BEVEZETÉS A SZÁMÍTÁSTECHNIKÁBA

BEVEZETÉS A SZÁMÍTÁSTECHNIKÁBA

- 1-

TARTALOMJEGYZÉK AZ INFORMÁCIÓ ÉS A KÖZLEMÉNY FOGALMA, KIALAKULÁSA ..................................................................... 1 KÓDOLÁS, SZÁMRENDSZEREK .................................................................................................................................... 3 SZÁMÁBRÁZOLÁSOK ...................................................................................................................................................... 6 KARAKTER, BETŰ ÁBRÁZOLÁSA ................................................................................................................................ 7 ÍTÉLETKALKULUS, BOOLE ALGEBRA....................................................................................................................... 7 A SZÁMÍTÁSTECHNIKA TÖRTÉNETE ........................................................................................................................ 9 A SZÁMÍTÓGÉP FELÉPÍTÉSE (HARDVER), NEUMANN ELVEK ......................................................................... 11 HARDVER ALAPFOGALMAK: ............................................................................................................................................. 11 NEUMANN-ELVEK, NEUMANN ELVŰ SZÁMÍTÓGÉP FELÉPÍTÉSE ......................................................................................... 12 SZÁMÍTÓGÉP FELÉPÍTÉSE .................................................................................................................................................. 13 PROCESSZOR ..................................................................................................................................................................... 14 MEMÓRIA ......................................................................................................................................................................... 15 INTERFACE-EK .................................................................................................................................................................. 16 PERIFÉRIÁK ....................................................................................................................................................................... 19 Bemeneti perifériák ..................................................................................................................................................... 19 Kimeneti perifériák ...................................................................................................................................................... 21 Ki-/bemeneti perifériák (Input/output perifériák) ........................................................................................................ 26 Kapcsolat a külvilággal ............................................................................................................................................... 30 SZOFTVER ......................................................................................................................................................................... 31 VÍRUSOK ............................................................................................................................................................................ 31 TÖMÖRÍTÉS ...................................................................................................................................................................... 36

- 2-

AZ INFORMÁCIÓ ÉS A KÖZLEMÉNY FOGALMA, KIALAKULÁSA Az információ elméletével, kódolásával és mérésével az információelmélet foglalkozik. Az informatikát Norbert Wiener alapozta meg 1940-ben, amikor felfedezte, hogy egy szervezetet az információs rendszere, vagyis az alkotóelemek közötti rendszeres információcsere tesz rendszerré. Informatika: Az információ keletkezésével, felhasználásával, feldolgozásával kapcsolatos tudomány. Alapfogalma: az információ. Információ fogalma: – Hír, közlemény újdonságértéke, amely bizonytalanságunkat csökkenti. – Valamely személyre, dologra vonatkozó tájékoztatás, értesülés, jelentés. Adat fogalma: Az információ formális alakját adatnak nevezzük, vagyis az adat tények, fogalmak feldolgozására alkalmas jelsorozat. Az adat objektív, feldolgozótól független. Az adat a számítógépben viszont még információ nélküli jelsorozatként tárolódik. Az információs és kommunikációs rendszer modellje:

Közlemény: Minden, ami információt szállít – vagyis az információelmélet és az informatika szempontjából közlemény például a szóbeli közlés, újságban apróhirdetés, stb. Továbbítani csak közleményt lehet, tehát ami információt tartalmaz. Közlemény tulajdonságai: – jelkészlet jeleiből épül fel – több vagy kevesebb jelből is állhat, tehát lehet hosszabb vagy rövidebb – közleményből csak bizonyos körülmények ismeretében szűrhető ki az információ – a közlemény megismétlésével a közölt információ mennyisége nem növekszik – más körülmények között ugyanabból a közleményből teljesen más információ szűrhető le Közlemény információmennyisége: Az egyetlen jel hosszúságú közlemény információmennyisége éppen egységnyi, és ez az információ mértékegysége, ami nem más, mint a bit. Átváltás: 8 bit = 1 Byte (210) 1024 Byte = 1 kilobyte (kB) (210) 1024 kilobyte = 1 Megabyte (MB) (210) 1024 Megabyte = 1 Gigabyte (GB) (210) 1024 Gigabyte = 1 Terrabyte (TB)

- 1-

Kódolás: A közleményekben lévő adatok formai átalakítását kódolásnak nevezzük. A kódolás során használt jelkészletet és formai szabályrendszert együttesen kódrendszernek nevezzük. Jel: Valamilyen fizikai jellemző (fényáram, bioáram, elmozdulás, áramváltozás), mely információt hordoz. Az információt vagy a fizikai jellemző mértéke, vagy annak változása hordozza. Jelek csoportosítása: Analóg jel: Egy T időintervallumon minden Xmin és Xmax közé eső értéket felvesz. Digitális jel: A T időintervallumon belül csak néhány konkrét értéket vehet fel. Ennek egy speciális módozata a bináris jel, amely csak két értéket vehet fel, a maximum és a minimum értéket. A mai számítógépek digitális működésűek, azaz az információt számjegyes alakban tárolják. Így a számítógép nem tud végtelen sok adattal dolgozni (vagyis analóg jellel). Ezt a problémát a számítógép úgy oldja meg, hogy bizonyos időközönként mintát vesz az adatból. Ez a mintavételezés. Felmerül az a probléma, hogy a vett mintából vissza lehet-e adni az eredeti információt? Shannon foglalkozott ezzel a problémával, és arra az eredményre jutott vizsgálatai során, hogy igen, visszaállítható az eredeti információ a mintavételezett adatokból. Végtelen sok mintavételnek végtelen sok értéke lehet. Ezen a kvantálás segít. Amíg a mintavételezett értékek egy bizonyos tartományban vannak, addig ugyanazt az értéket rendelik hozzá. Ezzel az értéket végtelen számúból véges számúvá alakítjuk. Dekódolás: A jelek értelmezése, a közlemény megértése. Csatorna: Azt az anyagot, amely hordozza, szállítja a közleményt, az informatika csatornának nevezi. Csatorna csoportosítása: I) csoportosítás: 1) Természetes csatorna: Az a csatorna, amelyet nem az élő szervezetek készítettek közleményeik továbbítására. Pl.: levegő. 2) Mesterséges csatorna: Az a csatorna, amelyet az élő szervezetek állítanak elő közleményeik továbbítása céljából. Pl.: papír, telefonvezeték. II) csoportosítás: – –

Térbeli csatorna: A közlemény továbbításával távolságot hidal át a feladó. Lehet természetes vagy mesterséges. Pl.: levegő, kábelek. Időbeli csatorna: Időtartamokat, korokat hidal át a feladó. Pl.: papír, floppy.

Zaj: A csatornában lévő enyészet, a jeleket akadályozó tényező. A csatorna zaja elleni védekezés nagy részét a feladó végzi. Két jellemző szintet adhatunk meg: Jelszint: A csatornában továbbított jel erőssége, jele: J Zajszint: A csatornák zajának erőssége, jele: Z A közlemény továbbítása szempontjából fontos a jel-zaj arány meghatározása: a = J/Z A hangtanban, az elektronikában és a hírközlésben a jel-zaj arányt decibel (dB) egységben számítják, kiszámítása: d = 20 lg J/Z [dB] Az a=1 jel-zaj arány a d=0 dB-nek felel meg, az a=10 arány d=20 dB, a=30 d=29,42 dB és a=100 arány d=40 dB-nek felel meg. A zaj ellen legjobban úgy védekezhet a feladó a közlemény kódolásakor, hogy elég terjengőssé, elegendően „bőbeszédűvé” teszi. - 2-

A közlemény terjengőssége (redundanciája): A közleményben az alapvetően szükségesnél mindig több jelet kell használni az információ kódolására és átvitelére. – Szupertömény információnak nincs redundanciája, csak a legszükségesebb jeleket tartalmazza. – Szűkszavú, nem eléggé terjengős (redundáns) – Kielégítően terjengős legyen közlemény ahhoz, hogy a vevő megérthesse Redundancia számítása: R = (1-H/K)*100%, ahol H a szupertömény közlemény jelmennyisége, K pedig a ténylegesen továbbított közlemény.

KÓDOLÁS, SZÁMRENDSZEREK Azt tudjuk, hogy az informatika anyanyelve a kettes számrendszer. Hogy a kettes számrendszer egyszerűségét és nagyszerűségét átláthassuk, nézzük meg a jól ismert tízes számrendszer lényegét. Tízes (decimális) számrendszer: A hétköznapi életben ezt használjuk. Indiai matematikusok találták ki a tízes számrendszert, a nullát pedig a görögök fedezték fel (omikron). Kínában fektették le a helyiértékes számolás alapjait és visszakerült a görögökhöz a kész tízes számrendszer. Különbség szám és számjegy között: A szám számjegyeit jobbról balra számozzuk: első, második, harmadik… számjegy. A számjegy értéke attól is függ, hogy melyik helyiértéken áll a számban. 386

ez a szám az első számjegye az a második számjegye a a harmadik számjegye a

1. helyiértéken 2. helyiértéken 3. helyiértéken

Tízes számrendszerben a számjegyeket d-vel jelöljük. A háromjegyű decimális szám általánosan: ddd

ez a szám az első számjegye az a második számjegye a a harmadik számjegye a

1. helyiértéken 2. helyiértéken 3. helyiértéken

A nem negatív egész számok ábrázolása csupán 10 számjegyet (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) használunk fel. Ezek a számok alaki értékei. A helyiértékek a tíz nem negatív egész kitevős hatványai szerint jobbról-balra növekvő sorrendet jelentenek. A törtek ábrázolása pedig a 10 negatív egész kitevőit használjuk fel. Tízes számrendszerbeli ötjegyű egész szám helyiértékei: ez a szám ddddd egyesek tízesek százasok ezresek tízezresek

1=100 10=101 100=102 1000=103 10000=104

- 3-

számrendszer alapszáma + a hatványkitevő (helyiérték-1)

A számjegy tényleges értékét a számban úgy kapjuk, hogy a számjegy alaki értékét megszorozzuk a számrendszer alapszámának (helyiérték-1) szerinti hatványával. Példa: 386 ez a szám 6*100 8*101 3*102

=6 =80 =300 386

Kettes (bináris) számrendszer: A bináris számrendszer egyszerűsége és könnyű ábrázolhatósága miatt terjedt el a számítástechnikában. Mindössze két számjegyet (0, 1) használ, így könnyű elektronikus illetve mágneses eszközökkel a tárolásuk és megjelenítésük. A kettes számrendszerben a helyiértékeket a kettő egész kitevős hatványai jelentik. Példa: 100101102 = 1*27+0*26+0*25+1*24+0*23+1*22+1*21+0*20 = 128+16+4+2 = 15010 Az összeadás könnyen elvégezhető a decimális rendszerben megszokott módon, csak arra kell figyelni, hogy 0+0=0, 1+0=0+1=1, 1+1=10, 1+1+1=11. Például: 1101101 + 101101 10011010 A kivonás művelete hasonlóan végezhető, de van egy másik, egyszerűbb, összeadásra visszavezetett módszer, amit később fogok bemutatni. Sajnos a kettes számrendszerbeli szám már kis értéknél is sok számjegyet tartalmaz, tehát nehezen megjegyezhető. Célszerű ezért olyan számrendszert használni, amely a kettes számrendszerrel szoros kapcsolatban van (könnyű legyen átváltás) és tíz körüli különböző számjegyet tartalmaz. Nyolcas (oktális) számrendszer: Az oktális számrendszer 8 különböző számjegyet tartalmaz, és helyiértékei a 8 hatványait adják. A 8 számjegy a 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Példa: 17588 = 1*83+7*82+5*81+4*80 = 1*512+7*64+5*8+4*1 = 512+448+40+4 = 100410 Tehát hasonló az átszámítás a kettesből tízesbe váltáshoz. A 8-as számrendszerbeli számot úgy lehet binárisba átváltani, hogy felírjuk az oktális szám számjegyeit három pozícióra kiegészített kettes számrendszerbeli alakjukban, majd ábrázolási sorrendjükben egymás után írjuk: 1 0 0 1

7 1 1 1

5 1 0 1

4 1 0 0

Tehát a kettes számrendszerbeli szám: 17568 = 0011111011002 ez az oktális szám bináris alakja A binárisból oktális számrendszerben történő átváltás is hasonló. A számjegyeket a legalacsonyabb helyiértéktől hármasával csoportosítjuk (ha kevesebb számjegy van, kibővítjük 0-val a legmagasabb helyiértéken) és átírjuk az oktális számrendszer számjegyeire: Példa: 10101011102 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 2 5 6 Tehát a 10101011102 oktális számrendszerbeli alakja: 12568. Az oktális számrendszernek korábban volt nagyobb jelentősége, amikor még nem vált egységessé a számítógépekben az alap tárolóeszköz nagysága.

- 4-

Tizenhatos (hexadecimális) számrendszer: A hexadecimális számrendszer 16 különböző számjegyet tartalmaz, a helyiértékeket a 16 hatványai adják. A 16 számjegy a 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F, ahol az A=10, B=11, C=12, D=13, E=14, F=15. Példa: A8EC16 = 10*163+8*162+14*161+12*160 = 10*4096+8*256+14*16+12=40960+2048+224+12 = 4324410 A hexadecimális szám átváltása megegyezik az oktális számrendszerben használt módszerrel, csak ebben az esetben a számjegyeknek a négyjegyű bináris alakját kell vennünk. Nézzük az előző számot! A 1010

8 1000

E 1110

C 1100

Tehát a A8EC16 hexadecimális számrendszerbeli alakja: 10101000111011002. A bináris szám hexadecimálissá alakítása hasonlóan történik, mint az oktális számmá alakítása, csak ebben az esetben négyesével csoportosítjuk (ha kell, 0-val kiegészítjük), és az úgy kapott értéket írjuk fel a hexadecimális számrendszerben használatos számjegyekkel. Példa: Nézzük az 10101011102 számot! 0010 2

1010 A

1110 E

Tehát a 10101011102 hexadecimális számrendszerbeli alakja: 2AE16. Oktálisból hexadecimálisba és hexadecimálisból oktálisba váltás a legegyszerűbben a bináris bevonásával végezhető el. Azaz először váltsuk át az adott számot kettes számrendszerbe, majd innen a másikba váltsuk át a bináris számot. A 16-os számrendszer azért előnyös a számítástechnika szempontjából, mert a négyes csoportosítás lehetővé teszi a 8, 06, 32 hosszúságú bináris számok könnyed átváltását 16-os számrendszerbe. Ezek a hosszok a kettő egész kitevős hatványai, tehát a hosszinformáció minden esetben egy helyiérték jegyet fog jelenteni, míg az oktális számrendszernél egyik szám kettesbe váltott hossza sem lesz kettő hatványa. Váltás decimálisból más számrendszerbe Vegyük a 263410-es számot, és váltsuk át bináris számrendszerbe! A legegyszerűbb módszer: írjuk fel a számot, és húzzunk egy vonalat a jobb oldala mellé. Osszuk el a számot 2-vel (a számrendszer alapjával), az eredményt (a hányadost) írjuk a felírt szám alá, a maradékot pedig (0 vagy 1) írjuk a vonal másik oldalára. Ezt mindaddig ismételjük, amíg az osztás folyamán a keletkező hányados 0 nem lesz. Ekkor a vonal jobb oldalán lévő számokat alulról felfelé írjuk egymás mellé, és már meg is kaptuk a decimális szám bináris alakját: 2634 0 1317 1 658 0 329 1 164 0 82 0 41 1 Tehát a 263410 bináris alakja: 20 0 1010010010102. 10 0 5 1 2 0 1 1 0 Ugyanez a módszer a hexadecimális számrendszer esetében is működik, de mivel 16-tal sokkal nehezebb osztani, mint 2-vel, így általában más módszert alkalmaznak a hexadecimális szám decimálissá alakításához: a decimális számot az előbbi módszerrel felírjuk bináris számként, majd ezt a már ismertetett módszerrel átváltjuk 16-os számrendszerbe. - 5-

SZÁMÁBRÁZOLÁSOK Az elektronikus digitális számítógépek a kettes számrendszert használják a számok ábrázolásához. Az egy helyiérték tárolására használt eszközt bitnek nevezik, amely egy kétállapotú tároló (értéke 0 vagy 1 lehet). Összekapcsolt 8 bitet bájtnak nevezzük. Egy bájttal (8 biten) 28=256 különböző előjel nélküli egész szám ábrázolható: 0-255-ig. 2 bájton már 65536 különböző egész számot tudunk megjeleníteni (0-65535). A bináris számábrázolás során legtöbb esetben előre rögzítik az ábrázolásra használt bájtok számát. Amennyiben negatív számot is szeretnénk használni, több megoldás közül választhatunk: Előjel bites ábrázolás: A legmagasabb helyiértéken lévő bit az előjelet jelenti, és nem vesz részt a szám képzésében: 010110112=9110, valamint az 110110112=-9110. Ezáltal az egy bájton ábrázolható számtartomány – 127-127-ig fog terjedni. Probléma, hogy a 0 kétféleképpen ábrázolható 000000002 vagy 100000002, ez pazarlás, ráadásul a számolást nehéz automatizálni. Kettes komplemens: Minden bitet az ellenkezőjére kell fordítani (egyes komplemens), majd hozzá kell adni egyet: 010110112  101001002  10100101=-9110 Előnye, hogy a 0-át csak egyszer tároljuk (00000000), valamint, hogy a kivonás egyszerűvé válik: vesszük a kivonandó szám kettes komplemensét, és ezt adjuk hozzá ahhoz a számhoz, amiből eredetileg kivontuk volna. Az ábrázolható számtartomány egy bájton így –128-127-ig (bár ezt nem használják), illetve 2 bájton –32768-32767-ig. Nézzünk egy példát a kivonásra: 155 10011011 – 72 7210=010010002  -7210=101110002 + 10111000 83

1 01010011

A legfelső helyiértéken keletkező egyest el kell tűntetni (túlcsordulás történik). Lebegőpontos ábrázolási mód: Az eddig tárgyalt ábrázolási módok csak egész számok ábrázolására alkalmasak, valamint igen behatárolt az ábrázolt számok nagysága. A törtek ábrázolása bonyolítja a számábrázolást. Egy tízes számrendszerbeli tört tizedes alakja két részre bontható: egészrész és tizedesrész; a kettőt a magyar szabályok szerint tizedesvessző (angolszász írásmódban tizedespont) választja el. Az egészrész felírási módja megegyezik az egész számok helyiértékes ábrázolásával. A törtrész a 10 negatív egészkitevőinek jobbra csökkenő helyiértékéből épül fel. Nézzünk egy példát! A 231,452 törtszám az említett módon felírva: 2*102+3*101+1*100+4*10-1+5*10-2+2*10-3 = 2*102+3*101+1*100+4* 1 +5* 1 10

100

+2*

1 1000

Továbbiakban a számok normál alakját használjuk: 22,703125=0,22703125*102 vagy 0,0894375=0,894375*10-1 Használjuk a normál alakot kettes számrendszerbeli számra (bár itt a példában tizedesvesszővel választjuk el az egészrészt a törtrésztől a szemléletesség miatt, de a kettes számrendszerben kettedes pont van!): 10110,1011012=0,10110101101*2101 vagy 0,000101101=0,101101*2-11 A bináris pontot addig toljuk, míg az első értékes (1) helyiértékjegy elé nem ér. A számrendszer alapszáma rögzített, így azt nem szükséges tárolni, az így tárolt számot két részre oszthatjuk: mantisszára (számalak) és karakteriszikára (kitevő). Az első szám esetében az eltolás balra történt így a karakterisztika első jegye 0 lesz, míg a második szám esetében jobbra toltuk a számjegyeket, így az első jegy 1 lesz (előjeles karakterisztika): 101101011010101, illetve 101101111 - 6-

mantissza karakterisztika mantissza karakterisztika Látszik, hogy mind a mantisszában, mind a karakterisztikában az előjel nélküli legmagasabb helyiértékű jegy egyes, így ez el is hagyható, ezzel csökkenthető a (tárolandó) jegyek száma (Természetesen számolásnál ezeket használni kell!): 0110101101001 illetve 0110111. Binárisan kódolt decimális szám (BCD) Ez azt jelenti, hogy a számoláshoz a tízes számrendszert használják, de a számjegyeket binárisan kódolják. Az utolsó fél bájtot használják az előjel tárolására. Ha páratlan a félbájtok száma, akkor az utolsó bájt felső fele nem játszi szerepet a számábrázolásban. Pl.: 3 4 5 1 9 2 = 001101000101000110010010 1100 0100 0101 0001 1001 0010 A BCD kódolt számokkal is lehet műveleteket végezni, azonban ez kevésbé hatékony, mint a többi ábrázolás esetén. Jelentőségük a sok számjegyű számok ábrázolásában van, mivel itt „tetszőleges” bájt felhasználható egy számhoz.

KARAKTER, BETŰ ÁBRÁZOLÁSA Nemcsak számok ábrázolását lehet megoldani, hanem az egy bájt 256 különböző értékéhez egyéb jeleket is lehet rendelni. Több lehetőség is ismert, PC környezetben az amerikai szabványos kódrendszer használatos (ASCII kód). A kódrendszert az amerikai DEC (Digital Equipment Corporation) használta. Kezdetben 7 bitet használtak a jelek ábrázolására, mivel hagyományosan csak betűkre, számokra és vezérlő karakterekre – ún. escape szekvenciákra – és esetleg kezdetleges grafikus jelekre volt szükség; ezek bőven elfértek 7 biten (számuk kevesebb volt mint 128). Később a szebb ábrázolás miatt további jelekre, illetve egyes nemzeti karakterek használatának megjelenése miatt kibővítették 8 bitesre a kódrendszert (256 jel). A kódrendszer csoportjai:  Vezérlőkarakterek  Írásjelek  Számjegyek növekvő sorrendben  Angol ABC nagybetűi  Angol ABC kisbetűi  Néhány ékezetes karakter  Grafikus jelek Hibája ennek az amerikai karaktertáblának, hogy nincs felkészítve a nemzeti betűkészletre, ezért alkották meg a különböző nemzeti karakterkészleteket tartalmazó kódtáblázatokat. A magyar betűk a Latin II.-be lettek beépítve, melynek jele: 852 kódtábla. A két kódtábla első 128 karaktere pontosan megegyezik, eltérés csak a felső 128 kód megjelenítésében van. Míg az ASCII kódtábla 1 byte-on, addig a UNICODE 2 byet-on tárolja a karaktereket. Az első 127 karakter megegyezik az ASCII karakterekkel, és utána az összes karakter fel van sorolva (nem kellenek külön kódtáblák): európai, arab, ciril… stb.

ÍTÉLETKALKULUS, BOOLE ALGEBRA A hétköznapi beszédben vannak olyan kijelentések, mondatok, amelyek tartalmukat tekintve igazak vagy hamisak lehetnek. Fontos, hogy ezen állítások minden pillanatban az igaz vagy hamis értékek közül az egyik értékkel rendelkezzen, és csak az egyikkel. Ezen tulajdonságokkal rendelkező állításokat ítéletnek nevezzük. Az ítéletek tartalma bizonyos „szavak” segítségével módosíthatóak, valamint összekapcsolásukkal újabb ítéleteket hozhatunk létre. Ezek alapján dolgozta ki George Boole (1815-1864) és Augustus de Morgan 1847-től kezdve az úgynevezett formális logikát (a Boole-algebrát). Ekkor már régóta használták a bináris kapcsolásokat órák, automaták vezérlésére. - 7-

Mivel a bináris rendszer két éréket használ (0,1), így egy ítélet hamis értékét 0-val, igaz értékét 1 gyel jelöljük. -

Negáció (not) Vegyük a következő ítéletet: „Ez a gép nagyon lassú.” Ha az adott gép tényleg lassú, akkor az ítélet értéke igaz lesz. Ha viszont a „nem” szóval kibővítjük a mondatunkat, akkor az értéke hamis lesz. Hiszen ha azt állítjuk, hogy „Ez a gép nem lassú.” És mégis az, akkor hamis az állításunk. A negáció tehát az a logikai művelet, amely egy ítélet logikai értékét az ellenkezőjére változtatja. A negáció jele: not. A 1 0

not

not A 0 1

Konjunkció (and) Kapcsoljunk össze két ítéletet az és szóval: „Ez a gép lassú és állandóan lefagy.” Ez az állítás csak akkor lesz igaz, ha az adott gép lassú és állandóan le is fagy, vagyis ha mindkét állítás egyszerre igaz. A konjunkció két ítélet között olyan logikai művelet, amely akkor, és csak akkor igaz, ha mindkét állítás igaz. A konjunkció jele: and. A 1 1 0 0

x

B 1 0 1 0

A and B 1 0 0 0

Diszjunkció (or) Kapcsoljuk össze az előző két ítéletet a vagy szóval: Ez a gép lassú vagy állandóan lefagy. Ez az állítás igaz lesz, ha a gép lassú, és nem fagy le állandóan, és akkor is, ha állandóan lefagy és nem lassú. A diszjunkció értéke igaz, ha legalább az egyik állítás értéke igaz. A diszjunkció jele: or.

A 1 1 0 0

x

B 1 0 1 0

A or B 1 1 1 0

A három művelet közötti összefüggést mutatja az ún. De-Morgan szabály: not (A and B) = (not A) or (not B), vagy a másik: not (A or B) = (not A) and (not B) Kizáró vagy (xor) Származtatott művelet, azaz az eddigiekből levezethető. Nagy jelentőségű, mert hardver úton viszonylag egyszerűség megvalósítható. A kizáró vagy értéke igaz lesz, ha a két állítás közül pontosan egy igaz értékű. A kizáró vagy jele: xor. A kizáró vagy műveletet az eddigiekből a következőképpen kapjuk: A xor B = (not A and B) or (A and not B). x

- 8-

A 1 1 0 0

B 1 0 1 0

A xor B 0 1 1 0

Implikáció (imp) Nézzük a következő állítást: „Ha a floppy 1440 Kbájt kapacitású, akkor a gépemen nem tudom használni.” Ha mindkét állítás igaz, akkor az implikáció értéke is igaz. Ha a floppy 1440 Kbájtos, és mégis azt állítom, hogy tudom használni a gépemen, akkor nyilván nem mondok igazat, azaz az állítás hamis lesz. És mi van akkor, ha a floppy nem 1440 Kbájtos? Ekkor akár tudom használni, akár nem, az állítás igaz lesz, mivel erre vonatkozóan nem tettünk kijelentés. Tehát A implikálja B csak akkor hamis, ha A igaz és B hamis. Az implikáció jele: imp. A 1 1 0 0

B 1 0 1 0

A imp B 1 0 1 1

A digitális számítógépek alap logikai áramkörei az előbb definiált műveleteket valósítják meg, és ilyen logikai áramkörökből építik fel a processzort, tehát, a Boole-algebra a mai számítógépekkel végzett műveletek alapja. Nagy jelentősége van a programozásban és az adatbázis kezelésben. A logikai kijelentések ábrázolásához és kiszámításához használható mechanikai kapcsolásokat először William Jevons (1835-1882) alkalmazta.

A SZÁMÍTÁSTECHNIKA TÖRTÉNETE Kezdetek:  



Az ősember még az ujjával számolt. (ujj latinul: digitus, ebből származik az angol számjegy szó (digit)) 3-4 ezer éve (i. e. 2000) jelent meg az abakusz nevű számolóeszköz. Kezdetben úgy nézett ki, hogy kis kövecskéket helyeztek vágatokba. (kövecskék latinul: calculus, ebből származik a mai kalkulátor szó). Nagy előnye volt az abakusznak, hogy gyorsan elvégezhető volt vele a 4 alapművelet. Csillagászati és gazdasági számításokra fejlesztettek számolótáblákat a babilóniaiak.

Mechanikus számológépek: 

 



1623-ban Wilhelm Shickard elkészítette számológépét, amely egymáshoz illeszkedő tíz- és egyfogú fogaskerekekből állt. Az összeadást és kivonást teljesen, a szorzást és osztást csak részben sikerült automatizálnia Shickardnak. 1642-1644 Blaise Pascal elkészíti számológépét, az aritmométert. Ez a gép csak összeadni és kivonni tudott. Összesen 7 darab készült belőle, amik még ma is működnek. 1671-ben Gottfried Wilhelm Leibnitz továbbfejlesztette Pascal gépét, és elkészült első számológép, ami mind a 4 alapműveletet automatizálva el tudta végezni. Leibnitz volt az első, aki felvetette a kettes számrendszer használatát ezeknél a gépeknél. Charles Babbage hajók navigációs táblázatain dolgozott, amikor rájött, hogy ezeket a számításokat géppel is el lehetne végezni. Ezért 1822-ben nekikezdett differenciagépének (Differential Engine), amely 32 jegyű számokkal dolgozott volna, de soha nem készült el, mert Babbage közben egy másik gépen kezdett el dolgozni. Ez a másik gép volt az analitikus gép (Analytical Engine), amely egy általános célú számológép lett volna. 50 helyiértékű számokat - 9-



tudott volna kezelni, de nem készült el, mert Babbage közben meghalt. Alapötletét Joseph Marie Jacquard (1810) szövőszéke adta, amely lyuk/nem lyuk formában tárolta a szövési mintát. Ada Byron írt erre az el nem készült – analitikus gépre programokat (később róla nevezték el az Ada programozási nyelvet). 1880/1890-es népszámlálás során Herman Hollerith kifejlesztett egy gépet, amely eleinte lyukakból álló szalaggal, majd lyukkártyával működött, amellyel az adatokat gyorsabban fel tudták dolgozni. Ő volt az első, akik lyukkártyával működő gépet készített. A gép kefékkel olvasta le a lyukkártyákat. Ahol lyuk volt, ott a kefe lesüllyedt, ezzel zárt 1 áramkört, amibe számláló volt beépítve. Ez a számláló számolta, hányszor záródott az áramkör. A sikeren felbuzdulva Hollerith megalapította a Tabulating Machine Company-t (később Computer-Tabulating-Recording Company), melyből 1914-ben lett az IBM.

Elektromechanikus gépek: 





Konrad Zuse készítette le az első, jelfogókkal működő számológépet. 3 gépet készített, az első a Z1 volt, ez még csak mechanikus gép volt. A Z2-be már relés elektromechanikus áramköröket is beépített, és a Z3 volt az első programvezérlésű, kettes számrendszerben dolgozó, elektromechanikus számológép. Zuse a náci Németország idején készítette el gépeit, és ebben az időben a munkásságának nem tulajdonítottak nagy jelentőséget. 1937-ben Howard H. Aiken felvetette, hogy tudományos célú számológépet kellene készíteni (azaz a számológép legyen teljesen automatikus, tudjon pozitív és negatív számokkal dolgozni, műveleti sorrendre is ügyeljen, és bonyolultabb függvényeket is lehessen vele számolni). 1944-ben ezek alapján elkészült a MARK I., majd a MARK II. (1946), később a MARK III. és a MARK IV. 1930-as években Alan Mathison Turing megalkotta a program és a programozható számítógép modelljét. Ez a modellt nevezték Turing-gépnek.

Elektronikus számítógépek: a) Első generáció (kb. 1945-1959): Az első generációs számítógépek legfőbb jellemzője az elektroncsöves áramkörök és relék voltak. Emellett ferritgyűrűs operatív memóriát használtak, lassú perifériákat, lyukkártyákat vagy lyukszalagot alkalmaztak. Ezeknek a gépeknek nagy volt a méretük és a teljesítményigényük, több ezer összeadást végeztek másodpercenként, és gépi kódban programozták őket. Az első számítógép 1943-ban a Colossus volt, de mivel titkos volt, ezért sokáig nem tudtak róla. 1946-ben az ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer) volt hivatalosan az első elektronikus számítógép. 18000 elektroncsövet építettek bele, 1500 jelfogót, 2,5 m magas volt, 40 m hosszú és 30 tonna. Az összeadást és a kivonás 1/5000 sec alatt végezte el, ami 500-szor gyorsabb volt, mint az akkoriban megjelent MARK II. sebessége. A sok elektroncső miatt 2-3 órát működött, és utána 2-3 napig szerelték. 1949-ben megjelent az EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer), amely Neumann János elvei alapján, az ő közreműködésével készült. Ez volt az első, belső programvezérlésű, elektronikus, digitális, univerzális számítógép. b) Második generáció: ( kb. 1959-1964): Kapcsolóelemként megjelent a tranzisztor elektroncső helyett, ami kisebb helyet foglalt, és megbízhatóbban működött. Memóriaként ferritgyűrűs tárat használtak. A háttértáraknál a mágnesszalag helyett megjelent a merev hordozójú mágneslemez. Megjelentek az első magas szintű programnyelv (FORTRAN). Ettől a generációtól számítjuk a miniatürizálás kezdetét, azaz, hogy a számítógépek minél kisebb méretűek legyenek. Ezeknek a gépeknek kisebb volt az energiaigényük, nagyobb volt a műveleti sebességük (100000 összeadás/sec) és a perifériák is gyorsabbak lettek. Ebben az időben jelentek meg az első operációs rendszerek. c) Harmadik generáció: (kb.1964-1974): Feltalálták az integrált áramkört (IC), amit memóriaként használtak/használnak ma is. Ebben az időszakban érték el az 1 millió művelet/sec-os sebességet, ez lett az 1 MHz-es egység. A méretek jelentősen csökkentek. Közvetlen hozzáférésű - 10-

merevlemezes tárat használtak. (Új prognyelvek jelentek meg: Pascal, Basic. Linus Torvalds készített egy operációs rendszert, amely a Linux nevet kapta. Nagy kapacitású és gyors perifériák is ebben az időszakban jelent meg, mint például a sornyomtató vagy a rajzgép. AZ operációs rendszerek már több felhasználót is ki tudtak szolgálni, azaz időosztásos üzemmódban működtek. d) Negyedik generáció: (1975) A mikroprocesszor megjelenése és számítógépbe építése jellemzi ezt a korszakot. 1971-ben elkészül az első mikroprocesszor, az Intel 4004, ami 4 bites volt. 1974.-ben jelent meg az első 8 bites processzor, amely lehetővé tette a számítógépek elterjedését. 1976-ban készült el az első home computer (Apple cég), ami magával hozta a billentyűzet és a monitor megjelenését. 1980.-ban jelent meg az első IBM PC, aminek az volt az érdekessége, hogy ez volt az első gép, ami BIOS-szal rendelkezett. Az Apple cég kifejlesztette a grafikus felhasználói környezetet (GUI Graphics User Interface), ami pedig az egér megjelenését segítette elő. Ezek a gépek már 10 millió művelet/sec-ra is képesek. A személyi számítógépek mellett megjelennek a szuperszámítógépek bonyolult problémák megoldására és nagy adatbázisok kezelésére. A számítógép-hálózatok erőteljes fejlődése és terjedése is jellemző erre a korszakra. Ötötdik generáció (1980): A processzorok integráltsága egyre nő (egyre tönn tranzisztor egy áramköri szilícium lapkán (100 milliós nagyságrendű)). A mesterséges intelligencia-kutatások korszaka. Megjelennek a szakértői rendszerek. 1993.-ban Leon O. Chua, Roska Sándor kidolgozott egy új módszert, a CNN-t (Cellular Neutral Network). Ennek az elvnek a lényege, hogy egy chipen belül több tízezer, hasonlóan működő kis feldolgozóegység együttesen dolgozik, ezzel elérhető akár az 1 trillió művelet/sec-os sebesség (a Neumann-elvű számítógépek sebességének 100szorosa). Első alkalmazása a bionikus szem, amit képfeldolgozásra és alakfelismerésre használnak.

A SZÁMÍTÓGÉP FELÉPÍTÉSE (HARDVER), NEUMANN ELVEK HARDVER ALAPFOGALMAK: – – – – – –

–

–

–

Számítógép: az az elektronikus gép, amely program által vezérelve adatok befogadására, tárolására, visszakeresésére, feldolgozására és az eredmények közlésére alkalmazható. Program: programozók által megírt utasításhalmaz, amely a számítógép működését a kívánt feladat megoldásának megfelelően vezérli. Hardver: A számítógép és részei, mint műszaki és technikai eszköz. Szoftver: A számítógéphez tartozó programok és programjellegű tevékenységek összessége, valamint a kapcsolódó dokumentumok. Cache: Átmeneti tárolóterület az operatív tár (memória) és a processzor között, adatelérési ideje jóvel kisebb, mint az operatív táré. PC (Personal Computer, személyi számítógép): Azokat a számítógépeket, amelyeket azok a felhasználók üzemeltetnek – minden komolyabb szakmai előképzettség nélkül –, akiknek az eredményre van szükségük, valamint a gépek mérete és működési igénye nem haladja meg egy hagyományos elektronikai eszközét, személyi számítógépeknek nevezzük. Címbusz: A címbusz továbbítja az operatív tár és a buszra csatlakozó berendezések címét. A címbusz szélességétől függ, hogy mekkora nagyságú területet tudunk megcímezni. Mivel minden címvezetéken kétféle információ lehet, így a 2 megfelelő hatványa adja a címezhető terület maximumát. Pl.: 20 címvezeték esetén 220=1MB, 24 címvezeték esetén 224=16MB, 32 címvezetéknél pedig 232=4GB címezhető. Adatbusz: Az adatbusz a címbusszal együtt működik. Feladata: az adatok továbbítása a számítógépen belül. Ha a busz 8 bites, az azt jelenti, hogy egyidejűleg 1 bájt továbbítására képes, 16 bites adatbusz esetén az adatokat 16 bites (szavas) egységekben tudjuk továbbítani. Az adatbusz szélessége a számítógép működési sebességének meghatározó része. Vezérlővonal: Szerepe: az adatbuszon és címbuszon elküldött információ irányítása, szinkronizálása. - 11-

–

Belső adatbusz: A processzor és a cache, valamint az operatív tár közötti kommunikációban vesz részt. – Külső adatbusz: A processzor és a bővítőkártyák, valamint a tároló perifériák között továbbítja az adatokat. – Órajel: Az óragenerátor szolgáltatja (alaplapon található), a mikroprocesszor és a perifériák működéséhez szükséges többfázisú órajel. Általában két azonos típusú, azonos gyártótól származó processzor közül az a gyorsabb, amelyik nagyobb órajellel dolgozik. (Mértékegysége: MHz) – Regiszter: A processzor névvel rendelkező belső tárolóelemei, tartalmuk gyorsan elérhető, ideiglenes tárolóterületként használhatóak, részt vesznek a címképzésben és állapotokat tárolhatnak.

NEUMANN-ELVEK, NEUMANN ELVŰ SZÁMÍTÓGÉP FELÉPÍTÉSE Neumann elvek: 1. 2. 3. 4.

A számítógép legyen teljesen elektronikus. Kettes számrendszert használjon. Külön végrehajtó és vezérlő egysége legyen. Az adatok és a programok ugyanabban a belső tárban, a memóriában legyenek. 5. A számítógép univerzális Turing-gép legyen. Az ő nevéhez fűződik a tárolt program elve is: Legyen egy eszköz a számítógépben, amely nem csak a számításban szereplő adatokat és részeredményeket tárolja a gép működése alatt, hanem a végrehajtási utasítást is (belső programvezérlés). A számítógép felépítése Neumann János szerint: A számítógépben legyen egy tár (memória), legyen központi egység (processzor) és legyenek be/kimeneti eszközök (perifériák). Processzor  vezérli és működteti a gépet Operatív tár (memória)  feldolgozás ideje alatt tárol adatokat Perifériák (Input/Output egységek)  biztosítja a külvilággal történő kommunikációt. A számítógép blokk ábrája:

V: vezérlőbusz – Irányítja és szinkronizálja az adatbuszon és címbuszon elküldött információkat. A: adatbusz – Adatokat továbbít a számítógépen belül, a címbusszal együtt működik. C: címbusz – A címbusz továbbítja a memória és a buszra csatlakozó berendezések címét. - 12-

SZÁMÍTÓGÉP FELÉPÍTÉSE A normális működéshez szükség van az alapgépre (központi egység), valamint legalább egy billentyűzetet és egy monitort is kell csatlakoztatni az alapgéphez. Az alapgépből, billentyűzetből és monitorból álló konfigurációt alapkonfigurációnak nevezzük. A konfiguráció szűkebb értelemben a számítógép, a hozzá tartozó perifériákkal együtt. Bővebb értelemben ide tartoznak a számítógép célirányú működéséhez elengedhetetlenül szükséges programok is.

Az alapgép és részei Alapgép (Központi egység): Az alapgép moduláris szerkezetű, azaz a gépet alkotó elektronikus áramkörök nincsenek megbontatlanul egybeépítve. Mindegyik részmodul 1-1 külön feladatot lát el, ezek megfelelő egymáshoz csatlakozása alkotja a működőképes számítógépet. Előnye: könnyen javítható – csak ki kell cserélni az elromlott alkatrészt bővíthető egyedi konfigurációk állíthatóak össze Alakját tekintve lehet fekvő, vagy álló, az álló házat toronynak is nevezik. Típusát tekintve kétféle alapgép létezik, az AT-s, illetve az ATX-es. A kettő közötti különbség az, hogy az ATX-es alapgép képes a számítógép programból történő kikapcsolására. Napjainkban már csak ilyen alapgépek kaphatóak. (Ez azt jelenti, hogy az ATX-es gép kikapcsol „magától”, míg az AT-s gépnél mindenképpen meg kell nyomni a power gombot a kikapcsoláshoz.) Alapgép részei:  Tápegység  Háttértárolók  Alaplap  Processzor  Memória  Vezérlőkártyák Alaplap Az alaplaptól függ, hogy milyen processzort, memóriát és vezérlőkártyákat használhatunk. A következők találhatóak meg rajta:  Processzor foglalat  Memória foglalat  Órajel generátor  Alaplap működéséért felelős chipkészlet (chipset)  Buszrendszer  CMOS RAM: (hibátlan működéshez be kell állítani alaplap egyes jellemzőit)  Akkumulátor: (feladata a gép kikapcsolása után is megőrizni a CMOS RAM tartalmát. (elem))  Bővítőkártya helyek  Periféria csatlakozók Bővítőkártya helyek Előfordulhat, hogy az alaplapra épített és annak részét képező (integrált) funkciók (videókártya, hangkártya, modem, hálókártya) valamelyike nem található, vagy nem kielégítő a minősége. Ebben az esetben különálló bővítőkártyára van szükség, melyet az alaplapon kiépített csatlakozókba lehet elhelyezni. PCI csatlakozóhelyet találunk „általános használatra” és AGP csatlakozóhelyet a videókártyához. A PCI továbbfejlesztett verziója, a PCI-Express, ahol az adatátvitel már nagy sebességű soros kapcsolaton keresztül valósul meg. A PCI-nál az eszközök osztoznak a sínen, a PCIExpressnél már egy switch-en keresztül érik el a sínt (így olyan, mintha minden eszköznek külön sínje lenne). Periféria csatlakozók a.) számítógépen belül elhelyezkedő eszközök csatlakozásának biztosítására (merevlemez vezérlő csatlakozó (IDE), floppyvezérlő csatlakozó, hűtőventillátor csatlakozó). - 13-

b.) számítógépen kívül elhelyezkedő eszközök csatlakozásának biztosítására (monitor, hangkártya, modem, valamint soros, párhuzamos, PS/2, USB portok csatlakozói).

PROCESSZOR CPU (Central Processing Unit – Központi folyamatvezérlő egység): olyan nagy bonyolultságú félvezető eszköz, amely digitális számítógép vezérlését végzi: - dekódolja és végrehajtja az utasításokat - vezérli a műveletek elvégzéséhez szükséges belső adatforgalmat és a csatlakozó perifériális berendezések tevékenységét. Szerkezete: adatok be

1.

3.

Mem. *

Akkumulátor R E G I S Z T E R E K

2.

adatok ki * gyorsító tárak (L1, L2 esetleg L3)

ALU

CU

Csak olyan adatokat tud használni, amit a memóriában megtalál. A memóriarekeszekben található adatokat úgy éri el, hogy ezek a rekeszek címezve vannak. Lépései: Memóriából az adat bekerül az akkumulátorba (speciális regiszter), majd végrehajtódik a művelet, az eredmény ismét az akkumulátorba kerül, majd a memóriában tárolódik az új adat. Az elérési ill. hozzáférési idő a 3 művelet végrehajtódásának idejét jelenti. Főbb regiszterek:  Utasításregiszter (IR)  Utasításszámláló regiszter (PC)  Memória címregiszter (MAR)  Memória adatregiszter (MDR) Részei:  ALU (Aritmetical Logical Unit – Aritmetikai logikai egység): A processzor műveletvégző egysége. Aritmetikai műveletek: összeadás, szorzás, osztás, hatványozás… stb. Logikai műveletek: Boole-algebra műveletei (not, and, or, xor, imp), komplemensképzés, byteképzés… stb.  CU (Control Unit – Vezérlő egység): Értelmezi az utasításokat és végrehajtásuk céljából összehangoltan vezérli a számítógép többi egységét úgy, hogy az események a programnak megfelelő helyes sorrendben és időben következzenek be. Biztosítja, hogy a megfelelő adatok a megfelelő helyen és időben rendelkezésre álljanak. Csoportosításuk:  CISC processzorok: teljes utasításúak, ilyenek voltak az első processzorok  RISC processzorok: szűkítettek, azaz 200 körüli utasítást ismernek, ezekből bármilyen más művelet elvégezhető. - 14-

A memóriában az adatot a processzor címzéssel éri el. Kétféle címzés létezik, az abszolút címzés, amikor pontosan azt a rekeszt címezzük meg, amire szükség van, és a relatív címzés, amikor azt mondjuk meg, hogy a keresett rekesz egy adott rekeszhez képest hol található meg. Veremcímzés: A verem LIFO rendszerű (Last In First Out), tehát amit utoljára beleraktunk, azt tudjuk kiszedni legelőször: C3 C3 F1

F1 AC ? ?

AC ?

? ?

? ?

A verem korlátos méretű, tehát ha új elemet akarunk tenni egy már teli verembe, akkor nem teszi be az adatot, csak helyfelszabadítás után. Pl.: memória verem. Két művelet végezhető vermeknél, a PUSH, ez az adatok bevitelére, és a POP, az adatok kivitelére. Létezik úgynevezett kaszkádolt verem is, amibe mindig lehet elemet tenni, de ekkor az első adat elveszik (amit legelsőnek tettünk a verembe) Ami a számítógép sebességét meghatározza:  Processzor órajele  MHz-ben megadja a sebességet  Processzor cache memóriája  minél nagyobb a processzor cache tára, annál gyorsabban tud dolgozni  Buszrendszer szélessége  minél több vezetékből áll, annál gyorsabban haladnak az adatok

MEMÓRIA A memória a számítógépben feldolgozott adatok tárolására szolgál. Ajánlott méterét az alkalmazott programok határozzák meg. Kétféle típusa van: 1. ROM (Read Only Memory): csak olvasható memória, adattartalma nem módosítható, tartalma a számítógép kikapcsolása után is megmarad. A gyárilag beírt információkat tartalmazza, nem változó programok és adatok biztonságos tárolására fejlesztették ki. Speciális változatai:  PROM: egyszer írható (programozható) ROM.  EPROM: Törölhető (Erasable) PROM, amely erre a célra készült egységgel írható, a felhasználó számára csak olvasható. Az írás előtt tartalmát UV fénnyel kell törölni, majd ezután nagy íróárammal történhet az adattárolás. Mivel a nappali fény is tartalmaz UV sugarakat, így az integrált áramkör (IC) tetején elhelyezkedő törlőablakot fekete vagy fényvisszaverő réteggel le kell ragasztani a véletlen törlődés megakadályozására.  EEPROM: elektronikusan írható/olvasható memória.  FLASH-ROM: elektronikus úton törölhető. Hátránya: lassan írható. Leggyakrabban az adatgyűjtő rendszerekben használják.

- 15-

2. RAM (Random Access Memory): véletlen elérésű tár, a memória nagy része, írható és olvasható, a gép kikapcsolásakor elvész a tartalma. Fajtái:  DRAM: dinamikus RAM, kis méretű, viszonylag lassú (60-80 nsec) adatelérésű tároló eszköz. Operatív memóriaként is használják.  EDO RAM: Extended Data Output RAM, kisebb elérési idejű, a DRAM továbbfejlesztése.  SDRAM: Syncrones DRAM: alaplap órajelével képes működni, ezáltal gyorsabb adatelérést biztosít.  DDRRAM: (Double Data Rate RAM), az SDRAM-hoz képest dupla sebességű.  SRAM: statikus RAM, kisebb kapacitású, de gyorsabb adatelérésű (5-30 nsec) tárolóeszköz. Tipikus felhasználási területe a cache memória. Operatív memóriaként magas ára miatt nem használják.  SGRAM: videókártyákban alkalmazzák, elérési ideje 10-35 nsec.  CMOS RAM: Az alaplapon található speciális memória, amely számítógépünk legfontosabb beállításait tartalmazza. Tartalmát a gép kikapcsolásakor nem veszíti el, erről az alaplapon található kisméretű akkumulátor (elem) gondoskodik.

INTERFACE-EK Interface: Két funkcionális egység összekapcsolhatóságát és együttműködését biztosító eljárások összessége. Ezen eljárások kiterjednek a fizikai, mechanikai jellemzőkre, a definiált jelekre, azok elektromos jellemzőire, jel frekvenciájára, valamint szoftvereknél a definiált műveletek megvalósítására. Pl.: USB, PS/2, soros port (RS-232), párhuzamos port. Az interface két rendszer közötti felületnek a része, amelyen keresztül az adatok átvitele az igényelt illesztés biztosításával történik. Vagyis az interface rendszer kábelek, csatlakozók, vevőáramkörök és jelvezetőkre vonatkozó előírások. Időzítési és vezérlési események olyan készlete, mely biztosítja az egyes rendszerekben a technikai eszközök információcseréjét. Port: Számítógépek olyan interface-e, amely perifériális eszközökkel tart kapcsolatot. Ez biztosítja a szabványos csatlakozást a CPU és a perifériális eszközök között. Alaplapon található portok és egyéb csatlakozók: A régebben gyártott alaplapokon nem volt csatlakozóhelyünk AT-bus csatlakozással rendelkező eszközeink számára, külön vezérlőkártyára volt szükség, hogy merevlemezt tudjunk használni. A CD meghajtók is külön (gyártónként különböző) kártyáról vagy éppen a hangkártya erre a célra speciálisan kiépített csatlakozója segítségével üzemeltek. Az egér csatlakoztatásához is külön vezérlőkártya kellett. Napjainkban a kereskedelmi forgalomban lévő alaplapokon minimálisan a következő csatlakozóhelyek találhatóak:  IDE1 és IDE2: két darab AT-bus csatlakozóhely, maximum két-két IDE illesztésű eszköz számára (merevlemez, CD író/olvasó, DVD író/olvasó).  Párhuzamos interface: olyan csatlakozóhely, amelyen az adatbitek egyidőben, egymás mellett haladnak. Leggyakoribb felhasználása: nyomtatóknál, vagy számítógépek ideiglenes kapcsolatának kiépítése (link) során. Előnye: gyors adatátvitel. Hátránya: az interface kábel hossza maximum 5-10 méter lehet.  Soros interface: olyan csatlakozóhely, amelyen keresztül az adat bitjei sorban egymás után haladnak. Faxmodemek csatlakoztatására használják leggyakrabban. Lassabb az adatátvitel, mint a párhuzamos interface-nél, de 100 méteren belül biztonságos kapcsolatot biztosít.  PS/2: olyan csatlakozóhely, amely megfelel az IBM PS/2 típusú személyi számítógépein szabványosított eszközöknek. (egér, billentyűzet).  SCSI: Small Computer System Interface szabványnak megfelelő eszközök csatlakoztathatóak rá, vezérlőkártya nélkül. Előnye a csatlakoztatható eszközök száma (maximum 7 darab).  Ethernet inteface: Ethernet típusú (napjaink legelterjedtebb lokális hálózata) hálózatokhoz biztosítja a hardver csatlakozást. - 16-

Adatátvitel típusai: A számítógép és a perifériák között az adatátvitel három módon oldható meg:  programozott adatátvitellel  megszakítással  közvetlen memória-hozzáféréssel. Programozott adatátvitel: Az összes adatátvitellel kapcsolatos műveletet egy program vezérli. Lépései:  a periféria állapotát leíró adatok kiolvasása és vizsgálata  adatküldés a számítógépből a perifériához vagy adatátvétel a perifériától Az első lépéshez tartozik egy állapotregiszter, amely folyamatosan figyeli, hogy foglalt-e az adott periféria vagy nem. A második lépéshez tartozik egy adatregiszter (puffer). Ezen módszer felhasználása akkor lehetséges (ideális), ha 1 perifériát ritkán vagy rövid ideig használunk. (Program)megszakításos adatátvitel: A programmegszakításos adatátvitelnél van egy megszakításvezérlő, ami egy olyan elektronikai egység, amely lehetővé teszi az I/O egységek számára, hogy I/O átviteli igényüket jelezzék a processzornak, ez pedig képes megszakítani a futó programot és ezt követően kiszolgálni az I/O eszközt. Megszakítás okai:  A jelenleg futó program folytatása valamilyen akadály miatt nem lehetséges, az akadály elhárításához szoftver beavatkozás szükséges (Pl.: 0-val való osztás).  A számítógépet kezelő ember közölni akar valamit a rendszerrel (Pl.: ctrl+break). Megszakítás kiszolgálása:  Meg kell állítani a jelenleg futó programot.  Tárolni kell a jelenleg futó programra vonatkozó adatokat, melyet az újbóli futáshoz meg kell őrizni. Pl.: állapot regiszter tartalma, adatregiszter tartalma  El kell indítani a megszakítás kiszolgáló rutint, amely elvégez pl. egy I/O adatátvitelt.  Be kell fejezni a megszakítást.  Vissza kell állítani az eredeti program futásának állapotait. (Ezután fut tovább az eredeti program.) Megszakítás típusai:  Belső megszakítások: a processzor hozza létre sajátos feltételek vagy hibák előfordulásakor (pl.: áramkimaradás vagy elromlik valamilyen egység).  Külső megszakítások: I/O egységek generálják (pl.: Esc billentyű lenyomása, bazárás (X) ikon).  Szoftver által generált, szimulált megszakítás: felhasználó végzi valamilyen szoftverrel. Adatátvitel közvetlen memória-hozzáféréssel (DMA – Direct Memory Access) A DMA vezérlő egy leegyszerűsített CPU-hoz hasonló hardver, amely közvetlenül irányítja a memóriát. Ez egy olyan eszköz, aminek nincs szüksége processzorra. DMA adatátvitel eljárás típusai (egyszerre csak egy eljárás):  CPU leállítási eljárás: A DMA kérésére a CPU leáll és lekapcsolódik a buszról, míg a DMA adatátvitelt tart. Hátránya: lassítja a CPU működését. Előnye: periféria gyorsabb.  Memória időszelet eljárás: A memóriát szakaszokra bontják és ezt időben elosztják (felváltva használják) a CPU és a DMA egymás között. A memória ciklust 2 részre bontja, az egyik a CPU-é, másik a DMA-é. Ez a módszer nagy CPU lebontású és nagy DMA adatátvitelt eredményez. Hátránya: megvalósítása nagy sebességű, drága memóriát igényel.  Ciklus lopásos eljárás: Az egyik időszelet a processzoré, másik a DMA-é, de ha a DMA nem igényli az időszeletét, akkor a processzor elveszi azt. A CPU és a DMA vezérlő átlapolva használja a buszt, ha a CPU-nak és a DMA-nak azonos időszeletben lenne szüksége a memóriára, akkor a DMA-nak van prioritása, és a CPU addig vár, amíg a DMA ciklusa be nem fejeződik. - 17-

A DMA regiszterei:  Számláló regiszter: amely az átvitt memóriarekeszeket számolja.  Címregiszter: amely memóriarekesz címeket tárol.  Állapotregiszter: amely az adatáramlás irányát határozza meg, vagyis a DMA üzemmódját. Külső adatátvitel/külső buszrendszerek: A számítógépben sínrendszer kapcsolja össze a CPU-t az interface-n keresztül a perifériákkal. A külső buszrendszer logikailag 3 részből áll:  adatsínből: 32 vagy 64 bit adatátvitel  címsínből: 32 bit átvitelére képes  vezérlősínből: a számítógép részegységei közötti vezérlőadatok átvitelét biztosítja. Ilyen lehet: az I/O eszközvezérlő jelei, DMA eszközvezérlő jelei, megszakítás eszközvezérlő jelei és a sín jelei. Soros adatátvitel: Az adatok egy sorban, egymás után haladnak, tehát a perifériai interface és a periféria között az adatokat sorban egymás után visszük át. Párhuzamos adatátvitel: A periféria interface és a periféria között az adatokat bitcsoportonként egyszerre visszük át. Adatátvitel módjai:  szimplex: az adatok csak egy irányban mozognak (pl.: óra). A vezérlő folyamatosan küldi az adatokat a kijelzőnek és az feldolgozza.  duplex: Két irányú adatátvitelt tesz lehetővé, viszont egy időben csak egy irányban mehet az adat. (Pl.: RS-485)  fullduplex: Két irányú adatátvitelt tesz lehetővé, és ezek egy időben is történhetnek (pl.: RS232) Buszrendszer A számítógép belső vezérlő áramköreit a busz köti össze. A busz az alaplapon lévő közösen használt vezetékrendszer, melyre rácsatlakoznak a gép vezérlő, irányító egységei. Adatokat, címeket és vezérlőinformációkat továbbít. Részei: tápvonalak, vezérlővonal, címbusz, adatbusz. Feltalálása megkönnyítette a bővíthetőséget, mivel a teljes adatforgalom a buszrendszeren keresztül bonyolódik, és az új hardverelemet tartalmazó bővítőkártyát csak csatlakoztatni kell, nincs szükség a gép újravezetékezésére. Az IBM PC számítógépek fejlődésével együtt fejlődött a buszrendszer is:  AT (ISA) bus: Az első buszrendszer továbbfejlesztett változata, 16 bites. Lassú (8 MHz órajel), sokszor visszafogja a számítógép futását. Elméleti adatátvitele: 5MB/sec. Az új alaplapokon már nem található ilyen típusú csatlakozó.  VESA Local Bus: Olyan 32 bites buszrendszer, amely a belső busz meghosszabbításának tekinthető. Elméleti adatátviteli sebessége 64 MB/sec. Hátránya, hogy nem lehet gyorsabb, mint az alaplap órajele. Igen sok szinkronizálási gond adódott akkor, ha egyidejűleg több, VESA Local buszra csatlakozó bővítőkártya (pl. 40-50 MHz órajellel) volt a számítógépben. A végeredmény sajnos az lett, hogy ha egy VESA Local buszra helyezett eszközre várni kellett, az az egész rendszer teljesítményét visszafogta. A Pentium számítógépekben nem használható, ezért a 486-os számítógépek „kihalásával” szintén eltűnt.  PCI bus: Az Intel által kifejlesztett 32-64 bites buszrendszer. Független a processzor működési sebességétől, így pontosabb az adatok szinkronizálása. A vezetékek csökkentésének számát úgy érték el, hogy egymás után ugyanazon a vezetéken küldik az adatokat és a címeket. Átviteli sebesség a brust üzemmóddal 132 MB/sec (ez az elméleti maximum), aminek lényege, hogy a szekvenciális (egymás utáni) adatokat nem csomagokban viszik át.  USB, Universal Serial Bus: az adatokat nem párhuzamosan, hanem sorosan viszi át, így kevesebb kábel kell az adatáramláshoz, de célszerű árnyékolni, azaz védeni a környezeti hatásoktól. Az átviteli határ 12 millió bit lehet másodpercenként. Legnagyobb előnye: Hot-Swap, azaz, hogy a hardver eszköz csatlakoztatását, leválasztását kikapcsolás nélkül is elvégezhetjük.

- 18-



AGP, Accelerated Graphics Port: az adatátvitel 1 részére specializálódott, mégpedig a grafikus megjelenítésére. Az AGP-vel rendelkező alaplapok és grafikus kártyák az előtérbe törtek. Ez valószínű azért van, mert átvitele többszöröse a PCI-nek. (Napjainkban az alaplapokon általában 1 AGP, és több (általában 3 darab) PCI busz található.)

PERIFÉRIÁK A perifériák a következőképpen csoportosíthatóak: Perifériák Bemeneti perifériák: Kimeneti perifériák Billentyűzet Monitor Egér Nyomtató Scanner Hangszóró Videókamera Mikrofon Digitális fényképezőgép Joystick/Game-pad/Kormány Mágneskártya-leolvasó Vonalkód leolvasó MIDI billentyűzet

Be-/kimeneti perifériák Merevlemez Hajlékonylemez Optikai Lemezek Pen-Drive

BEMENETI PERIFÉRIÁK Billentyűzet Ez a legjelentősebb bemeneti periféria, alkalmas karakter (betű, jel, szöveg, számjegy) típusú információk számítógépbe történő beírására. Típusait egyrészt a rajta elhelyezett billentyűk száma (84, 101, 102, 105 „gombos”), és elhelyezése szerint különböztetjük meg. Felépítése: Alfenaumerikus billentyűzetrész (betűk, számok, speciális jelek, fontosabb vezérlőbillentyűk) Funkcióbillentyűk (programok által definiált gyorsan elérhető feladatok elvégzése, F1-F12) Kurzorvezérlő billentyűk (képernyőn, adatmezőknél és szövegszerkesztésnél hasznos) Numerikus billentyűzetrész (számjellegű adatok rögzítésére) Vezérlőbillentyűk (elszórtan a billentyűzeten) funkcióbillentyűk Alfanumerikus billentyűk

Numerikus billentyűk

Vezérlőbillentyűk (az alfanumerikus és numerikus billentyűzetrészen is találhatóak) Kurzorvezérlő billentyűk

A billentyűk elhelyezése, elrendezése függ attól, hogy milyen kódkészlet (nyelv) bevitelére alkalmas billentyűzetről van szó. Pozícionáló eszközök (egér) A második leggyakoribb bemeneti eszköz az egér. Főként grafikus alkalmazások esetén használatos, de vannak rendszerek, melyek hagyományos (szöveges) képernyőn is engedélyezik a használatát. Ez egy kézi eszköz, melynek megadott területen való mozgása a képernyőn lévő nyíl (kurzor) aktuális pozícióját a mozgásnak megfelelően változtatja. Nagyon hasznos, ha a képernyőn sok funkció közül kell választani.

- 19-

Működési elve alapján két csoportba osztható: 1. opto-mechanikus: Az egér alsó részén egy gumírozott golyó érintkezve az asztal lapjával, vagy az egéralátéttel (mouse pad), két tengelyt hoz mozgásba, melyek ezt elektromos impulzusokká alakítják át. Fénykibocsátó LED

Érzékelő („fotocella”)

Golyó: - nehézfém ötvözet (ólom)

- gumírozott (tapadás)

Lyukak Tárcsa

Rugós feszítőgörgő

Az opto-mechanikus egér működése részletesen: a golyó mozgását fénnyé „alakítja” a fénykibocsátó LED. A tárcsa forgása közben a rajta lévő lyukak miatt a fény szaggatottá válik. Ez a „szaggatott” fényt jut a gépbe, elektromos impulzussá alakítva. A számítógépben ezeket az impulzusokat az egér driver átalakítja, azaz ebből derül ki, hogy az egér melyik irányba, és mennyit mozogjon. 2. optikai: Az egér alján lámpa (LED) és érzékelő helyezkedik el. A régebbi típusok csak speciális alátéten működtek, az új típusokhoz minta nélküli alátét javasolt. Az egér igen nagy múlttal rendelkezik, és komoly fejlődéstörténete van: PC-Mouse: Az eredetileg kifejlesztett PC kompatíbilis egér, 3 gombja van. Ms-Mouse: A Microsoft által meghatározott egér. Lényege: két nyomógombbal is kezelhető az összes kívánt egérfunkció. Az újabb egerek két gombosak, vagy átkapcsolhatóak két gombos üzemmódra. Scroll: Az újabb egereken található görgő, melynek segítségével könnyebbé válik a pozícionálás a szövegszerkesztő, táblázatkezelő programokban, valamint a WEB böngésző programok során. Trackball: Olyan mechanikus egér, melyen a pozícionáló gömb méretét kissé megnövelve, az egér felső részén helyezték el. Előnye, hogy nincs szükség helyre az egér pozícionálásához. Notebook gépekben a házba építve volt megtalálható. Touch-Pad: Érintő lapka, általában hordozható számítógépeken a billentyűzet előtt található kb. 5*5 cm-es lapka, melyen ujjunkat húzva pozícionálhatjuk az egérkurzort. A kattintáshoz kétszer rá kell koppintani a lapkára, vagy a lapka előtt található nyomógombokat kell használni. A mai notebook gépeken ilyenek találhatóak.

- 20-

Képdigitalizáló – scanner A képdigitalizáló feladata, hogy a sík felületen látható adatokat digitális információvá alakítsa át. A problémát az jelenti, hogy a valóság átmenet nélküli színeit kell leképezni korlátozott számú színre, másrészt a scannerek optikai felbontása is korlátozott. A digitalizálás során a scanner a kezelőprogram segítségével az ábrát pontokra bontja, és minden pontnak megállapítja a színét. Ezután a keletkezett képet a kezelőprogram által támogatott tömörítési eljárás segítségével adathordozóra menti. A tömörítés szükségességét mutatja, hogy nélküle egy A/4 nagyságú lap 4800 DPI felbontással (4800 képpont egy inch (1 hüvelyk = 2,54 cm) távolságon) 16 millió színben (True Color) történt leképzéssel több gigabájt helyet foglal el. Néhány évvel ezelőtt még a kézi scannerek voltak túlsúlyban, azonban az árcsökkenés következtében megfizethetővé váltak az asztali változatok is, melyek torzításmentes digitalizálási eredményt nyújtanak. Nehezen hozzáférhető képek digitalizálásához továbbra is a kézi scanner használható. Videokamera és mikrofon Multimédiás kommunikáció (pl. videó konferencia) lebonyolításának elengedhetetlen hardver eszközei. A videókamera általában külön illesztőkártyára csatlakozik, míg a mikrofon a hangkártya bemenetére csatlakoztatható. Amennyiben számítógépünket videó-telefonként szeretnénk használni, az elfogadható hang és képminőség átviteléhez legalább ISDN telefonos kapcsolat javasolt. Digitális fényképezőgép A látható világ képpontokká történő leképezését végzik a digitális fényképezőgépek. Az eredmény annál inkább megközelíti a valóságot, minél több képpontból (pixel) áll össze a keletkezett kép. Egy átlagos felhasználó számára megfelelő lehet az 1 Megapixel (1 millió pixel), a csúcstechnológiát jelenleg az 5 Megapixeles fényképezőgépek jelentik. A képeket tömörített formában tárolják 8-128MB méretű memóriakártyán. A készülékek egy másik fontos funkciója a nagyítási lehetőség (zoom), amely két összetevő szorzataként áll elő: az optikai zoom, ami az objektív „tudását” képviseli, és a digitális zoom, ami az objektív által szolgáltatott képet konvertálja át (ezzel azonban már romlik a képminőség). A számítógépes csatlakoztatás régebben soros kommunikációs porton (COM1, COM2), az újabb típusok esetén USB porton keresztül történik. Az elkészült képek azonnal megtekinthetőek a fényképezőgép 1-2 inch-es LCD kijelzőjén. Egyéb bemeneti eszközök Ide tartozik minden olyan eszköz, amellyel adatot szolgáltathatunk a számítógép számára. Ezek az eszközök csatlakozhatnak soros, párhuzamos porton keresztül, vagy saját illesztőkártya segítségével. Ilyen például a joystick, mágneskártya-leolvasó, vonalkód leolvasó, MIDI billentyűzet… stb. KIMENETI PERIFÉRIÁK Monitor, videokártya A legfontosabb kimeneti periféria a monitor. Az információkat katódsugaras vagy folyadékkristályos eszköz segítségével jeleníti meg. A monitor megfelelő működésének elengedhetetlen feltétele a megjeleníteni kívánt információt szolgáltató videokártya. Kezdetben a videokártyák a szöveges megjelenítést támogatták, ez azt jelenti, hogy egy 25x80-as (25 sor, 80 oszlop) vagy 43x80 „táblán” összesen 2000 vagy 3440 karaktert tudtak megjeleníteni a megadott karaktertáblából. Grafikus üzemmód esetén a megjeleníteni kívánt képet jóval több képpontra szükséges bontani, amelyek mindegyikéhez külön szín rendelhető. Mivel minden képpont a videokártya memóriájában tárolódik, nagy szerepe lett a videokártya-memóriának. Minél nagyobb a grafikus kártyán lévő RAM nagysága, annál több színnel jeleníthető meg az információ egy adott felbontáson, vagy ugyanannyi színnel nagyobb felbontásban. A technika fejlődése során a kártyák elsősorban a felbontás finomságát próbálták javítani (CGA, EGA, VGA, SVGA). Később megjelentek az animáció minőségét javító kártyák is. Az SVGA kártyák a szöveges mód lehetőségeit is módosították: 30 vagy 60 sorra és 132 oszlopra. Grafikus - 21-

üzemmódban 800x600, 1024x768, 1280x1024 pont felbontással 8 biten (256 szín), 16 biten (Highcolor) vagy 24 (Truecolor) biten ábrázolt színárnyalatokkal. A legújabb technikát a 3D gyorsítókártyák jelentik. A kártyák célja a 3 dimenziós megjelenítés (főként játékprogramoknál). Külön szabvány (Direct-X) foglalkozik a 3D megjelenítés sajátosságaival. Általánosságban elmondható, hogy a 3D kártyákon 8-64 MB videó RAM található és áruk többszöröse az általános (2D) grafikus kártyákénak. Ezekhez a kártyákhoz az SVGA szabványnak megfelelő monitor használható. Az első személyi számítógépek (Commodore, ZX Spectrum, Primo 25) az otthoni televíziót használták megjelenítőként. Ennek a megoldásnak két jelentős hátránya van. Az egyik az, hogy a számítógép által kibocsátott jel az átalakítások miatt torzul. A másik az, hogy a TV-nek meghatározott felbontása van. Egy jó minőségű TV a 800x600-as felbontást képes produkálni. Komoly grafikus rendszereknél ma már ez a felbontás kevés. Ma az 1024x768-as felbontás a legelterjedtebb, de vizuális rendszerek tervezésénél, kiadványszerkesztésnél, műszaki alkalmazásoknál ennél nagyobb felbontás szükséges. A monitorok csoportosítása működési elvük szerint:  Katódsugárcsöves monitorok, CRT (Cathode Ray Tube) - hagyományos A kép megjelenítése egy kúposra kialakított üvegcsőben történik, amelynek a végében helyezkednek el az elektronágyúk, melyek hevítés hatására elektronokat bocsátanak ki. Ezek az elektronok ütköznek a másik (számunkra látható) oldalon elhelyezett, foszforral ellátott felületen, ennek következményeként a foszforréteg rövid ideig fényt bocsát ki. 1-1 képpont megjelenítéséhez három szín szükséges: piros, zöld, kék (RGB). Ebből additív színkeverés segítségével válnak láthatóvá a képpontok. Tehát mágneses mezővel vezérelt elektronsugár (soronként) rajzolja ki a képet egy foszforeszkáló képernyőre. A maszk lyukakkal rendelkező részein halad át az elektron. Nagy a színmélységük, gyors a képfrissítésük és olcsók. foszforréteg

elektron

Maszk: lyukmaszk vagy résmaszk. elektronágyú A képeket kétféle módon lehet megjeleníteni:  Interlaced (képváltásos): ennél a módszernél először a páratlan sorokat rajzolják ki, majd a páros sorokat. Így egy képkocka két félképből tevődik össze.  Non-interlaced (nem képváltásos): egy kép megrajzolása egy lépésben történik, jobb minőségű villódzásmentes képet kapunk.

Képcsövek Delta (hagyományos): Az elektronágyúk és az egy képponthoz tartozó színek háromszög alakban helyezkednek el. Az elektronágyúk csak a hozzájuk tartozó pont-részeket találhatják el. Inline képcső: Az elektronágyúk vízszintesen helyezkednek el, a lyukmaszk erre merőleges, függőleges csíkokból áll. Trinitron képcső: A Sony cég fejlesztette ki a 60-as évek végén. Az elektronágyúk egy vonalban helyezkednek el. Nincs szükség lyukmaszkra a precíz kivitelezésnek köszönhetően. A képernyő felülete egy hengerpalást, csak vízszintes görbülete van. Diamondtron képcső: Hasonló az előzőhöz, de nagyobb felbontásra képes. Sík képcső: A képernyő teljesen sík, ezáltal a kép jó minőségű lesz.

- 22-

TCO – A CRT monitorok káros sugarakat bocsátanak ki, de ez a mai monitoroknál már egy szabályozott egészségügyi határértéken belül lévő sugárzási szint. Napjainkban már csak LR – Low Radiation (alacsony sugárzású) monitorokat gyártanak.  Folyadékkristályos LCD (Liquid Crystal Display) A működési elv alapja, hogy bizonyos folyadékkristályok elektromos térerő hatására változtatják optikai tulajdonságaikat, fényáteresztő képességüket. Alacsony fogyasztásúak, laposak, viszonylag könnyű nagyobb átmérőjű kijelzőt készíteni (nem villódznak nem sugároznak). Áruk erősen csökken, ezért egyre több helyen alkalmazzák. A folyadékkristályok megváltozott állapotban másképpen verik vissza a fényt mint korábban, tehát a folyaddékkristály nem bocsát ki saját fényt, hanem visszaveri azt. Az előzőekből következik, hogy az LCD-nek fényforrásra van szüksége, amit vagy a kijelző mögött (transzmissziós), vagy a kijelző előtt (reflexiós) helyeznek el. A fényforrás nem látható, akár természetes fény is lehet. LCD monitorokat főként a hordozható számítógépen alkalmazzák, hiszen vékony szerkezetük miatt igen kevés helyet foglalnak el. Ma már azonban egyre gyakrabban találkozhatunk az asztali gépeknél is ezekkel a néhány centi vastag síkmonitorokkal (TFT – Thin Film TranSistor). A kijelző rácspontjaiban tranzisztorok találhatók, amelyek segítségével szabályozható a kristályok állapotváltozása. A tranzisztorok memóriaként is szolgálnak, megőrizve az állapotváltozást, így lehetővé téve a cellának az állandó működést, ami fényesebbé teszi, mintha állandóan frissíteni kellene. A színeket a kristályok befesthetősége biztosítja. A TFT gyors reagálású, lehetővé teszi a mozgóképek lejátszását is. Ezek villódzásmentesek, kisebb helyet foglalnak el, de drágábbak és konkrét felbontásra készülnek, így az elterjedt 15”-os változataik többnyire nem támogatják az 1024x768-nál nagyobb felbontást (Lapos monitoroknak két típusa van: TFT (drágább, oldalról is látható), HPA (csak merőlegesen nézve látható jól, viszont kisebb megvilágításnál is élvezhető)). További előnyei: kis méret, kis tömeg (3-4 kg), kisebb fogyasztás (30-40 W-nál).  Plazma monitorok A képernyő két üveglapja közötti teret nemesgázzal töltik ki. A két üveglap együttesen rácsszerkezetet alkot, s ha feszültség kerül egy rácspontra akkor ott a gáz világítani kezd. Úgy képzelhetjük el mintha kicsiny neon lámpák halmaza lenne a képernyő. A plazma képernyő előnyei: lapos, nagyméret és nagy felbontás lehetősége, masszív felépítés. Hátránya a magas előállítási költség és egyenlőre csak monochrom változata ismert. Előnyei miatt főleg a hadseregben használják. A monitorok főbb jellemzői:  Képátmérő/képátló: jellemző a képernyő méretére, inch-ben (collban) szokták megadni (2,54 cm). Létezik 15”, 17”, 19”, 21”.  Felbontás: a vízszintesen és függőlegesen megjelenített képpontok számát adja meg. Pl.: 800x600, 1024x768. Ennek felső határa függ a monitor fizikai paramétereitől, és a videókártyától is. Az aktuális felbontást az operációs rendszerben lehet beállítani. Mivel a valódi képpontméret tekintetében a monitorok között nincs nagy különbség (kb. 0,25 mm), ezért a nagy felbontáshoz nagy átmérőjű monitort célszerű beszerezni.  Színek száma: a színmélységgel van összefüggésben. Ha a színmélység 8 bit, akkor a megjeleníthető színek száma 28=256, ha 16 bit, akkor 216=65536 (High Color), ha pedig 24 bit, akkor 224=16,777 millió (True Color). Nagy színmélység esetében érdemes különbséget tenni a következő 3 dolog között: a digitális kép színmélysége, a monitor ebből (mérhetően) mit képes megjeleníteni, és egy átlagos emberi szem mit képes érzékelni.  Képernyőfrissítési frekvencia: a másodpercenként kirajzolt képek száma. Legalább 85 Hz legyen az értéke, hogy a monitor villódzása ne zavarja a szemet. A felbontás és a képfrissítési frekvencia csak egymás rovására növelhető. Csak a CRT monitorok jellemzője: a felbontás növelésével csökkenteni kell a frissítési frekvenciát, mert a katódsugárcsöves monitor károsodhat.  Válaszidő: az LCD monitorok jellemzője. A folyadékkristályok szerkezete megváltozik, mikor új képet akarunk megjeleníteni a monitoron. Ez az idő, ami eltelik az új kép kirajzolásáig, azaz - 23-

amíg a folyadékkristályok alakja megváltozik, a válaszidő. A 16 millisecundum már jónak számít. Nyomtató (Printer) Az információk papíron történő megjelenítéséhez a leggyakrabban nyomtatókat használnak. A nyomtató eszközök általában párhuzamos illesztő egységre kapcsolódnak, de vannak soros portra köthető nyomtatók is. Napjainkban a nyomtatók egyre inkább USB portra csatlakoznak. Kezdetben az elektronikus írógépekhez hasonló berendezéseket használtak, amelyek főként mechanikus alkatrészekből álltak, s a szöveget karok, dobok, margarétatárcsák, gömbfejek segítségével jelenítették meg. Hátrányuk az volt, hogy nagy zajszinttel dolgoztak, és nem lehetett velük grafikát készíteni, sem pedig a „gyári” betűkészlettől eltérő speciális jeleket nem lehetett használni. E kategóriák speciális változata a sornyomtató. A megjelenítési elve alapján megkülönböztetünk karakterhengeres-, karakterláncos-, hagyományos, tintasugaras-, lézer- és LED nyomtatókat.  Sornyomtatók: A legkisebb nyomtatható egységük a sor. A nyomtatható karakterek egy hengeren helyezkednek el. A henger és a papír között festékszalag található, a papír mögött pedig kalapácsok találhatóak, amelyek nekinyomják a papírt a nyomtatandó sor képéhez a hengeren. A henger tárcsákból épül fel, melyeken a karakterek találhatóak. A tárcsákat úgy állítják be, hogy megjelenjen rajtuk a sor tükörképe, majd a kalapács teljes szélességben rácsapódik a lapra. Hátránya, hogy lassú és hangos, továbbá a karakterkészlet cseréje hosszadalmas. Előnye az alacsony nyomtatási költség. Nagy tömegű és több példányos nyomtatáskor kaptak szerepet. Napjaink személyi számítógépes környezetében nem fordulnak elő. Ma már nem használják.  Mátrixnyomtatók: A PC környezet leggyakoribb nyomtatói voltak, de mára elavultnak számítanak, a tintasugaras nyomtatók vették át a helyüket. Jellemzője: a megjelenített karakterek pontmátrix módon ábrázolódnak. A karaktereket pontokból építi fel. A pontok előállítása tűk segítségével történik A működésük során a nyomtatófejben található kis tű hirtelen előreugrik, megnyomva az előtte található indigós szalagot, amely nyomot hagy a papíron. Elterjedtebb a 9 tűs változata, komolyabb nyomtatási minőséget a 18 és 24 tűs változatok tudnak nyújtani. Többszínű nyomtatásra alkalmas változatai vannak, de a nyomtatott színek minősége nem túl jó. Hátránya: korlátozott nyomtatási sebesség, nyomtatott kép felbontása nem a legjobb. Elsődleges alkalmazás: több példányos papírra nyomtatáskor (pénztárgépek, leporelló papírra). Előnye: olcsó üzemeltetés.  Tintasugaras nyomtatók: Szintén pontképet alkalmaznak, de jobb a felbontó képességük (3001440 dpi (dot per inch = pont per hüvelyk)). A festék (speciális tinta) a nyomtatófejből vékony csövecskéken keresztül jut a papírra. A tintacsepp kijuttatásának módjai: o Piezo-technika alkalmazása: Elektromos impulzus hatására a nyomtatófejben található speciális kristály megváltoztatja a méretét, ez lövi ki a fúvókán keresztül a tintát (Epson). o Thermal-Jet technika: A fúvócső végén a tintacseppet felforralja, és a hőtágulás következtében a tintacsepp a fúvókán kirepül (Hewlett Packard). o Bubble-Jet technika: A fúvócső belső végén buborék található, amelynek térfogatváltozása eredményeképpen jön létre a nyomtatás (Canon). Ezek a nyomtatók már alkalmasak többszínű nyomtatásra is, ha a 3 alapvető szín (CyanYellow-Magenta) festékkazettát használják. A valósághű ábrázoláshoz a színes fej mellett szükség van egy másik, fekete tintát (Key) tartalmazó fej használatára is (CYMK modell). Még jobb színképzés érhető el a 4 fejes változattal. A Key kazettára azért van szükség, mert a

- 24-



fekete színt a három alapszín együttes használatával lehetne „kikeverni”, így a színes tinta gyorsan elfogyna, és ennek a cseréje nagyon drága. A kiváló nyomtatási minőség eléréséhez speciális papírra és méregdrága festékre van szükség. Használata akkor javasolt, ha havonta 100 oldalnál kevesebbet nyomtatunk, vagy ha minőségi nyomatokat kell készítenünk. Lézernyomtatók: A személyi számítógépes környezetben a legjobb minőségű nyomtatást produkálja. Felbontásuk 300-2400 dpi, üzemeltetése olcsóbb a tintasugarasnál (viszont az ára drágább), és a nyomtatás minősége is jobb. Működési elve: A lézersugár egy szelénhengerre pontokat rajzol. Ezeken a pontokon elektromos töltés keletkezik, ami az ellentétes töltésű festékszemcséket magához vonzza. Ezek a festékszemcsék megtapadnak a henger mellett elhaladó papíron. Az így megtapadt szemcsék hő hatására ráégnek a papírra, így az nem maszatolódik, mint a tintasugarasnál. Miután a karakter képe megjelenik a papíron, vissza kell állítani a szelénhenger eredeti állapotát. A régebbi típusokat a jelentős ózontermelés miatt nem ajánlatos zárt térben üzemeltetni. toner

papírlap

Szelénhenger









ráégetés

LED nyomtatók: Működése a lézernyomtatóéra hasonlít, csak ebben az esetben a nyomtatni kívánt ábrát apró, világító diódák (LED-ek) rajzolják a fényérzékeny hengerre. Minőségben nem marad el a lézernyomtatóktól, üzemeltetése kevesebb villamos energiát igényel. Mivel nem állít elő lézersugarat, működése garantáltan ózonmentes. Termotranszfer nyomtatók: A szilárd halmazállapotú viasz- és pigment alapú festék egy különleges festékszalagon helyezkedik el. A hőnyomtatófej ezt felmelegíti, és az adathordozó előtt végighúzott szalagról a megolvadt festék átkerül a rendeltetési helyére. Nyomtatás során a nyomtató annyiszor nyomtatja az oldalt, ahány szín szükséges a nyomtatvány előállításához. Speciális „metálos”, arany és ezüst színek is nyomtathatók. A viaszbevonatú technológia következtében az elkészült oldalak jól ellenállnak a nedvességnek és a fényhatásnak. Elérhető maximális felbontás: 2400 dpi. Olyan nyomtatási anyagok is használhatók (matricák, fóliák), amelyeket más nyomtató nem kezel. Hőszublimációs nyomtatók: A nyomtatófej a szilárd tintát olyan hőmérsékletre hevíti fel, hogy az gáz halmazállapotúvá válik, s ez a festék csapódik le az adathordozóra. Van olyan típusa, amely számítógéptől függetlenül használható. A számítógépes csatlakozást az USB kábel és a hozzá tartozó eszközvezérlő program biztosítja. Számítógép nélküli használatkor a feladatot a nyomtató tetején található LCD kijelző biztosítja. Ezzel a digitális fényképezőgépen, vagy kamerán FLASH kártyára rögzített képeket tudjuk kinyomtatni. A készülék JPEG, TIFF és BMP formátumú képeket kezel. Általában csak előre meghatározott típusú és méretű speciális papírra nyomtat. Termo autokróm nyomtatók: A nyomtatáshoz speciális (a Polaroid fényképezőgépekben alkalmazott technológiához hasonlóan) fényérzékeny termo autokróm papír szükséges, ami a festékanyagot is tartalmazza. Működési elvét tekintve inkább digitális képelőhívónak tekinthető. USB porton csatlakoztatható számítógéphez. - 25-

Hangszóró: Az audió anyagok meghallgatásához szükség van hangszóróra vagy fejhallgatóra. Ha a hangszórócsomag erősítő részt is tartalmaz (általában egyik hangszóró dobozába beépítve), akkor aktív hangfalról beszélünk. Az aktív hangfal állhat 2-3 hangszóróból (sztereó), illetve 5-6 hangfalból (4.1 és 5.1 szabványokat kezelő – napjainkban már a 7.1-es szabvány is létezik). Az utóbbiak DVD filmek lejátszásakor, és a szabványokat kezelő játékok esetén használhatóak ki igazán. A hangszórók közül az egyik mélynyomó, a másik a központi (első) hangszóró, és 4 hangszóró kerül a szoba 4 sarkába. KI-/BEMENETI PERIFÉRIÁK (INPUT/OUTPUT PERIFÉRIÁK) Tároló perifériák Az információkat akkor is meg kell őrizni, ha a gép ki van kapcsolva, illetve több információs rendszer, adat is használható kell, hogy legyen a számítógépen. Ezért kellett egy olyan eszköz, amely a gép kikapcsolása (rendszer használata) után is megőrzi az adatokat. Ezt a feladatot a háttértárak látják el. Kezdetben voltak szalagos és lemezes tárolóeszközök. Mindkét típus leggyakrabban mágneses tárolási elven működik, de a lemezes eszközök között egyre inkább elterjed az optikai tárolási mód is. A szalagos eszközök nagy mennyiségű adatok megőrzésére szolgáltak. Az adatok váltakozó sorrendű visszakeresése hosszadalmas. A lemezes tárolási mód esetén az adatok tetszőleges sorrendben elérhetőek és a logikailag „legtávolabb” lévő információk egy jól rögzített, kis időkorlát alatt is elérhetők. Háttértárak csoportosítása: Háttértárak Szalagos

Lemezes Mágneses elvű Hajlékonylemez (floppy) Merevlemez (winchester)

Optikai elvű CD író/olvasó DVD író/olvasó

Néhány lemezkezelési fogalom: Sáv: A lemez felületén elhelyezkedő koncentrikus körök. Szektor: A sávok sugárirányú felosztásával létrejött egység. Boot rekord: (betöltő rekord) a lemez 0. oldalán a 0. sáv 1. szektora, egy nagyon rövid gépi kódú programot tartalmaz, rendszerlemez esetén ez indítja el az operációs rendszer betöltését a tárba. Akkor is megtalálható a lemezen, ha azon nincs operációs rendszer. szektor sáv

FAT: File Allocation Table, helyfoglalási táblázat, a betöltő-rekordot (boot-rekord) követi. A FAT tartalmazza a lemez formátumának feljegyzését és megadja a lemezen lévő állományok által használt szektorok helyét. A FAT használatával tartja nyilván az operációs rendszer a lemez adatterületének kihasználtságát. Mivel sérüléskor az összes tárolt információ elveszhet, ezért biztonsági okokból két példány (FAT1 és FAT2) található a lemezen. A FAT a lemez címezhető területeinek leképzése, minden eleme egy-egy kódot tartalmaz, amely meghatározza, hogy az adott területet használják-e, vagy sem, esetleg fizikai lemezhiba miatt használhatatlan.

- 26-

F1

F2

F1 X

F2

F1

X F1

F2 F1 X

X F2 X

Ez az ábra mutat egy lehetséges FAT elrendezést. A táblázat celláit klasztereknek (cluster) hívják, és ezek több, egymás melletti szektort jelölnek a lemezről (a lemez méretétől fűgg, hogy egy klaszter hány szektort foglal magában). Az F1 nevű fájl 5 részből áll, az egymás utáni részek az ábrán nyíllal vannak megjelölve. A FAT-ben is meg van jelölve, hogy melyik klaszterben található a fájl következő része. Ez jelzi, hogy hol és mennyi szektort foglal el a fájl a lemezen. Az F2 fájl kisebb, így kevesebb szektort (klasztert) foglal el. Emellett a FAT-ban még találhatóak üres klaszterek (üres cella), és hibás klaszterek is előfordulhatnak (X-el jelölt). Minél jobban szét vannak szórva az egyes fájlrészek, annál töredezettebb a lemez. Könyvtár: A lemez tartalomjegyzék-táblázata. Minden állományhoz egy azonosító bejegyzést rendel, mely az állomány legfontosabb adatait tartalmazza, valamint annak a területnek a címét, ahol az állomány a lemezen kezdődik. Hajlékonylemez (Floppy disk drive) Rövidítve: FDD. Kiskapacitású, közepes elérési sebességű eszköz. Nagy előnye, hogy a benne lévő lemez (floppy disk) cserélhető. Átlagos számítógépekben 1 darab floppy drive van. Két típusa terjedt el, az 5 ¼ hüvelykes és a 3 ½ hüvelykes típus. Az első kapacitása (szabványos DOS formátum esetén) 1200 Kbájt. A klaszter (cluster) ennél a típusnál egy szektort jelent: a két oldal külön-külön 80 sávot használ, sávonként 15 darab 512 bájtos szektorral (2*80*15*512 = 1228800bájt). A második kapacitása 1440 Kbájt, ugyanis itt 15 helyett 18 szektor található sávonként (2*80*18*512 = 1474560bájt). Ennél a típusnál 1 klaszter 2 szektort fog egybe. DOS alatt a lemez 4 részre van felosztva, ezek logikai tárolási sorrendje a következő: 1. boot-rekord 2. helyfoglalási táblázat (FAT) 3. gyökér könyvtár (root directory) 4. adatterület. A boot-rekord a 0. oldal 0. sávjának 1. szektorában található. Az ezt követő szektortól számítva az első típus esetén 14, a másodiknál 18 szektort foglal a helyfoglalási táblázat. Szerepe: a fájlok által lefoglalt klaszterek sorrendiségének rögzítésében, az üres helyek jelzésében, valamint a hibás szektort tartalmazó klaszterek kijelölésében van. Ezt követi mindkét esetben egy 14 szektornyi hely a gyökér könyvtár számára. A további terület az adattárolás céljait szolgálja. Floppy lemez esetében a FAT 12 bitesre kódolt. Napjainkban már csak 3,5 hüvelykes floppylemez vannak forgalomban. A kisebb felbontású, régebbi lemezek gyakorlatilag eltűntek a piacról, míg a nagyfelbontású (120 MB-os vagy nagyobb) floppy-k a nem egységesített szabvány miatt nem igazán terjedtek el. Merevlemez (hard disk drive) Rövidítve: HDD. Nagykapacitású, gyors elérésű háttértár. Többnyire rögzített, nehezebben cserélhető, mint a floppy. A számítógép házában van. Az átlagos számítógépekben 1-2 darab található meg. Mágneses elven tárolja az adatokat. Magán a winchester disken belül igen erősen légritkított szigorúan zárt térben forog a lemez, esetleg a lemezek. Egymás felett azonos tengelyen több lemezt is tartalmazhatnak. A lemezekből 5-20 darab is lehet egymás felett, és igen gyorsan forognak, általában percenként 60 fordulatot tesznek meg egyszerre. Azért egyszerre, mert így technikailag könnyebben volt kivitelezni, mintha külön lennének meghajtva a lemezek. Minden egyes lemezhez két író-olvasó fej is tartozik, egyik a lemez felett, a másik alatta van. Maguk az író-olvasó fejek nem nyomódnak rá a lemezre, hanem pár mikrométerrel felette, illetve alatta - 27-

mozognak. Ezért (is) olyan fontos, hogy a HDD-k gyártásakor semmilyen szennyeződés se kerülhessen bele a lemezegységbe! Az első merevlemezek 10 MB kapacitásúak voltak, 1988-ban egy 170 MB-os winchester még igen nagynak számított. Napjainkban 20 GB-osnál kisebb winchester már nem kapható kereskedelmi forgalomban. A merevlemezek fontos jellemzője még az adatátviteli sebesség. Ennek növelése érdekében növelték az adattároló felületek forgási sebességét. A ma leggyakrabban használt merevlemezek korongjai 7200 fordulatot tesznek percenként, de vannak 10000, sőt 15000 fordulatszámú winchesterek is. Ezeknek azonban külön hűtésre van szükségük. A forgási sebesség mértékegysége az rpm (percenkénti fordulat száma). Az adatátviteli sebesség függ még a fordulatszámon kívül a beépített köztes tároló (winchestercache) nagyságától, az adatok elhelyezkedésétől, egy-egy adat elérési idejétől (5-12 ms). Az átlagos adatátviteli sebesség professzionális winchestereknél 20-30 MB/s, de a legújabb fejlesztések alapján a 49-86 MB/s érték is megvalósítható. Fogalmak:  Cilinder: egymás alatt elhelyezkedő sávok együttese

Egymás alatti lemezek Egymás alatti sávok, azaz a cilinderek

Sávok

   

Szektor: 1 lemezoldal tortaszelet-szerű osztásai Sáv: egy körgyűrű egy adott lemezoldalon Blokk/Cluster: a legkisebb átvihető adatmennyiség Partíciós tábla: A lemezek logikailag gyakran több, egymástól független kötetből (volume/partíció) állnak. A kötetekre vonatkozó speciális információt, a kezdő sáv címét, valamint méretét a lemezcsoportok első sávja (azaz az első lemez legkülső sávja), a partíciós tábla tartalmazza. Ez a partíciós tábla tartalmazza, hogy melyik kötet az aktív, azaz hol van az éppen futtatott operációs rendszer. A blokkok tipikus mérete: 0,5-64 KByte. Az egyes partíciókon más-más operációs rendszert helyezhetünk el, és önálló egységként érhetjük el az így kialakított partíciókat (így a FAT logikájából adódó tárolási veszteséget is csökkenthetjük). Minden partícióhoz egymás utáni cilinderek tartoznak. A partíció a hozzá tartozó cilinder első szektorától a hozzá tartozó utolsó cilinder utolsó szektoráig tart. A partíciók információit a fő betöltő rekord (Master Boot Rekord) tartalmazza, ezért maga az első partíció csak a következő cilinder-határon kezdődik. A kisebb blokkok előnye, hogy kevesebb lesz a kihasználatlan üres hely, viszont a nagyobb blokkok előnye, hogy a lemezhez gyorsabban hozzá lehet férni. Egy blokk átvitele három fő tényezőtől függ: fejmozgatási idő, elfordulási idő és adatátviteli sebesség.

- 28-

–

Fejmozgási idő (seek time): Azon idő, mely alatt az író-olvasó fej eléri a kívánt blokkot tartalmazó sávot. – Elfordulási idő (latency time): a kiválasztott blokkot tartalmazó szektor fej alá kerülésének ideje. Azaz legrosszabb esetben egy teljes körbefordulási idő, ami átlagosan 5-15 ezredmásodperc. – Adatátviteli sebesség (transfer time): a blokk adatainak átadásához szükséges idő. Ez általában azon idő, amíg a fej egy blokk felett tartózkodik; gyakorlatilag 1/10-1/5 ezredmásodperc. Például ha egy blokk mérete 512 byte, akkor a sebesség nagyjából 2 MByte/sec. A címzéshez szükséges megadni a lemezoldal, a sáv és a szektor számát. Egy átlagos felhasználónak ehhez sem kedve, sem türelme, sem szakértelme nincsen. Tehát ezt a feladatot kénytelenek voltak felvállalni az operációs rendszerek. Az MS-DOS és a WINDOWS 95 korábbi változatában a legnagyobb egyben kezelhető partíció nagysága 2 GB. Ez azt jelenti, hogy pl.: egy 6 GB-os merevlemezt legalább 3 részre kell szétbontani. Ha winchester szeretnénk vásárolni, akkor 3 dolgot mindenképpen figyelembe kell venni: a forgási sebességet (rpm), a winchester cache memóriáját (legalább 8MB cache) és a kapacitását. Az első két tulajdonság a winchester írási/olvasási sebességét befolyásolja, míg a harmadik azt, hogy mennyi adatot tudunk rajta tárolni. Optikai lemezek CD-ROM: Compact Disk Read Only Memory, gyárilag préseléssel előállított CD lemez, tetszőleges adatot tartalmazhat. Csak olvasható. Kapacitása: 650 MB, 700 MB, 800 MB, zenei CD esetén 74, 80 vagy 90 perc (A 800 Mb-os, azaz 90 perces CD-t az íróprogramok általában nem tudják kezelni.). A CD olvasók adatátviteli sebességét az audio CD olvasó sebességének többszörösével mérik. Így pl. egy 40-szeres CD olvasó elméleti maximális sebessége 40x150 kB/s, azaz 6 MB átvitelre képes másodpercenként (azaz a teljes lemezt 2 perc alatti végigolvasná). Sajnos a pozícionálások miatt a lemezen tárolt fájlok és könyvtárak számától függően ez az idő az előbbinek többszöröse is lehet. CD-R: CD Recordable, egyszer írható CD-lemez, amelyre felírhatóak a szükséges adatok. A már felírt adatokat letörölni nem lehet, bizonyos esetekben a lemezre további adatok írhatók. (A CD-R74, CDR80 típusoknál a 74 és 80 a kapacitást mutatja percben.) CD-RW: CD Rewitable, többször írható CD. Írása külön hardvert igényel. Napjainkban már olyan CD-írók kaphatóak, amelyek olvassák is a CD-ket. A CD-RW lemezek azonban használhatóak cserélhető háttértárolóként is. Ebben az esetben azonban fel kell építeni első használatkor az UDF (Universal Disk Format) struktúrát. Ez hasonló a lemezformázáshoz, időigényes, és utána 500 MB az írható terület. DVD: Digital Video Disk, az adatsűrűség növelésével 4,7 GB-os kapacitást értek el. Két adathordozó réteg egymás fölé helyezésével 8,5 GB is tárolható, ezek a kétrétegű DVD-k.. Ez 133 perces videóanyagot jelent Hi-Fi hangminőségben, több nyelven. Zenében ez: kb. 13 hagyományos hanglemez anyaga. Háromféle szabvány létezik a DVD-knél, amik csak a kifejlesztő cégekben különböznek. DVD-R: Egyszer írható DVD lemez, olvasható minden DVD olvasóban és asztali DVD lejátszóban. 4,7 GB kapacitású, otthoni képek, videók tárolására és hosszú idejű megőrzésére; képek, multimédiás anyagok rendszerezésére használható. DVD+R: Egyszer írható DVD lemez, minden DVD olvasó és a legtöbb asztali DVD lejátszó olvassa. 4,7 GB kapacitású, nagy adatrögzítési sebességet tesz lehetővé. DVD-RAM: Újraírható DVD lemez, gyakori mentési, vagy mindennapos film és audio felvételi és lejátszási célokra készült. Kapacitását a használt hardver határozza meg. Az elérhető lemeztípusokat 2 típusba sorolják: 1. típus (5,2 GB, illetve 9,4 GB), 2. típus (2,6 GB, illetve 4,7 GB). A lemezek kazettában helyezkednek el (cartridge). Az 1. típusú lemezek csak kazettákban használhatóak, a 2. típusúak pedig kivehetőek a kazettákból, és DVD olvasóban és asztali DVD lejátszók/felvevők egy - 29-

részében is használhatóak. Használata leginkább cserélhető háttértárolóként javasolt. Kb. 100000-szer írható. A DVD-RAM írásához általában külön driver program kell. DVD-RW: Újraírható, legtöbb DVD lejátszó olvassa, 4,7 GB kapacitású. Felhasználása: videofelvételek rögzítése, folyamatos és nagy sebességgel történő biztonsági másolat készítése. Kb. 1000-szer írható. DVD+RW: Újraírható, felhasználható adatok, videó és audio felvételek tárolására. DVD írók/olvasók és asztali DVD lejátszók is kezelik, mert tervezéskor figyelembe vették, hogy teljesen kompatibilisek legyenek a jelenlegi hardver eszközökkel. 4, 7 GB kapacitású, kb. 1000-szer írható. Pen-Drive USB csatlakozóval ellátott flash memória. Jó megbízhatósági paraméterei vannak. Írási sebessége 450 kB/s, tárolt adatok várható elérési élettartama 10 év, kapacitása 32 MB-2GB, kb. 10000-szer írható. KAPCSOLAT A KÜLVILÁGGAL Hangkártya A multimédiás alkalmazások legfontosabb input/output eleme. Célja: digitális információk átalakítása hanggá, input eszközként a hang digitalizálása. Csatlakozói:  Line In: vonalbemenet, magnó, vagy más szabályos csatlakozással rendelkező eszköznek  Mic In: mikrofonbemenet  Line Out: szabványos vonalkimenet, ha valamit gépről fel akarunk venni, vagy másik géphez csatlakoztatni.  Spk Out: hangszóró kimenet (fejhallgató, kisebb teljesítményű passzív vagy aktív hangfal), többcsatornás hangzáshoz újabb hangkártyákon 2 hangszórókimenet is van.  Game: joystick vagy MIDI billentyűzet csatlakozóhely. A Creative Labs, Inc cég Sound Blaster nevű terméke vált szabvánnyá. Átlagos hangkártya minimális követelménye: lejátszáskor 16 bites, sztereó és SB kompatíbilis legyen. Érintőképernyő (Touch screen) Elődje a fényceruza volt. A funkciók kiválasztása közvetlenül a képernyőre való rámutatással is elérhető. Használat feltétele: speciális monitor, amely érzékeli az érintést, és szoftver, ami kezeli az így kapott jelet. MODEM (MOdulátor DEModulátor) Olyan eszköz, amellyel a számítógép digitális adatait analóg jelekké (hang) alakíthatjuk. Használata akkor szükséges, ha egy távoli géppel szeretnénk kapcsolatot teremteni, és ez nem oldható meg közvetlenül. Leggyakrabban vezetékes telefonvonalra csatlakoztatják (de van mobilhoz csatlakoztatható is). A távoli géppel csak akkor tudunk kapcsolatot létesíteni, ha annak a gépnek is van modeme, ami az analóg jelet visszaalakítja digitálissá. Két fajtája van:  Belső modem: mint bővítőkártya az alaplapra közvetlenül csatlakoztatható.  Külső modem: a számítógép (soros) portjára csatlakoztatjuk. Legfontosabb jellemzője: átviteli sebesség, mérőszáma az átvitt bitek száma másodpercenként (bps (bit per secundum = egy másodperc alatt átvitt bitek száma), Baud (jelzési sebesség = a felhasznált jel értékében 1 másodperc alatt bekövetkezett változások számát jelenti, azaz a maximális jelváltás száma másodpercenként). A mai telefonvonalra csatlakoztatható modemek maximális átviteli sebessége: 56 kbps. USB (Universal Serial Bus) Nem külön eszköz, hanem egy csatlakozóhely az alaplapon. Célja a gyors adatátvitel és a csatlakozási egységesség. Sokféle periféria csatlakoztatható rá, alkalmazható a Hot Swap is.

- 30-

Szünetmentes áramforrás Nem tartozik szorosan a perifériákhoz. Rövidebb ideig tartó áramkimaradás vagy áramingadozás esetén is biztosítja az áramellátást. Tervezéskor figyelembe kell venni, hogy a maximális terhelés ne haladja meg a szünetmentes táp kapacitásának 70%-át (Tehát ha van egy 400 W-os tápunk, akkor ahhoz legalább 600 W-os szünetmentes tápot vegyünk!). Átlagos terhelés esetén a szünetmentes táp 20-25 percig biztosítja az áramot. Lézernyomtatót nem lehet rá kötni, mert a rendszer kikapcsolja ilyenkor a szünetmentes tápot, mivel a lézernyomtatónak nagy a terhelése.

SZOFTVER A szoftver olyan programok összessége, amelyek működtetik a számítógép hardver elemeit, valamint kommunikálnak a felhasználóval (a programokhoz tartozó dokumentációk is ide tartoznak). Típusai:  Operációs rendszerek  Felhasználói programok/alkalmazói programok (Irodai szoftverek – MSOffice, OpenOffice, StarOffice, Tervező rendszerek – AutoCAD, játékok, multimédia, fejlesztői programok)  Segédprogramok (számológép, jegyzettömb, total commander)

VÍRUSOK A 80-as évek közepén még nem sokan vették komolyan azokat a programozókat, akik azt állították, hogy léteznek olyan programok, amelyek saját magukat sokszorosítják, a rendszerekbe beépülve számítógépeket fertőznek meg, és más rendszereket tesznek tönkre. A számítógépes vírusok programok, melyek az esetek többségében olyan kis méretűek, hogy a rendszerben megbújva képesek úgy működni, hogy ne vegyük észre. A vírusok életét két részre osztjuk: 1. Lappangási időszak: A vírus megpróbál észrevétlen maradni, „csak” szaporodik, azaz más rendszereket fertőz meg, minél nagyobb példányszámú egyedet próbál meg magából létrehozni. Az időszak célja az életben maradás, azaz egy-egy fertőzött példány megsemmisülése esetén is legyen önmagából biztonsági másolat. 2. Aktivizálódási időszak: A vírusos rendszer egy bizonyos számú elindítása után (esetleg azonnal), vagy egy külső körülmény bekövetkezésekor (pl.: péntek 13-a), a vírus aktivizálódik. Ez annyit jelent, hogy ettől a pillanattól kezdve már nem a szaporodással, hanem a károkozással van elfoglalva. Vannak olyan vírusok, melyek már a lappangási időszak alatt egyéb olyan károkozó tevékenységet okoznak, melyeknél nem is gondolunk arra, hogy az vírustevékenység eredménye. Vírus felépítése: 1. Reprodukciós rutin (másolja magát)  Keres (helyet, amit meg tud fertőzni (pl.: állományok))  Megvizsgálja, hogy már fertőzött-e az adott állomány  Ha nem fertőzött, belemásolja magát a programba  Beállítja a foglaltsági bitet (ami jelzi, hogy már fertőzött az állomány) 2. Aktiválódási feltételt ellenőrző rutin  Ellenőrzi, hogy valamilyen esemény bekövetkezett-e. Ha az esemény teljesül, elindítja a 3. lépést (pl.: valamilyen dátum) 3. Objektív/Romboló rutin  Ez már ténylegesen rombol, szoftvert vagy hardvert tesz tönkre.

- 31-

A vírusok fajtái (általánosan): Másolás elleni vírusok: Nem szaporodnak, egy adott rendszerbe vannak beintegrálva. Lappangási idejük nincs, céljuk a programlopás megakadályozása, felismerve a számítógépes környezet megváltozását. Barátságosabb fajtájuk csak az adott rendszer elindítását gátolja meg, míg a haragosabbak az újonnan telepített rendszer egészét – esetleg még sok mást is – törlik. Mivel egyedileg fejlesztett rendszerek vírusai, felismerésük szinte lehetetlen. Napjaink gyakori alaplap és operációs rendszer cserjével létjogosultságukat vesztették. Károkozó vírusok: Ezek a vírusok az aktivizálási időszakban törlik, felülírják vagy kódolják az adatainkat, és ez a károkozás az esetek többségében a rendszer teljes összeomlását eredményezik, ami egyes vírusok esetén azonnal, míg mások esetén csak többszöri rendszerindítás után jelentkezik. Enyhébb esetekben a vírusok nem rongálják meg az adatainkat, csak a számítógépes munkát nehezíti meg (gépünk újraindítása, betűk lepotyognak a képernyőről, összekeverednek a betűk). Worm (féreg) vírusok: Céljuk sohasem a közvetlen módon vett károkozás, hanem az, hogy bizonyos információkat (pl.: rendszergazda jelszavát, egyéb jogosultságokat) nyernek ki a rendszerből, és ezeket megadott helyen tárolják, vagy internetes címre továbbítják. A vírusok fajtái terjedésük alapján 1. Betöltő (Boot) vírusok: A lemezek indító szektorába és partíciós táblába telepednek be és az indító programot cserélik le. A fertőzés terjedésének feltétele, hogy az indítólemez vírusos legyen. A vírusok terjedésüket a betöltés folyamatára alapozzák: indításkor a BIOS a CMOSban megadott meghajtó sorrend (boot szekvencia) alapján igyekszik valamely meghajtóban elhelyezkedő lemez első szektorát betölteni. Egy fertőzött lemezzel történő indításkor az operációs rendszer előtt még a vírus is elindul, és a továbbiakban ez felügyeli a lemezműveleteket. Ezután minden lemez, amelyre hivatkozunk, fertőzött lesz. A vírusfertőzéshez elég egyszer fertőzött lemezről (nem feltétlenül rendszerlemezről) megkísérelni a rendszerbetöltést. 2. Állomány (fájl) vírusok: Terjedésük során végrehajtható (futtatható) kódot tartalmazó (.com, .exe, .sys, .drv, .bin,…) állományokat fertőznek meg, és ezekbe írják bele a saját kódjukat. A fertőzéshez szükséges elindítani egy vírusos programot, ezután az összes futtatható állomány fertőződik, melyre a rendszer hivatkozik.  Hozzáfűző (append) vírusok: Általában a végrehajtható állományok végéhez fűzik magukat, majd egy olyan kódot helyeznek annak elejére, hogy a program indításakor először a vírus hajtódjon végre, majd ezután kerüljön csak sor az eredeti tevékenység végrehajtására. A vírus működése során a fertőzött állományok mérete megnövekszik a víruskód méretével. Ezek speciális fajtája az amőba (polimorf) vírusok, melyek minden fertőzés után megváltoztatják az alakjukat, programkódjukat. Intelligens vírusok, a víruskódot tömörítve tárolják, és leggyakrabban a tömörítő algoritmust vagy annak kulcsát változtatják meg.  Felülírő (Replace) vírusok: A végrehajtó állományok elejét (vagy egy bizonyos részét) felülírva szaporodik, nem törődve azzal, hogy az eredeti kód ezek után már nem állítható helyre. 3. Makrovírusok: A vírus a .doc vagy .xls kiterjesztésű állományokba fészkeli be magát. Terjedése egyszerű, csak meg kell nyitnunk Wordben vagy Excelben a fertőzött dokumentumot, és a vírus automatikusan el is indul. Nagy veszélye, hogy működését gyakran csak akkor vesszük észre, ha már késő. Másrészt, ha a szerző a vírust nem kódolja le, bárki azt módosíthatja, így újabb vírust állíthat elő, amely változatokat a vírusirtók nem bírnak követni. Napjainkban léteznek makrovírus-generáló (vírusíró) programok. a. Levélbombák: A makrovírus speciális fajtája, terjedésük miatt tárgyalandóak külön. Email segítségével terjednek, akkor aktivizálódnak, amikor elolvassuk a fertőzött levelet. A fertőzés lefolyása függ a számítógépes környezettől. Ha van Outlook és Internet kapcsolat a gépünkön, akkor annak címtárában lévő minden embernek ír egy - 32-

„nyomdafestéket nem tűrő” hangvételű levelet. Ez a hirtelen levéláradat megbéníthatja nagyobb vállalatok levelezőrendszerét. Néhány vírus közvetlen Internet elérés hiányában dokumentumainkat fertőzi meg. 4. Társult vírusok: A DOS programindítási tulajdonságát kihasználó vírusosztály. A fertőzés úgy történik, hogy a vírus kiválaszt egy vagy több könyvtárban egy vagy több .exe kiterjesztésű programállományt, majd elkészíti az ugyanilyen nevű, de .com kiterjesztésű változatot, amit rejtetté tesz. A rejtés miatt, az új állomány nem fog megjelenni a könyvtár tartalom kilistázásakor. Ha kiterjesztés nélkül írunk be egy parancsállomány nevet, a DOS először az aktuális könyvtárban a .com változatot fogja keresni. Normál esetben, ha nem talál ilyet, akkor tovább lép és az .exe állományok között fog tovább keresni, majd átvizsgálja a PATH környezeti változatban felsorolt könyvtárakat is. Fertőzés esetén azonban természetesen találni fog egyet, mégpedig a rejtett, víruskódot tartalmazó .com állományt és végre is fogja hajtani azt, amivel aktiválja a vírust. Az pedig elvégzi a maga kis gonoszságait, majd elindítja az aktuális programot, annak befejezése után pedig visszaveszi a vezérlést. 5. Windows script vírusok: Hálózati úton keresztül, a scriptekbe beírva magát hajtja végre a terjedését és szaporodását. Itt említendők még a trójai programok, amik „kaput nyitnak” az illetékteleneknek, azaz másik gépről is rá tudnak csatlakozni a számítógépünkre anélkül, hogy mi azt engedélyeztük volna. A trójai programok NEM vírusok, ugyanis nem szaporodnak! Ide tartoznak még a spyware-ek és az adware-ek. Adware: Reklámokat megjelenítő szoftver, amely általában vagy trójaiként, vagy kereskedelmi programok ingyenes változatainak részeként települ a számítógépre. A reklámszoftverek egy része kémszoftverrel is kombinálásra kerül, hogy a felhasználó érdeklődési körének jobban megfelelő reklámokat tudjon megjeleníteni. Egy ilyen program jelenlétét elég könnyű észrevenni, tipikusan erre utal, ha a számítógépünk kapcsolódva van az Internethez és semmit nem csinálunk a gépen, hirtelen egy Exploler ablak ugrik elő valamilyen hirdetéssel. Spyware: Olyan szoftver, amely a felhasználó gépéről annak tudta nélkül információkat szivárogtat ki, vagy ezt lehetővé teszi mások számára. A kémszoftverek általában valamilyen hasznosnak tűnő trójai program részeként települnek a felhasználó gépére, ahol aztán csendben végzik tevékenységüket. Sok kémszoftver hátsó kaput is nyit a gépen, amin keresztül illetéktelenek is különböző műveleteket hajthatnak végre azon. Lényegét tekintve hasonló az Adware típusú kártevőkhöz azonban ennek jelenlétét nehéz észrevenni mivel semmilyen külső jele nem mutatkozik egy ilyen program jelenlétének. Az Adware-tól annyiban különbözik, hogy meglapul a háttérben és információkat juttat ki a számítógépünkről az Internet felé. Van, hogy ikonokat rak a start menübe, vagy a böngészőbe tesz „extra” funkciókat, esetleg tárcsázó programot installál, nem is beszélve a saját oldalukra linkelő megoldásról. Ezek a programok nagymértékben lassíthatják a gépet, és a sávszélességet is csökkenthetik. Az adware-ek és spyware-ek esetében egyre inkább beszélhetünk elmosódó határvonalakról. Míg néhány éve tisztán rá lehetett mondani egy adware-re, hogy az csupán reklámokat jelenít meg; és az is világos volt, hogy mit nevezünk kémprogramnak (spyware-nek), addig manapság egyre jobban összefonódik a két fogalom, sőt, egyre gyakrabban láthatunk hátsóajtó és féreg tulajdonságokat is. Míg régebben valamennyire „tisztességesek” voltak ezen szoftverek készítői, hiszen ha a licenc-szerződés apró betűs, elrejtett részében is, de közölték, hogy mi várhat a felhasználóra, ha elfogadja a feltételeket, addig a mai kémprogramok általában a böngészők vagy az operációs rendszer sebezhetőségeit kihasználva kerülnek fel a számítógépekre. A vírusok fajtái fertőzési módszerek alapján: 1. Alapmódszerek

- 33-

a. Memóriában elrejtőzés. A fertőzött program lefuttatásakor a vírus beül a tárba, és általában a gép hardveres kikapcsolásáig (nem Ctrl+Alt+Del újraindítás!) ott is marad. A fertőzést azoknak az állományoknak adja át, amit a tárba beülése után indítanak el. A fertőzésnek ezt a módszerét választó parazita neve: rezidens vírus. b. Közvetlen tevékenység. Az aktiválásuk után adott számú állományt megfertőző, majd a vezérlést a gazdaprogramnak visszaadó élősködők a közvetlen tevékenységű vírusok. c. Időzített bombák azok a vírusok, amelyek a fertőzés szétterjesztésére fordított adott lappangási idő után, a szerző által beprogramozott feltétel (pl. időpont, esemény, indításszám, stb.) teljesüléskor aktív állapotba kerülnek Az aktív állapotban a legkülönbözőbb tevékenységet hajthatják végre, a "jópofizástól" az adatelrontáson keresztül a winchester formázásáig bezárólag bármit. Az aktív időszak alapvető ujjgyakorlata az adatok barbár megsemmisítése, de léteznek ennél sokkal kifinomultabb módszerek is. Léteznek olyan vírusok, amelyek a látens periódusban a kiviteli pufferben véletlen számú és véletlen helyen előforduló adatokat változtatnak meg. Ha elég idő van erre, akkor a teljes adathalmazunk, beleértve a mentéseket is, értéktelen bit-szemétdombbá válik. 2. Fejlett rejtőzési módszerek a. Lopakodó vírusok voltak azok a paraziták, amelyek az ellenőrző összeg (check sum) képzésén alapuló felderítések kijátszására jöttek létre. Ezek lemezolvasási kéréseket figyelnek és fognak el, hogy téves információkat szolgáltassanak a rendszer állapotáról, így a lemez olvasását végző program nem képes észlelni a lezajlott változásokat: a fertőzés tényét és mértékét. b. Az ön-titkosító, a polimorfikus és a mutációs vírusok a vírusazonosító keresőkódok alkalmazásán alapuló víruskereső rendszerek működését teszik lehetetlenné. Alapvetően a végrehajtási kódjukat, de nem ritkán még a működésüket is képesek megváltoztatni generációról generációra. Némelyek nemcsak egyik rendszerből a másikba átemeléskor, hanem fertőzésről fertőzésre is megváltoztatják a megjelenési kódot. A kódolást végző úgynevezett generátorok egyike annyira képes átkódolni egy vírus megjelenését, hogy bármely két előfordulásakor csak egyetlen, az összes ilyen fedett állományban azonos byte marad változatlan. Erre azonban nem lehet keresőmintát alapozni, az ilyen osztályba tartozó vírusok felderítésére, azonosítására más módszert kell alkalmazni. c. Retrovírusok, alkalmazásokra szakosodott vírusok tevékenykednek ismert antivírus programok működésének megakadályozására. Erre vagy azt a módszert használják, hogy megsemmisítik a kiválasztott antivírus programot, esetleg lefagyasztással, más módszerrel megakadályozzák a működését, de nem megvetendő az a módszer sem, amelyik ehelyett inkább észrevétlenül egy kicsit “megbabrálja” a vírusfelderítő kódot, éppen csak annyira, hogy az a bősz működés látszatát keltse, de valójában semmi érdemleges ne történjék. 3. Összetett fertőzési/rejtőzési módszerek A vírusok önmaguk védelmére, mások életének megkeserítésére természetesen a fenti elemek kombinációit is alkalmazhatják: fertőzhetnek boot szektort, MBR-t és állományokat egyidejűleg, miközben rejtőzködhetnek is, lopakodhatnak is, mutálódhatnak is. Generációk szerinti csoportosítás:  Első generáció: egyszerű terjedő rutinnal rendelkeztek, egyszerű volt őket felismerni és a visszafejtésük sem volt túl bonyolult.  Lopakodó vírusok  Mutációs vagy polimorf vírusok  Makrovírusok  Trójai programok  Férgek

- 34-

Vírusfertőzés kiváltó okai:  Felhasználók hiányos ismerete  Hiányzó vagy nem megfelelő biztonsági ellenőrzések  Hiábavalóan létező biztonsági előírások (be nem tartott)  Jogosulatlan gépfelhasználás  Hálózatok veszélyeztetése (anonim felhasználó engedése a hálózatra) Vírusvédelmi oktatás tárgyai  Trójai programok, férgek, vírusok működési elve, rombolási lehetőségei  Ellenük való védekezés lehetséges módjai  Általános biztonsági eljárások és programok használata  Hogyan lehet észrevenni a rendszerhez nem jogosult felhasználók ténykedését  Különböző technikai ellenőrzések használata, saját adatok és programok érdekében  Hogyan figyelje és vegye észre a rendszer a szoftverek abnormális működését, ill. ilyen esetekben mit kell tennie, hogyan, és kitől lehet segítséget kérni Hogyan „szerezhetünk” vírust? A vírusok terjedéséhez mindenképpen adatátviteli közegre van szükség, amely lehet:  Mágneslemez  Merevlemez  Cserélhető meghajtók lemezei (SCSI, PCMCA, USB meghajtók adathordozói)  Hálózati meghajtó  Elektronikus levelezéssel  Internetről letöltött információkkal  CD ROM, DVD Hogyan ismerhető fel a vírus? Vírusfertőzésre utalnak a következők:  Állományok hossza indokolatlanul megváltozik.  Állományok ok nélkül eltűnnek, sérülnek.  Katalógus összekeveredése, abban oda nem illő szöveg megjelenése.  Furcsa, szokatlan jelenségek (képernyőről lepotyogó betűk, tréfás vagy ízetlen feliratok,…)  Indokolatlan lassulások, lefagyások.  Programinduláskor lefagy, vagy újraindul a gép.  A winchester szabad kapacitása ok nélkül megváltozik.  Egyes programfunkciók, menük nem működnek vagy a menürendszer megváltozik (ezek általában makrovírusok)  Partnereink jelzik, hogy több, fertőzött levelet kaptak az email címünkről.  Olyan leveleket kapunk vissza, melyben a szerver jelzi, hogy nincs olyan cím, és mi nem is küldtünk olyan címre levelet.  A dokumentumok csak sablonként menthetők.  Indokolatlanul hosszú ideig tart a levelek küldése, vagy a gépünk minden ok nélkül internetes kapcsolatot akar létesíteni.  Az email-ben kapott levél mellékletének több kiterjesztése van. Mindezek vírusfertőzésre utalnak, de nem biztos, hogy tényleg vírusos a gépünk! Védekezés a vírusfertőzés ellen Általános adatvédelem - 35-



Csak jogtiszta programokat használjunk. Az illegálisan másolt programok telepítése a leggyakoribb fertőzésveszély.  Ha kapunk (veszünk) egy új programot, készítsünk róla biztonsági másolatot.  Változó adatainkat mindig mentsük le (nem árt több példányban).  Amennyiben új adathordozót, vagy lokális rendszeren kívüli (pl.: hálózatról) érkező adatokat kell használnunk, előtte vizsgáljuk meg őket víruskereső programmal.  Gondoskodjunk arról, hogy adatainkhoz más ne férjen hozzá.  Idegen számítógépen csak írásvédett lemezt használjunk.  Ne felejtsünk mágneslemezt a meghajtóban.  Tartsunk készenlétben egy garantáltan vírusmentes, írásvédett rendszerlemezt és egy vírusmentesítő lemezt. Víruskereső (mentesítő) programok A legegyszerűbb módja, hogy kiderítsük, vírusfertőzött-e az adathordozó vagy az állomány. Egyes fajtái megpróbálják törölni a megtalált vírust. Ez a törlés sikeres lehet a boot-vírusok és a hozzáfűző vírusok esetében, ekkor ugyanis az eredeti kódot vissza lehet állítani. A felülíró vírussal fertőzött állományokat azonban csak törölni lehet, helyreállítani nem. A víruskereső programokkal kapcsolatos problémák:  Mindig van olyan (új) vírus, amit nem ismernek fel – csak azokat a vírusokat ismerik fel, amelyre már „megtanították” őket.  Egy-egy víruskereső program 1-2 hónap alatt teljesen elavul, állandóan frissíteni kell.  A polimorf vírusok felderítése szinte lehetetlen. Rezidens vírusfigyelők A memóriába betöltődve folyamatosan vizsgálják a lemezműveleteket, minden futtatható állomány indítása esetén megvizsgálják, hogy vírusos-e, majd csak ezután engedélyezik az elindítást, illetve mágneslemez esetén a lemezműveletkor ellenőrzik annak indító szektorát is. Beállítható az is, mi történjen a vírusos állománnyal (semmi, törlés, vírusmentesítés, átnevezés, karanténba zárás). Hátrányuk, hogy csak az elindított programokat, betöltött állományokat ellenőrzik, másrészt a futtatható állományok, internetes oldalak, dokumentumok betöltését nagymértékben lelassítják. Vannak olyanok is, amelyek az internetes levelezést, illetve letöltést is figyelik.

TÖMÖRÍTÉS Minden információ tartalmaz ismétlődő jeleket. (Redundancia) A tömörítés nem más, mint a redundancia csökkentése. A tömörítési arány függ a fájl típusától, átlagosan 2-4 szeres. Egyes képfájlok esetében az arány 8-12 szeres, szövegfájlok esetében 3-6 szoros, futtatható fájlok esetében 1,5-2,5 szeres. A tömörítés és az archiválás fogalma nem ugyanaz. Az archiválás (archívumba rakás) az több fájl „összegyűjtése” egy fájlba. Előfordulhat ugyan, hogy a több fájl összegyűjtésekor tömörít is, de általában csak „összerakja” egy fájlba a többet. Tömörítéskor megoldódó problémák:  Az állományok méretet kisebb lesz, így kevesebb helyre lesz szükség a tárolásukhoz.  A tömörített állományok kiterjesztése nem EXE vagy COM, ezért az ilyenekre "vadászó" vírusok nem fogják megfertőzni.  Az tömörített állományok megadott méretű részekre szeletelhetők. ez azt jelenti, hogy az arcívum tartalma több különálló fájlra lesz elosztva. Ezzel a megoldással nagy állományokat tudunk lementeni több 1,44 MB-os lemezre.

- 36-

A tömörítés típusai:  veszteségmentes: A kicsomagolt adat pontosan megegyezik a tömörítés előttivel. Fájlok tömörítésére használjuk. A veszteséges tömörítéshez képest lassabb, kevésbé hatékony, ellenben garantálható a tömörített adatok százszázalékos visszaállíthatósága.  veszteséges: A kicsomagolt adat csak hasonlít az eredeti adathoz, azonban kompromisszumot kötve ezt elfogadjuk. Ezt a módszert használjuk a képek, hangok és videók tömörítése esetén. A visszaállított kép minősége rosszabb, mint az eredetié, az emberi szem nem érzékeli, vagy nem olyan mértékűnek érzékeli a romlást. Olyan módszereket alkalmaz, amely akár nagyságrendekkel is javítja a tömörítési hatékonyságot, ráadásul nagy sebességgel dolgozik. Ennek azonban az ára hogy az alkalmazott módszertől függően 1-10 százaléknyi, néha még ennél is nagyobb adatvesztés lép fel. A veszteségmentes tömörítő eljárások egy csoportosítási lehetősége:  Parancssorban, vagy DOS környezetben elérhető tömörítők (pl.: ARJ)  Windows alapú alkalmazások (pl.: WINZIP)  Az operációs rendszerbe integrált tömörítési eljárások (röptömörítők) A veszteséges tömörítés csoportba tartozik a JPG, amely az egyik legelterjedtebb képtárolási formátum. Kifejlesztője a Joint Photographic Expert Group. Adatvesztő tömörítési eljárást használó formátum. A tömörítési arány 5:1 és 20:1 közötti (a kitömörítéshez nincs szükség segédprogramra, a megjelenítést végző program a megnyitáskor elvégzi azt). A JPEG formátum 24 bites színmélységet képes kezelni (több mint 16,7 millió színt), a tömörítési eljárás azonban az emberi szem becsaphatóságán alapul, és adatvesztéssel jár. Tömörítés szempontjából megkülönböztetünk szöveges és bináris adatokat. A szöveges adatokat mindig veszteségmentes eljárásokkal tömörítjük. Emellett még beszélhetünk különböző tömörítéskről:  Fraktáltömötrítés: A képek egyes részeit fraktálokkal közelítjük és csak az ezeket előállító függvények együtthatóit tároljuk. Adatvesztést csak a közelítés pontatlanságából adódhat, viszont a kapott kép felbontásfüggetlen.  Statisztikára épülő tömörítés: A tömörítendő adatblokkban előforduló szimbólumok előfordulási gyakorisága alapján statisztikát készít. E statisztika alapján minden szimbólumhoz egy bitsorozatot rendel hozzá oly módon, hogy a leggyakrabban előfordulóhoz a legrövidebbet, a ritkábban előfordulóhoz pedig hosszabbat rendel hozzá. Előnye: minimális átlagos szóhossz. Hátránya: a statisztika eredményét is továbbítani kell. (Pl.: Huffma-kód)  Szótár alapú tömörítés: A kódolás során a kódolandó adatblokkban található kódsorozatokból egy táblázatot készít. A tömörítés akkor következik be, amikor egy adott kódsorozatot megtalál az általa felépített táblázatban. Ilyenkor az egész karaktersorozatot a táblázatból hozzárendelt kóddal helyettesíti. (Pl.: LZ-77, LZW kódolás) A tömörítés lépései: 1. Becsomagolás: Az tömörített állomány létrehozása az eredeti megtartása mellett.. 2. Kicsomagolás: Az tömörített (becsomagolt) állomány visszaállítása eredeti állapotába. Tömörítő programok:  WINRAR (Általános fájltömörítő) A WinRAR két különböző formátumú archívumot képes létrehozni: RAR-t és ZIP-et.  ZIP archívumok: A ZIP formátum fő előnye a népszerűsége. Például az Interneten a legtöbb archívum ZIP archívum. Egy archívumban egy ZIP fájl maximális mérete 2 GB.  RAR archívumok A RAR formátum lényegesen jobb tömörítést nyújt, mint a ZIP. A RAR másik fontos tulajdonsága a többkötetes archiválás támogatása. Köteteket általában nagy archívum több hajlékonylemezen való tárolására használnak.

- 37-

A RAR formátumnak van néhány olyan fontos tulajdonsága, ami a ZIP-ben hiányzik, mint például  a helyreállítási bejegyzés (ami lehetővé teszi a sérült adatok fizikai helyreállítását,)  a fontos archívumok lezárása (az eseti módosulás megelőzése céljából.) A RAR formátum gyakorlatilag korlátlan méretű fájlokat tud kezelni.  Önkitömörítő archívum Az SFX (SelF-eXtracting) archívum olyan tömörített állomány, amely egyesítve van egy végrehajtható modullal, amit az állomány kicsomagolásra használunk a végrehajtás során. Így nem szükséges külső program egy SFX archívum tartalmának kicsomagolásához, elég lefuttatni. Mindemellett a WinRAR ugyanúgy tud dolgozni egy SFX archívummal, mint bármilyen más archívummal, így ha nem akar lefuttatni egy kapott SFX archívumot (például vírus lehet benne), a WinRAR-ral megtekintheti, vagy kicsomagolhatja a tartalmát. Az SFX archívumok általában .exe kiterjesztésűek, mint bármely más végrehajtható fájl. Az SFX archívumok használata sok kényelemmel jár, ha oda akarunk adni valakinek egy archívumot, de nem tudjuk, hogy van-e megfelelő programjuk a fájlok kicsomagolására. Az önkitömörítő archívumok mérete kicsit nagyobb, mint a zip vagy rar állományok mérete. Tömörítési eljárások 1. Huffman kód Változó szóhosszúságú kód készítésére használható a Huffman kód, amely a Morse-kódhoz hasonlóan a kódolandó anyagban lévő elemek előfordulási gyakorisága alapján készít változó szóhosszúságú kódokat. Ez egy veszteségmentes, statisztika alapú tömörítési eljárás. Legyen adott 5 karakter előfordulási gyakorisága egy szövegben: a: 3, b: 2, c: 1, e: 6, n:2 Ezeket az előfordulási gyakoriságokat arányaiban felírva: a: 3/14, b: 2/14, c: 1/14, e: 6/14, n: 2/14. Természetesen százalékban is meg lehet ezeket adni (a: 22%, b: 14%, c: 7%, e: 43%, n: 14%). A Huffman kódok egy fa felrajzolásából kapjuk: Kiválasztjuk a két legkisebb előfordulási valószínűséggel rendelkező elemet, és egymás mellé írjuk a két előfordulási valószínűségi értéket. Majd ezt a két értéket levélként kezelve, az összegüket csomópontként a két levél fölé írjuk. Ezek után kiválasztjuk a harmadik legkisebb valószínűségű elemet, és megnézzük, hogy ennek értéke kisebb-e, mint a csomópont, amiben a két legkisebb valószínűségű elem összege van. Ha kisebb, akkor az említett csomóponttól jobbra, ha nagyobb, akkor a csomóponttól balra írjuk le a gyakorisági értéket, majd a többi elem valószínűségi értékét is ez alapján helyezzük el a fában, míg a gyökérig el nem jutunk (100%, vagy arányoknál a nevező értéke). Ekkor az egy csomópontból balra kiinduló ágra 1-est, a jobbra kiindulóra pedig 0-át írunk, és az egyes elemekhez vezető útvonal alapján felírjuk a kódot.

14 a b c e n

1

10 1111 1110 0 110

0

8 1

0

5 1

0

a

2 0

2

1

b

c

e

3

3 1

6

n

- 38-

Másik lehetőség:

14 a b c e n

111 101 110 0 110

1

0

8 1

6 0

e

5 1

3 0

1

0

3

2

2

1

a

n

b

c

Néhány szabály, amit a Huffman kód alkalmazása során be kell tartani:  A két legkisebb valószínűséggel előforduló érték kódja csak az utolsó bitben következik  Mindig az 1 jelöli a nagyobb, és 0 a kisebb előfordulási gyakoriságot  Testvérpár tulajdonság: az előfordulási gyakoriságok lentről felfelé, azon belül pedig jobbról balra növekednek. Tehát egy adott értéktől balra lévő érték nem lehet kisebb az adott értékünknél! A Huffman kódban egyetlen bithiba több egymásra következő érték hibás értelmezését okozhatja. A Huffman kód egyik fontos jellemzője az átlagos szóhossz. Ez úgy számolható, hogy az egyes előfordulási gyakoriságokat megszorozzuk az adott elem kódjának hosszával, és ezeket a szorzatokat összeadjuk. A fenti példa esetében: 2*3/14+4*2/14+4*1/14+1*6/14+3*2/14=0,43+0,57+0,28+0,43+0,43=2,14 Tehát a példánk átlagos szóhossza 2,01. Az ábrát, amelyből a kódokat előállítjuk többféleképpen is fel lehet rajzolni (például, ha nem a 2 legkisebb, hanem a négy legkisebb előfordulási valószínűségű elemet vesszük levélnek). Bárhogy is készítjük el a fát, a Huffman kód átlagos szóhossza mindegyik esetben ugyanannyi. Hogy ezen variációkból melyik hatékonyabb, azt úgy lehet megtudni, hogy kiszámoljuk a szórásnégyzetet, majd ebből a szórást. Amelyiknek kisebb a szórása az a hatékonyabb.

Átlagos szóhossz: 3*3/14+3*2/14+3*1/14+1*6/14+3*2/14=0,64+0,43+0,21+0,43+0,43=2,14 (Másik fontos tulajdonsága egy Huffman kódnak, hogy mekkora a kódtömörítés mértéke. Ezt úgy lehet kiszámolni, hogy megnézzük hány biten tudjuk tárolni az elemeket, és azt elosztjuk az átlagos szóhosszal. Esetünkben 5 elemet 23 lehetőséggel tudjuk megjeleníteni, mivel 22-nal csak 4 lehetőségünk van, és az kevés az 5 elem megjelenítéséhez. Ez azt jelenti, hogy 3 bit kell a kódoláshoz, tehát a tömörítés mértéke: 3/2,14=300/214=1,4) 2. RLE tömörítés (Run Lenght Encoding – Ismétlődési-hossz kódolás) Az RLE lényege, hogy ahol több egymás utáni azonos bit van, ott a bit hosszát és magát a bitet tárolja, de a bitet csak egyszer. Jól használható a képek tömörítésénél, ahol sok egyforma színű bit van egymás mellett. Példa: Számsor: 123344455 RLE-kód: 12233425

- 39-

3. LZ tömörítés: A tömörítőcsalád alkotóiról (Abraham Lempel és Jakob Ziv) kapta nevét, akik 1977-ben jelentették meg az alapalgoritmust (1977-et jelent a névben szereplő 77-es szám). Az LZ-77 alapú tömörítők letárolják az n db utolsó byte-ot, és amikor egy olyan byte-csoportot találnak, mely szerepel ebben a pufferben, akkor a byte-csoport helyett annak a pufferben lévő helyét és hosszát tárolják le. Az algoritmust sokan módosították, javították a jobb tömörítés érdekében. 4. LZW tömörítés Az LZW az LZ finomított változata. Terry Welch publikálta 1984-ben, a W betű az ő nevére utal az elnevezésben. Az LZW algoritmus is széleskörűen elterjedt, legismertebb megvalósítása a főleg UNIX rendszereken elterjedt COMPRESS program. A kiírásra kerülő kódok általában 12 bitesek, így a sztringtáblában 4096 bejegyzés fér. Az első 256 bejegyzésbe előzőleg az egyszerű ASCII karakterek, 256-tól 4095-ig pedig a tömörítés során a byte-csoportok kerülnek. Az algoritmus előnye, hogy ezt a táblát nem kell letárolni, ugyanis kitömörítés közben minden további nélkül felépíthető. Az LZW a tábla tárolásában hozott forradalmi újítást, ugyanis az LZW táblájába nem az egész byte-csoport kerül bele, hanem csak a byte-csoport első byte-ja, majd egy, már a táblában szereplő byte-csoport indexe (a byte-csoport ebből a láncolatból könnyen felépíthető

- 40-