Podstawowe pojęcia

URZĄDZENIA WEJŚCIA I WYJŚCIA.
Istnieje wiele urządzeń komunikacji z komputerem. Grupa tych urządzeń określona jest wspólnym pojęciem urządzeń wejścia i wyjścia. Niektóre z nich są urządzeniami tylko wejścia inne zaś wyjścia, wiele zaś pełni obie funkcje. W prezentacji urządzeń przedstawione zostaną tylko najważniejsze i najbardziej popularne.

Monitor. Monitor jest podstawowym urządzeniem do wyprowadzenia informacji z komputera. Traktowany jest często jako urządzenie we/wy, służące do wizualizacji danych. Może on pracować w tzw. trybie tekstowym - wyświetla znaki lub w trybie graficznym - obraz składa się z punktów.
Monitor ekranowy działa bardzo podobnie do telewizora. Zasada jego pracy znana jest pod nazwą wybierania liniowego i polega na ciągłym wykreślaniu obrazu przez poruszający się strumień (wiązkę) elektronów. Czytelność, ostrość i czystość obrazu przedstawionego na ekranie uzyskuje się dzięki zastosowaniu specjalnych kart graficznych zainstalowanych w komputerze i współpracujących z monitorem. Większość eksploatowanych monitorów pracuje z kartą Super VGA (Virtuall Graphic Array), pozwalającą pracować z rozdzielczością 800 x 600 pkt.. lub 1024 x 768 pkt (rozdzielczość określa się ilością linii i ilością punktów w każdej linii; skrót pkt. pochodzi od słowa picture element, czyli element obrazu) i uzyskać 256 kolorów.

Klawiatura. Klawiatura wraz z monitorem stanowi podstawowe urządzenia komputera. Przy pomocy klawiatury możemy wprowadzić do komputera dowolne polecenia i teksty. Klawiatura zawiera w zależności od typu klawiatury 101 lub 102 znaki.

"Mysz" - urządzenie sterujące. We współczesnych komputerach jest to urządzenie bardzo przydatne i pozwala na obsługę wielu programów bez użycia klawiatury. Informacją, że mysz funkcjonuje, jest na monitorze obraz strzałki, niekiedy prostokąta lub ręki. Jeśli przesuniemy myszką po stole lub po specjalnej podkładce (tzw. padzie), to odpowiedni ruch wykona strzałka na ekranie. Naciśnięcie klawisza myszki, tzw. kliknięcie, pozwala na akceptację realizacji polecenia. W niektórych komputerach wmontowana jest na stałe kulka i tu przez ruchy dłoni możemy realizować podobne funkcje jak przy pomocy myszki. Współczesne „myszki” mają do trzech wbudowanych klawiszy sterujących pozwalających na rozszerzenie możliwości stosowania użytkowego, a tym samym efektywniejszej i sprawniejszej obsługi wielu aplikacji wykorzystywanych przez użytkownika (np. menu podręczne, przesuw kursora itp.).

Drukarka. Urządzenie te służy do wyprowadzania wyników pracy komputera na trwałym nośniku informacji. Szybkość wykonywania przez komputer operacji nie przyniesie spodziewanych efektów, jeżeli nie zostanie sprzęgnięte z odpowiednio wydajnymi drukarkami. Ponieważ występuje dość często brak synchronizacji, dlatego dane z przetworzenia mogą być zapisywane na specjalistycznym dysku spełniającym rolę bufora, a następnie - w miarę możliwości i potrzeb drukowane. Istnieje wiele różnych rodzajów drukarek produkowanych przez różne firmy. W praktyce stosowane są drukarki: mozaikowe, strumieniowe, laserowe, termiczne i bezdotykowe.

Skanery - pozwalające na cyfrowe przetwarzanie dowolnego obrazu. Skanery występują w postaci skanera ręcznego lub stacjonarnego. Działanie skanera polega na płynnym przesunięciu po skanowanym obrazie lampy fluorescencyjnej lub kilkunastu fotodiod umieszczonych w urządzeniu.

Plotery - są to urządzenia wyjścia wykorzystywane między innymi w pracach projektowych. Przetwarzane w komputerze dane są wykreślane w postaci rysunku w układzie osi X i Y. Plotery należą do stosunkowo drogich urządzeń zewnętrznych.
Przedstawione urządzenia nie wyczerpują wszystkich urządzeń wejścia i wyjścia. Istnieją urządzenia, które pozwalają przetwarzać mowę i dwięki. W dużych hurtowniach stosowane są czytniki kodów paskowych. Postęp techniczny idzie w kierunku wzbogacenia o odkrywania wciąż nowych urządzeń dla poprawienia komunikacji z komputerem.

KOMUNIKACJA CZŁOWIEK - KOMPUTER.
Komunikacja między człowiekiem - użytkownikiem a systemem komputerowym odbywa się bezpośrednio. Jest to osiągnięcie ostatnich lat, poprzednio bowiem łańcuch pośredników był dość duży. W konsekwencji w takim układzie występowało wiele przekłamań, zmian i uproszczeń, co powodowało, że różnica między zadaniami sformułowanymi przez użytkownika a wykonanym przez system komputerowy była dość duża.
Ujemnym zjawiskiem w tym względzie było to, że cała operacja trwała niekiedy bardzo długo. Wymagała bowiem opracowania dokumentacji systemu oraz wielu uzgodnień i zatwierdzeń. W rezultacie użytkownik otrzymywał rozwiązanie nie zawsze dotyczące problemu, który go interesował. Często rozwiązania były mu dostarczone wtedy, kiedy sytuacja zmieniła się i uzyskane informacje były nieaktualne. Aktualizacja wymagała znowu uzgodnień i zatwierdzeń. Obecnie w większości sytuacji użytkownik bezpośrednio „konsultuje się z komputerem”. Temu celowi służy zarówno sprzęt techniczny, jak też wygodne w użyciu oprogramowanie.
W układzie człowiek - komputer można wyróżnić dwa poziomy:
Pierwszy to bezpośredni układ człowiek - komputer, polegający na tym, że reakcja komputera i komunikat o efektach działania są natychmiastowe, a ewentualne opónienie wynika tylko z właściwości użytego sprzętu i rodzaju realizowanego zadania.
Drugi - kiedy dla zadania czas nie ma znaczenia, ewentualnie jest dopuszczone opóźnienie reakcji.
W pierwszym przypadku układy można przedstawić następująco:
K-KR-M.
K-KR-D,
M-KR-M,
M-KR-D.
gdzie:
K - konsola (klawiatura komputera),
KR - komputer - jednostka centralna,
M - monitor,
D - drukarka.

W drugim przypadku na wejściu lub wyjściu; ewentualnie i na wejściu i na wyjściu, pojawiają się maszynowe nośniki danych, takich ,jak dyski, dyskietki, taśmy magnetyczne. Można więc powiedzieć, że w tej drugiej sytuacji układ jest rozbudowany i wielostopniowy. W systemie tym szczególna rola przypada urządzeniom opisanym w poprzednim rozdziale, a więc klawiaturze i monitorom, wzbogaconym o zdalne manipulatory, np. mysz, pióro świetlne, ekran dotykowy.
Komunikacja człowiek - komputer realizowana jest przez działania, które określamy terminem zwanym programowanie.
Programowanie jest pewną sekwencją działań, składającą się z:
a. opracowania algorytmu rozwiązania problemu,
b. przetłumaczenia algorytmu na wybrany język komunikacji człowiek- komputer,
c. uruchomienia i zrealizowania programu.

ALGORYTM I FORMY JEGO PREZENTACJI.
Algorytm to sposób postępowania przedstawiający jednoznacznie skończoną ilość kroków (etapów) niezbędnych dla rozwiązania określonego zadania. Algorytm jest tak sformułowany, żeby, postępując według jego wskazań, komputer mógł rozwiązać określony problem. Algorytmy są rozwiązaniami takich zadań, które określamy jako zadania algorytmiczne albo obliczeniowe . Za podstawowe cechy algorytmu uznaje się (1):
• uniwersalność, czyli zapewnienie rozwiązania każdego zadania należącego do określonego typu zadań, pod warunkiem konsekwentnego jego stosowania,
• jednoznaczność, czyli prezentacji metody postępowania w postaci skończonej listy prostych j jednoznacznych rozkazów, dotyczących postępowania na kolejnych etapach wykonywania zadania.
• zbieżność, czyli dla każdego dopuszczalnego zbioru danych początkowych liczba operacji prowadzących do poszukiwanego wyniku jest skończona,
• powtarzalność, czyli każdy z użytkowników, stosując analogiczne dane i algorytm, uzyska analogiczne wyniki.

Tworzone algorytmy mogą być proste lub złożone. Złożone algorytmy są wtedy, kiedy zawierają podprogramy, które z kolei wywołują inne programy w celu pełnego opisu działania. Zazwyczaj algorytm rozwiązania danego zadania przedstawiony jest w formie:
• opisu słownego,
• notacji matematycznej,
• graficznego schematu blokowego lub innej formy zapisu graficznego (tablica decyzyjna; tablica krzyżowa).
Opis słowny stosowany jest najczęściej i przykładami tego są:
• Przepisy kulinarne.
• Instrukcje składania mebli.
• Instrukcje obsługi urządzenia, np. kamery wideo. - Wypełnienie zeznania podatkowego tzw. PIT.
• Sporządzenie bilansu działalności firmy.
W notacji matematycznej dla prezentacji algorytmu korzysta się z typowych wzorów i reguł matematycznych. Prezentacja ta jest uzupełniania odpowiednimi komentarzami. Przykładami tego typu algorytmu są między innymi:
• Rozwiązanie równań matematycznych.
• Obliczanie pierwiastków równania.
• Rozwiązanie modelu matematycznego programowania, np. metodą Simple.
• Obliczenie ścieżki krytycznej w modelach graficznych typu PERT/CPM.

Schemat blokowy - jest najbardziej popularną metodą graficznej prezentacji algorytmu. Narzędzie to jest stosowane powszechnie dla rozwiązania złożonych problemów. Zasady budowania schematów blokowych są niezwykle proste. Cechują się małą liczbą elementów, co pozwala na łatwość kontroli.

OPROGRAMOWANIE
Jak wcześniej stwierdziliśmy pojęcie system komputerowy obejmuje również oprogramowanie. System komputerowy stanowi bowiem spójny zestaw środków sprzętowych i programowych.Oprogramowaniem nazywamy ogół środków programowych dostępnych w systemie komputerowym. Oprogramowanie tworzone jest przy pomocy określonego języka programowania.
Podstawowym elementem oprogramowania jest program, realizowany przez komputer - bliżej przez mikroprocesor. Jest to zatem ciąg instrukcji jakie musi wykonać mikroprocesor w celu realizacji założonego algorytmu opisującego zadany problem.

Program jest więc opisem danego problemu przy pomocy określonego języka w ten sposób, że jest on akceptowany przez komputer (mikroprocesor).
Programowanie jest pewną sekwencją działań składających się m.in. z:
1. opracowania algorytmu rozwiązania problemu,
2. przetłumaczenia algorytmu na wybrany język komunikacji człowiek – komputer,
3. uruchomienia i zrealizowania programu. A zatem na udany nowoczesny i efektywny produkt informatyczny składają się trzy podstawowe moduły:
1. właściwy i dobrze zrealizowany produkt,
2. poprawne oprogramowanie,
3. odpowiedni sprzęt.
Oprogramowanie komputera decyduje w dużej mierze o:
1. jego możliwościach wykorzystania,
2. wykonywania określonych (założonych) zadań.

Z punktu widzenia stylu tworzenia programów możemy wyróżnić:
• programowanie proceduralne,
• programowanie deklaratywne,
• programowanie obiektowe,
• programowanie strukturalne.

PROGRAMOWANIE PROCEDURALNE- charakteryzuje się tym, że program powinien zawierać pełny opis rozwiązania problemu opisanego danym algorytmem. Program składa się w tym przypadku z dwóch części:
• deklaratywnej, w której opisuje się obiekty (dane), na których działa
• proceduralnej, w której opisuje się czynności (instrukcje), które są wykonywane na tych danych.
PROGRAMOWANIE DEKLARATYWNE - polega na określeniu związków czyli relacji pomiędzy danymi a wynikami. Przy tego typu programowaniu nie kładzie się nacisku na „JAK PRZETWARZAĆ” (programowanie proceduralne) ale „CO MA BYĆ PRZETWARZANE”. Przykładowym językiem jest język PROLOG.
PROGRAMOWANIE OBIEKTOWE - jest próbą połączenia zarówno programowania proceduralnego i deklaratywnego. Jest to metoda programowania, w której program jest opisem działania zbioru wzajemnie powiązanych obiektów. Na opis obiektu składa się kilka następujących charakterystyk: metody, atrybuty, dziedziczenie, reguły, otoczenie. Przykładowe języki to: FRL, KEE, SMALLTALK do prezentacji wiedzy w bazach wiedzy.
PROGRAMOWANIE STRUKTURALNE - powstało na odpowiedź na niedostatki oprogramowania tradycyjnego - celem tego programowania jest rygorystyczna organizacja procesu projektowania i kodowania programu w dążeniu do zapobieżenia błędów logicznych i innych. Ma ono następujące cechy:
• jest zastępujące,
• modułowe.

OPROGRAMOWANIE SYSTEMOWE.
W oprogramowaniu systemowym zgodnie z przedstawioną uprzednio typologią, wyróżnić można następujące grupy:
• systemy operacyjne,
• translatory,
• oprogramowanie dla testów i diagnostyki komputera,
• oprogramowanie komunikacyjne,
• oprogramowanie pomocnicze.
System operacyjny jest programem nadzorującym pracę wszystkich urządzeń systemu komputerowego, tworząc środowisko, w którym pracują inne programy. Jest więc zbiorem procedur zarządzających pracą całego systemu komputerowego. Podstawowe zadania systemu operacyjnego są następujące:
• obsługa komunikacji człowiek - komputer,
przydział czasu pracy procesora dla poszczególnych użytkowników,
nadzór wymiany informacji między elementami systemu komputerowego,
• zarządzanie pamięcią operacyjną,
• uruchomienie innych programów w tym programów użytkowych,
• sygnalizacja błędów i niesprawność urządzeń.

System operacyjny komputera - ogólna charakterystyka W systemie operacyjnym bardzo często spotykanym jakim jest MS DOS można wyróżnić wzajemnie z sobą współpracujące moduły:
• ROM.BIOS
• IO.SYS
• MS.DOS.SYS
• COMMAND.COM
System operacyjny dzieli się więc na:
1. część stałą „zatopioną” w ROMie – PAO (pamięci operacyjnej),
2. część ruchomą przechowywaną w pamięci masowej.
Umieszczenie systemu w ROMie, a więc części statycznej pamięci operacyjnej ułatwia użytkownikowi, stwarza wygodę w tym względzie, że sprzęt i zarządzający nim system widziane są jako jedna całość. Zaś umieszczenie systemu w pamięci masowej zwiększa jego elastyczność i pozwala przy mniejszych kosztach zmieniać jego wersje a także dostosowywać go do różnej konfiguracji sprzętowej.
ROM.BIOS - jest zbiorem elementarnych programów i procedur zapisanych przez producenta w jego pamięci stałej ROM.
Wyróżniamy w nim:
• program testujący POST (ang. POWER ON SELF TEST) - testuje sprzęt komputerowy, pamięć, rejestratory przerwań,
• tzw. BOOT - program inicjujący wczytywanie pozostałych modułów systemu operacyjnego
• procedury obsługi podstawowych urządzeń We/Wy tj. klawiatury , monitora, dysków i drukarki - procedury te pośredniczą pomiędzy wyższymi warstwami oprogramowania i sprzętem - to właśnie dzięki nim programiści mogą pisać programy bez konieczności wnikania w szczegóły techniczne urządzeń.

POWŁOKA - INTERPRETER POLECEŃ SYSTEMOWYCH
• jego zadaniem jest rozpoznawanie i realizowanie poleceń użytkownika,
• program wprowadzony zostaje na cały czas działania komputera - jego naczelne zadanie to rozpoznawanie poleceń,
• niektóre sam wykonuje zaś pozostałe zleca programom pomocniczym. Programy te wprowadzane są do PAO wybiórczo i tylko na czas niezbędny do wykonania - dlatego mamy podział na polecenia systemowe
-wewnętrzne - wykonywane przez COMMAND.COM
-zewnętrzne - wykonywane przez programy pomocnicze - wywoływane z PM.
- OTOCZENIE - to programy pomocnicze, programy komunikacyjne, aplikacje użytkownika.

Programy pomocnicze uzupełniają plik COMMAND.COM nadając aktywność realizowanym przez użytkownika aplikacjom oraz realizacją poleceń zewnętrznych.
Programy komunikacyjne - programowe sterowniki zwane drajwerami - są to programy do obsługi niestandardowych urządzeń zewnętrznych, takich jak:
• rozszerzona pamięć,
• myszka, skaner, pióro świetlne,
• dysk wirtualny itp.

Programy tłumaczące (translatory). Programy niezależnie od użytego języka programowania muszą być, jak już wcześniej wspomniano, przetłumaczone na instrukcję języka maszynowego. Istnieją trzy podstawowe sposoby tłumaczenia programów: interpretacja, kompilacja, asemblacja.
Interpretacja wykonywana jest przez specjalne programy zwane interpreterami. Interpretator tłumaczy program w trakcie wykonania. Działanie interpretatora polega na tym, że program analizuje kolejne programy, krok po kroku, bada ich poprawność, rozpoznaje jakie czynności należy wykonać i realizuje je. Interpretatory są z natury powolne i mało wydajne. Wynika to z faktu, że tłumaczenie odbywa się bez przerwy - nie tylko podczas każdego uruchomienia programu, ale także, gdy któryś z jego kroków jest powtarzany. W realnych programach wiele elementów jest realizowanych na drodze powtarzania kroków, tzw. pętli. Dlatego też wiele instrukcji jest podczas interpretacji tłumaczonych kilkakrotnie. Zaletami interpretacji są: łatwość lokalizacji błędów i możliwość wprowadzenia poprawek w każdym momencie.
Kompilacja wykonywana jest przez specjalne programy zwane kompilatorami. Kompilator analizuje program napisany w określonym języku zewnętrznym, nazywany programem źródłowym. W następnym etapie zamienia go na równoważny program w języku wewnętrznym, nazywany programem wynikowym.
Po zakończeniu procesu transakcji do dalszej pracy używa się już wersji wynikowej. W ten sposób kompilacja jest krótsza niż interpretacja. Czas tłumaczenia zależy od języka oraz długości i złożoności programu źródłowego. Wiele kompilatorów ma wbudowane mechanizmy pozwalające na optymalizacje programów.
Asemblacja wykonywana jest przez specjalny program zwany asemblerem. Asemblacja jest podobna do kompilacji, z tym, że programy tłumaczone są na język maszynowy, zaś samo tłumaczenie jest integralną częścią tworzenia programu. Oznacza to, że użytkownik nie musi oczekiwać na realizację tłumaczenia w jego trakcie i nie musi też posiadać programów tłumaczących. Programy przygotowane w taki sposób są kompletne i gotowe do uruchomienia, w przeciwieństwie do programów interpretowanych, które mogą być uruchomione tylko w obecności i przy pomocy interpretatora. Programy asemblerowe są jednak bardzo pracochłonne i w stosunku do kompilatorów dość proste.

MS Windows jest przedstawicielem oprogramowania, które do komunikacji z użytkownikiem wykorzystuje grafikę (ikony). Taki rodzaj komunikacji z użytkownikiem określa się mianem Graficznego Interfejsu Użytkownika w skrócie GUI (Graphical User Interface).
W komunikacji tej bowiem zamieniono słowa na grafikę i polega ona na zastąpieniu nazw instrukcji przez rysunki, tzw. ikony, które reprezentują funkcje i instrukcje.
Używając klawiszy kursora lub myszki można wskazać polecenia, które chce się wykonać i uruchomić poprzez naciśnięcie klawisza ENTER, lub przycisku myszki (popularnie określa się to terminem - kliknięcie). Jednak należy pamiętać o tym, że zastąpienie trybu tekstowego przez graficzny zwiększa wymagania sprzętowe. Proste operacje, takie jak formatowanie dyskietek, czy kopiowanie plików do innego pliku, mogą być wykonywane szybciej i łatwiej w systemie DOS-a niż w Windows.
System operacyjny typu DOS lub MS DOS jest w zasadzie zorientowany na system komputerowy i stanowi jego część. System MS Windows jest natomiast zorientowany na użytkownika. Graficzny interfejs użytkownika, jakim jest MS Windows, jest programem, który przedstawia dane i polecenia w formie symboli graficznych. Osoby, które korzystają z tego pakietu manipulują tymi symbolami zamiast wpisania konkretnych poleceń.
Według P.Nortona istnieje kilka powodów, dzięki którym MS Windows stał się tak popularny:
1. po pierwsze graficzny interfejs użytkownika - GUI sprawia, że używanie komputera i jego programów staje się łatwiejsze.
2. po drugie bardzo dobra współpraca pomiędzy różnymi aplikacjami, a co za tym idzie, ułatwienie obsługi i wymiany danych. Dane i obrazy można łatwo przenosić z jednego programu do drugiego. Można również tworzyć połączenia pomiędzy aplikacjami tak, aby zmiana danych w jednym programie była natychmiast uwzględniona w dołączonej aplikacji. Realizacja współpracy między aplikacjami jest możliwa dzięki standardowej wymianie danych DDE (Dynamic Data Exchange - dynamiczna wymiana danych). Standard DDE tworzy realizowany na poziomie programisty interfejs, który umożliwia aplikacjom dla Windows, dostęp do danych pochodzących z innych aplikacji. W konsekwencji uzyskuje się narzędzia, które pozwalają na aktualizację informacji.
3. po trzecie Zastosowanie Techniki Łączenia i Osadzenia Obiektów czyli techniki OLE (Object Linking and Embedding). Jest to forma wymiany danych. Po wstawieniu obiektu do pliku lub docelowego dokumentu można uruchomić aplikacje, która go stworzyła, i manipulować danymi przy pomocy myszki.
Korzystając z systemu MS Windows należy pamiętać, że podstawowym jego elementem jest Menedżer programów (Program Manager), który zarządza grupami programów i tworzy interfejs użytkownika systemu Windows oraz obsługuje instalowane i uruchamiane aplikacje. Grupa (Group) jest zbiorem plików i programów wyświetlanych przez Menedżera, programów jako pojedyncza ikona. Ikony poszczególnych programów przechowywane są wewnątrz grup, co ułatwia zarządzanie aplikacjami. Menedżer programów, ikony, okienka grup oraz okienka aplikacji tworzą tak zwany pulpit (desktop) Windows, czyli ekranową reprezentację obiektów, która umożliwia korzystanie z zasobów i funkcji komputera. W Windows obiektem jest każdy symbol na ekranie, którym można manipulować. Większość obiektów Windows ma postać ikon lub małych rysunków.
Każdy program, który jest elementem Windows ma swoją własną strukturę menu lecz pewne jego elementy są wspólne dla wszystkich aplikacji. Są tam podmenu Plik (File), Edycja (Edit) oraz Pomoc (Help) i inne. Aplikacje użytkownik uruchamia zazwyczaj myszką i przy jej pomocy - wskaźnikiem myszki (mouse pointer) wskazuje się wybrany obiekt. Po wybraniu, obiekt można uruchomić lub zaznaczyć i wykonać z nim żądaną operację. W sytuacjach awaryjnych (uszkodzenie myszki lub chęć użytkownika do korzystania z aplikacji) można użyć klawiatury. Istotnym szczególnie klawiszem, jest klawisz funkcjonalny F1, którego użycie powoduje wywołanie pomocy. Ważna jest kombinacja klawiszy CTRL-TAB, którą stosuje się wtedy, kiedy nie widzi się na ekranie Menedżera programów, żądanej grupy itp. Oznaczać to może jedną z następujących sytuacji: grupa jest otwarta i zasłonięta przez inne okno, zamknięta lecz zasłonięta przez inne okno, ewentualnie okno Menedżera programów jest za małe. W takim przypadku wielokrotne naciskanie klawiszy CTRL-TAB umożliwia przejścia przez wszystkie dostępne grupy aż do momentu wybrania właściwej.
Programy MS Windows umożliwiają realizację bardzo złożonych zadań, z którymi może w praktyce spotkać się użytkownik.