Bevezetés az informatikába 1.

Bevezetés az informatikába 1. 1. előadás Dr. Istenes Zoltán Eötvös Loránd Tudományegyetem Informatikai Kar Programozáselmélet és Szoftvertechnológiai Tanszék Matematikus BSc - I. félév / 2008 / Budapest Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 1 / 56

rész I "Meta-előadás" Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 2 / 56

Tartalom - "Meta-előadás" (1. rész) 1 Bemutatkozás Elérhetőségek 2 Tudnivalók a tárgyról Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 3 / 56

Tartalom Bemutatkozás Elérhetőségek 1 Bemutatkozás Elérhetőségek 2 Tudnivalók a tárgyról Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 4 / 56

Bemutatkozás Elérhetőségek Az előadó (Istenes Zoltán) elérhetősége Tanszék : ELTE - Informatikai Kar Programozáselmélet és Szoftvertechnológiai Tanszék Iroda : ELTE Déli tömb 2.604 E-mail : istenes@inf.elte.hu Honlap : http://quasar.inf.elte.hu Telefon : 2090555 / 8484 Egyéb : tárgyfórum, ETR-kurzusfórum, postaláda, titkárság (2.614)... Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 5 / 56

Tudnivalók a tárgyról A tárgy honalapja(i) "főoldal" : http://bevinfo.inf.elte.hu wiki : https://bevinfo.inf.elte.hu/wiki fórum : https://bevinfo.inf.elte.hu/forum előadó : http://quasar.inf.elte.hu/oktatas/bevinfo Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 6 / 56

Tudnivalók a tárgyról A tárgy "hivatalos célja" Az elsajátítandó ismeretanyag rövid leírása A számítógép főbb funkcionális egységei. Operációs rendszerek (Windows, Linux) legfontosabb jellemzői, grafikus és parancsmódú használatuk, scriptek. Hálózat, internet, egyszerű honlapok készítése, HTML. Programozási nyelvek, fordítás, integrált fejlesztő rendszerek, egyszerű programok készítése. A tárgyra épülő tárgy : Bevezetés az informatikába 2. (Pascal, C++, maple programozás) Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 7 / 56

Tudnivalók a tárgyról A tárgy "alapgondolatai" "Nem PC-ből áll a világ..." "Hogy működik a számítógép..." "Hogy lehet programozni..." "Mi az az internet..." Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 8 / 56

Tudnivalók a tárgyról Ajánlott, érdekes weboldalak http://google.hu http://en.wikipedia.org http://hu.wikipedia.org Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 9 / 56

rész II Az informatika fogalma Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 10 / 56

Tartalom - Az informatika fogalma (2. rész) 3 Az "informatika tudomány" (computer science) 4 Az informatika, számítástudomány részterületei Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 11 / 56

Az "informatika tudomány" (computer science) Informatika Az informatika (kb. information technology) az információk : rögzítésével, kezelésével, rendszerezésével, továbbításával foglalkozik. Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 12 / 56

Az "informatika tudomány" (computer science) Az informatika tevékenységei Az informatika a tevékenységét főként számítógépeken végzi: elméleti úton azáltal, hogy módszereket, modelleket, formalizmusokat dolgoz ki a számítógépek készítéséhez és működtetéséhez; mérnöki tevékenységgel úgy, hogy számítógépeket készít, illetve azokhoz elektronikai eszközöket alkot (hardver); rendszertervezéssel és -készítéssel azáltal, hogy a számítógépek működtető eszközeit hozza létre, illetve azokat működteti (szoftver); alkalmazza a számítógépet azáltal, hogy különböző feladatok elvégzése alkalmassá teszi, pl.: orvosi alkalmazások, kereskedelmi rendszerek, CAD, nyilvántartások, stb). Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 13 / 56

Az informatika, számítástudomány részterületei Az informatika részei, részterületei matematikai alapok algoritmusok és adatszerkezetek programozási nyelvek és fordítóprogramok adatbázisok konkurrens, párhuzamos és elosztott rendszerek számítás-elmélet számítógépek felépítése szoftver technológia mesterséges intelligencia lágy számítástechnika számítógépes grafika tudományos számítás Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 14 / 56

Az informatika, számítástudomány részterületei Számítógépek felépítése (computer architecture) számítógépek felépítése : számítógép rendszerek tervezése, szervezése, optimalizálása és ellenőrzése, főleg processzorok és memória alrendszerek (és az őket összekötő sín) operációs rendszerek : számítógép programokat kezelő rendszerek és egy használható rendszer alapjainak a nyújtása Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 15 / 56

Az informatika, számítástudomány részterületei Szoftvertechnológia (software engineering) számítógép programozás : programok írása egy programozási nyelven formális módszerek : szoftver tervezésnek a leírásának és érvelésének a matematikai megközelítése szoftvertechnológia : programok tervezésének és fejlesztésének az elméletének és gyakorlatának az alapelvei, helyes mérnöki gyakorlatok Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 16 / 56

Az informatika, számítástudomány részterületei Konkurrens, párhuzamos és elosztott rendszerek (concurrent, parallel, and distributed systems) konkurrencia : egyidejű számításoknak elmélete és gyakorlata, adatbiztonság többfeladatos és többszáló környezetben elosztott számítás : számítás több számító eszköz használatával egy hálózaton keresztül, egy közös feladat elvégzéséért hálózatok : különböző megosztott vagy kizárólagos médián keresztüli megbízható kommunikációs algoritmusok és protokollok, hibajavítás párhuzamos számítás : több konkurrens végrehajtási szálat használó számítások Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 17 / 56

Az informatika, számítástudomány részterületei Matematikai alapok (mathematical foundations) titkosírás : magánadatot védő algoritmusok, titkosítás gráfelmélet : adatszerkezetek alapjai, kereső algoritmusok matematikai logika : Boole logika és logikai kérdések modellezése típuselmélet : adattípusok formális elemzése és felhasználása program tulajdonságok megértéséhez - program biztonsághoz Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 18 / 56

Az informatika, számítástudomány részterületei Számítás-elmélet (theory of computation) automata-elmélet : problémák megoldásához különféle logikai struktúrák kiszámíthatóság-elmélet : mi számítható ki a jelenlegi számítógép modellekkel számítás bonyolultság-elmélet : számítási osztályok elméleti korlátai (idő, tárhely) Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 19 / 56

Az informatika, számítástudomány részterületei Algoritmusok és adatszerkezetek (algorithms and data structures) algoritmusok elemzése : algoritmusok idő és tárhely komplexitása algoritmusok : számításokban használatos formális logikai módszerek és hatékonyságuk adatszerkezetek : adatmanipulálás szervezése és szabályai Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 20 / 56

Az informatika, számítástudomány részterületei Programozási nyelvek és fordítóprogramok (programming languages and compilers) fordítóprogramok : számítógép programok lefordítása, általában magasabb szintű nyelvből alacsonyabb szintű nyelvre programozási nyelvek : formális nyelvű paradigmák algoritmusok kifejezésére, és ezen nyelvek tulajdonságai Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 21 / 56

Az informatika, számítástudomány részterületei Adatbázisok (databases) adatbányászat : dokumentumokban és adatbázisokban kereső és feldolgozó algoritmusok tanulmányozása Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 22 / 56

Az informatika, számítástudomány részterületei Mesterséges intelligencia (artificial intelligence) mesterséges intelligencia : önálló viselkedést és autonóm intelligenciát mutató rendszerek megvalósítása és vizsgálata automatizált következtetés : megoldó motorok, mint például a Prologban használatosak, melyek megoldáshoz vezető lépéseket készítenek tény és szabálybázisok lekérdezésével robotika : robotok viselkedését vezérlő algoritmusok számítógépes látás : kétdimenziós képekről háromdimenziós tárgyak azonosítását végző algoritmusok gépi tanulás : bemeneten alapuló szabályhalmazok és axiómák automatikus készítése Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 23 / 56

Az informatika, számítástudomány részterületei Lágy számítástechnika (soft computing) lágy számítástechnika : a fuzzy logika, neurális hálók, valószínűségi következtetés és hasonló fogalmak használatával, speciális problémák megoldó technikái Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 24 / 56

Az informatika, számítástudomány részterületei Számítógépes grafika (computer graphics) Számítógépes grafika : mesterséges képek előállítására, és a valós világból vett vizuális és térbeli információk egységbe rendszésére vagy módosítására szolgáló algoritmusok képfeldolgozás : számítások által egy képből információk meghatározása ember-számítógép kapcsolat : az emberek által használt számítógépes felületek tanulmányozása és tervezése Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 25 / 56

Az informatika, számítástudomány részterületei Tudományos számítások (scientific computing) bioinformatika : a számítástechnika használata biológiai adatokat fenntartására, elemzésére, tárolására és biológiai problémák megoldásásának a segítésére Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 26 / 56

Az informatika, számítástudomány részterületei Egyéb területek nem Neumann architektúrájú gépek (pld. Cellular Neural Networks) kvantum számítástechnika...számítógép hálózatok Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 27 / 56

rész III "Furcsaságok, érdekességek, kérdések..." Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 28 / 56

Tartalom - "Furcsaságok, érdekességek, kérdések..." (3. rész) 5 "Miért érdekes, (fontos) ez a tárgy?" Furcsa, meghökkentő kérdések... és válaszok... "Számítógépek és sebességek" 6 A számítógépek fejlődése... Számítógép vs. számológép Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 29 / 56

Tartalom "Miért érdekes, (fontos) ez a tárgy?" Furcsa, meghökkentő kérdések... és válaszok... 5 "Miért érdekes, (fontos) ez a tárgy?" Furcsa, meghökkentő kérdések... és válaszok... "Számítógépek és sebességek" 6 A számítógépek fejlődése... Számítógép vs. számológép Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 30 / 56

"Miért érdekes, (fontos) ez a tárgy?" Furcsa, meghökkentő kérdések... és válaszok... Sok-sok NOP... Mennyi a sebesség különbség? 1 utasítás NOP 3 utasítás NOP NOP NOP 2 utasítás NOP NOP 4 utasítás NOP NOP NOP NOP Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 31 / 56

"Miért érdekes, (fontos) ez a tárgy?" Furcsa, meghökkentő kérdések... és válaszok... Tömbösszeadás... Lehet sebességkülönbség? soronként for i=1 to n for j=1 to m sum=sum+t(i,j) oszloponként for j=1 to n for i=1 to m sum=sum+t(i,j) Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 32 / 56

"Miért érdekes, (fontos) ez a tárgy?" Furcsa, meghökkentő kérdések... és válaszok... Meghökkentő ciklusok... mennyi idő alatt fut le? 1/16-ok... Program ciklus; var s:real; begin s:=0; while s<>1 do s:=s+1/16; End. 1/10-ek... Program ciklus; var s:real; begin s:=0; while s<>1 do s:=s+1/10; End. Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 33 / 56

Tartalom "Miért érdekes, (fontos) ez a tárgy?" "Számítógépek és sebességek" 5 "Miért érdekes, (fontos) ez a tárgy?" Furcsa, meghökkentő kérdések... és válaszok... "Számítógépek és sebességek" 6 A számítógépek fejlődése... Számítógép vs. számológép Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 34 / 56

"Miért érdekes, (fontos) ez a tárgy?" Számítógépek sebessége "Számítógépek és sebességek" Milyen gyors a leggyorsabb számítógép? Hány szorzást végez másodpercenként? Mennyivel gyorsabb egy otthoni gépnél? Miért gyorsabb? Miért nem gyorsabb? Hogyan lehetne gyorsabb? Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 35 / 56

"Miért érdekes, (fontos) ez a tárgy?" "Számítógépek és sebességek" BlueGene/L - eserver Blue Gene Solution (IBM) Processzor típus: PowerPC 440 Processzor: 700 MHz (2.8 GFlops) Topológia, összeköttetés: 3D tórusz Operációs rendszer: CNK/Linux Processzorok: 212992 db (2008 február) Rpeak ("csúcs. sebesség"): 478200 GFLOPS Rmax ("max. sebesség"): 596378 GFLOPS FLOPS (Floating Point Operation per Seconds) = Lebegőpontos (számokon végzett) művelet másodpercenként 2007/11: TOP500 1.hely 2008/06: TOP500 2.hely http://top500.org Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 36 / 56

"Miért érdekes, (fontos) ez a tárgy?" "Számítógépek és sebességek" BlueGene/L - eserver Blue Gene Solution (IBM) Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 37 / 56

"Miért érdekes, (fontos) ez a tárgy?" "Számítógépek és sebességek" Roadrunner... (gyalogkakukk...) TOP500: 1, 2008/06 6480 AMD Opteron dual-core, 1.8GHz 12960 IBM Power XCell 8i, 3.2GHz 122400 "CPU" Infiniband összeköttetés Linux operációs rendszer memória: 103.6TiB sebesség: 1.7PetaFLOPS (csúcs), 1petaFLOPS (folyamatos) 1PetaFLOPS= 10 15 FLOPS (!) fogyasztás: 2.35MW ár: 133M$ méret: 296 rack szekrény, 560m 2 http://top500.org Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 38 / 56

"Miért érdekes, (fontos) ez a tárgy?" "Számítógépek és sebességek" Két számítógép teljesítményének az összehasonlítása EDVAC 1 CRAY-1 változás évszám 1952 1976 24 év órajelciklus 2.000ns 12,5ns 160 mártixszorzás 100/s 130.000.000/s 1.300.000 az órajel növekedése: 160 "technológiai" azonos órajel mellett is 8000 növekedés! a 8000 növekedés: "felépítésbeli" ("architekturális") Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 39 / 56

Tartalom A számítógépek fejlődése... Számítógép vs. számológép 5 "Miért érdekes, (fontos) ez a tárgy?" Furcsa, meghökkentő kérdések... és válaszok... "Számítógépek és sebességek" 6 A számítógépek fejlődése... Számítógép vs. számológép Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 40 / 56

A számítógépek fejlődése... Számológép vs. számítógép Számítógép vs. számológép számológép Főleg számtani műveletek végzésére alkalmas, gyakori, közvetlen emberi beavatkozást igénylő eszköz. számítógép Utasításlista (program) alapján adatokat manipuláló gép Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 41 / 56

A számítógépek fejlődése... Számítógép vs. számológép Milyen "gépet" tudnánk mi most itt készíteni? Milyen számoló vagy számítógépet tudnánk mi most itt készíteni? "eszközhasználat" megengedett "külső" tudás nélkül Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 42 / 56

A számítógépek fejlődése... Számítógép-generációk Számítógép vs. számológép http://hu.wikipedia.org/wiki/számítógép http://en.wikipedia.org/wiki/computer http: //en.wikipedia.org/wiki/timeline_of_computing http://www.computerhistory.org/ http://oprendszer.elte.hu/architekturak/ segedanyag.html Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 43 / 56

rész IV A félév témakörei Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 44 / 56

Tartalom - A félév témakörei (4. rész) 7 Miről lesz szó a félévben? Számítógépek felépítése Operációs rendszerek Programozás Hálózatok Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 45 / 56

Tartalom Miről lesz szó a félévben? Számítógépek felépítése 7 Miről lesz szó a félévben? Számítógépek felépítése Operációs rendszerek Programozás Hálózatok Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 46 / 56

Miről lesz szó a félévben? Számítógépek felépítése Számítógépek felépítése Processzor Memória Be/Kimenet Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 47 / 56

lesz szó a félévben? Mirol Számítógépek felépítése Számítógépek felépítése Intel 8870 chipset BlueGene/L Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 48 / 56

Miről lesz szó a félévben? Számítógépek felépítése Számítógépek felépítése (BlueGene/l) Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 49 / 56

Tartalom Miről lesz szó a félévben? Operációs rendszerek 7 Miről lesz szó a félévben? Számítógépek felépítése Operációs rendszerek Programozás Hálózatok Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 50 / 56

Miről lesz szó a félévben? Operációs rendszerek Operációs rendszerek Hardver/Szoftver erőforrások Folyamatok Be/Kimenet Fájlrendszerek Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 51 / 56

Tartalom Miről lesz szó a félévben? Programozás 7 Miről lesz szó a félévben? Számítógépek felépítése Operációs rendszerek Programozás Hálózatok Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 52 / 56

Programozás Miről lesz szó a félévben? Programozás Programozási tételek C++ nyelv Implementálás Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 53 / 56

Tartalom Miről lesz szó a félévben? Hálózatok 7 Miről lesz szó a félévben? Számítógépek felépítése Operációs rendszerek Programozás Hálózatok Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 54 / 56

Hálózatok Miről lesz szó a félévben? Hálózatok Internet Protokollok Hálózati eszközök Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 55 / 56

Összefoglalás Miről lesz szó a félévben? Hálózatok Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT) Bevezetés az informatikába 1. 2006 56 / 56