Alapozás Készítette: Csatlós István
Emberi kommunikáció története
I. rész
Communicatio – közlés, részesítés, közlésfolyamat Információ – értesülés, hír, adat (az objektum mérhető és nem mérhető tulajdonságai), ismeret (az összefüggéseiben látott adathalmaz) (Azok az új adatok,amelyek összefüggéseikkel együtt beépülnek ismereteinkbe!) Az emberi kommunikáció fejlődése: – Metakommunikáció – Nyelv és a hangos beszéd – Betűírás, számírás, számolás (1440 - Johannes Gutenberg) – Telekommunikáció (XIX. sz.) (1837 – Samuel Morse, 1876 – Alexander Graham Bell, 1896 – G. M. Marconi stb.)
2
Számítógépek története Kezdetben volt – az abakusz Majd a mechanikus számoló masinériák: Pascaline (Pascal és Leibniz 1642. és 1673.) Csodálatos Tabulátor (Hermann Hollerith 1887.)
I. rész
3
Számítógépek története Elektromechanikus eszközök: – Angliában, Alan Turing. – Németországban, Konrad Zuse (Z1- Z11). (0. gen. sz.)
I. generációs (elektroncsöves) számítógépek:
I. rész
– USA-ban Howard Hathaway Aiken (Mark I – III). – Angliában a háborúban kifejlesztik a Colossus –t. – USA-ban Dr. John Mauhly (ENIAC), 1946-ban Neumann János csatlakozik a moor-i kutatócsoporthoz, az új gép (EDVAC) az ő elgondolásai alapján épül meg. (Neumann elvek)
4
Neumann elvek 1. Soros működésű elektronikus számítógép A soros működés azt jelenti, hogy a gép, ill. a processzor mindig csak egy műveletet hajt végre igen gyorsan. (Ma már ez túlhaladottá vált, és a párhuzamos működésű, feldolgozású számítógépek világát éljük. Egyébként a párhuzamos működést is Neumann írta le először, az Önreprodukáló sejt-automaták elméletét kidolgozva.) I. rész
5
Neumann elvek 2. A kettes számrendszer használata A számítógépek processzorában a matematikai műveletek elvégzése a bináris számrendszerben történik. 3. Belső memória alkalmazása Nincs szükség minden műveletvégzés után emberi beavatkozásra, hanem az egyes részeredményeket egy belső, operatív memóriában tároljuk. Ez a módszer hatalmas műveleti sebesség növekedést jelent. I. rész
6
Neumann elvek 4. Tárolt program elve A számítások elvégzésére vonatkozó utasítások is kifejezhetők számokkal, így ezek a processzorutasítások előre beépítetten a belső memóriában tárolhatók (műveleti sebesség gyorsan nőtt). 5. Univerzális gép A számítógépek csak néhány alapművelet elvégzésére alkalmasak. Viszont-e néhány művelet megismétlésével rendkívül sokrétű feladat megoldására alkalmassá válnak (Turing gép, Ada Lovalace, az első programozó). I. rész
7
Számítógépek története II. generációs (tranzisztor, William Shockley 1948.) számítógépek: III. generációs (IC, Jack S. Kilby és Robert Noyce 1959.) számítógépek:
I. rész
8
Számítógépek története IV. generációs (mikroprocesszor, Ted Hoff 1971. Bell Laboratories) számítógépek:
I. rész
9
Számítógépek története Az első mikroszámítógépek: – – – –
I. rész
Altair 8000 1974-ben Apple Mac. 1977-ben Osborne1 1981-ben Stb.
10
Számítógépek története V. generációs (intelligens) számítógépek: – Kutatás alatt áll, a kutatás célja: – Olyan számítógép létrehozása, amelyik lát, hall, beszél és gondolkodik.
– Ismérvei: – Mesterséges intelligencia. – Szakértői rendszerekkel beépítetten rendelkezik. – Képes szimbólumokkal történő műveletvégzésre.
I. rész
/Ezek voltak a Neumann-elvű gépek/ 11
A számítógép Hardver: a számítógép és az azt kiszolgáló egyéb berendezések (az összes „kézzelfogható” számítástechnikai kellék). Szoftver: a számítógépen futó programok, illetve azok dokumentációi.
I. rész
12
A számítógépek csoportosítása Analóg: az adatok megjelenési formája egy adott intervallumon belül folytonos (real time feldolgozás, modellezés). Digitális: az adatok megjelenési formája diszkrét, tipikusan bináris rendszerű. Hibrid: a digitális rész alárendelt szerepet játszik. I. rész
13
A digitális számítógépek csoportosítása Teljesítmény alapján: Mikroszámítógépek (személyi számítógépek). Minigépek (igényesebb munkaállomások, szerverek). Nagygépek vagy mainframe-ek.
I. rész
14
A digitális számítógépek csoportosítása A processzorok száma alapján: Egyprocesszoros. Többprocesszoros. A felhasználók száma alapján: Egy-felhasználós. Több-felhasználós. I. rész
15
A digitális számítógépek csoportosítása A feldolgozás időbelisége alapján: Kötegelt (batch). Párbeszédes (interaktív). Valósidejű (real time). A párhuzamosítás minősége alapján: SISD (Single Instruction, Single Data stream) - nincs párhuzamosítás. I. rész
16
A digitális számítógépek csoportosítása
I. rész
A párhuzamosítás minősége alapján: SIMD (Single Instruction, Multiple Data stream) - több processzor egy időben ugyanazt a műveletet hajtja végre különböző adatokon. MISD (Multiple Instruction, Single Data stream) - több utasítás végrehajtása ugyanazon az adaton egy időben (elv!) MIMD (Multiple Instruction, Multiple Data stream) - több utasítás végrehajtása különböző adatokon. 17
A számítógép funkcionális felépítése Bemeneti egység INPUT
I. rész
Központi egység CPU
Kimeneti egység OUTPUT
18
A számítógép funkcionális részei Ház és tápegység. Alaplap (motherboard). Processzor. Memória-modulok. Videokártya. Hajlékonylemezes és merevlemezes tárolók. Billentyűzet. Egyéb perifériák, kiegészítők. I. rész
19
A számítógép funkcionális részei Speciális alkalmazások: hangkártya; modem-kártya; hálózati kártya. A modulokat sínrendszer köti össze: adatsín (adattovábbítás); címsín (memóriacímzés); vezérlősín (vezérlőjelek továbbítása). I. rész
20
A központi egység (CPU) részei Aritmetikai és logikai egység
I. rész
Vezérlő egység
Belső tárolók vagy memóriák
21
A központi egység (CPU) részei
ALU
Regiszterek
Vezérlő egység Belső
sín Busz vezérlő
I. rész
Cím generáló
22
Perifériák Csatlakozó (interface), illesztő egységek. Bemeneti (input) perifériák. Kimeneti (output) perifériák. Háttértárolók.
I. rész
23
Adatábrázolás a számítógépekben
II. rész
Az informatika az a tudományág, amely az információk keletkezésével, továbbításával, feldolgozásával, hasznosításával foglalkozik. Az információ és az adat fogalma a számítástechnikában gyakran keveredik. Különbségük: az információ a tartalmi, az adat a formai oldalt jelenti. Az adatok megjelenési formája sokféle lehet: kép, hang, numerikus érték, írott szöveg stb. Az informatikában a két utolsónak különös jelentősége van. 24
A számítógép, mint adatfeldolgozási eszköz az objektumok mérhető és nem mérhető tulajdonságai. Ismeret: az összefüggéseiben látott adathalmaz, tény. Információ: azok az új adatok, amelyek összefüggéseikkel együtt beépülnek ismereteinkbe. Az adatokon végzett átalakításokat, műveleteket, illetve ezek sorozatát nevezzük adatfeldolgozásnak. A gépi adatfeldolgozás általában a következő lépések végrehajtását jelenti: adatelőkészítés, adatbevitel, adatfeldolgozás, adatkihozatal. Adat:
II. rész
25
Számrendszerek A számrendszerek kialakulása. A tízes (decimális) számrendszer: 0 … 9. 123.45 1*102+2*101+3*100+4*10-1+5*10-2 anan-1…a1a0a-1a-2…a-m ni=-mai*10i
II. rész
26
Számrendszerek Tetszőleges p>1alapszám esetén: ni=-mai*pi Jelkészlet: 0 … p-1. Melyik az adott számú pozíción egy számrendszerben leírható legnagyobb és legkisebb szám?
II. rész
27
Számrendszerek
II. rész
Alapismeretek – A számrendszer számjegyeinek a száma megegyezik a számrendszer alapszámával, pl.: 0 és 1. – Az adott helyiértéken felírható legnagyobb szám kiszámítható a következőképpen: pi-1, ahol p: a számrendszer alapszáma, és i: a helyiértékek száma. Pl. a 28-1 = 255. – Adott helyiértéken felírható számok darabszáma pedig a következő: pi, 28 vagyis 28 = 256 db.
A számítástechnikában használatos számrendszerek Kettes (bináris) számrendszer, számjegyei: 01 A számítógépes információtárolás alapegysége a bit, ami ezt a két értéket veheti fel! Tizenhatos (hexadecimális) számrendszer, számjegyei: 0 … 9 A …F II. rész
29
Átszámítás különböző számrendszerek között 10-ből 2-be, és 2-ből 10-be 10-ből 16-ba, és 16-ból 10-be (Maradékos osztással és helyiérték táblázat használatával.)
Átszámítás 2-ből 16-ba, és 16-ból 2-be
II. rész
2
16
2
16
2
16
2
16
0000
0
0100
4
1000
8
1100
C
0001
1
0101
5
1001
9
1101
D
0010
2
0110
6
1010
A
1110
E
0011
3
0111
7
1011
B
1111
F 30
Számrendszerek Feladatok: Számoljuk át tízes számrendszerbe az alábbi számokat: 1011.012; 123.4516; 1A9.DB16.
II. rész
Írjuk át kettes számrendszerbe a tizenhatos számrendszerbeli, illetve tizenhatos számrendszerbe a kettes számrendszerbeli számokat: BABA16 ; ABBA16 ; DADA16 ; ECCE16 ; 1011011100112 ; 11101111000101112. 31
Számrendszerek Feladatok: Írjuk fel bináris számrendszerben az alábbi decimális számokat: 3492.326 ; 1000 ; 1512.1533 ; 112.3. Írjuk fel hexadecimális számrendszerben az alábbi decimális számokat: 12438.964; 3096.123; 12345.678; 9977. II. rész
32
Elemi aritmetikai műveletek – gépi aritmetika Összeadás – értelemszerűen Kivonás – negatív szám hozzáadása Szorzás – összeadások sorozata Osztás – kivonások sorozata Negatív számok ábrázolása – kettes komplementer képzésével és használatával történik (bitváltás +1) Törtszámok ábrázolása – a számrendszer alapszáma negatív kitevőjű hatványának a használatával történik II. rész
33
Elemi aritmetikai műveletek különböző számrendszerekben Feladatok: Végezzük el az alábbi műveleteket a bináris számok körében!
II. rész
1001.01 + 1001.10
10111.01 + 01111.11
100010.111 + 101110.111
1001.11 - 1001.10
1000.11 - 0111.00
10000.1110 - 01001.1111 34
Elemi aritmetikai műveletek különböző számrendszerekben Feladatok: Végezzük el az alábbi műveleteket a hexadecimális számok körében!
II. rész
ABCD.EF + 1 9 2 3.7A
CCC.CC + DDD.DD
1000.010 + A111.013
1AB2C.23 - AB3C.25
AAA.AA - AA.AB
10000.100 - 1111.111 35
Relációs- és logikai műveletek Az összehasonlítás eredménye mindig (<,>,=,>=,<=,<>): Igaz, vagy Hamis Logikai műveletek lehetnek egy, ill. több bemenetesek is: • NOT – tagadás, vagy negálás • AND – logikai és művelet • OR – logikai vagy művelet • XOR – kizáró vagy művelet II. rész
36
Műveletek a számítógépben Aritmetikai műveletek: összeadás. Relációs műveletek: összehasonlítás. Logikai műveletek. Az igazságtáblák: NOT AND OR XOR
II. rész
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
1
1
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0 37
Adatok ábrázolása Numerikus adatok ábrázolására célszerű a 10-estől eltérő, kettes számrendszert alkalmazni. Az információ egysége – a bit. nagyobb egységei: byte, kB, MB, GB, TB Az adat gépi formája egy bitsorozat, melynek tárolási alapegysége a 8 bitből álló bájt. Az adattárolás két lehetséges módja: II. rész
1. Kódolt ábrázolás 2. Gépi számábrázolás
38
A numerikus adat ábrázolása A numerikus adatok ábrázolásának több lehetséges fajtája van:
II. rész
1. Kódolt decimális (BCD) ábrázolás. A decimális számot átalakítjuk előjelből, egészrészből és törtrészből álló kettes számrendszerbeli számmá. A számok számjegyenként vannak ábrázolva, külön ábrázoljuk az előjelet. 4 biten minden decimális számjegyet lehet kódolni, s még kimarad 4 lehetőség. Általában 1100 jelenti a + és 1101 a - előjelet! 39
Kódolt ábrázolás Binárisan kódolt decimális számábrázolás: Pakolt: 961 —> 10010110 00011100 (2 byte) Minden számjegy, illetve előjel fél bájtot foglal el , az előjel általában a jobb szélső félbájton található. A tizedespont helye általában rögzített! Pakolatlan (1 karakter = 1 byte): 9613 —> 00001001 00000110 00000001 00000011 (4 byte) 2. Bitmap típusú adatok ábrázolása. II. rész
Egyedi szoftveres kódolást igényel.
40
Gépi számábrázolás
II. rész
Fixpontos: Ez az ábrázolásmód Neumanntól származik és az egyes, ill. a kettes komplemens képzésen alapszik. Mindig binárisan történik 1,2 vagy 4 bájton. Minden szg. hardver szinten ismeri. A tizedespont helye rögzített. Lebegőpontos: A számok normál alakban történő ábrázolásán alapul: szám=M*pk, ahol 1/p < M < 1 és az M:mantissza; p:alap; k:karakterisztika. Egy p vagy ismeri, vagy nem, megvalósítható hardver és szoftver szinten is. A tizedespont helye lebeg! 41
Fixpontos számábrázolás
II. rész
Fixpontos írásmód: Ebben az esetben a számokat a köznapi életben megszokott módon írjuk le, pl.: B = A10 = +7346,15 Ezt az írásmódot a kisebb, kevesebb számjegyből álló számok írásakor alkalmazzuk. A processzorban található fixpontos aritmetika csak egyetlen művelet elvégzésére képes, ez pedig az összeadás. Emiatt a további 3 alapműveletet visszavezetjük az összeadásra. A kivonás nem lesz más művelet, mint az adott szám kiegészítőjének (komplementerének) a hozzáadása. Ezért van szükség a kettes komplemens képzés megismerésére! Fixpontos ábrázolás esetén az előjelet mindig a bal első bit szolgáltatja: 0=+, 1=-! 42
Fixpontos számábrázolás A kettes komplemens meghatározására sokféle módszer létezik. Nézzünk egy példát! Határozzuk meg a következő szám kettes komplemensét!? 10110 = 2210 01001 → 7710 + 1 = + 110 01010 → 7810 (Ez az átszámítás nem minden esetben helyes!) Vegyük észre, hogyha az eredeti számot kiakarjuk vonni egy másikból, akkor a kettes komplemense hozzáadásával ugyanazt az értéket kapjuk a legelső helyiértékbittel való csonkítás után! II. rész 43
Fixpontos számábrázolás Feladat: Vonjuk ki az előbb kiszámított 22-őt a 35-ből, a kettes komplemens alkalmazásával! 100011 = 3510 = 3510 + 001010 → + 7810 → - 2210 101101 = 11310 → 1310 Mindezekből következik: • A legnagyobb abszolút értékű negatív szám komplemense önmaga. • Az 1 bájton fixpontosan ábrázolható számok tartománya: -26-tól +26-ig terjed, 2 bájton pedig: -214-től +214-ig. Vigyázni kell a túlcsordulásra! • A szorzás összeadások, az osztás pedig II. rész kivonások sorozata.
44
Fixpontos számábrázolás Feladat: Vonjuk ki az előbb kiszámított 22-őt a 81-ből, a kettes komplemens alkalmazásával! 8110 = 10100012 - 2210 → - 101102 5910 = 1110112 8110 = 10100012 + 7810 →- 1010102 15910 = 11110112 Mindezekből következik: • Amennyiben a kisebbítendő és a kivonandó közötti különbség meghaladja 2-nek két helyiértékét, akkor a kettes komplemens képzésekor egy újabb helyiértéket is fel kell II. rész vennünk (3 esetén még egyet)!
45
Lebegőpontos számábrázolás
II. rész
Lebegőpontos írásmód: A B = A10 = +7346,15 tízes számrendszerbeli számot felírhatjuk ún. hatványkitevős alakban is, amely megfelel a szám normálalakjának: B = A10 = +7346,15 = 7*103 + 3*102 + 4*10 + 6 + 1*10-1 + 5*10-2 A számítógépes gyakorlatban a számokat olyan normálalakra hozzuk, amelyben az egészrész 0 értékű, (vagy csak az 1. helyiértéken található értékes jegy). Vagyis: szám=M*pk, ahol 1/p < M < 1 és az M: mantissza; p: alap (,vagy normálási tényező); k: karakterisztika. 46
Lebegőpontos számábrázolás Az alábbiakban egy lehetséges tárolási módot látunk 4 bájton megvalósítva. Feladat: Írjuk fel a -211,5-et lebegőpontos alakban: =-11010011,12=-0,110100111*28 1. megoldás! Karakterisztika 31. bit – 24. bit
II. rész
Mantissza 23. bit – 0. bit
Előjel bit
Kitevő 7 bitje, mely fixpontos előjel nélküli egész szám
Előjel bit
0
0001000
1
A szám normált alakja, mely fixpontos előjel nélküli tört szám. Példánkban az első 8 bit a tört rész, a többi 15 bit az egész rész. 000000011010011 10000000
47
Lebegőpontos számábrázolás Az alábbiakban egy másik lehetséges tárolási módot látunk 4 bájton megvalósítva. Feladat: Írjuk fel a -211,5-et lebegőpontos alakban: =-11010011,12=-0,110100111*28 2. megoldás!
Előjel bit
1
II. rész
Karakterisztika 31. bit – 24. bit
Mantissza 22. bit – 0. bit
Kitevő 8 bitje, mely fixpontos, előjeles egész szám, az első jegye az előjel. 00001000
A szám normált alakja, mely fixpontos előjel nélküli tört szám. Példánkban az első 8 bit a tört rész, a többi 15 bit az egész rész. 000000011010011 10000000
48
Lebegőpontos számábrázolás Képlettel kifejezve: N=(-1)S*0,M*2c, ahol: a szám előjele: ha pozitív, akkor 0, s ha negatív, akkor 1 az értéke; M a mantissza; C az eltolt nullapont értéke, ill. helye:, mely k-127, ha a kitevő negatív szám, és k akkor, ha a kitevő pozitív szám! S
N= 1 0001000 000000001101001110000000 ,vagyis: N=(-1)1*0,00000000110100111*28 II. rész
49
Lebegőpontos számábrázolás A számok pontosságát a mantisszában szereplő számjegyek száma, a tárolható számok tartományát pedig a karakterisztika számjegyei határozzák meg. A véges pontosságból származó hibák a túl-, vagy az alulcsordulás, illetve ha az eredmény nem tartozik az operandusok halmazába. (E hibákra figyelnünk kell!) A mantissza értéke 1/p<=M<=1 (kettesben: 0,5<=M<=1) függ a normálási tényezőtől, p=2 vagy 16. A mantissza fixpontos, előjel nélküli törtszám; a karakterisztika fixpontos előjel nélküli (vagy előjeles, 2. eset!) egész. Ha p=2, akkor kettesre normált, ha p=16, tizenhatosra normált II. rész 50 számról beszélünk (a tartomány tovább nő!).
Lebegőpontos számábrázolás
II. rész
Egy számról 4 különböző adatot kell megőriznünk ahhoz, hogy az értékét maradéktalanul vissza tudjuk nyerni! 1. A mantissza előjelét. 2. A mantissza abszolút értékét. 3. A kitevő előjelét. 4. A kitevő abszolút értékét. A lebegőpontos ábrázolás a fixpontossal ellentétben nem mindig szolgáltat pontos értéket, ilyenkor az utolsó bitet mindig kerekítjük, így emiatt sohasem csordulhat túl. Túlcsordulás csak a karakterisztika által biztosított határok átlépésekor keletkezhet. 51
Karakteres adatok ábrázolása
II. rész
Karakterek ábrázolása: Az információ a tartalmi, az adat a formai oldalát jelenti ugyanannak a közleménynek, jelsorozatnak. S az információ képben és hangban jelenik meg az ember számára. Kódolás – jelátalakítás (,mely a közlemény tartalmi oldalát nem érinti csak a formáját változtatja meg.) Ilyenkor áttérünk valamely jelkészlet és szabályrendszer (együttesen kódrendszer) használatáról egy másikra. A jelkészletet, melyből a közleményt fel lehet építeni kódábécének 52 nevezzük.
Kódolás
II. rész
A kódolás alapjai: Az információt továbbítani kell, ami adattovábbító csatornában történik. Ez a fizikai közeg, zajos, ami az információ sérülését, esetleg adatvesztést okozhat. Ezt a kódolással próbálják csökkenteni, (hibatűrő, illetve hibajavító). A kódolt információt a szállítás után a felhasználónak érthetővé kell tenni, ez a dekódolás. Maga a kódolásdekódolás folyamata nagyobb egységekben, jelsorozatokban történik, melyeket szavaknak nevezünk. Léteznek fix- és változó hosszúságú kódszavak is. 53
Kódolás
II. rész
Hamming-féle kódolás: A kódszavak hossza tetszőleges, de fix. 1 db hiba kódolásához 1 db paritásbit bevezetése szükséges. Segítségével felismerhető a hiba, de nem mondható meg, hogy melyik bit az. Hibajavító kódolás: A kódszó n db bitből áll. A szükséges paritásbitek száma a javítani kívánt hibák számának növelésével exponenciálisan emelkedik. A hiba helyét is meghatározhatjuk vele.
54
Karakterek ábrázolása A karakteres információ megjelenítése alapvető jelentőségű a számítástechnikában. Minden karakter 1 bájton jelenik meg, tehát minden karakternek egyértelműen megfeleltetünk egy 8 bites bitkombinációt. A hozzárendelés bizonyos szabályokat követel meg: 1. A számjegy kódjai úgy kell, hogy kövessék egymást, hogy a 0 kódja eggyel kisebb legyen, mint az 1 kódja. 2. A betűk belső kódjai az ABC sorrendet kövessék. II. rész
55
Karakterek ábrázolása
II. rész
A hozzárendelés bizonyos szabályokat követel meg: 3. A kis- és nagybetűk kódja olyan legyen, hogy lehetőleg bitben különbözzenek egymástól. 4. A nem látható karakterek folytonosan legyenek kódolva, és kódolásuk lehetőleg a csupa nulláról induljon. E szabályokat követő fontosabb kódrendszerek: ASCII7 és ASCII8 (PC-ken általános) EBCDIC (az IBM kódrendszere) 56
Karakterek ábrázolása
II. rész
PC-ken az ASCII-, ill. bővített ASCII kódtábla alapján történik, általában a karakterek kódolása. Az ASCII (7 bites = 128 elemű) kódrendszer az ISO-7 kódnak egyik nemzeti (USA) változata. E kódrendszerben majdnem minden bit ki van osztva. A nagy A betű kódja: 41 (0100 0001), a kis a betűé: 61 (0110 0001), láthatóan 1 bit az eltérés, a kukac (@): 40, a szóköz: 20 stb. A 80-as kódtól fölfelé találhatóak a speciális karakterek. A mikroszámítógépek többségénél az ASCII kibővített, 8 bites változatát használják, mely a különböző nemzeti karakterek mellett néhány grafikus és matematikai karaktert is tartalmaz. 57
Karakterek ábrázolása Az ASCII7-kódrendszer szerkezete: 00-1F vezérlő karakterek 20-2F egyéb karakterek 30-39 számjegyek 3A-3F egyéb karakterek 41-5A nagybetűk 61-7A kisbetűk
II. rész
A karaktersorozatok összehasonlítása a számítástechnikában a belső kódjaik összehasonlítását (<, >, =) jelenti. Ha az egyik karaktersorozat megegyezik a másik elejével, akkor általában a rövidebb a kisebb. Példa: ALMA < ALMAFA
58
Karakterek ábrázolása Használatos még a BCD, ill. EBCD és EBCDIC
II. rész
(IBM nagyszámítógépeknél alkalmazott) kód is. Jellemzője, hogy a kódtáblázatában nagy lyukak találhatók, melyeket felhasználhatunk a nemzeti karakterek kódolására. Unicode A 8 bites kódlapok hátránya, hogy nem képesek pl. a magyar ékezetes karakterek problémamentes kezelésére. Elsőként az Apple és a Xerox próbálja megoldani a problémát, mely kutatás eredményeképpen új szabvány keletkezett. 59
Karakterek ábrázolása Unicode
II. rész
A fejlesztők célja az volt, hogy olyan szabványt fejlesszenek ki, mely tartalmazza a világ összes nyelvének írásjelét. Az új rendszer 16 biten ábrázolja a karaktereket, vagyis 65536 elemű jelkészlettel rendelkezhet. Ugyanakkor új betűkészletekre is szükség volt, olyanokra amelyek képesek a 16 bites kódokat megjeleníteni, ezek lettek a TT fontok. Jellemzője továbbá, hogy többféle billentyűzetkiosztást biztosít, melyek között átváltásra is lehetőség van. 60
Unicode Az előzőekben látott kódtáblák elemeinek száma igen korlátozott. Így a mai igényeket nem tudja kielégíteni, a ezért a szoftverfejlesztők létrehoztak egy olyan kódtáblázatot, amelybe minden létező nyelv betűkészlete és karakterei elhelyezhetővé váltak. A rendszer neve: Unicode, melyet az OS-ek ma már beépítve tartalmaznak. Maga a rendszer úgy működik, hogy az egyes nyelveknek megfelelő karakterkészletek kódlapokon helyezkednek el. Ezeket a használat során be kell tölteni az OS-be, vagy lehetőség van gyors átváltásukra (pl. HU/EN), illetve a vezérlőpultból történő lecserélésükre. A magyar kódlap száma a 852-es. A kódtáblázat hexadecimális kódokat tartalmaz 61
Egyéb típusú adatok ábrázolása Mindezen adattípusokon túl, szükséges még gondoskodnunk a logikai- és a cím típusú adatok ábrázolásáról is. 1. A logikai érték ábrázolása is 1 bájton történik (holott erre egyetlen bit is elegendő lenne). 2. A cím típusú adat egy előjel nélküli egész szám típus, ezért 2-es számrendszerben 1,2 vagy 4 bájton ábrázoljuk. PC esetén szó=2 bájttal. II. rész
62
*
Adatábrázolás és az adatszerkezetek Adattárolási egységek a számítógépben: – Tömbök • Lehetnek egy, vagy többdimenziósak, • Elemeik azonos típusú adatokból állnak, • S rájuk az indexeikkel hivatkozunk. – Rekordok • Különböző típusú adatokból állnak, • Ezen adatok azonban szigorúan egy egyedhez tartoznak. – Sorok • Jellemzőjük a „FIFO” elérés. – Vermek
II. rész
• Jellemzőjük a „LIFO” elérés. – Listák, vagy láncolt listák • Két részből állnak: egy adatrészből és egy mutatóból(pointer), mely a következőre mutat. (Létezik egy- és kétirányú változatuk is.) 63
Személyi számítógépek felépítése Blokkvázlat CPU Memória: ROM és RAM Háttértárak: FDD, HDD, CD, DVD
III. rész
64
Személyi számítógépek felépítése
III. rész
Interfaces (illesztőkártyák) Input/Output periférikus eszközök: Monitor Billentyűzet Egér Nyomtató Szkenner Digitalizáló tábla Trackball Tauchpad Tauchscreen Modem Plotter Stb.
Kézi scanner
Asztali scanner
65
Számítógépes üzemmódok Processzorok száma szerint: Egyprocesszoros (adott időpontban egy program egy utasítás végrehajtásán dolgozik), vagy többprocesszoros (master, slave, vektorprocesszor; mátrixprocesszor). Egyidejűleg feldolgozott programok száma szerint (task): Lehet egy- vagy többtaszkos, ma már minden gép multiprogramozható. Feldolgozás helye szerint: Lokális-, vagy távfeldolgozású. Online (közvetlen működésű), offline. III. rész
66
Számítógépes üzemmódok Feldolgozási mód szerint:
III. rész
1. Kötegelt (batch) feldolgozású. Ilyenkor a felhasználó a feladatvezérlő nyelv segítségével megfogalmazza az operációs rendszer számára a feladatot; a rendszernek a futó programmal nincs kapcsolata; megkapja az eredményt, hibajelzéseket és kezdődhet minden újra. 2. Párbeszédes feldolgozású. Ilyenkor a felhasználó kapcsolatban van a futó programmal. 3. Osztott forrásokat biztosító feldolgozású. Ilyenkor több felhasználó ugyanazt a programot használja, ugyanazzal az adatállománnyal (vonatjegy, repülőjegy). 67
Számítógépes üzemmódok
III. rész
4. Független feldolgozású: Az összekapcsolt munkaállomásokon keresztül egymással kapcsolatban nem lévő programokon, adatállományokon dolgoznak a felhasználók. A rendszernek biztosítania kell, hogy ne zavarják egymást. 5. Központi feldolgozás: Kevésbé intelligens terminálokon keresztül csatlakoznak a felhasználók egy központi géphez, ami a feladatokat végzi. 6. Megosztott feldolgozás: intelligens munkaállomásokon, számítógép-hálózatokon (olyan feldolgozást kell megszervezni, ami megfelelően kihasználja a hardver nyújtotta lehetőségeket, illetve oda telepíti az adatokat és a feldolgozásokat, ahol az a legcélszerűbb). 68
A szoftverek osztályozása Rendszerprogramok (operációs rendszer). Rendszer közeli programok, segédprogramok ( Total Commander, vagy a Norton Utilities). Fejlesztő eszközök, programozási nyelvek (interpreter, compiler, linker, runner, integrált fejlesztői programcsomagok). Felhasználói programok (az összes többi az előzőekben fel nem sorolt alkalmazások). III. rész
69
Az operációs rendszer
Feladata, funkciói:
1. Kapcsolattartás a felhasználóval. A felhasználó a vezérlőnyelv segítségével (Control Language) kommunikál az OS-szel. Ez egy interaktív nyelv, parancsokból áll. Vezérlőnyelvek fajtái: –
Horizontális, melyben kevés paraméterezhető parancs található. – Vertikális, melyben sok parancs található, de ezeknek viszonylag kevesebb paramétere van (pl. DOS command.com). Vagy a GUI felületet használja a kommunikációra.
III. rész
2. Program indítás és futtatás, valamint a programok közötti kommunikáció biztosítása. 3. Processzor ütemezés. A működő folyamatok (szálak) futási sorrendjének meghatározása.
70
Az operációs rendszer Feladata, funkciói: 4. Megszakításkezelés. Hardver-, ill. szoftver megszakítások kezelése, vezérlése, prioritási sorok. 5. Adat-, állomány-, ill. könyvtárkezelés. 6. Periféria kezelés, I/O rendszer vezérlése. Várakozási sorok (spooling-nyomtatási sor), szemafórok beállítása, kezelése, bizonyos I/O eszközök közös használatra történő megosztásának biztosítása. 7. Védelmi és biztonsági rendszer kezelése. Adott programhoz rendelt tárterület védelme, állományvédelem. Azonosítási és hozzáférési technikák használata, felügyelete. III. rész
71
Az operációs rendszer Feladata, funkciói: 8. Tárkezelés. E kérdéskör a multi-programozott rendszerekre jellemző, de ott alapvető jelentőségű. Megoldási technikák: – Partícionált tárkezelés: Ilyenkor a tárat összefüggő (folytonos) részekre osztják. Problémák: Mekkorák legyenek a partíciók? (általában eltérő méretűek); hogyan töltsük be újra a felszabaduló helyeket? Alkalmazhatnak időnként egy spec. algoritmus szerint átrendeződő partíciókat. Vagy, ami a gyakoribb alkalmazzák az átlapolást (Overlay), amikor a felhasználó programozónak kell gondoskodnia a szükséges memóriáról. III. rész
72
Az operációs rendszer Feladata, funkciói: –
–
III. rész
Tárkezelés. E kérdéskör a multi-programozott rendszerekre jellemző, de ott alapvető jelentőségű. Megoldási technikák: Lapozásos tárkezelés: Itt ténylegesen az OS-nek kell megoldania a problémát a rendszermemória azonos méretű lapokra történő felosztásával. A futtatandó program címtartományát és a memóriát is azonos hosszúságú szeletekre bontják; a program lapjainak és a tár blokkjainak a kapcsolatát laptáblázatba írják; a programozó nem ismeri a program helyét a tárban. Címzés: lapcím (vagy blokkcím) + a lapon belüli eltolás. 73
A memória és kezelése –
–
III. rész
Problémák: a laptáblázat kezelése; a lapméret optimalizálása; a futtatandó program minden lapjának a tárban kell lennie induláskor; ha elfogynak a lapok, akkor fölül kell írni egy régit, de melyiket? Megoldási technikák: Lapigényléses tárkezelésnél, a programozó a memória méretétől független címtartománnyal rendelkezik; csak az éppen végrehajtandó utasítást és a hozzá tartozó adatokat tartalmazó lapok vannak együtt a RAM-ban. Szegmentált tárkezelésnél, a szegmensek különböző hosszúságúak lehetnek; kijelölhető a program helye a tárban; minden tárhivatkozásnál meg kell jelölni a szegmenst, és az azon belüli tárcímet. Virtuális tárkezelés, ez a lapkezeléses módszerek és a szegmentálás keverése; a szegmensek ilyenkor lapokból állnak, plusz tár a HDD elkülönített része. 74
OS osztályozása Típusai: egy felhasználós, vagy több felhasználós Ezen belül: 1. Kötegelt (batch) OS jellemzői – A processzor idejére optimalizált. – A programozó nincs közvetlen kapcsolatban a géppel, azt operátorok működtetik. – A felhasználó job-okkal (munkafolyamat) működteti a gépet. – Partíciós tárkezelést alkalmaz. – Történetileg ezek voltak a legelső működő operációs rendszerek. III. rész
75
OS osztályozása Típusai: 2. Időosztásos (Time sharing) OS jellemzői – –
A felhasználóra optimalizált. A felhasználó és a gép között közvetlen (On-line) kapcsolat van. – Használatához terminál szükséges. – A felhasználók látszólag az összes erőforrást birtokolják. – Az egyes felhasználók a processzoridőből, ún. időszeleteket kapnak. – Kemény János és kutatócsoportja fejlesztette ki. III. rész
76
OS osztályozása Típusai: 3. Valós idejű (Real time) OS jellemzői –
Ezen OS-ek célrendszerek, melyek az adott feladatra vannak optimalizálva. – Minimális emberi beavatkozást igényelnek, teljesen automatizáltak (robotvezérlés). – A külvilág minden eseményére előre meghatározott időn belül ( s meghatározott módon) reagálnak (Paks). – A rendszerbe történő külső beavatkozás is automatizált.
4. Tranzakció-orientált OS jellemzői III. rész
–
A (2) és a (3) keveréke. 77
OS osztályozása Típusai: 5. Többcélú OS jellemzői – –
Általában van egy alapfilozófia, mely koordinálja a funkciókat. Programfejlesztés során az időosztás a leglényegesebb jellemzője.
6. Hálózati (Network), vagy elosztott (Distributed) OS jellemzői – Legfontosabb újdonság a hálózati lehetőségek kihasználásának maximális támogatása.
7. Virtuális OS jellemzői III. rész
– E programok képesek egy (vagy több) teljes gépi konfiguráció szimulálására, mely (vagy melyek) alatt tetszőleges valódi OS-t használhatunk. 78
Az operációs rendszer
III. rész
A rendszer hatékonysága, stratégiája: Memóriakezelés (1.); A processzor időbeosztása (2.): egyenlő részesedés (equal share): minden program sorra megkapja az időszeletet; processzoridő-igény szerinti prioritás, a kevesebb processzoridőt igénylő kapja a nagyobb prioritást (shortest job first), a sok processzoridőt igénylő kapja meg gyakrabban a processzort (longest job first); fizetett, illetve irányított prioritások a felhasználó account-ja alapján eldönthetők; perifériák ütemezése, dedikált hozzárendelési technika (a perifériát – különösen a lassút hosszabb időre egy adott programhoz rendeli az operációs rendszer). 79
Számítógép-architektúrák – a hardver A fizikai, funkcionális részek, egységek együttese. A hardver és a szoftver tervezési, felépítési módja. A Neumann-architektúrájú számítógépek megismerésével foglalkozunk. III. rész
80
III. rész
CISC (Complex Instruction Set Computer = bonyolult utasításkészletű számítógép): Sok utasítás, akár több száz, közöttük több összetett. Bonyolult címzési módok lehetségesek, így viszont változó hosszúságúak az utasítások, ami nehezen optimalizálható. A gépi utasítások változó vagy több ciklusidőt igényelnek, (gépi ciklus = az órajel két üteme között eltelt idő). Az assembly programozás egyszerűbb, mert ezek az utasítások bonyolult feladatokat oldanak meg. Csak a szükséges néhány regiszterrel rendelkezik. Ismertebb CISC processzorok (Intel 286/386/486, Pentium; Motorola 68000; DEC VAX). 81
III. rész
RISC (Reduced Instruction Set Computer = csökkentett utasításkészletű számítógép): A legalapvetőbb utasítások léteznek gépi szinten. Sok regiszter van, így kevesebb a tárművelet, több a regiszterművelet, ezért gyors. Fix kódhosszúság, így egyszerűek a címzési módok. Egyszerű, gyors kódolás, így a ciklusok száma kicsi. Egy feladatra eső utasítások száma kevés, mert az OS-hez, ill. a compiler-ekhez tervezik. Az egyszerű utasítások egyforma hosszúságúak, azonos ciklusidejűek. A bonyolult feladatok programozása hosszú. Ismertebb RISC processzorok (DEC Alpha; HP PARISC; SUN SPARC; IBM PowerPC és RISC6000). 82
A CPU működése A számítógépek a programokat is úgy ábrázolják, mint az eddig megismert adatokat. A program alapegysége az utasítás. Gépi kódú utasítás: 2 fixpontos szám összegéből áll. Formátuma többféle lehet: 1. Négy címes utasítás jellemzői
III. rész
– A műveleti kód az utasítás elején van, s megadja az utasítás hosszát is. Így nem kell megadni a következő címét! – Szükséges egy utasításszámláló regiszter, melyben mindig benne van a következő címe. – Használhatunk ugróutasítást is. 83
A CPU működése 2. Két címes utasítás (ez az elterjedtebb a
PC-k esetében) jellemzői, címzési módjai: 1. Abszolút címzési módok jellemzői –
Direkt címzés esetén az utasításban szerepel maga az adat is. – Indirekt címzés esetén, az utasításban az operandus helyén egy tárbeli cím szerepel. S e címen, található az adat, amellyel a műveletet el kell végezni. A tár tartalma megváltoztatható, így általánosabb, mint a közvetlen címzés. – Regiszteres indirekt címzés esetén, egy regisztercím található az utasításban. S itt van az adatot tartalmazó tárhely címe. III. rész
84
A CPU működése 2. Két címes utasítás (ez az elterjedtebb a
PC-k esetében) jellemzői, címzési módjai: 2. Relatív címzési mód jellemzői •
III. rész
Bázisregiszteres címzés esetén az operandus megadását 2 részre bontjuk. Itt az utasítások karakterek és nem bitsorozatok lesznek (memonik). A bázisregiszteres címzési módnál az adat tárcíme két címkomponens összege. Az egyik a vezérlőegység egy regiszterében, a bázisregiszterben található címkonstans, az ún. báziscím, a másik az ún. eltolási cím. Az első részben található a bázisregiszter címe, a másikban az eltolási érték. A tényleges cím kialakításához az ALU összeadja a báziscímet és az eltolási értéket. 85
A CPU működése 2. Két címes utasítás (ez az elterjedtebb a
PC-k esetében) jellemzői, címzési módjai:
2. Relatív címzési mód jellemzői – A bázisregiszteres címzés az alapja a programok áthelyezhetőségének. A programok áthelyezhetősége, azaz a lehetőség, hogy a programok a tár bármely részében azonosan működhetnek, a feltétele annak, hogy a gépet egyszerre több program használhassa. – A memonikok használatával változókat vezethetünk be, s segítségükkel alacsonyszintű, assembly programnyelven programozhatjuk számítógépünket. III. rész
86
A CPU működése
III. rész
A számítógépes rendszerek többségénél a tárban van a cím- és az adatregiszter, a többit a vezérlőegység tartalmazza. A címregiszter mérete meghatározza a címezhető tár nagyságát (16 bitnél 64 kB, 20 bitnél 1MB stb.). Az adatok mozgatása pedig csak az adatregiszteren keresztül lehetséges, melynek mérete meghatározza az egyszerre kezelhető adat nagyságát. Ha a kezelt információ egy utasítás, akkor ez az utasításregiszterbe kerül. Nézzük meg mi történik egy utasítás végrehajtásakor (utasításciklus)! 87
A CPU működése
Utasításciklus bemutatása
III. rész
1. Lehívó fázis: Az utasítás számláló tartalma átkerül a címregiszterbe. Majd az utasítás bekerül az utasításregiszterbe az adatregiszteren keresztül (fetch - utasítás lehívása). 2. Végrehajtási fázis: Az utasításszámláló felveszi a következő utasítás címét. A vezérlőegység meghatározza az 1. operandus címét, úgy hogy bármilyen címzési módot abszolút címzéssé alakít át. E cím bekerül a címregiszterbe, az operandus az adatregiszterbe, onnan pedig az ALU-ba. Ugyanez történik a 2. operandussal is. Ezután dekódolja az utasítást a vezérlőegység, s utasítja az ALU-t az adott művelet elvégzésére. A végeredmény az 1, operandus helyére íródik be. Ez a Neumann-architektúra lényege! 88
A megszakítási folyamat
III. rész
A megszakítás (interrupt) egy változás a vezérlés menetében, amit általában nem a futó program kezdeményez, hanem a környezet, egy periféria. Ha a megszakítást maga a program kezdeményezi, akkor szoftvermegszakításról vagy csapdáról (trap) beszélünk. Ha a megszakítást egy hardver (periféria) kezdeményezi, akkor hardvermegszakításról beszélünk. 89
A megszakítási folyamat
III. rész
Gyakran bekövetkezhetnek olyan események, ami miatt be kell fejezni a futó programot (pl. 0-val való osztás, különféle hardverhibák). Ezek egy része hiba, de vannak olyanok is, amelyek nem azok. Például, valamelyik perifériára kell kivinni valamit, s mivel ezek működése sokkal lassabb, mint a processzoré, ezért várni kell. Vagy a program szünteti meg saját működését azzal a céllal, hogy valamilyen szolgáltatást vegyen igénybe.
90
A megszakítási folyamat
III. rész
A megszakítás egy esemény, az OS-nek gondoskodnia kell az adott esemény lekezeléséről, hibakezelésről. A Neumann-architektúrájú gépek egy adott pillanatban csak egy esemény kezelésére alkalmasak. Ezért a különféle megszakítások között meg kell állapítani egy egyértelmű sorrendiséget, ezt nevezzük prioritási sornak. Maszkolással letilthatjuk egy-egy adott megszakítási csoport lekezelését. Ilyen pl. a bill. interrupt, vagy a 0-val osztás.
91
A megszakítási folyamat lépései 1. Az eszközvezérlő megszakítást kér a
2. 3. 4. 5.
6. III. rész
processzortól. Az aktuális gépi ciklus befejezésekor a processzor nyugtázza a kérést. A nyugtázás után az eszközvezérlő kiadja a saját megszakítási vektorát. A processzor fogadja azt és elmenti. A processzor elmenti a programszámlálót és a legfontosabb regisztereket a verembe. A processzor megkeresi a megszakítási 92 vektorhoz tartozó kiszolgáló rutint.
A megszakítási folyamat lépései 7. A processzor lefuttatja a megszakítási
III. rész
rutint, melynek megszakítását csak magasabb prioritású esemény számára engedélyezi. 8. A megszakítási rutin végrehajtása után a processzor visszaállítja a használt regisztereket és végrehajtja a „visszatérés a megszakításból” utasítást. 9. A processzor visszaolvassa a veremből a mentett regisztereket a programszámlálóval együtt, és a program a megszakítást megelőző állapotba kerül. 93
A memória és kezelése
III. rész
Memóriafajták: RAM (Random Access Memory = véletlen elérésű memória) Statikus (SRAM): gyors; frissítést nem igényel; a cache kialakítására használják. Dinamikus (DRAM): frissíteni kell; az operatív tár kialakítására használják. ROM (Read Only Memory = csak olvasható memória) PROM, EPROM, EEPROM (felülírhatók). Flash (írható/olvasható; elektromosan törölhető; nem törlődik; d. kamera, pendrive).94
A memória és kezelése A memóriakapacitás mértékegysége: byte, kbyte, Mbyte, … A processzoron belüli memóriák: Regiszterek, a processzor belső tároló helyei. (regiszter-referenciás utasítások által elérhető operandusok; a processzor belső állapotát leíró státusz információk; a végrehajtandó utasítás). Cache memória, az operatív tár egy darabját lemásolva gyorsítja a processzor működését, létezik elsődleges és másodlagos változata is. III. rész
95
A memória és kezelése Címzési módszerek és tárkezelési technikák: 2
A
*
.
.
.
2001 2002 2003
. . . A memória mint számozott rekeszek sora (lásd később!)
Abszolút cím. Relatív cím (eltolás, logikai cím). Fizikai cím = betöltési cím + relatív cím. III. rész
96
Az I/O vezérlése és a csatorna-, vagy sínrendszer
III. rész
Az I/O eszköz és a CPU között folyamatosan ún. adatutak épülnek ki, ahol az információk mindkét irányban áramolhatnak. Az adatút hossza lényegtelen, a 2 végén megjelenő információ formailag általában eltérő, így kódolás, ill. dekódolás szükséges. A CPUban és a tárban az adat mindig digitális formában 2-es számrendszerben kódolva jelenik meg, míg a perifériákon nagyon sokféleképpen megjelenhet. 97
Az I/O vezérlése és a csatorna-, vagy sínrendszer Két eltérő I/O vezérlési rendszer alakult ki: 1. Csatornarendszer jellemzői
III. rész
– A perifériák a perifériavezérlőre vannak felfűzve. – A perifériákat csatornák kapcsolják a CPU-hoz. – A CPU így nem foglalkozik közvetlenül az eszközökkel csak a tőlük érkező hardver megszakítások kezelésével. – Az I/O eszközök tényleges kezelését, speciális célprocesszorok végzik. – A csatorna áthidalja a tár-CPU, és a CPU-periféria közötti adatátviteli sebességkülönbségeket. – Több művelet végezhető egy időben a csatornán. – 1950 körül alakult ki. 98
Az I/O vezérlése és a csatorna-, vagy sínrendszer Két eltérő I/O vezérlési rendszer alakult ki: 2. Sín-, vagy buszrendszer jellemzői – –
III. rész
Minden eszköz ugyanarra a buszra kapcsolódik. A sínen található cím-, adat- , illetőleg vezérlővonal, melyek adatátviteli szélessége eltérő. – A buszrendszeren keresztül minden egység minden másik egységgel közvetlenül kommunikálhat. – A címvonalak feladata, hogy megmondja melyik 2 eszköz között történik az adatátvitel. A címsín szélessége meghatározza a címezhető eszközök számát. – Az adatátvitel a CPU közvetlen beavatkozása nélkül is létrejöhet. Ilyenkor szükséges a DMA. – Több művelet egyidejű végrehajtása nem megy. 99 – 1970 körül terjedt el.
A perifériák
III. rész
A kommunikációt kiszolgáló gépek (a teljesség igénye nélkül!) Beszélhetünk bemeneti (Input) és kimeneti (Output) periférikus eszközökről. Továbbá van néhány olyan eszköz is, amely kétirányú kommunikációra (I/O) képes. Perifériavezérlő (I/O vezérlő) alrendszer: a processzor feltartása nélkül bonyolítja le az adatátvitelt, ami vagy az operatív tárból a periféria felé, vagy fordítva történik. A processzor csak elindítja a folyamatot, a befejezésről pedig a perifériavezérlő őt egy megszakítással értesíti.
100
Beviteli perifériák Billentyűzet: Karakteres; váltó; kapcsoló; szerkesztő; Enter; numerikus; kurzor-mozgató; funkciós, programozható billentyűk. Egér: Mechanikus: vezetékes és rádiós; optikai: vezetékes és rádiós. Speciális beviteli eszközök: Scanner; vonalkód-olvasó; fényceruza; mikrofon; videokamera; Joystick stb. III. rész
101
Kiviteli perifériák
III. rész
Monitor: Katódsugárcsöves, vagy elektronsugaras; folyadékkristályos-LCD; vékonyfilm tranzisztoros-TFT; plazma; (képmegjelenítő alrendszer-VGA, SVGA stb.). Grafikus megjelenítés szerint beszélhetünk: vektorés pixelgrafikus megjelenítőkről. Nyomtató: Mátrix; tintasugaras; lézer; hő. Spooling technika: gyors háttértárolón képezik le a lassú perifériákat (pl. nyomtató). Speciális eszközök: Plotter; virtuális sisak stb.
102
Háttértárolók – másodlagos tárak 1. Mágneses háttértárak:
III. rész
Mágnes-, vagy hajlékony lemez, merevlemez-winchester; mágnesszalag. RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks). 2. Optikai háttértárak: CD-ROM: csak olvasható; CD-MO Magneto-Optical): írható, törölhető, újraírható; CD-R (Recordable)=WORM (Write Once Read Many); CD-RW (ReWritable); DVD (R, R+, R-, RW). 103
Mágneslemezek
III. rész
A mágneslemez egy mágnesezhető korong, melyet egy forgó tengelyre helyezünk. Egy tengelyre több korong is elhelyezhető. Az információ koncentrikus körökben helyezkedik el rajta, mindkét oldalán, melyeket sávoknak (track) nevezünk. Az egymás fölött lévő azonos sugarú sávok cillindert alkotnak. A sávokat (általában) további egységekre szektorokra bontják. A cillindereket, sávokat, szektorokat, sőt még az itt található bájtokat is egyedi sorszámmal látják el. 104
Mágneslemezek
III. rész
Vagyis minden bájtnak saját címe van, közvetlen (véletlen) elérésű háttértároló. Egy-egy konkrét, fizikai lemezt kötetnek nevezünk. Az információ be- és kivitele, író-olvasó fejek (elektromágnesek) segítségével történik. A floppy lemezek, -melyek cserélhetőekanyaga műanyag, míg a kemény lemezeké vörös-, vagy sárgaréz, melyek viszont nem cserélhetők. Az optikai lemez nem szektorszervezésű, más technológiát alkalmaz! 105
Állományok
III. rész
A háttértárolókon az információ fájlokban jelenik meg. A bájtok blokkokat alkotnak. Egy blokknyi az a tármennyiség, ami a tár és a periféria között egy adatátvitelnél mozog. A blokkok méretének változtatási lehetősége OS függő. A blokk elején és végén információk vannak az őt tartalmazó állományról. Ezek az ún. állomány cimkék (file label). A lemezen egy adott állomány blokkjai (szektorai) nem feltétlenül fednek le összefüggő területeket. Ezért az állományinformációk nem közvetlenül a fájlban találhatók. 106
Állományok - könyvtárak
III. rész
A lemezen, az állománynál nagyobb egység a könyvtár. A rendszer által nyilvántartott információ a könyvtárban funkcionálisan helyezkedik el, pl. a DOS-ban. A könyvtárrendszer hierarchikus szervezésű, faszerkezet. Léteznek alkönyvtárak és szülőkönyvtárak, melyek szintén lehetnek alkönyvtárak. A felhasználó maga dönti el, hogy mit hová helyez el a struktúrában. A könyvtárakról, a kötet tartalomjegyzékében (directory) tárulunk információt. Létezik ettől eltérő könyvtárszervezés is! 107
Lemezkezelés - formázás
III. rész
A lemezeket használatbavétel előtt formázni szükséges. Ez egy fizikai ellenőrzés (magas szintű formázás), mely annak ellenőrzése, hogy a háttértár alkalmas-e a használatra. Az előzőekben vázolt (mágnes)lemez szerkezet a formázás során alakul ki az adathordozón. A fizikailag hibás területeket a rendszer használhatatlannak minősíti, s a logikai használatból kizárja. A lemezen találhatóak tartalék sávok, ill. szektorok, melyek alapesetben használaton kívüli területek. Formázáskor a lemezkötetet névvel látjuk el, mely lehet üres karaktersor is. 108
A szoftver Fogalma - a számítógépek működését irányító utasítások sorozata, amely valamely bemenő adatstruktúrából –algoritmussegítségével, valamilyen kimenő adatstruktúrát készít Típusai - alkalmazói szoftver és fejlesztői szoftver, rendszerszoftver, vagy operációs rendszer. Vizsgáljuk meg az általunk még ismert, használt legrégebbi operációs rendszert! IV. rész
109
Operációs rendszerek – a DOS Belső része: a ROM-BIOS Külső, vagy lemezes része további 3 részre bontható: • Alsó szint: IO.SYS – eszközmeghajtók kezelője • Középső szint: MSDOS.SYS – feladata az állomány- és memória kezelés, adat be- és kivitel (E két rész együtt a DOS magja, vagy a kernel.) • Felsző szint: COMMAND.COM – mely nem más, mint a parancsértelmező, vagy másképpen héj (shell) program (A DOS-nak ez a része lecserélhető.)
Működése: a Boot-folyamat (Bootstrap) során töltődik
IV. rész
be a memóriába. (Lehetőség van két további segédprogrammal konfigurálni a rendszert: CONFIG.SYS, AUTOEXEC.BAT)
110
Fájlok és könyvtárak DOS alatt
IV. rész
Fájljellemzők: • Azonosító – Név – Kiterjesztés • Méret • Létrehozás-, ill. utolsó módosítás dátuma és ideje • Attribútum (A,R,H,S) Könyvtárrendszer, vagy fastruktúra (Formázáskor jön létre és a FAT-ban tárolódik.) • Fő-, vagy gyökérkönyvtár • Szülőkönyvtár • Aktuális könyvtár • Meghajtók nevei: a:, b:, c: stb.
111
DOS parancsok Parancsok fajtái: 1. Belső parancsok – a DOS belső részében találhatók 2. Külső parancsok – a DOS külső, lemezes részében találhatók
Parancsok funkció szerinti felosztása: 1. 2. 3. 4.
Könyvtárkezelő parancsok Fájlkezelő parancsok Lemezkezelő parancsok Vezérlő, DOS környezetbeállító parancsok és szolgáltatások
Parancsmegadás szintaktikája: IV. rész
pl. COPY esetén Honnan? Mit? Hová? Milyen néven? A CONFIG.SYS és az AUTOEXEC.BAT fájlok szerepe (veremfeldolgozás) 112
DOS parancsok Parancsok fajtái: – Belső parancsok – a DOS belső részében találhatók – Külső parancsok – a DOS külső, lemezes részében találhatók
Funkció szerinti felosztás – – – –
Könyvtárkezelő parancsok Fájlkezelő parancsok Lemezkezelő parancsok Vezérlő, DOS környezetbeállító parancsok és szolgáltatások
Parancsmegadás szintaktikája: IV. rész
pl. COPY esetén Honnan? Mit? Hová? Milyen néven? A CONFIG.SYS és az AUTOEXEC.BAT fájlok szerepe (veremfeldolgozás)
113
Számítógép-hálózatok Egymással kommunikációs csatornákkal összekötött, egymással kommunikálni tudó számítástechnikai eszközök, vagy csomópontok halmaza. A csomópontok számítógépek, terminálok, munkaállomások vagy különböző kommunikációs eszközök lehetnek a térben tetszőlegesen elosztva. A komunikáció különböző átviteli közegeken keresztül történik a csomópontok között. IV. rész
114
Számítógép-hálózatok Előnyök: kommunikáció; távoli hozzáférés; rendszer-felügyelet; közös adatok, állományok, háttértárak elérése; költséges perifériák közös használata; nagyobb megbízhatóság (ugyanazok az adatok több helyen). IV. rész
115
Számítógép-hálózatok
IV. rész
Tulajdonságok: összeköthetőség (különböző hardver- és szoftverelemek kompatibilitása); egyszerűség (a felhasznált hardver és szoftver elemek könnyen installálhatók); modularitás (különböző gyártóktól származó elemek mint építőkockák); megbízhatóság (hibamentes adatátvitel); Hajlékonyság, vagy flexibilitás (lehetőség a továbbfejlesztésre); sokoldalúság (sokféle szolgáltatás egyszerű hozzáféréssel). 116
Számítógép-hálózatok Topológiák: busz vagy sín; gyűrű; csillag; multi-kapcsolt.
IV. rész
Kiterjedés szerinti lehetnek: LAN - Local Area Network; MAN - Metropolitan Area Network; WAN - Wide Area Network. 117
Számítógép-hálózatok
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. IV. rész
Az ISO-OSI modell (hét réteg): (ISO-International Standards Organization; OSI-Open System Interconnection) fizikai (a bitek átvitele a fizikai közegen); adatkapcsolati (hibafelismerés, javítás, stb.); hálózati (útvonal meghatározása); szállítási (üzenetcsomagok szegmentálása); viszony (az összeköttetés menedzselése); megjelenítési (a formátum egységesítése); alkalmazási. 118
Számítógép-hálózatok Adatátviteli közegek (csavart érpár; árnyékolt csavart érpár; koaxiális kábel; optikai kábel; mikrohullámú adó-vevő; műholdas üzenetszórás). Adatátviteli vezérlő egységek (multiplexer; koncentrátor; terminál szerver; front-end processzor; hálózati processzor; üzenetkapcsoló rendszer-message switching system; ismétlő-repeater; híd-bridge; útválasztó-router; átjáró-gateway). IV. rész
119
Az Internet Az Internet kisebb kiterjedésű számítógépes hálózatokból álló globális, bolygónk X országára kiterjedő, Y számítógépet tartalmazó és Z felhasználót összekötő hatalmas rendszer.
IV. rész
120
Az Internet Az Internet története: A 60-as években az USA védelmi minisztériuma olyan decentralizált, csomagkapcsolt hálózatot akar létrehozni, aminek nincs kiemelt központi irányító gépe és amely egy nukleáris támadás esetén sem semmisül meg, illetve csomópont(ok) kiesése esetén más csomópontokon keresztül továbbíthatók az adatok, ez lett az ARPANET (1969). 1971: 15 gép; 1972: 37 gép. IV. rész
121
Az Internet A kutatások során szerzett tapasztalatokat, eszközöket - mivel a fejlesztők egyetemi tanárok, kutatók – a civil életben is hasznosították: NFSNet - internet (1990). Csomagkapcsolt átvitel: az adatok csomagokra bontva jutnak el egyik gépről a másikra. A csomagok elején levő fej tartalmazza: a feladó címét; a fogadó címét; a csomag sorszámát; egyéb járulékos információkat. IV. rész
122
Az Internet
IV. rész
Különböző típusú hálózatok összekapcsolása: a kommunikáció szabványosítása – RFC (Request for Comments), megvalósítása – protokollokkal. Az Internet fő protokollja (Cerf&Cahn, 1974): TCP/IP. Transmission Control Protocol (TCP) – az átvitelvezérlő protokoll: megbízható csatlakozásorientált módszer. Internet Protocol (IP) – a hálózatok közötti prot.: üzenetcsomagok továbbítására szolgál. Az ISO/OSI hét rétegéből csak ötöt használ: fizikai, adatkapcsolati, hálózati, szállítási, és alkalmazási. 123
Az Internet
IV. rész
A hálózatra csatlakozás feltétele: Internet cím (IP-address) – négy byte, amit az INTERNIC (Internet Network Information Center) és a körzeti központok (SzTAKI) tartanak nyilván. 128.214.6.100 (decimális) 200,146,106,14 (oktális) domain, al-domain, host FQDN (Fully Qualified Domain Name) it.math.klte.hu host, al-domain, domain (Fölülről lefelé konvertálni kell!)
124
Az Internet Az Internet fontosabb szolgáltatásai: 1. Elektronikus levelezés (e-mail): –
–
–
IV. rész
SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) & TMP (Text Message Protocol) & POP3: az elektronikus levél küldésének és fogadásának technikái. MIME (Multiporpose Internet Mail Extension): a levelezés kliens és szerver közötti kapcsolatát szabványosítja. Levélcím, levelező rendszerek, netikett.
125
Az Internet 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
IV. rész
Távoli gépek közötti állománycsere: FTP (File Transfer Protocol). Többcsatornás, többirányú párbeszéd: IRC (Internet Relay Chat). Párbeszéd: TALK. Távoli gépre történő bejelentkezés: TELNET. File-ok keresése: ARCHIE. Felhasználóról bővebb információ: FINGER. Hypertext és multimédia alapú információs rendszer: WWW (World Wide Web). Böngészők, keresők, URL (Uniform Resource Locator). 126
Az Internet Az Internet veszélyei: Külső „támadások” - váltogassuk a jelszót; bonyolult jelszót használjunk; alkalmazzunk tűzfalat. Információözön - ésszerű válogatás.
IV. rész
127
