$title IB002 - Základy informačních technologií

Asistentka: pazurikova@mail.muni.cz
Midterm exam - ve formě zkoušky
koncová známka: 0.2 mid + 0.8 zk = výsl. zn.

$date 9/‎18/‎2012 - 01

$1 Historie 

$2 Babbageův počítací stroj
- první programovatelný na základě instrukcí
- programy psala sestra lorda Byrona (Augusta Ada King)
	- zdokumentovala jej a díky tomu 1991 rekonstruován a prokázána funkčnost
- měl paměť
	- oddělenou datovou a programovou paměť
- oddělená vstupní jednotka pro data a program
- výstup programu
- řídící jednotka uměla %*IF - GOTO* (podmíněný skok)


$2 Turingův stroj
- teoretický výpočetní stroj - logická konstrukce
- přechodový graf, množina počátečních a koncových stavů, páska, na které je zapsána zpráva, podle symbolů přechází z jednoho stavu do druhého; důležité je, když dojde do jednoho z koncových stavů, podle toho jsme schopni rozhodnout, jak dlouho se bude nějaký problém počítat / zda má řešení
- Turing pracoval 
	- na Enigmě
	- na řešitelnosti logických problémů


$2 Von Neumanovo schéma
- 40. léta 20. stol.
- dvojková soustava pro počítání
- znát schéma (obrázek)
$img neuman_scheme.GIF
- sekvenční schéma - nelze dělat paralelisaci, mnozí říkají, že to informatiku zpomalilo

$1 Technické prostředky
$2 ALU
- základní sekvenční jednotka
- procesor, zařízení vykonávající instrukce, instrukční cyklus (vybrání a provedení instrukce)
- lze skákat - výběr instr.
- vnitřní hodiny - takt procesoru (udává, jak rychle po sobě je CPU schopen vybírat instrukce a provádět je... víceméně... asi)
	- pokud je jich více -> vnitřní pararelismus (dnes hlavně GPU)

$3 Typy procesorů
$4 Universální
- CISC: kompletní instrukční sada (Complete Instruction Set Computing)
	- všechny instrukce, ale problém, že ne na všechny instrukce je potřeba stejně času
- RISC: redukovaná instrukční sada (Reduced Instruction Set Computing)
	- komplikované instrukce má rozdělené na jednodušíí subinstrukce

$4 Specialisované
- Embedded - vestavěné, velmi specifické využití, zadaný program - žehličky, auta, ...
- Vector - masivně pararelní stroje - hodně ALU jednotek a zpracovávají úlohy pararelně
	- použití - vědeckotechnické výpočty, např. meteorologie

$2 Paměť
- slouží k uchování dat
- deska sloupců a řádek
- %*přímá adresace* - (sloupec × řádek)
- cyklus
	- doba potřebná pro vystavení a zápis
	- vzpamatování po provedené operaci - také sežere nějaký čas
- statická × dynamická paměť
$3 Hiearchie pamětí
- rychlost, cena, ekonomický imperativ v IT
- prostředky závisí na penězích, v poslední době důležitý imperativ - energetická náročnost

$2 Periferie
- vstup / výstup informací
základní: komunikace s uživatelem
	mohou to být různé sofist. zařízení pro virt. realitu (brýle a helmy pro prostorvé vnímání, detekce pohybu, wearable computers)
 s jinými systémy
	počítač. síť, speciální sběrnice
permanentrní ukládání dat

$2 Permanentní ukládání dat - permanence je velmi relativní
	Paměti jsou rychle, drahé, krátkodobé
	Disky - pomalejší, levnější
	Pásky - pomalý přístup, velmi levný a úsporný
	Sítě - data kolují optickou sítí (200 km)

$2 Sítě
	drátové - metalické (elektrické signály) / optické (optický laserový signál)
	bezdrátrové
		radiové
		optické - IR světlo
		akustické
	mechanické
		???

$2 Počítač
	logický přístroj s klascikými komponentami, pomáhají řešit problémy rozložené na výpočty	
	neuronové počítače - model lidského mozku, spojení vznikají a zanikají, training
	buněčné automaty

$2 Pararelní systémy
pro případy, kdy nestačí jedna výpočetní jednotka - více jednotek, které spolu komunikují

Typy:
$3 úzce propojené
	společná paměť - nutno řešit, aby si nepřepisovaly procesory svá data
	minimální vzdálenost procesorů - komunikace neovlivňuje výpoč. čas
	speciální sběrnice
	velmi jemný pararelismus - pararelně se provádějí instrukce, nikoliv celé programy
	díky společné paměti nutno ji mítdostatečné velkou, komplikovaný rozklad úloh, ne všechny úlohy jsou vhodné
	výpočetní model: sdílená paměť 

$3 volně propojené
	většinou distribuovaná, vzdálenost procesorů už hraje roli - latence, speciální propojení
	lze používat vzdálenou paměť
	výpočetrní model: zasílání zpráv - provádějí se větší kusy kódu, sdílí se výsledky

$3 distribuované
	vždy distribuovaná paměť, vzdálený přístup do paměti nelze
	latence vysoká, obvykle přes LAN
	vypočetní model: zasílání zpráv

$3 gridy
	geograficky rozsáhlé, popojují se samostatné počítače
	WAN Internet
	extrémní latence - zasílání zpráv
	zpracování dat např. v LHC (nejde moc o rychlost zpracování)
	síť výpočetního výkonu

================================================================================
2. přednáška 25.09.2012 14:03:10

$1 Číselné soustavy
dvojková, šestnáctková, osmiková, dvojková
nejpřirozenější je desítková

$3 Desítková
819 = 8×10^2+ 1×10^1 + 9×10^0
první počátače fungovaly na desítkové, ale nebylo to moc učinné a realisovatelné

$3 Dvojková
819 = 1*2^9 + 1*2^8 + 0*2^7 + 0*2^6 + 1*2^5 + 1*2^4 + 0*2^3 + 0*2^2 + 1*2^1 + 1*2^0  
		512		256    128
		= 1100110011
		
$3 Octa & hexa
jednoduše převoditelná z binární, podobně hexa

$3 Rozlišitelnost
neexistuje nekonečný desetinný rozvoj
nejdelší desetinný rozvoj, který jsme schopni zapsat
X + eps > X
X + (eps/2) = X

$3 Zápis reálných čísel
mantisa
0 =< m =< 1 AND x = m * 2^e

$2 Záporná čísla
- přímý kód - nula/jednička na začátku
- inversní kód - binární negace
- dvojkový doplňkový kód (binární negace + 1) - nejčastější

$3 Přímý kód
- přidává se znaménkový bit
- --> máme dvě nuly
Rozsah: <-MAX, -0> a <+0, +MAX>

$3 Inversní kód
- opět jsou dvě nuly
Rozsah: <-MAX, -0> a <+0, +MAX>

$3 Dvojkový doplň. kód
- vychází z inverzního
- má jen jednu nulu, ale asymetrický rozsah
Rozsah: <-MAX, -1> a <0, +MAX>

$2 Rozsahy čísel
Podle počtu bitů
8 bitů = 1 Byte

$3 Racionální čísla
- podle normy IEEE 754
- součásti
	- znaménko
	- mantisa (přímý kód)
	- exponent (kód posunuté nuly)

Normalisace mantisy
- zapamatovat si, že mantisa je normalisovana (nezapisovaná jednička)

Přesnost (rozdíl mezi dvěma po sobě jdoucími dílky): počet bitů mantisy + 1

$1 Operační systémy

OS se stará o to, co je pro všechny programy společné - zavádění programů, ukončování programů, etc.

$3 Bootstrap loader
- smyčka, v níž OS beží a předává řízení jednotlivým procesům

$3 Po něm Spooling - program je nezávisle zaveden na vykonání
- možno zavést prg, čekal ve frontě (pool) a spooler vybíral prg podle proiority
- zaveden Direct Memomry Access a multiprogramování
- zpracovávání dávek (neexistuje přímý přístup)

$3 Timesharing
- všechny zavedené úlohy se přidělují po časových kvantech (virtuálně se počítají současně)
- umožnil zpracování interaktivních úloh a zavedení disků
- 60. léta (začátek)

Úkolem OS je zjednodušení práce, odbourání nutnosti práce s nejnižší úrovní počítače
Zajišťuje také sdílení vzácných zdrojů - postarat se o funkčnost sdílení, jeho účinnost, bezchybovost a bezpečnost přístupu (autorizace  / autentizace)

AAA - autentizace, autorizace, accounty
		co jsem		co smím      kolik toho použiju
	   (autentication)			 

$3 Problém časování
Ne všechny součásti jsou stejně rychlé, řádové rozdíly
(za dobu přečtení 1 Bytu z HDD může CPU udělat cca 10 milionů operací)
--> prokládání I/O operací a výpočtů
	těžkopádně a ne vždy účinné
proto se procesoru přiděluje více procesů, prokládání operací nemusí být v rámci jednoho procesu
 
$3 Vybírání procesů:
Priority:
	- statická
	- dynamická
	
$2 Paměť
- OS udržje v paměti pouze ty procesy, které jsou právě aktivni - virtualisace paměti
- každý proces si tedy myslí, že má celou paměť
- musí se zavést ochrana paměti, aby jeden program nepřepisoval data jiného programu

$2 Základní složky OS
[slide přednášky]

S rozvojem OS se OS zvětšovaly - monolitické operační systémy
	Velmi těžké opravovat nějaké chyby, téměř nebylo možné vyměnit HW pod monolitickým OS
	--> Úprava OS - rozdělení na několik částí
		- kernel (jádro) a další součásti
		
$2 Procesy
Programový čítač v CPU ukládá hodnotu, kde CPU skončil u které hodnoty