PB001: Uvod do informačních technologií Luděk Matýska (Eva Hladká) Fakulta informatiky Masarykovy univerzity podzim 2015 INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNI Luděk Matýska (Eva Hladká) (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 1 / 29 Organizační úvod Společenské aspekty Technické prostředky atyska (Eva Hladká) (Fl MU) PB001: Uvod do informačních techn • Přednášky nejsou povinné • Zkouška je pouze písemná • Termíny oznámím do konce října (cca 6, 2 řádné, dva kombinované, jeden pouze opravný) • Vzhledem ke kapacitním omezením doporučuji rané termíny • Prototypové zadání písemky dám k dispozici koncem listopadu • Studijní literatura uvedena u sylabu • Přednáška je nahrávána na video Luděk Matýska (Eva Hladká) (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 3/29 • Základní orientace v oblasti informačních technologií. • Úvod do technického a programového vybavení současných počítaču a propojovacích sítí. • Etické a sociální rozměry informačních technologií. • Systémový (konceptuálni) pohled na celou oblast. • „Průvodce" následujícím studiem informačních technologií Luděk Matýska (Eva Hladká) (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 4/29 Společenské aspekty • Unikátní kombinace reálných a abstraktních (virtuálních) systémů • Technické komponenty (hardware): podléhají fyzikálním zákonům • Programy (software): „ztělesnění" abstraktních konstrukcí Luděk Matýska (Eva Hladká) (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 5/29 Společenské aspekty • Unikátní kombinace reálných a abstraktních (virtuálních) systémů • Technické komponenty (hardware): podléhají fyzikálním zákonům • Programy (software): „ztělesnění" abstraktních konstrukcí • Důsledky: • Virtuální prostředí • Pocit, že IT stojí mimo „realitu" • Pocit, že IT systémy s programovou komponentou nepodléhají žádným zákonům a omezením • „naprogramovat lze vše" • Fenomén vaporware • oznámený produkt, který se neobjevil Luděk Matýska (Eva Hladká) (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 5/29 Společenské aspekty • Výrobní a obchodní procesy • Nástroj vědy • Komunikace • Zábava atyska (Eva Hladká) (Fl MU) PB001: Uvod do informačních techn Společenské aspekty • Výrobní a obchodní procesy • Nástroj vědy • Komunikace • Zábava • Kriminální činnost atyska (Eva Hladká) (Fl MU) PB001: Uvod do informačních techn Společenské aspekty • Řízení výrobních procesů • Informační a manažerské systémy • Řízení organizace • Nové formy vývoje (simulace místo fyzických modelů) • Ovlivnění forem spolupráce/komunikace • Mezi institucemi (B2B, Bussiness to Bussiness) • Instituce a zákazník (B2C, Bussiness to Customer) • Mezi zákazníky (C2C) • Zcela nové příležitosti (reklama, mapy, GPS, ...) • Sociální sítě Luděk Matýska (Eva Hladká) (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 7/29 Společenské aspekty • Původní použití počítačů • Trvale klíčový směr využití • Ovlivňuje způsob vědecké práce • Experimenty versus simulace • Statistické zpracování velkých souborů (Big Data) • Astronomie • Bio-informatika • Linguistika • Postupně i další vědecké oblasyi • IT jako nová metodologie vědy o Virtuální vědecké týmy (spolupráce) • Formule 1 výpočetní techniky Luděk Matýska (Eva Hladká) (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 8/29 Společenské aspekty • Komunikace mezi počítači • Komunikace mezi lidmi (případně člověk-automat) - opět roste význam • Telefony • Faxy • Mobilní komunikace • Média • Zvýšení fragility společnosti • „Syrové" (nezpracované) informace vyvpolávající nečekané interpretace a reakce • „Davová" chování • Rizikové aspekty Luděk Matýska (Eva Hladká) (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 9/29 Společenské aspekty • Televize • Počítačové hry • Fenomén on-line her: specifické prostředí pro spolupráci • Pasivní versus aktivní přístup o Peer to peer sítě (Napster, Gnutella, .. .) • Virtuální realita • Sociální sítě • Přínosy versus rizika • Soukromí Luděk Matýska (Eva Hladká) (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 10 / 29 Společenské aspekty • Kriminalita bílých límečků • Zneužívání zdrojů na síti (účty, výpočetní výkon, kapacita sítě, poštovní služby, ...) • Krádeže informací (čísla kreditních karet, telefonní linky, špionážní činnost) • Viry • Záměrně špatné informace • Destabilizace společnosti • Specifickým šířením (dez)informací • Útoky na infrastrukturu • Útoky na citlivé informační zdroje • Kritická infrastruktura a její IT část • Rostoucí ochrana i v zákoně • Útoky přes sociální sítě Luděk Matýska (Eva Hladká) (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 11 / 29 Společenské aspekty • V podstatě inženýrská disciplína avšak neinženýrské přístupy (shrink wrap licence, minimální odpovědnost za chyby, .. .) • Kódy/normy správného chování/přístupu • Faktická a právní odpovědnost • IPR (Intellectual Property Rights), autorská ochrana, softwarové patenty • Nečekané důsledky chování při přenosu do virtuálního prostředí • (ne)mazání informací • korelovatelná stopa Luděk Matýska (Eva Hladká) (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 12 / 29 Společenské aspekty • Rozklad problému na součásti • vazby mezi součástmi • interní struktura jednotlivých součástí • komplikovanější/větší součástí opět dekomponujeme • Dva rozměry: • Od fyzické po programovou vrstvu • Různé komponenty na téže vrstvě Luděk Matýska (Eva Hladká) (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 13 / 29 Společenské aspekty • Rozklad problému na součásti • vazby mezi součástmi • interní struktura jednotlivých součástí • komplikovanější/větší součástí opět dekomponujeme • Dva rozměry: • Od fyzické po programovou vrstvu • Různé komponenty na téže vrstvě • Příklady: • ISO OSI síťový model: např. linková, transportní a aplikační vrstva Luděk Matýska (Eva Hladká) (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 13 / 29 Společenské aspekty • Rozklad problému na součásti • vazby mezi součástmi • interní struktura jednotlivých součástí • komplikovanější/větší součástí opět dekomponujeme • Dva rozměry: • Od fyzické po programovou vrstvu • Různé komponenty na téže vrstvě • Příklady: • ISO OSI síťový model: např. linková, transportní a aplikační vrstva • Vrstvy operačního systému: např. kernel, ovladače, překladače, aplikace Luděk Matýska (Eva Hladká) (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 13 / 29 Společenské aspekty • Rozklad problému na součásti • vazby mezi součástmi • interní struktura jednotlivých součástí • komplikovanější/větší součástí opět dekomponujeme • Dva rozměry: • Od fyzické po programovou vrstvu • Různé komponenty na téže vrstvě • Příklady: • ISO OSI síťový model: např. linková, transportní a aplikační vrstva • Vrstvy operačního systému: např. kernel, ovladače, překladače, aplikace • Různé typy procesorů Luděk Matýska (Eva Hladká) (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 13 / 29 Společenské aspekty • Rozklad problému na součásti • vazby mezi součástmi • interní struktura jednotlivých součástí • komplikovanější/větší součástí opět dekomponujeme • Dva rozměry: • Od fyzické po programovou vrstvu • Různé komponenty na téže vrstvě • Příklady: • ISO OSI síťový model: např. linková, transportní a aplikační vrstva • Vrstvy operačního systému: např. kernel, ovladače, překladače, aplikace • Různé typy procesorů • Různé programovací jazyky Luděk Matýska (Eva Hladká) (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 13 / 29 Společenské aspekty • Soft and hard komponenty • Technické prostředky • Fyzické (hard) komponenty • Architektura počítačů a sítí atyska (Eva Hladká) (Fl MU) PB001: Uvod do informačních techn Společenské aspekty • Soft and nard komponenty • Technické prostředky • Fyzické (hard) komponenty • Architektura počítačů a sítí • Programové prostředky • Virtuální (soft, měkké) komponenty • Operační systémy • Programovací jazyky o Aplikace • Možné ikombinace • embedded systems • cyberphysical systems • IT v autě, ledničce, toaletě, . . . Luděk Matýska (Eva Hladká) (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 14 / 29 • Procesor(-řadič)-paměť-periferie: von Neumannova architektura Luděk Matýska (Eva Hladká) (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 15 / 29 • Procesor(-řadič)-paměť-periferie: von Neumannova architektura • Harward memory model: zvlášť paměť pro data a zvlášť pro program • Řízené zpracování dat Luděk Matýska (Eva Hladká) (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 15 / 29 • Procesor(-řadič)-paměť-periferie: von Neumannova architektura • Harward memory model: zvlášť paměť pro data a zvlášť pro program • Řízené zpracování dat • Jiné modely architektury: • Tu ringový stroje • Dataflow přístup • Objektově-orientovaná • Deklarativní (funkcionální či logická) Luděk Matýska (Eva Hladká) (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 15 / 29 Technické prostředky • Stroj vykonávající instrukce • Vnitřní hodiny: takt procesoru • Základní jednotka sekvenční (ALU, FPU) • Může obsahovat více jednotek: vnitřní paralelismus • Instrukční cyklus: výběr a provedení instrukce jednou jednotkou Luděk Matýska (Eva Hladká) (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 16 / 29 Technické prostředky • Univerzální • CISC: Complex Instruction Set Computer • RISC: Reduced Instruction Set Computer • S jedním, několika či mnoha jádry • části logiky znásobeny, část sdílena • vyšší kumulovaný výkon • problém programování paralelního systému (sdílené části slabým místem (bottleneck)) • • • • • Specializované • Vektorové • Grafické • Embedded • • • • Luděk Matýska (Eva Hladká) (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 17 / 29 Technické prostředky • Uchováva data • Přímo adresovatelná: sloupec a řádek • Rozsah adres: 16, 32, 64, 128, . .. bitů • Cyklus paměti: doba nezbytná pro vystavení nebo zápis dat • Vzpamatování se po provedené operaci, prokládání pamětí • Statická vs. dynamická paměť, volatilita • Hierarchie pamětí • Rychlá—pomalá • Drahá—levná Luděk Matýska (Eva Hladká) (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 18 / 29 Technické prostředky • Uchováva data • Přímo adresovatelná: sloupec a řádek • Rozsah adres: 16, 32, 64, 128, . .. bitů • Cyklus paměti: doba nezbytná pro vystavení nebo zápis dat • Vzpamatování se po provedené operaci, prokládání pamětí • Statická vs. dynamická paměť, volatilita • Hierarchie pamětí • Rychlá—pomalá • Drahá—levná • Ilustrace ekonomického imperativu v IT Luděk Matýska (Eva Hladká) (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 18 / 29 • Zajišťují vstup/výstup informací: • komunikace s uživatelem • permanentní ukládání dat • komunikace s jinými systémy atyska (Eva Hladká) (Fl MU) PB001: Uvod do informačních techn Technické prostředky B • Interaktivní • Klávesnice: vstup • Myš, tablet (ve smyslu perfierie), stylus, .. .: vstup • Obrazovka: výstup i vstup • Zvuk: výstup i vstup • Dnes již i bezdotykové (kamery, kinect) • Dávková: nepřímá, prostřednictvím jiných zařízení Luděk Matýska (Eva Hladká) (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 20 / 29 Technické prostředky • Paměti (ROM, PROM, EPROM, NVRAM) • Disky • Magnetické • Magnetooptické • Optické • Solid State Bloková zařízení • Pásky • Lineární přístup • Sítě Luděk Matýska (Eva Hladká) (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 21 / 29 Technické prostředky • Paměti (ROM, PROM, EPROM, NVRAM) • Disky • Magnetické • Magnetooptické • Optické • Solid State Bloková zařízení • Pásky • Lineární přístup • Sítě • Papír (kámen): trvanlivost! Luděk Matýska (Eva Hladká) (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 21 / 29 Technické prostředky • Počítačové sítě • Drátové • Metalické/Elektrické • Optické atyska (Eva Hladká) (Fl MU) PB001: Uvod do informačních techn Technické prostředky • Počítačové sítě • Drátové • Metalické/Elektrické • Optické • Bezdrátové • Radiové vlny • Optické Luděk Matýska (Eva Hladká) (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií I podzim 2015 22 / 29 Technické prostředky • Počítačové sítě • Drátové • Metalické/Elektrické • Optické • Bezdrátové • Radiové vlny • Optické • Akustické Luděk Matýska (Eva Hladká) (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií I podzim 2015 22 / 29 Technické prostředky • Počítačové sítě • Drátové • Metalické/Elektrické • Optické • Bezdrátové • Radiové vlny • Optické • Akustické Luděk Matýska (Eva Hladká) (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií I podzim 2015 22 / 29 Virtuální realita • Brýle a helmy • 3D projekce a prostorový • Haptika (rukavice, . ..) • Detekce polohy a pohybu • Virtuální realita • Brýle a helmy • 3D projekce a prostorový zvuk • Haptika (rukavice, . ..) • Detekce polohy a pohybu • Mobilní telefony, phablety a tablety • Wearable computers atyska (Eva Hladká) (Fl MU) PB001: Uvod do informačních techn Technické prostředky • Standardní pohled: • Procesor(y) • Paměť • Periferie • Možné i jiné pohledy • Buněčné automaty Neuronové počítače atyska (Eva Hladká) (Fl MU) PB001: Uvod do informačních techn • Úzce propojené (tightly coupled) • Volně propojené (loosely coupled) • Distribuované • Gridy atyska (Eva Hladká) (Fl MU) PB001: Uvod do informačních techn • Často společná paměť • Minimální vliv vzdálenosti procesorů • Speciální propojení procesorů a pamětí • Vhodné pro tzv. jemný paralelismus • Typický výpočetní model: sdílená paměť (i kdyby byla pouze virtuální) Luděk Matýska (Eva Hladká) (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 26 / 29 Technické prostředky • Převážně distribuovaná paměť (každý procesor zvlášť) • Vzdálenost procesorů může hrát roli • Speciální propojení procesorů • Výrazně vyšší latence (zpoždění) v mezi procesorové komunikaci (jednotky mus a méně) • Existence operací remote put a remote get pro přístup do paměti vzdáleného procesoru • Typický výpočetní model: zasílání zpráv Luděk Matýska (Eva Hladká) (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 27 / 29 Technické prostředky mm • Rozšíření předchozího modelu • Vždy distribuovaná paměť • Vzdálenost procesoru hraje významnou roli o Propojení procesoru často formou běžné LAN sítě • Vysoká latence v mezi procesorové komunikaci (100/is až jednotky ms) • Typický výpočetní model: zasílání zpráv Luděk Matýska (Eva Hladká) (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 28 / 29 Technické prostředky • Systém distribuovaný po geograficky rozsáhlých prostorech (země, kontinent, .. .) • Propojeny samostatné počítače (včetně paralelních) • Propojení počítačů WAN sítí • Extrémně vysoká latence v mezi procesorové komunikaci (desítky až stovky ms) • Prakticky jediný výpočetní model: zasílání zpráv Luděk Matýska (Eva Hladká) (Fl MU) PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2015 29 / 29