1. Mivel foglalkozik az informatika? Az informatika az elektronikus információfeldolgozással, az erre szolgáló rendszerek tervezésével, szervezésével, működésével foglalkozik. Az információ olyan szubsztancia, amely egy eseményrendszer egyik vagy másik eseményének bekövetkezéséről elemi szimbólumok sorozatával közölhető. A szubsztancia minden létező legáltalánosabb és legbensőbb lényege, amely oka önmagában van, és amely minden átalakulásnál megmarad. 2. Melyek és mivel foglalkoznak az informatika társtudományai? Számítástechnika: A számítógépek működésével, tervezésével és alkalmazásával foglalkozó tudományterület. Számítógép tudomány: Az információ-feldolgozó gépek tervezésének és használatának kérdéseivel foglalkozó tudomány. Főbb területei: Numerikus matematika Programozási nyelvek Programozási rendszerek Logikai tervezés Automata elmélet Mesterséges Intelligencia (AI) Információ elmélet: o Információ mennyiség meghatározása o Információ áramlásának tanulmányozása diszkrét közlemények o Esetében zajos és zajmentes csatornákban o Alapvető kódolási tételek o Folytonos jelek áramlásának tanulmányozása zajos csatornákban Kibernetika: Az önműködő rendszerek általános törvényszerűségeit kutatja. A komplex rendszerek irányításának logikai és matematikai alapú elmélete és gyakorlata. Általános rendszer elmélet: A rendszer működési körülményeit és tulajdonságait kutatja. Hírközlés: A hírek továbbításával foglalkozó tudományterület. 3. Melyek az elektronika fejlődését meghatározó főbb találmányok (eszközök időpontok feltalálók)? Elektroncső 1883 Thomas A. Edison izzó katód 1903 Philipp Lénárd rács 1904 A.R. Wehnelt oxid katód 1904 Lee de Forest visszacsatolás Tranzisztor 1948 J. Bardeen, H. W. Brattain, W. Shockley Integrált Áramkör (IC) 1965 R.C. Platzek, J.S, Kilby Mikroprocesszor 1971 Ted Hoff - 1 -
Számítógép 1945 J. Prospert Eckert, John Mauchly ENIAC 1945 Neumann János EDVAC jelentés 1937-42 John. V Atanasoff, Clifford E. Berry ABC 4. Melyek a számoló eszközök fejlődésének főbb állomásai? i.e.500 Kína, Egyiptom, Róma, Japán abacus i.u. 1620-30 Edmund Gunter logaritmus skála W. Oughtred és R. Delamain logarléc 1623 Wilhelm Shickard 4 alapművelet, 6 számjegy, túlcsordulás jelzés 1642 Blaise Pascal fogaskerekes, 6 számjegyű összeadó-kivonó gép 1671 Gottfried Wilhelm Leibniz Pascal gépére épülő 8 számjegyű szorzó-osztó gép, javaslat a 2-es számrendszerre 1801 Joseph-Marie Jacquard lyukkártyás szövőgép 1822 Charles Babbage külső programvezérlésű számológép 1874-75 W.T. Cohner asztali kalkulátor 1884 Herman Holerith 1890-es népszámlálás tabuláló (adatrendező) gép, az IBM jogelődjének alapítója 1919 W.H. Eccles és F. W. Jordan flip-flop 1936 Konrad Zuse bináris lebegőpontos kalkulátor 1937 Howard Aiken automatikus számolómű 1938 C. A. Lovell és D.B. Parkinson műveleti erősítő 1943-46 J.P. Eckert és J. Mauchly ENIAC 1945 Neumann János EDVAC jelentés 1950-53 M. Kincaid mágnesgyűrű J.M. Alden R.B. Hanna J. W. Forrester ferrittár 1951 M. Wilkes mikroprogramozás 1956 IBM mágneslemez (5 MB) 5. Kik voltak a számítástechnika úttörői Magyarországon? Neumann János, Nemes Tihamér, Kalmár László, Kozma László. Tarján Dezső, Puskás Tivadar 6. Mi a számológép és a számítógép közötti különbség lényege? Számológép: Bit-szinten nem programozható, általában csak előre beégetett funkciókkal rendelkezik. Számítógép: Olyan információ feldolgozó eszköz, amely bit-szinten programozható. 7. Ki volt Neumann János és milyen területeken alkotott maradandót? Játékelmélet háló-, gyűrű-, test-elmélet majdnem periodikus" jelek elmélete A Heisenberg-féle mátrixmechanika és a Schrődinger-féle hulláinmechanika azonosságának bemutatása - 2 -
hidrodinamika elektronikus számítógépek elmélete 8. Mi volt Neumann János szerepe a számítógépek kialakulásában? 1945-ben kapcsolódott be a Moore Intézet munkájába, ahol az ENIAC építése és az EDVAC terveinek elkészítése folyt. 1945. június. 30 : First Draft of a Report on the EDVAC Később az Institue for Advanced Studies - IAS gépét kifejlesztő csoport igazgatója.e két csoportban végzett munkája során olyan alapvető elveket dolgozott ki, melyek mind a mai napig a számítógépgyártás szerves részét képezik, ha átdolgozott, finomított formában is, de jelen vannak. 9. Melyek az EDVAC" jelentés főbb megállapításai? különálló, egymás után címezhető tár: A program és az adatok is a tárban helyezkednek el és cím alapján érhetőek el. egydimenziós tár: A tárban lévő szavak egy vektor elemeiként foghatóak fel. nincs kifejezett különbség az adatok és az utasítások között: Csak az egyes szavakra irányuló műveletek különböztetik meg, hogy adatról, vagy utasításról van szó. Az utasítások is úgy kezelhetők, mint az adatok, tehát a programok átírhatják magukat. az adatok jelentése nem egyértelmű: Az adatok jelentése az értelmezéstől függ szekvenciális feldolgozás 10. Hogyan különböztetjük meg a számítógép generációkat? felépítő elemek műveleti sebesség méret alapján teljesítmény programozhatóság 11. Melyek az L, II., III., IV. számítógép generáció főbb jellemzői? Első generáció Elektroncsöves Processzor centrikus Alacsony műveleti sebesség (10 3 /10 4 művelet/sec) Nagy méret Nagy teljesítmény felvétel Magas ár Kis példányszám Operatív tár: késleltető művonalas vagy tároló csöves Gépi kódban programozható pl: ENIAC Második generáció Félvezetős, tranzisztoros elektronika Ferritgyűrűs operatív tároló Műveleti sebesség (10 4 /10 5 művelet/sec) - 3 -
Méret, teljesítmény felvétel jelentősen csökkent Számítógép családok megjelenése Csatorna rendszerű I/O szervezés Magas szintű nyelvek megjelenése Operációs rendszerek alkalmazása Adatfeldolgozás, folyamatirányítás számítógépes megoldása Kötegelt (BATCH) feldolgozás pl: IBM 360-as család Harmadik generáció Integrált áramkörös elektronika Félvezetős operatív tároló Műveleti sebesség (10 6 /10 7 művelet/sec) Moduláris felépítés Multiprogramozott, időosztásos működés Jó megbízhatóság Kis méret Negyedik generáció: LSI, VLSI alapú technika Multiprocesszoros szervezés A szoftver szerepének megnövekedése Számítógép hálózatok elterjedése 12. Melyek az V. generációs számítógép program főbb jellemzői és célkitűzései? Tudás alapú szervezés, specializált feladatok megoldása Párhuzamos működés Logikai programozási nyelv alkalmazása (PROLOG) Input-Output humanizálása": o Kézírás felismerés o Beszéd szintézis o Beszéd megértés Külön probléma-megoldó modul alkalmazása Valószínűleg azért nem valósult meg, mert eddig minden egyes generációváltást egy-egy hardverelem drasztikus megváltozása tett lehetővé. 13. Mit értünk személyi számítógépen, melyek főbb jellemzői (processzor, tárak, háttértárak, perifériák)? 14. Mi a számítógéphez kapcsolódó alapfogalmak értelmezése (hardware, software, firmware, netware, groupware)? - 4 -
15. Melyek az analóg és digitális technika főbb jellemzői? a feladat megoldásának módja az adatábrázolás módja Analóg modell elvre épül* Digitális algoritmus alapján fizikai mennyiségeket fizikai digitális (bináris) mennyiségeknek feleltet meg Műszaki megvalósítás műveleti erősítőkre épülő alapelemek logikai áramkörökből (kapuk) épül fel pontosság 0.01-0.001% a szóhosszúságtól függ a számítás menete párhuzamos soros a programozás módja huzalozás (tanítás) utasításokból építkező algoritmus * Modell elv: Valamely fizikai rendszert olyan modellel - Analogonnal utánozunk, amely ugyanazzal a matematikai összefüggéssel írható le, mint az eredeti rendszer. Egy adott technika jellemzői: A mindig teljesen egyértelmű, pontos eredményre vezető eljárások az un. pozitív technikák. Megbízhatóság csak előre betervezett (figyelembe vett) hibahatárokkal érhető el A digitális technika jellemzői: A digitális technika olyan írási/olvasási technikák összessége, melyek pozitívak és megbízhatóak. Jelentősége: Lehetővé teszi igen nagy és bonyolult rendszerek megbízható felépítését tökéletlen elemekből. 16. Mi a jel, hír, adat, karakter és jelparaméter értelmezése? jel: Hírek vagy adatok fizikai ábrázolása hír: Jelek (vagy folyamatos függvények) amelyek ismert vagy rögzített megállapodások alapján információkat ábrázolnak továbbítás céljából. adat: Jelek (vagy folyamatos függvények) amelyek ismert vagy rögzített megállapodások alapján információkat ábrázolnak feldolgozásuk céljából. karakter: Az információ ábrázolására szolgáló, megállapodás szerinti véges halmaz (ABC) egy eleme. A halmazt karakterkészletnek nevezzük. jelparaméter: A jelnek az a jellemzője amelynek értéke vagy értékváltozása a hírt vagy az adatokat ábrázolja. 17. Mi az analóg és digitális jelek értelmezése, hogyan osztályozhatjuk a jeleket? analóg: Jel, melynek jelparamétere hírt vagy adatokat ábrázol, amely csak folytonos függvényekből áll. digitális: Jel, melynek jelparamétere csak karakterekből álló hírt vagy adatokat ábrázol. Jelek osztályozása: folytonos értéktartományú - időben folytonos jel diszkrét értékű - időben folytonos jel folytonos értékű - diszkrét idejű jel diszkrét értékű - időben diszkrét jel - 5 -
18. Melyek az analóg számítógépek főbb építőelemei? Együttható potenciométer Összegző Integrátor Szorzó Függvény generátor Komparátor 19. Hogyan alakíthatunk át analóg jeleket digitálisakká (A\D)? Az AD konverter meghatározza például az időben változó jelek azonos időintervallumokra osztott szakaszainak amplitúdóját (a jel letapogatása). Az így létrejött számok az átalakítás után bináris számjegysorozat alakjában jelennek meg. A-D átalakítók jellemzői: Felbontás és dinamika tartomány o MSB - Most Significant Bit o LSB - Least Significant Bit MSB LSB o D = 20*lg 10 (2 W ) db (W= szóhossz (Word)) Linearitás Kvantálási hiba Offset hiba Átalakítási sebesség 20. Mi a digitális jelek analóggá alakításának elve (D\A)? Az egyes bitek áramforrásokat kapcsolnak be, melyek a kimeneten összegződnek. A lépcsőzetes jeleket egy speciális integrált áramkör kisimítja, és villamos feszültséggé alakítja át. 21. Mi a Shannon féle mintavételi elv? f mintavétel > 2f maximum pl: Audio-CD: 44,1 KHz > 2 * 20 KHz [az emberi hallás határa] 22. Mi az ún. túl-mintavételezés értelme? Eljárás menete: Két mintavételi érték közé átlagolt" mintavételi értékeket iktatnak be. - 6 -
23. Mi az ún. egybites D\A átalakítás elve? 24. Melyek az AD és DA átalakítók főbb jellemzői? a feladat megoldásának módja az adatábrázolás módja műszaki megvalósítás pontosság a számítás menete a programozás módja 25. Mi az információ fogalmának köznapi és tudományos megfogalmazása? Köznapi: tájékozatás, hír, újság, adat, felvilágosítás, közlés, tudás, bejelentés, jellemzés, értesülés Tudományos: Az információ olyan szubsztancia, amely egy eseményrendszer egyik vagy másik eseményének bekövetkezéséről elemi szimbólumok jelek formájában közölhető. 26. Kik voltak az információelmélet úttörői? R. Fischer, R. Hartley, Claude E. Shannon 27. Mik az információ mennyiségének mérésére szolgáló Hartley és Shannon formulák? Hartley formula: H = információ mennyiség n = ABC betűinek száma k = a szavakban lévő betűk száma Shannon formula: p i = a kiválasztás valószínűsége H = k log 2 n n H = p i log p i= 1 2 i 28. Mi a Hartley és Shannon formulák értelme, melyek az információ mértékegységei? Hartley: Ha egy adott, N elemű H halmaz egy ismeretlen x elemét megadjuk, amelyről semmi mást nem tudunk, mint hogy a H halmazhoz tartozik, akkor az így nyert információ mennyisége log 2 N bit. Shannon: Az egyes események (közlemények) valószínűségének súlyozott átlagát választotta. bit,byte 29. Mit értünk stochasztikus és Markov folyamatokon? - 7 -
30. Mi az entrópia értelmezése és meghatározása az információ-elméletben? Értelmezés: Fizikában az entrópia az atomok és molekulák rendezetlen mozgásának mértéke. Meghatározás: Egy forrás által kibocsájtott (vagy egy átviteli csatornán keresztülocsátott, vagy egy megfigyelő által észlelt) információmennyiség mértéke. 31. Melyek az entrópia függvény jellemzői? Fizikában az entrópia az atomok és molekulák rendezetlen mozgásának mértéke. D = a rendszer különböző állapotainak száma K = Boltzmann állandó 1.38*10-23 = K log D S 2 32. Mi a relatív entrópia és redundancia értelmezése (példákon!) Relatív enrópia: Az információforrás jósága, minél közelebb van egyhez, annál jobb a forrás. H s H max Redundancia (~terjengősség): A forrás által közölt hír hány %-a felesleges. H R = 1 H s s max 33. Mi a kódolás célja és melyek a kódolással szembeni főbb követelmények? Kódolás célja: U-nak A-ba történő leképezése úgy, hogy az A-beli elemek által hordozott átlagos információ maximális legyen. Főbb követelmények: 1. Egyértelmű dekódolhatóság 2. A kódszavak átlagos hossza minimális legyen 34. Mi a redundancia előnye és hátránya? Előny: Nagy redundancia esetén, a zajos csatornán való átvitel után is megmarad az információ tartalom. Hátrány: Több bitet kell átvinni Pl: beszélgetés 35. Hogyan csoportosíthatjuk a hibákat, mi a hibaérzékelés elve? (példák!) Állandó hiba: (hard error) Múló hiba: (soft error) - rendszerzaj - hőmérséklet érzékenység - bitminta érzékenység - sugárzás okozta hiba - 8 -
36. Mi a Hamming-féle hibajavító kód, és az automatikus hibajavítás elve? Csatorna kódolásban használatos. SEC (Single Error Correction) Egy bitnyi hiba felismerése és javítása k = kiegészítő szó hossza n = kódszó hossza n k redundancia 2-4 3 100% 5-11 4 45% 12-26 5 23% 27-57 6 12% 58-120 7 6% k 2 n + k +1 37. Mi a Hamming-távolság értelme? Két azonos hosszúságú szó eltérő bitjeinek számát jelenti. DD a legkisebb Hamming-távolság. Felismeréshez: hibaszám<dd Javításhoz: hibaszám<dd/2 38. Mire szolgál a paritás kód? Az egy szón belüli hibafelismerésre. Pl: Ha az egyesek száma páros, akkor értéke 1 Ha az egyesek száma páratlan, akkor értéke 0 Ha a paritásbit érvényes, akkor a vevő ACK (Acknowledgement) jelet küld. Ha a paritásbit érvénytelen, akkor a vevő NAK (Negative AcKnowledgement) jelet küld. 39. Mi a tipikus meghibásodási görbe értelmezése (MTBF,1)? MTBF (Mean Time Between Failures): Átlagos Hibamentes Működési Idő Hibák száma λ kezdeti hibák szakasza t 10-15 év 40. Mi az Arrhenius egyenlet értelme és alkalmazásának célja? ξ a = aktivációs energia [ev] K = Boltzmann állandó 8.61*10-5 [ev/k ] Arrhenius Svante, svéd fizikus, kémikus és csillagász λ 2 = λ e 1 ξa K ( 1 1 T T 2 1-9 -
41. Miért és hogyan írjuk át oktális és hexadecimális alakba a bináris kódokat? 42. Mi az ASCII kód? American Standard Code for Information Interchange ASCII: Karaktertáblázat, a karaktereket egy 7 bites szám jelöli (8. bit a paritásbit), 128 karakter Extended ASCII: 8 bitre kiterjesztett ASCII ábécé, 256 karakter (pl: német nyelv különleges karakterei) 43. Hogyan ábrázolhatjuk az egész számokat bináris alakban? 44. Mi a (2-es) komplemens ábrázolás lényege és jelentőssége? (példák!) 45. Hogyan ábrázoljuk a törtszámokat? 46. Hogyan értelmezzük az abszolút értékes-, a kettes komplemens- és a többletes (eltolásos) karakterisztika ábrázolást? Pl: Hogyan ábrázolhatjuk a tízes számrendszerben megadott számot 2 bájtban akkor, ha a mantisszát és karakterisztikát is egy bájtban írjuk le? 47. Mi az oktális és a hexadecimális számábrázolás lényege és jelentősége? 48. Mire szolgál az ASCII kód? Minden PC-ben benne van, így az információ átvitelekor a kódtáblázat átvitelére nincs szükség. American Standard Code for Information Interchange ASCII: Karaktertáblázat, a karaktereket egy 7 bites szám jelöli (8. bit a paritásbit), 128 karakter Extended ASCII: 8 bitre kiterjesztett ASCII ábécé, 256 karakter (pl: német nyelv különleges karakterei) 49. Mi a lényegi különbség a forrás-kódolás és a csatorna-kódolás között? Forrás kódolás: cél a minimális redundancia (pl: ZIP), nem átvitelre szánt kódolás Csatorna kódolás: nagy redundancia, átvitelre szánt kódolás - 10 -
50. Milyen célt szolgálnak a minimum redundanciájú kódok? Az adatok kis helyen történő tárolását. 51. Milyen célt szolgál és hogyan működik a Shannon-Fano algoritmus? Az üzenetek (szimbólumok) előfordulási valószínűségének ismeretében létrehozható olyan kód, amely: - egyértelműen dekódolható - változó (szó)hosszúságú - a kódszavak hossza a kódolt szimbólumok előfordulási valószínűségétől függ Működése: 1. Az üzenetben előforduló szimbólumok előfordulási gyakoriságának meghatározása 2. A szimbólumok gyakoriság szerint csökkenő sorrendbe rendezése 3. A lista két részre osztása úgy, hogy a két részben lévő szimbólumok összesített gyakorisága közel egyenlő legyen 4. A lista felső részéhez rendeljünk 0 -t, az alsó részhez 1 -et. 5. Ismételjük a 3., 4. eljárást, míg a kettéosztott lista mindkét részében csak 1-1 szimbólum található. 52. A Shannon-Fano kódolást használva hogyan kódolhatjuk az egyes karaktereket, ha az üzenetben a következő gyakorisággal fordulnak elő? A(16), B(8), C(7), D(6), E(5) 53. Mire szolgál, és hogyan működik a Huffman algoritmus? Működése: 1. Az üzenetben előforduló szimbólumok előfordulási gyakoriságának meghatározása 2. A szimbólumok gyakoriság szerint csökkenő sorrendbe rendezése 3. A két legvalószínűtlenebb szimbólumból együttes (szülő) szimbólumot képezünk és ezt beírjuk az eredeti szimbólumok közé a valószínűségi sorba. Az új szimbólum valószínűsége egyenlő a két (gyermek) szimbólum valószínűségének összegével. 4. A 3-as eljárást addig ismételjük, míg két elemű nem lesz a forrás. Ekkor az egyik elemhez 1 -t, a másikhoz 0 -t rendelünk. 5. Visszatérünk az előző összevont szimbólumhoz a legkisebb valószínűségű szimbólumhoz 0 -t, az ennél eggyel nagyobb valószínűségű elemhez 1 -t rendelünk. 6. Az eljárást addig ismételjük, míg vissza nem érünk az eredeti legkisebb valószínűségű szimbólumig. 54. Mi az aritmetikai kódolás elve? A teljes input karaktersorozatot egyetlen (lebegőpontos) számmal helyettesíti. Algoritmusa: 1. Az üzenetben előforduló szimbólumok előfordulási gyakoriságának meghatározása. 2. Minden szimbólumhoz hozzárendelünk egy 0-1 közé eső számtartományt. A tartomány nagysága arányos a szimbólum relatív gyakoriságával. 3. A teljes karaktersorozatot egy számmá alakítjuk. Az átalakítást úgy végezzük, hogy az üzenetben egymás után következő karakterek által kijelölt számtartományt lépésről-lépésre beszűkítjük, míg végül egy számhoz jutunk. - 11 -
55. Hogyan adódik a 43-as kérdésben szereplő karakterek Huffmann-kódja? 56. Mi az adattömörítés elve a CCITT 3-as csoportba tartozó FAX gépeknél? A4-es formátum Felbontás Átvitel továbbítási ideje (vonal/mm) G1 6 perc 3.85 Analóg (AM-FM) Vivő 1300-1700 Hz G2 3 perc 3.85 Analóg (AM-FM-VSB) Vivő 2100 Hz G3 40-60 másodperc 3.85 normál CCITT V.27 szerinti moduláció 7.7 finom Vivő 4800 Hz, 2400 bit/mp G4 Direkt (kódolás) nélküli átvitel Direkt (kódolás) nélküli átvitel, magasabb frekvencián Kódolt átvitel, magasabb frekvencián 57. Mi az adattömörítés elve a PCX grafikus adatformátumban? 1 1 ZSoft Corp. PC Paintbrush Pixelek tárolása tömörítéssel: A gyakran ismétlődő pixeleket csak egyszer tárolja, az ismétlések számát számlálóval rögzíti. ismétlődések száma számláló ismétlődő bájt 58. Mi a statisztikára épülő adattömörítés elve? Pl: Shannon-Fano, Huffmann, Aritmetikai Minimum redundanciájú kódot hoz létre, a visszafejtés csak a statisztika ismeretében lehetséges. Forrás Kódoló Csatorna Dekódoló Vevő Statisztika Statisztika 59. Mi az adaptív adattömörítő kódolás elve? Az üzenetből nyert információ alapján a kódot lépésről lépésre változtatjuk. Előnye, hogy a statisztikai információkat nem kell továbbítani. Hátránya, hogy a vevő oldalon is létre kell hozni a statisztikát az eredményes dekódoláshoz. 60. Mi a szótár alapú adattömörítés elve? pl: LZ77, LZ78-12 -
61. Mi az LZ77 kódolás elve? (1977 Jakob Ziv és Abraham Lempel) Szótár alapú, csúszó ablak tömörítés A kódolandó karaktersorozatot egy kódhármassal helyettesítjük. 62. Melyek az LZ77 kódolás korlátai? Csak a kódolandó szót közvetlenül megelőző adatsoron belül tud keresni. Az egy kóddal lekódolható adat száma korlátozott. 63. Mi az aritmetikai kódolás elve? Válasz az 54-es kérdésnél. 64. Mi az LZ78 kódolás elve? (1977 Jakob Ziv és Abraham Lempel) Szótár alapú kódolás, a szótárat lépésről lépésre építi A szótárba soron következő sorszám mellé az a karakterfüzér kerül, ami korábban még nem szerepelt. 65. Mi az LZW kódolás elve? (1984 Terry Welch (felhasználta az LZ78-at)) Minden új, eddig még elő nem fordult kódsorozatot egy string táblázatban tárol. Tömörítés akkor következik be, ha egy beérkező (byte) karakter sorozatot megtalál ebben a táblázatban. Az egész karakter sorozatot ilyenkor a táblázatban hozzárendelt kóddal helyettesíti. - 13 -