itgk-kurs-2021/main.md

<link rel="stylesheet" href="./static/main.css"/>

<!-- .slide: data-background-color="#283681" -->

# ITGK Teori-kurs

<img src="./static/graphics/PVV-logo-blue.svg" width=30%/>

Note: Introduksjon

---

## <span class="red">⏺ **OBS:** Opptak</span>

Note:
PVV sin youtube-kanal

selv-introduksjon

Angående forelesningen

Planen min er å gå over de fleste temaene nevnt i pensum.

Skape "Aha!"-momenter

Kommer til å nevne en del biter som ikke nødvendigvis er viktig for pensum,
men som er viktig for å forstå innholdet.

---

## Generelt

Hva er IT

Kort Historie

---

### Folk som er viktige

<!-- TODO: Add people and pictures --> 

- Von Neumann

---

<!-- .slide: data-auto-animate -->

### Et par begreper:

<div class="columns">
  <div>

   - PC <!-- .element: data-id="pc" -->
   - Operativsystem
   - Abstraksjon
   - Transistorer
   - IC

  </div>
  <div>

   - Hardware
   - Software
   - Kernel
   - Protokoll
   - WWW/Internet
   - High level/Low level
   - bit

  </div>
</div>

Note:
Operativsystem -> Ressursallokering -> Kernel -> Grafisk brukergrensesnitt

Forklar hvordan en transistor funker

----

<!-- .slide: data-auto-animate data-transition="zoom-in" -->

<div class="columns">
  <div>

- PC <!-- .element: data-id="pc" -->

  </div>
  <div>

  </div>
</div>

----

---

<div class="columns">
  <div class="column">

| Enhet      | Størrelse         |
|------------|-------------------|
| byte       | 8 bits |
| kilobyte   | \\(10^3=1000\\) bytes |
| megabyte   | \\(10^6\\) bytes |
| gigabyte   | \\(10^9\\) bytes |
| terabyte   | \\(10^{12}\\)    |
| petabyte   | \\(10^{15}\\)    |
| exabyte    | \\(10^{18}\\)    |

  </div>
  <div class="column fragment">

| Enhet      | Størrelse         |
|------------|-------------------|
| byte       | 8 bits |
| kibibyte   | \\(2^{10} = 1024\\) bytes |
| mebibyte   | \\(2^{20}\\) bytes |
| gibibyte   | \\(2^{30}\\) bytes |
| tebibyte   | \\(2^{40}\\)    |
| pebibyte   | \\(2^{50}\\)    |
| exbibyte   | \\(2^{60}\\)    |

  </div>
</div>

---

### Datatyper

- Integer
- Character
- Float
- Array
- String

Note:

char -> ASCII 7b, Extended ASCII 8b, UTF-8

Finnes flere, men disse

Objekter

----

### ASCII, UNICODE, UTF-8

---

<!-- .slide: center=false -->

### Tallsystemer

<div class="num-systems">

  <div class="fragment" data-fragment-index="0">
    <span class="num-system-title">10:</span>
    <span class="num-span-red">
      <span>0</span>,
      <span>1</span>,
      <span>2</span>,
      <span>3</span>,
      <span>4</span>,
      <span>5</span>,
      <span>6</span>,
      <span>7</span>,
      <span>8</span>,
      <span>9</span>,
    </span>
    <span class="num-span-blue">
      <span>10</span>,
      <span>11</span>,
      <span>12</span>, ...,
      <span>19</span>,
      <span>20</span>,
      <span>21</span>, ...,
      <span>99</span>,
    </span>
    <span class="num-span-green">
      <span>100</span>,
      <span>101</span>, ...
    </span>
  </div>

  <div class="fragment" data-fragment-index="1">
    <span class="num-system-title">2:</span>
    <span class="num-span-red">
      <span>0</span>,
      <span>1</span>,
    </span>
    <span class="num-span-blue">
      <span>10</span>,
      <span>11</span>,
    </span>
    <span class="num-span-green">
      <span>100</span>,
      <span>101</span>,
      <span>110</span>,
      <span>111</span>,
    </span>
    <span class="num-span-orange">
      <span>1000</span>,
      <span>1001</span>,
      <span>1010</span>,
      <span>1011</span>, ...
    </span>
  </div>

  <div class="fragment" data-fragment-index="2">
    <span class="num-system-title">16:</span>
    <span class="num-span-red">
      <span>0</span>,
      <span>1</span>,
      <span>2</span>,
      <span>3</span>,
      <span>4</span>,
      <span>5</span>,
      <span>6</span>,
      <span>7</span>,
      <span>8</span>,
      <span>9</span>,
      <span>A</span>,
      <span>B</span>,
      <span>C</span>,
      <span>D</span>,
      <span>E</span>,
      <span>F</span>,
    </span>
    <span class="num-span-blue">
      <span>10</span>,
      <span>11</span>,
      <span>12</span>, ...,
      <span>1E</span>,
      <span>1F</span>,
      <span>20</span>, ...,
      <span>FE</span>,
      <span>FF</span>,
    </span>
    <span class="num-span-green">
      <span>100</span>, ...
    </span>
  </div>

  <div class="fragment" data-fragment-index="3">
    <span class="num-system-title">8:</span>
    <span class="num-span-red">
      <span>0</span>,
      <span>1</span>,
      <span>2</span>,
      <span>3</span>,
      <span>4</span>,
      <span>5</span>,
      <span>6</span>,
      <span>7</span>,
    </span>
    <span class="num-span-blue">
      <span>10</span>,
      <span>11</span>,
      <span>12</span>, ...,
      <span>76</span>,
      <span>77</span>,
    </span>
    <span class="num-span-green">
      <span>100</span>, ...
    </span>
  </div>
</div>

Note:

Forventet å kunne octal, binær, heksadesimal

går tom for siffer

delbarhet

hexadesimal i 4 binær chunks om gangen
octal i 3 binær chunks om gangen
revers

lurt å trene på

brukt ca. 20 min

----

### Eksempel: 1110010111011011

<!-- TODO: Add labels to conversion fields (8 and 16) -->

<img src="./static/graphics/digit-conversion.svg" width="70%"/>

---

### Negative tall

- Signed magnitude
- Two's compliment

Note:
Signed magnitude

bruker første biten

0000 = 1000
kaster bort en plass

Løsning: Twos complement:

0001 = 1
0000 = 0
1111 = -1

1000 = MIN_INT

Algoritme:
 - finn ut hva minste negative tall er
 - ta resten av bitsene, og konverter til desimal
 - regn ut offsett

---

### Flyttall - IEEE 754

```
>>> 0.1 + 0.2
0.30000000000000004
```

<img src="./static/graphics/floating-point-structure.svg" width=80%/> <!-- .element: class="fragment" data-fragment-index="1" -->

\\[ (+,\ \ 4,\ \ 1949284) = +1.949284 \cdot 10^4 = 19492.84  \\] <!-- .element: class="fragment" data-fragment-index="2" -->

Note:

Matematisk tilnærming

Signed bit, exponent - 2^?, signifikant?

består av 3 biter, kan gi rare utregninger iblant

Opphøyd i 10, men i virkeligheten opphøyd i 2

Ikke veldig viktig, men kan være oppklarende.

---

# Hardware

<!-- TODO: add toc -->

- Hovedkort
- CPU
- Minne

---

# Datamaskin

Note:

Består av mange forskjellige biter.
datamaskin er bare et begrep vi bruker.
Kan gå galt på veldig mange lag i prosessen.
Moores law, antall transistorer i en IC dobles hver 2. år.

---

## Hovedkort (Motherboard)

<img src="./static/graphics/motherboard2.png" width="50%"/>

Note:

Limet som fester alle de andre bitene sammen.
Inneholder litt logikk for konfigurasjon av alle bitene, men lite ellers.

---

## CPU

<img src="./static/graphics/cpu.png" width=40%/>
<img src="./static/graphics/processor.gif" width=40%/>

Note:

Viktigste biten. Gjør alle beregningene.
Består av 3 biter, kontrollenhet, minneenhet, ALU
Kjører raskt, gHz
Har et visst sett med ting den kan gjøre, kalt et instruksjonssett.
Setter du disse på rad, så har du et program.

----

### Fetch-Decode-Execute Cycle

<table style="font-size: 0.8em;" width="80%">
  <tr>
    <td>
      <div class="fde-table-item bak-blue">FETCH</div>
    </td>
    <td>
      <ul>
        <li>Henter neste instruksjon</li>
      </ul>
    </td>
  </tr>
  <tr class="fragment" data-fragment-index="1">
    <td>
      <div class="fde-table-item bak-yellow">DECODE</div>
    </td>
    <td>
      <ul>
        <li>Dekoder instruksjonen</li>
      </ul>
    </td>
  </tr>
  <tr class="fragment" data-fragment-index="2">
    <td>
      <div class="fde-table-item bak-red">EXECUTE</div>
    </td>
    <td>
      <ul>
        <li>Henter verdier fra minnet</li>
        <li>Utfører instruksjonen</li>
        <li>Skriver svaret tilbake i minnet</li>
      </ul>
    </td>
  </tr>
</table>

<div class="fragment" data-fragment-index="3" style="padding: 0 20%; font-size: 1.5em">

```python
>>> x += y
```

</div>

----

### Pipelining

<div class="fde-grid">
  <span class="fde-item bak-blue">FE</span>
  <span data-fragment-index="1" class="fragment bak-yellow">DE</span>
  <span data-fragment-index="3" class="fragment bak-red">EX</span>
  <span data-fragment-index="2" class="fragment fde-r2 fde-c2 bak-blue">FE</span>
  <span data-fragment-index="4" class="fragment fde-r2 fde-c3 bak-yellow">DE</span>
  <span data-fragment-index="6" class="fragment fde-r2 fde-c4 bak-red">EX</span>
  <span data-fragment-index="5" class="fragment fde-r3 fde-c3 bak-blue">FE</span>
  <span data-fragment-index="6" class="fragment fde-r3 fde-c4 bak-yellow">DE</span>
  <span data-fragment-index="6" class="fragment fde-r3 fde-c5 bak-red">EX</span>
  <span data-fragment-index="6" class="fragment fde-r4 fde-c4 bak-blue">FE</span>
  <span data-fragment-index="6" class="fragment fde-r4 fde-c5 bak-yellow">DE</span>
  <span data-fragment-index="6" class="fragment fde-r4 fde-c6 bak-red">EX</span>
  <span data-fragment-index="6" class="fragment fde-r5 fde-c5 bak-blue">FE</span>
  <span data-fragment-index="6" class="fragment fde-r5 fde-c6 bak-yellow">DE</span>
  <span data-fragment-index="6" class="fragment fde-r5 fde-c7 bak-red">EX</span>
  <span data-fragment-index="6" class="fragment fde-r6 fde-c6 bak-blue">FE</span>
  <span data-fragment-index="6" class="fragment fde-r6 fde-c7 bak-yellow">DE</span>
  <span data-fragment-index="6" class="fragment fde-r6 fde-c8 bak-red">EX</span>
</div>



Note:
*5 steg* hver gang den skal kjøre en instruksjon

PC - program counter
Branching - hopp til andre steder/loop
Kjører en instruksjon for hver klokkesykel, men gjør flere steg samtidig. Verdt å merke seg.

---

## Minne

<div class="columns" style="font-size: 0.6em;">
  <div>
    <h3>Primary</h3>

- Volatile
- Random Access

<img src="./static/graphics/ram.png" width=80% />

  </div>
  <div>
    <h3>Secondary</h3>

- Nonvolatile
- Sequential Access?

<img src="./static/graphics/storage_combined.svg" width=60% />

  </div>
</div>

Note:

Primær - RAM
tilfeldig access - kan nå hvor som helst øyeblikkelig
volatilt - uten strøm så forsvinner dataen.

Sekundær - Harddisk
Tregt - cd som spinner
Sekvensiell aksess - Må lete for å lese på riktig sted.
ikke volatilt - holder på data uten strøm
SSD - Nesten random access, ligner på ram, men er ikke volatil
CD, DVD, Ekstern harddisk, USB, osv.

---

# Digital Representasjon

---

## Analog/Digital



<div class="columns">
  <div>

<img src="./static/graphics/sound-points-white.svg" width=100%/>

  </div>
  <div class="column">

- ADC - inn på computeren
- DAC - ut fra computeren

  </div>
</div>

Note:

Analog kan du måle bortimot så nøyaktig du vil
Digital har et visst sett med 0 og 1


---

## Piksler

<div class="columns">
  <div class="column">
    <img src="./static/graphics/subpixel.svg" width=30%/>
  </div>
  <div class="column">
    <img src="./static/graphics/e.jpg" width=100%/>
  </div>
</div>

Note:

Piksler er en måte å representere bilder
En piksel er en liten bit av bildet, med en farge.
Ofte tilsvarer 1 piksel 1 LED på skjermen
Den fargen er representert som en sammensetning av 3 farger
Pleier ofte å være RGB

----

<h3>
  <span class="rgb-red">R</div><span class="rgb-gre">G</div><span class="rgb-blu">B</div>
  <span style="width: 10%; display: inline-block;"/>
  <img style="vertical-align:middle;" src="./static/graphics/subpixel.svg" width=40%/>
</h3>

Hver verdi er mellom 0 og 255

Kan derfor representeres som et hexadecimal med 6 tegn

<div class="replacable-fragment" style="font-size: 0.8em;">
  <div class="fragment fade-out" data-fragment-index="1">

| Farge                                | <span class="rgb-red">Rød</span> | <span class="rgb-gre">Grønn</span> | <span class="rgb-blu">Blå</span> |
|--------------------------------------|---------------|---------------|---------------|
| <span class="rgb-pvv">#283681</span> | 28\\(_{16}\\) | 36\\(_{16}\\) | 81\\(_{16}\\) |
| <span class="rgb-red">#FF0000</span> | FF\\(_{16}\\) | 00\\(_{16}\\) | 00\\(_{16}\\) |
| <span class="rgb-cof">#C0FFEE</span> | C0\\(_{16}\\) | FF\\(_{16}\\) | EE\\(_{16}\\) |
| <span class="rgb-whi">#FFFFFF</span> | FF\\(_{16}\\) | FF\\(_{16}\\) | FF\\(_{16}\\) |
| <span class="rgb-bla">#000000</span> | 00\\(_{16}\\) | 00\\(_{16}\\) | 00\\(_{16}\\) |

  </div>
  <div class="fragment fade-in" data-fragment-index="1">

| Farge                                | <span class="rgb-red">Rød</span> | <span class="rgb-gre">Grønn</span> | <span class="rgb-blu">Blå</span> |
|--------------------------------------|----------------|----------------|----------------|
| <span class="rgb-pvv">#283681</span> | \\(40_{10}\\)  | \\(54_{10}\\)  | \\(129_{10}\\) |
| <span class="rgb-red">#FF0000</span> | \\(255_{10}\\) | \\(0_{10}\\)   | \\(0_{10}\\)   |
| <span class="rgb-cof">#C0FFEE</span> | \\(192_{10}\\) | \\(255_{10}\\) | \\(238_{10}\\) |
| <span class="rgb-whi">#FFFFFF</span> | \\(255_{10}\\) | \\(255_{10}\\) | \\(255_{10}\\) |
| <span class="rgb-bla">#000000</span> | \\(0_{10}\\)   | \\(0_{10}\\)   | \\(0_{10}\\)   |

  </div>
</div>

Note:

Regn ut 1920x1080 x 24 bits

---

## Lyd

<div class="columns">
  <div class="column">

<img src="./static/graphics/sound-points-white.svg" width=100%/>

  </div>
  <div class="column">

- Bør være dobbelt så ofte som høyeste frekvensen
- Bitdybde (16 bit er standard)

  </div>
</div>

\\[ 16\ bits \cdot 44100\ Hz \cdot (3 \cdot 60)s \cdot 2\ kanaler  \\] 

Note:

tegn en bølge på tavlen, og vis frekvensen

---

## Encoding og Komprimering

 - "Hvordan tolke dataen" 
 - Lossless vs lossy

Note:

 Alt er 1 og 0, men det kan tolkes på forskjellige måter.

 Grunnen til at de ofte diskuteres sammen

----

### Eksempel på komprimering

\\[ AAAAAAABBBBAAAAABB \\]

\\[ A6B4A5B2 \\]  <!-- .element: class="fragment" data-fragment-index="1" -->

Note:

Rart for tekst, men gir mening for bilder -> Runlength encoding

----

### Eksempel på lossy komprimering

Dette er en eksempelsetning.

Dte e en eksmplstnig <!-- .element: class="fragment" data-fragment-index="1" -->

Note:
ikke vanlig for tekst, men akseptabelt for video/lyd/bilde
Gjøres ofte på tjenester som messenger.

---

# Algoritmer

Note:
Beskriver stegvis og nøyaktig hvordan man løser et problem
Uten tolkning
Pseudokode

----

(Eksempel på pseudokode)

---

## Kompleksitet

<table width="100%">
<tr>
<td>

\\[ \mathcal{O}(1) \\]

</td>
<td>

```python
def f(lst):
  print('Hi!')
```

</td>
</tr>
<tr>
<td>

\\[ \mathcal{O}(n) \\]

</td>
<td>

```python
def f(lst):
  for item in lst:
    print(item)
```

</td>
</tr>
<tr>
<td>

\\[ \mathcal{O}(n^2) \\]

</td>
<td>

```python
def f(lst):
  for item in lst:
    for itemOnceMore in lst:
      print(item, itemOnceMore)
```

</td>
</tr>
</table>

Note:
brukes mer om dere skal programmere mye

----

Sorteringsalgortimer:

- Bubble sort: \\(\mathcal{O}(n^2)\\)
- Merge sort : \\(\mathcal{O}(n\ log\ n)\\)

---

# Nettverk

---

## Internett

- Hva er det

----

### Historie

- ARPAnet

Note:
Sponset av Dep. of defense, USA
Kjellermaskiner, matte
Ble ikke brukt aktivt hele tiden
Overføre instruksjoner
Maksimal utnyttelse
Flere universiteter koblet seg på
Ikke veldig planlagt

---

### 5 lags modellen

<div class="columns">
  <div>
    <img src="./static/graphics/network-layers/network-stack.svg" width=40%/>
  </div>
  <div class="r-stack">
    <img src="./static/graphics/network-layers/5/packet.svg" class="fragment fade-out" data-fragment-index="0" width=20%/>
    <img src="./static/graphics/network-layers/4/packet.svg" class="fragment current-visible" data-fragment-index="0" width=30%/>
    <img src="./static/graphics/network-layers/3/packet.svg" class="fragment current-visible" data-fragment-index="1" width=40%/>
    <img src="./static/graphics/network-layers/2/packet.svg" class="fragment current-visible" data-fragment-index="2" width=50%/>
    <img src="./static/graphics/network-layers/1/packet.svg" class="fragment current-visible" data-fragment-index="3" width=60%/>
  </div>
</div>

Note:
pakker
pakket inn i hverandre
Skal se litt på hva punktumene faktisk er

----

<img src="./static/graphics/network-layers/1/title.svg" width="20%"/>

<br>

<img src="./static/graphics/network-layers/1/computer-diagram.svg"/>

Note:
Medium for kommunikasjon mellom 2 eller flere endrepunkter

----

<div class="columns">
  <div>
    <img src="./static/graphics/network-layers/2/title.svg" width="40%"/>
  </div>
  <div>
    <img src="./static/graphics/network-layers/1/computer-diagram.svg" class="prev-netdiagram" width="30%"/>
  </div>
</div>

<br>

<img src="./static/graphics/network-layers/2/computer-diagram.svg"/>

Note:
Etablert: Kommunikasjonsmedium

Stabil overføring, og kontakt med andre ender

----

<div class="columns">
  <div>
    <img src="./static/graphics/network-layers/3/title.svg" width="40%"/>
  </div>
  <div>
    <img src="./static/graphics/network-layers/2/computer-diagram.svg" class="prev-netdiagram" width="30%"/>
  </div>
</div>

<br>

<img src="./static/graphics/network-layers/3/computer-diagram.svg"/>

Note:
Etablert: Flere computere er koblet sammen

Kommunikasjon gjennom flere computere.

Oppfører seg litt som postkontorer

Hop count

----

<div class="columns">
  <div>
    <img src="./static/graphics/network-layers/4/title.svg" width="40%"/>
  </div>
  <div>
    <img src="./static/graphics/network-layers/3/computer-diagram.svg" class="prev-netdiagram" width="30%"/>
  </div>
</div>

<br>

<img src="./static/graphics/network-layers/4/computer-diagram.svg" width="60%"/>

Note:
Etablert: Link over mange computere.

Stabil og sikker kommunikasjon til tross for forsvunnede pakker,

TODO: move hop count from Transport layer to network layer

----

<div class="columns">
  <div>
    <img src="./static/graphics/network-layers/5/title.svg" width="40%"/>
  </div>
  <div>
    <img src="./static/graphics/network-layers/4/computer-diagram.svg" class="prev-netdiagram" width="40%"/>
  </div>
</div>

<br>

<img src="./static/graphics/network-layers/5/computer-diagram.svg" width="55%"/>

Note:
Etablert: Stabil og sikker kommunikasjon.

Applikasjonsspesifikk data.

---

### MAC-Addresse

`B6-4B-8F-B4-05-E5`

<!-- TODO: Fix -->
<img class="right-corner-logo" src="./static/graphics/network-layers/2/title.svg">

---

# IP


### IPv4

`ddd.ddd.ddd.ddd`
`(bbbbbbbb.bbbbbbbb.bbbbbbbb.bbbbbbbb)`

### IPv6

`xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx`


Note:

Navn på pcene



----

### Submaske

`255.255.255.128`

`(11111111.11111111.11111111.10000000)`

`192.168.0.128`<span class="red">`/25`</span>

Note:

Den siste er ikke veldig nyttig, men om man skal sette opp ruter

----

NAT

---

### DNS

NTNU: <a href="https://129.241.160.102/">129.241.160.102</a>

---

TCP

----

UDP

---

VPN

---

# Programvareutvikling








---

Note:

Løs tidligere eksamener

Crash course