A számítógép felépítése és működése A számítógép alapvető működését tekintve adatfeldolgozó gép. Ez magában foglalja az adatok beolvasását a külvilágból, amivel számításokat végez és tárol, a számítások eredményeit pedig megjeleníti (valamilyen formában) a külvilág számára. Adatbevitel beviteli eszközök: billentyűzet, egér, mikrofon, joystick, szkenner, kamera, fényképezőgép stb. Számítógép adatfeldolgozás (számítás), adattárolás feldolgozás (számítások az adatokkal), adattárolás (memória és háttértárak) Megjelenítés megjelenítőeszközök: kivetítő, hangfal, monitor, nyomtató, fax stb. 1. ábra: A számítógép, mint adatfeldolgozó gép A továbbiakban részletesebben megvizsgáljuk a következőket: Elméleti alapozás: néhány szó oldal 1 a kettes (és 16 os) számrendszerről és az A/D átalakításról; adattárolási módok: memóriafajták; háttértárolók (mágneses és optikai); adatbeviteli eszközök: billentyűzet, egér, szkenner, mikrofon; megjelenítőeszközök: képmegjelenítés (videokártya, monitor), nyomtatás. (Az adatok feldolgozásáról nem esik szó, mert az túl nagy témakör lenne) 1. Elméleti alapok 1.1. A kettes számrendszerről Számlálás közben mi tízesével csoportosítunk (valószínűleg azért, mert 10 ujjunk van). Ezt a számírásunk is követi. A helyiértékek: egy, tíz, száz (10x10=10 2 ), ezer (10 3 ), tízezer (10 4 ), De nem volt ez mindig így: Mezopotámia, sumérok: a 6, 12, 60 számoknak kitüntetett szerepe volt. Innen származik az időmérés: 1 óra az 60 perc, egy nappal pedig 12 óra (és az éjjel is 12 óra). 12 hónap egy év. Matematika, szögmérés: 1 fok= 60 perc Angol (és még néhány más) nyelvben a 11 és 12 számoknak külön nevük van. Köznyelvben a múlt századokban a tucat szó (12 t jelent) elterjedt volt. 2 Római számok írása: 5 ös csoport is kitüntetett. Latin, olasz, francia: A számnevekben 20 as csoportosítást fedezhetünk fel. 1 Bocs, kicsit hosszabb lett, mert célszer ű átismételni az ált. iskola 3.-os tananyagot. 2 Valószínűleg azért, mert a gyakorlatban könnyebb vele dolgozni. Például amikor a piacon néhány ember osztozkodik: egy tucat tojást lehet két-, három-, négy- és hatfelé is osztani. (A tíz csak kett ő és öt felé osztható.) 2004.07.07.; v0.9.2; BMRG 1
Számítógép generációk: Relés számítógépek (elektromechanikus elv) Elektroncső (elektromos elv) Tranzisztor (elektromos elv) A relé, elektroncső, a tranzisztor 3 a számítógépekben kétféle állapotban tud működni, egy kapcsolóhoz hasonlóan: bekapcsolt/kikapcsolt; vezet/nem vezet; vagy van feszültség/nincs feszültség. (A mágneslemez is kétféle állapottal (észak dél vagy dél észak) működik.) Mi 10 es számrendszert használunk, mert ez nekünk testhezálló (az ujjaink száma miatt 4 ), de a számítógépeknek ez nem kényelmes, nekik a kétféle állapot esik jól. Tehát kétféle jellel is mindent le kell tudni írni. Tízes számrendszerben 10 féle jelünk van (a számjegyek), tízesével csoportosítunk. Kettes számrendszerről beszélünk, ha két jelet fogunk használni, azaz kettesével csoportosítunk. Ekkor 2 es, 4 es, 8 as, 16 os, csoportokat képezünk, ezek lesznek a helyiértékek: 2. ábra: Csoportosítás 2 es számrendszerben 1 darab 8 as csoport 0 darab 4 es csoport 1 darab 2 es csoport 1 darab 1 es Helyiértékek: 8 4 2 1 A szám leírva: 1 0 1 1 Jelölés: Ha nem egyértelmű, hogy a 1011 szám az tízes számrendszerben értelmezett szám vagy pedig kettes számrendszerbeli szám (mint a példában), akkor a szám után szoktuk írni a számrendszert: 1011D az 10 es (decimális) számrendszert jelöl, a 1011B pedig kettes (bináris) számot. AZ INFORMÁCIÓ MÉRTÉKEGYSÉGE a bit, azaz egy darab kettes számrendszerbeli számjegy (binary digit). A kettes számrendszer terjengős: a példában szereplő tizenegyes számot kettes számrendszerben egy 4 számjegyű számmal tudunk leírni (10 es számrendszerben pedig kétjegyű szám is bőven elég). Ezért a számítógépek alapegységének a 8 bitből álló bináris számot választották, ennek a neve BYTE (magyarul leírva: BÁJT) 5. Ez azt jelenti, hogy a számítógép általában 8 bittel (vagy ennek többszörösével) végez műveletet egyszerre. Kettes számrendszerben A számok 0 1 közti számjegyekből állnak. A helyiértékek (jobbról balra haladva): 2 0 = 1; 2 1 = 2; 2 2 = 4; 2 3 = 8; 2 4 = 16; 2 5 = 32; 2 6 = 64; 2 7 =128; 2 8 = 256; Egy szám így nézhet ki: 11101 Ennek az értéke (jobbról balra olvasva): 1*1 + 0*2 + 1*4 + 1*8 + 1*16 = 29 2 9 = 512; 2 10 =1024; A legnagyobb 4 jegyű szám: 1*1 + 1*2 + 1*4 + 1*8 = 15, ami nem más, mint 2 4 1. tehát négyjegyű számokkal 2 4 =16 féle számot tudunk leírni 0 tól 15 ig Hasonló gondolat 10 es számrendszerben A számok 0 9 számjegyekből állnak. A helyiértékek (jobbról balra haladva): 10 0 =1; 10 1 =10; 10 2 =100; 10 3 =1000; 10 4 =10 000; 10 5 =100 000; Egy szám így nézhet ki: 10591 Ennek értéke (jobbról balra olvasva): 1*1 + 9*10 + 5*100 + 0*1000 +1*10000 = 10 591 A legnagyobb 4 jegyű szám: 9*1 + 9*10 + 9*100 + 9*1000 = 9999, ami nem más, mint 10 4 1. Tehát négyjegyű számokkal 10 4 = 10000 féle számot lehet leírni 0 tól 9999 ig. 3 És a tranzisztorokból álló integrált áramkörök is. 4 Általános iskola 2. osztályban sokan az ujjaikon számolnak. 5 Mi a továbbiakban az angol írásmódot használjuk. (Fizikában sem magyarítjuk a Newton mértékegységet Nyúton -ra.) 2004.07.07.; v0.9.2; BMRG 2
Kettes számrendszerben 8 jegyű számokkal: 2 8 =256 féle számot tudunk leírni 0 tól 2 8 1 ig (azaz 255 ig) (255 = 11111111B) A hosszú számokat (a könnyebb olvashatóság kedvéért) 4 es csoportokban szoktuk leírni: 1010 0110 0101 Hasonló gondolat 10 es számrendszerben 8 jegyű számokkal 10 8 =100 000 000 féle számot tudunk leírni 0 tól 10 8 1 ig (azaz 99 999 999 ig). A hosszú számokat (a könnyebb olvashatóság kedvéért) 3 es csoportokban szoktuk leírni: 193 326 042 A kilo prefixum értéke (informatikában) 1024 A kilo prefixum értéke 1000 A számok után írt nulla 2 vel való szorzást jelent, mert ezzel a kettedesvesszőt mozgatjuk. 6 Prefixumok (kilo, mega, giga) a számítástechnikában Prefixum=előtag. Prefixumok jelentése: A számok után írt nulla 10 zel való szorzást jelent, mert a tizedesvesszőt mozgatjuk. 1000 méter= 1 kilométer 1000 gramm = 1kilogramm A kilo jelentése tehát 1000. 1 méter= 1000 milliméter 1 kilométer = 1000 méter = 1 000 000 milliméter A milli jelentése ezred. A függvénytáblázatokban megtalálhatóak a prefixumok (10 15 től 10 18 ig). Néhány példa: kilo = 1000 Mega = 1000 kilo = 1 000 000 Giga = 1000 Mega = 1 000 000 kilo = 1 000 000 000 Tera = 1000 Giga = 1 000 000 Mega = 10 9 kilo = 10 12 Informatikában a kettes számrendszert használjuk, amiben nem az 1000, hanem az 1024 a kerek szám. (1024 = 2 10 ) Mivel ez a két szám közel egyenlő, ezért informatikában a kilo 1024 et jelent: 1024 byte = 1 kilobyte (rövidítve: 1024 B = 1 kb) Nagyobb számokkal: 1 MB = 1024 kb = 1024*1024 B (kb = kilobyte, MB = Megabyte, GB = Gigabyte) 1 GB = 1024 MB = 1024*1024 kb = 1024*1024*1024 B = 1 073 741 824 B Ezért van az, hogy akinek hivatalosan 64 MB memóriája van, annak a számítógépe nem 64 000, hanem 65 536 KB ot számol össze bekapcsoláskor. Ez az oka, hogy egy 60 GB os merevlemeznek valójában 56 GB nál is kevesebb a kapacitása. (A boltosok és a gyártók 1000 rel számolnak 1024 helyett, mert így nagyobb számot írhatnak rá, hogy jobban el tudják adni.) Átváltás 10 es és 2 es számrendszer között BINÁRISBÓL DECIMÁLISBA: 2 7 2 6 2 5 2 4 2 3 2 2 2 1 2 0 01101100B = 0 2 7 + 1 2 6 + 1 2 5 + 0 2 4 +1 2 3 + 1 2 2 0 2 1 +0 2 0 = 2 6 + 2 5 + 2 3 + 2 2 DECIMÁLISBÓL BINÁRISBA: = 64+32+8+4 = 108D 122D = 0*128 + 1*64 + 1*32 + 1*16 + 1*8 + 0*4 + 1*2 + 0*1 = 01111010B A módszer lényege, hogy megmondjuk, hogy hány 1 es, 2 es, 4 es,, 128 as, bináris számjegy kell ahhoz, hogy kijöjjön a 122 decimális szám. Ez egy kicsit nehéz, mert sokat kell kivonni és számolni hozzá. ÁTVÁLTÁS DECIMÁLISBÓL (PROFI MÓDON) BINÁRISBA: Hogy megértsük, először vegyünk egy egyszerű feladatot: váltsuk át a 2836 decimális (10 es számrendszerű) számot 10 es számrendszerbe! Ez azt jelenti (azon felül, hogy semmit sem kell csinálni), hogy mondjuk meg, hány 1 es, 10 es, 100 as, kell hozzá. Ez nem nehéz, ránézésre ki tudjuk olvasni. De ha az a feladat, hogy ne ránézzünk, hanem számítsuk ki, hogy melyik helyiértékből mennyi van, akkor így számolnánk: 6 Mert egy ahogy 10-es számrendszerben egy helyiértékkel léptetés 10-es szorzót jelent (pl. 10 2 helyett 10 3 ), úgy kettes kettes számrendszerben ez 2-es szorzót jelent (pl. 2 2 helyett 2 3 ). 2004.07.07.; v0.9.2; BMRG 3
A 2836 ot elosztjuk 10 zel, a maradékot (egyesek száma) a vonaltól jobbra, az egészrészt (ahányszor megvan) alá írjuk: Tovább osztunk, hogy megkapjuk a 10 esek számát: Majd a 100 sok számát: Az ezreseket: Tízezres már nincs, mert elértük a 0 t: 2836 6 283 28 2 0 Maradék 3 8 2 A maradékokat kiolvasva: kell 6 darab egyes, 3 darab 10 es, 8 darab 100 as, 2 darab ezres. A számot pedig lentről fölfelé lehet kiolvasni: 2836 Most váltsuk át a 122 decimális számot kettes számrendszerbe: Elosztjuk 2 vel, hogy megkapjuk a egyesek számát (leírjuk alá), a maradékot (egyesek száma) pedig a vonaltól jobbra: Majd ismét elosztjuk, hogy megkapjuk a 2 esek számát: Majd ismét elosztjuk, hogy megkapjuk 4 esek számát: Majd a 8 asok számát: Majd a 32 esek számát:... 122 61 30 15 7 3 1 0 1 0 1 1 1 1 Lentről fölfelé kiolvasva: 1111010, hasonlóan előző feladathoz. Még elé szoktunk írni 0 ákat, hogy kiegészítsük 8 számjegy hosszúra: 7 0111 1010 Összeadás, kivonás természetes számokkal Kettes számrendszerben 1+1 = 10 9 + 1 = 10 111 + 1 = 1000 999 + 1 = 1000 1111 0100 + 0110 0101 10101 1001 Magyarázat: kettes számrendszerben az 1 a legnagyobb számjegy, ha ezt megnöveljük, akkor az értéke 0 lesz, és keletkezik egy átvitel. Az összeadás művelete a fenti példán: (jobbról balra) 0+1 az egy, leírjuk az 1 et, nincs átvitel. 0+0 az nulla, leírjuk a 0 t, nincs átvitel. 1+1=10B, 9 leírjuk a 0 t, marad az 1. 0+0=0, plusz az átvitel az 1, leírjuk az 1 et. 1+0=1, leírjuk az 1 et, nincs átvitel. 1+1=10, leírjuk a 0 t, maradt az 1. 1+1=10, + átvitel, az 11, leírjuk az 1 et, marad 1. 1+0=1, + átvitel az 10, leírjuk a 0 t, marad 1. semmi (azaz 0) + átvitel az 1, leírjuk. Ugyanez 10 es számrendszerben: 11110100B = 244D + 01100101B = +101D 101011001B = 345D Hasonló gondolat 10 es számrendszerben 99910900 + 01100101 101011001 Magyarázat: tízes számrendszerben a 9 a legnagyobb számjegy. Ha ezt eggyel megnöveljük, akkor az értéke 0 lesz, és keletkezik egy átvitel. 8 Az összeadás művelete a fenti példán: (jobbról balra) 0+1 az egy, leírjuk az 1 et, nincs átvitel. 0+0 az nulla, leírjuk a 0 t, nincs átvitel. 9+1=10, leírjuk a 0 t, marad az 1. 0+0=0, plusz az átvitel az 1, leírjuk az 1 et. 1+0=1, leírjuk az 1 et, nincs átvitel. 9+1=10, leírjuk a 0 t, maradt az 1. 9+1=10, plusz az átvitel, az 11, leírjuk az 1 et, marad 1. 9+0=9, plusz átvitel, az 10, leírjuk a 0 t, marad 1. semmi (azaz 0) + átvitel az 1, leírjuk. 7 Mert a byte-ban mindig 8 bit van, mint ahogy a vízórában is mindig 5 számjegy van, legfeljebb az eleje 0-ákból áll. 8 A példában azért szerepel 9-es és 1-es is, mert kettes számrendszerben az 1 egyben a legnagyobb számjegy is, tehát kicsit a 10-es rendszerbeli 9-eshez is hasonló (ha hozzáadunk 1-et, 10-et kapunk). 9 Természetesen 1+1=2, de a 2 kettes számrendszerben leírva 2 D=10 B 2004.07.07.; v0.9.2; BMRG 4
Kivonás: 1110 1011 0111 0110 0111 0101 Kettes számrendszerben Magyarázat: A kivonás hasonló, mint 10 es számrendszerben. Ha nagyobb számot kell kivonni a kisebből (azaz 0 ból 1 et), akkor keletkezik egy átvitel, és 10B = 2D ból vonunk ki 1 et. (10 1 = 1) Hasonló gondolat 10 es számrendszerben Kivonás: 19931031 09940930 09990101 Ha kisebb számból kell kivonni a nagyobbat: például 0 ból a 9 et, akkor nem 0 ból, hanem 10 ből vonjuk ki a 0 t, és lesz egy átvitel (kölcsön). Negatív számok Előfordul, hogy egy kisebb számból kell kivonni a nagyobb számot. Ekkor az eredmény egy negatív szám. Matematikában ilyenkor a szám elé írunk egy előjelet. De a számítógép csak 0 t és 1 et tud kényelmesen ábrázolni (vezet/nem vezet, bekapcsol/kikapcsol), a jelet már nem tudja. Egyik megoldás: a szám előjelét is egy bittel jelezzük. Például: ha ez a bit 0, akkor a szám pozitív, ha 1, akkor negatív: Előjelbit Egy byte on (8 biten) 0 255 között tudunk egy természetes számot ábrázolni. Ha viszont negatív számokat is szeretnénk tárolni, akkor megtehetjük azt 10, hogy a bal szélső bit ne a szám része legyen, hanem a szám előjele. Így a szám tárolására a többi 7 bit marad, tehát az egy byte ban tárolt számok +127 és 127 között vehetnek fel értékeket. (0111 1111B = +127D, 1111 1111B = 127D) A bal szélső bit (7. bit) pedig az előjelet jelenti. 0000 0011 értéke +3 1000 0011 értéke 3 A MEGOLDÁS JELLEMZŐ I: Ez jó és egyszerű dolog, mert ahogy papíron csak egy jelet kell a 3 as elé írni, úgy itt is csak a 7. bitet kell 1 be állítani. Van viszont két hátránya: egyrészt kétféle nulla van (+0 és 0) 11. Másrészt a műveleteket többféleképpen kell elvégezni aszerint, hogy két pozitív, két negatív, vagy egy pozitív és egy negatív számot kell összeadni (vagy kivonni). Egyes komplemens: Ez a negatív számoknak egy olyan ábrázolási módja, ahol nem az előjelbitet állítjuk, hanem az összes bitet az ellenkezőjére fordítjuk: 0000 0011 értéke +3 1111 1100 értéke 3 A komplemens szó jelentése: kiegészítés, pótlék, teljes mennyiség. Egy szám, és a komplemense mindig 1111 1111 ra egészíti ki egymást. 12. A megoldás jellemzői: Hasonló, mint az előjelbites módszer. (Az, hogy összes bitet kell ellenkezőjére billenteni, technikailag szinte mindegy.) Jellemzői: A (bal szélső) 7. bitből ugyanúgy leolvasható, hogy a szám negatív vagy pozitív. Ugyanaz a két hátránya is: két nulla, és különböző műveletek a különböző előjelű számok esetén. Kettes komplemens Ennek a megoldásnak ( kódolásnak ) előnye, hogy kiküszöböli az előző megoldások két hátrányát. A lényege az, hogy a negatív számokat úgy ábrázolja, mint ahogy a kilométerszámláló vagy a gázóra: ha a gázórát elkezdenénk visszafelé tekerni (visszafelé folyik a gáz), akkor a számok csökkennek rajta, majd elérik a 0 t, majd körbefordul, és 9999 ről számlál tovább visszafelé. Tehát a csupa 9 es, az olyan, mint a 1, a 9998 pedig, mint a 2. (Ha (9998 ról) előre tekerünk 3 at, akkor a körbefordulás miatt 0001 et kapunk: ( 2)+3=+1. Hasonló módon történik ez a byte on belül is: a byte olyan, mint egy 2 es számrendszerben működő 8 számjegy hosszú gázóra. A csupa 1 es (1111 1111) jelenti a 1 et, az 1111 1110 a 2 t, és így tovább. A pozitív és negatív számok határa 1000 0000 nél van. Ez a legkisebb negatív szám, a 128. A 10 Legalábbis ha mi készítjük a számítógépet. Mert akkor azt teszünk, amit akarunk. 11 A +0 értéke elő jelbites szám esetén: 0000 0000; a 0 jele pedig: 1000 0000. 12 Azt nem tudom megmondani, hogy ez miért jó, de biztosan van valami oka. 2004.07.07.; v0.9.2; BMRG 5
legnagyobb pozitív szám pedig a 0111 1111, vagyis a +127. A KETTES KOMPLEMENS KÓDOLÁS JELLEMZŐ I: Előnyei: Csak 1 darab nulla érték van (nincs külön +0 és 0 szám); Egyszerűen végezhetőek az alapműveletek: csak egyféle összeadás (és kivonás) van. Hátránya: kicsit bonyolultabb a pozitív számból a negatívat képezni: ÖSSZEADÁS kettes komplemens negatív számmal: 2 1111 1110 2 1111 1110 + +4 + 0000 0100 + 3 1111 1101 2 0000 0010 5 (1) 1111 1011 Az első összeadást pont úgy végeztük, mintha két pozitív számot adnánk össze, és jó a végeredmény. (Ez az igazi előnye a 2 es komplemens kódolásnak.). A második összeadásban van egy átvitel, amit elhagyunk, mert a 8 bit végére értünk 13. (Ez olyan, mint amikor az autó kilóméterórája körbefordul 100 ezer kilométer után.) Előjel nélk.* 0 1 2 3 4 126 127 128 129 130 252 253 254 255 Bináris számérték 0000 0000 0000 0001 0000 0010 0000 0011 0000 0100 0111 1110 0111 1111 1000 0000 1000 0001 1000 0010 1111 1100 1111 1101 1111 1110 1111 1111 2. es k.** 0 1 2 3 4 126 127 128 127 126 4 3 2 1 5000 5001 5002 9996 9997 9998 9999 0000 0001 0002 0003 0004 4998 4999 Gázóra Előjelesen*** 5000 4999 4998 4 3 2 1 0 1 2 3 4 4998 4999 * A bináris szám előjel nélküli számként értelmezve ** A bináris szám kettes komplemens (előjeles) számként értelmezve. *** 1. táblázat: Előjel nélküli és kettes komplemens számok ÁTVÁLTÁSI SZABÁLY (oda vissza): Minden bitet az ellenkezőjére váltunk 14, majd a számhoz hozzáadunk 1 et. 0000 0001 komplemense: 1111 1110. Ehhez 1 et hozzáadva: 1111 1111 et kapunk. Visszaváltás ugyanígy történik: 1111 1111 minden bitjét az ellenkezőjére váltjuk: 0000 0000. Majd 1 et hozzáadva: 0000 0001. (Visszakaptuk az kiindulási számot, az 1 et.) Másfajta átváltási szabály: Jobbról balra haladva leírjuk a számjegyeket, addig, ameddig elérünk az első 1 esig. Még ezt az egyest is leírjuk, de az utána levő biteket az ellenkezőjére fordítjuk Mindkét átváltási szabály jól működik! Sőt, a nulla ellentettje nulla marad. Az egyetlen kivétel a 128, amelynek nem lehet így ellentett értéket számítani, mivel 1 byte on előjelesen csak +127 ig tudunk ábrázolni. Ilyenkor nem fér el a szám egy byte on 15 (azaz túlcsordul), ezért több bitet kell felhasználnunk, például 9 (vagy 16) bit hosszú számokkal kell számolni. (Ez éppen olyan, mintha a gázórán nem 4, hanem 8 számjegy lenne.) 16 128 = 1111 1111 1000 0000 +128 = 1111 1111 0000 0000 Tört számok Ahogy 10 es (decimális) számrendszerben le lehet írni azt, hogy 3½= 3,5, úgy kettes számrendszereben is le lehet írni hasonlót. 13 De ha 8-nál több bitből álló számról lenne szó, akkor ez az átvitel végigfutna a többin is. 14 Azaz 1-es komplemenst képezünk. 15 Ahogy a 99+99 sem fér el két számjegyen, és ezért veszünk egy harmadik számjegyet is. 16 Ekkor visszafelé tekeréskor a 0 alatti szám (a 1) nem 9999, hanem 99999999 lenne. 2004.07.07.; v0.9.2; BMRG 6
Kettes számrendszerben A kettedesponttól balra haladva találjuk: egyesek, kettesek, négyesek, 8 asok, helyiértékeit. A kettedesponttól jobbra haladva találjuk: felesek, negyedesek, 8 adosok, 16 odosok, Azaz egy szám (1101,110B) így néz ki: 2 3 2 2 2 1 2 0 2 1 2 2 2 3 1 1 0 1, 1 1 0 1101,101B = 2 3 + 2 2 + 2 0 + 2 1 + 2 3 = 8 + 4 + 1+ ½ + ¼ =13,75 Hasonló gondolat a 10 es számrendszerben A tizedesponttól balra haladva találjuk: 1 esek, 10 esek, százasok, helyiértékeit. A tizedesponttól jobbra haladva találjuk: tizedesek, 100 adosok, 1000 redesek, Azaz egy szám (3431,123) így néz ki: 10 3 10 2 10 1 10 0 10 1 10 2 10 3 3 4 3 1, 1 2 3 Például dönthetünk úgy is, hogy egy byte ban mindig fixen középen van a kettedespont. Ekkor a bal oldali 4 biten 0000 tól 1111 ig ábrázolhatjuk az egészeket, a jobb oldali 4 biten pedig a törtrészt: 0000 tól 1111 ig (azaz 0 tizenhatodtól 15 tizenhatodig). Így egy byte on 0 tól 15 15 tudunk ábrázolni 16 tört számokat is 4 kettedesjegy pontossággal. Ezt a fajta számábrázolást (ahol megmondjuk, hogy fixen az n edik helyen van a tizedesvessző) fixpontos számábrázolásnak hívjuk. (Az egész számok olyan fixpontos számok, ahol a szám végén van a tizedesvessző (vagy tizedespont)) Lebegőpontos számok Nagy számokat normál alakban szoktunk ábrázolni: például 1 mol 6,02252 10 23 atom (nem írjuk ki a sok 0 t 17 ). A lebegőpontos szám két részből áll: az 1 és 10 közötti számot (6,02252 t) mantisszának hívják, az 10 hatványkitevőjét pedig karakterisztikának 18. Ez a szám azt jelenti, hogy a 6,02252 ben a tizedesvesszőt mozgassuk 23 helyiértékkel jobbra, hogy megkapjuk a számot. Ugyanez működik 2 es számrendszerben is, csak a szám valahogy így néz ki: 1,10110 2 110. Tehát ez azt jelenti, hogy az 1,10110 számban a kettedesvesszőt mozgassuk el jobbra 6 értékkel (mivel 110B=6D ). Természetesen mind a mantissza, mind a karakterisztika lehet pozitív is és negatív is. 19 A lebegőpontos számokat (a kellő pontosság miatt) nem 8, hanem 32 vagy 64 biten szokták ábrázolni. Azt, hogy ebből hány bit a karakterisztika, és hány bit a mantissza, az IEEE 754 1985 szabvány határozza meg. Egy jó összefoglaló található (angol nyelven) például a http://research.microsoft.com/~hollasch/cgindex/coding/ieeefloat.html weboldalon. Egyszeres pontosságú számok: 32 biten tároljuk: 31. bit: mantissza előjele; 30. 23. bitek: karakterisztika; 22. 0. bitek: mantissza Az ilyen számoknál a mantissza kb. 6 számjegy pontosságú, és a karakterisztikával 10 38 nagyságrendű számokat lehet leírni. Dupla pontosságú számok: 64 biten tároljuk: 63. bit: mantissza előjele; 62. 52. bitek: karakterisztika; 51. 0. bitek: mantissza Az ilyen számoknál mantisszája 14 15 számjegy pontosságú, és a karakterisztikával 10 308 nagyságrendű számokat lehet leírni. A világon 10 féle ember létezik: aki érti a kettes számrendaszert és aki nem. 1.2. A tizenhatos (hexadecimális) és nyolcas (oktális) számrendszer Hogy az informatikusoknak ne kelljen olyan hosszú bináris számokat írni, ezért a 16 os számrendszert is használják. A számok leírásához kettes számrendszerben 2, tízes számrendszerben 10, tizenhatos számrendszerben 16 különböző számjegy kell (azaz csak kellene, mert csak 10 számjegyünk van). Mivel nem akartak hat új jelet bevezetni az új számjegyeknek, ezért az angol ABC első hat betűjét használták fel erre a célra. A=10, B=11, C=12, D=13, E=14, F=15. Ha a számítógéppel kapcsolatban ilyen számokat látunk, hogy 2F8 vagy 7D5, akkor az valószínűleg nem sült bolondság, hanem tizenhatos számrendszer béli szám 20. 17 De én most megteszem: 602 252 000 000 000 000 000 000. 18 Az angol szakkifejezés a karakterisztika szóra: exponent. 19 A negatív mantissza-értéket általában előjelbites módszerrel ábrázolják, a karakterisztikát pedig eltolt nullaponttal. Ez olyan, hogy például azt mondjuk, hogy az 50 legyen a nulla. Ekkor az 51 a +1, 52 a +2, és a 49 a 1, 48 a 2, 20 Kezd ő UHU-Linux Felhasználók Kódexe, 40. oldal 2004.07.07.; v0.9.2; BMRG 7
Néha jelölni kell, hogy a 34 az 10 es vagy 16 os számrendszerbeli szám. Ezért gyakran így írják: 0x34 vagy 34h esetleg $34. Az egész 16 os számrendszernek az a nagy előnye, hogy minden négyjegyű kettes számrendszerbeli számot egy darab egyjegyű számmal le tudunk írni. Ráadásul nagyon könnyű átváltani a két számrendszer között oda vissza: Egy byte az pont egy kétjegyű hexadecimális számmal ábrázolható, így a jobb oldali 4 és a jobb oldali 4 bináris számjegy is egy egy hexa számjegyet jelent. A helyiértékek: 1 es, 16 os, 16*16 os, 16*16*16 os, Mennyit ér 10 es számrendszerben a 7D4? AZ OKTÁLIS SZÁMOK pedig 0 7 közti számjegyekből állnak. Az oktális és a bináris számok is könnyen válthatóak át egymásba: egy oktális számjegy pont 3 biten ábrázolhatóak. A 3. táblázat megadja a különféle számrendszerek egyes helyiértékeinek 10 es rendszerbeli értékét, így segítséget nyújthat az átváltáshoz. Tört számok esetén is segíthet, mert bár a tizedes (vagy kettedes) vesszőtől jobbra levő értékeket nem tünteti fel a táblázat, könnyen kiszámolható az 1/x képlettel (ahol x a megfelelő helyiérték a táblázatból). 21 Számjegy 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Helyiérték 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1.3. BCD számok 10 es számr. (decimális) 10 0 = 1 10 1 = 10 10 2 = 100 10 3 = 1000 10 4 = 10000 10 5 = 100000 10 6 = 1000000 10 7 = 10000000 10 8 = 100000000 10 9 = 1000000000 10 10 = 10 11 = Helyiértékek a különféle számrendszerekben 2 es számr. (bináris) 2 0 = 1 2 1 = 2 2 2 = 4 2 3 = 8 2 4 = 16 2 5 = 32 2 6 = 64 2 7 = 128 2 8 = 256 2 9 = 512 2 10 = 1024 2 11 = 2048 Ez a Binary Coded Decimal (azaz Binárisan Kódolt Decimális) számokat jelöli. Az ilyen szám nem egy 8 bites szám, hanem két darab 4 bites szám, melyek a 0 9 értékeket vehet fel. Tehát a számjegyeket tároljuk. Mivel nem egy szám, hanem két független számjegy, ezért az alapműveleteket nem a hagyományos módon kell elvégezni. Például a 17 es szám BCD ben így néz ki: 0001 0111 (az első 4 bit értéke 1, a második 4 bité 7). 21 Például a második tizedesjegyhez kinézzük a 10 2 = 100-at,tehát értéke 1/100 lesz. Ugyanez 16-os számrendszerben: kinézzük a 16 2 = 256-ot,tehát értéke 1/256 lesz. 10 es 2 es 16 os 10 es 2 es 16 os 8 as számr. (oktális) 8 0 = 1 8 1 = 8 8 2 = 64 8 3 = 512 8 4 = 4096 8 5 = 32768 8 6 = 262144 8 7 = 2097152 8 8 = 16777216 8 9 = 134217728 8 10 = 1073741824 8 11 = 8589934592 0 0 0 16 1 0000 10 1 1 1 17 1 0001 11 2 10 2 18 1 0010 12 3 11 3 19 1 0011 13 4 100 4 20 1 0100 14 5 101 5 21 1 0101 15 6 110 6 22 1 0110 16 7 111 7 23 1 0111 17 8 1000 8 24 1 1000 18 9 1001 9 25 1 1001 19 10 1010 A 26 1 1010 1A 11 1011 B 27 1 1011 1B 12 1100 C 28 1 1100 1C 13 1101 D 29 1 1101 1D 14 1110 E 30 1 1110 1E 15 1111 F 31 1 1111 1F 2. táblázat: Átváltás 2 es és 16 os számrendszer között 16 os számr. (hexadecimális) 16 0 = 1 16 1 = 16 16 2 = 256 16 3 = 4096 16 4 = 65536 16 5 = 1048576 16 6 = 16777216 16 7 = 268435456 16 8 = 4294967296 16 9 = 68719476736 16 10 = 16 11 = Az els ő oszlop a számjegyek helye a számban, jobbról balra számolva. (Például az 508 -as számból a 8 -as az els ő számjegy (egyesek), és az 5 -ös a harmadik számjegy (aminek helyiértéke 10-es rendszerben 100-as, 8-as rendszerben 64-es, 16-os rendszerben pedig 256-os)) 3. táblázat: A helyiértékek 10 es, 2 es, 8 as és 16 os számrendszerekben 2004.07.07.; v0.9.2; BMRG 8
1.4. Az A/D és D/A átalakítás A külvilág jelei mások, mint amit a számítógép belsőleg értelmezni tud. Ezért a bemenő jeleket át kell alakítani olyan formára, amit a számítógép belsőleg megért. A számítógépből kijövő jeleket pedig vissza kell alakítani olyan formába, amit mi értelmezni tudunk. A természetben úgynevezett analóg jelek vannak. Például úgy hallunk, hogy a fülünk (vagy egy mikrofon) érzékeli a levegő nyomásának a változását. 22 Ha felrajzolnánk a levegő nyomását, akkor például ilyen ábrát kapnánk (bal oldali ábra): nyomás (Pascal) A/D D/A 1 0 idő [másodperc] idő [másodperc] A számítógép viszont csak digitális jeleket, azaz nullák és egyek sorozatát értik meg (jobb oldali ábra). Hogy a számítógép érzékelhesse a külvilág jeleit, a két fajta jel között átalakításra van szükség. E célt szolgálják az analóg digitális átalakítók (röviden: A/D vagy ADC). A számítógépből kijövő (digitális) jelet pedig vissza kell alakítani analóggá. E célra a digitális analóg átalakító (röviden: D/A vagy DAC) való. Digitális jeleket nem csak a számítógépek használnak. Az üvegszálas telefonkábelekben is digitális jelek áramlanak. A kábel egyik végén (lézerrel) bevillogtatnak, amit a másik végén érzékel egy vevő eszköz. (Ez digitális jel, mert csak két állapota van: világit/nem világít.) Sőt, bizonyos szempontból a Morse jel is nevezhető digitálisnak. A D/A ÁTALAKÍTÁS MŰ KÖDÉSE: Első lépés: A fenti grafikonra mm papírt illesztünk, és például 5mmenként leolvassuk a magasságot. (Ha ez nem egész értékre jön ki akkor kerekítünk a legközelebbire). Ezt a lépést mintavételezésnek hívják. Ezután (második lépés) a kapott számértéket átalakítjuk bináris számmá, és a számsorozatot (01100010110) átadjuk a számítógépnek. 23 AZ A/D ÁTALAKÍTÁS MŰ KÖDÉSE: A binárisan kapott számmal arányos fizikai jelet (feszültség, áram, hangerő stb.) állítunk elő. Kézi módszer: fogunk egy mm papírt, és (például 5 mm enként) a számértéknek megfelelő magasságban berajzolunk egy egy pontot. Ezután a pontokat összekötjük, és így megkaptuk a függvényt. (A kerekítések miatt előfordul, hogy egy A/D átalakítás majd D/A visszaalakítás nem adja vissza pontosan ugyanazt az eredményt, mint az eredeti. Például mm papírral 1 mm nél kisebb egységet nem tudunk mérni. 24 ) HANGKÁRTYA: A mikrofon a hangot (analóg jel, nyomásváltozás) elektromos analóg jellé alakítja. A hangkártya ebből az elektromos jelből elég sűrűn (például másodpercenként 22 ezerszer) mintát vesz (megméri a feszültséget). Ezt a mért értéket átalakítja számmá, és majd ezt a számot tudja feldolgozni vagy eltárolni a számítógép. (Ez azt jelenti, hogy a felvett hang minden egyes másodpercéről 22 000 számot kell tárolni.) Zenélés számítógéppel: A számítógéppel előállított zene valójában egy számsorozat. Ezt a számsorozatot a hangkártya analóg elektromos jellé alakítja, amit a hangszóró levegőben terjedő hanghullámokká alakít. 22 Az érzékelt hangok valójában különféle ismétlőd ő nyomásváltozások. 23 A valóságban elektronikus áramkör végzi el a mintavételezési és bináris számmá alakítást. (Milliméterpapír nélkül.) 24 A hiba azomban nem biztos, hogy rossz: például egy jó szabó sem abszolút pontosan szabja le a ruhát, de olyan kicsi hibával dolgozik (például 2 mm-t téved a ruha hosszánál), ami már nem számít. 2004.07.07.; v0.9.2; BMRG 9
Példa: analóg és digitális telefonközpont, ISDN telefonok D/A és A/D átalakító: Digitális vonal (vastag): Központ 1 Központ 2 Központ 1 Központ 2 Központ 1 Központ 2 Teljesen analóg rendszer (régen) Analóg telefonvonalak, de a központok között digitális vonal (ma) A központok között, és az előfizetők felé is digitális vonal (ISDN) (ma) Régen analóg központok voltak analóg előfizetői vonalakkal: A hang elektromos jelként jutott el a telefontól a központba, aztán a központok között, végül a hívott telefonjáig. Sok kábelt kellett kihúzni a telefonközpontok között, hogy sok vonalat tudjanak egyszerre kapcsolni. Később a központok közötti összeköttetést lecserélték digitális, üvegszálas átvitelre, hogy több vonalat tudjanak egyidejűleg összekötni két központ között egyetlen üvegszálas kábelen. Ehhez a központokban rengeteg A/D és D/A átalakítóra volt szükség. Emiatt bonyolultabbak és drágábbak lettek a telefonközpontok. Az ISDN telefonvonal már nem analóg, hanem digitális jelekkel kommunikál a központtal. Így a központban nincs szükség az analóg és digitális jelek közti átalakításra. Ezek a funkciók ugyanis az előfizetői telefonokba kerültek beépítésre. (A telefon javítása a tulajdonos problémája, nem a központé.) 1.5. Szövegek tárolása FELADAT: A számítógép tudjon tárolni betűket is. A PROBLÉMA: A számítógép csak számokat tud tárolni, csak számokkal tud műveleteket végezni. (Azt is leginkább bináris számokkal: vezet/nem vezet, van feszültség/nincs feszültség) A MEGOLDÁS: A betűket, írásjeleket stb. (egy szóval karaktereket) kódolni fogjuk. A kódolás azt jelenti, hogy egy egy betűhöz egy egy számot rendelünk. Például a számok jelentsék a következőt: 1=A, 2=Á, 3=B, 4=C, 5=CS, 6=D, 7=DZ, 8=DZS, 9=E, 10=É, 11=F, 12=G Ezeket a kódokat és jelentéseket egy táblázatban felírjuk egy lapra, hogy el ne felejtsük. Ezt a táblázatot hívják kódlapnak. Ezután ha például azt látjuk leírva, hogy 9, 3, 10, 6 akkor (az előbbi kódlap alapján értelmezve) ki tudjuk találni, hogy miről van szó. 25 Persze többféle módon lehet számokat rendelni a karakterekhez, a fenti az csak egy találomra kiválasztott példa. Ezzel a hozzárendeléssel az a baj, hogy önkényesen történik. Lehet, hogy a világ más részén valaki úgy is gondolhatja, hogy az egyjegyű számokhoz (0 9) az írásjeleket és a szünetet rendeli, és 10 től kezdi az A betűt. 26 Ha két program nem ugyanazt a betű szám összerendelést használja, akkor amit az egyik programmal elkészítettünk, a másik programból megnézve zagyvaságnak tűnik. Ez nem jó. Közösen meg kell állapodni, hogy melyik szám melyik betűt jelenti. A legelterjedtebb ilyen megállapodás az Amerikai Szabványos Kódolás (American Standard Code for Information Interchange, röviden ASCII). 27 Mivel az alapegység a byte, ami 8 bitből áll, ehhez a számtartományhoz rendeltek karaktereket. Ebből egy bitet akkoriban a kommunikáció ellenőrzésére használták, ezért csak a maradék 7 biten tárolt 128 számhoz (0 127 közötti értékek) rendeltek karaktereket. Íme néhány karakter kódja: 25 Dél körül. 26 Egy orosz programozónak pedig valószínűleg nem a magyar ABC jut az eszébe 27 Az IBM az ASCII létrehozásakor már belsőleg használt egy EBCDIC nev ű kódolást. Az IBM nagygépek még most is így működnek belsőleg. 2004.07.07.; v0.9.2; BMRG 10
Szám Binárisan Hex Mit jelent? Szám Binárisan Hex Mit jelent? 32 33 47 0010 0000 0010 0001 0010 1111 20 21 2F Szünet (space) Felkiáltójel (írásjelek és matematikai jelek) 48 49 50 57 58 63 0011 0000 0011 0001 0011 0010 0011 1001 30 31 32 39 0 1 2 9 További jelek: : ; < = >? 64 65 66 67 90 91 96 0100 0000 0100 0001 0100 0010 0100 0011 0101 1010 40 41 42 43 5A @ A B C Z További írásjelek: [ \ ] ^ _ 97 98 99 100 122 123 127 0110 0000 0110 0001 0110 0010 0110 0011 0111 1010 60 61 62 63 7A ` a b c z További írásjelek:{ } ~ A 0 31 közötti számkódok különleges célra lettek meghatározva 28, a rendes karakterek 32 vel (hexa 20) kezdődnek. Amit érdemes megjegyezni az, hogy 48 tól (hexa 30) kezdődnek a számjegyek, és 65 (hexa 41) a nagy A, és 65+32 (hexa 41+20) a kis a betű). A másik fontos észrevétel, hogy nem tartalmaz ékezetes (magyar) karaktereket, mivel eredetileg az USA számára (angol nyelvhez) készült. Ebből elég sok bonyodalom adódik, melyeket most nem részletezünk. A lényeg, hogy a 128 255 tartományban minden ország meghatározta, hogy melyik szám melyik ékezetes betűt jelentse. Így alakultak ki (csak Magyarországot tekintve) a CWI, IBM852, Windows 1250, ISO 8859 2 kódlapok. 29 (Jelenleg az ISO 8859 2 az elterjedten használt kódlap.) A magyar kódlap és a többi ország kódlapjai is mind ugyanazokhoz a számkódokhoz (128 255) rendelik a saját ékezetes betűiket. 30 Ezért egyszerre csak 1 kódlap használható. Így viszont nem lehet például egy szövegben leírni magyar, francia cirill és görög betűket. Ezért megterveztek egy nagy egyesített (unified) kódlapot (code page), amiben a világ összes betűje szerepel. Ez lett az UNICODE. Ez a szabvány a karaktereket hogy a sok ezer kínai, indiai, afrikai betű is beleférjen nem 8, hanem 21 biten ábrázolja. 31 A szabványt néhány évente újra tárgyalják, és ha szükséges, új karaktereket vesznek fel a szabványba. Mivel a UNICODE 8 bitnél hosszabb értékekkel dolgozik (a mai számítógépek pedig a byte ot szeretik), ezért csak lassan terjedt el. 32 Megemlítendő még, hogy az MS Word már 1997 óta a UNICODE egyik 16 bites részhalmazát használja. Itt egy betűt egy (vagy két) darab 16 bites karakter ír le. Azaz egy karakter két egymás utáni byte ot foglal el. Ha egy szöveget úgy látunk, hogy minden második betűje egy négyzet, az azért van, mert azt nem byte onként (8 bitenként) kellene értelmezni (ahogy a programunk teszi), hanem kétbyte onként (16 bitenként). Mostanában (2004) kezdik széleskörűen használni UTF 8 nak nevezett kódolást 33, ami a 21 bites UNICODE egy speciális 8 bites kódolása. Így a magyar szövegek alig lettek hosszabbak, mint korábban (a legtöbb betű 1 byte os), de mégis van lehetőség ugyanabban a szövegkörnyezetben leírni az egzotikus betűket is (görög, cirill, kínai). 34 28 Mint például: lapdobásjel (nyomtatónak); tárcsázásjel (modemnek), újsor-jel (táv-írógépnek); üzenet/fájl vége stb. 29 Azért nem 1 darab van, hanem ennyi, mert az IBM és Microsoft is a saját (több országra kiterjed ő) szempontjaik szerint saját kódlapokat határoztak meg. (Az, hogy egyes országok már addigra kitaláltak valamit, az nem számított.) Ebből volt is kavarodás az elmúlt időszakban. A 852-es kódlap magyar szabvány lett: MSZ 7795-3:1992 néven. Mai napig ez a magyar nyelv ű DOS betűinek kódolása. 30 Például a 165 az jelenthet (magyar kódlap szerint) á betűt, de egy svéd vagy francia kódlap szerint egy másik betűt jelent. 31 Néhány éve kérték, hogy a Star Trek-ből ismert harcias Klingon nép ABC-jét is vegyék bele az UNICODE kódlapba. De a mérnökökből álló döntőbizottság végül komolytalannak tartotta az ötletet. Az ősi magyar rovásírás még elbíráslás alatt áll. 32 Két ok lassítja a terjedését: egyrészt, hogy a 21 bites kód nem 256, hanem kb. 2 millió különböz ő karaktert jelent, és ennyit nehéz kezelni egy programnak. A másik baj, hogy mivel 4 byte-on ábrázolnak egy betűt, ez 4-szeres helyfoglalást jelent. 33 A legújabb ajánlás az RFC3629 (2003 november). Ez az 1998-as RFC2279 újragondolt, kicsit módosított verziója. 34 De az UNICODE sem tökéletes, mert a magyar nyelvtan szerint az ny olyan egyetlen bet ű, ami két betűjegyből (n és y) áll, ez elválasztásnál lehet fontos. (Nem beszélve a régi kettős betűkről, mint például az eö (Weöres) vagy cz (Losonczy)) 2004.07.07.; v0.9.2; BMRG 11
2. Adatok tárolása a számítógépen A számítógépnek azt a részét, ahol az adatokat tárolja (hogy el ne felejtse) memóriának 35 hívjuk. Ezek elektronikus áramkörök, amelyek 0 vagy 1 bináris számértékeket (biteket) tárolnak. Mivel ezek árammal működnek, a számítógép kikapcsolásakor (általában) elfelejtik a tartalmukat. Az adatok és számítások elvesztését megakadályozandó, a fontos adatokat le kell írni egy olyan adattároló eszközre (háttértárba) amely áram nélkül is megőrzi a beleírt adatot. A háttértár és a memória közötti másik legfontosabb különbség, hogy a processzor csak a memóriát tudja közvetlenül használni, a háttértárat nem. Ha valamit számítani akarunk (ami a háttértárban van), akkor először a háttértárból betöltjük (bemásoljuk) az adatokat a memóriába, majd a processzor a memóriából kiolvassa és feldolgozza őket, különböző számításokat végez velük. Az eredményt pedig visszaírja a memóriába. Ezután az eredményeket ha kikapcsolás után is szükségünk lesz még rá elmentjük (visszamásoljuk, berögzítjük) a háttértárba. A program mondja meg azt, hogy melyik adattal milyen számításokat és feladatokat kell elvégeznie a mikroprocesszornak. A programok is az adatokhoz hasonlóan (számsorozatokként) a háttértárban tárolódnak, és végrehajtás előtt (mint az adatokat) a memóriába kell másolni őket. 36 Egy kézzelfogható példa: süteménysütés: kell hozzá tojás, liszt, cukor, alma stb. (bemenő adatok), az eredmény pedig az almás pite (kijövő adat) 3.ábra: Memória és háttértárak Először bevásárolunk a boltban (bolt=háttértároló), és a konyhába (konyha=memória) juttatjuk az alapanyagokat (betöltjük a memóriába). Beszerzünk egy szakácskönyvet is (betöltjük a memóriába a programot) ami leírja, hogy milyen műveleteket (almahámozás, összekeverés, sütés) milyen sorrendben kell elvégezni az alapanyagokon (az adatokon). Az eredményt (kész almás pitét) vagy azonnal megesszük, vagy elrakjuk a spejzba későbbre (mentés). A következő fejezetben megvizsgáljuk, hogy milyen fajta memóriák és milyen háttértárak találhatóak meg a számítógépen. 2.1. Memória A memória a számítógép egyik adattároló része. A működéséhez elektromos áramra van szükség. Ebben tárolódnak az éppen folyamatban lévő számítások adatai, (rész )eredményei, valamint a számítások menetét leíró programok is. Több fajtájuk van. A legfontosabbak a ROM, a RAM, és a kettő között félúton található EPROM. Memóriafajták Adatok, amivel a számításokat végezni kell Betöltés A számítógép Processzor Memória Háttértár Számítási eredmények Mentés RAM (RANDOM ACCESS MEMORY) 37 : Ez olyan memória, amelynek a tartalma módosítható. Hátránya, hogy ha megszűnik az áramellátása, akkor egy század másodperc alatt mindent elfelejt. Ezért nem alkalmas az adatok tartós tárolására. Sok fajtája van: SRAM, DRAM, NVRAM, EDO RAM, SDRAM, DDR SDRAM (A nevük vége mindig RAM ra végződik.) 35 A memória szó angolul emlékezetet jelent. 36 A programokat a végén nem kell elmenteni, mint az eredményeket, mert azok (általában) nem változnak meg a végrehajtás során. 37 Magyarul Véletlen (vagy tetszőleges) Hozzáfférés ű Memóriá -nak szokták mondani. De ez a szó szerinti fordítás félrevezet ő: az angol kifejezés valójában azt próbálja eleírni, hogy bármelyik adatot egyformán gyorsan tudjuk megtalálni a RAM-ban. Mert például egy magnókazetta esetében a szalag végére írt adat megtalálása (az szalag tekerése miatt) jóval hosszabb ideig tart, mint a szalag elején levőnek a megtalálása. 2004.07.07.; v0.9.2; BMRG 12
ROM: READ ONLY MEMORY (CSAK OLVASHATÓ MEMÓRIA): ez egy olyan memória, amibe a gyártáskor írták bele az adatokat, és a tartalmát soha sem lehet megváltoztatni. A tartalma akkor is megmarad, ha a számítógépet kikapcsoljuk. A ROM olyan alapvető dolgokat tartalmaz, amit a számítógépnek a bekapcsolás pillanatától kezdve tudnia kell. PROM (Programozható ROM): Ez is ROM jellegű memória, de nem a gyárban írják bele az adatokat, hanem később, a számítógépet gyártó cég égeti bele. 38 (Csak egyszer lehet írni bele.) Ezután már ugyanúgy viselkedik, mint a ROM: csak olvasni lehet. EPROM: (ERASABLE-PROGRAMMABLE ROM, TÖRÖLHETŐ-PROGRAMOZHATÓ ROM): Ez is ROM hoz hasonló tehát csak olvasható, nem felejtő memória, de lehetőség van arra, hogy a tartalmukat töröljük (UV sugárzással), és (a RAM hoz hasonlóan) új adatokat töltsünk bele. EEPROM (Electronic Erasable PROM): Elektronikusan tudjuk törölni a tartalmát (nem pedig UVsugárzással mint az EPROM esetében). Így számítógép szerelés nélkül lehet a benne tárolt adatokat módosítani. (A digitális fényképezőgépek memóriái és az USB memóriák ilyenek.) Lassabban írhatóak, mint a RAM, és most, hogy már több MB os méretben is kaphatóak akár a háttértárakhoz is be lehetne sorolni. De működését tekintve az EPROM okhoz tartozik. Példák a RAM és ROM használatára Kvarcórán: ROM tartalmazza azt, hogy az egyes számjegyeket hogyan kell kirajzolni, és hogy a naptárban melyik hónap hány napból áll. RAM tartalmazza azt, hogy éppen hányadika van. (Ha kivesszük az elemet, elfelejti.) Zsebszámológépben: ROM tartalmazza a különböző műveleti algoritmusokat (hogyan kell a különböző műveleteket elvégezni) és a konstansok értékeit, például a pi () értékét. RAM tartalmazza a legutóbbi számítás eredményét. Mobiltelefonban: ROM tárolhatja, hogy milyen menüpontokat választhatunk, és hogyan működjenek a beépített játékok. RAM tartalmazza a fogadott és tárcsázott hívások listáját, a játékokban elért maximális pontszámokat. EEPROM jellegű memória tartalmazza a nevek és telefonszámok listáját: ha lemerül az akku, akkor is megmarad. De (ha működik az akkumulátor) lehetőség van telefonszámokat rögzíteni, törölni, módosítani. Személyi számítógépben: ROM tartalmazhatja azt az alap programot, ami megmondja, hogy bekapcsolás után hogyan ellenőrizze le az áramköreit a PC, és majd hogyan kell elindítani operációs rendszert. RAM tartalmazza azt, hogy pillanatnyilag hány pontot értem el eddig a játékprogramban. (Ha a játék vége előtt jön egy áramszünet, elvész a pontszám.) Monitorvezérlő kártyán: ROM tartalmazza, hogy hogyan néznek ki az egyes betűk alakja (különben nem tudná hogyan kell kirajzolni a betűket). RAM tartalmazza azt, hogy éppen mi van most a képernyőn. 2.2. Háttértárolók A saját adatainkat a RAM ba tudjuk írni, de ezek elfelejtik a tartalmukat kikapcsoláskor. Ezért kikapcsolás előtt az adatainkat el kell tárolni valamilyen nem felejtő tárolóba. Ezeket a nem felejtő eszközöket hívják háttértárolóknak. 38 A beleégetés szó PROM esetén szerint értendő: a normálisnál nagyobb (5 V helyezz kb. 20 V) feszültséggel kiégetik az adattároló áramkörök egyes részeit. Ezután az adatot kiolvasva a kiégetett rész 1 et, a nem kiégetett rész 0 t jelent. 2004.07.07.; v0.9.2; BMRG 13
Papír alapú tárolók: Lyukkártya: MŰ KÖDÉSE: téglalap alakú papírlap, melynek egyik sarka le van vágva 39. 80 oszlopban fentről lefelé fel van sorlova a 10 számjegy. A kártyaolvasó érzékeli, hogy hol van lyuk és hol nincs. A lyukak helyzete hordozza az információt. JELLEMZŐ I: Mechanikus, egyszer írható, sokszor olvasható, a sarka le van vágva, mint a SIM kártyának. Lyukszalag: MŰ KÖDÉSE: Egy hosszú, keskeny szalag, amit a bizonyos helyeken kilyukasztanak. Hasonló a felhasználása, mint a lyukkártyát. JELLEMZŐ I: Könnyebb a továbbítás, szalagmozgatás, ez is csak kegyszer írható. Ma már inkább csak múzeumokban találkozunk lyukkártyával és lyukszalaggal. Mágneses tárolók: A mágneses adattárolás megjelenése új adattárolás elvet jelentett. Többször írható tárolók használatára és több adat tárolására adott módot, mint a papír alapú tárolók. Mágnesszalag: MŰ KÖDÉS: műagyag szalag, ami mágnesezhető anyaggal van bevonva. Digitális jeleket lehet rá írni, aszerint, hogy az észak déli, vagy déli északi irányban mágnesezzük fel. Írás: az író fej egy elektromos tekercs (azaz elektromágnes), ami előtt elhúzzuk a szalagot, közben a felírandó adatnak megfelelően változtatgatjuk a tekercsben folyó áram irányát. Olvasás: az olvasófej egy elektromos tekercs, ami előtt elhúzzuk a szalagot. A felmágnesezett szalag mágneses tere feszültséget okoz a tekercseben. Figyeljük hogy a tekercsen milyen irányú feszültséget mérünk, és ebből tudjuk, hogy 0 vagy 1 van a szalagra írva. JELLEMZŐ I: Többször írható és olvasható, nagy kapacitás, a szalagot (magnókazettához vagy mozifilmhez hasonlóan) egy orsóval csévéljük; hosszú adatelérési idő (csak sorban írhatjuk vagy olvashatjuk az adatokat), évekig megőrzi a tartalmát; 40 az író és olvasófej hozzáér a szalaghoz (ezért nagyon sok használat után elkophat a fej); kapacitása több tíz gigabyte (GB). Manapság adatmentésre használják: éjszaka a számítógépen tárolt összes (vagy aznapi) munkát felírja a számítógép a szalagra. Itt a nagy kapacitás (éjjel nincs aki cserélje a szalagot) előny, de a hosszú, soros adatelérés nem jelent hátrányt, mert az adatfelírás folyamatosan történik. Hajlékony lemez 4. Ábra: Lyukszalag MŰ KÖDÉSI ELV: Egy hajlékony kör alakú műanyag lemez (a szalagéhoz hasonló) mágnesezhető anyaggal bevonva. Ezt megforgatjuk, így a fej előtt elhalad a lemez egy körgyűrűje. Ezt a körgyűrűt sávnak 41 hívják. Ide a mágnesszalaghoz hasonlóan lehet adatot írni és olvasni. Ha a sávot teleírtuk, akkor a fej egy kicsit kijjebb vagy beljebb mozog (sugárirányban), és a többi adatot a következő sávba írja. Minden sáv kisebb adategységekből, szektorokból áll. 39 Hogy ne lehessen fordítva beletenni a kártyaolvasóba. 40 Évtizedek alatt viszont felejt, mert a szorosan egymásra tekert szalagsávok idővel egymást is átmágnesezik 41 Angolul track, jelentése: sáv, (kerék)nyom 2004.07.07.; v0.9.2; BMRG 14
A szektor (PC esetén) 512 byte adatot tartalmaz. Ez a legkisebb egység, amit írni vagy olvasni lehet. 42 Az első lemezmeghajtók (amikor még drága volt az előállítás) egy darab író/olvasó fejet tartalmaztak, így a lemezt meg kellett Sáv fordítani, ha a másik oldalára is írni akartunk. Ma már mindkét oldalon egy egy fej található. Ezek egyszerre mozognak, és két oldalról közrefogják a lemezt. JELLEMZŐ I: Közepes (vagy kis) kapacitás Gyors hozzáférés bármelyik adathoz. (Csak annyit kell várni, ameddig a fej a kívánt sávra mozog, majd ameddig a lemez sávon belül a fej alatt elfordul a kívánt szektorhoz.) Könnyen hordozható A kör alakú lemez egy (téglalap alakú) műanyag tokban található (onnan nem kell kivenni), hogy védve legyen a portól, zsírtól és a karcolástól. kapacitása kezdetben 160 KB, manapság 1440 KB jellemző (de vannak ennél nagyobbak is). Általában két fej van a lemez két oldalán, így egyszerre mindkét oldalra lehet írni és olvasni. Méretét az átmérőjével jellemezhetjük: 8 os (20 cm), 5¼ es (12,5 cm), manapság 3,5 (9 cm) Méret col, (cm) tpi 43 jellemző időszak oldal, sáv és szektorszám kapacitása 8 (20,5 cm) (48 tpi) 60 as évek vége, 70 es évek 1 oldal, 73(+4) sáv,?? szektor./sáv 44 240 KB 5,25 (13,5 cm) (48 tpi) 1978 85 1 oldal, 40 sáv, 8 vagy 9 szekt./sáv 2 oldal, 40 sáv, 8 vagy 9 szekt./sáv 160 360 KB (96 tpi) 1985 90 2 oldal, 80 sáv, 15 szektor/sáv 1200 KB 3,5 (9 cm) (135tpi) 1984 2004 2 oldal, 80 sáv, 9 szektor/sáv 2 oldal, 80 sáv, 18 szektor/sáv 720 KB 1440 KB Kapacitásszámítás: (Számítástechnikában 1024 byte=1 kilobyte, és 1024 kilobyte=1 Megabyte) 45 A dupla sűrűségű 46 lemezek: a lemez egy oldalának kapacitása: 40 sáv, sávonként 8 szektor, szektoronként 512 byte: 40*8*512=163840 byte=160 KB. Az újabb nagy sűrűségű 47 5,25 os lemez kapacitása: egyszerre 2 oldal, oldalanként 80 sáv, 15 szektor/sáv, szektoronként 512 byte: 2*80*15*512=1 228 800 byte=1200 KB = 1,17 MB 48 Az újabb nagy sűrűségű 3,5 os lemez kapacitása: egyszerre 2 oldal, oldalanként 80 sáv, minden sávban 18 szektor, szektoronként 512 byte: 2*80*18*512=1 474 560 byte=1440 KB = 1,41 MB 49 A táblázatból látható, hogy az idők folyamán a mágneslemezek mérete csökkent, de az egyre sűrűbben írt adatok miatt a tárolóképességük (kapacitásuk) nem csökkent, hanem növekedett. Merevlemez Rajz 1Mágneslemez felépítése MŰ KÖDÉSI ELV: Hasonlóan működik, mint a hajlékonylemez (sávok, szektorok). Nevét onnan kapta, hogy nem hajlékony, hanem merev anyagból készül a lemez. Elvárások a merevlemez fejlesztésével szemben: (1) több adatot tároljon, és (2) gyorsabb legyen. Több adat tárolásárát úgy oldották meg, hogy sűrűbben írják rá az adatokat. A nagyobb sebesség két tényezőtől függ: 42 Ha például egy 10 byte-os adatot akarunk beolvasni, a számítógép akkor is a teljes 512 byte-ot beolvassa, de csak az első 10 byte-ot veszi figyelembe. 43 tpi=track per inch, azaz sávok száma 1 inch-en. (Hány sáv fér el 2,54 cm-en) 44 Ez kicsit bonyolult: Akkoriban többféle szektorhossz (128-1024 byte) és több formátum (IBM, CP/M, Nova 3, DEC) létezett. 45 Azért 1024 a váltószám, és nem 1000 mint azt megszoktuk mindenhol máshol mert 2-es számrendszerben az 1024 így néz ki: 100 0000 0000. Ez 2-nek a 10-edik hatványa, ami egy szép kerek szám (az 1ezer nem kerek szám: 11 1110 1000). 46 Double Density, DD: adatsűrű ség 48 tpi (48 track per inch, azaz maximum 48 sáv fér el 2,54 cm-en). A PC lemezmeghajtója csak kicsit ritkábban írja a sávokat (csak 40 fér el), hogy biztosan ne kerüljön túl közel egymáshoz két sáv. 47 High Density, HD (vagy Quad Density, QD): maximális adatsűrű ség 96 tpi. A HD-s lemezmeghajtó viszont kicsit ritkábban ír, így csak 80 sávot ír (az elvileg lehetséges 96 helyett), hogy biztosan ne kerüljön túl közel egymáshoz két sáv. 48 Ezt szokták 1,2 MB-os lemeznek hívni. 49 Ezt szokták 1,44 MB-os lemeznek hívni, ami valójában csak 1,41 MB, vagy 1440 KB. (Ebből leveszünk a fájlrendszer által használt területet, az adatoknak marad 1,38 MB). 2004.07.07.; v0.9.2; BMRG 15 szektor
az elérési időtől (mennyi idő alatt mozdul a fej a megfelelő sávra) és a beolvasási időtől (mennyi idő alatt halad át az adat a fej előtt) A nagyobb sebességhez tehát egyrészt csökkenteni kell az elérési időt, vagyis gyorsabban kell a fejet mozgatni, másrészt növelni kell a beolvasási időt, amihez növelni kell a fordulatszámot. Egy mai merevlemezen 0,01...0,001 mm pontos fejmozgás szükséges 50, és ráadásul mindezt nagyon gyorsan. Ehhez nagyon kifinomult mechanikára van szükség, amit védeni kell a portól és az ütéstől. (Ilyen apró méretek mellett már egy porszem hatalmas sziklának számít.) Ezért pormenetesen lezárt dobozba zárjuk a meghajtót és a lemezt. Valójában nem egy, hanem 2 3 lemezt szoktak egybe építeni egymás fölé, így összesen 4 6 lemezoldal (és ennyi fej) található a merevlemezben. 51 JELLEMZŐ I: Nagy kapacitás (adattároló képesség), nem hordozható; több sáv, több szektor sűrűbben írjuk az adatot, precízebb, pontosabb fejmozgás szükséges, a finom mechanika és érzékeny felület miatt fej nem lapul hozzá a lemezhez (nehogy megkarcolja), hanem az áramló levegőben lebeg felette. 52 Mivel a lemezt és az olvasót egybe építették, ezért a lemezeket nem lehet kivenni. Nem hordozható, mint a hajlékonylemez, 53 cserébe viszont (eleinte több tízszer, ma már) sok ezerszer nagyobb a kapacitása. LEMEZEK BETŰ JELEINEK ALAKULÁSA DOS, Windows és OS/2 operációs rendszerek esetén. DOS: Disk Operating System, azaz Lemez Operációs Rendszer. Az IBM PC k első operációs rendszerét nem ROM típusú memóriában tárolták, hanem lemezről kellett betölteni. 54 Bármit csinált a PC, szüksége volt az operációs rendszerre, gyakran cserélgetni kellett a saját lemezünket az operációs rendszer lemezével, mikor mire volt szüksége. Hogy ne legyen ilyen kényelmetlen a használat, általában kettő darab lemezmeghajtót építettek a gépbe: az egyikben mindig az operációs rendszer lemeze volt, a másikban pedig a saját adataink vagy programjaink lemeze. Az egyik lemezmeghajtót elnevezték A nak, a másikat B nek, és így jelölték: A: és B: (a betűjel után egy kettőspont áll). Később, amikor kifejlesztették a merevlemezt, akkor az a következő betűjelet, a C: t kapta meg. Az első merevlemez mindig a C: nél kezdődik, akkor is, ha csak egy hajlékonylemez van (vagy egy sincs) a gépben. Ha csak egy hajlékonylemezünk van, akkor az egyszerre az A: és B: egység is, mert így oldották meg egy lemezmeghajtó esetén a hajlékonylemezről hajlékonylemezre másolást. Mivel egy merevlemez nagyon nagy kapacitással rendelkezik, ezért gyakran több részre, partícióra szokták felosztani. (A felosztási művelet neve: particionálás.) A több részre osztott merevlemez úgy viselkedik, minta nem egy, hanem több merevlemez lenne a gépben. Ha egy merevlemezt nem osztunk fel részekre, hanem egyben kezeljük, akkor ő kapja a C: betűjelet. Ha két részre osztjuk, akkor a C: és D: jeleket kapják az egyes részek. Ha három részre osztjuk, akkor a C: D: és E: jeleket kapják az egyes partíciók. Ha két merevlemez van a gépben, de azok egyike sincs több részre osztva, akkor az egyik a C:, a másik a D: betűjelet kapja meg. Tehát a betűjelekből nem derül ki, hogy egy merevlemez van két részre osztva, vagy több merevlemez van a gépben. Ha két merevlemez van a gépben, és az egyik két részre van osztva, akkor az egyik megkapja a C: jelet, a másik a D: és E: jelet. 55 50 Mert ilyen sűrűn vannak a sávok. 51 Valójában a sávok és szektorok sem egyformák: a küls ő, hoszabb sávokon több szektor fér el, mint a belsőkön. 52 Ahogy forognak a lemezek, forgatják magukkal a levegőt is. Így állandó szélben repül a szárny kialakítású fej. 53 Ha mégis hordozzuk, akkor nem csak a lemezt, hanem a lemezolvasót is hordozzuk vele együtt, ezért (speciális szerver gépektől eltekintve) a számítógépet is ki kell kapcsolni a merevlemez ki- és behelyezésekor. 54 Így könnyebb volt az operációs rendszer javítása: csak a kijavított operációs rendszer lemezét kellett beletenni a gépbe. (ROM esetén csak alkatrészcserével lehetett volna megváltoztatni az eredeti programot.) 55 De az is lehet, hogy az egyik merevlemez els ő fele megkapja a C:-t, a második (egy részből álló) merevlemez megkapja a D: jelet, majd az els ő merevlemez második fele az E:-t. 2004.07.07.; v0.9.2; BMRG 16
Ha több merevlemezünk van nagyon sok részre osztva, akkor akár az egész ABC t felhasználhatjuk Z: ig. Tehát DOS, Windows és OS/2 operációs rendszereknél maximum 26 meghajtót használhatunk (az angol ABC betűivel jelölve). Optikai tárolók: MŰ KÖDÉSI ELV: Az optikai tárolók lézersugárral működnek. Lényegük, hogy lézerrel megvilágítják a lemez egy nagyon kis pontját, és abból tudjuk meg, hogy milyen információ van azon a ponton (0 vagy 1), hogy hogyan verődik vissza róla a lézer. Sokkal sűrűbben tárolják az adatokat, mint a hajlékonylemezek. JELLEMZŐ IK: Kapacitása sokkal nagyobb, mint a hajlékonylemezé; hordozhatóak, a lemez kivehető a meghajtóból. Eredetileg hang tárolására tervezték, ezért nem kör alakú sávok találhatók rajta, hanem csigavonalban van felírva az adat. (Nem lett volna jó, ha a zenei CD lejátszó elhallgat egy egy pillanatra, amikor a fej sávot vált.) CD lemezek A CD lemezeknek több fajtája van: CD ROM: A gyárban megírják, az adat csak olvasható róla, nem írható. CD R : Egyszer írható CD, ha ráírtuk az adatot, utána már csak olvasható (sokszor). CD RW: Néhány százszor írható, és nagyon sokszor olvasható. Az eredeti CD re 650MB adat fér, mivel pont akkora a kapacitása 56, mint a zenei CD nek. 57 DVD lemezek A CD lemez továbbfejlesztett változata. Van DVD ROM, DVD R, DVD RW is, mint a CD nél. 58 Kapacitásuk 7 szer akkora, mint a CD lemezé, 4,5 GB ( 4500 MB). 59 Blue Ray DVD: Ez egy továbbfejlesztett DVD technológia, várhatóan 2005 körül jelenik meg a boltokban. Kapacitása 25 GB környékén lesz. Mivel nagyon kicsi pontot kell megvilágítani, ezért kék lézerrel működik. A háttértárolók kapacitásának növekedése: Kapacitás=tárolóképesség. Vizsgáljuk meg, mennyi adat fér egy háttértárolóra! Példa: Vegyünk egy szöveges állományt, ami egy osztály tanulóinak az adatait tartalmazza: név: 30 byte, cím: 50 byte, telefonszám: 10 byte, összesen kevesebb, mint 100 byte egy tanuló adatai. Becslés: 1 osztály (40 ember) x 100 byte =4000 byte 4 KByte. A legelső (5,25 os) lemez kapacitása: 160 KByte. Ezen a hajlékony lemezen 40 osztály névsora fér el. (Ez volt régen, a 80 as években.) Ma már olcsón kaptható 160 GByte kapacitású merevlemez. Ez 1 000 000 szoros növekedés az eredetihez képest. Erre már 40 helyett 40 millió osztály állománya férne el. Ez áttekinthetetlen, ezért rendezni kell az állományokat. Ha papíron dolgoznánk, és egy osztály adatai egy A4 es papírlapon lenne, akkor mindent egymásra rakva a papírhegy több, mint 100 méter magas lenne. Ezt úgy rendezzük, hogy egyes lapokat egy dossziéba teszünk, a dossziékat egy nagyobb kartonpapír tartóba, ezeket egy hatalmas szekrény polcaira. (Mindent szépen fel kell címkézni, hogy később megtaláljuk, amit keresünk.) 56 Ma már elterjedtek a kicsit nagyobb, 700MB-os lemezek is. 57 A zenei CD-nek pedig állítólag azért éppen annyi a kapacitása, mert akkorára tervezték, hogy Beethoven 9. szinfóniája ráférjen. 58 Van még egy DVD-RAM nev ű változat is, ami olyan, mint a DVD-RW, csak éppen nem néhány 100 alkalommal, hanem 100 ezerszer írható. Vannak plusz -os verziók is: DVD+R, DVD+RW. Ezek nagyon hasonlóak a többi DVD-hez, csak az adatokat nem egy csigavonalban, hanem a merevlemezekhez hasonlóan kör alakú sávokban tárolják. 59 Sőt, van már egy oldalon kétréteg ű DVD lemez is. Erre úgy írnak és olvasnak, hogy máshogy fókuszálják a lézert a két réteghez. Ez olyan, mint amikor a buszból kinézve két dolgot láthatunk egy helyen: vagy a koszt az üvegen (egyik réteg), vagy a koszos üveg mögötti tájat láthatjuk (másik réteg). Attól függ, hogy hova fókuszálunk a szemünkkel. Valahogy így van a két réteg ű lemezzel a DVD olvasó is. 2004.07.07.; v0.9.2; BMRG 17
Adatok rendszerezése a háttértárolókon A számítógépeken az állományokat könyvtárszerkezetben 60 tároljuk. (Ez egy fához hasonló szerkezet.) Egy irattári szekrényben polcok vannak, a polcokon karton irattárolók, azokban kisebb iratgyűjtők, a mappákban a papírlapok. Számítógépen is hasonló rendszerezés van: van egy szekrény (főkönyvtár), a szekrényben polcok (alkönyvtárak), azokban irattárolók (kisebb alkönyvtárak), azokban iratgyűjtők (még kisebb alkönyvtárak), míg végül megtaláljuk az adatállományokat. 61 (Az adatállomány helyett a sokkal rövidebb angol kifejezést, a file t (fájl) szoktuk használni.) DOS, Windows, OS/2 operációs rendszer használatakor a különféle meghajtók (A:, B:, C:) olyanok, mint egy egy külön szekrény: vannak saját polcaik, azokon iratgyűjtők, azokban fájlok. UNIX ALATT (és Linux alatt is) csak egyetlen nagy szekrény (egyetlen könyvtárrendszer) van, a meghajtók (mágneslemez, CD olvasó, USB memória stb.) beépülnek a könyvtárszerkezetbe. Tehát Unix esetén a hajlékonylemez az nem egy szekrény, hanem csak egy irattároló doboz. Ha betesszük a gépbe, akkor az egyetlen szekrény egyik polcára tettünk egy dobozt. Ha meg akarjuk nézni a lemez tartalmát, akkor ezt az /mnt nevű polcon (az /mnt könyvtárban) találjuk meg. 62 Ezért, ha egy lemezt beteszünk a számítógépbe, nem szekrényt ( A: meghajtó ) kell keresni, hanem csak egy polcot a szekrényben (mégpedig az /mnt nevűt). / Szekrény Polc Doboz floppy mnt Doboz CDROM Polc etc... Polc home Doboz Doboz Doboz 08a 08b tan nuta- ta- lók nu- lók Dosszié A legfelső a / (per) jelű a szekrény, a főkönyvtár. Ezen belül található az /etc, /mnt, /home nevű polcok (könyvtárak). A home nevű polcon található néhány nagy kartondoboz: 08a, 08b, 09a, 09b, felirattal (minden osztálynak van egy ilyen). Ezekben kisebb dossziék vannak az egyes tanulók adatai, állományai számára. Itt találja meg mindenki a saját iratait. Ha meg akarjuk mondani, hogy a home nevű polcon a tan nevű kartondobozban a 03txy nevű ember névsor nevű állományára (fájljára) vagyunk kíváncsiak, akkor ezt így írhatjuk le röviden: Unix esetén: /home/tan/03txy/névsor Windows esetén 63 : B:\home\tan\03txy\névsor vagy B:/home/tan/03txy/névsor 64 Windows esetén általában az első esetet szokták használni, mert a DOS ok és a régebbi Windows ok (pl. Win98) csak azt ismerték. De mivel az NT k (NT4, Win2000, winxp) már megfelelnek néhány Unix szabványnak, legtöbbször használható a második eset is. 60 A könyvtár nem egy jó magyar kifejezés, az angol directory (jelentése: névsor, címtár, lista, katalógus) szót fordították le nem túl szerencsésen, és ez terjedt el a köznyelvben. 61 Persze egy kallódó papír lehet közvetlenül a polcon is. 62 Ha a rendszergazda másképp nem rendelkezik. Ugyanis bármely másik polcra vagy dobozba is bele lehet tenni. 63 A példában feltételezzük, hogy a B: meghajtón található a fájl. 64 Windows esetén igazából C:\Documents and Settings -nek ( C:\Dokumentumok és beállítások ) hívják azt, amit Unixban a /home -nak. 2004.07.07.; v0.9.2; BMRG 18
3. Adatbeviteli eszközök 3.1. Billentyűzet A számítógép nélkülözhetetlen beviteli eszköze a billentyűzet. Ez a kezdetekben 84, ma már 101 105 (vagy még több) billentyűt tartalmaz. Ezt a sok billentyűt néhány csoportba sorolhatjuk, így könnyebb megtanulni, hogy mi mire való. Írógép billentyűk területe 5. ábra: A billentyűzet főbb részei A legnagyobb terület az Írógép billentyűk területe. Itt találhatók (az írógéphez hasonlóan) a betűk, számok, írásjelek. Ezen felül megtalálható még néhány speciális billentyű: VISSZATÖRLÉS (angolul backspace) billentyű (a terület jobb felső sarkában): az utoljára lenyomott betűt törölhetjük vele. ENTER (jobb szélen középen a legnagyobb): az adatbevitel (parancssor) végét, vagy a bekezdés végét jelezzük a lenyomásával. Ezután új sorban (új bekezdésben) folytatódik a gépelés. SHIFT billentyűk (alulról a 2. sor két szélén): A két billentyű ugyanazt végzi: ha lenyomva tartjuk, miközben megnyomunk egy betűt, akkor az eredménye a lenyomott betű nagybetűs változata (ha eddig csupa nagybetűvel írtunk, akkor ellenkezőleg: kisbetű lesz az eredmény). Ha számmal együtt nyomjuk le, akkor a szám felett rajzolt írásjelet kapjuk. CAPS LOCK (alulról a 3. sor bal szélén): Ha lenyomjuk, akkor bekapcsoljuk (vagy kikapcsoljuk) a nagybetűs írásmódot. Ez akkor hasznos, ha csupa nagybetűvel szeretnénk írni, mert akkor nem kell folyamatosan lenyomva tartani a Shift gombot. Azt, hogy éppen be vagy kikapcsolt a nagybetűs írásmód, a billentyűzet jobb felső részén található három jelzőlámpa egyike (középső) jelzi. TABULÁTOR billentyű (alulról a 4. sor bal szélén): A billentyűt megnyomva egy meghatározott karakterpozícióba ugorhatunk előre a sorban. Olyan, mintha egy olyan hosszú szünetet írna, ami pont akkora, hogy a következő (például 8. vagy 16.) pozícióra ugorjon a szövegbevitelt jelző kurzor. (Attól függően, hogy éppen milyen programot használunk, még sok más funkciója is lehet.) CONTROL (CTRL) billentyűk (legalsó sor bal és jobb szélen): Az egyes betű és számgombokhoz egy parancsot is hozzárendelhetünk, amit úgy hívhatunk elő, hogy a billentyűt a Ctrl lenyomva tartása mellett nyomjuk meg. Azt, hogy melyik billentyűre mi történik, az éppen használt program határozza meg. De például a Ctrl+S általában a munkánk elmentésére utasítja a programot. ALT billentyűk (legalsó sor, a szünettől jobbra és balra): Ezek a Ctrl hez hasonlóan speciális tulajdonsággal ruházhatják fel a betűgombokat. Azt, hogy mivel, szintén az éppen használt programtól függ. Az Alt+F4 például gyakran az ablak becsukását okozza. 2004.07.07.; v0.9.2; BMRG 19
Magyar billentyűzetkiosztás esetén a jobb oldali Alt (szokták AltGr nek is hívni) segítségével lehet további írásjeleket előcsalogatni, mint például a szögletes (AltGr+F,G) vagy kapcsos zárójel (AltGr+B,N), a @ betű (AltGr+V) stb. Angol billentyűzeten mindkét Alt billentyű ugyanazt végzi, az előbb említett írásjelek az ékezetes betűk helyén találhatóak. MAKRÓ billentyűk: Az alt és Ctrl billentyűk között található még 2 3 ilyen gomb. Ezek is arra valók, hogy bizonyos parancsokat rendeljünk egy egy betűhöz. Hasonló extra funkció billentyű, mint a (bal oldali) Alt, vagy Ctrl. Legfelső sor (Funkcióbillentyűk, ESC) ESC: A billentyűzet tetején található az ESC gomb, ez az angol escape szó rövidítése. (Az escape szó menekülést, szökést, kilépést jelent.) Ha egy programban tévedésből rossz parancsot vagy funkciót indítottunk el, akkor legtöbbször ezzel a gombbal kimenekülhetünk a téves műveletből. Magyarul: egy még befejezetlen műveletet félbeszakíthatunk vele. FUNKCIÓBILLENTYŰ K (F1-F12): Ezek a gombok különféle parancsokat hajthatnak végre. Azt, hogy mit a programtól és az operációs rendszertől függ. Mivel különböző parancsot hajthat végre önmagában lenyomva, vagy a Shift tel, Alt tal, a Ctrl lal (vagy ezek kombinációjával) lenyomva, sokféle parancs kiadására alkalmasak. Általában az F1 billentyű a segítségkérés. Ha az éppen használt programban van beépített súgó, azt hívhatjuk elő vele. Nyílbillentyűk és vezérlőgombok Az írógép és a numerikus billentyűzet között található (általában szürke színű) gombok. NÉGY NYÍL: ezek segítségével mozgathatjuk a szövegben a kurzort. 65 NYÍL BILLENTYŰ K FELETTI 6 GOMB: Működésüket az éppen használt program határozza meg, de általában ezt teszik: Insert: beszúró és felülíró mód között vált. Beszúró mód esetén a beírt billentyű jobbra félretolja a mögötte levő szöveget. Felülíró mód esetén egyszerűen átírja, ha volt már a kurzortól jobbra írva valami. Delete: törli a kurzortól jobbra levő betűt (téglalap alakú kurzor esetén azt, amelyik betűn villog a kurzor). Hasonló a backspace (visszatörlés) billentyűhöz, de az a kurzor előtt levő betűt törli. Home: Megnyomására a szöveg (esetleg az oldal, esetleg a sor) elejére ugrik a kurzor. End: Megnyomására a szöveg (esetleg az oldal, esetleg a sor) végére ugrik a kurzor. Page Up: Egy oldalnyit (vagy egy képernyőnyit) felfelé lapoz. Page Down: Egy oldalnyit (vagy egy képernyőnyit) lefelé lapoz. PRINT SCREEN/SCROLL LOCK, PAUSE GOMBOK: Print Screen/SysReq: Az operációs rendszer egy speciális funkcióját hívja elő, vagy nem csinál semmit sem. Windows esetén általában a képernyő kinézetét másolja a vágólapra. Scroll Lock: A görgetést zárolja vagy engedélyezi. Ha be van kapcsolva, akkor a billentyűzet jobb felső sarkában található lámpa világít. Ilyenkor a kurzormozgató nyílgombok hatása kicsit más: nem a kurzor mozog a képernyőn, hanem a kurzor alatt mozog a képernyő. Hasznos lehet, ha mindig látni szeretnénk, hogy mi van a kurzor körüli sorokban, mert így a kurzor nem megy ki a képernyő szélére, mert inkább a képernyő mozdul el alatta. Sajnos nem minden program támogatja ezt a speciális üzemmódot. Pause/Break: Ezzel a képernyőre listázást lehet megállítani, illetve folytatni. Arra való, hogyha egy program gyorsan ír ki sok képernyőnyi szöveget, akkor ezzel megállíthatjuk a kiírást, ameddig elolvassuk. Ctrl gombbal együtt megnyomva a Break funkciót 66 látja el: ez egy speciális parancs a program számára, hogy hagyja abba a működését, és fejeződjön be. 67 De nem minden program (vagy nem mindig) hallgat erre a parancsra. 65 A kurzor (angolosan cursor) a képernyőn az a jelzés (vonal vagy téglalap), ami azt mutatja, hogy a következ ő lenyomott betű hova fog kerülni a szövegben. (Ez a jelzés programtól függően gyakran villog is, hogy feltűnőbb legyen.) 66 A break angol szó jelentése: megszakítás, félbetörés. 67 Ez erősebb, mint az ESC gomb, mert az ESC nem a programot, hanem csak a program egyik műveletét szakíthatja félbe, ez pedig az egész programot leállítja. 2004.07.07.; v0.9.2; BMRG 20