Slidy prvni_cast

v´a bomba)
PB001 31 Podzim 2002
Aplikace
D´avaj´ı poˇc´ıtaˇc˚um smysl
Vˇedecko-technick´e v´ypoˇcty (vojenstv´ı: atomov´a bomba)
Zpracov´an´ı informac´ı (Hollerith/IBM: census USA)
PB001 31 Podzim 2002
Aplikace
D´avaj´ı poˇc´ıtaˇc˚um smysl
Vˇedecko-technick´e v´ypoˇcty (vojenstv´ı: atomov´a bomba)
Zpracov´an´ı informac´ı (Hollerith/IBM: census USA)
Z´abava (poˇc´ıtaˇcov´e hry, video-on-demand)
PB001 31 Podzim 2002
Aplikace
D´avaj´ı poˇc´ıtaˇc˚um smysl
Vˇedecko-technick´e v´ypoˇcty (vojenstv´ı: atomov´a bomba)
Zpracov´an´ı informac´ı (Hollerith/IBM: census USA)
Z´abava (poˇc´ıtaˇcov´e hry, video-on-demand)
ˇR´ızen´ı (management, control)
PB001 31 Podzim 2002
Spoleˇcensk´e aspekty
N´astroj vˇedy
Komunikace
Z´abava
PB001 32 Podzim 2002
Spoleˇcensk´e aspekty
N´astroj vˇedy
Komunikace
Z´abava
Krimin´aln´ı ˇcinnost
PB001 32 Podzim 2002
N´astroj vˇedy
P˚uvodn´ı pouˇzit´ı poˇc´ıtaˇc˚u
Trvale kl´ıˇcov´y smˇer vyuˇzit´ı
Ovlivˇnuje zp˚usob vˇedeck´e pr´ace
Experimenty versus simulace
Statistick´e zpracov´an´ı velk´ych soubor˚u
Astronomie
Bio-informatika
Virtu´aln´ı vˇedeck´e t´ymy (spolupr´ace)
Formule 1 v´ypoˇcetn´ı techniky
PB001 33 Podzim 2002
Komunikace
Komunikace mezi poˇc´ıtaˇci
komunikace mezi lidmi (pˇr´ıpadnˇe ˇclovˇek–automat) – opˇet roste
v´yznam
Telefony
Faxy
Mobiln´ı komunikace
Zmˇena forem spolupr´ace (B2B, B2C, C2C)
Zv´yˇsen´ı fragility spoleˇcnosti
PB001 34 Podzim 2002
Z´abava
Televize
Poˇc´ıtaˇcov´e hry
Pasivn´ı versus aktivn´ı pˇr´ıstup
Peer to peer s´ıtˇe (Napster, Gnutella, . . . )
Virtu´aln´ı realita
PB001 35 Podzim 2002
Krimin´aln´ı ˇcinnost
Kriminalita b´ıl´ych l´ımeˇck˚u
Zneuˇz´ıv´an´ı zdroj˚u na s´ıti (´uˇcty, v´ypoˇcetn´ı v´ykon, kapacita s´ıtˇe,
poˇstovn´ı sluˇzby, . . . )
Kr´adeˇze informac´ı (ˇc´ısla kreditn´ıch karet, telefonn´ı linky,
ˇspion´aˇzn´ı ˇcinnost)
Viry
Z´amˇernˇe ˇspatn´e informace
PB001 36 Podzim 2002
Pr´avo a etika v IT
V podstatˇe inˇzen´yrsk´a discipl´ına avˇsak neinˇzen´yrsk´e pˇr´ıstupy
(shrink wrap licence, minim´aln´ı odpovˇednost za chyby, . . . )
K´ody/normy spr´avn´eho chov´an´ı/pˇr´ıstupu
Faktick´a a pr´avn´ı odpovˇednost
IPR (Intellectual Property Rights), autorsk´a ochrana, softwarov´e
patenty
PB001 37 Podzim 2002
ˇC´ıseln´e soustavy
Definov´any z´akladem: des´ıtkov´a, dvojkov´a, osmiˇckov´a,
ˇsestn´actkov´a
Volnˇe mezi sebou pˇrevoditeln´e (cel´a ˇc´ısla bez ztr´aty pˇresnosti)
Cel´a ˇc´ısla a zlomky
Re´aln´a ˇc´ısla
Koneˇcn´a reprezentace
PB001 38 Podzim 2002
ˇC´ıseln´e soustavy
Definov´any z´akladem: des´ıtkov´a, dvojkov´a, osmiˇckov´a,
ˇsestn´actkov´a
Volnˇe mezi sebou pˇrevoditeln´e (cel´a ˇc´ısla bez ztr´aty pˇresnosti)
Cel´a ˇc´ısla a zlomky
Re´aln´a ˇc´ısla
Koneˇcn´a reprezentace
Prvn´ı poˇc´ıtaˇce v des´ıtkov´e soustavˇe
PB001 38 Podzim 2002
Dvojkov´a soustava
Z´aklad ˇc´ıslo dvˇe:
pouze dvˇe ˇc´ıslice/dva stavy
vhodn´a pro reprezentaci v elektrick´ych syst´emech
PB001 39 Podzim 2002
Dvojkov´a soustava v poˇc´ıtaˇci
Koneˇcn´a reprezentace: interval hodnot
Pro re´aln´a ˇc´ısla:
Rozliˇsitelnost (nejmenˇs´ı zobraziteln´e ˇc´ıslo): X + >X a X + =2 = X
Pˇresnost (rozsah)
Zobrazen´ı: mantisa m a exponent e
0 m 1^x = m:2e
Z´aporn´a ˇc´ısla:
Pˇr´ım´y k´od
Inverzn´ı k´od
Dvojkov´y doplˇnkov´y k´od
PB001 40 Podzim 2002
Z´aporn´a ˇc´ısla – zobrazen´ı
Pˇr´ım´y k´od:
Pˇrid´ame znam´enko
Dvˇe nuly: +0 a 0 (10:::00)
Rozsah:h MAX; 0iah+0;+MAXi
Inverzn´ı k´od:
Pˇrid´ame znam´enko
Dvˇe nuly: +0 a 0 (11:::11)
Rozsah:h MAX; 0 ah+0;+MAXi
PB001 41 Podzim 2002
Z´aporn´a ˇc´ısla – zobrazen´ı
Dvojkov´y doplˇnkov´y k´od:
Inverze bitu a pˇriˇcten´ı jedniˇcky
Pouze jedna nula (11:::11 je 1)
Nesymetrick´y rozsah:h MAX 1; 1iah+0;+MAXi
Skuteˇcnˇe pouˇz´ıv´an v poˇc´ıtaˇc´ıch
PB001 42 Podzim 2002
Rozsahy ˇc´ısel
Podle poˇctu bit˚u:
Byte: 8 bit˚u, tj.h0;255ineboh 128;127i
P˚ul slovo, 2 byte: 16 bit˚u, tj.h0;65535inebo
h 32768;32767i
Slovo, 4 byte: 32 bit˚u, tj. pˇribliˇznˇeh 2:109;2:109i
Dvojslovo (nebo dlouh´e slovo), 8 byte: 64 bit˚u, tj. pˇribliˇznˇe
h 9:1018;9:1018i
PB001 43 Podzim 2002
Racion´aln´ı ˇc´ısla
Form´at dle IEE 754
Souˇc´asti:
Znam´enko
Mantisa (pˇr´ım´y k´od, normalizace)
Exponent (v k´odu posunut´e nuly)
PB001 44 Podzim 2002
Racion´aln´ı ˇc´ısla
Normalizace mantisy:
Nejvyˇsˇs´ı bit vˇzdy jedna: 1:aaaaaa; 1 nezapisujeme
Nejmenˇs´ı ˇc´ıslo: 1:0 22n 1+1
Exponent (n bit˚u, dvojkov´a soustava)
Pˇriˇcteme 2n 1 1, abychom z´ıskali spr´avnou hodnotu pro uloˇzen´ı
000000001 je 126
111111111 je 128
Zvl´aˇstn´ı a nenormalizovan´a ˇc´ısla
PB001 45 Podzim 2002
Racion´aln´ı ˇc´ısla II
Rozsah zobrazen´ı:hNejvˇetˇs´ı z´aporn´e, Nejvˇetˇs´ı kladn´ei
Pˇresnost zobrazen´ı: poˇcet bit˚u mantisy+1
Rozliˇsitelnost: nejmenˇs´ı nenulov´e ˇc´ıslo
Normalizovan´e vs. nenormalizovan´e (2mkr´at menˇs´ı, m poˇcet bit˚u mantisy)
PB001 46 Podzim 2002
Jin´e soustavy
Osmiˇckov´a
001 101 101 1112 = 15578 = 87910
ˇSestn´actkov´a
0011 0110 11112 = 36F16 = 87910
Pouˇz´ıv´any pˇredevˇs´ım pro ,,hutn´y‘‘ z´apis bin´arn´ıch ˇc´ısel
PB001 47 Podzim 2002
Operaˇcn´ı syst´emy – trocha historie
Bootstrap loader
Spooling
Nez´avisl´e zav´adˇen´ı programu a jeho vykon´av´an´ı
Vyˇzaduje DMA (Direct Memory Access)
Zavedlo multiprogramov´an´ı
St´ale zpracov´an´ı d´avek (batch processing)
Timesharing
Virtualizace poˇc´ıtaˇce/CPU
Zpracov´an´ı interaktivn´ıch ´uloh
Souvis´ı se zaveden´ı disk˚u (Direct Access Storage Device, DASD od IBM,
60t´a l´eta)
PB001 48 Podzim 2002
Operaˇcn´ı syst´emy: ´uˇcel
Zkr´asnˇen´ı:
Zjednoduˇsen´ı pr´ace s poˇc´ıtaˇcem
Pr´ace s pamˇet´ı
Pr´ace se soubory
Pˇr´ıstup k periferi´ım
PB001 49 Podzim 2002
Operaˇcn´ı syst´emy: ´uˇcel
Sd´ılen´ı:
Zajistit sd´ılen´ı vz´acn´ych zdroj˚u
Mus´ı zajistit:
Aby to v˚ubec fungovalo
Aby to fungovalo ´uˇcinnˇe (vyuˇzit´ı, propustnost, rychlost odezvy)
Aby to fungovalo spr´avnˇe
Omezen´ı n´asledk˚u chyb (avˇsak pozor na chyby v samotn´em
operaˇcn´ım syst´emu)
Opr´avnˇen´ı k pˇr´ıstupu (autentizace a autorizace)
PB001 50 Podzim 2002
OS: probl´em ˇcasov´an´ı
Periferie v´yraznˇe pomalejˇs´ı neˇz procesor
Pˇr´ıklad
1 GHz Pentium IV: 1:109 operac´ı za sekundu
Bˇeˇzn´y disk: 10 ms pro pˇreˇcten´ı 1 byte
Pomˇer 1 : 10 000 000
Stejn´e zpomalen´ı ˇclovˇeka: 1 ´uhoz na kl´avesnici cca 20 dn´ı.
Moˇzn´e ˇreˇsen´ı: prokl´ad´an´ı I/O a v´ypoˇctu
Spust’ diskovou operaci
Prov ad ej instrukce nad jin ymi daty (alespo n 1~milion instrukc )
Po ckej na dokon cen
Pˇr´ıliˇs tˇeˇzkop´adn´e a sloˇzit´e
PB001 51 Podzim 2002
OS ˇcasov´an´ı: jin´e ˇreˇsen´ı
Proces 1 f
Spust’ diskovou operaci
Po ckej na dokon cen
Zpracuj z skan a data
g
Proces 2 f
N ejak a jin a aplikace
g
Pˇrehlednˇejˇs´ı
OS mus´ı ,,pˇrep´ınat‘‘ mezi procesy (priorita)
PB001 52 Podzim 2002
OS: pamˇet’
Vˇetˇsina pamˇeti nevyuˇzita
Zpracov´an´ı cyklu (zbytek programu)
Zpracov´an´ı konkr´etn´ıch dat (ostatn´ı neaktivn´ı)
ˇCek´an´ı na I/O
Virtualizace pamˇeti
Data a programy na disku
Do pamˇeti na ˇz´adost
Umoˇzˇnuje
Kaˇzd´y program m´a ,,celou‘‘ pamˇet’
Program m˚uˇze adresovat v´ıce jak rozsah fyzick´e pamˇeti
Ochrana pamˇeti
PB001 53 Podzim 2002
OS: z´akladn´ı sloˇzky
Procesy a jejich spr´ava
Pamˇet’ a jej´ı spr´ava
Periferie a jejich spr´ava
Syst´em soubor˚u
Ochrana a bezpeˇcnost
PB001 54 Podzim 2002
Procesy
Proces je abstrakce pr˚uchodu programem
Sekvenˇcn´ı model: program = 1 proces
Paraleln´ı model: program > 1 proces
Proces m´a intern´ı stav, charakterizovan´y
programov´ym ˇcitaˇcem (program counter)
z´asobn´ıkem (vol´an´ı funkc´ı a procedur)
vlastn´ı pamˇet´ı pro data
PB001 55 Podzim 2002
Typy proces˚u
Klasick´e (heawy-weigth) procesy (napˇr. UNIX)
Vˇsechna data priv´atn´ı
Sd´ılen pouze program (read-only)
Lehk´e (light-weigth) procesy ˇci Vl´akna (threads)
Minimum vlastn´ı pamˇeti
Vˇetˇsina dat sd´ılena
PB001 56 Podzim 2002
Procesy detailnˇeji
Vytvoˇren´ı procesu
fork() a jeho varianty
Pˇresn´a kopie p˚uvodn´ıho procesu
Rodiˇc a potomek
Prvn´ı proces v OS vytv´aˇren jinak (init v Unixu)
Stavy
Start/vytvoˇren´ı, pˇripraven (ready), bˇeˇz´ı (running), je blokov´an (ˇcek´a),
skonˇcil
PB001 57 Podzim 2002
Synchronizace – probl´em
Race condition: soupeˇren´ı v ˇcase
Proces P f
Load RegistrA, X
Load RegistrB, Y
Add RegistrA, RegistrB
Store RegistrA, X # X+=Y
Dvˇe instance procesu P
Nedefinovateln´e v´ysledky
PB001 58 Podzim 2002
Synchronizace – ˇreˇsen´ı
Semafory
Monitory
Smrteln´e objet´ı (deadlock)
Odstranˇen´ı sd´ılen´ych zdroj˚u: zas´ıl´an´ı zpr´av
Synchronizace na ´urovni zas´ıl´an´ı a pˇrij´ım´an´ı zpr´av
Buffery
PB001 59 Podzim 2002
Procesy – pl´anov´an´ı
Sd´ılen´ı (timesharing)
ˇcasov´e kvantum
pˇreruˇsen´ı
Prioritn´ı
Statistick´e
Real-time
Pl´anovaˇc (scheduler)
PB001 60 Podzim 2002
Spr´ava pamˇeti
Dvˇe z´akladn´ı operace:
alokuj/pˇridˇel pamˇet (velikost, vrac´ı poˇc´ateˇcn´ı adresu)
dealokuj/uvolni pamˇet’ (velikost a poˇc´ateˇcn´ı adresa)
Vˇetˇsinou z´avisl´e (lze uvolnit jen pˇresnˇe tot´eˇz, co jsme alokovali dˇr´ıve)
Doplˇnkov´a operace: zmˇeˇn rozsah alokovan´e pamˇeti (reallocate)
Organizace pamˇeti
ˇCiˇstˇen´ı pamˇeti (garbage collection)
PB001 61 Podzim 2002
Spr´ava pamˇeti OS
Virtualizace pamˇeti – nutno uvolnit fyzickou pamˇet’
Swapping
Cel´ych proces˚u
,,Dˇer‘‘ v pamˇeti
Str´ankov´an´ı
Segmentace
PB001 62 Podzim 2002
Ochrana a bezpeˇcnost
Ohroˇzen´ı:
Pˇr´ıstup (ˇcten´ı)
Z´apis (modifikace)
Znepˇr´ıstupnˇen´ı sluˇzby (denial of service)
Trojsk´y k˚uˇn
Vyd´av´a se za nˇeco, co nen´ı
Viry
PB001 63 Podzim 2002
Principy n´avrhu bezpeˇcn´ych syst´em˚u
Zveˇrejnˇen´ı algoritm˚u
Standardn´ı nastaven´ı = ˇz´adn´y pˇr´ıstup
Pravideln´e kontroly
Minim´aln´ı opr´avnˇen´ı
Jednoduch´y a uniformn´ı mechanismus
´Urovnˇe opr´avnˇen´ı
PB001 64 Podzim 2002
Client-server model
Distribuovan´e poˇc´ıt´an´ı: rozloˇzen´ı ´ukol˚u na v´ıce prvk˚u
Client-server model
Speci´aln´ı pˇr´ıpad distribuovan´eho poˇc´ıt´an´ı
V´ıce strukturovan´e
Asymetrick´e: klient pos´ıl´a poˇzadavek na zpracov´an´ı serveru
Server pro jednoho klienta m˚uˇze b´yt klientem pro jin´y server.
PB001 65 Podzim 2002
Vlastnosti modelu client-server
Klient a server samostatn´e procesy
Na stejn´em nebo r˚uzn´ych poˇc´ıtaˇc´ıch
Intern´ı informace je ,,soukrom´a‘‘ pro kaˇzd´y proces
Komunikuj´ı tzv. peer-to-peer protokolem
PB001 66 Podzim 2002
Spoleˇcn´e vlastnosti
Interoperabilita
Portabilita
Integrace
Transparence
Bezpeˇcnost
PB001 67 Podzim 2002
Pˇr´ıklady
telnet
X Window syst´em na Unixu
Svˇetov´a pavuˇcina (World Wide Web)
PB001 68 Podzim 2002
Tˇr´ıvrstevn´y model
Z´akladn´ı rozˇclenˇen´ı
Data
Logika
Prezentace
Sousedn´ı moˇzno kombinovat/rozdˇelit (tj. napˇr. Logika m˚uˇze b´yt
souˇc´ast´ı datov´e i prezentaˇcn´ı vrstvy, a to i souˇcasnˇe)
PB001 69 Podzim 2002
,,Tlust´y‘‘ a ,,tenk´y‘‘
Plat´ı pro server i klient, podstatn´e zejm´e