ИНФОРМАЦИЈА И ИНФОРМАТИКАКОДИРАЊЕ ИНФОРМАЦИЈА КОРИШЋЕЊЕМ БИНАРНОГ БРОЈЕВНОГ СИСТЕМА БИНАРНИ БРОЈНИ СИСТЕМ ЈЕДИНИЦА ЗА МЕРЕЊЕ КОЛИЧИНЕ ИНФОРМАЦИЈА ПРЕД

Транскрипт

1 ИНФОРМАЦИЈА И ИНФОРМАТИКАКОДИРАЊЕ ИНФОРМАЦИЈА КОРИШЋЕЊЕМ БИНАРНОГ БРОЈЕВНОГ СИСТЕМА БИНАРНИ БРОЈНИ СИСТЕМ ЈЕДИНИЦА ЗА МЕРЕЊЕ КОЛИЧИНЕ ИНФОРМАЦИЈА ПРЕДСТАВЉАЊЕ РАЗНИХ ТИПОВА ИНФОРМАЦИЈА У РАЧУНАРУ ПРЕДСТАВЉАЊЕ ТЕКСТА У РАЧУНАРУ ПРЕДСТАВЉАЊЕ СЛИКЕ У РАЧУНАРУ ПРЕДСТАВЉАЊЕ ЗВУКА У РАЧУНАРУ КОДИРАЊЕ КАРАКТЕРА И КОДНЕ СХЕМЕ РАЗВОЈ ИНФОРМАЦИОНИХ ТЕХНОЛОГИЈА УТИЦАЈ РАЧУНАРА НА ЗДРАВЉЕ 1

2 ИНФОРМАЦИЈА И ИНФОРМАТИКА На самом почетку средњошколског изучавања предмета рачунарство и информатика потребно је да се упознамо са основим појмовима овог предмета. Иако се већина вас са рачунаром срела још у раном детињству и до сада добро овладала коришћењем рачунара, многе једноставне ствари вам ипак нису познате. Дефинисаћемо најпре основне информатичке појмове: Подаци су сирове чињенице, симболи и бројеви. Посматрајмо неки објекат, на пример, нека је то аутомобил који бисмо волели да имамо. Ако бисмо желели да опишемо некоме тај аутомобил, то ћемо учинити тако што посматрамо његове атрибуте (модел, боју, број врата...). Сваки објекат се може описати помоћу коначног скупа атрибута. Боја аутомобила је његов атрибут. Уколико кажемо да је наш аутомобил црне боје, то је податак. Атрибуту смо доделили конкретну вредност и на тај начин недвосмислено одредили које је боје наш аутомобил. Дакле, након довољно детаљног описа и неко ко никада није видео наш аутомобил могао би да га до детаља замисли. Када читав скуп података доведемо у одређени контекст они постају информација. Информација би у нашем случају била да је аутомобил наших снова црвене боје, да има четворо врата, да користи дизел гориво и тако даље. Информације су потребни подаци, тако обрађени и организовани, да представљају неко обавештење. Постоји много других дефиниција појма информације. Наводимо неке од њих: "Информације су они делови вести који за примаоца имају вредност новости и који му омогућавају да боље изврши своје задатке"; "Информација је све оно што даје нове податке, или нова обавештења о некој чињеници или неком догађају, који нису били раније познати". У тренутку њиховог коришћења подаци постају информације.обрада података представља процес претварања податка у информацију. Пример 1 Напољу је сунчано и топло. То је податак. Овај податак постаје информација уколико на основу њега одлучимо да је то идеално време за неку спортску активност. Значење информација може бити корисно али и не мора! Знање је одговарајућа збирка информација којој је намера да буде корисна.погледајмо следећи пример: Пример 3 Дат је објекат телефон са атрибутима: произвођач, модел, боја, тастатура и цена. 2

3 У овом примеру информација јесте корисна и доводи до знања. Иста информација не доводи до знања уколико је потребно сазнати о могућности куповине Samsung мобилног телефона! Сада ћемо видети како се од појма информације стигло до данашњег назива овог предмета, информатике. Први рачунари створени су са циљем да олакшају људима обраду података која је била мукотрпна и дуготрајна. Пошто су сви подаци обрађивани аутоматски (применом машине) уведен је термин аутоматска обрада података, а из француских речи information и automatique настала је реч informatique (на нашем језику информатика ) као синоним за аутоматску обраду података. Дакле, информатика је подручје људске делатности које се бави проучавањем, развојем и употребом поступака и уређаја за обраду података. Поменимо на крају ове приче још један значајан појам: Рачунарство је наука која се бави проучавањем рачунара и поступака који се примењују на рачунарима. Задатак за самостални рад 1. Описати објекат са неколико његових атрибута. 2. Доделити конкретне вредности атрибутима и посматрати их као податке. 3. На основу добијених података формирати информацију. 4. Написати пример корисне информације (која доводи до неког знања) и пример некорисне информације (која не доводи до знања). КОДИРАЊЕ ИНФОРМАЦИЈА КОРИШЋЕЊЕМ БИНАРНОГ БРОЈЕВНОГ СИСТЕМА Да ли сте се некада запитали којим језиком комуницирају рачунари? Да ли је у питању енглески или неки други језик? Како то да било где у свету да се налазимо и 3

4 којим год језиком да говоримо можемо на исти начин да се споразумевамо са рачунаром? На нека од ових питања покашаћемо да одговор дамо у овој лекцији. Бројевни систем којим се свакодневно служимо је декадни. Шта то тачно значи? За почетак ћемо рећи да има десет цифара и да је основа тог система број десет.због чега користимо баш овакав систем? Да ли је одувек било тако? Није одувек било тако, прошло је доста времена док се декадни бројни систем није усталио у употреби. Постоје нека племена која ни данас не користе овакав бројни систем већ неке друге. Разлог зашто су се наши предци определили да основа бројног система буде број десет јесте из чисто анатомских разлога. Човек на рукама има десет прстију и то му је помагало да лакше рачуна. Погледајмо бројеве 34 и 358. Уочавамо да оба броја у свом запису имају цифру 3. Да ли та тројка представља исту вредност у оба броја? Одговор је одричан. Знамо да у првом случају тројка означава три децетице, а у другом три стотине. Бројни системи у којима је поред вредности одређене цифре важно и на ком месту се она налази називају се позициони бројни системи. Ми ћемо се сада бавити искључиво таквим бројним системима. Погледајмо следећи пример: 4

5 На потпуно истом принципу се могу формирати и бројни системи са било којом другом основом. Ипак, нама је тешко да замислимо било који други бројни систем јер смо од малих ногу научени да користимо искључиво декадни. Са друге стране, рачунарима је наш декадни систем потпуно стран и они "разумеју" искључиво команде упућене на бинарном бројном систему. То је бројни систем који се састоји само од две цифре - 0 и 1. Самим тим што бинарни бројни систем има само две цифре закључујемо да је вршење рачунских операција у њему знатно једноставније. Међутим, поново се јавља проблем наших навика. Иако је лакше, нама треба доста времена да научимо да рачунамо у овом бројном систему. Покушајте да замислите како би изгледало када би сваки број од 1 до 100 требало записати само помоћу цифара нула и један. чудно, зар не? 5

6 Хајде сада да размотримо због чега рачунари разумеју баш овакав језик. Рачунар је састављен од великог броја електронских кола. Та електронска кола могу бити у једном од два радна стања: 1.Стање укључено, када кроз коло протиче струја, представља се цифром један; 2.Стање искључено, када нема протицања струје, представља се циформ нула. Први проблем који се јавља јесте тај што ми рачунару не дајемо податке који су у облику нула и јединица. Човеку је лакше да комуницира са рачунаром преко стандардних знакова које користи у свакодневном животу (цифре, слова, специјални знаци...). Да би рачунар могао да прихвати овакве знакове потребно их је кодирати. Код представља низ правила за претварање једног облика информације у други. Кодирање представља поступак превођења информације у симболе који се затим преносе до примаоца. У овом случају податке које ми саопштавамо рачунару у нашем стандардном облику потребно је превести на језик разумљив рачунару (језик састављен од нула и јединица). Декодирање је обрнут поступак и представља претварање информације у облик разумљив примаоцу. Дакле, када рачунар обави одређен процес као резултат тог рада добија податак у облику нула и јединица који је затим потребно превести како би нама био разумљив. Следећи схематски приказ нам говори на који начин информација стиже до рачунара: Дакле, улазни скуп симбола преводи се у низ "0" и "1" тако да их рачунар може прихватити. При томе се кодирање обавља тако да се за сваки улазни симбол одреди тачан низ "0" и "1" који се зове код датог симбола и који се разликује од свих других симбола. 6

7 Оно што је одмах уочљиво јесте питање колико је бинарних цифара потребно да би се помоћу њихових различитих комбинација представио скуп улазних знакова: сва слова, све цифре и одређени специјални знаци. Јасно је да постоји 10 цифара, око 30 слова (у зависности од писма) и око 20 специјалних знакова. Све у свему, потребно је кодирати око 60 сиимбола. Очигледно је да је број 6 најмањи број који задовољава такве потребе (јер је 2 6 =64) Одавно се већ не употребљавају кодови који садрже 6 бинарних цифара. При конструкцији рачунара се показало да је погодно да овај код буде нешто дужи, да би се помоћу њега могао представити већи број симбола, али да би се у њега уградиле и одређене контроле. Због тога се данас најчешће користе кодови са 8 бинарних цифара помоћу којих је могуће представити 256 различитих знакова. Најпознатији овакав код је ASCII и о њему ће бити више речи у једној од наредних лекција. Вратимо се сада причи о бројним системима и посветимо се проблему претварања бројева из једног у други бројни систем. Иако је суштински могуће формирати бројни систем на било којој основи, ваљало би рећи да су за рачунарство важни следећи бројни системи: * Бинарни (са основом 2) * Октални (са основом 8) * Хексадекадни (са основом 16) БИНАРНИ БРОЈНИ СИСТЕМ Поред декадног система бинарни систем је најраспрострањенији систем због употребе у дигиталној техници и рачунарству. Декадни бројни систем показао се као врло компликован за реализацију електронских кола за рачунање па се у те сврхе једноставније користи бинарни бројни систем који по својој природи управо одговара опису напонских стања електронских компоненти (High = 1 и Low = 0). Основа бинарног бројног система је 2 па се сваки број представља симболима 0 и 1. Поставља се питање како превести број из једног у други бројни систем? Када је потребно претворити број декадног бројног система у неки други бројни систем тада се тај број дели основом бројног система у који га је потребно претворити све док количник не постане 0, а затим цифре новог броја представљају добијени остаци дељења записани уназад. 1) 43 : 2 = : 2 = : 2 = : 2 = : 2 = : 2 = 0 1 7

8 43 (10) = (2) Декадни бројеви мањи од 1 претварају се у бинарне бројеве применом поступка : Помножити декадни број са бројем 2 Ако је производ > 1 иза тачке у бинарном броју се пише 1 и тај број се одузима од добијеног производа Ако је производ < 1 иза тачке у бинарном броју се пише 0 Поступак се понавља са делом умношка из децималне тачке док се не добије цифра 0. Остаци дељења који су записани представљају тражени број који треба читати од последњег ка првом. Декадни број у бинарни број * 2 = * 2 = * 2 = (10) = 0.001(2) Бинарно сабирање У бинарном систему пренос се врши према шеми: = 0 пренос = 1 пренос = 1 пренос = 0 пренос 1 Пример сабирања броја и

9 Задатак за самостални рад 1. Конвертовати број из бинарног у декадни бројни систем. 2. Конвертовати број 169 из декадног у бинарни бројни систем. ЈЕДИНИЦА ЗА МЕРЕЊЕ КОЛИЧИНЕ ИНФОРМАЦИЈА До сада смо научили да рачунар може користити само две цифре: 0 и 1. Сваки податак и инструкција који се уносе у рачунар су неки низови нула и јединица. За такве податке кажемо да су бинарно представљени а сваку нулу и јединицу називамо бит. Физички објекат који може да региструје један бит зове се ћелија. Битови се удружују у групе које су код персоналних рачунара обично дужине осам бита. Таква група се назива бајт. Сваки бајт у меморији рачунара има своју адресу на којој се налази, која се користи приликом уписа или читања података. Кодови, односно бинарни записи, смештају се на одређена места која зовемо "кућице". Да бисмо тачно знали где су кодови смештени, "кућице" имају адресу. У стручној терминологији кућице се називају локације или подручја и налазе се у меморији рачунара. Све нуле и јединице на једној локацији називају се бинарна реч. Реч може бити дужине 8 битова, дакле, исте дужине као и бајт, или 16, 24, 32, 48 64, 128 или 256 битова. Дакле, запамтићемо следеће: Бит или бинарна цифра је: * Најмања јединица информације; * Може да има само две вредности: 0 или 1; * Физички се у рачунару реализује помоћу два различита напонска стања (High, Low) одговарајућег електронског склопа Бајт: * Састоји се од 8 битова; * Може да прикаже сва слова, знакове и специјалне знаке; * 2 8 =256 па се од 0 и 1 могу добити 256 различитих комбинација битова. Следећа табела показује нам како се бајтови организују у веће јединице: 9

10 Слика 3.2. Од бита до терабајта 10

11 ПРЕДСТАВЉАЊЕ РАЗНИХ ТИПОВА ИНФОРМАЦИЈА У РАЧУНАРУ Да поновимо укратко шта смо научили у претходној лекцији. У комуникацији са рачунаром користе се различити облици информација: текст, бројеви, слика, звук, видео и анимација. Сви подаци се морају представити у облику који је разумљив рачунару. Као што смо у претходној лекцији научили, сви подаци се у рачунару могу меморисати и обрађивати једино у бинарном облику. Разлог је веома једноставан: већина компонената рачунара базирана је на електронским елементима који могу разликовати само два стања: да ли струје има или нема. На тај начин ови елементи омогућују дефинисање два стања свог рада, који одговарају бинарним цифрама 1 и 0. ПРЕДСТАВЉАЊЕ ТЕКСТА У РАЧУНАРУ Сваком слову, броју или специјалном знаку одговара јединствени код који је сачињен од комбинације нула и јединица. На тај начин се врши записивање текста у меморији рачунара. Постоје различите врсте кoдова и о њима ће бити више речи у следећој лекцији. Сада ћемо само поменути да је најпознатији од тих кодова ASCII код који кодира 128 различитих симбола, који имају свој редни број од 0 до 127 ( у декадном бројном систему), а у рачунару се памте као комбинација нула и јединица када се тај редни број конвертује из декадног у бинарни облик. Следећа лекција детаљно се бави различитим врстама кодирања. ПРЕДСТАВЉАЊЕ СЛИКЕ У РАЧУНАРУ Убрзо након конструисања првих рачунара постало је јасно да није довољан само приказ који се састоји од слова и знакова. Појавила се потреба приказивања слика на рачунарима. Због тога је развијен приказ слике код које можемо одредити изглед сваке појединачне тачке на слици. Постоје две могућности за приказ слике у рачунару: 1. Слика може бити записана као низ координата које се повезују линијама (векторска слика), па рачунар на основу тих података сваки пут изнова исцртава слику. 2. Рачунар чува податке о свакој појединој тачки и на основу тога приказује и обрађује слику. Предмет нашег изучавања биће овај други начин представљања слике. Слика је дефинисана као мрежа тачака и овакав облик тачкасте слике назива се битмапа. Свака тачка у таквој слици назива се пиксел. Број пиксела по једном инчу назива се резолуција. Погледајмо најпре како се кодира црно-бела слика. У том случају користи се један бит за једну тачку. Тако ће први бит првог бајта приказа слике одређивати изглед крајње горње леве тачке на екрану. Други бит истог бајта одређиваће изглед друге тачке у првом реду итд, све до осмог бита. Тако унутар једног бајта имамо приказ осам тачака. Следећих осам тачака биће приказано у следећем бајту меморије. Ако радимо са сликом која има 640х480 тачака, биће нам потребно битова, односно бајтова за записивање ове слике. При томе се постављањем 11

12 бита у меморији на вредност 1 осветљава тачка на екрану, а постављањем бита на 0 затамни тачка на екрану. Тако ће се постављањем одговарајућих битова у меморији осветлити жељене тачке и формирати слика, код које ће се на сваку тачку потрошити један бит

13 Компликације настају када узмемо у обзир да постоје слике које се не састоје само од црне и беле боје. Због тога се за једну тачку на екрану употребљава више битова. На пример, ако за сваку тачку на екрану резервишемо по два бита, моћи ћемо тој тачки доделити четири различите боје (два бита пружају четири различита стања). Употребом четири бита можемо појединачној тачки придружити 16 различитих боја, а резервишемо ли читав бајт, тачка може бити у једној од 256 различитих боја. Људско око у стању је разликовати приближно нијанси,а за стварно уверљиву слику потребно је и више од тога. Због тога се за записивање слике у боји најчешће користе три бајта за једну тачку. 13

14 Три бајта изабрана су због тога што се тачкица у рачунарској слици најчешће састоји од три компоненте (црвена, зелена и плава). Тада сваку од компоненти записујемо у посебан бајт, а како 3 бајта имају укупно 24 бита, каже се да је у том случају слика записана са 24-битном бојом. Овај запис омогућава да се на слици користи палета од приближно 16 милиона боја. Овакав начин одређивања боје познат је као RGB модел (по почетним словима три боје које "мешамо"). Пошто смо рекли да је за сваку од ове три боје резервисан по један бајт, то значи да свакој од ових боја можемо доделити неку декадну вредност од 0 до 255. Запис настао комбиновањем црвене, зелене и плаве боје погодан је за приказ слике на монитору. Међутим, уколико желимо да добијемо још квалитетнију слику, користи се другачији начин слагања боја. У овом случају боја се добија мешањем плаво-зелене (cyan), љубичасте (magenta), жуте (yellow) и црне (black). Како се поново за сваку поједину компоненту користи један бајт, долази се до податка да се код оваквог записивања слика за једну тачку утроше 4 бајта, или укупно 32 бита. Постоји више различитих формата за чување слике у рачунару. Навешћемо само неке од најчешће коришћених: 1. BMP - Сваки пиксел се чува посебно са одговарајућим бројем бајтова. Нема компресије, нема губитка података. 2. GIF - Компресија без губитка података. Тако што се низ пиксела чува као један симбол помножен са бројем понављања. Овај формат је ограничен на палету од 256 боја. 3. JPG - Спада у групу компресија са губитком. Заснива се на особини људског ока да боље уочава површине и облике него варијације у боји и осветљењу. Слика се чува у црно белој верзији и делом информација о боји. Формирају се блокови 8х8 пиксела и израчунава се просечна вредност осветљења боје за целу групу и ова информација се памти. 4. MPEG - Облик компресије дизајниран за компримовање покретног видеа. Меморише се само разлика слика које се понављају. 14

15 Задатак за самостални рад 1. Покренути програм MS Paint и у њему отворити произвољну слику. 2. Слику снимити више пута поштујући следеће упутство - сваки пут снимити слику као други тип датотеке избором типа датотеке из листе могућих датотека (водити рачуна да сваки пут треба прво отворити исту оригиналну слику а затим је снимити са Save As..). 3. На крају погледати све добијене копије оригиналне слике и приметити како се слика мењала при различитим компресијама. ПРЕДСТАВЉАЊЕ ЗВУКА У РАЧУНАРУ Звучни сигнал представља промену притиска кроз време.разлике између максималне и минималне вредности називамо амплитудом. Фреквенција звука је број промена звучног сигнала у једној секунди.фреквенција се мери у Херцима (1 Hz=једна промена у секунди). Што звучни сигнал брже мења своју вредност то нам се звук чини пискавијим. Људско ухо чује фреквенцију у распону од 5Hz до 20 khz, али већ фреквенције од 10 khz па навише већина људи слабије чује. Што је амплитуда звучног сигнала већа звук је гласнији. Као и остали типови података и звук се у рачунару изражава низовима 0 и 1 а производи се уз помоћ уређаја који зовемо звучна картица Звучна картица производи две врсте звука: 1. MIDI аудио то је вештачки, синтетички звук који рачунар генерише уз помоћ дела звучне карте који се зове синтисајзер. 2. Дигитални аудио то је звук много ближи реалном звуку који се добија дигитализацијом аналогних звучних сигнала такозваним процесом семпловања. Квалитет звука зависи од: 1. Фреквенције узорковања; 15

16 2. Резолуције (тј. величине узорка)- број битова којим су описани параметри звука сваког од узорака (8 или 16 битова); 3. Избор стерео или моно аудио. Бољи квалитет дају већа фреквенција узорковања и веће резолуције, а стерео звук је бољи од моно звука али све наведено повећава и величине фајлова дигитализоване музике. Постоји више различитих формата за чување звука у рачунару. Навешћемо само неке од најчешће коришћених: 1. Звук код MIDI фајлова не заузима пуно простора у меморији а може се лако мењати за разлику од дигиталног аудија. Због ових особина уграђује се и у веб странице. Звук код MIDI аудиа зависи од квалитета звучне карте у рачунару и разликује се код различитих звучних картица. 2. Wav фајлови су звучни фајлови који садрже узорак звука (семплове) у дигиталној форми. Мање су величине од фајлова за дигитални аудио. Углавном се користе као звучни ефекти. 3. MP3 аудио је начин компресије аудио сигнала која је у стању да фајл за дигитални аудио сведе на око 10% његове величине уз незнатан губитак у квалитету звука. КОДИРАЊЕ КАРАКТЕРА И КОДНЕ СХЕМЕ У претходној лекцији смо објаснили како се текст представља у рачунару. Тада смо напоменули да постоји више различитих кодних схема и о њима ћемо у овој лекцији детаљније причати. Текстуални подаци се у рачунару записују као низ знакова, при чему се сваком знаку додељује одговарајући јединствени код, односно одговарајућа комбинација јединица и нула. Најпознатија од кодних схема јесте ASCII. ASCII (изговара се аски ) је скуп карактера и кодна страница утемељена на латиничном писму какво користи енглески језик и још неки западноевропски језици. ASCII одређује однос између скупова битова и знакова писаног језика, и омогућава дигиталним уређајима да међусобно комуницирају и обрађују и чувају податке које садрже знакове. 16

17 ASCII је, строго говорећи, седмобитни код, што значи да користи седам бинарних цифара (у распону од 0 до 127 у декадном систему) за представљање знаковних података. У време када је ASCII био уведен, многи рачунари су користили осмобитне групе (бајтове), као најмању јединицу за представљање података. Осми бит је био обично коришћен као бит парности за проверу грешака у преносу података. Машине које нису користиле парност обично су постављале осми бит на нулу, мада је било и неких система које су постављали осми бит на јединицу. ASCII код кодира 128 различитих симбола, који имају свој редни број од 0 до 127 (у декадном бројном систему), а у рачунару се памти као комбинација нула и јединица када се тај редни број конвертује из декадног у бинарни бројни систем. Прва тридесет и два кода у табели ASCII-кодова (од 0 до 31 у декадном систему) су резервисана за такозване управљачке знакове; ови кодови практично не садрже никакве податке за приказ, него управљају излазним уређајима (нпр. штампачима, скенерима, итд.). Тако на пример код који има вредност 10 представља команду нови ред, која налаже штампачу да помери папир на горе за један ред, док код са вредношћу 27 симулира притисак на тастер искејп, лоциран у горњем левом углу тастатуре. Код 127 (који настаје кад свих 7 битова има вредност 1) је још један специјални знак познат као бриши (енгл. delete). Многи управљачки знакови служе да означе пакете података, или као команде за управљање преносом података (нпр. Потврђујем, Не потврђујем, Почетак заглавља, Почетак текста, Крај текста, итд.). Следећа табела представља приказ свих управљачких команди и одговарајућих кодова: 17

18 Осталих 95 кодова одређују неке симболе. Код 32 се користи за размак (бланко, белину) између две речи, за којег је на тастатури најчешће предвиђен дугачки хоризонтални тастер (space). Кодови од 33 до 126 се називају штампајућим (енгл. printable) знаковима, који представљају слова, цифре, знакове интерпункције, и још неколико разних симбола. Седмобитни ASCII је пружао седам националних карактера и, ако и хардвер и софтвер то дозвољавају, може се користити прекуцавање да би се симулирали додатни међународни знакови: после бекспејса се може откуцати обрнути апостроф, тилда или зарез да би се добили одређени знакови. У следећој табели наведени су штампајући АSCII кодови: 18

19 РАЗВОЈ ИНФОРМАЦИОНИХ ТЕХНОЛОГИЈА Развој информационих технологија последњих година се одвија невероватном брзином. И сами знате да, на пример, ако купите најновији модел рачунара, он већ после годину дана постаје поприлично застарео. То је управо из разлога што се информационе технологије развијају несагледивом брзином. Поставља се питање да ли је одувек било тако, и када је уопште почео развој информационих технологија. Ова лекција даје нам одговоре на нека од најзначајнијих питања из ове теме. У развоју рачунара значајна су следећа четири момента: * памћење резултата, * механизација процеса рачунања, 19

20 * одвајање уношења података и аутоматизација процеса рачунања, * општије коришћење машине применом програма. Читав историјат развоја рачунара можемо поделити у четири велика периода: 1. Премеханичка ера; 2. Механичка ера; 3. Електромеханичка ера; 4. Електронска ера. Што се тиче премеханичког периода, може се рећи да је он трајао од првих дана постојања људске врсте па до почетка 17. века. Овај период карактерише тежња људског рода да створи механизме за преношење и памћење података. У ту сврху уведени су бројни системи и различита писма. Прва справа за рачунање коју ћемо поменути јесте абакус. Абакус је најчешће направљен од дрвета. Састоји се од оквира са куглицама или каменчићима који су набодени на штапиће или жицу, или се куглице повлаче по изрезбареним отворима. Куглице или каменчићи својим положајем представљају вредност одређеног броја. Абакус омогућава и решавање мало компликованијих рачунских операција. Поред основних рачунских операција (сабирања, одузимања, множења и дељења) на њему је могуће и кореновање Битно је нагласити да, колико год је абакус човеку помогао у рачунању, то није машина која је аутоматски решавала операције, већ се то рачунање вршило у људској свести. Абакус је био само механичко средство, које је служило човеку само као помоћ. Када говоримо о механичком периоду за њега је карактеристична тежња људи да изумеју справе које би им олакшале рачунање (односно машине које ће рачунати уместо њих). Oвaj период обухвата раздобље од почетка 17. века па све до средине 19. века. У најважније проналасје овог раздобља убрајају се Неперово откриће логаритама, затим конструкција шибера (справа коју су инжењери користили до пре 20-ак година). Прва рачунска машина која је могла да сабира и одузима унете бројеве била је 20

21 паскалина.паскалину је изумео Блез Паскал године. Паскал је помагао у послу свом оцу, који је био порески комесар па је тражио уређај који би му олакшао посао. Паскал је године направио педесет прототипова и продао неколико десетина машина, али цена и сложеност Паскалине - заједно са чињеницом да је она могла само да сабира и одузима, па и то са потешкоћама- утицале су на даљу продају. Паскалов основни изум је инспирисао и друге изумитеље, мада ни они нису били комерцијално претерано успешни. Чудо од детета, Готфрид Вилхелм Лајбниц, изумео је године справу која се заснивала на другом моделу, узастопном сабирању, која је могла да обавља сабирање, одузимање, множење и дељење и да рачуна квадратни корен. Лајбицова машина за рачунање подсећала је на данашњи калкулатор али није била у толико широкој употреби. Почетком деветнаестог века је Чарлс Хавијер Томас де Колмар изумео аритхометар базиран на Лајбницовом моделу, и који је први био комерцијално успешан. Цифре су се бирале преко металних точкића чијим су се окретањем добијали одговарајући бројеви; одговори су се појављивали у кутијицама на самом врху калкулатора. Пошто су се зупчаници окретали само у једном правцу, негативни бројеви се нису могли одмах израчунати. Оно што је код аритхометра представљало унапређење било је и то што има: -акумулацију парцијалног резултата 21

22 -складиштење и аутоматски приступ последњим резултатима (меморисање) - штампање резултата. Оно што је био следећи важан корак у развоју рачунарских система била је справа Чарлса Бебиџа позната као диференцијална машина Бебиџове машине били су први рачунари, додуше механички, али ипак истински рачунари. У ствари његове машине нису биле завршене због личних и финансијских проблема. Бебиџ је увидео да машине могу да раде боље и поузданије од човека. Покренуо је изградњу машине која је мање-више одрађивала посао и предлагао је да се рачунање може механизовати до крајности. Иако су Бебиџове 22

23 машине биле огромне њихова структура је била слична данашњем рачунару. Подаци и програмска меморија су били одвојени, операције су биле базиране на инструкцијама са човекове стране. Убрзо после неуспелог покушаја диференцијалне машине, почео је да ради на пројекту другачије, много сложеније машине, назване аналитичка машина. Она није била проста физичка машина, већ комбинација више дизајна машина које је смишљао до краја живота (1871. године). Главна разлика између ове две машине је та да је аналитичка машина могла да буде програмирана помоћу бушених картица, што је била идеја испред његовог времена. Схватио је да није могло више програма да стане на једну картицу, а такође је морала да буде присутна и особа која би правила остале програме. Машина је такође могла да извршава врсте наредби на начин налик онима који се касније користи код савремених рачунара. Овакво осмишљена машина требала је да буде дигитални рачунар који ради са педесетоцифреним бројевима, да има капацитет меморије од хиљаду таквих бројева, да буде погоњена на пару, аутоматска, да са њом ради само један оператер и да има велику тачност рачунања. Било је предвиђено да се резултати рачунања издају на машини за слагање. Аналитичка машина је претеча модерног рачунара. Растућа популација у Америци и захтеви конгреса да се у сваком попису поставља више питања довели су до тога да обрада података постаје све дужи процес. Процењено је да се подаци пописа неће обрадити пре новог пописа уколико се нешто не учини на побољшању методологије обраде. Херман Холлеритх је победио на такмичењу за испоруку опреме за обраду података која би помогла у обради података америчког пописа и даље је асисистирао у обради пописа у многим земљама широм света. Била је то електомеханичка машина за бројање и сортирање података који су уношени преко бушених картица. Брзина обраде је била 100 картица у минути.компанија коју је основао, је временом постала једна од три компаније које су чиниле компанију Calculating-Tabulating-Recording (C- 23

24 T-R) 1914, преименована у IBM године. Почетак двадесетог века, све до пред Други светски рат био је у знаку развоја електромеханичких рачунара. Ту је најважније поменути Тјурингову машину из године. Ален Тјуринг је имао идеју која се базирала на филозофској замисли о универзалној машини која би сваки проблем сматрала алгоритамски решивим ако се он може записати у облику програма за Тјурингову машину и извршити у коначном времену године објављивањем рада чувеног математичара Џон фон Нојмана светлост су угледали теоријски принципи рада савремених рачунара. Сви рачунари од тог времена па до данашњих дана базирају се на фон Нојмановом принципу. За време Другог светског рата указала се потреба за израдом балистичких таблица за нове врсте артиљеријских оружја године је ангажован тим да направи рачунар за аутоматско израчунавање балистичких података. Пројекат је назван ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer). ENIAC је био први успешан електронски рачунар опште намене. Његов програм није био ускладиштен у централној меморији, али је могао да изводи операције електронском брзином (1000 пута брже од дотадашњих рачунара). Машина је програмирана да извршава операције укључивањем и искључивањем каблова и прекидача, а по потреби и прелемљивањем жица, што је трајало и неколико дана када је рачунар репрограмиран за решавање новог проблема. Бушене картице су коришћене за улаз и излаз података. ENIAC је заузимао простор око 167 квадратних метара и тежио око 30 тона. Рачунар се састојао од електронских цеви, отпорника, кондензатора и 6000 прекидача. За повезивање ових елемената требало је залемити преко спојева. Могао је да ради само када су све компоненте биле у исправном стању, а просечно време између два квара било је 7 минута. На њему је стално радило 6 техничара. ENIAC је комплетиран у децембру године, пошто је рат завршен. Његова прва рачунања коришћена су за пројектовање атомског и балистичког оружја, а касније и за многе друге примене укључујући и прву рачунарску прогнозу времена. Био је у употреби до октобра године. Настанак термина хардвер и софтвер управо је везан за рад на овом рачунару. 24

25 Педесетих година двадесетог века почела је масовнија производња рачунара и њихова примена у комерцијалне сврхе. Од тада се развој рачунара може поделити у пет генерација: Прва генерација рачунара ( ): -велики елементи, трошили су много електричне енергије и ослобађали много топлоте -меморија за складиштење програма и података (магнетне траке) -за писање програма користио се машински језик -машине скупе за куповину, изнајмљивање, коришћење и одржавање -најпознатији рачунари ове генерације били су ENIAC, EDVAC,UNIVAC Друга генерација рачунара ( ): -заснивана на транзисторима (око транзистора) уместо дотадашњих електронских цеви -били су бржи, јефтинији, мањи, трошили су мање електричне енергије -број рачунара у свету се удвостручио -најпознатији рачунари ове генерације били су Philco Transac S-2000 и IBM појавили су се први програмски језици: прво Flow-Matic, из ког су касније настали COBOL и FORTRAN 25

26 Трећа генерација рачунара ( ): -проналазак чипа (стручно се назива интегрисано коло) изазива револуцију -један чип замењује хиљаде транзистора -одлика чипова је да су малих димензија, ниске цене, поуздани су и мало струје троше -почиње масовна примена рачунара -први пут се више рачунара повезује преко телефонске линије -појављују се први оперативни системи -најпознатији рачунари ове генерације су IBM 360 и PDP-1 26

27 Четврта генерација рачунара ( ): -стварање микропроцесора (специјални тип интегрисаних кола, која представљају данашње рачунаре) -микропроцесор обједињује све функције једног рачунара -као резултат употребе микропроцесора имамо да оно што је некада заузимало читаве собе данас може стати на длан. -први микропроцесорски чип развила је компанија INTEL године -године компанија IBM представила је први кућни персонални рачунар PC XT -побољшање хардверских карактеристика доводи до смањења димензија рачунара, повећања капацитета меморије и знатно брже обраде података. -оперативни системи су једноставнији за употребу већем броју корисника. -развијају се суперрачунари и персонални рачунари који се данас користе -Суперрачунари су рачунари великих могућности и брзине обраде. Намењени су за научнотехничке прорачуне са огромним бројем рачунских операција (у метеорологији, сеизмологији, хидрологији и за војне потребе). -Персонални рачунари су они рачунари које свакодневно користимо. -Данас, најпознатија фирма MICROSOFT, прва је направила такозвани user friendly оперативни систем WINDOWS. Развој WINDOWS-а допринео је омасовљавању употребе рачунара и олакшавања рада обичним корисницима, јер су пре тога рачунаре могли да користе само научници и стручњаци. 27

28 Пета генерација рачунара (од године до данас): -заснована је на конструкцији паралелне архитектуре која омогућава рад више компјутера на решавању одређеног проблема -базира се на вештачкој интелигенцији -поједина достигнућа се већ користе, на пример: препознавање гласа -циљ ове генерације је развијање уређаја који говоре природним језиком и способни су да уче -карактерише развој неуронских мрежа које би требало да истовремено обрађују велики број информација коришћењем више хиљада процесора што личи на рад људског мозга УТИЦАЈ РАЧУНАРА НА ЗДРАВЉЕ Већ при првом сусрету са рачунаром су нас упозоравали да је он штетан по наше здравље. Када се на то још дода потреба наших људи да мистификују све нове уређаје, врло брзо су почеле да круже различите приче о штетности рачунара по наше здравље. Наравно да је добар део тих прича ништа друго до обично претеривање, али ипак постоји и доста штетних ефеката које изазива неправилна или прекомерна употреба рачунара. Иако је немогуће пружити неко универзално упутство за употребу рачунара како би његов утицај на наше здравље био што мање штетан, у овој лекцији ћемо покушати да вам понудимо неколико корисних савета и информација. Рецимо на почетку да се наука која се бави везом између предмета и уређаја (столова, столица, аутомобила, рачунара,...) и човековог здравља зове ергономија. Када говоримо о штетности рада на рачунару по наше здравље не можемо говорити 28

29 само о директном утицају рачунара већ и о другим негативним ефектима који се при томе догађају (на пример неправилно седење на столици) Оно што нам је најочигледнији пример негативног деловања рачунара на наше здравље јесте опасност од поремећаја вида узрокована дугим гледањем у монитор.даље, неправилно коришћење миша или тастатуре може доћи до болова у зглобовима руку. Наравно, дуго седење у често неудобним и неанатомским столицама доводи до болова у телу. Са развојем технологије повећава се и број послова који су незамисливи без употребе рачунара. Тиме се повећава и број часова које дневно проводимо за рачунаром. У појединим земљама број људи који користе рачунар на послу пење се и изнад 70 одсто популације, а готово три четвртине њих има проблеме са видом и очима. Сви ти проблеми обједињени су под именом Computer Vision Syndrome (CVS) односно синдром компјутерског вида. Овај синдром обухвата следеће синдроме: замор очију, суве очи, осећај печења у очима, осетљивост на јаче осветљење, мутан вид, главобоље које доводе до вртоглавице и мучнине као и болове у раменима, врату и леђима. CVS има више узрока али за сваки постоји превентивно решење, што кроз вежбе, што кроз побољшање дизајна уређаја и његове позиције на радном месту. Осим физичких проблема код дуготрајног рада на рачунару, рад на рачунару може проузроковати и психичке последице изазване стресом. Да бисмо избегли овакве сметње треба се строго придржавати упутстава које су прописали научници који проучавају утицај рачунара на здравље људи. Следећа слика нам даје најважнија упутсва за заштиту од нежељених дејстава рада на рачунару: 29

30 Најбољи начин да се избегну штетне последице рада на рачунару је коришћење ергономских (који су прилагођени људском телу) столица, столова, мишева, монитора и прављење честих пауза у раду. Ергономско радно окружење нам омогућује квалитетнији и здравији рад на радном месту. Највећу пажњу треба обратити при куповини монитора јер, као што смо већ нагласили, највеће сметње се јављају са видом. Очи су грађене за гледање у даљину а рад на рачунару захтева интензивну концентрацију на предмете у близини. При померању фокуса са даљине на близину замарају се очни мишићи, а појачана пажња на екран смањује број трептаја и влажење ока што проузрокује оштећење вида. Увек треба куповати квалитетне мониторе јер штедњом на монитору проузрокујете оштећење својих очију, а то ипак нема цену. 30