Информатика

1. Дисциплина: Информатика доц. д-р инж. С. Цанков e-mail: [email protected] каб. 1.438

1
Дисциплина: Информатика
доц. д-р инж. С. Цанков
e-mail: [email protected]
каб. 1.438

2. Окончателната оценка е от текущ контрол от: - самостоятелна курсова задача на MS Word от упражнения - самостоятелна курсова

2
Окончателната оценка е от текущ
контрол от:
- самостоятелна курсова задача на
MS Word от упражнения
- самостоятелна курсова задача на
MS Excel от упражнения
- самостоятелна курсова задача на
MS PowerPoint от упражнения
- тест върху материала от лекции

3. 1. Кратка история на компютрите

3
1. Кратка история на компютрите
Най-старата известна
броячна пръчица
отпреди 35 000 години –
Ливан.
Сметало ?
Днес се използва
широко за обучение
на незрящи.

4.

4
Първият
механичен
калкулатор
(събиране и
изваждане) –
Паскал, 1642 г.
Калкулаторът на
Лайбниц (събира,
изважда, умножава и
дели) – 1673 г.

5. Чарлз Бабидж формулира логическите принципи, на които са изградени съвременните компютри.

5
Чарлз Бабидж формулира логическите
принципи, на които са изградени
съвременните компютри.
Машината има
механична памет за
междинните резултати,
а въвеждането на
числата и стъпките при
изчисленията става с
перфокарти – 1843 г.

6.

6
Основната заслуга на Бабидж е, че
въвежда условното предаване на
управлението, т.е. разклоняване в
алгоритъма и от там създаването на цикли.

7. Задача: Да се състави алгоритъм, който проверява дали три зададени отсечки образуват триъгълник.

7
Задача: Да се
състави алгоритъм,
който проверява
дали три зададени
отсечки образуват
триъгълник.
Решение:

8. По същото време Августа Ада на 27 г. се запознава с машината на Бабидж и развива идеи в сферата на програмирането. Тя първа

8
По същото време Августа Ада на 27 г. се
запознава с машината на Бабидж и
развива идеи в сферата на
програмирането. Тя първа дава идеята за
програмен цикъл.
Първият писмен
компютърен алгоритъм
за изчисляване на
числата на Бернули.
Ада се смята за
първия програмист.
1842 г.

9. Първата масова събираща машина е на Уилям Бъроус (William Borroughs). 1886 g.

9
Първата масова
събираща
машина е на
Уилям Бъроус
(William Borroughs).
1886 g.

10. Херман Холерит (Herman Hollerith) създава и внедрява първата сортираща машина, използвана при преброяване на населението на САЩ

10
Херман Холерит
(Herman Hollerith)
създава и внедрява
първата сортираща
машина, използвана
при преброяване на
населението на
САЩ – 1890 г.
Холерит основава
компанията
Tabulating Machine
Company, която покъсно след
обединения става
International Business
Machine Corporation.

11. IBM спонсорира проф. Хауърд Ейкън и създава първия електромеханичен програмируем компютър Марк 1 - 1939г.

11
IBM спонсорира проф. Хауърд Ейкън и създава
първия електромеханичен програмируем компютър
Марк 1 - 1939г.
Хардуерна основа – релета. Вход - перфокарти
Релето е превключвател, който е съществено по-бърз от
механичната предавка. Превключването става за 1/1000 s.
За един час Марк 1 е извършвал 1200 умножения.

12. ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator) – първият изцяло електронен компютър. Разработен от Джон Мочли (John

12
ENIAC (Electronic Numerical Integrator And
Calculator) – първият изцяло електронен
компютър.
Разработен от Джон Мочли (John Mauchly)
и Джон Екърт (John Eckert) в университета в
Пенсилвания през 1945 за военни нужди.
Хардуерна основа – електронни лампи
(19 000). Превключването на лампата е за
1/1000000 s, т.е. умножавал е 1000 пъти побързо от Марк1.
Препрограмирането е изисквало
физическа промяна на окабеляването.
Тегло 30 тона. Мощност 150 000 W.

13. Джон Атанасов (1903-1995)

13
Две години преди проекта ENIAC, Джон
Атанасов вече е създал първия изцяло
електронен компютър за решаване на системи
линейни уравнения (1939 г.).
След съдебен спор през 1974 г. Федералният
съд на САЩ присъжда откриването на
електронния компютър на Джон Атанасов.

14. Джон фон Нойман с колектив създава компютъра IAS – 1950 г.

14
Джон фон Нойман с колектив
създава компютъра IAS – 1950 г.
Това е първият съвременен
универсален компютър. Работи с
няколко програми и може да
превключва от една към друга.
Нойман предлага да се използва
двоичната бройна система. Една
двоична цифра (цифри 0, 1) е
наречена бит.

15. След 1952 година и създаването на първия компютър от IBM, започва ерата на компютрите.

15
"I think there is a world market for maybe five computers"
—Thomas Watson, Chairman of IBM, 1943
След 1952 година и създаването на
първия компютър от IBM, започва ерата на
компютрите.
"If automotive technology had progressed as fast as computer
technology between 1960 and today, the car today would
have an engine less than a tenth of an inch across, would get
120,000 miles per gallon, have a top speed of 240,000 miles per
hour, and would cost $4"
—Rick Decker and Stuart Hirshfield, The Analytical Engine

16.

16
Поколения компютри

17.

17
Първо поколение (1951-1958)
Хардуер:
- централният процесор е изграден от
електронни лампи;
- оперативната памет е изградена от
магнитни барабани;
- външната памет е на перфокарти и
магнитни ленти.
Софтуер:
- на машинен език - дълга поредица
от двоични числа. Трудоемко, с
възможности за грешки;
- асемблер и асемблери – използва
мнемоника за инструкциите и символи за
променливите .
ADD A,B

18.

18
Второ поколение (1959-1964)
Хардуер:
- централният процесор е изграден от
транзистори - предимства;
- оперативната памет е изградена от
феритни памети - няма мех. движение;
- външната памет е на магнитни
дискове.
Софтуер:
- езици на високо ниво и компилатори
(Фортран и Кобол);
- преносимост на програмите между
различни компютри.

19.

19
Трето поколение (1965-1971)
Хардуер:
- поява на интегрални схеми предимства;
- появяват се мини компютри;
- появяват се терминалите.
Софтуер:
- други езици от високо ниво (Бейсик);
- APT – за управляващи програми за
производство на детайли;
-появява се операционната система

20.

20
Четвърто поколение (1971- 1989 ?)
Хардуер:
- поява на микропроцесора в един
чип на интегрална схема с много голяма
степен на интеграция;
- поява на първия микрокомпютър
(ПС)- Алтаир 8800, Apple 1, IBM-PC.
Софтуер:
- ОС за PC- PS DOS, MS DOS, UNIX,
OS/2 и др.;
- структурно програмиране – Паскал,
Си и много други езици от високо ниво);
- Създава се Microsoft (1974), MS-Word,
Excel и т. н.

21.

21
Пето поколение (1989 - )?
Хардуер:
- паралелни процесори – много
ядрени в ниския клас и отделни и голям
брой процесори във високия клас
компютри;
- молекулярни и нанотехнологии
Софтуер:
- изкуствен интелект и бази знания;
- реагиране на естествения език.

22.

22
Обобщение

23. 2. Централен процесор и памет

23
2. Централен процесор и памет
Основни
компоненти на
един компютър

24.

24
2.1. Представяне на данни в компютрите
2.1.1 В съвременните компютри се
използват само двоични числа –
представят се с две цифри 0 и 1, а
основата е 2.
Пример:
Десетично число
34510=5.100+4.101+3.102
Двоично число
110102 = 0.20+1.21+0.22+1.23+1.24=26

25. Задача: Да се пресметне като десетично число двоичното число 101011.

25
Задача: Да се пресметне като десетично
число двоичното число 101011.
Решение:
1.20+1.21+0.22+1.23+0.24+1.25 = 43

26. 2.1.2. Шестнайсетични числа

26
2.1.2. Шестнайсетични числа
Имат шестнадесет цифри:
0, 1, 2,…, 9, А(10), B(11), C(12), D(13), E(14), F(15).
Превръщането на двоични числа в
шестнайсетични става лесно и бързо.
Шестнайсетичните числа са с по-малко
цифри и са по-удобни за възприемане и анализ.
Затова в практиката често се използват
именно шестнайсетични числа.
Пример: 110102 = 1А16 = 10.160 + 1.161 = 2610

27. Таблица за преобразуване на шестнайсетични, двоични и десетични числа

27
Таблица за преобразуване на
шестнайсетични, двоични и десетични числа
Пример:
1110101000100=1D44
1
D
4
4

28. 2.1.3. Системи за кодиране на текст

28
2.1.3. Системи за кодиране на текст
Текстът в компютрите също се кодира с
числа. За целта се използва т. н. “аски”
таблица. ASCII – American Standard Code for
Information Interchange.
Според този стандарт всеки текстов знак се
кодира с двуцифрено шестнайсетично
число, на което съответства 8-цифрено
двоично число.
EBCDIC стандартът се използва в големите
компютри на IBM.

29.

ASCII Таблица
29

30. 2.1.4. Бит, байт, полубайт, дума бит – най-малката единица за информация, която е една двоична цифра (0 или 1). байт – 8 бита,

30
2.1.4. Бит, байт, полубайт, дума
бит – най-малката единица за
информация, която е една двоична цифра
(0 или 1).
байт – 8 бита, 8 двоични цифри, 2
шестнайсетични цифри.
полубайт – 4 бита.
дума – група от последователни битове,
които компютрите обработват и запазват
като единно цяло. Броят на битовете в
думата зависи от конкретния компютър.
Най-малките са с 8 битова дума, найизползвани са 16, 32 и 64 битовите думи.

31.

Основни компоненти на един компютър
31

32. 2.2. Основна памет

Основната памет се състои от клетки по един байт. Всяка
клетка има адрес.
В основната памет се намира програмата, която се
изпълнява в момента и данните, свързани с нейното изпълнение –
входни, междинни и изходни.
32
Основна памет
Оперативна памет
RAM (random access
memory) – за четене и
запис но временно
Динамична DRAM.
Трябва да се
опреснява
периодично, бавна,
евтина.
Статична SRAM.
Няма нужда от
опресняване, бърза,
скъпа
Постоянна памет ROM (read only
memory). Потребителските
програмите нямат достъп до нея.
Служи за системните програми
PROM
(programmable
ROM) – еднократно
програмируема
EPROM (erasable
PROM)
изтриваема и
отново
програмируема

33.

Обем на паметта
33
Използват се единици кратни на 1024.
102410=100000000002=210
Мерните единици са:
1KB (килобайт) = 1024 B (байта)
1MB(мегабайт)= 1024 KB
1GB(гигабайт) = 1024 MB
1TB(терабайт) = 1024 GB
1PB(петабайт) = 1024 TB
Пример: 1PB данни би се записал на 223 100 DVD-та, което би
представлявало камара висока близо 1 километър.
1 EB (exabyte) = 1024 PB
1 ZB (zettabyte) = 1024 EB
1 YB (yottabyte) = 1024 ZB

34. Взаимодействие между оперативната и външната памет

34
Взаимодействие между
оперативната и външната памет
ОП е около 1000 пъти по-бърза от външната памет. Това води
до закъснение при прехвърляне на данни между ОП и външната
памет. Това се преодолява с буферна памет, наречена дисков
кеш – област от ОП или допълнителна специална памет.
Централен
процесор
Основна памет
RAM(ОП) и ROM
Кеш
памет
Външна памет
Диск
кеш

35. 2.3. Централен процесор

35
2.3. Централен процесор
ЦП (CPU, Central processing unit) управлява
цялостната дейност на компютъра. При РС
това е един чип, наричан микропроцесор.
Състои се от:
Аритметично-логическо устройство (ALU)
Регистри
Управляващо устройство (CU)

36.

36

37.

АЛУ (ALU)
37
ALU извършва всички аритметични и логически
операции.
Аритметичните са:
+ - *
/
Логическите са:
Сравненията:
> >= = # <= <
Свързващи логически изрази:
AND OR NOT
ALU работи с един или два входа и един изход

38.

Регистри
38
Регистрите са много бърза памет , която
съхранява входните и изходни данни за АЛУ.
По-важните регистри са:
Акумулатор – за съхраняване
на резултатите от АЛУ.
Регистър за данните – за
съхраняване на данните от и за
паметта.
Адресен регистър – показва
мястото на данните в паметта.
Програмен брояч – съдържа
началния баит на следващата за
изпълнение инструкция.
Регистър на инструкцията –
съхранява кода на операцията
на обработваната инструкция
Регистър на състоянието –
флагове, които показват
резултата от аритм. или лог.
операция

39. Важна характеристика на ЦП и от там на компютъра е размера на регистрите. Той определя и дължината на думата – 8, 16, 32, 64,

39
Важна характеристика на ЦП и от там
на компютъра е размера на регистрите.
Той определя и дължината на думата – 8,
16, 32, 64, 128 бита.

40. Управляващо устройство

40
Управляващо устройство
УУ (CU) съгласува работата на отделните
компоненти на компютъра (аналог с диригента).
То разпознава съдържанието на поредната
програмна инструкция и определя какви
операции да се изпълнят от компонентите на
компютъра.

41. Взаимодействие между ЦП и оперативната памет

41
При обмена на данни между ОП и бързите схеми на ЦП
възникват закъснения, които забавят работата на компютъра.
Изход от това е поставянето на буферна памет, наречена КЕШ
ПАМЕТ. Тази памет следи и съхранява адресите и съдържанието
на клетките от ОП, към които ЦП най-често се обръща. Когато ЦП
се наложи отново да ползва съдържанието на тези адреси, то се
чете от кеша, а не от ОП.
Предвиждането на най-честите адреси достига до над 90%.
Централен
процесор
Основна памет
RAM(ОП) и ROM
Кеш
памет
Външна памет
Диск
кеш

42.

Основни компоненти на един компютър
42

43. 2.4. Магистрала

43
2.4. Магистрала
Това е съвкупност от проводници и куплунзи (съединители),
които свързват ЦП с ОП и входно-изходните контролери.
Адресна магистрала (шина). По нея ЦП предава към ОП адреса, от
който ЦП ще чете или в който ще записва данни.
Тя е еднопосоччна ЦП -> ОП.
По броя на линиите може да се определи обема на адресираната ОП.
Магистрала за данни. По нея се обменят данни между ЦП и ОП. Тя
е двупосочна. При четене ОП -> ЦП и ЦП -> ОП при запис.
Управляваща магистрала. По нея се предават различни
управляващи сигнали, като четене, запис, системен такт, заявки за
прекъсване и др.
Системният такт се предава по тази магистрала към ЦП и ОП. Той
тактува работата на системата и определя т.н. тактова честота на ЦП,
от която зависи до голяма степен скоростта на компютъра.

44.

Основни компоненти на един компютър
44

45. 2.5. Изпълнение на програмите

45
2.5. Изпълнение на програмите
Програмата и нейните данни се разполагат в ОП.
Започва изпълнение на инструкциите от
програмата.
Изпълнението на всяка инструкция има две фази:
- цикъл извличане на кода
- цикъл изпълнение на операцията
Двете заедно формират т.н. машинен цикъл.

46.

46
Пример:
Инструкцията
ADD 37, R3
означава събери регистър номер 3 (R3 ) със
съдържанието на клетка от паметта с адрес 37 и го
запиши отново в R3. Тук 37 и R3 се наричат операнди

47.

47
ADD 37, R3
Извличане на необходимите данни
По адресната магистрала се предава адресът
37 към ОП, а по управляващата чети. ОП изпраща
към ЦП стойността от адрес 37 и тя отива в АЛУ.
Изпълнение
УУ изпраща сигнал към АЛУ за изпълнение на
операцията (в случая събери стойността от 37 с
регистър R3) и записване на резултата отново в R3.

48. 3. Външна памет

48
3. Външна памет
Необходимост
Видове
HDD
SSD
CD-ROM (CD-R, CD-RW)
DVD (DVD-R/RW, DVD+R/RW, DVD-RAM
4,7 ; 8,5 GB
Blue Ray Disk