Základy

Kybernetika, automatizace, řízení (ovládání, regulace), blackbox, feedback, systém, chování systému, sdělování

  • homeostáza – samostatné udržování hodnoty nějaké veličiny na přibližně stejné hodnotě
  • entropie – míra neurčitosti systému
  • HW – fyzicky existující vybavení počítače
    • hardware se můžete dotknout
    • původní význam slova hardware je železářské zboží, v oblasti počítačů tento pojem zahrnuje všechny monitory, klávesnice, grafické karty, procesory, paměti a veškeré další komponenty – části počítače
    • typický počítač je složen ze základní desky, procesoru, operační paměti, grafické karty, chladičů, pevného disku, skříně a zdroje
    • zařízení jako myš, monitor, klávesnice, tiskárna se nazývají vstupně-výstupní periferie
  • SW – programové vybavení počítače, nemůžeme se ho dotknout

Informace

  • informace – snižují nejasnost, neurčitost
    • předávají se, šíří a uchovávají pomocí nějakého nosiče => data zakódované informace
  • údaje (data) – vyjádření skutečnosti, jež má určitý význam; lze je sdělovat, přenášet, uchovávat a dále zpracovávat
  • komunikace – předávání a výměna informací
  • teorie informace – zkoumá druhy informací, způsoby jejich přenosu a jejich měřením
  • informatika se zabývá organizací, zpracováním a využitím informací
  • informační technologie – veškeré technologie získávání, zpracování, uchovávání či předávání informací
  • bit (b) = základní jednotka informace
    • nejmenší možné, dále nedělitelné množství informace vyjadřující dva stavy
    • binary digit, basic information unit
  • byte (B) = jednotka informace složená z osmi bitů, slabika
  • word (slovo) – skupina bitů, která se v počítači zpracovává jako celek
  • nibl – skupina 4 bitů
  • komunikační kanál (přenosový kanál) – fyzické přenosové médium jako drát nebo logické spojení přes multiplexní médium jako radiový kanál
  • šum – zvukové nebo hlukové znečištění
  • signál – fyzikální veličina závislá na čase, díky němu lze přenášet zprávy – data
  • simplexní spojení (s. komunikace, simplex) – umožňuje přenos informací pouze v jednom směru
  • duplexní spojení – komunikace v obou směrech
  • multiplex – proces, ve kterém je více analogových signálů nebo digitálních datových toků kombinovaných do jednoho signálu

 

komunikace – vysílač, přijímač, dopravní zpoždění; synchronní x asynchronní; symetrická x asymetrická; sériová x paralelní; handshaking

Dvojková (binární) číselná soustava; jednotky, násobky a převody jednotek, bit, byte

Pojem digitální (diskrétní) x analogový (spojitý)

Počítač

  • počítač = přístroj na zpracovávání informací, komunikující s okolím, schopný podle instrukcí vloženého programu automaticky vykonávat předepsané posloupnosti aritmetických a logických operací s příslušnými daty uloženými v paměti
  • algoritmus = systém jednoznačných pravidel (instrukcí), umožňující řešit problém z jisté třídy problémů v konečném počtu kroků
    • determinovanost
    • hromadnost
    • rezultativnost
  • instrukce = předpis pro provedení jedné operace
  • program = množina instrukcí, deklarací a popř. jiných prvků programovacího jazyka, vyjadřující algoritmus řešení nějakého problému
    • povelový soubor (script file)

multitasking

Neumannovo schéma fungování PC x Harvardská architektura

a25

  • John von Neumann (1945, 1903 – 1957)
    • blokové schéma
    • návrh, jak by měl počítač fungovat
    • s menšími obměnami platný dodnes

Neumannovo schéma fungování PC (ALU, I/O Devices,…)

  • Harvardská architektura – počítačová architektura, která fyzicky odděluje paměť programu a dat a jejich spojovací obvody

Architektura PC

Sběrnice (Bus)

a24

  • propojovací vedení (soustava vodičů), na něž lze připojit více komponentů počítače
  • slouží ke komunikaci mezi jednotlivými komponenty počítače i k řízení jednoho komponentu druhým
  • během vývoje osobních počítačů došlo k ustavení řady různých standardů sběrnicových systémů; do těchto standardů patří např. ISA, EISA, PCI, local bus, VL, FSB, USB, SCSI, IEE 1394, apod.
  • topologie
    • lineární
    • hvězdicová
    • kruhová
  • přenos dat
    • paralelní – paralelní sběrnice, složitější na konstrukci
    • sériový – sériová sběrnice, des skoro všechny sběrnice
  • přenos dat
    • asynchronní
    • synchronní
    • blokový

Parametry

  • šířka sběrnice
  • řídící frekvence (pro synchronní režim)
    • přenosovou rychlost
    • šířka x frekvence (pozor DDR)
  • části sběrnice
    • datová sběrnice (data bus)
    • adresová sběrnice (address bus)
    • řídící sběrnice (control bus)
  • multimastering – provoz sběrnice řídí některá připojená komponenta
  • burst režim – přenáší data po větších blocích

Řadič (CONTROLLER)

  • elektronická řídící součástka realizovaná sekvenčním obvodem, který řídí činnost všech částí počítače
  • řízení prováděno pomocí řídících signálů, které jsou zasílány jednotlivým modulům
  • část procesoru řídící vykonávání operací a chod celého procesoru podle instrukcí programu
  • obsahuje registr instrukcí, který uchovává operační znak instrukce po dobu jeho vykonávání, a dekodér instrukcí, který dekóduje a generuje řídící signály pro procesor
  • 2 koncepce řadičů:
    • řadič je speciální sekvenční automat, který má čítač a dekodér (je dražší, ale rychlejší)
    • dekódování operačního znaku vykonává řídící paměť, ve které jsou mikroprogramy uloženy

Firmware

  • obecné označení programového vybavení, vázaný na hardware, pro který je určen
  • jsou jím vybavovány elektronická zařízení jako mobilní telefony, DVD přehrávače, multimediální přehrávače, atp.
  • tyto programy jsou většinou uloženy (vypáleny) do nevolatilních pamětí (ROM, EPROM, atd.)
  • v závislosti na způsobu uložení jej lze v některých případech modifikovat buď výměnou nebo přepsáním obsahu

Integrované obvody

  • integrovaný obvod = elektronická součástka realizující určité množství obvodových prvků neoddělitelně spojených na povrchu nebo uvnitř určitého spojitého tělesa, aby se dosáhlo ucelené funkce elektronického obvodu
  • každý integrovaný obvod je při výrobě zapouzdřen do určitého typu pouzdra

Integrace

  • SSI Small Scale Integration – malá integrace do 10 logických členů
  • MSI Middle Scale Integration – střední integrace 10 – 100 logických členů
  • LSI Large Scale Integration – vysoká integrace 100 – 10000 logických členů
  • VLSI Very Large Scale Integration – velmi vysoká integrace 10000 a více

Technologie výroby

  • TTL (Transistor Transistor Logic) – rychlá, ale drahá technologie
    • základním stavebním prvkem bipolární tranzistor
    • nevýhodou velká spotřeba elektrické energie a z toho vyplývající velké zahřívání
  • PMOS (Positive Metal Oxid Semiconductor) – technologie používající unipolární tranzistor MOS s pozitivním vodivostním kanálem
    • díky tomu, že MOS tranzistory jsou řízeny elektrickým polem a nikoliv elektrickým proudem jako u technologie TTL, redukuje nároky na spotřebu elektrické energie
    • pomalá a dnes nepoužívaná technologie
  • NMOS (Negative Metal Oxid Semiconductor) – technologie, která využívá jako základní stavební prvek unipolární tranzistor MOS s negativním vodivostním kanálem
    • používala se zhruba do začátku 80. let
    • levnější a efektivnější technologie než TTL a rychlejší než PMOS
  • CMOS (Complementary Metal Oxid Semiconductor) – technologie spojující v jednom návrhu prvky tranzistorů PMOS i NMOS
    • tyto obvody mají malou spotřebu
    • používána pro výrobu velké části dnešních moderních integrovaných obvodů
  • BiCMOS (Bipolar Complementary Metal Oxid Semiconductor) – technologie spojující na jednom čipu prvky bipolární technologie i technologie CMOS

Znakové sady

  • ASCII – American Standard Code for Information Interchange – americký standardní kód pro výměnu informací
    • tabulka, která přiřazuje každému znaku anglické abecedy tzv. ASCII kód
    • ASCII kód je původně sedmibitový – obsahuje 128 znaků
    • pro potřeby dalších jazyků se používají osmibitová rozšíření, obsahující dalších 128 znaků; význam těchto dalších kódů však není jednoznačný, přizpůsobuje se vždy potřebám daného jazyka
    • ASCII přesto zůstává historicky nejúspěšnější a nejrozšířenější znakovou sadou, ze které vzešla většina současných standardů pro kódování textu
  • znaková sada (character set), též kódování či kódová stránka – jedná se o kód, který sdružuje znaky z dané množiny (např. abecedy) a přiděluje jim jinou identifikační hodnotu (sekvence čísel, bytů atp.)
    • standardizovány, přičemž drtivá většina současných se vyvinula z nejstarších kódování ASCII a EBCDIC (kvůli jejich omezení se časem začali tvořit nejrůznější rozšíření)
    • v praxi běžného uživatele narazíme na pojem znaková sada například tehdy, když dojde v nějakém dokumentu či internetové stránce k nesprávnému zobrazení českých znaků
    • chybně nastavená znaková sada může způsobit i naprostou nečitelnost daného dokumentu – zobrazí se pouze nesprávné znaky