Informatika in računalništvo

1. Informatika in računalništvo Gradiva so namenjena le za interno uporabo dijakov pri predmetu sp3

2. Definicija osnovnih pojmov • Bit (= binary digit, dvojiškoštevilo) – enota: b Enota za merjenje količine informacij (človek s čutili v 1 sekundi sprejme 108 bitov informacij). • Računalniška elektronika je organizirana v Byte (bajt) skupina 8 bitov – enota: B • Velikost pomnilnikov v B: K kilo (210 =1024 ~103), M mega (220 ~106), G giga (230 ~109), T tera (~1012)

3. Izračunavanje: • 8 bitov (8b) = 1 bajt (1B) • 1 megabit = 1Mb = 1/8 megabajta = 1/8 MB = 125 kilobajtov = 125 KB • 10 megabitov = 1,25 megabajta Kliko bitov je 1 megabajt (1MB)? • 1 megabajt = 1024x1024 bajtov = 1048576 bajtov = 8388608 bitov

4. Definicija osnovnih pojmov • Čip (chip) - integrirano vezje (pomanjšano elektronsko vezje s sklopi tranzistorjev, kondenzatorjev, uporov…) - ploščice s priključnimi nožicami

5. Tipi računalnikov glede na zmogljivost • Mikroračunalnik (microcomputer): CPE je mikroprocesor na 1 silicijevem koščku - osebni računalnik, PC (personal computer). IBM PC in Apple. • Delovna postaja (workstation); zmogljivejše računske in grafične sposobnosti za kompleksno analizo podatkov, inženirska dela, oblikovanje, simulacije • Veliki računalnik(mainframe) večuporabniški sistem, npr. centralni računalnik delovne organizacije z več sto terminali (velike baze podatkov, obsežne obdelave, generiranje poročil) • Superračunalnik (supercomputer) izračunavanje izjemno obsežnih znanstvenih in tehničnih problemov)

6. Delovanje računalnika omogočata: • Strojna oprema (hardware): računalnik, fizično omrežje, mediji za shranjevanje podatkov (trdi in optični diski), naprave za zajemanje podatkov (tipkovnica, kamera, mikrofon, senzor, optični čitalnik) • Programska oprema (software): računalniški programi (operacijski sistem, urejevalniki besedil, preglednice, grafika, poslovne transakcije)

7. Programska oprema

8. Računalniška programska oprema (Software) • Avtorske in materialne pravice • Enouporabniški programi, mrežne verzije • Preizkusni programi (shareware) • Javni programi (public domain) • Odprti sistemi (odprta koda) - temeljijo na jasnih standardih brez uveljavljanja industrijske intelektualne lastnine (npr. Linux in Open Office)

9. Sistemski programi • Operacijski sistemje osnovni program, ki omogoča vez med računalnikom in uporabnikom: znakovni vmesnik (DOS), slikovni vmesniki (Windows - okna, UNIX za Macintosh, LINUX – odprta koda) • Sistemska orodja so dodatni programi za delovanje računalnika (delujejo “nevidno”): • stiskanje (kompresija) podatkov • gonilniki za priključene naprave • komunikacijski programi • Pomožni programi (uporabnik jih zažene za določena opravila): • npr. stiskanje datotek z ustreznimi algoritmi

10. Uporabniški programi • Urejevalniki besedil (Word, WordPerfect) • Delo s preglednicami (Excel) npr. obdelava tehničnih poratkov, risanje grafov, računovodski podatki in obdelave... • Sistemi za baze podatkov (bibliografske baze CDS/ISIS, tabelarne podatkovne datoteke Acess; Paradox)

11. Uporabniški programi • Grafična orodja za 2D in 2D grafiko,statično ali dinamično (animacije, film), rastrsko ali vektorsko grafiko … • Barvanje in obdelava fotografij npr. Adobe Photoshop, Microsoft Photo Editor • Risanje (običajno vektorski zapis) npr. Adobe Ilustrator • Načrtovanje: Auto CAD, ArchiCad v arhitekturi • Grafi in diagrami: npr. Excel • Računalniške predstavitve: PowerPoint • 3D molekulsko modeliranje in 3D animacije

12. Zgradba Računalnika

13. Zunanji izgled računalnika

14. OSREDNJA OBDELOVALNA ENOTA (mikroPROCESOR) (Central Processor Unit) iz glavnega pomnilnika jemlje ukaze in jih izvršuje VHODNO-IZHODNI SISTEM za prenos informacij v in iz računalnika Vhodne naprave (tipkovnica, miška, optični čitalnik, mikrofon, kamera…) Izhodne naprave (monitor, tiskalnik, risalnik, zvočniki, slušalke...) Vhodno-izhodne naprave (zaslon občutljiv na dotik) Osnovna zgradba računalnika • 1945 Von Neumann: zgradba elektronskega računalnika GLAVNI POMNILNIK shranjuje ukaze in podatke za tekoče delo (bralno-pisalni pomnilnik RAM - Random Access Memory; bralni pomnilnik ROM - Read Only Memory)

15. Mirkoprocesorje elektronski sklop računalnika. Nameščen je na matični plošči (motherboard). Primer matične plošče Mikroprocesor Pentium Osnovna zgradba računalnika OSREDNJA OBDELOVALNA ENOTA (mikroPROCESOR) (Central Processor Unit) iz glavnega pomnilnika jemlje ukaze in jih izvršuje Procesorji postajajo vse zmogljivejši (koliko bitov informacije obdelajo s čim višjo frekvenco) in hitrejši (MIPS - enota milijon ukazov na sekundo) Sočasno vzporedno delo več procesorjev v računalniškem sistemu (npr. računalniško vodenje vesoljske ladje, dvoboj šahovskega mojstra z računalnikom s 16.534 procesorji)

16. Osnovna zgradba računalnika Pomnilnik skladišči ukaze in podatke tekoče obdelave in jih stalno izmenjuje s procesorjem. Ima neposredni dostop. GLAVNI POMNILNIK shranjuje ukaze in podatke za tekoče obdelave (bralno-pisalni pomnilnik RAM - Random Access Memory; bralni pomnilnik ROM - Read Only Memory) ROM - trajni pomnilnik vsebuje najnujnejše ukaze in podatke za delovanje računalnika, informacije so trajno zapisane (neizbrisljive). BIOS (Basic Input Output System) - posebni ROM z nadzorom osnovnih funkcij računalnika - delovanje tipkovnice, zaslona, disketnega pogona, tiskalnika. Včasih je v ROMu tudi operacijski sistem.

17. RAM - bralni pomnilnik Osnovna zgradba računalnika RAM - delovni pomnilnik z neposrednim dostopom, zato hiter. Nanj se prenašajo tekoči programi s trdega diska (pomen velikosti RAMa - 64, 128, 256MB in več). Ob izklopu računalnika se RAM izprazni. GLAVNI POMNILNIK shranjuje ukaze in podatke za tekoče obdelave (bralno-pisalni pomnilnik RAM - Random Access Memory; bralni pomnilnik ROM - Read Only Memory) POMNILNIŠKE NAPRAVE IN NOSILCI: - magnetni nosilci: trdi diski, USB izmenljivi diski (staro: diskete 5,25 in 3,5 palične (1,44 MB),magnetni trakovi) - Optični nosilci - laserske plošče: mehanski oz. optični zapis za optično branje z ozkim laserskim žarkom(1) tehnologija CD - Compact Disk(2) tehnologija DVD – Digital Video Disc, Digital Versatile Disc.

18. POMNILNIŠKE NAPRAVE IN NOSILCI: Primer starega arhiviranja podatkov na magnetnih trakovih Arhiv ESA (European Space Agency)

19. Diskete 5,25 palčne Trdi disk Laserska plošča - zgoščenka - kompaktni disk (CDRom) 600-700 MB osnovna hitrost vrtenja 150KB/s Pogoni z višjimi hitrostmi 4x, 8x, 12x, 24x, 48x, 56x... Diskete 3,5 palčne (1,44 MB) USB izmenljivi disk POMNILNIŠKE NAPRAVE IN NOSILCI:

20. Optični disk (CD, kompaktni disk, zgoščenka) • Zgradba CD-ROM: polikarbonatna plastika debeline 1,2 mm. Vanjo vtisnjena spirala (široka 0,5 m, prostor med spiralo 1,6 m) z mehanskimi vtisi podatkov (izbokline dolge 0,83 m, visoke 125 nm) . Prekrita z odsevno plastjo aluminija in z akrilno zaščitno plastjo. • Branje z laserskim žarkom preko sistema leč. Izbokline odbijejo lasersko svetlobo na optični senzor (vrednost 1, vdolbine vrednost 0).

21. multimedijske baze podatkov glasba programska oprema igre Optični disk (CD, kompaktni disk, zgoščenka) • Uporaba: hranjenje velikih datotek (podatkovne baze, programska oprema, glasba, video ...)

22. CD-R (CD-Recordable) - optični disk za zapisovanje podatkov • Zgradba CD-R (CD-Recordable): gladka odsevna kovinska plast, nad njo plast svetlobno občutljive barve. • Pri segrevanju (zapekanju) barva s selektivnim osvetljevanjem v točkah postane neprozorna - površina potemni. • CD zapisovalnik (pekač) ima močnejši laserski žarek kot za branje. • Hitrost zapisovanja odvisna od hitrosti vrtenja diska. • Možno le enkratno zapisovanje.

23. CD-RW (CD-Rewritable) - izbrisljiv optični disk • Možno večkratno zapisovanje. • Tehnologija zamenjave faze (agregatnega stanja) zlitine srebra, antimona, telurja, indija. Nad 600oC amorfna, temna; pod 200 oC trdna, kristalna, prozorna. • CD zapisovalnik za zapis 0 uporabi močan žarek, ki točko segreje do tališča; za zapis 1 površina točke ostane nespremenjena. • Za branje šibkejši laserski žarek. • Količina odbite svetlobe je pri CD-RW manjša, zato imajo starejši CD-bralniki težave pri branju.

24. DVD (Digital Video Disc, Digital Versatile Disc) • Nekoč digitalni disk za video; danes spošna tehnologija optičnih diskov (sprejme 7x več podatkov kot CD, npr. 8 ur glasbe). DVD specificira kapacitete od 4.7GB do 17 GB podatkov.

25. DVD formati (različni industrijski standardi proizvajalcev) DVD (Digital Versatile Disc, Digital Video Disc): • DVD-ROM (Read Only Memory) • DVD-R in DVD+R (Recordable) • DVD-RW in DVD+RW (ReWritable) • Dual layer technology DVD+R DL in DVD-R DL (kapaciteta 8.5 GB (v primerjavi z 4.7 GB) • HD-DVD (high definition-DVD), shrani 2x do 4x več podatkov kot klasični DVD. Kompetitivni tehnologiji sta Blu-ray disc in AOD (Advanced Optical Disc)

26. Osnovna zgradba računalnika Vhodno-izhodne naprave omogočajo izmenjavo informacij med računalnikom in okoljem in jih pretvarjajo v ustrezno obliko. VHODNO-IZHODNI SISTEM za prenos informacij v in iz računalnika Vhodne naprave (tipkovnica, miška, optični čitalnik, mikrofon, kamera…) Izhodne naprave (monitor, tiskalnik, risalnik, zvočniki, slušalke...) Vhodno-izhodne naprave (zaslon občutljiv na dotik)

27. CTR LCD Zaslon Tehnologija prikazovanja: - katodna cev (CRTCathode Ray Tube), ploski monitorji: - tekoči kristali (LCD Liquid Crystal Display), - plazmatski (plasma display) Plazma Velikost zaslona : diagonala zaslona v palcih - inčah (1 palec = 2,54 cm). Npr. 15, 17, 19, 21 inčni zasloni Ločljivost zaslona (resolution): vodoravna in navpična gostota pik na zaslonu (800x600) (Pixel - Picture Element) - vpliva na ostrino oz. zrnatost slike Barvna globina : število, ki določa koliko barv se lahko prikaže na zaslonu Članek LCD monitorji

28. Zaslon Prikaz slike - grafična kartica pošlje podatke za 3 barvne žarke na zaslon v osnovne elemente - pike LOČLJIVOST Grafična kartica VGA (Video Graphics Array) npr. lahko deluje s 320x200 pikami in 256 barvami ali 640 x 480 pikami in 16 barvami. Super VGA prikaže 16.777.216 barv (224 bitov) - omogoča barvno globino True Colour Sodobne grafične kartice podpirajo visoke ločlivosti po standardu UXGA (Ultra Extended Graphics Array), t.j. 1024 x 768 ali 1280 x 1024 oz. 1600 x 1200 in 16 mio. barv, imajo lastni RAM.

29. Zaslon kot elektronski papir? Electronic paper (elektronski papir): Novi ultra tanki refleksivni zasloni, ki so upogljivi in potrebujejo malo energije - cilj je nadomestiti papir in temeljito spremeniti industrijo časopisov in knjig

30. Novi izdelki Ultra lahki upogljivi zaslon Fujitsu Plastic Logic

31. Tipkovnica Navadna tipkovnica Elektromehanska naprava, tipke so stikala, ki proizvedejo določeno kodo ASCII. Tipke za pisanje Enter (izvršitev ukaza) Funkcijske tipke (Caps Lock, Num Lock, F1-F8) Osvetljena Brezžična Ergonomska

32. Miška Uporabo miške omogoča poseben program - gonilnik za miško, ki ga po vklopu računalnika zažene operacijski sistem.

33. Tehnologije računalniških mišk • Mehanska: z gumijasto kroglico • Optično-mehanska: optični senzorji registrirajo gibanje kroglice • Optična: gibanje miške zaznava fotofioda ali laser

34. Krmilna pika (Track point) pri notesnikih Igralna palica (Joy stick) Digitalizator slike (Digitalizer) na grafičnih/risalnih ploščah - za neposredno risanje ali prenos slike Druge kazalne naprave

35. Tiskalnik (printer) Omogoča izpis računalniških podatkov na papir ali drug medij. Tehnologije tiskalnikov: • iglični ali matrični (kovinske iglice - matrike udarjajo po pisalnem traku), • brizgalni - Ink Jet (črnilo brizga skozi drobne šobe po vrsticah - počasneje) • laserski (barvilo se zapeče na papir na celi strani hkrati - hitrost) matrični brizgalni laserski Kakovost izpisa - ločljivost - število pik na razdalji 1 cm oz. 1 palca (dpi)

36. Namizni risalnik Namizni risalnik, ki riše s potegom pisala Valjčni risalnik, ki riše z brizganjem Risalnik (plotter) Je naprava za izpisovanje vektorske grafike. Ne tiska pik ampak vleče črte.

37. Kot optični čitalec uporablja senzorje-tipala CCD (Charge Coupled Device) s tisoči drobnih svetlobno občutljivih elementov, ki prevedejo svetlobo (fotone) v električni naboj (elektrone). Programska oprema za prenos slike v računalnik Zajemanje slike : digitalni fotoaparat in digitalna kamera (digital camera)

38. Ročni čitalec Namizni optični čitalec Čitalec črtne kode (zaporedje številk) Zajemanje slike : bralnik slike, optični čitalec (Scanner) Optično informacijo pretvori v zaporedje bitov - mrežo pik. Natančnost branja - število pik na razdalji 1 cm oz. 1 palca (dpi). Uporaba: - zajemanje slike za prenos in obdelavo v različnih programskih orodjih - prepoznavanje teksta, črtne kode, biometrika

39. Slika Program Tekst - prepoznavanje črtne kode Zajemanje slike : bralnik slike, optični čitalec (Scanner) Programi za optično prepoznavanje znakov (črk, črtne kode) znake preberejo kot sliko, jo analizirajo, prepoznajo znake in jih pretvorijo v ustrezno kodo (npr. ASCII). - prepoznavanje skeniranega teksta (Recognita)

40. Zajemanje slike : bralnik slike, optični čitalec (Scanner) Črtna koda (bar code) predstavlja zaporedje binarnih števil: široka črta = 1, tanka črta = 0 Program na osnovi kodirne tabele priredi kombinacijam 3 črt različne cifre ali črke.

41. Sistemi za identifikacijo s prstnimi odtisi Zajemanje slike: biometrika Metode za biometrični dostop (biometric access)temeljijo na zaznavanju unikatnih biometričnih znakov za identifikacijo identitete oseb: prstni odtisi, dlani, očesna šarenica, značilnosti obraza. Razvoj identifikacijskih sistemov, ki bodo nadomestili osebne številčne kode.

42. Pametna kartica - identifikacija lastnika s prstnim odtisom Zajemanje slike: biometrika Sistemi za identifikacijo dlani

43. Zajemanje slike: biometrika Sistemi za identifikacijo očesne šarenice

44. Zajemanje in predvajanje zvoka: mikrofon in zvočniki Potrebna je zvočna kartica. Nameni: - snemanje in predvajanje zvoka, - multimedija (večpredstavnost) - komunikacija z računalnikom (prepoznavanje govora)

45. ZGODOVINA

46. 1. Miniaturizacija in hitrost(elektronke - tranzistorji - integrirana vezja) ENIAC (Electronic Numerical Integrator Computer), 1946, 70 ton, University of Pennsylvania 17.468 elektronk, 5000 seštevanj ali 300 množenj na sekundo; podatke so vnašali prek stikal

47. Tiskano vezje - chip (izum integriranega vezja 1965, mikroprocesorja 1971) Chip - integrirano vezje pomanjšano elektronsko vezje s sklopi tranzistorjev, kondenzatorjev, uporov… - ploščica s priključnimi nožicami Tranzistor (izumljen 1947) Elektronka 1. Miniaturizacija in hitrost(elektronke - tranzistorji - integrirana vezja)

48. Intel 4004 zunaj Intel 4004 znotraj Intel 4004 - prvi mikroprocesor, 1971 enotno integrirano vezje (na koščku silicija združeno več tranzistorjev), znal seštevati in odštevati (uporaba: kalkulatorji) Procesor - mikroprocesor Intel – iz enciklopedij Webopedia in Wikipedia

49. Ime Leto Št. tranzist. Hitrost MIPS ( tiso č) ( ure) Intel 8080 1974 6 2MHz 0,64 Intel 8088 1979 29 5MHz 0,33 Intel 80286 1982 134 6MHz 1 Intel 80386 1985 275 16MHz 5 Intel 80486 1989 1200 25 MHz 20 Pentium 1993 3100 60MHz 100 Pentium II 1997 7500 233MHz 300 Pentium III 1999 9500 540MHz 510 Pentium 4 2000 42000 1,5GHz 1700 Razvoj Intelovih mikroprocesorjev Intel 1990 - 2005 Intel 2006 - * MIPS = millions of instructions per second Nadaljnji razvoj

50. Izdelavaintegriranih vezij Mikroprocesor Printed circuit Integrated circuit • DUVL (deep-ultraviolet litography) - globoka ultravijolična litografija. Slika maske vezja se prenese na silicijevo rezino s fotografsko tehniko, ki svetlobo usmeri skozi leče. Nove možnosti: • EUVL (extreme ultraviolet litography) - ekstremna ultravijolična litografija. Zrcala namesto leč. • DNA računalniki – v razvoju, majhni računalniki z večjo kapaciteto pomnilnika