Cap 1.pdf

INFORMATICĂ APLICATĂ I INTRODUCERE ÎN ŞTIINŢA SISTEMELOR DE CALCUL Conferenţiar dr. ing. MIRELA PATER Cerinţe: • Nota laborator – minim 5 • Maxim 3 absenţe la laborator care se recuperează • VP 1 (săpt 7 sau 8) şi VP 2 (săpt 14) - test grilă (minim nota 5 la fiecare) • Nota finală = 33.33% VP1 + 3...

INFORMATICĂ APLICATĂ I INTRODUCERE ÎN ŞTIINŢA SISTEMELOR DE CALCUL Conferenţiar dr. ing. MIRELA PATER Cerinţe: • Nota laborator – minim 5 • Maxim 3 absenţe la laborator care se recuperează • VP 1 (săpt 7 sau 8) şi VP 2 (săpt 14) - test grilă (minim nota 5 la fiecare) • Nota finală = 33.33% VP1 + 33.33% VP2+ 33.33% Nota laborator Cuprins • • • • • • • • • INTRODUCERE SISTEME INFORMATICE REPREZENTAREA INFORMAŢIEI SISTEME DE CALCUL ARHITECTURA SISTEMELOR DE CALCUL REŢELE DE CALCULATOARE SISTEME DE OPERARE PROGRAME UTILITARE INGINERIA SOFTWARE INTRODUCERE Informatica este ştiinţa care se ocupă cu studiul şi elaborarea metodelor de prelucrare/procesare a informaţiei cu ajutorul sistemelor automate de calcul.Termenul englezesc corespunzător este Computer Science (știința calculatoarelor). Prelucrarea informaţiei s-a făcut din totdeauna. Prelucrarea voluntară a informaţiei a început să se facă atunci când babilonienii au inventat primele semne cuneiforme. Pentru a prelucra mai uşor, într-un timp mai scurt, cu foarte multă exactitate, o cantitate foarte mare de informaţie foarte complexă, omul foloseşte calculatorul. Un sistem de calcul (calculator) • HARDWARE – reprezintă totalitatea componentelor fizice care compun un calculator (circuite electronice, circuite electrice, circuite optice, circuite magnetice, dispozitive magnetice); • SOFTWARE – reprezintă ansamblul programelor prin care reuşim să transmitem calculatorului comenzile şi instrucţiunile necesare prelucrării informaţiilor. De-a lungul timpului informatica a fost divizată în mai multe subdomenii: ➢ Arhitectura calculatoarelor – studiază modul de organizare a diferitelor ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ componente hardware ale calculatorului. Sistemele de operare – studiază felul în care trebuie organizate programele care controlează şi coordonează toate operaţiile din sistemul de calcul Algoritmi şi structuri de date – studiază metode prin care se pot obţine aplicaţii de prelucrare a diferitelor clase de informaţii, modul de reprezentare a informaţiilor şi paşii necesari pentru realizarea aplicaţiilor Limbaje de programare – studiază notaţiile prin care vor fi reprezentaţi algoritmii şi structurile de date, astfel încât aplicaţia să poată fi prelucrată Ingineria programării – studiază metodele prin care poate fi automatizată activitatea de proiectare a aplicaţiilor astfel încât să se obţină programe corecte, eficiente, fără erori şi uşor de exploatat Calcule numerice şi simbolice – studiază descrierea fenomenelor din lumea reală prin intermediul formulelor matematice, care pot fi manipulate algebric astfel încât să se obţină modele matematice uşor de descris prin algoritmi Sisteme de gestiune a bazelor de date – studiază modul de organizare a unor cantităţi mari de date care nu necesită în prelucrare calcule matematice complexe (informaţii din administraţie, economie,…) Inteligenţa artificială – studiază metode de automatizare a aplicaţiilor pe care omul le realizează prin metode inteligente, aplicaţii greu de descris cu ajutorul algoritmilor Animaţie şi robotică – studiază metodele prin care pot fi generate şi prelucrate imaginile şi modul cum se poate răspunde unei situaţii din exterior prin acţionarea unui robot În zilele noaste sunt tot mai multe şi mai diverse domeniile în care omul foloseşte calculatorul ca pe o unealtă de lucru. Astfel, calculatorul este folosit în: ➢ Inginerie – la proiectarea asistată de calculator ➢ Economie – la elaborarea de calcule economice complexe ➢ Arhitectură – la realizarea desenelor de proiectare ➢ Construcţii – la efectuarea calculelor de rezistenţă şi proiectare ➢ Matematică – la rezolvarea şi reprezentarea calculelor laborioase ➢ Medicină – la investigare şi diagnosticare ➢ Literatură – la editarea şi stocarea textelor ➢ Comerţ – la efectuarea tranzacţiilor automate prin intermediul internetului ➢ Învăţământ – la învăţarea asistată de calculator a diferitelor discipline de studiu ➢ Film – la realizarea trucajelor, animaţiilor şi efectelor speciale ➢ Muzică – la compunerea şi mixarea partiturilor muzicale Capitolul 1 SISTEME INFORMATICE Sistem • Conceptul de sistem desemnează un ansamblu de elemente dependente între ele, formând un tot organizat care pune ordine în gândirea teoretică sau activitatea practică dintr-un domeniu sau altul. 1. Sistemul decizional este format din ansamblul de specialişti care, prin metode şi tehnici specifice prognozează şi planifică, decid, organizează, coordonează, urmăresc şi controlează funcţionarea sistemului operaţional, cu scopul îndeplinirii obiectivelor stabilite. 2. Sistemul operaţional reprezintă ansamblul de resurse umane, materiale şi financiare precum şi întregul ansamblu organizatoric, tehnic şi funcţional, care asigură realizarea efectivă a obiectivelor stabilite prin deciziile transmise de sistemul decizional. 3. Sistemul informaţional cuprinde ansamblul informaţiilor, fluxurilor şi circuitelor informaţionale, precum şi totalitatea mijloacelor, metodelor şi tehnicilor, prin care se asigură prelucrarea datelor necesare sistemului decizional. Sistemul informaţional asigură gestiunea tuturor informaţiilor din cadrul unui sistem, folosind toate metodele şi procedeele de care dispune. • Ansamblul informaţiilor şi deciziilor (caracterizate prin conţinut, frecvenţă, calitate, volum, formă, suport), necesare desfăşurării unei anumite activităţi sau operaţii şi care se transmit între două posturi de lucru, formează un flux informaţional. 4. Sistemul informatic este o componentă a sistemului informaţional şi anume, acea parte a acestuia care preia şi rezolvă sarcinile de culegere, prelucrare, transmitere, stocare şi prezentare a datelor, cu ajutorul sistemelor de calcul. • Pentru a-şi îndeplini rolul în cadrul sistemului informaţional, sistemul informatic cuprinde ansamblul tuturor resurselor, metodelor şi tehnicilor, prin care se asigură prelucrarea automată a datelor. Resursele sistemului informatic se grupează în următoarele categorii: •cadrul organizatoric al activităţii supuse informatizării, deci activitatea care face obiectul sistemului informatic şi datele primare vehiculate în cadrul acesteia; •metodele şi tehnicile de proiectare a sistemului informatic; •ansamblul de echipamente prin intermediul cărora se realizează culegerea, verificarea, prelucrarea, memorarea şi transmiterea datelor, respectiv redarea rezultatelor prelucrării, reunite sub denumirea generică de HARDWARE; •sistemul de programe care asigură utilizarea eficientă a resurselor hardware precum şi rezolvarea unor clase de probleme specifice unui anumit domeniu, programe reunite sub denumirea de SOFTWARE; •baza informaţională; •ansamblul de resurse umane implicate Procesul de prelucrare automată a datelor în cadrul unui sistem informaţional constă în operaţii de: •Culegerea datelor constă în sesizarea lor la locurile unde sunt generate şi transpunerea lor pe suporturi adecvate prelucrării automate. La acest moment datele se numesc date primare. •Prelucrarea datelor constă în transformarea acestora din date primare în rezultate finale, în urma parcurgerii unei succesiuni de operaţii impuse de cerinţele utilizatorilor, specificul echipamentelor de calcul şi a tehnologiei de prelucrare. •Transmiterea datelor asigură vehicularea atât a datelor primare de la sursele generatoare, către sistemele de prelucrare automată cât şi a rezultatelor prelucrărilor către beneficiari. •Stocarea datelor constă în memorarea şi păstrarea (arhivarea) lor pe suporturi de memorie specifice, în scopul unor consultări şi prelucrări ulterioare. Capitolul 2 REPREZENTAREA INFORMAŢIEI • Prima problemă care s-a pus la construirea calculatoarelor a fost alegerea sistemului de numeraţie care va fi utilizat pentru a prelucra informaţia numerică. • Numărul de simboluri utilizate determină sistemul de numeraţie (binar, octal, zecimal, hexazecimal). • Prima maşină de calculat mecanică, construită de Blaise Pascal, a folosit sistemul de numeraţie zecimal. • Calculatoarele electronice apărute mai târziu folosesc pentru reprezentarea informaţiei sistemul binar. Pentru calculator, informaţia este atât materie primă cât şi produs finit ❑Informaţia analogică este de tip continuu şi este acea informaţie care poate avea un număr infinit de valori într-un domeniu definit. ❑Informaţia digitală are un număr finit de valori într-un domeniu limitat şi calculatoarele folosesc acest tip de informaţie pentru ca toate operaţiile să se deruleze într-un timp finit şi după algoritmi exacţi. În funcţie de procedeul de reprezentare a informaţiei şi de suportul fizic al informaţiei calculatoarele au fost împărţite în: ❑Calculatoare analogice - informaţia este codificată sub forma unor mărimi fizice (intensitatea curentului electric, tensiunea, etc.) ❑Calculatoare numerice - informaţia este codificată sub formă de valori discrete (numerică) Sisteme de numeraţie Sistemele de numeraţie utilizate sunt sisteme poziţionale. Simbolurile unui sistem de numeraţie poziţional reprezintă poziţia pe care o ocupă simbolul respectiv în şirul simbolurilor. Astfel, în sistemul de numeraţie zecimal, pentru a defini un număr, se construiesc grupe de câte 10 elemente: 10 unităţi = 1 zece 10 zeci = 1 sută 10 sute = 1 mie Numărul de simboluri utilizat într-un sistem de numeraţie se numeşte baza sistemului de numeraţie: N(10) , N(2). Cel mai mare simbol al unui sistem de numeraţie este dat de numărul bazei minus 1. Ex. 103102101100 1 3 7 9(10) = 1*103 + 3*102 + 7*101 + 9*100 ab(8) = a*81 + b*80 ab(2) = a*21 + b*20 Un sistem de numeraţie Q este un sistem de reprezentare a numerelor care are următoarele caracteristici: ➢Utilizează un alfabet cu q simboluri diferite între ele, numite cifre, care formează un şir de numere consecutive ➢Prima cifră din şir este 0 ➢Cifra cu valoarea cea mai mare este cu o unitate mai mică decât baza sistemului q-1 ➢În funcţie de poziţia lor în număr, cifrele se înmulţesc cu puteri crescătoare ale bazei q, obţinându-se dezvoltarea numărului după puterile bazei: N(q) = anan-1an-2…a2a1a0 = an*qn + an-1*qn-1 +…+ a2*q2 + a1*q1 +a0*q0 Sisteme de numeraţie Sistemul de numeraţie Baza sistemului de numeraţie Simboluri utilizate Zecimal 10 0123456789 Binar 2 01 Octal 8 01234567 Hexazecimal 16 0123456789 ABCDEF Baza 2 0 1 10 11 100 101 110 111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 10000 Baza 8 0 1 2 3 4 5 6 7 10 11 12 13 14 15 16 17 20 Baza 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Baza 16 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 10 Sistemul de numeraţie binar Foloseşte pentru reprezentare două simboluri: 1 şi 0. Acestor două simboluri - asociate două notaţii: DA şi NU. • Calculatoarele sunt construite din circuite electronice care recunosc două stări (ca şi comutatoarele electrice): pornit (conducţie - ON ) şi oprit (blocare - OFF ). Acestor două stări li s-au asociat prin convenţie cele două cifre binare 1 şi 0. • O cifră binară astfel memorată reprezintă unitatea elementară de memorare – bitul. • Un BIT (BINARY DIGIT) reţine una din cele două valori BIT-ul reprezintă atomul informaţiei, este unitatea de măsură a informaţiei. El nu are submultipli ci doar multipli: 8 biţi = 1 octet = 1 byte Octetul este organizarea alcătuită din 8 biţi numerotaţi de la 0 la 7 (dreapta → stânga). 0 1 1 0 0 1 1 0 7 6 5 4 3 2 1 0 Cu 8 biţi (cu 8 cifre binare) care formează octetul se poate construi un cod care permite 28 = 256 de combinaţii diferite. Acestea sunt suficiente pentru a putea reprezenta literele mari, literele mici, cifrele, semnele speciale, comenzile, semnalele şi răspunsurile. Memoria internă a calculatorului - considerată ca o succesiune de octeţi numerotaţi. Numărul de ordine al unui octet - adresa sa şi este dată în binar  octetul este cea mai mică unitate de memorie direct adresabilă. Numărul de octeţi ai memoriei interne dă capacitatea de memorare a acesteia. Pentru a exprima această capacitate mai uşor, se folosesc multipli ai octetului (byte-ului): 1 Kbyte = 1 Koctet = 210 octeţi = 1024 octeţi 1 Mbyte = 1 Moctet = 210 Kocteţi = 220 octeţi 1 Gbyte = 1 Goctet = 210 Mocteţi = 220 Kocteţi = 230 octeţi 1 Tbyte = 1 Toctet = 210 Gocteţi = 220 Mocteţi = 230 Kocteţi = 240 octeţi Compararea numerelor scrise în baze de numeraţie diferite Pentru a compara două numere scrise în baze diferite p şi q, va trebui să reprezentăm cele două numere în aceeaşi bază: fie p, fie q. Pentru aceasta se va face conversia unui număr dintr-o bază în alta. Conversia dintr-o bază Q în baza 10 Pentru a converti un număr N reprezentat în baza Q întrun număr reprezentat în baza 10 se înmulţeşte fiecare cifră a numărului cu puterea corespunzătoare a lui Q. 1011(2) = 1*23 + 0*22 + 1*21 + 1*20 = 8+0+2+1 = 11(10) 145(8) = 1*82 + 4*81 + 5*80 = 64+32+5 = 101(10) Conversia din baza 10 într-o altă bază Q Se realizează împărţind numărul reprezentat în baza 10 la baza Q. Din împărţire se obţine un cât şi un rest. Câtul se împarte în continuare la Q, se obţine un nou cât şi rest. Operaţia se repetă până când se obţine un cât mai mic decât baza Q. Reprezentarea numărului se va face luând resturile obţinute în sens invers obţinerii lor: de la ultimul la primul. 75 (10) / 2 = 37 / 2 = 18 / 2 = 9 / 2 = 4 / 2 = 2 / 2 = 1 < 2 stop 74 36 18 8 4 2 1 1 0 1 0 0 1 75(10) = 1001011(2) Conversia unui număr din baza 2 în baza 16 şi invers Pentru a converti un număr binar într-un număr hexazecimal se împart cifrele numărului binar în grupe de câte patru, de la dreapta la stânga şi fiecare grupă se converteşte separat într-o cifră hexazecimală. 0100 1011 (2)= 4B(16) 4 11 4 B Invers, pentru a converti un număr hexazecimal într-un număr binar se converteşte fiecare cifră hexazecimală a numărului intr-un grup de patru cifre binare. Conversia unui număr din baza 2 în baza 8 şi invers Dacă numărul este scris în binar, conversia în octal se face astfel: cifrele numărului se împart în grupe de câte trei de la dreapta la stânga şi apoi fiecare grupă de trei cifre binare se înlocuieşte cu cifra octală corespunzătoare ei. 001 101 111(2) = 157(8) 1 5 7 Invers, dacă numărul este scris în octal, conversia în binar se face înlocuind fiecare cifră octală cu grupul de trei cifre binare corespunzătoare ei.