Hyrje në shkencën kompjuterike - ebajrami.weebly.comebajrami.weebly.com/uploads/1/1/8/9/11890327/hshk_kap_1.pdf · Flip-flop: qark i cili prodhon ... Memoria qendrore Memorie qendrore

1

Hyrje në shkencën kompjuterike 1

Hyrje në shkencën kompjuterike

Kapitulli IRuajtja e të dhënave (gjenerata 2014/2015)

FSHMN, Departamenti i Matematikës


1.1. Bit-ët dhe ruajtja e tyre

� Informatat në kompjuterët e sotëm paraqiten si shabllona të 0 dhe 1.

� Bit (binary digit): cilado nga dy shifrat: 0 dhe 1.

� Analogjitë me jetën e përditshme(ndërprerës: i kyçur – i çkyçur, qarku: i mbyllur - i hapur, flamur: i ngritur - i lëshuar).

2


Operacionet me bit (portat dhe flip-flop-ët)


Operacionet me bit (portat dhe flip-flop-ët) - vazhdim

� Operacion bulean: operacion i cili manipulon me vlerat: e saktë/e pasaktë.

� Logjika matematike dhe analogjitë me veprimet aritmetike.

� Portë (gate): paisje e cila prodhon daljen e një operacioni bulean me bit për vlerat e dhëna të bitëve hyrës të operacionit.

3


Portat dhe flip-flop-ët, paraqitja simbolike



4



� Flip-flop: qark i cili prodhon vlerë dalëse 0 ose 1, e cila mbetet konstante derisa një impuls i përkohshëm nga një qark tjetër ta ndryshojë në vlerën tjetër.


Portat dhe flip-flop-ët (shembuj)

5





6



� Dizajnimi i qarqeve digjitale (computer engineering)

� Përdorimi i veglave abstrakte, VLSI (very large-scale integration), miliona flip-flope

� Çip (chip): pllakë (kristal i vetëm nga material gjysmëpërques, zakonisht silikon) në të cilën konstruktohen miliona kondensatorë të imët së bashku me qarqet përkatëse të tyre.


Notacion heksadecimal: shënim i shkurtër shabllonesh të bitëve

� Shembull:

� 1011 0111 1110

� B 7 E

7


1.2. Memoria qendrore

� Memorie qendrore (memoria primare): koleksion i madh qarqesh (flip-flopëve) çdonjëri nga të cilët është në gjendje ta ruajë nga një bit.

� Qelizë (cell): njësi e memories qendrore, tipikisht, e madhësisë 8 bit.

� Bajt (byte): koleksion prej 8 bitësh.


Memoria qendrore - vazhdim

� Adresë e qelizës: numër i shoqëruar secilës qelizë si emërtim unik i saj

8


Memoria qendrore – adresa memorike sipas qelizave


Memoria qendrore - vazhdim

� I tërë koleksioni i bitëve përbrenda memories qendrore të makinës është i renditur në një varg të gjatë.

� Të dhënat në memorien qendrore mund të qasen individualisht dhe të përpunohen në renditje të çfarëdoshme.

� RAM (random access memory): memorie me qasje të çfarëdoshme.

� Qarqet e rifreskuara –memoria dinamike (DRAM, SDRAM)

9


Memoria qendrore – matja e memories

Shumëfishat e bajtit:

� kilobajt (KB):

1 KB = B = 1024 B.

� megabajt (MB):

1 MB = KB = 1024 KB = B.

� gigabajt (GB):

1 GB = MB = 1024 MB = B.

102

102

102

202

302


Memoria qendrore – matja e memories

Karakteristikat e performansës së memories qendrore në kompjuterët PC të sotëm:

� Kapaciteti i memories qendrore : i rendit disa GB.

� Koha e qasjes (e leximit/shënimit të të dhënave): e rendit ns ( s).9

10−

10


1.3. Memoria periferike

� Sisteme të memories periferike (memoria sekondare): paisje memorike shtesë me të cilat furnizohen kompjuterët, e që ofrojnë ruajtje më permanente të dhënash, kapacitet më të madh ruajtjeje dhe, në shumë raste, mundësi për të zhvendosur mediumin magnetik nga kompjuteri me qëllim arkivimi.

� Këtu përfshihen disqet magnetike, CD-të, DVD-të, shiritat magnetik dhe flash disqet.


Memoria periferike - vazhdim

Sipas mënyrës së lidhjes dallojmë :

� On-line: paisja ose informata është e kyqur dhe e gatshme në dispozicion të makinës pa intervenim njeriu.

� Off-line: paisja ose informata mund të çkyqet nga makina dhe atëherë kërkohet intervenim njeriu para se makina të ketë qasje në të.

� Përparësit dhe mangësit ndaj memories qendrore

11


Memoria periferike – sistemi magnetik (disqet)



� Shteg (tracks): rreth përgjat sipërfaqes së sipërme ose të poshtme të diskut të cilin e përshkon një kokë për lexim/shënim gjatë rrotullimit të diskut.

� Sektorë: pjesë harkore të një shtegu në të cilat të dhënat regjistrohen si vargje të vazhdueshme bitësh.

� Cilindër: bashkësi shtigjesh në të cilët kanë qasje kokat për lexim/shënim secilën herë që ato ripozicionohen në mënyrë simultane (në disa raste disku përbëhet nga disa disqe të vendosura në një bosht të përbashkët).

12



� Disku i fortë i përbërë nga shumë pllaka diskore



Disa karakteristika teknologjike të sistemeve të ruajtjes në disqe:� Numri i sektorëve për shteg është konstant.� Numri i bitëve për sektor është konstant (zakonisht 512 – disa

KB).� Zona afër qendrës së diskut (përdorimi i zonave, zoned bit-

recording)

� Formatizim disku: procesi i shënimit magnetik të lokacionit të shtigjeve dhe sektorëve në sipërfaqet e diskut.

Kapaciteti i një sistemi të ruajtjes në disk:� disketë 3 1/2 inç (floppy disk): 1.44 MB;� disk i fortë (hard disk): rreth 100–500 GB.

13



Kriteret për vlerësimin e performansave të një sistemi ruajtjeje në disk:

� Koha e kërkimit (seek time): koha e nevojshme për të lëvizur kokat për lexim/shënim nga një shteg në tjetrin.

� Koha e latencës (rotation delay): gjysma e kohës së nevojshme që disku ta kryejë një rrotullim të plotë (koha mesatare e nevojshme që e dhëna e kërkuar të rrotullohet deri te koka për lexim/shënim pasi që koka të jetë pozicionuar mbi shtegun përkatës). psh. disku i fortë: 3000–4000 rrot/min; disketa: 300–400 rrot/min.

� Koha e qasjes (access time): shuma e kohës së kërkimit dhe kohës së latencës. Psh. disku i fortë: e rendit ms (10^(−3) s).

� Shpejtësia e bartjes (transfer rate): shpejtësia me të cilën të dhënat barten në disk ose nga disku. Psh. disku i fortë: e rendit MB/s; disketa: e rendit KB/s.


Memoria periferike – sistemi magnetik (shiriti magnetik)

� Përparësit dhe mangësit nga disku

14


Memoria periferike – sistemi optik (kompakt disku-CD)


Memoria periferike – sistemi optik (kompakt disku-CD)

Kapaciteti i CD:

� CD tradicionalë: 12 cm, 600–700 MB;

� DVD (Digital Versatile Disk): i rendit 10 GB.

� Teknologjia BD-s (Blu-ray Disks) - rritja pesë herë e madhësisë së DVD-së

15


Memoria periferike – flash teknologjia (flash disqet)

� Largimi i nevojës për lëvizje fizike (rasti i sistemit magnetik dhe optik).

� Bit-ët ruhen duke dërguar sinjale elektronike direkt në memorie periferike ku ata shkaktojnë që elektronet të jenë të bllokuar në dhomat të vogëla të dioksidit të silikonit.

� Pajisje offline� Nuk preferohet per fshirje dhe shkruarje te

shpeshte te shënimeve –problem nga dioksidi silikonit (mangësia nga RAM-i)


Memoria periferike – flash teknologjia

� Madhësia : e rendit dhjetëra GB

Në kuadër të flash teknologjisë edhe :

� SD cards (Secure Digital)

� SDHC dhe SDXC (madhësi e rendit TB)

16


Ruajtja dhe leximi i fajllave

� Fajl (file): njësi të mëdha të dhënash në memorien periferike.

� Rrokje fizike: blok të dhënash konform karkteristikave fizike të njësisë së memories periferike.

� Rrokje logjike: blok të dhënash konform ndarjes natyrore në bazë të informatës e cila ruhet në fajl. Shemb. Dizajnimi I tabelave në baza të të dhënave.

� Bafer (buffer): hapësirë në memorien qendrore me madhësi disa bloqesh fizike, e cila shfrytëzohet për rigrupim, të dhënat në bafer mund të referohen konform rrokjesh logjike. Shemb. Gjatë transferit të shënimeve (psh. Shtypësit).


Ruajtja dhe leximi i fajllave, rrokjet fizike dhe logjike në disk

17


1.4. Paraqitja e të dhënave si shabllona bitësh

Informatat të cilat një shfrytëzues i përpunon në kompjuter zakonisht janë në formë:

� teksti,

� të dhënash numerike,

� imazhesh,

� tingulli.

� Kodimi i këtyre llojeve të informatave kryhet përmes teknikash të posaçme.


Paraqitja e tekstit

� Informata në formë teksti paraqitet me anë të një kodi me të cilin secilit nga simbolet e ndryshme në tekst (karakter) i shoqërohet një shabllon unik bitësh.

� ASCII (American Standard Code for Information Interchange): sistem për kodim teksti i cili shfrytëzon shabllona bitësh të gjatësisë shtatë për paraqitjen e shkronjave të mëdha dhe të vogla të alfabetit anglez, shenjave të pikësimit, shifrave 0 deri 9 dhe informatave të caktuara kontrolluese (p.sh., rreshtit të ri).

� ASCII i zgjeruar: format tetë-bitësh-për-simbol i formuar duke shtuar një 0 në skajin më të rëndësishëm të secilit nga shabllonat shtatë-bitësh.

18


Paraqitja e tekstit – ASCII tabela


Paraqitja e tekstit – ASCII e zgjeruar (tabela)

19


Paraqitja e tekstit – vazhdim

� 01010100 01110101 01101110 01100111 00100001

� T u n g !

� Mesazhi „Tung!“ në ASCII

� International Organization for Standardization (ISO)

� Unicode: kod për paraqitje dokumentesh tekstuale në gjuhë të ndryshme i cili shfrytëzon shabllon unik gjashtëmbëdhjetë-bitësh për paraqitjen e çdo simboli.

� Si rezultat, Unicode konsiston nga 2^(16) = 65 536 shabllona të ndryshëm bitësh.


Paraqitja e vlerave numerike

� Ruajtja e vlerës numerike si karakterë (psh. për dy shifra=16 bit ruhen, max. 99 gjendje)

� Shembulli i rrugëmatësit të veturave të vjetra 0101 (përmirësimi nga 99 gjendje në 65535 gjendje)

� Notacion binar (sistem me bazë dy): sistem për paraqitje vlerash numerike duke shfrytëzuar vetëm shifrat 0 dhe 1 në vend të shifrave 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 dhe 9 të sistemit decimal (me bazë dhjetë).

20


Paraqitja e imazheve

� Teknikat bitmap: një imazh konsiderohet të jetë koleksion pikash, të quajtura piksel (pixel) (picture element).

� Në formën më të thjeshtë, për kodimin e një pikseli nevojitet 1 bit. Me vonë është përdorur edhe bajti (intenziteti i ngjyrës së zezë).

� Për paraqitjen e imazheve me ngjyra kodimi i një pikseli mund të bëhet, p.sh., me 3 bajt: nga një bajt për të parqitur intensitetin e secilës nga tri komponentet e ngjyrës (të kuqes, të gjelbërtës dhe të kaltrës - RGB).

� Në formatin tre-bajt-për-piksel për ruajtjen e një imazhi të përbërë nga 1024 × 1024 piksel nevojiten 3 MB.

� Për kompresimin e imazheve të tilla në madhësi më të përdorshme shfrytëzohen teknika të posaçme (GIF, JPEG, TIFF).


Paraqitja e imazheve -vazhdim

� Digital zoom dhe optical zoom.� Teknikat vektoriale: një imazh konsiderohet të jetë koleksion

vijash të drejta e lakoresh. Paraqitja bëhet me anë të përshkrimit të vijave, ndërkaq detajet e vizatimit të tyre i lehen paisjes e cila në fund do ta prodhojë imazhin.

� Teknikat vektoriale mundësojë skalimin e një imazhi në madhësi të ndryshme pa humbur nga rezolucioni i tij.

� Fonte skalabile: fontet në dispozicion në sistemet e sotme kompjuterike, të cilat janë të koduara në këtë mënyrë (p.sh., TrueType Fonts).

� PostScript: gjuhë për përshkrim të dhënash në një imazh.� Teknikat vektoriale zakonisht përdoren në sistemet për disenjim

me ndihmën e kompjuterit (CAD, comupter-aided design).

21


Paraqitja e tingullit

� Teknika sampling: maten mostra të amplitudës së valës së tingullit në intervale të rregullta dhe regjistrohet vargu i vlerave të fituara.

� Telefonia 8000 mostra/s.� CD muzikore – 44100 mostra/s, 16 bit/mostër

(për regjistrimet stereo: 32 bit/mostër).� Teknika MIDI (Musical Instrument Digital Interface): kodohen udhëzimet për prodhim muzike në sintisajzer (instrumenti, nota, kohëzgjatja), e jo vetë tingulli.


Paraqitja e tingullit - vazhdim

� Vala e tingullit e paraqitur me vargun 0, 1.5, 2.0, 1.5, 2.0, 3.0, 4.0, 3.0, 0

22


1.5. Sistemi numerik binar (krahasimi decimal-binar)


Sistemi numerik binar (binar -> decimal)

� Dekodimi i paraqitjes binare 101011

23


Sistemi numerik binar (decimal -> binar algoritmi)

� Algoritëm: Algoritmi për konvertim në sistemin binar

� Përshkrim: Gjen paraqitjen binare të një numri të plotë jonegativ.

� (1) Pjesëto vlerën me 2 dhe regjistro mbetjen.

� (2) Përderisa herësi i fituar është i ndryshëm nga 0, pjesëto herësin me 2 dhe regjistro mbetjen.

� (3) Tani (meqë është fituar herës 0), paraqitja binare e vlerës origjinale përbëhet nga mbetjet të rradhitura nga e djathta në të majtë në renditjen në të cilën janë regjistruar.


Sistemi numerik binar (decimal -> binar algoritmi)

24


Sistemi numerik binar (mbledhja binare)

� Mbledhja në sistemin dekad

� Ngashmërit ndërmjet sistemit me bazë 10 dhe 2


Sistemi numerik binar (mbledhja binare) - vazhdim

� Tabela e veprimeve

25


Sistemi numerik binar (sistemi i pikës lëvizëse – paraqitja e numrave thyesor)

� Ngjashmëritë me sistemin decimal

� Veprimet


1.6. Ruajtja e numrave në kompjuter - Numrat e plotë

� Sistemi i komplementit të dyshit dhe sistemi i tejkalimit

� Sisteme të bazuar në sistemin e numrave binar dhe vetive tjera shtesë me qëllim që të jetë më kompatibil me dizajnimin e kompjuterit

26


Ruajtja e numrave në kompjuter –Forma e komplementit të dyshit

� Forma më e përhapur sot

� Shfrytëzohet sistemi me numër tëfiksuar të bitëve (te komp. e sotit 32 bit)

� Bit i parë në anën e majtë tregon shenjën (1 për vlera negative dhe 0 per vlera jonegative)


Ruajtja e numrave në kompjuter – Forma e komplementit të dyshit

� Korospodenca ndërmjet numrave pozitiv dhe negativ

27


Ruajtja e numrave në kompjuter –Mbledhja te komplementi i dyshit

� Njëjtë si mbledhja e rëndomtë tek numrat binar, përveç që shuma duhet ti ketë po aq bit sa dy numrat që mblidhen

� Injorohet biti i “tepërt” në anën e majtë



� Zbritja kryhet përmes mbledhjes

28



� Problemi i tejkalimit gjatë mbledhjes

� Psh. Te sistemi 4 bitësh veprimet mund të kryhen në intervalin -8…7

� Psh. 5+4 japin rez. -7 ! (detektimi i gabimit)

� Ky fenomen njihet si problemi i tejkalimit (overflow)

� Në kompjuterët e sotit kjo ndodhë pas kalimit të numrit 2,147,483,647 (32 bit)

� Problemi i datës 19.09.1989 !!!


Ruajtja e numrave në kompjuter – Forma me tejkalim

� I ngjashëm me sistemin e komplementit të dyshit, zakonisht përdoret për ruajtjen e eksponentëve

29


1.7. Ruajtja e numrave në kompjuter - Numrat thyesorë

� Përdoret sistemi i pikës lëvizëse

� Sistemi i ndarjes së bitëve ndërmjet bitit të shenjës, fushës së eksponentit dhe fushës së mantisës

� P.sh. Për 8 bit, 1 bit shenja, 3 bit eksponenti dhe 4 bitët e fundit mantisa


Ruajtja e numrave në kompjuter - Numrat thyesorë

� Shemb. 01101011� 0 qenka jonegativ� .1011 mantisa fillestare� 110 fusha e eksponentit nga tabela e formës së

tejkalimit –sistemi 3 bitësh paraqet 2, (duhet të lëvizim me pikë te mantisa +2

� Përfundimisht 10.11 ~ 2 ¾� Provoni 00111100 ~ 3/8� Normalizimi i bitëve ne mantisë, (të filloj me .1)

30


1.8. Ngjeshja e të dhënave (Komprimimi i të dhënave)

� Nevoja për ruajtjen, transferin e numrit të reduktuar të të dhënave shpesh herë është e preferuar (ndonjëherë obligative).

� Një procedurë të tillë do ta quajmë komprimim i të dhënave.

� Dallojmë dy teknika të komprimimit

1. Pa humbje të shënimeve

2. Me humbje të shënimeve (shemb. Foto dhe tingulli)


Komprimimi i të dhënave -Teknikat

� Run-length encoding (pa humbje)

� Shemb. 111…000…111 gjithsej 458 bit

� 1(253), 0(118), 1(87).

� Frequency-dependent encoding (pa humbje)

� Kodi i Huffman-it

� Shemb. Në gjuhen angleze shkronjat më shumë të përsëritshme (e,t,a,i) të ruhen me më pak bit

� Dictionary encoding (indeksimi i fjaleve)

31


Komprimimi i të dhënave –Teknikat - vazhdim

� LZW enkodimi (adaptiv dictionary encoding)

� Shemb. xyx xyx xyx xyx

� xyx kodon si 121, zbrazëtirën si 3

� Krejt 121 në vazhdim e përkufizon me 4

� Përfundimisht 121343434


Komprimimi i të dhënave -Fotot

� Në pikën 1.4 vërejtëm formën e ruajtjes së .bmp fajllave

� Tjetër model i ruajtjes së fotove është teknika GIF(Graphic Interchange Format)

� Kjo formë shfrytëzon teknikën DES, maksimumi i llojit të ngjyrave që mund ti shoqërohet një pikseli është 256, fjalori (dictionary) këtu quhet paletë.

� Pra çdo piksel prezantohet me një bajt� Teknikë që shoqërohet me humbjen e shënimeve� Edhe këtu mund të përdoret teknika ADES, duke

shfrytëzuar LZW� Përdoret edhe për prezantimin e animacioneve të

thjeshta sepse mbanë edhe ngjyrën transparente

32



� Teknikë tjetër e komprimimit që është më e përhapura sot në botë është JPEG (Joint Photographic Experts Group)

� Ofron disa versione me (pa) humbje të shënimeve� Kjo teknikë përdorë një varg të hapave të dizajnuar

për të shfrytëzuar përparësitë ndaj kufizimeve të syrit të njeriut

� Shfrytëzimi i chrominanc-ës dhe luminanc-ës si dhe marrja e mesatares së katrorit 2 nga 2 piksel (pra ruajtja e 4 pixel në një vlerë)

� Pastaj vazhdohet ne bllokun 8x8 piksel …� Zakonisht kompresimi këtu zvogëlon madhësinë për

10-30 herë



� Teknika TIFF (Tagged Image File Format)

� Teknikë e orientuar më shumë nga standardi (futjen e datës, orës dhe perf. të kamerës) se sa komprimin e të dhënave

� Ruajtja e shënimeve bëhet në sistemin RGB

33


Komprimimi i të dhënave –Video dhe zëri (Tingulli)

� MPEG (Motion Picture Experts Group)� Ka disa standarde për aplikacione të

ndryshme (psh. HDTV dhe video konferenca).� Teknika e përdorur si varg i fotove sikur në

inçizimi e skenave në filma� Komprimi i këtij vargu bazohet në

komprimimin e disa figurave (I-frames) si figurë fillestare dhe në sukencat tjera regjistrohen vetëm ndryshimet nga I-frame-i

� I-frame komprimohet ngjashëm me teknikën JPEG


Komprimimi i të dhënave –Video dhe zëri (Tingulli)

� Teknika më e njohur për komprimin e zërit është MP3 (MPEG layer 3)

� Kjo teknikë përdorë mangësitë që ka veshi i njeriut (duke fshirë detajet që veshi i njeriut nuk i vëren) – maskimi i përkohshëm

� Duke shfrytëzuar keto teknika mund të arrihet në komprimim psh. 1 orë video ~ 128 MB, 400 këngë ~ afërsiht 1GB

� Qëllimi i komprimimit të videos dhe zërit është i orientuar më shumë për transfer të shënimeve nëpër rrjeta. Psh. MPEG ~ 40 Mbps, MP3 ~ 64Kbps

34


1.9. Gabimet gjatë komunikimit

� Gjatë bartjes së shënimit kompjuter-kompjuter, tokë – hënë dhe anasjelltas, problemeve tjera teknike ndodhë që bitët e bartur të mos jenë të njëjt me origjinalin

� Për të zgjidhë një problem të tillë sot përdoren disa teknika të kontrollimit


Gabimet gjatë komunikimit –Pariteti i bitëve

� Metodë e thjesht për detektimin e gabimeve duke manipuluar me numrin e bitëve 1 në bajt se a janë çift apo tekë.

� Për ta realizuar këtë duhet shtuar një bit të ri në bajt të njohur me emrin biti i paritetit

35


Gabimet gjatë komunikimit –Pariteti i bitëve

� Psh. Pariteti i bitëve tek

� Problemet me dy e më shumë bit

� Zgjidhja checkbyte duke kontrolluar në gjatësi dhe pozita të ndryshme vargun e bitëve (checksums dhe cyclic redundance checks)


Gabimet gjatë komunikimit –Përmirësimi i gabimit

� Në praktik nuk mjafton vetëm detektimi i gabimit

� Distanca e Hamming-ut, psh. D(A,B)=4, d(B,C)=3.

� d(X,Y)>=3 !

� Shemb. 010100

36


Gabimet gjatë komunikimit –Përmirësimi i gabimit

� Shemb. X=010100 shënimi me gabim� Përmirësim qenka shkronja D, sepse

d(X,D)=1� Teknikat në krijimi e Audio dhe Data CD-ve

(origjinali vs kopja)� Avancimi i kësaj teorie përmes teorisë

algjebrike të kodimit, algjebrës lineare dhe teorisë së matricave


Këtu përfundon kapitulli I

Documents

Hyrje në shkencën kompjuterike - ebajrami.weebly.comebajrami.weebly.com/uploads/1/1/8/9/11890327/hshk_kap_1.pdf · Flip-flop: qark i cili prodhon ... Memoria qendrore Memorie qendrore