Introduktionsföreläsning Informationsteknologi

Informationsteknologi

Inmatning → Bearbetning (CPU) ( ⇔ Lagring) → Utmatning

Vad som skiljer datorer åt är nästan enbart prestanda.

Vad behövs i en dator?

1. Hårdvara
2. Mjukvara
3. Data

Hårdvara: kan man se och ta på: Även processor, CPU, minne, I/O-enheter osv.

Aritmetiska operationer= beräkningar

1. ALU: artimetisk logisk enhet (beräkningar)
2. CU: control unit. Spindeln i nätet. Kontrollerar vilka instruktioner som ska utföras och hur data flyttas INOM CPUn
3. IU: Interface unit. Flyttar data mellan CPUn och annan hårdvara

Primärminne: Ex Ram. Data försvinner när ström slås av. Sekundärminne. Ex HDD. Data är kvar när ström slås av.

Minne finns i celler. Varje cell kan innehålla en 1:a eller en 0:a. 1 bit = 1 eller 0 BIT= binary digit BYTE=by eight 8 bitar=1 byte

Systemprogramvara: operativsystemet. Ex linux, windows, macos osv Applikationsprogramvara: ex Word, Photoshop osv

Är 1:or och 0:or i olika former.

 Information=data med mening, innehåll
 Data= tecken utan mening förrän vi ger dem mening

Att göra data behandlingsbar för en dator. Inmatning via tangentbord rätt enkel att omvandla, men annat ex. ljud blir betydligt mer komplext. Data lagras i filer. Det följer med information om vad för slags data det handlar om, och hur den är organiserad. Det som bestämmer vilken info och hur data ska representeras kallas dataformat.

Metadata: info om data i en fil (ex. start o. stopp av läsning av data)

Text: alfanumeriska texten (dvs tangentbordet)

• 7-bitars ASCII kan representera 128 tecken (0-127 tecken)
• 8-bitars ASCII kan representera 256 tecken (0-255 tecken)

Problem: 8-bitars kan kapas till 7-bitars i äldre datorer, med ett äldre operativ.

16-bitars unicode kan representera ca 33000 tecken. Första 255 tecknen är detsamma som 8-bitars ASCII, vilket gör det enkelt att översätta mellan dem.

• 1.44 MB diskett ca 3000 tecken/sida
• ≈ 460 sidor text/diskett (8-bitars ASCII)
• ≈ 230 sidor text/diskett (16-bitars UNICODE)

Foto och målning som karaktäriseras av en variation i skuggning, färg, form. Gjord av punkter. Blir pixligt vid förstoring.

Bilder som är gjorda av geometriska formler, kurvor, linjer.

Pixel: Minsta beståndsdelen av en bitmapbild. Picture Element. Ju fler pixlar per given yta, desto högre upplösning, desto fler nyanser.

• Rött, Grönt, Blått.
• 8 bitar av varje RGB (24-bitar)
• Ger alla möjliga färger 24-bitar= 16, 7 miljoner färger

För varje pixel anges hur mycket RGB. 1 pixel=24bitar En bild med 600*800*24 bitar/pixel ≈ 1.44 MB = 1 diskett

använder palett. Kan representera 256 färger (utvecklades 1987)

komprimeringsmetod. Kan representera mer än 16 miljoner färger. Utnyttjar brister i mänskliga ögat.

• Lossless – Ingen förlust. Försöker hitta mönster i data. Inverteringsalgoritmer kan återställa data i ursprunglig form.
• Lossy – Här försvinner data permanent. Ex JPG

Ljud är vågor som måste omvandlas från analogt → digitalt

• Få bitar i ett intervall – låg noggrannhet
• Många bitar i ett intervall – större noggrannhet och oftare mättillfällen

• noggrannheten i mätningen (upplösningen)
• hur ofta man mäter

• 8 eller 16-bitar/mätning
• 11.025, 22.15 eller 44.1 tusen mätningar/sekund.
• Mono eller stereo

Ex. CD-skiva (74-min) med högsta kvalité

16bitar/mätning * 44.1 tusen mätningar/sekund * 2 kanaler (stereo)* 74 min * 60 sek/min= 783 MB + Metadata.

• ALU: Arimetisk logisk enhet
• CU: Spindeln i nätet. Kontrollenhet som håller reda på de instruktioner som utgör ett program.
• PC: Programräknaren håller reda på adressen till den minnescell där instruktionen finns lagrad.
• I/O gränssnittet: Har hand om in- och utmatning
• BUS: Anslutning mellan ex. CPU och minne som i vårt fall
• Minne: Ett antal minnesceller som man kan stoppa in en 0:a eller 1:a i.

• PM=Primärminne: Generellt minne. Kan innehålla både instruktioner (program) och data.

• Finns inne i CPUn
• Tillfällig lagringsplats
• Specifika ändamål
• Kan variera i storlek från 1 bit till flera byte

Flaggor är register med storleken 1 bit, som används för att visa på ett visst tillstånd eller en viss status.

• Ackumulatorregister → ALU-enheten
• I/O-interface → In och utdataregister

• Hämta = Läsa från minne = LOAD
• Lämna = Skriver till minne = STORE

• antal bitar som registret kan innehålla
• Ex. 8-bitars MAR → 256 (0-255) enskilda adresser = lite i minnesprestanda
• Ex. 32-bitars MAR → ca 4 miljarder adresser som kan pekas ut. ( GB)
• Ex. 64-bitars MAR → ca 16*10 upphöjt till 18 adresser

• Säger någonting om hur stora mängder data vi kan hämta på en och samma gång.
• Ex. 8 bitars MDR vill ta emot 16 bitar= hämta datat 2 ggr vilket inte är effektivt.
• Ju bredare MDR, ju mer data kan man hämta per gång vilket ger mindre tidsspill.

Läsa flera bytes åt gången. Man åker bredden på MDR och på Busen.

Man delar upp minnet i olika delar så att man kan komma åt flera block samtidigt. Varje block har en separat adresseringslogik.

Ett slags buffertminne. Används mellan CPU o. minne för att processorn snabbt ska få tillgång till sådant den ofta behöver. Finns placerat antingen på CPUn eller på själva moderkortet. Är ofta i formen av SDRAM. Statiskt RAM. Snabbt men dyrt.

Kan anses vara den viktigaste komponenten i en dator. Alla dataströmmar i datorn passerar moderkortet. Kretskort som binder ihop alla olika delar. Några delar är fastmonterade och andra kan man sätta dit. Ex. RAM, CPU, HDD, NIC osv osv

ett kort som sätts in i en dator för att öka dess funktionalitet

• Grafikkort, ljudkort, nätverkskort.

• Diskrensning: Tar bort onödiga filer
• Defragmentering: ordnar om filerna. Plocka bort onödiga onödiga utrymmen mellan filerna.
• Ta bort temp-filerna
• Ta bort spyware/snoopware

—-

• RISC: Reduced Instruction Set Computing
• CISC: Complexed Instruction Set Computing

• RISC: utför enkla operationen väldigt snabbt
• CISC: utför komplexa operationer, men inte så snabbt. Har varit väldigt stora och tagit mycket ström. Lätt att bli överhettade.

Idag är det en slags hybrid mellan RISC och CISC

En CPUs arbete kan beskrivas i en instruktionscykel.

• FETCH: Hämta instruktion från RAM till CPU
• EXECUTE: Utförs själva instruktionen

• PC → MAR
• MDR → IR

Ex. ADD:

• IR[adress] → MAR
• A+ MDR → A
• PC + 1 → PC

Ex STORE

• IR[adress] → MAR
• A → MDR
• PC + 1 → PC

Ex LOAD

• IR[adress] → MAR
• MDR → A
• PC + 1 → PC

Det är väsentligt att instruktionerna som utgör ett program utförs i en viss ordning. Även stegen som utgör varje instruktion , måste utföras i en viss ordning. För att kontrollera den takt i vilken instruktionerna utförs finns det en klocka ansluten till CPUn. Den skickar pulser i en jämn takt. Pulserna talar om när ett visst steg i instruktionscykeln kan utföras.

Klockfrekvens mäts i GHz = antal miljarder svängningar/sek

Klockfrekvensen tillsammans med antalet steg i datorns instruktioner säger något om hur snabbt en dator kan exekvera (utföra) ett program. 1)ett sätt att höja prestandan är genom att höja klockfrekvensen ⇒ överklockning 2)ett annat sätt är att CPUn kan utföra flera instruktioner per klockpuls.

CACHE: sparar de mest efterfrågade instruktionerna för snabbare tillgänglighet.

Tape används som backup. Långsamt. Kan ta upp till 15 min att finna rätt information.

Brytsignal – Interrupt. En signaleringsmekanism som anger för CPU att någonting har hänt. Ex tangentnedtryckning, musförflyttning, HDDn har nått rätt sektor(adress). Ett avbrottsprogram startas när avbrottssignalen signalerats och testar vad som hänt genom att kolla ett kodnummer. Kodnumret berättar vilken aktion som är relevant (och exekverar en struktion).

RITA UPP CPU PROCESSER, PRIMÄRMINNE, OSV BUFFERTUTRYMMET: Rymmer en mängd data; sektor, sida, tecken osv.

Finns nog ingen annan bransch där ett företag är så dominerande som Microsoft. Det är användarytan som avslöjar vilket OS som det är…

Uppgifter för Operativsystemet: 1)acceptera kommando från användaren ex musklick på ikoner, eller textkommandon 2)hämta program från HDDn, ladda i primärminnet, börja hämta instruktionerna och utföra dessa i CPUn 3)Hantera Interruptsignalen. READ, WRITE, osv (Växla till ett annat program/process ifall vi kör multipla program) 4)Filhantering – Operativsystemet sköter diskutrymmet 5)Nätverkskommunikation SEND, RECEIVE.

Feldetektering CRC: Cycklic Redundancy Check Datan betraktas som ett stort tal ex. 450 dividerar med ett primtal och det blir en REST över som blir en kontrolluppgift Vid inläsning sker division med samma primtal. Stämmer det inte sker omläsning (2-3 ggr) Detta sker INTE mellan primärminnet och CPUn för då är datan redan inne. Men i stort sett i alla andra fall.

Ett program innehåller instruktioner. Måste in i primärminnet för att exekveras. En process = ett program under exekvering Om flera användare kör samma program sägs dessa vara olika processer.

PROCESSER: Varje process i tur och ordning får utföra instruktioner (tillgång till CPUn) en kort stund. Efter ett kort tidskvantum då får man en brytsignal (interrupt), och någon annan process får exekvera dvs får tillgång till CPUn Endast en process exekveras åt gången om man har en CPU. En kö består av processer i väntan på CPUn. I kön måste det finnas uppgifter om var man är i exekveringsprocessen, när man återfår tillgång till CPUn. Det kan även uppstå köer vid ex. tillgång till HDDn (READ, WRITE) En uppgift för operativsystemet blir att ta hand om dessa köer.

Enklast: att ladda (hela) program i PM är att placera de i sin helhet i PM

Vanligast: Idag används virtuellt minne. Varje program delas upp i bitar (pages – som brukar delas in logiskt. 4 kb). Primärminnet delas också upp i bitar ( i samma storlek som programmets bitar som kallas för ramar.)

Vad händer när minnet är fullt? När en process behöver ytterligare sidor måste någon sida kanske kastas ut ur PM. Sidbytesalgoritm: Ex FIFO – Äldsta sidan slängs ut. Least Frequently Used: Man slänger ut den sida som används minst antal gånger. En räknare finns i sidtabellen. Trashing: Ibland händer det att det man nyss slängde ut behövs nästan omedelbart igen. Man får fenomenet trashing, och man upplever att datorn blir väldigt seeeeg.

Fil = namngiven samling data på disk. Den som skapar en fil äger den. Han/hon kan läsa, skriva, radera. Man måste explicit ge någon annan rättigheter att komma åt filen.

Access Control List Här finns uppgifter om hur användare får eller inte får använda filen. Operativsystemet sköter datalagring på disken. Skyddsmekanism dvs obehöriga får inte komma åt filen.

En adress på HDDn består av: sida;spår;sektor (I praktiken bara adressen till filens början. En sektor rymmer bara ca 640 tecken) Vissa filer läser man alltid i sin helhet. Ex. worddokument, html-sidor, excel osv = Sekventiella filer Andra filer möjliggör att man hoppa till en viss plats utifrån en identitet av något slag (varunummer, kortnummer) = Direkt Access Filer. Ex IDnr 4579  adress: 3,191, 2 Algoritm som omvandlar ett IDnr till en adress. Ex. dividera IDnr med ett primtal (som är större än antalet varor) Ex: 15 produkter primtal 17 IDnr 4579 / 17 = 269 med en rest 6 Rest 6 = platsnummer Som hjälp för att göra en sökning skapar man en indextabell. Den är liten och ryms ofta i primärminnet. Utrymme måste finnas på disken för tusentals artiklar/kunder mm.. Vi får en tabell som beskriver var varje del som hör till vår fil finns = indextabell över en fil på disk När man raderar en fil (eller hela disken) plockar operativsystemet bort alla kataloger och indextabeller över utrymmestilldelning.

• Varje dator har en adress : IP-nummer
• Varje dator har också ett namn: ex www.dn.se
• Varje paket som skickas förses med Till och Från-adress och ett sekvensnummer som anger i vilken ordning paketen ska sättas ihop när de kommer fram.

Om ett paket försvunnit på vägen görs en begäran om omsändning vid time-out. Paketen innehåller även information som gör att man kan kontrollera att datan är intakt och inte blivit korrupt. Ifall den är korrupt görs en begäran om omsändning. Optisk fiber: 40 GB/sek i nya upphandlingen för UMU

Ljusdioder, laser

Koaxialkabel: koppartråd (ex kabeltv) Manchester encoding: signalen måste byta styrka mitt i varje bit för att inte bränna ut tråden. 1. Physical layer: Kablar och annan hårdvara 2. Datalink layer: Här styckar man upp den långa signalsträng man får in i de olika paketen. I början av varje paket finns STX, dvs Start of Text. Den innehåller en serie 1:or och 0:or som återkommer en viss mängd gånger, och när datalink layer uppfattar den sekvensen av nummer så fattar den att det är början på ett paket som skickas in. 3. Network layer: Vägvalslagret. Kontrollerar Till-adress och bestämmer vart paket skall skickas. (Cisco dominerar marknaden). Vägval utförs med hjälp av tabeller, som är dynamiska dvs vars innehåll anpassas till belastningen i nätet. Paket kommer att ta olika vägar genom nätet. Paket kan komma fram i en annan ordning än de sänds. 4. Transport layer: Alla paket framme hos rätt mottagare, men kanske inte i rätt ordning. Använder sig av sekvensnumren i paketen för att sortera upp dem. Väntar på inkommande paket och efter en viss tid gör man en time-out och begär omsändning av saknade paket. På sändande sida: Delar upp, paketerar och numrerar meddelandet för leverans. Naturligtvis även Till- och Från-adress. 7. Application layer: Själva tillämpligen. Felkontroll – CRC: Pakets innehåll betraktas som ett stort binärt tal. Talet divideras med ett primtal. Resten efter divisionen utgör en felkontroll och läggs sist (efter ETX). Detta är inte 100%-igt säkert, av en slump kan två tal få samma rest. Domain Name System – DNS PROTOKOLL ex. TCP/IP. En standardiserad uppsättning format och regler om hur två parter kommunicerar. TCP görs i layer 4, och en bit av 5 IP innefattar layer 1-3 Nät som omfattar ett stort geografiskt område sägs vara globala. Sådana använder routrar. Och kallas WAN (Wide Area Network). Inom ett begränsat utrymme använder man inga routrar. Nätet sägs vara lokalt: LAN (Local Area Network. Nästan uteslutande idag används Ethernet för kabeldragning i kontor osv. CSMA/CD Innan en dator sänder, lyssnar den – om den ingenting hör – sänder den. Två stycken datorer kan sända samtidigt, men kollision kan inträffa, vilket innebär att sändningsförsöket avbryts (Collision Detection). Slumpmässigt tidskvantum går, sedan testar man sända igen.

TRÅDLÖSA NÄT A skickar en request to send RTS B skickar en clear to send CTS A skickar sin data B bekräftar med en ACK Förutsättningarna är att A inte hör varken C eller D pågrund av hinder eller avstånd.

Datamissbruk via datornät

Ursprungligen fanns ingen kryptering, vilket innebar att all data var direkt avläsbar vid routrar och liknande. Och det fanns ingen autentisering av Från- adress – Hur kan man då veta att datan är äkta och från en äkta avsändare?

Konsekvensen blir: a)det går avlyssna datatrafik b)att man kan ändra innehållet i datapaketen c)Det går lura avsändaren att lita på en ”äkta” sajt, avsändare d)Att det går upprepa en hel session ex en internetöverföring av pengar till/från bank, inom bank etc vilket kan ställa till en del problem.

Vad kan man göra?  Kryptering: 2 sätt att göra det på. 1)Symmetrisk kryptering, dvs båda parter använder SAMMA nyckel för att kryptera respektive dekryptera data. 2)Asymmetrisk kryptering, dvs man använder 2 olika nycklar (ett nyckelpar) för att kryptera och dekryptera data. En av nycklarna i nyckelparet är en s.k. Private Key och ska inte delas ut. Den andra nyckel i nyckelparet är en s.k. Public Key, och är offentlig och möjlig att ge ut till vem som än månde behöva den. PGP-kryptering är alltså ett exempel på asymmetrisk kryptering.

Http vs Https S:et innebär att man krypterar trafiken med serverns Public Key och servern dekrypterar med Private Key, för att skydda sina kontokortsuppgifter odyl. Det spelar heller ingen roll vilken av nycklarna man använder att börja med i sin kryptering – huvudsaken är att den andra nyckeln i nyckelparet används för dekrypteringen.

Brandväggar Man anger vad som får passera en brandvägg dvs från- och tilladresser. Man kan även specificera vilka portnummer som man får komma åt på en viss dator.

Svagaste länken när det gäller datasäkerhet är alltid människan. Det spelar ingen roll hur mycket som man skyddar allting digital om man inte tänker på vad som händer i det fysiska rummet. Hur hanterar man utskrifter av kritisk data, som man kanske fått enbart genom att identifiera sig via en asymmetrisk kryptering? Man glömmer att radera hårddisken på rätt sätt. Gamla backup-band slängs utan att ha blivit förstörda eller raderade. Vem har tillgång till datorn rent fysiskt? Osv osv.