Az Informatika Elméleti Alapjai Dr. Kutor László Az informatika alapfogalmai, tendenciái Információ-feldolgozó paradigmák http://mobil.nik.bmf.hu/tantargyak/iea.html Felhasználónév: iea Jelszó: IEA07 IEA 1/1 Követelmények Vizsga követelmény: évközi jegy Zárthelyi időpontok: I. zh. 2010. március 17. II. zh. 2010. május 5. Az egyik elmulasztott zh. pótlásának időpontja 2010. május 12. A félévközi jegy ponthatárai: 44-50 jeles (5) 38-43 jó (4) 32-37 közepes (3) 26-31 elégséges (2) 0-25 elégtelen (1) Félévközi jegy pótlási időpontja: 2010. május 20. IEA 1/2
A félév teljesítése IEA 1/3 Javaslatok a zh-ra készüléshez. 1. Az előadásokon vetített ábrák csak a tananyag vázlatául szolgálnak, ezért az előadásokon célszerű részt venni és jegyzetelni. A jegyzetekhez a vetített ábra jobb alsó sarkában lévő számot érdemes felírni. 2. Az előadásvázlatban megjelölt fogalmakat célszerű elsajátítani (saját jegyzetet készíteni, az Internet és a könyvtár használatával). 3. A javasolt olvasmányokat is hasznos feldolgozni. 4. A felkészülést segítő kérdéseket célszerű önállóan kidolgozni, és a javasolt gyakorló feladatokat megoldani. 5. A meghirdetett időpontban célszerű megírni a dolgozatokat, mivel a félév végén minden úgyis összezsúfolódik. IEA 1/4
A tantárgy témái: Az informatika tárgya és helye a tudományok között Az informatika fejlődésének meghatározó tényezői Alapfogalmak, kapcsolódások, tendenciák Információ-feldolgozó paradigmák, jellemzőik Az analóg és digitális elvű számítási modellek Az információelmélet alapfogalmai Információ-ábrázolási módok A kódolás alapfogalmai Alapvető forrás-, és csatornakódolási eljárások IEA 1/5 Az informatika társtudományai I. Számítástechnika Computer Engineering Számítógép tudomány Computer Science Kibernetika Cybernetics Információ elmélet Information Theory Általános rendszerelmélet System Theory Hírközlés Communication Theory Francia: Informatique IEA 1/6
Az informatika társtudományai II. Számítástechnika a számítógépek működésével tervezésével és alkalmazásával foglalkozó tudomány Számítógép tudomány az információ feldolgozó gépek tervezésének és használatának elméleti kérdéseit kutatja Kibernetika az önműködő rendszerek általános törvényszerűségeivel foglakozik Információ elmélet az információ meghatározásával, áramlásával, kódolásával foglalkozó tudomány Az általános rendszerelmélet a rendszerek működésének körülményeit és tulajdonságait kutatja Hírközlés a hírek továbbításával foglakozó tudomány IEA 1/7 Az informatika kialakulása Általános mérnök (Mérnök) Gépész mérnök Villamos mérnök Számítógépes mérnök Informatikus mérnök Informatikus IEA 1/8
Informatika meghatározások 1. Információ tudomány Az információ feldolgozás tudománya A számítástechnika alkalmazásainak gyűjtőneve Alkalmazási környezetbe ágyazott számítástechnika Az információk keletkezésének, leírásának rendezésének tudománya Az informatika- mint általános információ tudományinformációrendszerek létrehozását, szerkezetét és működését tanulmányozza Az informatika azon információk szisztematikus és hatékony-főleg automatikus gépekkel történő- kezelésének tudománya, amelyeket az emberi tudás és kommunikáció hordozójának tekintünk műszaki, gazdasági és társadalmi összefüggésekben IEA 1/9 Informatika meghatározások 2. Az informatika az információrendszerek tervezésével, szervezésével, automatizálásával foglalkozó tudomány, leghatékonyabb eszköze a számítógép Az informatika a tudományos információ, tájékoztatás problémáival foglalkozó tudományág. A tudományos információk keletkezésének, gyűjtésének, tárolásának, keresésének, terjesztésének, a forrástól a felhasználóhoz való eljuttatásának törvényszerűségeit, az információs folyamatok ellátásához szükséges módszereket, eszközöket, szervezeteket, az információk optimális dinamikus társadalmi hasznosításának feltételeit vizsgálja. Tanulmányozza az információk leírására osztályozására szolgáló természetes és mesterséges eszközöket, nyelveket, a különféle kódok, kódrendszerek használatát, a leghatékonyabb információtárolási, keresési, átviteli eljárásokat, és technikákat. IEA 1/10
Informatika meghatározások 3. Az információk (számítógépes) tárolásával, rendezésével, feldolgozásával és megszervezésével foglalkozó elmélet és ennek gyakorlati alkalmazása. Magyar értelmező kéziszótár 2003 A (műszaki) informatika az elektronikus információ feldolgozással, az erre szolgáló rendszerek tervezésével szervezésével, működésével foglalkozik Az informatika (mint új tudományterület) a természetes és mesterséges információ feldolgozó rendszerek szerkezetét, viselkedését és interakcióját vizsgálja University of Edinburg Scool of nformatics Informatics is the study of how natural and artificial systems store, process and communicate information. Research in informatics promises to take information technology to a new level, and to place information at the heart of 21st century science, technology and society. IEA 1/11 Az informatika értelmezése (2010. OE, NIK) Az elektronikus információ-feldolgozás tudománya Az információ-feldolgozó rendszerek elméletével és gyakorlatával foglalkozó tudomány tervezés, megvalósítás, üzemeltetés IEA 1/12
Egy informatikus hallgató tipikus reggeli programja (Hunglish nyelven) Amint kinyitom a szemem, már félálomban kinyitom a Windows-t. Felkelek és elvégzem a reggeli tornát, néhány variációban le-google-ok: kinézek az Earthra, és a Maps-re, majd elolvasom a mail-emet- a gmail-en. Fel-, és letöltök néhány videót a YouTube-on át, közben megnézem ki van fent a Skype-on. Chat-elek egy kicsit, reggeli tornaként teniszezem a Wii-vel, tüzelek egy sort a Halo 3-mal, majd pihentetésül a Wii Fit-el jógázom. Felfrissülten átpásztázom barátaim új infóit a Myspace-en, az iwiw-en, és a Facebook-on. Felrakom a Vaterára a kiszuperált webkamerámat, majd a Second Life-on átugrom néhány kört szörfölni Új-Zélandra. Ezután bekukkantok néhány ChatRoom-ba, és elolvasom a fontosabb topik-okat. Megnézek néhány WIKI-oldalt, Post-olok egy új blog-bejegyzést, majd rátöltök néhány podcast-ot az i-pod nano-mra és tűz a suliba. Ha valami jót látok a villamoson akkor Tweet-elek a új iphone-omról és kezdődhet is a nap. Ha nincs szerencsém és rosszul osztottam be az időmet, akkor ideje valamit kajálni, mert mindjárt vége a napnak. IEA 1/13 Az információ fogalma 1: Köznapi használatban: Tájékoztatás Hír, Újság Adat Felvilágosítás Közlés Tudás Bejelentés Jellemzés Értesülés Információnak nevezünk mindent, amit a rendelkezésünkre álló adatokból nyerünk. Az információ olyan tény, amelynek megismerésekor olyan tudásra teszünk szert, ami addig nem volt a birtokunkban. Az információ legkisebb egysége a bit. A számítástechnikában a programok is 1 bites információkból épülnek fel. Vincze Tamás: Hálózati kislexikon IEA 1/14
Az információ fogalma 2. Tudományos értelemben: Az információ olyan?valami?.. ami egy eseményrendszer egyik vagy másik eseményének bekövetkezéséről, (illetve egy állapottér egyik vagy másik állapotáról) elemi szimbólumok sorozatával közölhető E=m*C 2?valami? = Jellemző vagy tulajdonság?valami? = Szubsztancia A szubsztancia minden létező legáltalánosabb és legbensőbb lényege, amelynek oka önmagában van és amely minden átalakulásban megmarad. A I E IEA 1/15 Az Információ Technológia fejlődését leíró (tapasztalati) törvények 1. A számítógépek teljesítménye Moore törvény A mikroprocesszorok teljesítménye (a lapkán lévő tranzisztorok száma) (12,18) 24 havonta megduplázódik (Gordon Moore (Intel) IEA 1/16
A mikroprocesszor lapkán lévő tranzisztorok száma (2 évente duplázódik) Ray Kurzweil 2005 The Singularity is Near IEA 1/17 A mikroprocesszorok órasebessége (három évente duplázódik) Ray Kurzweil 2005 The Singularity is Near IEA 1/18
2. Sávszélesség [Hz, bps (kbps, (Mbps) A kommunikációs csatorna információtovábbító képessége Széles sáv? IEA 1/19 A mobil hálózatokban elérhető adatátviteli sebességek 2009-ben GPRS 65 kbps EDGE 236 kbps UMTS 384 kbps HSDPA 1.5, 3.0, 7.2 Mbps IEA 1/20
Az Információ Technológia fejlődését leíró törvények 2. 2. Sávszélesség növekedése Gilder törvény A kommunikációs rendszerek sávszélessége évente megháromszorozódik (George Gilder) 3. A számítógép hálózatok értéke Metcalf törvény A hálózatok értéke a csomópontok számának négyzetével nő (Robert Metcalf) 4. A számítógépek tárkapacitása Rutgers törvény A számítógépek tárkapacitása évente duplázódik 5. Az adattárolás ára Shugart törvény A mágneses adathordozók egy bitjének ára 18 havonta feleződik IEA 1/21 Az Információ Technológia alapvető fogalmai 1. számítógép számológép? hardver (hv) (Hardware): A számítógép megfogható része szoftver (sv) (Software): A használathoz szükséges rendszerek: pl. Programok, használati leírások,.) förmver (fv) (Firmware): A számítógépbe beépített alapvető hv fv sv programok pl. BIOS, ) ár % IEA 1/22 hv fv sv 100 % t
Az Információtechnológia alapvető fogalmai 2. Server (Shareware): Olyan program, amelyet bizonyos megkötésekkel (meghatározott ideig, vagy csökkentett képességekkel) és a gyártó által megszabott feltételekkel ingyenesen használhatunk. Fríver? (Freeware) Szabadon terjeszthető és felhasználható szoftver (gyakran forráskód nélkül) Netver? (Netware) Eredetileg a Novell által kidolgozott hálózati operációs rendszer. A hálózat használatához szükséges szoftver(ek) Korszver? (Courseware) tanfolyami szoftver Grupver? (Groupware) csoportmunkát támogató sv. IEA 1/23 Információ feldolgozó paradigmák Analóg - Digitális Mechanikus - Elektronikus - Optikai Biológiai Főbb jellemzők: Az adatábrázolás módja A feladat megoldásának módja Pontosság Megvalósítás A számítás menete A programozás módja IEA 1/24
Az analóg technika jellemzői Az adatábrázolás módja: Fizikai mennyiségeket fizikai mennyiségeknek feleltet meg A feladat megoldásának módja: Modell elvre épül Pontosság: Korlátozott: 0.01-0.001% Megvalósítás: (műveleti) Erősítőkből építkezik A számítás menete: Párhuzamos A programozás módja: Huzalozás (tanítás) Modell elv: Egy fizikai rendszert egy olyan másik fizikai rendszerrel (Analogonnal) utánozunk, amely ugyanazzal a matematikai összefüggéssel írható le mint az eredeti rendszer. IEA 1/25 Fizikai rendszerek megfeleltetése c m y i c L r R d 2 y dy m * + r * + cy = 0 dt 2 dt d 2 i di L* + R* + ci = 0 dt 2 dt IEA 1/26
Az analóg számítógép programozása: Elektronikus építő elemek: Ellenállás Összegző Szorzó Integráló Differenciáló Függvény generátor huzalozás IEA 1/27 Fogaskerekes analóg számoló berendezés IEA 1/28
A digitális technika jellemzői digit = ujj Az adatábrázolás módja: Fizikai mennyiségeket (bináris) számokkal helyettesíti A feladat megoldásának módja: Algoritmus alapján dolgozik Pontosság: Az ábrázolt szóhossztól függ Megvalósítás: Logikai áramkörökből épül fel A számítás menete: Soros??? A programozás módja: Utasításokból építkező algoritmus Digitalis purpurea IEA 1/29 A digitális technika előnyös tulajdonságai Könnyebb digitális rendszert tervezni mint analógot A környezeti zajra kevésbé érzékeny Az adatok másolásakor nem változik a minőség A pontosság könnyen növelhető Könnyű információ tárolási lehetőség Könnyű programozhatóság Algoritmussal lehet, (lépésről-lépésre) megoldani a problémákat Jelenleg a digitális technológiával nagyobb alkatrész sűrűség érhető el IEA 1/30
Kérdések: A fejlődés jelenlegi (exponenciális) jellegét feltételezve milyen lesz az informatika 40 év múlva? a.) Milyen teljesítményű számítógépek lesznek? b.) Mekkora méretűek lesznek a személyi használatú adattárak? c.) Milyen feladatokban tudnak az emberek versenyképesek maradni a számítógépekkel? d.) Hogyan lehet lépést tartani a fejlődéssel? IEA 1/31