Untitled Quiz

Najważniejsze różnice między komputerem, mikrokontrolerem, DSP, PLC

• Komputer jest uniwersalny, montowany z wielu podzespołów, posiada dużą moc obliczeniową, łatwo się go przeprogramowuje i zwykle ma wiele programów w pamięci.
• Mikrokontroler to komputer zintegrowany w jednym układzie, posiada wbudowane moduły specjalistyczne, jest dedykowany do konkretnego zastosowania, ma mniejszą moc obliczeniową niż PC, ale jest szybszy w konkretnym zastosowaniu, ma jeden wyspecjalizowany program, przeprogramowanie wymaga dodatkowych zabiegów i zwykle ma niski pobór mocy.
• Procesor sygnałowy (DSP) jest podobny do mikrokontrolera (wysoka integracja), ale ma większe możliwości w zakresie przetwarzania sygnałów, sprzętowo jest dostosowany do wykonywania operacji najczęściej występujących przy przetwarzaniu sygnałów, posiada specjalne instrukcje i tryby adresowania pamięci przydatne przy przetwarzaniu sygnałów, specjalizuje się w realizacji zadań w czasie rzeczywistym i ma potokowe przetwarzanie danych.
• Programowalny sterownik logiczny (PLC) to specjalizowany układ sterujący z wejściami i wyjściami logicznymi (włącz / wyłącz), wewnętrznie wykorzystuje mikrokontrolery, cyklicznie powtarza program: skanowanie wejść, wykonanie „logiki" programu, aktualizacja wyjść, przetwarza sygnały w czasie rzeczywistym, ma modułową konstrukcję i jest przeznaczony do sterowania procesami produkcyjnymi i urządzeniami.

Obliczenia komputerowe

• Wykonanie obliczenia 117-3 przez komputer:
• konwersja 117 i 3 na zapis binarny
• binarna reprezentację liczby 3 zamienić na zapis U2
• dodanie obu liczb binarnych
• przekonwertowanie wyniku z powrotem na postać dziesiętną
• Wykonanie obliczenia 17*5 przez komputer:
• 00010001*00000101=01010101

Zapis stało- i zmiennopozycyjny

• Zapis stałopozycyjny charakteryzuje się łatwymi obliczeniami, identycznymi jak dla liczb całkowitych, co nie wymaga dodatkowych układów ani instrukcji procesora.
• Stosowany jest w sytuacjach, gdzie zapis zmiennopozycyjny nie może być wykorzystany, na przykład w wielu mikrokontrolerach oraz gwarantuje dokładne zapisanie części całkowitej liczby.
• Zapewnia elastyczność i łatwość użycia, ale ma ograniczony zakres liczb możliwych do zakodowania i małą precyzję zapisu części ułamkowej.
• Zapis zmiennopozycyjny charakteryzuje się dużym zakresem zapisywanych liczb i zapisuje najbardziej znaczącą (najważniejszą) część liczby oraz ma dużą dokładność ułamków, pod warunkiem, że liczba nie ma dużej części całkowitej.
• Skomplikowane obliczenia wymagają dedykowanego bloku procesora oraz zapisują najbardziej znaczącą część liczby, ale część całkowita może nie być zapisana dokładnie.

Problemy przy obliczeniach na liczbach zmiennopozycyjnych

• Błędy zaokrągleń: niektóre liczby (np. 0.1) nie mają dokładnego odpowiednika w systemie binarnym, co prowadzi do drobnych różnic w wynikach.
• Utrata cyfr znaczących: odejmowanie dwóch liczb o zbliżonych wartościach może prowadzić do utraty precyzji i znacznych błędów.
• Przekroczenie zakresu wartości: zbyt duża liczba zwraca nieskończoność (overflow), a bardzo mała liczba może zostać zaokrąglona do zera (underflow).
• Problemy z porównywaniem liczb: porównania mogą zwracać błędne wyniki.
• Niestabilność algorytmów numerycznych: niektóre operacje mogą prowadzić do propagacji błędów.

Architektury komputerów

• Architektura von Neumanna:
• Jedna pamięć operacyjna, w której przechowywane są zarówno dane, jak i instrukcje.
• Jednostka centralna (CPU) składa się z procesora i jednostki sterującej.
• Szyna danych i szyna adresowa służą do komunikacji między podzespołami.
• Do komunikacji wykorzystuje urządzenia wejścia/wyjścia
• Przykładami takich urządzeń są klawiatura,mysz, czytnik DVD, monitor, nagrywarka DVD
• Architektura harwardzka
• Pamięć danych i pamięć instrukcji są oddzielone.
• Zamiast magistrali systemowej istnieją oddzielne szyny danych i szyny adresowe dla pamięci danych i pamięci rozkazów.
• Jednostka centralna (CPU) składa się z procesora i jednostki sterującej.

Działanie procesora (CPU)

• Pobranie rozkazu i danych z pamięci RAM i przesłanie ich do rejestrów procesora.
• Pobranie rozkazu i danych z rejestrów.
• Wykonanie operacji (z uwzględnieniem flag).
• Zwrócenie wyniku do rejestru i ustawienie flag wyjściowych.
• Odesłanie danych do pamięci RAM.

Procesory CISC i RISC

• CISC (Complex Instruction Set Computing):
  • Duża liczba rozkazów
  • Zawiera zarówno proste, jak i złożone, wyspecjalizowane rozkazy
  • Duża liczba trybów adresowania
  • Trudna optymalizacja
  • Powolne działanie dekodera rozkazów
• RISC (Reduced Instruction Set Computing):
  • Krótsza lista rozkazów
  • Proste rozkazy
  • Tylko kilka trybów adresowania
  • Rozkazy wykonywane w jednym cyklu procesora
  • Prostsze i szybsze dekodery rozkazów i adresów
  • Niższa częstotliwość taktowania procesora
  • Prostsza do wprowadzenia superskalarność
• Współczesne procesory x86 (Intel, AMD) z zewnątrz wyglądają jak CISC, ale wewnętrznie działają jak RISC.

Przetwarzanie Potokowe Instrukcji

• Przetwarzanie pojedynczej instrukcji dzieli się na kilka etapów, realizowanych przez niezależne bloki procesora.
• W potoku znajdują się rozkazy w różnym stadium przetwarzania, co przyspiesza przetwarzanie.
• Podobne do ułożenia rozkazów w "linii produkcyjnej".
• Na efektywność potoku wpływa jego głębokość (liczba poziomów).
• Rozwiązania usprawniające:
• Dodatkowe jednostki wykonawcze i buforowanie.
• Bezpośrednie przekazywanie wyników do kolejnych etapów potoku (ominięcie zapisu do rejestru).
• Wstrzymywanie potoku (opóźnienia) do momentu rozwiązania konfliktu danych.
• Spekulacyjne wykonanie instrukcji i przewidywanie wartości.
• Przewidywanie skoków (Branch Prediction).
• Opóźnione skoki (Delayed Branching).
• Anulowanie niepoprawnych instrukcji (Branch Misprediction Recovery).

Przetwarzanie superskalarne

• Kilka równoległych potoków przetwarzania umożliwia jednoczesne wykonanie kilku rozkazów w jednym cyklu.
• Poszczególne potoki obsługiwane są przez nieidentyczne jednostki ALU.
• Rozwiązania usprawniające:
• Spekulatywne wykonanie instrukcji.
• Przewidywanie rozgałęzień (branch prediction).
• Dynamiczne wykonywanie instrukcji.
• Out-of-order execution.

Instrukcje SIMD (Single Instruction Multiple Data)

• Przy przetwarzaniu instrukcji procesor pobiera instrukcję, a następnie dane, na których ta instrukcja operuje.
• Gdy wielokrotnie powtarza się jedną instrukcję (lub blok instrukcji) na kolejnych danych, można instrukcję (blok instrukcji) pobrać tylko raz.
• Są szczególnie przydatne w multimediach np. dekodowanie kolejnych klatek obrazu wideo.

Dynamiczna zmiana prędkości procesora

• Zmiana częstotliwości taktowania procesora (lub poszczególnych rdzeni) w zależności od potrzeb.
• Obniżanie częstotliwości (czasem też napięcia zasilania) obniża wydajność.
• Może dotyczyć całego procesora, pojedynczych rdzeni lub bloków.
• Niższa częstotliwość = oszczędność energii, mniejsza emisja ciepła.
• Zwiększenie wydajności jednego rdzenia kosztem pozostałych gdy aplikacja nie korzysta z innych rdzeni.
• Zapotrzebowanie na moc obliczeniową zgłasza system operacyjny.

Architektury wieloprocesorowe

• Pamięć wspólna - UMA (Uniform Memory Access)
• Cała pamięć jest ogólnodostępna.
• Czas dostępu dla poszczególnych procesorów jest taki sam.
• Konieczny jest protokół zarządzający dostępem.

Pamięć podręczna (cache)

• Pamięć o bardzo krótkich czasach dostępu, połączona z jednostką obliczeniową bardzo szybką magistralą. Zawiera najczęściej używane dane oraz dane, których prawdopodobnie będzie wkrótce potrzebował procesor.
• Dzięki temu procesor nie musi czekać na dostęp do RAM, który trwa znacznie dłużej.
• Dane w cache są kopią danych z pamięci operacyjnej.
• Zwykle ma 2 lub 3 poziomy (kolejne poziomy coraz wolniejsze, ale o większej pojemności). Stosowane są też cache dla instrukcji, zwykle oddzielne od cache danych

Budowa dysków twardych

• Dysk twardy składa się z obrotowych talerzy z nośnikiem magnetycznym, głowicy na ruchomym ramieniu, napędu talerzy i układu pozycjonowania głowicy.
• Zwykle dysk ma kilka talerzy.
• każdy talerz ma 2 strony czyli 2 głowice.
• Dane zapisane są w sektorach na ścieżkach Informację niesie nie samo namagnesowanie ale zmiana jego polaryzacji

RAID (Redundant Array of Independent Disks)

• Stosowane w systemach, w których konieczne jest zwiększenie niezawodności, zabezpieczenie przed utratą danych, przyspieszenie transmisji danych i powiększenie dostępnej przestrzeni dyskowej.
• RAID 5:
• dane dzielone na części
• bloki sum kontrolnych rozłożone na wszystkich dyskach
• minimum 3 dyski fizyczne
• całkowita odporność na awarię 1 dysku, z możliwością jego odtworzenia
• Duża szybkość odczytu
• Duża pojemność
• Możliwość odzyskania danych „w locie” (ale za cenę spowolnienia odczytu)
• Wyeliminowane wady RAID 3 i 4

Mechanizm przerwań (IRQ)

• Urządzenia zgłaszają do procesora żądanie obsługi
• Jeśli procesor zaakceptuje zgłoszenie:
• przerywa aktualny program (zapisuje stan rejestrów)
• wykonuje procedurę obsługi przerwania
• odtwarza stan rejestrów i kontynuuje program główny

Mechanizm DMA (Direct Memory Access)

• Kopiowanie danych z jednej komórki pamięci do drugiej, przy użyciu standardowego przesyłania, wykonuje procesor oraz jest to wolne i mocno obciąża procesor.
• Rozwiązanie: bezpośredni dostęp do pamięci.
• Urządzenie przejmuje nadzór nad magistralą, a po transferze zwalnia ją.
• Procesor inicjuje transfer, ale go nie wykonuje.
• Zwykle urządzenie kopiuje blok danych z własnego bufora do pamięci RAM (lub odwrotnie).
• W czasie trwania transferu procesor może wykonywać inne zadania.

Protokół komunikacyjny

• Komunikacyjny protokół to zbiór reguł i standardów określających sposób wymiany danych między urządzeniami w sieci komputerowej.
• Jego główną rolą, to zapewnienie zgodności i efektywności komunikacji, niezależnie od różnic w sprzęcie czy oprogramowaniu.
• Protokół określa:
• Format i strukturę danych (np. nagłówki, pakiety, ramki).
• Sposób adresowania i identyfikacji urządzeń.
• Reguły inicjalizacji, synchronizacji i zakończenia transmisji.
• Mechanizmy kontroli błędów i retransmisji.
• Zasady priorytetyzacji i zarządzania przepływem danych.

Transmisja z potwierdzeniem

• Po nawiązaniu połączeniu i wykonaniu synchronizacji następuje przesyłanie segmentów danych.
• Teoretycznie połączenie TCP jest połączeniem symetrycznym, które może pracować w trybie full-duplex.
• W praktyce dane są zwykle przesyłane w jednym kierunku, a w drugą stronę tylko potwierdzenia poprawności transmisj

Transmisje

• Równoległe: poszczególne bity słowa danych przesyłane są jednocześnie po kilku równoległych liniach.
• Szeregowe: poszczególne bity jednego słowa danych przesyłane są po kolei, po jednej linii.
• Synchroniczna: sygnały mogą się pojawiać wyłącznie w ściśle określonych momentach wyznaczonych przez tzw. cykl zegarowy.
• Asynchroniczna: nadajnik i odbiornik nie są jawnie zsynchronizowane, początek transmisji może nastąpić w dowolnej chwili, sygnał zegarowy nie jest wysyłany.

Mechanizmy detekcji błędów transmisji

• Parzystość:
• Do ciągu danych dodawany jest bit o takiej wartości, by liczba jedynek w ciągu bitów (wraz z dodanym bitem) była parzysta albo nieparzysta.
• Pozwala wykryć pojedyncze błędy na pojedynczych bitach danych
• proste w realizacji, lecz nie pozwalają naprawiać danych
• Suma kontrolna – CRC (Cyclic Redundancy Check)
• Bity traktuje się jako współczynniki wielomianu, który dzieli się modulo 2 przez dany wielomian, reszta z dzielenia to suma CRC
• Stosowana do detekcji błędów transmisji ponieważ szczególnie dobrze wykrywa błędy rozłożone przypadkowo

Standard RS232

• Standard RS232 dotyczy szeregowej transmisja danych, zarówno synchroniczna, jak i asynchroniczna z potwierdzeniem (asynchroniczna wykorzystywana znacznie częściej, jedyna obsługiwana w PC).
• Prędkości transmisji:
• do 20kb/s, 115kb/s, kilku Mb/s – transmisja asynchroniczna
• do 2Mb/s, kilku Mb/s – transmisja synchroniczna

Magistrala USB

• Elementy protokołu komunikacji - kodowanie danych 8b/10b i NRZI
• Wszelkie akcje inicjuje kontroler USB (host), przyłączone urządzenia muszą czekać na zapytanie przez kontroler o potrzebę komunikacji.
• Przy przeglądzie urządzenia zgłaszają swoja klasę.

Tryby transmisji magistrali USB 2

• Masowy (bulk transfer):
  • podstawowy tryb transmisji.
  • asynchroniczny.
  • ma najniższy priorytet i nie daje gwarancji przepustowości, ale jest gwarancja poprawności i spójności danych (powtarzanie uszkodzonych i zaginionych pakietów).
• Izochroniczny (isochronus transfer):
  • tryb używany do transmisji dużych ilości danych w regularnych odstępach czasu.
  • kontroler rezerwuje pasmo i gwarantuje dostęp co określony czas.
  • nie ma korekcji błędów ani powtarzania uszkodzonych czy zgubionych pakietów.
  • używany np. do transmisji video i dźwięku.
• Natychmiastowy (interrupt transfer):
  • umożliwia szybkie przesłanie kilku bajtów danych.
  • używany np. do obsługi myszy.
• Sterujący (control transfer):
  • używany podczas konfiguracji nowo podłączonego urządzenia.

Transmisja izochroniczna

• Kontroler rezerwuje pasmo i gwarantuje dostęp co określony czas, nie ma korekcji błędów ani powtarzania uszkodzonych czy zgubionych pakietów, używany np. do transmisji video i dźwięku.
• Rezerwacja pasma transmisji w USB oznacza gwarantowanie określonej części przepustowości dla wybranych typów transferów, aby zapewnić ich nieprzerwane działanie.

System operacyjny (OS)

• Oprogramowanie zarządzające zasobami komputera, umożliwiające uruchamianie i kontrolę aplikacji użytkownika.
• Główne zadania: zarządzanie sprzętem, alokacja zasobów, wielozadaniowość i interakcja z użytkownikiem.

1. Jądro systemu (kernel):

• najważniejszy komponent, wykonuje podstawowe operacje.
• komunikuje się ze sprzętem przez sterowniki oraz z użytkownikiem przez powłokę.

2. Warstwa Abstrakcji Sprzętu (HAL):

• znajduje się pomiędzy jądrem a sprzętem, uniezależnia system od sprzętu.
• odwołania do sprzętu wykonywane wyłącznie za jej pośrednictwem.

3. Powłoka / interfejs użytkownika (shell):

• pozwala na komunikację użytkownik system i „Tłumaczy" polecenia użytkownika na funkcje kanału.

4. Aplikacje / programy użytkownika
   • Umożliwiają one wykonywanie użytecznych zadań przez użytkownika, takich jak edycja tekstu, przeglądanie internetu czy odtwarzanie multimediów.

HAL (Hardware Abstraction Layer)

• Warstwa abstrakcji sprzętu znajduje się pomiędzy jądrem, a sprzętem.
• Uniezależnia system od sprzętu.
• Wszelkie odwołania do sprzętu wykonywane są wyłącznie za jej pośrednictwem.
• Systemu „nie interesuje”, na jakim sprzęcie tak naprawdę działa, HAL tłumaczy polecenia systemu na polecenia zrozumiałe dla konkretnych typów urządzeń w konkretnym komputerze.

GUI (Graphical User Interface)

• Graficzny interfejs użytkownika (okna, przyciski, ikony, paski).

Wielowątkowość

• Każdy proces może mieć kilka równoległych wątków.
• Nie przyśpiesza pojedynczego programu, ale daje możliwość wykonywania wielu programów jednocześnie.
• Cecha systemu operacyjnego.

Wielozadaniowość Systemu Operacyjnego

• Cecha, gdzie system operacyjny ma możliwość uruchomienia więcej, niż jednej aplikacji, programu lub procesu w tym samym czasie.
• Procesy (zadania) są wykonywane na zmianę lub równolegle (na różnych rdzeniach lub procesorach).
• Wielozadaniowość kooperacyjna – programy, gdy nie potrzebują zasobów same je zwalniają i przekazują systemowi.
• Wielozadaniowość z wywłaszczeniem system sam decyduje o wykorzystaniu zasobów, może „wyrzucić” czyli wywłaszczyć proces.

Systemy Plików

• System plików to struktura organizacyjna używana przez system operacyjny do zarządzania danymi na nośnikach pamięci
• Wpływ systemu plików na system operacyjny

1. Zarządzanie przestrzenią dyskową
2. Szybkość dostępu do plików
3. Bezpieczeństwo danych
4. Integralność systemu
5. Obsługa dużych plików i partycji

• Funkcje systemów plików:
• Organizacja danych
• Zarządzanie uprawnieniami
• Obsługa metadanych
• Zapobieganie fragmentacji i Odzyskiwanie danych
• Cechy współczesnych systemów plików na przykładzie NTFS (New Technology File System)

1. Wsparcie dla dużych plików i partycji
2. Dziennikowanie
3. Uprawnienia i szyfrowanie
4. Kompresja plików
5. Obsługa twardych i symbolicznych dowiązań
6. Redundancyjna tabela plików

Sterowanie kolejnością wykonywania instrukcji w programie

• Wykonywanie grupy odległych wyrażeń, po których sterowanie powraca do miejsca wywołania.

Procedury i Funkcje w Programowaniu

• Procedury i funkcje to wyodrębnione części programu (podprogramy) wykonujące określone zadanie / operację.
• Posiadają one jednoznaczną nazwę i ustalony sposób wymiany informacji z pozostałymi częściami programu i mogą (nie muszą) mieć parametry wejściowe.

Instrukcje Warunkowe

• Budowa warunków logicznych ==, <, >, <=, >=, ~=.
• Wynik wyrażenia logicznego to 0 – „nie”, lub 1 – „tak”.
• Warunek (a>=3) można rozumieć, jako pytanie.
• Odpowiedzi: Tak, jest spełnione / nie, nie jest spełnione.

Pętla for (MatLab)

• Instrukcje wewnątrz pętli wykonywane są tyle razy, ile wynika z zadanej listy wartości licznika–
• Używana, gdy z góry (jeszcze przed wykonaniem pętli) znamy liczbę jej wywołań .

Program Przyjazny Dla Użytkownika

• Program przyjazny dla użytkownika to taki, który jest prosty, intuicyjny, niezawodny i dostosowany do potrzeb użytkownika.
• Łączy on estetykę z funkcjonalnością, jednocześnie dbając o bezpieczeństwo i komfort korzystania

Procedura odnajdywania i usuwania błędów w oprogramowaniu

• Sprawdzić wszystko i przygotować dane testowe
• Testuje się różne zestawy danych wejściowych.
• Wybrać zestawy reprezentatywne dla testowanej funkcji programu
• Określić jakie powinny być oczekiwane rezultaty
• Rezultaty prawidłowe
• Rezultaty nieprawidłowe
• Usuwanie:
• Odtworzenie błędu
• Izolacja źródła błędu
• Identyfikacja przyczyny błędu
• Usunięcie błędu
• Weryfikacja powodzenia naprawy

Testowanie Programu

• Poprawność działania programu można zweryfikować poprzez dokładne testy na różnych zbiorach danych
• Przechowuj i automatyzuj dokumentacje testów i pozwalają na systematyczne monitorowanie poprawności działania programu

Narzędzia pracy programisty

• IDE (Zintegrowane środowisko programistyczne)
• aplikacja lub zespół aplikacji służących do tworzenia, modyfikowania, testowania i konserwacji oprogramowania
• Edytor tekstu (kodu źródłowego)
• Kompilator i linker

Topologie sieci komputerowych

• Topologia magistrali (bus)
• Topologia pierścienia (ring)
• Topologia gwiazdy (star)
• Topologia siatki (mesh)
• Topologia drzewa (hierarchiczna)
• Topologia hybrydowa

Hub, Switch i Bridge

• HUB (Koncentrator)
  • Urządzenie działające w warstwie fizycznej modelu OSI, łączące urządzenia w sieci LAN, pracujące w sposób pasywny.
• SWITCH (przełącznik)
  • Urządzenie działające w warstwie 2 (łącza danych), lub warstwie 3 (sieciowej) modelu OSI, przełączają dane tylko do odpowiedniego portu, tworzą logiczne połączenia punkt-punkt.
• BRIDGE (Most)
  • Urządzenie sieciowe działające na warstwie 2 modelu OSI Służy do łączenia dwóch lub więcej segmentów sieci LAN, tworząc jedną logiczną sieć.

Router

• Router to urządzenie sieciowe działające na warstwie 3 (sieciowej) modelu OSI.
• Jego główną funkcją jest łączenie różnych sieci i kierowanie ruchu danych pomiędzy nimi, na podstawie adresów IP.

Protokoły Ethernet, IP, TCP, UDP

• Protokoły Ethernet, IP, TCP i UDP pełnią kluczowe role w działaniu sieci komputerowych, umożliwiając komunikację miedzy urzadzeniami na roznych poziomach.
• Każdy z nich działa na innej warstwie modelu OSI ię pełni inne funkcje
• Ethernet
• Ethernet to standard komunikacji w sieciach lokalnych (LAN) działający na warstwach łącza danych i fizycznej modelu OSI.
• IP (Internet Protocol)
  • IP działa na warstwie sieciowej i odpowiada za adresowanie i przesyłanie danych między urządzeniami w różnych sieciach.
• TCP (Transmission Control Protocol)
  • TCP działa na warstwie transportowej i odpowiada za niezawodne przesyłanie danych międzyurządzeniami.
• UDP (User Datagram Protocol)
  • UDP to protokół działający na warstwie transportowej .

Enkapsulacja pakietów

• Proces, w którym dane aplikacji są opakowywane (dodawane są kolejne nagłówki i czasami stopki) podczas przesyłania ich przez różne warstwy modelu OSI lub TCP/IP.
• Konieczna by umożliwić niezależną pracę warstw modelu OSI/TCP-IP, przesłanie danych do właściwego odbiorcy oraz wdrażanie zabezpieczeń

Protokół SMTP

• (Simple Mail Transfer Protocol) – Służy tylko do przesyłania (wysyłania) poczty pomiędzy komputerami, nie pozwala pobranie wiadomości z odległego komputera

Protokół POP3 i IMAP

• Pozwala na odbiór/zarządzanie pocztą elektroniczną z serwera

Malware (złośliwe oprogramowanie)

• Malware to ogólne określenie oprogramowania stworzonego w celu wyrządzania szkód użytkownikowi, jego urządzeniom, danym lub sieciom.