Základní pojmy - WordPress.com

Základní pojmy
Informace -
poznatek, údaj, zpráva o okolním světě
Data -
naměřené údaje
Znalosti -
vytváříme si je z informací, jsou předpokladem pro vědomé jednání
Počítač -
stroj, sloužící ke zpracování informací (ukládání, třídění, přenos)
Informatika - vědní obor - zabývající se získáváním, využitím a zpracováním informací
Aplikace informatiky:
-
výpočetní technika (počítač, kalkulačka,...)
-
kybernetika a robotika (robotický pes), jsou to stroje, které samy reagují na předměty
-
umělá inteligence (sondy ve vesmíru, pračka 6 smysl,....), jsou to stroje, které se
dokážou učit (neuronové sítě)
-
expertní systémy(program u lékaře) - program společně s programátorem vytváří
expert, expertní systém nám dává kromě odpovědi na zadané parametry i vysvětlení,
proč nabízí zrovna toto řešení
-
počítačová simulace - jsou to nejčastěji simulace jevů, které nemůžeme v reálném
světě vyzkoušet (např. figurína v autě bez pásů, náraz meteoritu do jiné planety, ale i
hry, kde simulujeme např. let letadlem,.....)
-
telekomunikace (mobilní telefony, bezdrátové sítě,...)
Zdroje informací:
............................................................
............................................................
............................................................
............................................................
............................................................
Vlastnosti informací: informace musí být správná, objektivní, nezaujatá, nepodjatá, aktuální,
ucelená a měli bychom se vždy zajímat o odbornost autora informace
Co je to stárnutí informace - uveďte příklad:
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
Paměťové média:
1. lidský mozek
2. vynálezem písma 4 000 let před n.l. (tabulky, jeskyně, značky ve zdi,...)
3. vynález knihtisku 1445 - Johanes Guttenberg (papír, knihy, učebnice)
4. využití počítačových technologií (CD, DVD, Flash disk, paměťové karty, ZIP, .....)
Počítač je digitální zařízení, používající dvojkovou soustavu.
Jedná se o 0 nebo 1 = nejmenší jednotka informace. Jmenuje se bit, zkratka b.
Celá abeceda lze zakódovat pomocí 8 bitů = 1 byte (česky bajt), zkratka je B.
Další jednotky:
1 KB = 1024 B
1 MB = 1024 KB
1 GB = 1024 MB
1 TB = 1024 GB
Kódování textů v počítači
ASCII - americký standardní kód pro výměnu informací
Konstruktéři použily pouze 7 bitů = 27 = 128 znaků
Později byl doplněn na 8 bitů obsahující 256 znaků (evropské abecedy) = 28
Referát
UNICODE - nejpoužívanější kódování znaků v počítači, které používá 16 bitů na 1 znak.
Referát
Kódování obrázků, zvuku a videa
-
S příchodem grafického rozhraní v roce 1985
Pro barevné obrázky se běžně používá 16,7 mil. barev, tedy 24 bitů na bod, pro lepší kvalitu
pak 16 bitů na RGB kanál obrázku.
Nekomprimované a komprimované formáty
původní algoritmy záznamů multimediálních souborů umožňovaly pouze jejich převod do
digitální podoby.
Každý bod
obrázku byl zapsán
(formát BMP)
tón
(formát WAV)
snímek videa
(formát AVI)
Nekomprimované soubory zabíraly mnoho místa a práce s těmito soubory byla pomalá.
Komprimované soubory
obrázky
.tif, .gif, .jpeg, ......
zvuky
.mp3, .wma, .ogg, ........
video
.mpeg-2, WMV, DivX, ........
se používají běžně.
Příklady převodu jednotek
Desítková soustava
103
102
101
100
1
6
2
3
1000x1=1000
100x6=600
10x2=20
1x3=3
1000 + 600 + 20 + 3 = 1623
Dvojková soustava
210
29
28
27
26
25
24
23
22
21
20
1
1
0
0
1
0
1
0
1
1
1
32x0
16x1
8x0
4x1
2x1
1x1
1024x1 512x1 256x0 128x0 64x1
1024 + 512 + 64 + 16 + 4 + 2 + 1 = 1623
Převod čísla 1623 do dvojkové soustavy
1623 : 2 =
je 811
zbytek
1
zbytek
1
zbytek
1
zbytek
0
zbytek
1
zbytek
0
zbytek
1
zbytek
0
zbytek
0
zbytek
1
zbytek
1
811 : 2 =
je 405
405 : 2 =
je 202
202 : 2 =
je101
101 : 2 =
je 50
50 : 2 =
je 25
25 : 2 =
je 12
12 : 2 =
je 6
6:2=
je 3
3:2=
je 1
1:2=
je 0
Výsledek se čte vždy zdola nahoru.
Takže výsledek je 11001010111.
Sčítání a odčítání dvojkových čísel
11001010111
1623
11001010111
1623
+11001010111
+1623
- 10010
- 18
110010101110
proveďte kontrolu ===== 3246
11001000101 ===== 1605
Úkoly:
1. Převeďte číslo 58 do dvojkové soustavy a udělejte zkoušku
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
2. Převeďte číslo 10010110 do desítkové soustavy a proveďte zkoušku
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
3. Porovnejte čísla
110011
28
111000
1010111
35
1000
54
1111
44
1001
11000
10111
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
4. Spočítejte a udělejte kontrolu
101010
110011
1101
11001
110011
101010
111111
100010
1000
-1110
-
111
-11001
---------
---------
------
--------
---------
---------
Historie počítačů
1. jednoduchá počítadla
a. prsty
b. kuličkové počítadlo
c. abakus
d. logaritmické pravítko
2. Mechanické kalkulátory - 17. století
a. Wilhelm Schickard
b. Blaise Pascal
c. Wilhelm von Leibnitz
d. Thomas de Colmar
3. Děrné štítky a mechanické počítače (1805 - 1925)
a. Joseph Marie Jacquard
b. Charles Babbage
4. Elektromechanické počítací stroje (1890 - 1945)
a. Herman Hollerith
5. Vývoj počítačů
a. Reléové počítače (II.světová válka)
i. Konrád Zuse
ii. Howard Aiken
iii. Alan Turing
b. Elektronkové počítače (po roce 1946)
i. Pelsylvánská univerzita - Eniac
ii. John von Neumann - Edvac
c. další - 2. pol 20 století, vývoj: elektronky nahradily tranzistory a dále
integrované obvody
6. První mikropočítače (70 léta)
a. Edd Roberts
b. Steve Jobs a Steve Wozniak APPLE 1, APPLE 2
IBM – 1981 – IBM PC – orientovaný na podnikový sektor
Měl 16 KB paměti, procesor firmy INTEL, 2 disketové mechaniky, monitor, OS DOS od
Billa Gatese, měl textové rozhraní.
Do roku 1995 byl PC bez grafického rozhraní.
Firma Xerox už pracovala na grafickém rozhraní před rokem 1980.
Firma Apple uvedla 1984 Apple Macintosh, který už měl grafické rozhraní.
Program ovládající technické díly počítače = BIOS
WINDOWS
1992 – Windows 1 a 2 – nepoužitelné
1992 – Windows 3.1 – dobyl svět
1993 – Windows 3.11
Windows 95, 98, 2000, XP, Vista
Kalkulátory
Jsou to stroje na zpracování údajů, které mohou provádět kromě základních matematických
operací i složitější operace vyvolané tlačítkem na klávesnici (umocňování, odmocňování,
výpočty trigonometrických funkcí,...)
Vstupní zařízení – klávesnice
Výstupní zařízení – display
Napájení – baterie, akumulátory, sluneční energie, přímo ze sítě
Kalkulátory dělíme:
-
čtyřúkonové +, -, *, / a speciální funkce √, %.
-
vědecké kalkulátory
-
finanční kalkulátory
-
kalkulátory s funkcemi
-
programovatelné kalkulátory – výstup číselný i grafický
Klávesnice
je sestavena z kláves, 1 klávesa 2 – 4 funkce. Volba druhého významu se provádí stiskem
kombinací kláves F, 2nd, SHFT, ...
Pro inverzní funkce – INV (nejdříve klávesu a potom INV)
Zobrazovací jednotka
je výstupní zařízení kalkulátoru
U kapesních kalkulátoru – operační paměť – skládá se z operačních registrů, které slouží
k ukládání operandů, se kterými se provádějí operace.
Operátory zadaných, ale dosud neprovedených operací jsou uloženy v instrukčních registrech.
-
ROM – paměť s přímým přístupem – pevně uloženy programy
-
RAM – paměť s přímým přístupem – ukládají se do ní instrukce i data
Registr – je paměť s malou kapacitou, jen několik bajtů, slouží ke krátkodobému uložení
informací – nejrychlejší paměť
Operační systém kalkulátoru
určuje, jak se bude vyhodnocovat vložený matematický výraz
Systémy se liší tím, v jakém pořadí se vkládají operandy a operátory při dvoučlenných
operacích
a. prefixová – operátor před operandy
b. infixová – operátor mezi operandy
c. postfixová – operátor za operandy
Algebraická logika
-
jednočlenné operace se zadávají postfixově, tj. operátor se uvede až za operandem (5
sin)
-
dvoučlenné operace se zadávají infixově, tj. operátor se zadává mezi operandy (5+3)
-
jednočlenné operace se provedou hned po zadání operátoru
-
dvoučlenné se v případě, že mají sousední operátory stejnou nebo nižší prioritu (++),
vyhodnotí hned po vložení operátoru (5+3+)
-
Pokud je priorita sousedních operátorů rozdílná (+*) operace se vyhodnotí až po
vložení dalšího operátoru (5+3*7+). Operace se provádějí v pořadí jejich priorit.
Priorita operací
1. výrazy se závorkami se vyhodnocují jako první, a to směrem od vnitřních závorek
k vnějším.
2. pak se vyhodnotí jednočlenné operace (n!, sin, √)
3. následuje vyhodnocení dvoučlenné mocniny yx
4. pak následuje násobení a dělení
5. pak součet a rozdíl
6. konečné vyhodnocení se provede po stisku klávesy = (provedou se hierarchicky
všechny započaté operace)
Zásobníková paměť
Zásobník (stack) je paměť, která je organizována jako paměť typu LIFO (last in-first out).
Číslo, které z klávesnice vstupuje jako poslední do zásobníku, vystupuje jako první.
(a+b)*(c+d)
Zaokrouhlování
Ve výpočtu vznikají chyby při vyjadřování racionálních zlomků a čísel typu Ludolfova čísla
π.
a. zaznamená prvních 8 číslic a zbývající část zanedbá – zanedbávání
b. poslední číslici zaokrouhlí – zaokrouhlování
0-4 – nemění se
5-9 hodnota se zvětší o 1
Číselný rozsah – přetečení a podtečení
a. čísla s absolutní hodnotou 99999999 – 9,9999*1099 – nelze v kalkulátoru zobrazit,
vznikne výpočtem – přetečení
b. 0,0000001 resp. 1*10-99 – podtečení – v tomto případě kalkulátor nahradí číslo nulou a
pokračuje ve výpočtu
Dnes se nejčastěji používají displeje z tekutých krystalů (LCD – Liquid Crystal Display)
pracující na principu odrazu světla. Vyžadují vnější osvětlení, ale mají minimální spotřebu.
Většinou se používají osmi segmentové, u programovatelných více segmentové nebo
maticové pro zobrazení písmen.
Blokové schéma a princip činnosti
Princip činnosti vysvětlíme na příkladu součtu dvou čísel 25 + 7 =
Zapnutím kalkulátoru začne pracovat generátor taktovacího kmitočtu. Pomocí děliček
kmitočtu se taktuje každé zařízení jeho kmitočtem. Ne všechna zařízení pracují stejně rychle.
Vložíme první operand. Zmáčknutím tlačítka „2“ na klávesnici se generuje ze
vstupního dekodéru číslo v BCD kódu a řadič toto číslo uloží do registru displeje (X). Číslo 2
se automaticky zobrazí na displeji. Zmáčknutím tlačítka „5“ na klávesnici se děj opakuje, ale
číslo 2 se posune o jeden řád doleva, v registru X je uloženo číslo 0010,0101 a na displeji se
zobrazí 25. Tím je vloženo první číslo (operand).
Stiskneme na klávesnici (+) , tím zvolíme požadovanou matematickou operaci
(operátor). Vstupní dekodér vygeneruje instrukci, kterou bude zpracovávat řadič. Řadič ji
dekóduje a vyhledá v paměti ROM příslušný mikrokód pro součet. Do adresového registru
uloží adresu paměťové buňky, na které mikrokód pro součet začíná. Do instrukčního registru
se přesune první mikroinstrukce mikrokódu. Řadič přesune číslo z registru X do operačního
registru Y.
Stisknutím tlačítka „7“ vkládáme druhý operand. Vynuluje se registr X a řadič do něj
přesune číslo 7, to se automatický zobrazí na displeji.
Stisknutím tlačítka (=) se spustí mikrokód. Po každé vykonané mikroinstrukci se z
paměti ROM načte nová mikroinstrukce, dokud se požadovaná instrukce součtu nevykoná.
Během procesu zpracování se obsah registru X a Y přesunou do aritmetické jednotky,
kde se součet vykoná a výsledek 32 se uloží do střadače A, vynuluje se registr X a 32 se uloží
i do registru X, tím se výsledek zobrazí na dispeji.
http://chmiel.webzdarma.cz/files/ovt/me/cast1_01_kalkulatory.pdf
Kalkulačka na internetu
Hardware
Druhy počítačů podle velikosti
-
kapesní počítač (PDA)
-
notebook
-
osobní počítač
-
pracovní stanice
-
sálové počítače
-
superpočítače
Hardware – vše, na co si můžeme sáhnout. Je to fyzické vybavení počítače.
Počítačové skříně dělíme na:
Desktop – na stole
Minitower – na zemi
Tower – na zemi
Von Neumannova koncepce počítače
Podle tohoto schématu se počítač skládá z pěti hlavních modulů:
Operační paměť : slouží k uchování zpracovávaného programu, zpracovávaných dat
a výsledků výpočtu
ALU - Arithmetic-logic Unit (aritmetickologická jednotka): jednotka provádějící
veškeré aritmetické výpočty a logické operace. Obsahuje sčítačky, násobičky (pro
aritmetické výpočty) a komparátory (pro porovnávání)
Řadič: řídící jednotka, která řídí činnost všech částí počítače. Toto řízení je prováděno
pomocí řídících signálů, které jsou zasílány jednotlivým modulům. Reakce na řídící
signály, stavy jednotlivých modulů jsou naopak zasílany zpět řadiči pomocí stavových
hlášení
Vstupní zařízení: zařízení určená pro vstup programu a dat.
Výstupní zařízení: zařízení určená pro výstup výsledků, které program zpracoval
Ve von Neumannově schématu je možné ještě vyznačit dva další moduly vzniklé spojením
předcházejících modulů:
Procesor: Řadič + ALU
CPU - Central Processor Unit (centrální procesorová jednotka): Procesor +
Operační paměť
Princip činnosti počítače podle von Neumannova schématu
1. Do operační paměti se pomocí vstupních zařízení přes ALU umístí program, který
bude provádět výpočet.
2. Stejným způsobem se do operační paměti umístí data, která bude program zpracovávat
3. Proběhne vlastní výpočet, jehož jednotlivé kroky provádí ALU. Tato jednotka je v
průběhu výpočtu spolu s ostatními moduly řízena řadičem počítače. Mezivýsledky
výpočtu jsou ukládány do operační paměti.
4. Po skončení výpočtu jsou výsledky poslány přes ALU na výstupní zařízení.
Základní odlišnosti dnešních počítačů od von Neumannova schématu
Podle von Neumannova schématu počítač pracuje vždy nad jedním programem. Toto
vede k velmi špatnému využití strojového času. Je tedy obvyklé, že počítač
zpracovává paralelně více programů zároveň - tzv. multitasking
Počítač může disponovat i více než jedním procesorem
Počítač podle von Neumannova schématu pracoval pouze v tzv. diskrétním režimu.
Existují vstupní / výstupní zařízení I/O devices, která umožňují jak vstup, tak výstup
dat (programu)
Program se do paměti nemusí zavést celý, ale je možné zavést pouze jeho část a
ostatní části zavádět až v případě potřeby
Díly počítače
Procesor – je výkonný díl – mozek počítače. Vykonává všechny instrukce, které programy
obsahují. Obsahuje miliony mikroskopických aktivních prvků – tranzistorů. Konstrukčním
materiálem je superčistý křemík, na ploše 1x1 cm jsou stovky milionů tranzistorů,
spojovacích vodičů. Zasunou se do patice na základní desce.
Procesor je určen svou architekturou, liší se pracovní (taktovací) frekvencí – počet taktů/s
(1GHz = 1 miliarda kmitů za s)
AMD, INTEL, IBM
Chlazení procesoru – chladič s ventilátorem (současné procesory jsou tak výkonné, že vyvíjejí
nadměrné množství tepla, které je bezpodmínečně nutné odvádět. Jinak by se procesor přehřál
a nepracoval byl.)
Každý díl počítače obsahuje vlastní mikroprocesor. Grafický procesor je často výkonnější než
hlavní procesor počítače.
Operační paměť RAM Random Access Memory
-
si nic trvale nepamatuje, po vypnutí napájení počítače v ní nic není.
Paměť je pracovní prostor pro procesor, při zapnutí počítače se v ní nachází OS – jeho jádro,
všechny spuštěné programy, datové soubory, které jsou otevřené. Slouží k ukládání a načítání
informací, které počítač potřebuje a s nimiž často pracuje. Je velmi rychlá.
Nejdůležitějším parametrem je kapacita, kolik bajtů do ní můžeme nahrát, s kolika programy
najednou můžeme pracovat. Ukázka
Pevný disk
Harddisk je hlavní záznamové médium uvnitř počítače. Jsou na něm uložena všechna data,
která se v počítači nacházejí. Samotný harddisk tvoří několik nad sebou umístěných rotujících
kotoučů, nad nimiž se pohybují čtecí a záznamové elektromagnetické hlavičky. Pohyb ramene
řídí speciální přesná mechanika, a tu pak řídí řadič disku. Kotouče harddisku jsou rozděleny
na stopy a sektory, a do těchto jsou data zapisována.
Důležitým parametrem je jeho kapacita, tj. kolik bytů, dnes gigabytů je schopen zaznamenat.
Dalším důležitým parametrem jsou jeho otáčky. Jedná se o počet otočení plotny disku za
jednu vteřinu.
Sloty
Slot definujeme jako konektor uvnitř počítače, který slouží k vložení dalších přídavných
karet. Přídavné karty rozšiřují možnosti počítače o další funkce. Sloty jsou umístěny na
základní desce.
ISA sloty (Industry Standard Architecture) - v dnešní době se již nepoužívají
PCI sloty (Peripheral Component Interconnect) jsou moderní 64bitové sloty napojené na PCI
sběrnici. Obvykle jsou tam 2-4 ks.
AGP slot (Accelerated Graphics Port) je určený k připojení grafické karty.
PCI Express je nové komunikační rozhraní s vyššími přenosovými rychlostmi.
Přídavné karty
Jsou to samostatná hardwarová zařízení, zasunují se do slotů, umístěných na základní desce.
Zvuková karta - je určena ke zprostředkování zvuku v počítači
Síťová karta - slouží k připojení počítače k počítačové síti
Televizní karta - slouží k příjmu TV signálu a k jeho zobrazení na monitoru počítače
Grafická karta - slouží k zobrazení obrazu na monitoru
Disketová mechanika FDD – floppy disk drive, kapacita 1,44 MB
CD a DVD mechanika
CD - ROM
Zdroj napájení - zabezpečuje napájení veškerých komponentů uvnitř skříně počítače.
Základní deska (anglicky mainboard či motherboard) je základním hardware většiny
počítačů.
Hlavním účelem základní desky je propojit jednotlivé součástky počítače do fungujícího celku
a poskytnout jim elektrické napájení. Postupem času se funkce základní desky rozšiřovala v
tom, že sama začínala obsahovat některé součástky počítače, které se do ní dříve musely
zapojovat zvlášť.
Typická základní deska umožňuje zapojení procesoru, operační paměti. Další komponenty
(např. grafické karty, zvukové karty, pevné disky, mechaniky) se připojují pomocí
rozšiřujících slotů nebo kabelů, které se zastrkávají do příslušných konektorů. Na základní
desce je dále umístěna energeticky nezávislá paměť ROM, ve které je uložen systém BIOS,
který slouží k oživení počítače hned po spuštění.
Nejdůležitější integrované obvody jsou zabudovány v čipové sadě (anglicky chipset). Fyzicky
může jít buď jenom o jeden čip, nebo dva (v tom případě se označují jako northbridge a
southbridge). Čipová sada rozhoduje, jaký procesor a operační paměť je možné k základní
desce připojit.
Sběrnice - Jedná se o svazek vodičů, kterým proudí data mezi jednotlivými periferiemi na
základní desce.
Bios – jedná se o program umístěný v paměti typu ROM, který zprostředkovává komunikaci
mezi hardwarem a softwarem na základní úrovni.
Funkce kláves
Esc: .......................... Slouží ke zrušení/odvolání posledního příkazu
Print Screen: .......... Pomocí klávesy Print Screen vložíte aktuální obsahu monitoru do
schránky
Scroll Lock: ............ Slouží k „rolování“ obrazovky směrem nahoru a dolů
Pause/Break: .......... Zastavení provádění programu
Insert: ..................... Pomocí této klávesy přepínáte mezi režimem vkládání a přepisu
Home: ..................... Posune kurzor na začátek řádku
Page Up: ................. Posune text o jednu obrazovky směrem nahoru
Delete: ..................... Smaže znak na pozici kurzoru
End: ........................ Posune kurzor na konec řádku
Page Down: ............ Posune text o jednu obrazovku směrem dolů
Enter: ...................... Potvrzení příkazu
Backspace: .............. Slouží pro smazání znaku zpětným posunem kurzoru
Kurzorové šipky: ... Slouží k posunu kurzoru po obrazovce daným směrem
Shift: ....................... Přepínání velkých a malých písmen
Ctrl: ........................ Přepínání funkcí kláves při řízení programu
Alt: .......................... Přepínání funkcí kláves při řízení programu
Caps Lock: ............. Trvalé přepnutí na velká písmena (při zapnutém režimu se obvykle
rozsvítí kontrolka na klávesnici)
Tabulátor: .............. Přeskakování kurzoru do předem nadefinovaných pozic
Windows: ................ V MS Windows otevře nabídku Start
Application: ............ V MS Windows slouží k otevření místní nabídky
F1: ........................... Nápověda
Num Lock: ............. Zámek číselné klávesnice
PROGRAMOVÉ VYBAVENÍ,
OPERAČNÍ SYSTÉMY
• základní programové vybavení (operační systémy)
•
prostředky pro tvorbu aplikačního programového vybavení (vývojová prostředí, ...)
•
aplikační programové vybavení (kancelářské aplikace, CAD, hry, ...)
Nejznámější programovací jazyky
•
Pascal, C, C++, Java, VisualBasic, Fortran, ...
Hodnocení programového vybavení
• funkčnost a variabilita
•
propustnost – objem dat a množství operací, které je schopen program zpracovat za
jednotku času; úzce souvisí s parametry technického vybavení
•
spolehlivost – jak plní požadované funkce, odolnost vůči chybám uživatele i
technického vybavení
•
doba odezvy – souvisí též s technickým vybavením
•
náročnost z hlediska obsluhy – zejména uživatelská přívětivost (user friendly
software)
•
úroveň dokumentace – rozsah, přehlednost, názornost, ...
•
adaptabilita – schopnost reagovat na změny ve funkčnosti
•
portabilita – přenositelnost programu na počítač jiného typu nebo výrobce
•
cena – tvoří stále vyšší podíl na ceně celého výpočetního systému
Životní cyklus programového díla
• specifikace problému – zadání problému, návrh komunikace s programem
•
analýza – vytvoření logického modelu řešeného systému
•
návrh – rozklad na dílčí problémy, návrh metody řešení
•
implementace – návrh reprezentace dat, návrh algoritmů, zápis v programovacím
jazyce, ladění
•
tvorba dokumentace – s cílem umožnit snadné používání jiným uživatelům
•
testování – ověření správné funkce programu
•
provoz a údržba – odstranění zjištěných nedostatků a přizpůsobení programu
dodatečným požadavkům
Operační systém (OS)
• soubor programů, které řídí činnost technického vybavení počítače a umožňují a
usnadňují činnost aplikací
•
hlavním úkolem OS je zprostředkovat vazbu mezi technickým vybavením počítače a
aplikacemi
•
OS poskytuje aplikacím služby a aplikace voláním těchto služeb ovládají technické
vybavení počítače
•
aplikace by neměly mít přímý přístup k technickému vybavení počítače
Aplikace
Operační systém
Technické vybavení
Funkce operačního systému
• řídí a spravuje technické prostředky – přiděluje čas procesoru, paměť, vstupní a
výstupní zařízení, ...
•
spravuje data – řídí jejich vstup a výstup, přístup k nim, uchování , ...
•
řídí zpracování úloh – jejich přípravu, plánování a průběh tak, aby byla zajištěna
maximální efektivita jejich zpracování
•
podporuje komunikaci uživatele s počítačem – formou uživatelského rozhraní,
informuje též uživatele o vzniklých problémech či chybách
•
podporuje bezpečnost a spolehlivost výpočetního systému – formou různých úrovní
přístupových práv apod.
Operační systémy – důležité pojmy
• driver (ovladač) – tvoří rozhraní mezi různorodými periferiemi a jednotnou
komunikaci mezi nimi; ovladač je závislý na typu periferie; do operačního systému se
začleňuje instalací
•
bootování – zavádění operačního systému do operační paměti počítače
•
multitasking – možnost provádění více úloh současně
•
kooperativní (nonpreemtivní) – přiděluje procesům čas procesoru na takovou
dobu, jakou proces požaduje
•
preemtivní – přidělování času procesoru řídí OS, po určité době je řízení
předáno jinému procesu; oproti kooperativnímu multitaskingu je méně
zranitelný (havárie jednoho procesu obvykle neznamená havárii celého
systému)
Rozdělení operačních systémů
• jednouživatelské jednoúlohové (single-user single-task) např. CP/M, MS-DOS; s
podporou OS běží pouze jedna aplikace
• jednouživatelské víceúlohové (single-user multi-task) např. Windows 95, Windows
98; jeden uživatel může mít současně spuštěno více aplikací víceuživatelské
víceúlohové (multi-user multi-task) např. UNIX, Linux; umožňují zpracovávat
požadavky více uživatelů současně
• systémy s reálným časem (real time) – zejména pro řízení technologických procesů
Komunikace uživatele s OS
• způsob, jakým uživatel dává pokyny pro OS a v jaké formě dostává zprávy o výsledku
provedené operace, je označován jako uživatelské rozhraní (User Interface)
•
existují v podstatě dvě formy uživatelského rozhraní:
•
textové uživatelské rozhraní – např. MS-DOS, uživatel zadává pokyny
prostřednictvím tzv. příkazového řádku
•
grafické uživatelské rozhraní (Graphical User Interface, GUI) – převážná
většina současných operačních systémů, obvykle též možnost zapisovat
příkazy v příkazovém řádku
Komunikace uživatele s OS
Textové uživatelské rozhraní
Grafické uživatelské rozhraní
Organizace dat na disku
Diskové jednotky počítače
•
označovány písmeny A až Z
A:, B:
- disketové jednotky
C:
- systémová část pevného disku
D:, E:, ...
- další (logické) pevné disky
- vnější paměti (CD-ROM, ZIP, ...)
- namapované síťové disky
Příklad:
A:
disketová jednotka
C:
systémová část pevného disku 10 GB
D:
logický pevný disk 10 GB
E:
jednotka CD-ROM
Q:
síťový disk
Data na discích C: a D: mohou být ve skutečnosti uložena na jediném pevném disku
Logické rozdělení disku – příklad
Primární
oblast
100GB
C:
100 GB
Fyzický disk
500 GB
Rozšířená
oblast
400 GB
D:
200
3 GB
E:
200
Pevný
disk
Oblasti
(partition
s)
Logické
disky
Organizace dat na disku - soubory
• množina logicky souvisejících prvků „pojmenovaná posloupnost bajtů uložená
na záznamovém médiu“
•
název souboru se skládá ze jména a přípony (např. faktura.doc, calc.exe apod.)
•
přípona je nepovinná (ale téměř vždy se používá) a je od jména oddělena
tečkou
•
přípona obvykle určuje typ (formát) souboru
•
pravidla pro pojmenování souborů závisí na konkrétním operačním systému
•
v názvu souboru nejsou obvykle povoleny znaky \ ? : * “ „ < > ˜; & @ #
• Organizace dat na disku - soubory
• v operačním systému MS-DOS mohlo mít jméno souboru délku max. 8 znaků
a přípona max. 3 znaky
•
operační systém UNIX rozlišuje velká a malá písmena v názvech souborů
U Windows nyní:
Maximální délka 255 znaků
Nerozlišují se velká a malá písmena
Název by měl charakterizovat obsah
Může obsahovat diakritiku i mezery
Nepovolené znaky: \ ? : * “ „ < > ˜; & @ #
Nejednoznačná specifikace souborů
•
používá se tzv. hvězdičková konvence (wildcards)
•
jméno a přípona souboru se nemusí uvádět jednoznačně, lze použít zástupných
znaků * a ?
•
* zastupuje libovolný počet (i žádný) znaků
•
? zastupuje vždy jeden libovolný znak
•
použití je možné téměř ve všech příkazech, kde se vyskytuje jméno souboru
Organizace dat na disku - soubory
Nejednoznačná specifikace souboru
Příklad: Předpokládejme soubory (v jedné složce)
dop.exe dopis.rtf dopis.txt dopis2.doc dopis3.txt doporuc.txt
Následující zápisy potom specifikují tyto soubory:
dopis*.*
dopis.rtf dopis.txt dopis2.doc dopis3.txt
dop*.*
všechny soubory, protože všechny začínají na dop
dop.*
dop.exe
dopis?.*
dopis2.doc dopis3.txt
dopis.??
žádný soubor (přípona by musela mít délku 2 znaky)
dop.?x?
dop.exe
dop*.?x?
dop.exe dopis.txt dopis3.txt doporuc.txt
*.*
všechny soubory
*.txt
dopis.txt dopis3.txt doporuc.txt (všechny soubory
s příponou txt)
Organizace dat na disku - soubory
Přípony souborů (File Extensions)
Spustitelné soubory, skripty
•
exe (executable file)
•
com (command file)
•
bat (batch file) – dávkový soubor
•
vbs (Visual Basic Script file)
•
js (JScript, JavaScript file)
Textové dokumenty
•
txt (text file)
•
doc (MS Word Document, příp. jiný fomát)
•
rtf (Rich Text Format)
•
ps (PostScript)
•
pdf (Portable Document Format)
•
602 (Text602)
Hypertextové dokumenty
•
htm, html (HyperText Markup Language)
Grafické soubory (obrázky)
•
jpg, jpe, jpeg (Joint Photographic Experts Group)
•
gif (Graphical Interchange Format)
•
png (Portable Network Graphics)
•
bmp (Bitmap file)
•
pcx (PC Paintbrush format)
•
tif, tiff (Tag Image File Format)
Zvukové soubory
•
mp3, mpeg3 (MPEG Audio Layer 3)
•
wav (Waveform sound)
•
ra (Real Audio)
•
mid (Musical Instrument Digital Interface – MIDI)
Multimediální formáty (audio/video)
•
mpg, mpeg (Moving Picture Experts Group)
•
avi (Audio Video Interleaved)
•
asf (Advanced Streaming Format)
•
qt (QuickTime)
•
mov (Movie)
Archivní soubory (komprimované) – viz dále
•
zip
•
rar
•
arj
•
gz, gzip (zejména v OS UNIX)
•
příp. exe (self-extracting archive – samorozbalující)
•
xls (MS Excel Spreadsheet)
•
ppt (MS PowerPoint Presentation)
•
ttf (True Type Font)
•
dwg (Autocad Drawing)
•
dll (Dynamic Link Library – dynamická knihovna)
•
bak (backup file – záložní soubor)
•
tmp (temporary file – dočasný soubor)
Další formáty
Adresář (directory) / složka (folder)
•
adresář (nebo podadresář) je prostor na disku, který může obsahovat soubory
nebo další (pod)adresáře
•
adresáře tvoří hierarchickou stromovou strukturu
•
adresář je určen svým jménem podle stejných pravidel jako název souboru
(přípona se však obvykle nepoužívá)
•
na disku je vždy adresář, který se nazývá hlavní (kořenový, root) a je označen
znakem \
•
v různých adresářích mohou existovat podadresáře nebo soubory se stejným
názvem
•
od operačního systému Windows 95 je pojem adresář nahrazen pojmem
složka
• konkrétní soubor je jednoznačně určen označením disku, posloupností adresářů
vedoucích do adresáře, kde je soubor uložen (tzv. cesta), a vlastním názvem souboru
Cesta (path)
•
určuje přesné umístění souboru ve stromové struktuře adresářů
•
je dána jmény jednotlivých do sebe zanořených adresářů oddělených
oddělovacím znakem
•
jako oddělovací znak se obvykle používá \ nebo /
•
cestu lze zapsat jako

absolutní (úplnou) – začíná vždy kořenovým adresářem, příp. i
označením disku

relativní (neúplnou) – začíná aktuálním adresářem
Absolutní
cesta
Aktuální adresář
C:\Dokumenty
C:\Dokumenty\recenze.doc
C:\Dokumenty\Pracovní\adresy.doc
C:\Dokumenty\Záloha\photo.jpg
Relativní
cesta
Aktuální adresář
C:\Dokumenty
Aktuální adresář
C:\Dokumenty\Pracovní
Komprese souborů (file compression)
•
speciální metoda vedoucí ke zmenšení velikosti souboru (souborů) beze ztráty
informace (ve speciálních případech může ke ztrátě dojít)
•
programy pro kompresi souborů umožňují vytvořit z vybraných souborů a
adresářů jediný soubor, jehož objem je menší než součet velikostí jednotlivých
souborů v balíku (archivu)
•
mezi nejznámější formáty používané pro kompresi souborů patří ZIP, RAR,
ARJ, ...
•
provést kompresi se obvykle říká „zazipovat“ nebo „zabalit“; místo pojmu
dekomprimovat se často požívá „rozbalit“
•
komprese a dekomprese dat může být též prováděna on-line (např. s podporou
operačního systému)
5 018 / 39 936 = 0,13
1 – 0,13 = 0,87
„úspora“ 87 %
160 KB
37,5 KB
Kompresní poměr vždy záleží
na konkrétním typu souboru.
4,02 MB
3,65 MB
• cluster (klastr, alokační jednotka) – nejmenší logická datová jednotka na disku,
skupina několika sektorů
•
počet sektorů v clusteru souvisí s kapacitou disku, čím větší je disk, tím větší bývá i
velikost clusteru
•
i když uložíme na disk soubor o velikosti jen 1 B, obsadíme tím ve skutečnosti celý
cluster, protože cluster je nejmenší logická datová jednotka na disku
•
Master Boot Record (MBR) – uložen v nultém sektoru nulté stopy disku, má dvě
části:
•
tabulku oblastí (partition table)
•
zaváděcí záznam – krátký program spouštěný BIOSem při startu počítače,
jeho úkolem je načíst tabulku oblastí a najít aktivní oblast (tu, z níž se načte
systém)
• virtuální paměť – slouží ke „zvětšení“ kapacity operační paměti. Pokud systém
potřebuje více paměti než je dostupná fyzická paměť RAM, jsou do souboru virtuální
paměti na pevném disku odkládány právě nepoužívané paměťové bloky. Jde
pochopitelně o jakousi „nouzovou“ paměť, protože přístup k pevnému disku je
mnohem pomalejší než k paměti RAM.
•
defragmentace – neustálá práce se soubory na pevném disku (ukládání, mazání) má
za následek, že uložené soubory jsou „rozkouskovány“ na několik částí.
Defragmentace roztroušené kousky souborů uspořádá tak, aby obsah jednotlivých
souborů byl uložen co nejvíce pohromadě (např. v po sobě jdoucích clusterech), čímž
se urychlí práce s těmito soubory.
Typy souborových systémů
FAT (File Allocation Table) – tabulka umístění souborů
•
12-bitová FAT (FAT12) – pouze na disketách
•
16-bitová FAT (FAT16)
•
32-bitová FAT (FAT32)
NTFS (New Technology File System) – umožňuje definovat přístupová práva pro jednotlivé
soubory a adresáře
Operační systém
Podporované souborové systémy
MS-DOS
FAT16
MS Windows 95*, 98, Me
FAT16, FAT32
MS Windows NT
FAT16, NTFS
MS Windows 2000, XP
FAT16, FAT32, NTFS
Zjištění typu souborového systému
Zavádění operačního systému
• testovací a diagnostické programy (s využitím služeb BIOSu)
•
zavaděč nalezne systémový disk
•
načte do RAM zaváděcí záznam
•
zaváděcí záznam zahájí načítání dalších systémových souborů (jádra)
Nejznámější operační systémy
• MS-DOS (MicroSoft – Disk Operating System)
•
Windows 95
• Windows 98
• Windows Me (Millennium Edition)
•
Windows NT (New Technology)
• Windows 2000
• Windows XP (Experience)
• Windows Vista
• Windows 7
•
OS/2 (IBM)
•
LINUX, UNIX, …
Dvě „vývojové větve“ MS Windows
Další operační systémy
Windows XP
• Windows XP Professional – vhodný pro firmy a náročné uživatele; postaven na
základě jádra použitého v systémech Windows 2000 a Windows NT Workstation –
NT Kernel; vysoká úroveň výkonu, bezpečnosti a stability
•
Windows XP Home Edition – zejména pro domácí použití
Literatura
• www.zive.cz
•
williamstallings.com
Kontrolní otázky
Uveďte nejznámější programovací jazyky.
Definujte pojmy adaptabilita, portabilita a kompatibilita (programového vybavení).
Co to je operační systém?
Proč by aplikace neměly mít přímý přístup k technickým prostředkům?
Uveďte základní funkce operačního systému.
Vysvětlete pojmy driver, bootování.
Co to je multitasking? Jaký je rozdíl mezi kooperativním a preemptivním multitaskingem?
Uveďte nejznámější víceuživatelské operační systémy.
Vysvětlete pojem uživatelské rozhraní operačního systému.
Uveďte nejznámější operační systémy používané na osobních počítačích.
Co to je soubor (file)? Z čeho se skládá název souboru?
Jaké znaky nejsou obvykle povoleny v názvu souboru?
Jaké zástupné znaky se používají při nejednoznačné specifikaci souborů? Jaký mají tyto
znaky význam?
Uveďte nejčastěji používané přípony spustitelných souborů, textových dokumentů,
grafických, zvukových a multimediálních souborů.
Co to je asociace?
Co to je adresář (directory) / složka (folder)?
K čemu slouží cesta (path)?
Uveďte rozdíl mezi absolutní a relativní cestou.
Proč se soubory komprimují? V jakých případech lze použít ztrátovou metodu komprese?
Uveďte nejznámější formáty používané pro kompresi souborů.
Co to je cluster?
K čemu slouží a co obsahuje Master Boot Record?
Vysvětlete pojmy FAT a NTFS. Jaký je mezi nimi základní rozdíl?
Které operační systémy podporují souborový systém NTFS?
Popište zavádění operačního systému.
K čemu slouží virtuální paměť?
Co to je defragmentace souborů?
Počítačové viry
• termín počítačový virus byl poprvé použit v roce 1972 ve vědecko-fantastickém
románu Davida Herolda When Harley Was One (neodpovídá dnešnímu pojetí)
•
termín počítačový virus byl poprvé definován Fredem Cohenem v roce 1983
•
první virus na počítačích třídy IBM PC s operačním systémem MS-DOS se objevil v
lednu 1986 (pákistánský virus Brain)
•
počítačový virus má dvě základní funkce:

vkládá sám sebe do jiných programů (tj. infikuje je)

provádí nějakou (většinou škodlivou) činnost
Typy infiltrací
• trojské koně (Trojan Horses) – většinou nedochází k samovolnému rozmnožování
•
červi (Worms) – v prostředí počítačových sítí
•
„zadní vrátka“ (Backdoors) – využívají hackeři, např. Troj/Qaz (srpen 2000)
•
viry (Viruses)– nejčastější typ infiltrace, často se používá jako univerzální označení
Princip činnosti počítačového viru
• mechanismus šíření viru – musí zajistit infikování dalších programů a dalších počítačů
•
mechanismus obrany viru – zajišťuje utajení před uživatelem a před antivirovými
programy
•
mechanismus vlastní činnosti viru – provádí jisté (zpravidla škodlivé) akce na
infikovaném počítači
Projevy počítačových virů
• destrukce dat
•
zobrazování různých zpráv na obrazovce
•
vyluzování různých zvuků a melodií (Yankee Doodle)
•
vtipkování s uživatelem (vkládání vtipných komentářů do textových souborů, různé
animace, ...)
•
simulace selhání technického vybavení
•
zpomalování činnosti počítače
Vlastnosti počítačových virů
• současné počítačové viry nemohou poškodit technické vybavení počítače, mohou však
smazat obsah paměti Flash-BIOS u některých základních desek a tím znemožnit chod
počítače – viry CIH (Černobyl), Emperor a FlashKiller
•
existují „mýty“ o poškozování FDD, HDD, monitorů apod., většinou však jde o
chybně navržená zařízení
•
virus se nemůže zapsat na disketu ochráněnou proti zápisu
•
formátováním pevného disku se virus nemusí vždy odstranit, neboť kód viru může
být zapsán ještě v Master Boot Recordu (MBR)
Pojmenování počítačových virů
• přímo autorem viru (AIDS, Brain, Alabama)
•
podle místa svého odhalení (Durban, Suomi, Taiwan)
•
podle činnosti, kterou provádí (Flip, Ping-Pong, Jo-Jo, Yankee Doodle)
•
podle délky, o níž zvětšuje infikované soubory (405, 5120, 4096)
•
podle data aktivace (Friday 13th, December 24th, Advent)
Motivační impulsy tvůrců virů
• legrace
•
touha po slávě
•
prostředek seberealizace
•
prostá lidská zvědavost
•
snaha škodit, ničit, ublížit
•
ekonomický zisk
Dělení virů podle napadených oblastí
• boot viry (Boot Viruses) – napadají boot sektor, MBR a tím si zajistí své spuštění hned
při startu počítače
•
souborové viry (File Viruses) – jejich hostitelem jsou soubory, podle způsobu infekce
se dělí souborové viry na přepisující, parazitické a doprovodné
•
multipartitní viry (Multipartite Viruses) – napadají více částí (boot sektor i soubory)
•
makroviry (Macroviruses) – šíří se v prostředí aplikací podporujících makra (MS
Word, MS Excel)
Antivirové programy
• slouží k detekci a odstranění počítačových virů a prevenci proti případné nákaze
•
je třeba provádět jejich pravidelnou aktualizaci
•
nejznámějšími antivirovými programy jsou AVG, AVAST, SCAN, Norton Antivirus,
F-Prot, …
•
v dnešní době je známy desetitisíce různých počítačových virů
Prevence proti počítačovým virům
• používat legální programové vybavení
•
používat antivirové programy
•
změnit bootovací sekvenci na C:, A: (v setupu)
•
vypnout WSH (Windows Script Host)
•
místo souborů DOC používat raději soubory RTF (pozor na pouhou změnu přípony!)
•
u neznámých dokumentů MS Office zakázat makra
•
raději používat jen prohlížeče než samotné aplikace
•
nespouštět žádné podezřelé programy (z Internetu)
•
zálohovat důležitá data
Kontrolní otázky - viry
Srovnejte virus počítačový s virem biologickým.
Uveďte projevy počítačových virů.
Mohou současné počítačové viry poškodit technické vybavení počítače?
Zůstane virus uložen v operační paměti počítače i po jeho vypnutí?
Zůstane virus uložen na pevném disku počítače i po jeho vypnutí?
Uveďte způsoby prevence proti počítačovým virům.
Uveďte klasifikaci počítačových virů podle napadených oblastí.
Uveďte jednotlivé typy infiltrací počítačového systému a stručně je charakterizujte.
K čemu slouží antivirové programy?
Jakým způsobem se šíří počítačové viry?
Proč se z hlediska prevence proti počítačovým virům doporučuje změnit bootovací sekvenci
na C:, A:? Proti jakým virům se tímto způsobem můžeme ubránit?
Proč se z hlediska prevence proti počítačovým virům doporučuje vypnout podporu WSH?
Proti jakým virům se tímto způsobem můžeme ubránit?
V čem spočívá činnost makrovirů?
Může se virus ILoveYou (Love Letter) šířit v prostředí operačního systému MS-DOS nebo
UNIX?
Je pravda, že se formátováním pevného disku vždy odstraní všechny počítačové viry na něm
uložené?
V čem spočívá nebezpečí virů přepisujících Flash-BIOS?