BEVEZETÉS AZ INFORMATIKÁBA Háber István ihaber@pmmik.pte.hu
Bevezetés Informatika sokrétű Információk Szerzése Feldolgozása Tárolása Továbbítása Információtechnika Informatika a technikai eszköz oldalról Számítástechnika Automatizált adatfeldolgozás eszközeivel foglalkozik
A számítástechnika
Bevezetés - számábrázolás Számábrázolás ( ooooo, 1, 2, III ) Mód ahogy a számokat szimbólumokkal ábrázoljuk Különböző kultúrákban más-más számírások Számrendszerek (számábrázoló rendszerek) ábrázolási szabályok
Unáris (1-es) számrendszer Természetes számok 1 szimbólum pl.: szimbólum: * számok: 1 - * 2 - ** 3 - ***...
Unáris számrendszer Rövidítés: több szimbólum (pl. 10 hatványai) Pl.: 1 - * 10 - + 100 -! 623 :!!!!!!++***
Egyiptom 10 hatványai Milliós számokkal is számoltak Ismerték a törteket Szorzás - osztás
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
Hindu számírás az ős Mai számírási módszerünk őse Megjelent a 0 Negatív számokat is ismerték Arabokhoz innen jut el, akik kiegészítik
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. 4005 ) 327: 3x10 2 + 2x10 + 7
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
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
2-es számrendszer Példa 2008 2-es számrendszerben: Helyiértékek Maradék 984 472 216 88 24 24 8 0 0 0 1024 512 256 128 64 32 16 8 4 2 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 2008 D = 11111011000 B
Számítást segítő eszközök és módszerek Abakusz Valószínűleg mezopotámiából ered Golyók helyzete - számjegy Rudak helyiérték Gelosia-módszer Szorzáshoz Középkorban elterjedt
Számítást segítő eszközök és módszerek Napier pálcák Gelosia-módszer egyszerűsítése Gaspard Schott Tovább finomította a módszert Hengerekből állt
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
Mechanikus gépek 1623 Wilhelm Schickard, Napier-pálcák alapján 4 alapművelet Hatjegyű számok Fogaskerekes számolómű
Mechanikus gépek 1642 Blaise Pascal, Tízes számrendszer, Nyolcjegyű számok Összead, kivon
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
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
Mechanikus gépek 1837 Charles Babbage, Analytical Engine Lyukkártyákkal programozható Mechanikus számológép Első Turing-teljes gép lett volna ha elkészül
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. )
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)
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
1. Generáció 1945 Neumann János, EDVAC IAS 6000 vákuumcső, 12000 dióda, 56000 Watt Program és adat a memóriában (nem kell többé huzalozni) Feltételes vezérlésátadás Központi vezérlő egység Bináris tárolás 1951 UNIVAC I. Első kereskedelemben kapható számítógép
1. Generáció 1946 John P. Eckert, John W. Mauchly, ENIAC 18000 vákuumcső, 30 tonna, 140000 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
1. Generáció - jellemzők Tudományos számítások célgépei Processzorcentrikus Bináris gépi nyelvű programok Soros feldolgozás Vákuumcsövek 1000-10000 művelet / sec Drága Gyakran meghibásodik (csövek kiégtek)
1. Generáció Neumann elvű gép Memória (program, adat) Aritmetikai egység (elemi műveletekből minden számítási feladat felírható) Vezérlőegység Bemeneti / kimeneti eszközök Mindezek elektronikusak, bináris számrendszerben
2. Generáció 1948 John Bardeen, Walter Brattain, William Shockley feltalálják a TRANZISZTOR-t 1957 DEC (Digital Equipment Corporation DEC) 1961 PDP-1-es gép 200000 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
2. Generáció - jellemzők Tranzisztorok, diódák 10000-100000 művelet/sec Kisebb teljesítményfelvétel Önálló, CPU-tól független csatornák Perifériák, háttértárak Ferritgyűrűs memória Memóriacentrikus
3. Generáció 1958 Robert Noyce, Jack St. Clair Kirby Integrált áramkör (IC) - Olcsó (fotólitográfia) - Gyors, kis fogyasztás (kis méret, kis távolságok) 100000 1000000 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)
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
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
4. Generáció 1984 Macintosh Apple, első grafikus felület (Graphical User Interface, GUI)
4. Generáció Szuperszámítógépek SIMD (Single Instruction Multiple Data) 1975, Cray-1 160 MIPS (MIPS = millió utasítás/sec) 1990 szuperszámítógépek alkonya sok egyszerű CPU -s megoldások jöttek
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
5. Generáció Mesterséges intelligencia Lát, hall, beszél, asszociál láthatatlan számítógépek Mindenbe beépítve Órák Bankkártya Az 5. generációt a szemléletváltás jelenti mintsem új felépítés quantumszámítógép? http://www.dwavesys.com/d-wave-two-system
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
Moore törvénye
Az információtechnika alapfogalmai
Információ és kommunikáció Alapfogalmak: jel, adat, információ, tudás Jelek: az adatok fizikai hordozói (DIN 44 300) Analóg jel - folytonos függvény Digitális jel - diszkrét (különálló) jelek A jelek az adatközvetítést szolgálják akusztikai, optikai vagy egyéb fizikai eszközök révén.
Információ és kommunikáció Alapfogalmak: jel, adat, információ, tudás Adatok: tények, folytonos függvények, melyek információ-átadás céljából ismert vagy alárendelt megállapodásokat ábrázolnak (DIN 44 300) Informatikában az adatok kódolt információk, melyeket számítógép-rendszerekben tárolnak Mennyiségi és minőségi adatok
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)
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.
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
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.
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)
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
Információelmélet Információtégla: az információtégla mérete a közvetíthető információ-mennyiség maximumának elméleti határa. zajarány sávszélesség
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.
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)
Adó Vevő Kommunikáció A kommunikáció három szintje: Pragmatikai szint JEL+JELENTÉS+SZÁNDÉK Szemantikai szint JEL+JELENTÉS Szintaktikai szint JEL
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.
Kommunikáció A kommunikáció fajtái: Emberek közötti kommunikáció (verbal non verbal) Ember-gép-ember közötti kommunikáció (csatorna) Ember és gép közötti kommunikáció Gépek közötti kommunikáció
A MŰSZAKI ÁBRÁZOLÁS Háber István ihaber@pmmik.pte.hu
Szabványok MSZ ISO 128: A műszaki ábrázolás általános szabályai MSZ ISO 129: Méretmegadás műszaki rajzokon MSZ ISO 3098: Műszaki rajzok felirata
Egy műszaki rajz
Műszaki rajz készítésének céljai Gyártás Szerelés Karbantartás Műszaki számítások Árkalkuláció Ajánlatadás Reklám Döntés előkészítés
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
Rajzfajták a gépészetben Elvi rajz Technológiai folyamatábra Technológiai kapcsolási rajz Hidraulikus kapcsolási terv Izometrikus csőterv Összeállítási rajz Alkatrészrajz Műhelyrajz Elrendezési rajz Karbantartási rajz
Példa: Fejes csapszeg
Fejes csapszeg műszaki rajza
Keret, szövegmező, darabjegyzék
Vetítési módok műszaki ábrázoláskor Tárgy Képsík P Tárgy Képsík Párhuzamos vetítés Centrális vetítés
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.
Vetítõsugár Tárgy A B A Kép B D D C C Képsík
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
Példa a nézetek elhelyezésére Elölnézet Balnézet Felülnézet
Gépészeti rajzok formai (alaki) követelményei Rajzlapméretek a b b a / 2 a b 2 ab 1 2 m
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
Vonalvastagságok Két vonalvastagság kötelező: vastag, vékony. Vastag Vékony 0,5 mm 0,18 mm
Vonaltípusok Folytonos Szaggatott Pontvonal Kétpont-vonal
Jellegzetes vonaltípus, vonalvastagság párosítások Folytonos, vastag Kontúrok, látható élek. Folytonos, vékony Szaggatott, vastag Törésvonal, méretvonal, sraffozás. Nem látható élek. Szaggatott, vékony Nem látható élek.
Pontvonal, vastag Hõkezelt felületek. Pontvonal, vékony Középvonal, lyukkör. Kétpontvonal,vékony Mozgó alkatrészek szélső helyzetei.
Ábrázolás rendezett nézetekben (félbevágott cső)
Egyéb nézetek Nézetrendtől eltérő nézet
Résznézet
Helyi nézet
Metszetek Teljes metszet
Egyszerű metszet
Félmetszet Szimmetrikus alkatrész egyik fele nézetben a másik metszetben ábrázolható.
Részmetszet (kitörés)
Lépcsős metszet
Nem metszhető alkatrészek Tömör gépelemek: csavar, anya, alátét, szegecs ék, retesz, szeg, tengely. Borda, rúd, küllő, golyó, fog.
Szelvény A tárgy metszősíkban lévő része. A metszősík mögötti részt nem ábrázoljuk. Befordított szelvény Nézeten kívül elhelyezett szelvény
Nézeten kívüli szelvény A A A-A
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