Neumann János ( ) [Pioneers of Computing] magyar származású matematikus és vegyész Herman Goldstine kollégájával együtt 1946-ban megfogalmazta, 1948-ban egy konferencián elıadta az elektronikus digitális számítógépekkel szembeni követelményeket. A Neumann elv hosszú idıre meghatározta a számítógépek fejlesztési irányát. Az elsı tárolt programú számítógépet (EDSAC) mégsem a Neumann által vezetett csoport készítette (csak 1951-re fejezték be Neumannék az EDVAC-ot), hanem az angliai Cambridge Universityn Maurice Wilkes. Tovább most nem megyünk a számítógép történelemben, mert a századunk második felében lezajló hardverfejlıdést célszerő a mőködtetı rendszerek (operációs rendszerek) és a számítástechnikai munkamegosztás fejlıdésével, a specializálódással párhuzamosan tárgyalni. Annyit megelılegezhetünk, hogy szokásos az közötti idıszak gépeit az elsı generációsnak, az közötti idıszak fejlesztéseit a második generációs rendszereknek (tranzisztorok és kötegelt rendszerek), az közötti idıszakot a harmadik generációnak (integrált áramkörök és multiprogramozás), végül az 1980-tól napjainkig is terjedı idıszakot a negyedik generációs gépek korszakának (személyi számítógépek és LSI) nevezni. 8

9 A Neumann elv: Neumann féle számítógép az, amelynél: 1. A (központi egység) részei: a vezérlı egység (control unit), az aritmetikai és logikai egység (ALU), a tár (memory) és a ki/bemeneti egységek. Mindezek teljesen elektronikusak legyenek és bináris számrendszert használjanak. Az ALU képes legyen elvégezni az alapvetı logikai és aritmetikai mőveleteket (néhány elemi matematikai és logikai mővelet segítségével elvileg bármely számítási feladat elvégezhetı). 2. Tárolt program elvő (a program és az adatok ugyanabban a belsı tárban tárolódnak). 3. A vezérlı egység határozza meg a mőködést a tárból kiolvasott utasítások alapján, emberi beavatkozás nélkül. A 3. pont azt jelenti, hogy van egy utasítás készlet (instruction set), melyek utasításait a vezérlı képes felismerni és az ALU-val elvégeztetni. Az utasításhalmaz egy alhalmaza a tár (rendszerint egymás utáni) címezhetı celláiban van, ez úgyis elképzelhetı, hogy adott egy utasításfolyam (instruction stream), a gépi kódú program (kód: code, program text stb). A vezérlıegység (vagy a CPU egy része, az utasítás-számláló regiszter, PC: Program Counter, IP Instruction Pointer) jelöli ki a soron következı végrehajtható utasítást (instruction). Ezt a vezérlı egység értelmezi. Az utasításokban kódolva vannak/lehetnek az adatok, vagy az adatok tárbeli címei. Ezeket a vezérlı egység a tárból elıveszi, az ALU pedig elvégzi rajtuk az operációkat. A tárolási helyek címezhetık, a tárolási helyeken a tárolt értékek változtathatók. A 2. elvbıl következik, hogy maga a program is feldolgozható, módosítható. A három pont együtt azt mondja: a számítógép architektúra = hardver és szoftver architektúrák együttese. 9

10 Az információ fejlıdéstörténete Beszéd - írás - könyvnyomtatás - távközlés - számítógép A beszéd Az írás kb éves hang + nonverbális jel gondolat nyelvi kódolása - akusztikus jellé formálás leadás + modulálás (hangulat, hangsúly) Hangsorozat ~3000 nyelv ~200 hangjel, nyelvenként kb a mássalhangzók a beszélt és írott nyelv fontosabb összetevıi a magánhangzók nem annyira fontosak szükségessége (idıben és térben történı információátvitel) barlangrajzok történetek megörökítés, elmondása, továbbadása mennyiségek feljegyzése rováspálca, csomójelek (kipu) fontos üzenetek továbbítása hírvivı bot (ausztrál ıslakosok), kagylófüzérek (nyugat-afrika) Az írás fejlıdése Képírás (barlangrajzok, között a dakota indiánok által íródott Téli Krónika ) fogalomírás vagy ideográfia a szavak jelentése nem csak a jel jelentését tartalmazta, hanem mellé más jelentések is kapcsolódtak (pl. a Nap jeléhez a meleg mint fogalom is társult), és egyre több a szimbólikus ábra szó, szótagírás (i.e körül a sumérok ékírása) a jelek (ideogrammák) nem csak a szavak értelméhez, hanem azoknak a hangalakjához is kapcsolódik, így egy-egy hangsor jeleivé váltak (agyagtáblák, pecséthengerek) 10

11 A fogalom (és a szókészlet gyarapodása) új jeleket kellet kitalálni, vagy akrofónia - olyan szójeleket írtak egymás mellé, melyeknek a kezdıhangjait összeolvasva megkapták az új szót betőírás - a szójelek egyszerősödésével alakultak ki, az írás elszakadt a beszéd tárgyától, a tartalom közömbössé vált, a hangalak lett a lényeges - i.e körül Sinai félsziget a HIEROGLIF írásból - föníciaiak i.e. 13. sz. 22 betős ABC (ez a leglényegesebb!!!), - görögök i.e. 10. sz. vették át, - latin - a görögbıl etruszk közvetítéssel - az ABC i.e.312-ben alakult ki Íráshordozók fejlıdése A hordozóanyag befolyásolta az írásmód kifejlıdését (pl. agyagtábla - ékírás) fa, kı, agyag, csont 1. növényi rostok (egyiptom papirusz, maják és asztékok fügefaháncsot és az agave rostjait, kínaiak bambuszrúd) 2. pergamen (mindkét oldala írható, nehéz!!!) kódex-forma elterjedése 3. papír - kína I.sz., európa fejlett civilizációi 1150-ben (elsı papírmalom) Könyvnyomtatás 1. pecséthengerek (agyagtáblára nyomtattak velük) Kína (égetett agyagból készült és gyantába mártott szójeleket tettek fadúcokba) sz. Korea bronzból öntött szójelek 4. Európa - Gutenberg 1455 Gutenberg biblia sz. -17 sz. újságok és folyóiratok elsı rotációs nyomdagép 11

12 Távközlés Az ısember fény- és hangjeleket használt Terjedés-gyorsítás perzsák 1 nap alatt 30 napi járóföldet tett meg (kiabálás) Caesar zászlókkal, fáklyákkal üzent a galliai hadjáratán Középkor sötét középkor 15. sz. XI. Lajos elsı rendszeres postaszolgálat 1794 Claude Hoppe jelzırendszere (Franciaország) 5000 km, Párizs + 29 város, 1 perc alatt 120 km Technológiai UGRÁS elektromos áram feltalálása 1837 Morse távírója 1866 kábel Amerikába (mindkét irányból) 1876 Bell telefonja 1894 Popov szikainduktoros berendezés, Marconi tökéletesítette 1898 tengeri hajózásban alkalmazzák a szikratávírót 1904 Fleming elektroncsı 1906 Lee Forest trióda -> erısítı 1920 USA elsı mősorsugárzó rádióállomás 1931 Zworykin ionoszkóp 1949 USA színes TV 1958 Mőholdak alkalmazása 1962 USA Európa a Telstar-1 mőholdon kapcsolódik számítógépek, üvegszálas kábelek, rádiótelefon 12

13 Az Információ ANYAG + ENERGIA + INFORMÁCIÓ Föld, víz, tőz, levegı és az ÖTÖDIK elem az Információ!!!! Információ == Új ismeret!!!! Információ hatására a tezaurusz változása következik be Az információátvitel jelekkel történik A jelek elemi jelekre bonthatók, ezek önmagukban nem jelölnek semmit. A jelek típusai lehetnek (emberi kommunikációban): 1. szimbolikus (a jel és az általa jelölt dolog között nincs formai hasonlóság), pl. szavak (a betők az elemi jelek) 2. képi jelek (a jel és az általa jelölt dolog között van formai hasonlóság), pl. kép, rajz (a képpont az elemi jel) Az információ jellege, közlésének módja: fény, hang, illat, elektromágneses hullámok, ADÓ KÓDOLÁS CSATORNA DEKÓDOLÁS VEVİ ZAJ Csatorna Természetes hang, elektromágneses hullám, fény, illat, Mesterséges (elektromosság - vezetékek) Térbeli: rádió, telefon, sz.g. hálózatok Idıbeli: könyv, fénykép, film, CD, A természetes és mesterséges csatornákon történı átvitel során mikor történik kódolás, dekódolás? Az ember szempontjából hol történik a teljes ADÓ KÓDOLÁS CSATORNA DEKÓDOLÁS VEVİ lánc? (agy) Hang zene Fény kép, film, Illat parfümök Ízlelés ételek Tapintás Braille írás 13

14 Zaj Gátló tényezı - az információátvitelt zavarja, hibákat idéz elı, végletként megsemmisíti azt - a JEL/ZAJ viszony adott szinten tartása az egyik lehetséges megoldás a zaj ellen erısebb jel (hangosabban beszélek) zaj csökkentése (ez a nehezebb) REDUNDANCIA (terjengısség) segítı tényezı (rejtjelezés) Adat Információ kódolás ADAT Adatátvitel az adatok továbbítása a csatornán keresztül Bináris jelrendszer esetén az adat alapegysége a BIT 8 bit = 1 byte 1024 byte = 1 kbyte 1024 kbyte = 1 Mbyte Az adat alapegysége általános esetben a csatorna függvénye, vagyis: Fény (látás) foton Hang (hallás) 1 hanghullám Stb. Van-e olyan általános jelkészlet amely leírni képes minden adatot? TECHNOLÓGIA kérdése az egész BINÁRIS tárolás megoldható bináris jelsorozatok az adat alapegysége így a BIT Az információ mérhetısége Híradástechnika fejlıdése mérhetı-e egy átviteli csatorna teljesítıképessége? Megoldás: Csak a JELRENDSZER alapján határozzuk meg az információ mértékét, az információ tartalma lényegtelen. 14

15 Matematikai információelmélet Hartley, Shannon a XX. század elején Egy jelnek nincs értelme, a minimális jelkészlet (abc) legalább két jelbıl kell, hogy álljon! Az adó rendelkezik a jelkészlettel, a vevınek természetesen ismernie kell ezt Példa: A 2 mint szám (jel) értéke különbözı számosságú jelkészlet esetén (totó, 5-ös lottó) a totóban a 2-nek kisebb az információértéke mint a lottóban (ez utóbbiban sokkal nagyobb az információ váratlansága ) 0 9 számjegyek: 10 db. jel kétjegyő számok 10 2 =100 háromjegyő számok 10 3 =1000 m számjegyő számok 10 m n tagú ABC esetén az m jelbıl összeállítható információk száma n m EXPONENCIÁLIS az információk növekedése A gyakorlatban viszont lineárisan növekszik az információ mértéke a hír hoszszával, így a lehetséges kombinációk logaritmusát vesszük: n m => H = log n m = m log n Az egy jelre jutó információ mennyiség: H = log n (Hartley-féle képlet) A legkisebb választható ABC a kettes számrendszer, így ebben az egy jelre jutó információmennyiség: h = log 2 A 2-es alapú logaritmust választva: h = log 2 2 = 1!!! BIT!!! Ha az n db bető az ABC-ben nem egyenlı valószínőséggel fordul elı (a valóság ezt példázza), az egyes jelek (betők) elıfordulási valószínőségével kell számolni: h i = - log 2 p i ahol a p i (törtszám, a logaritmusa negatív, ezért kell a -1 szorzó, így h pozitív lesz) az i-edik bető elıfordulási valószínősége 15

16 Minél nagyobb egy jel elıfordulási valószínősége, annál kisebb az általa hordozott információ mennyisége. Ebbıl lett a Shannon-féle képlet: H= -p i log 2 p i Információ entrópiája vagy jelstatisztikai információ-mennyiség Csatorna Zaj Elválaszthatatlanok, nincs zajmentes csatorna Minél nyitottabb egy csatorna, annál inkább ki van téve a zaj veszélyének (interferencia és egyéb gátló tényezık) Redundancia vagy terjengısség A zaj elleni védelem, valamint az információ érthetıbbé tétele Példa: Kérdés: Holnap lesz a vizsga? Válasz 1. : Ja, Aha Válasz 2. : Igen Válasz 3. : Igen, holnap Válasz 4. : Igen, holnap lesz a vizsga Növekszik a redundancia 1 > 4 válaszok esetén A redundancia növelésével párhuzamosan csökken az információ (adatok) sérülésének veszélye A redundancia szükséges, ugyanis a tömör információ általában értelmezhetetlen (csak a hozzáértık számára fogható fel, de koncentrált figyelem szükséges) - szakszövegekben a magyarázat - új ismereteket közlı tanulmányokban a témaleírás, különbözı szempontok alapján történı bemutatása, stb. 16

17 Kódolás Dekódolás ÜZENET ÜZENET ALGORITMUS KÓDOLT ÜZENET ALGORITMUS KÓD KÓD Beszéd <=> írás Írás <=> digitalizálás Beszéd <=> magnóra rögzítés Stb. Rejtjelezés zaj alkalmazása a tartalom, információ megvédésére TITKOSÍRÁS 1. SZTEGANOGRÁFIA (elrejtés) 2. KRIPTOGRÁFIA (rejtjelezés, kódolás) 2.1. BEHELYETTESÍTÉS KÓDSZAVAK (szavak helyettesítése) SIFRE (betők helyettesítése) 2.2. ÁTRENDEZÉS (keverés - anagramma) Története Ókor Görögök viaszos írótábla, leborotvált fejre írt üzenet (szteganográfia) szküléta (sokszöglető botra tekert papírcsík) fésős keverés Rómaiak Caesar-kód 17

18 az ABC rendjéhez képest a KÓDABC 3 betővel el van tolva Arabok kódfejtés tudományának megalapozása (gyakorisági elemzés) biztosabb kódok kifejlesztése véletlenszerő keverés rossz helyesírás alkalmazása kódszavas és a sifre kódolás együttes használata) Középkor reneszánsz Itália a kódolás és a kódfejtés virágzásnak indul az apró városállamok közötti diplomáciai kapcsolatok és a háborúk miatt a meglevı módszereket fejlesztgetik NOMENKLATÚRA kialakítása Mária skót királyné saját jelrendszerrel írt (megfejtették kivégezték) Blaise de Vigenére kifejlesztette a Vigenére-sifrét kódszó alapján történı kódolás (a Caesar-kód kibıvítése) csak a 19. sz. elsı felében törték fel (Babbage, aki nem publikálta), 10 évvel utána Kassiski közölte a megoldást I. világháború Zimmermann távirat 1917 januárjában íródik február 23-án az angolok megfejtik március 3-án az USA újságai közlik a levél tartalmát ADFVGX-kód a behelyettesítéses és az átrendezéses kódolás komplikált egyvelege márc. 5-én fogadta el a német hadsereg, mint feltörhetetlen kódot jún. 2-án a franciák feltörik II. világháború Enigma (németek használták, rejtjelezı és rejtjelfejtı gép) 18

19 Bletchley park, Turing -> Colossus I. és Colossus II. számítógépek segítségével fejtették meg az Enigma rejtjelezett üzeneteit Navajo nyelv alkalmazása a katonai hírtovábbításban (USA), nem törték fel! Számítógépek alkalmazása DES (Data Encryption Standard), RSA (Alice, Bob, Eve), PGP İsi civilizációk nyelvei, kódjai Sumérok írása és nyelve (nincs megfejtve) Hieroglifák: Rosette-kı (hieroglifák, démotikus és görög írás), megfejtették Kréta Lineáris A nincs megfejtve Lineáris B sikerült megfejteni Phaistos-i korong a minoszi kultúra lineáris A írásával 19

20 Az ember, mint természeti és társadalmi lény Informatikai szempontból az ember egy INFORMÁCIÓS SZUPERREND- SZER Genetikai és környezeti információk alapján építi fel testét (Sejtmag, kromoszóma, DNS) Információhordozók Testnedvek (szabályozók-hormonok), idegrendszerünk receptorok munkamegosztása: látás - 83% hallás - 11% szaglás - 3.5% tapintás - 1.5% ízlelés - 1% másodpercenként 10 millió bit információt felfogunk és csak bitnek megfelelıt dolgozunk fel Személyi információs igényünk szervezése 1. létfeltétel 2. szükséglet 3. fejlıdés 4. szórakozás Információs környezetünk: tájékozódás - tájékoztatás kommunikáció - média - reklám Pedagógiai alkalmazás Cél a tanuláseredményesség növelése valamint az önálló tanulás lehetısége. Tudományos, oktató média (audio, vizuális és audiovizuális rendszerek) Az információ hatékonyságának összetevıi MIÉRT (cél) MIT (tények, tapasztalatok, saját gondolatok tartalmazása) 20

21 KINEK KI HOL (befogadók értelmi szintje, érdekeltsége, a légkör ) (milyen minıségben, szerephelyzet, közlési képesség, beleélés, megjelenés, viselkedés) (helyszín jellegzetessége) HOGYAN (megfelelı forma írás, élıszó idıtartam, alkalmazott eszközök) Hanganyagot tartalmazó oktatási média - a megmaradó információ kb. 20% - eredetiség hatása alkalmazható - dokumentumszerőség - dokumentálhatóság jellemzi - információtartalom /zene/ - soros információként alkalmazható Vizuális (csak!) tartalommal rendelkezı oktatási média - a megmaradó információ kb. 30% - információsőrőség jellemzi - egyéni eltérések a felvételben - szín elrendezettség körülmények esztétikum Audiovizuális tartalommal rendelkezı oktatási média - a megmaradó információ kb. 50% - tartósság, élmény-hatás - erısítı hatás - objektivitás érzését kelti - trükkök Számítógépes segédanyagok (interaktív oktatóanyagok) alkalmazása - a megmaradó információ kb. 70% - tanító és ellenırzı programok - szimulációs és demonstrációs - játék, multimédia rendszerek (programcsomagok) 21

22 Oktatástechnológia A technológia fejlıdésével az oktatástechnikai eszközök áradata áll rendelkezésre Négy nemzedékbe sorolható Elsı nemzedék Képek, térképek, grafikus ábrázolások, kéziratok, modellek, stb. Alkalmazásuk NEM IGÉNYEL GÉPEKET Egyidıs az oktatással Második nemzedék Nyomtatott tankönyvek, tesztek, olvasókönyvek Gépek alkalmazása a KÖZLÉSI FOLYAMATBAN Lehetıvé tette a KÖZOKTATÁS kialakulását 200 (!!!) évvel Gutenberg után kezdték oktatási célokra használni a nyomtatást Harmadik nemzedék Audiovizuális eszközök megjelenése A 20. sz. elejétıl folyamatosan fejlıdik a híradástechnikával együtt Kép- és hangrögzítés, valamint visszajátszás fénykép, dia, némafilm hangosfilm, videotechnika hanglemez, audiokazetta, CD Negyedik nemzedék Pedagógiai minıségében különbözik az elızıektıl EMBER GÉP közötti közlés (információcsere) programozott egyéni tanulás nyelvi laboratóriumok számítógépek alkalmazása az oktatásban 22

23 Oktatástechnológiai eszközök Állóképvetítık Írásvetítı 1. síktükör 2. objektív 3. élességállító 4. munkafelület, képkapu (25x25 cm vagy a/4 mérető) 5. kondenzor lencse (Fresnel lencse) 6. hıszőrı 7. ventilátor 8. fényforrás (izzó) 9. gömbtükör Episzkóp 1. objektív 2. vetítıtükör 3. gömbtükör 4. fényforrás (izzó) 5. fényvisszaverı tükör 6. planparalel lemez 7. vetítıasztal Diavetítı 1. vetítıernyı 2. objektív, élességállító 3. film (filmtartó) képméretek (18x24 mm, 24x36 mm, 60x60 mm) 4. kondenzor lencse 5. hıszőrı 6. fényforrás (izzó) 7. gömbtükör 23

24 Hangrögzítés és visszaadás Mikrofon, hangszóró Hang = levegırezgés Mikrofonok dinamikus, kondenzátor, szén, lézer részei: membrán, lengıtekercs, mágnes mőködése: a membrán mozgásba hozza a lengıtekercset, ez metszi a mágnes erıvonalait, ezért a tekercsben feszültség indukálódik Hangszórók dinamikus, mágneses részei: membrán, lengıtekercs, mágnes mőködése: a lengıtekercsbe vezetett hangfrekvenciás feszültség mágneses erıteret hoz létre, így a két mágneses tér egymásra gyakorolt hatása mozgásba hozza a membránt. 24

25 Fonográf, hanglemez Mechanikus (Edison - fonográf) Lemezjátszó Mágneses hangrögzítés A hangfrekvenciás feszültséget elektromágnesbe vezetjük, a mágnes elıtt egyenletes sebességgel mágnesezhetı szalagot vezetünk. A szalagon rögzül a váltakozó mágneses tér. Mágneses hangvisszaadás Lejátszáskor a mágneses szalag a lejátszófejben feszültséget indukál. A keletkezett feszültség hangfrekvenciás. Optikai Fényhang, filmeknél található, a filmszélre fényképezett hangfrekvenciás világos-sötét foltokból álló folyamatos ábra keletkezik, átvilágításkor hangfrekvenciás fényhatást hoz létre, amelyet egy fotocella ezt érzékelve, átalakítja hangfrekvenciás feszültséggé. 25

26 Digitális tárolás Mágneses és optikai (valamint magneto-optikai) elven történık a tárolás Digitalizálás folyamata: Mintavételezés -> Kvantálás -> Digitalizálás 26

27 Képrögzítés és visszaadás Fényképezıgép (állókép) Fényképezés dagerrotípia (1850 körül) Elve: fényérzékeny anyagot megvilágítunk, nyomot hagy. Vegyi eljárás. részei: sötétkamra, zárszerkezet, objektív, rekesz (blende). beállítás: exponálási idı, blende, távolság megvilágítás: napfény, vaku, mőfény gyakorlati fényképezés: fényviszonyok határozzák meg a blende és a zárszerkezet beállítását Kamera, vetítıgép, TV, videó TV - katódsugarak segítségével történı képmegjelenítés 625 sor és 830 oszlop nagysebességő letapogatás (25 kép/mp), ezt a (képfrekvenciás) jelsorozatot, nevezzük videó jelnek színes tv - 3 szín kék, zöld, vörös a kép elemekre bontásával képelemek elektromos jellé alakításával történik 27

28 a videojelet kisugározzuk vagy képmagnón mágnesesen rögzítjük (ferde jelrögzítés képenként, helikális írás a mágnesszalagra) A VHS videómagnó írási- és befőzési sémái: A PAL szabványú TV képernyıfrissítési módja: 28

29 Analóg vetítıgépek befőzési és filmtovábbítási sémái: Számítógép Az architektúra fogalma Az architektúra alatt kétféle dolgot értünk: Egy digitális számítógép bizonyos szintő általános specifikációja, beleértve az utasításkészletének, társzervezésének és címzési módjainak, a B/K mőveleteknek (és vezérlésüknek) felhasználói (programozói) leírását stb. Ebben az értelemben lehetnek közös (hasonló) architektúrával rendelkezı számítógépcsaládok, melyeknél a megvalósítás (az implementáció) különbözhet. A felhasználó (programozó) szempontjából az architektúra azonossága (hasonlósága) biztosítja a kompatibilitást (helyettesíthetıséget, áthelyezhetıséget, csatlakoztathatóságot), például egy adott programnak a család minden tagján mőködnie kell. Egy másik (villamosmérnöki, hardvertervezıi) szempontból az architektúra egy számítógép (rendszer) lényeges részei, fı elemei kapcsolódásának leírását jelenti valamilyen szinten. Ez lehet blokkdiagram, kapcsolási rajz (különbözı részletességben), de lehet a felépítés (részben) szöveges leírása is. Egy számítógép hardver architektúrája A legáltalánosabb architektúra (a második értelemben, ahol is a részeket és kapcsolódásukat tekintjük) az 1.1 ábrán láthatjuk. E szerint egy számítógép a 29

30 sínre kapcsolódó központi egységbıl (CPU, Central Processing Unit), a központi tárból (Central Memory) és a perifériákból áll. A késıbbiekben részletesebben is tárgyaljuk a hardver architektúrát, az egyes részeket. CPU Memória Perifériák 1.1. ábra. Egy számítógép architektúrája A szoftver architektúra Ugyancsak általánosan és az architektúra fogalom második értelmében a szoftver architektúra az 1.2 ábrán látható. Az ábra elvi jelentıségő és nagyon általános, természetesen lehetnek más, az ábrán nem szereplı szoftver komponensek is egy számítógép szoftver architektúrájában. A feltüntetett komponensek talán a legfontosabbak: a felhasználói felület (User Interface), a segédprogramok (Utilities), az alkalmazások (Applications) és hát persze maga az operációs rendszer (Operating System). Felhasználói felület Alkalmazások Segédprogramok Operációs rendszer Hardver 1.2. ábra. A szoftver architektúra A legfontosabb, amit megfigyelhetünk az egyes részek kapcsolódásában a rétegezettség! Rétegezettség (Layered architecture) A réteges szervezıdés általános alapelv, sok helyütt megfigyelhetı a számítástechnikában (vö. strukturált programozás, hálózati protokollok rétegei stb.). A lényege: Egy alsóbb réteg szolgáltatásokat biztosít a felsı rétegnek. Biztosít egy magasabb absztrakciós szintő virtuális utasításkészletet. 30