BEVEZETÉS AZ INFORMATIKÁBA. Háber István

Átírás

1 BEVEZETÉS AZ INFORMATIKÁBA Háber István

2 Bevezetés Informatika sokrétű Információk Szerzése Feldolgozása Tárolása Továbbítása Információtechnika Informatika a technikai eszköz oldalról Számítástechnika Automatizált adatfeldolgozás eszközeivel foglalkozik

3 A számítástechnika

4 Bevezetés - számábrázolás Számábrázolás ( ooooo, 1, 2, III ) Mód ahogy a számokat szimbólumokkal ábrázoljuk Különböző kultúrákban más-más számírások Számrendszerek (számábrázoló rendszerek) ábrázolási szabályok

5 Unáris (1-es) számrendszer Természetes számok 1 szimbólum pl.: szimbólum: * számok: 1 - * 2 - ** 3 - ***...

6 Unáris számrendszer Rövidítés: több szimbólum (pl. 10 hatványai) Pl.: 1 - * ! 623 :!!!!!!++***

7 Egyiptom 10 hatványai Milliós számokkal is számoltak Ismerték a törteket Szorzás - osztás

8 Római számok Eredete nem tisztázott Nagy számok írása nem vált egységessé Kis értékű számok a rovásfák utódainak is tekinthetők 1: I vagy i 2: II vagy ii 3: III vagy iii 4: IV vagy iv 5: V vagy v 10: X vagy x 50: L vagy l 100: C vagy c 500: D vagy d 1000: M vagy m

9 Hindu számírás az ős Mai számírási módszerünk őse Megjelent a 0 Negatív számokat is ismerték Arabokhoz innen jut el, akik kiegészítik

10 Helyiértékes rendszer A számok helye a leírt sorban helyiértéket jelöl Manapság világszerte a 10-es alapú (Tíz szimbólum: 0..9 ), helyiértékes számábrázolást használják Zéró szerepe nagy (pl ) 327: 3x x10 + 7

11 Európa - Magyarok Európa - helyiértékes számábrázolás első teljes ismertetése Európában: 1202 Fibonacci Liber Abaci c. könyvében Magyarok 6-os, majd 7-es számrendszer (7-fejű sárkány, 7-napos időegység) Legrégebbi magyar arab számjegyes emlék: 1407

12 2-es számrendszer Informatikai számábrázolás legalapvetőbb rendszere Számjegyek értéke: 0 v. 1 Használat: Jobbról-balra haladva írjuk fel 2 hatványait (az ábrázolni kívánt szám nagyságáig) Balról-jobbra haladva az értékünket osszuk el a legnagyobb helyiértékű hatvánnyal, maradékot az egyel kisebbel, maradékot megint a kisebbel

13 2-es számrendszer Példa es számrendszerben: Helyiértékek Maradék D = B

14 Számítást segítő eszközök és módszerek Abakusz Valószínűleg mezopotámiából ered Golyók helyzete - számjegy Rudak helyiérték Gelosia-módszer Szorzáshoz Középkorban elterjedt

15 Számítást segítő eszközök és módszerek Napier pálcák Gelosia-módszer egyszerűsítése Gaspard Schott Tovább finomította a módszert Hengerekből állt

16 Logarléc 1622 William Oughtred használt először logaritmikus skálát vonalzókon log(a*b)=log(a)+log(b) log(a/b)=log(a)-log(b) A zsebszámológépek elterjedéséig tartotta magát

17 Mechanikus gépek 1623 Wilhelm Schickard, Napier-pálcák alapján 4 alapművelet Hatjegyű számok Fogaskerekes számolómű

18 Mechanikus gépek 1642 Blaise Pascal, Tízes számrendszer, Nyolcjegyű számok Összead, kivon

19 Mechanikus gépek 1694 Gottfried Wilhem von Leibniz Pascal gépe alapján Szoroz, oszt, gyököt von Speciális váltótárcsa a szorzáshoz Kettes számrendszer-t célravezetőbbnek tartotta, de nem tudta megvalósítani a hosszú számok miatt

20 Mechanikus gépek 1820 Charles Xavier de Colmar 4 alapművelet (+,-,*,/) Tömeggyártásig jut 1801 Joseph Marie Jacquard Lyukkártya vezérélésű szövőgép Vezérlés programból (számítás nincs) 1822 Charles Babbage, Difference Engine polinom helyettesítési értéket számolt volna Nem épült meg

21 Mechanikus gépek 1837 Charles Babbage, Analytical Engine Lyukkártyákkal programozható Mechanikus számológép Első Turing-teljes gép lett volna ha elkészül

22 Turing-gép 1936 Alan Turing, Turing gép Absztrakt automata, állapotgép szallag, I/O fej, vezérlő Egyszerű számítógép modell Algoritmizálható feladatokat meg tud oldani ( Algoritmus (eljárás): Determinisztikus (nem véletlenszerű) módszer, utasítássorozat mely alkalmas egyértelmű problémák megoldására. Ha a probléma nyílt, nincs algoritmus. )

23 Elektro-mechanikus gép 1880 USA népszámlálás 55 millió ember adata 500 feldolgozó személy, 36 szempont 7 év 1890 USA népszámlálás Herman Hollerith lyukkártyás gépével 4 hét 1896 Tabulating Machine Company IBM (1924)

24 0. Generáció 1941 Konrad Zuse, Z3 22 bites szavak, lebegőpontos számok Műveleti sebesség: 3 sec Katonai számítások 1943 Alan Turing, Colossus ENIGMA rejtjel visszafejtés Titkos projekt fejlődés nem erre indult 1943 Claude Shannon Elektromos kapcsolás logika kapcsolata 1944 Howard Aiken, Mark I. Első automata gép (ASCC Automatic Sequence Controlled Calculator) Relék, vezetékek Alapműveletek

25 1. Generáció 1945 Neumann János, EDVAC IAS 6000 vákuumcső, dióda, Watt Program és adat a memóriában (nem kell többé huzalozni) Feltételes vezérlésátadás Központi vezérlő egység Bináris tárolás 1951 UNIVAC I. Első kereskedelemben kapható számítógép

26 1. Generáció 1946 John P. Eckert, John W. Mauchly, ENIAC vákuumcső, 30 tonna, Watt 20 regiszter, 10 jegyű decimális szám Huzalokkal programozott MTBF (Mean Time Between Failures) 40 sec Háború vége a gép bemutatható lett rengeteg fejlesztés indul

27 1. Generáció - jellemzők Tudományos számítások célgépei Processzorcentrikus Bináris gépi nyelvű programok Soros feldolgozás Vákuumcsövek művelet / sec Drága Gyakran meghibásodik (csövek kiégtek)

28 1. Generáció Neumann elvű gép Memória (program, adat) Aritmetikai egység (elemi műveletekből minden számítási feladat felírható) Vezérlőegység Bemeneti / kimeneti eszközök Mindezek elektronikusak, bináris számrendszerben

29 2. Generáció 1948 John Bardeen, Walter Brattain, William Shockley feltalálják a TRANZISZTOR-t 1957 DEC (Digital Equipment Corporation DEC) 1961 PDP-1-es gép utasítás/sec 512x512-es felbontású kijelző Első számítógépes játék ( Spacewar! ) 1964 CDC 6600 Tervező: Seymour Cray Nagyfokú párhuzamosság Több kis CPU I/O, feladatszervezésre Megelőzte korát

30 2. Generáció - jellemzők Tranzisztorok, diódák művelet/sec Kisebb teljesítményfelvétel Önálló, CPU-tól független csatornák Perifériák, háttértárak Ferritgyűrűs memória Memóriacentrikus

31 3. Generáció 1958 Robert Noyce, Jack St. Clair Kirby Integrált áramkör (IC) - Olcsó (fotólitográfia) - Gyors, kis fogyasztás (kis méret, kis távolságok) művelet/sec Számítógépcsalád felfogás IBM System 360 Egy család gépein ugyanaz a program lefutott, ha befért a memóriába (nagy gépes program a kicsiken nem mindig fért be)

32 3. Generáció - jellemzők Párhuzamosság Multiprogramozás több program a memóriában, CPU kihasználtság nő Több CPU (I/O CPU-k) Mikroprogramozás (egyszerű tervezés, rugalmasság) Nagy tárak Első operációs rendszerek

33 4. Generáció Több millió tranzisztor egy lapkán 1980-tól személyi számítógépek kora Elérhető ár 1981 első IBM PC (Personal Computer) Intel 8088-ra épült IBM nyilvánosságra hozta a terveket IBM PC - klónok

34 4. Generáció 1984 Macintosh Apple, első grafikus felület (Graphical User Interface, GUI)

35 4. Generáció Szuperszámítógépek SIMD (Single Instruction Multiple Data) 1975, Cray MIPS (MIPS = millió utasítás/sec) 1990 szuperszámítógépek alkonya sok egyszerű CPU -s megoldások jöttek

36 HPC High Performace Computing PTE szuperszámítógép (2010) Sgi Ultraviolet 192 darab Intel X7542 Xeon Processzor, 6 core/2.66ghz/18m/5.86gt/s, összesen 1152 db processzor mag 1536 x 4GB DDR3 rendszer memória, vagyis 6144 GB teljes megosztott memória 10,4 Tflops

37 5. Generáció Mesterséges intelligencia Lát, hall, beszél, asszociál láthatatlan számítógépek Mindenbe beépítve Órák Bankkártya Az 5. generációt a szemléletváltás jelenti mintsem új felépítés quantumszámítógép?

38 Fejlődés - mérföldkövek Elektroncső tranzisztor IC LSI (Large Scale Integration) VLSI (Very LSI) Méretek: Teremnyi körömnyi Alkalmazás: Speciális általános Árak csökkennek teljesítmény nő Moore-törvény: IC-k komplexitása, a legolcsóbb komponenst figyelembe véve, 24 hónaponként megduplázódik

39 Moore törvénye

40 Az információtechnika alapfogalmai

41 Információ és kommunikáció Alapfogalmak: jel, adat, információ, tudás Jelek: az adatok fizikai hordozói (DIN ) Analóg jel - folytonos függvény Digitális jel - diszkrét (különálló) jelek A jelek az adatközvetítést szolgálják akusztikai, optikai vagy egyéb fizikai eszközök révén.

42 Információ és kommunikáció Alapfogalmak: jel, adat, információ, tudás Adatok: tények, folytonos függvények, melyek információ-átadás céljából ismert vagy alárendelt megállapodásokat ábrázolnak (DIN ) Informatikában az adatok kódolt információk, melyeket számítógép-rendszerekben tárolnak Mennyiségi és minőségi adatok

43 Információ és kommunikáció Alapfogalmak: jel, adat, információ, tudás Információ: fizikai jelek térben és időben változó sorozata, ami anyagi hordozóból és információtartalomból áll. Az információ használható válasz egy konkrét kérdésre(zehnder). Hír, melynek újdonságértéke van. Információ mint harmadik alapösszetevő az anyag és az energia mellett. (Norbert Wiener, a kibernetika atyja)

44 Információ és kommunikáció Alapfogalmak: jel, adat, információ, tudás Tudás: az emberi elmében rendszerezett, elérhető és alkalmazható információ. Az információ a tudás része, tudássá csak az érzékszerveink biztosította összefüggések által lesz.

45 Információelmélet Claude Shannon munkája, az informatika alapja. Az információs rendszerek mindig a híradástechnika törvényeinek vannak alávetve és a Shannon&Weaver kommunikációs modellje szerint ábrázolható. Információ forrás zavar forrás Információ süllyesztő üzenet zavar üzenet Forrás kódoló jel Átviteli csatorna jel Forrás visszafejtő

46 Információelmélet Az elmélet szerint az üzenet információtartalma matematikai alapokon határozható meg. Példa: I információtartalma a teljes s jelkészletből adódik. Képlet: I=log 2 (s) Kettes számrendszer (bináris). Egy bináris szám 1 vagy 0. (van jel vagy nincs jel) Az információ tárolás egysége a bit. A bit egy kétértékű rendszer logikai állapot írja le. Az információtartalom független a kódolás módjától, kizárólag a valószínűség azon mértékétől függ, amellyel a fogadó várja az információt. Nagy valószínűség=alacsony információtartalom, kis valószínűség=magas információtartalom.

47 Információelmélet Entrópia: rendszeren belüli rendezetlenség mértéke H: a híradástechnikai entrópia (átlagos információtartalom) A lehetséges legnagyobb híradástechnikai entrópiát döntéstartalomnak hívjuk. (H 0 ) Az egyenletes elosztástól való eltérés az üzenet átlagos információtartalmának csökkentését eredményezi. Ez a csökkenés a redundancia. (R 0 ) Információfolyam: az információ átviteli sebessége (bit/s) Csatornakapacitás: a legnagyobb információfolyam, amely egy üzenetközvetítő csatornán hibátlanul átjut. Jel-zaj viszony: db-ben mérjük (decibel)

48 Információelmélet Példa: Átviteli csatorna Sávszélesség Zajarány kapacitás Telefon 3,1 khz 40 db 50 kbit/s ISDN 64 khz 60 db 64 kbit/s Szélessáv 10 MHz 45 db 155 Mbit/s Rádió 15 khz 60 db 300 kbit/s Televízió 5 MHz 45 db 75 Mbit/s Szem 285 Thz - 10 Mbit/s

49 Információelmélet Információtégla: az információtégla mérete a közvetíthető információ-mennyiség maximumának elméleti határa. zajarány sávszélesség

50 Kommunikáció Kommunikáció: minden tartalmilag meghatározható információ cseréje. Nyílt kommunikáció: ha a rendszer a nemzetközi OSI előírásoknak megfelelően működik és ezáltal más nyitott rendszerekkel kapcsolatot tart. A folyamat elemei: adó üzenet vevő. A közlést jelekkel fejezzük ki és csatorna segítségével közvetítjük. Akkor van kommunikáció, amikor a jelek mindenki számára hozzáférhetőek.

51 Kommunikáció Szemiotika: jeltan. Részei: Szintaxis - nyelvtan, mondattan, szabályrendszer jelrendszer jelei között fennálló belső -formális- viszonyokat elemzi Szematika - jelentéstan a jel és az általa jelölt dolog közötti viszonyt vizsgálja Pragmatika - összefüggés- alkalmazástan a jel és használója közötti összefüggéseket vizsgálja. ( a jelek hatásával foglalkozik)

52 Adó Vevő Kommunikáció A kommunikáció három szintje: Pragmatikai szint JEL+JELENTÉS+SZÁNDÉK Szemantikai szint JEL+JELENTÉS Szintaktikai szint JEL

53 Kommunikáció A kommunikáció alaptételei (Watzlawik): 1) Nem lehet nem kommunikálni. 2) Minden kommunikációnak van tartalmi és kapcsolati vetülete. 3) A kommunikáció résztvevői közti viszonyt a kommunikáció folyamata alakítja. 4) Az emberi kommunikációdigitális és analóg (verbális és nem verbális) módon valósul meg. 5) A kommunikáció szimmetrikus és egymást kkiegészítő kapcsolatokon nyugszik. A digitális kommunikáció szintaxisa bonyolult, szematikája egyszerű. Az analóg kommunikáció rendelkezik a szemantikai háttérrel, viszont híján van az egyértelmű kommunikációhoz szükséges logikus szintaxisnak.

54 Kommunikáció A kommunikáció fajtái: Emberek közötti kommunikáció (verbal non verbal) Ember-gép-ember közötti kommunikáció (csatorna) Ember és gép közötti kommunikáció Gépek közötti kommunikáció

55 A MŰSZAKI ÁBRÁZOLÁS Háber István

56 Szabványok MSZ ISO 128: A műszaki ábrázolás általános szabályai MSZ ISO 129: Méretmegadás műszaki rajzokon MSZ ISO 3098: Műszaki rajzok felirata

57 Egy műszaki rajz

58 Műszaki rajz készítésének céljai Gyártás Szerelés Karbantartás Műszaki számítások Árkalkuláció Ajánlatadás Reklám Döntés előkészítés

59 A műszaki rajz felépítése Tárgy képe általában rendezett géprajzi vetítéssel leképezve. Előfordulhat még axonometrikus, perspektívikus, vagy szimbólikus ábrázolás is (tengelyeket és nem látható éleket is jelöljük). A tárgy részleteinek vagy környezetének képe és ezek azonosító jelei Nézet, metszet, szelvény. Méretek megadása Méretszám, méretvonal, méretsegédvonal, méretszöveg. Gyártástechnológiai előírások Heg. varrat, tűrés, felületi érdesség. Szövegmező és darabjegyzék Szöveges utasítások Szerelésre, hőkezelésre, stb. vonatkozóan. Keret

60 Rajzfajták a gépészetben Elvi rajz Technológiai folyamatábra Technológiai kapcsolási rajz Hidraulikus kapcsolási terv Izometrikus csőterv Összeállítási rajz Alkatrészrajz Műhelyrajz Elrendezési rajz Karbantartási rajz

61 Példa: Fejes csapszeg

62 Fejes csapszeg műszaki rajza

63 Keret, szövegmező, darabjegyzék

64 Vetítési módok műszaki ábrázoláskor Tárgy Képsík P Tárgy Képsík Párhuzamos vetítés Centrális vetítés

65 Géprajzi vetület Speciális párhuzamos vetület. A vetítősugarak merőlegesek a képsíkra, és úgy helyezzük el a tárgyat, hogy a fő síkja a képsíkkal párhuzamos legyen. Előnye: a képsíkkal párhuzamos alakzatok nem torzulnak, könnyű megrajzolni. Hátránya: nem térhatású az ábra. Nem kölcsönösen egyértelmű.

66 Vetítõsugár Tárgy A B A Kép B D D C C Képsík

67 Nézetek elhelyezése a rajzon (nézetrend) Több képsíkra vetítünk, majd ezeket a rajz síkjába forgatjuk. Elölnézet a P PE b c PF Felülnézet Balnézet PB Elölnézet Balnézet PE a PB b c c a b PF Felülnézet

68 Példa a nézetek elhelyezésére Elölnézet Balnézet Felülnézet

69 Gépészeti rajzok formai (alaki) követelményei Rajzlapméretek a b b a / 2 a b 2 ab 1 2 m

70 Méretarány (a valóságos és a rajzi méret aránya) Nagyítás M 2:1, M 5:1, M 10:1 Kicsinyítés M 1:2, M 1:5, M 1:10, M 1:20 M 1:50 Változatlan méret M 1:1

71 Vonalvastagságok Két vonalvastagság kötelező: vastag, vékony. Vastag Vékony 0,5 mm 0,18 mm

72 Vonaltípusok Folytonos Szaggatott Pontvonal Kétpont-vonal

73 Jellegzetes vonaltípus, vonalvastagság párosítások Folytonos, vastag Kontúrok, látható élek. Folytonos, vékony Szaggatott, vastag Törésvonal, méretvonal, sraffozás. Nem látható élek. Szaggatott, vékony Nem látható élek.

74 Pontvonal, vastag Hõkezelt felületek. Pontvonal, vékony Középvonal, lyukkör. Kétpontvonal,vékony Mozgó alkatrészek szélső helyzetei.

75 Ábrázolás rendezett nézetekben (félbevágott cső)

76 Egyéb nézetek Nézetrendtől eltérő nézet

77 Résznézet

78 Helyi nézet

79 Metszetek Teljes metszet

80 Egyszerű metszet

81 Félmetszet Szimmetrikus alkatrész egyik fele nézetben a másik metszetben ábrázolható.

82 Részmetszet (kitörés)

83 Lépcsős metszet

84 Nem metszhető alkatrészek Tömör gépelemek: csavar, anya, alátét, szegecs ék, retesz, szeg, tengely. Borda, rúd, küllő, golyó, fog.

85 Szelvény A tárgy metszősíkban lévő része. A metszősík mögötti részt nem ábrázoljuk. Befordított szelvény Nézeten kívül elhelyezett szelvény

86 Nézeten kívüli szelvény A A A-A

87 Különleges ábrázolások Szimmetrikus tárgyak Kiemelt részlet Törésvonallal megszakított tárgy Befordított lyukkör Mozgó alkatrész szélső állása Csatlakozó alkatrész Eredeti körvonal (alakítás előtti) Ismétlődő alakzatok Sík felület Négyszögletes nyílások Metszősík előtti részek