Πληροφορική Ι (Θεωρία)

Transcript

1 Πληροφορική Ι (Θεωρία) ρ Α Εξάμηνο Διδασκαλία: Δευτέρα 16:00-18:00 (Αίθουσα 303) Επίπεδο μαθήματος: Υποχρεωτικό Τμήμα Βιομηχανικού Σχεδιασμού

2 Σκοπός του μαθήματος «ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ Ι» Απόκτηση από τους σπουδαστές βασικών γνώσεων στην χρήση Η/Υ για: Να αντιλαμβάνονται Να αξιολογούν Να χρησιμοποιούν αποδοτικά τις δυνατότητες που τους προσφέρει η πληροφορική. Σιώζιος Κων/νος Πληροφορική Ι 2

3 Αντικείμενο του μαθήματος Υπολογιστικά συστήματα Βασικές έννοιες Ιστορική εξέλιξη Παράσταση και επεξεργασία πληροφοριών Αριθμητικά συστήματα Παράσταση αριθμών Μέθοδοι συμπίεσης δεδομένων Ψηφιακή παράσταση ήχου και εικόνας 3

4 Αντικείμενο του μαθήματος (συνέχεια) χ Αρχιτεκτονική τονι ηλεκτρονικών υπολογιστώνογιστών Περιφερειακές μονάδες Λογισμικό, Αλγόριθμοι, Προγραμματισμός Η/Υ Αρχεία και Βάσεις Δεδομένων Επικοινωνία Ανθρώπου-Μηχανής Πολυμέσα ουμέσα Δίκτυα, τηλεπικοινωνίες και διαδίκτυο (Internet) 4

5 Αποτέλεσμα έλλειψης βασικών γνώσεων 5

6 Εξέλιξη των Υπολογιστών 6

7 Μηχανή Turing g( (1936) Η απλούστερη και πιο διαδεδομένη προσέγγιση για υπολογιστική μηχανή. Αποτελείται από: Μια ταινία χαρτιού Μια κεφαλή ανάγνωσης/εγγραφής Μια μονάδα ελέγχου Για να προγραμματιστεί η μηχανή, γράφουμε την περιγραφή για τη μονάδα ελέγχου 7

8 Ιστορία της Πληροφορικής ρ Έχει αναπτυχθεί με την πάροδο του χρόνου Καθώς έχει ιστορική στενή σχέση με την αρχιτεκτονική των υπολογιστών στους οποίους εκτελούνται,, θα κοιτάξουμε τις διαδοχικές ςγενιές υπολογιστών Η συσχέτιση μεταξύ της εξέλιξης ξ της πληροφορικής με τις «γενιές των υπολογιστών»: Είναι άκομψη, αλλά μας προσφέρει γνώσεις που αλλιώς δε θα αντλούσαμε. 8

9 Ιστορικά στοιχεία για τους υπολογιστές Πρώτη γενιά: λυχνίες, διάτρητες κάρτες Δεύτερη ερη γενιά: τρανζίστορ Τρίτη γενιά: ολοκληρωμένα κυκλώματα, πολυπρογραμματισμός Τέταρτη γενιά: 1980 σήμερα προσωπικοί υπολογιστές και σταθμοί εργασίας (δικτυακά και κατανεμημένα λειτουργικά συστήματα) ) 9

10 1 η Γενεά ( ) υπολογιστών Λειτουργία βασισμένη στις λυχνίες κενού και χρήση καρτών καλωδιακών συνδέσεων Καταλάμβαναν μεγάλες φυσικές διαστάσεις Ήταν πολύ πιο αργές ακόμη και από τους φθηνότερους σημερινούς προσωπικούς υπολογιστές. Μια μικρή ομάδα ανθρώπων σχεδίαζε, κατασκεύαζε, προγραμμάτιζε, λειτουργούσε και συντηρούσε κάθε μηχανή. 10

11 1 η Γενεά ( ) υπολογιστών Ο προγραμματισμός γινόταν σε απόλυτη γλώσσα μηχανής Συχνά καλωδιώνοντας τις κάρτες καλωδιακών συνδέσεων για να ελέγξουν τις βασικές λειτουργίες της μηχανής. Τα λειτουργικά συστήματα ήταν ανύπαρκτα. Στις αρχές της δεκαετίας του 50, άρχισαν να χρησιμοποιούνται οι διάτρητες κάρτες 11

12 Ιστορικά στοιχεία για τους υπολογιστές ENIAC έτος ,000 λυχνίες 300 τόνους 170 KWatt 12

13 2 η Γενεά ( ) υπολογιστών Λειτουργία βασισμένη στους κρυσταλλοτριόδους (transistors) και στα Συστήματα Μαζικής Επεξεργασίας Οι υπολογιστές έγιναν αρκετά αξιόπιστοι Σαφή διάκριση καθηκόντων μεταξύ σχεδιαστών, κατασκευαστών, χειριστών, προγραμματιστών και προσωπικού υποστήριξης. Μόνο μεγάλες επιχειρήσεις, κυβερνητικές υπηρεσίες ή πανεπιστήμια μπορούσαν να δαπανήσουν εκατομμύρια $ για την απόκτηση τους. 13

14 2 η Γενεά ( ) υπολογιστών Για την εκτέλεση μιας εργασίας, ο προγραμματιστής έπρεπε να γράψει πρώτα το πρόγραμμα σε χαρτί (FORTRAN) και ακολούθως να το διατρήσει σε κάρτες. Στη συνέχεια αυτές παραδιδόταν σε έναν από τους χειριστές. Το Σύστημα Μαζικής Επεξεργασίας επέτρεπε ένα σύνολο από ενέργειες (υποπρογράμματα) να εκτελούνται διαδοχικά Η χρήση των υπολογιστών αυτών επικεντρώθηκε σε επιστημονικούς και τεχνικούς υπολογισμούς Λύσεις διαφορικών εξισώσεων 14

15 3 η Γενεά ( ) υπολογιστών Λειτουργία βασισμένη στα ολοκληρωμένα κυκλώματα (IC) και στον Πολυπρογραμματισμό Εμφάνιση λογισμικά συμβατών υπολογιστικών συστημάτων από την IBM Διέφερε φρ στην τιμή και απόδοση (μέγιστη γ ημήμη, μνήμη, ταχύτητα επεξεργαστή, αριθμό συσκευών εισόδου/εξόδου, κτλ). Από τη στιγμή που όλες είχαν την ίδια αρχιτεκτονική και σύνολο εντολών, ένα πρόγραμμα που γραφόταν για μια από αυτές θα μπορούσε να εκτελεστεί σε οποιαδήποτε άλλη. Η χρήση IC πρόσφερε ένα κύριο πλεονέκτημα τιμής/απόδοσης σε σχέση με τις μηχανές 2 ης γενιάς 15

16 3 η Γενεά ( ) υπολογιστών Η μεγάλη δύναμη πίσω από την ιδέα για «μια οικογένεια» ήταν ταυτόχρονα και η μεγαλύτερη αδυναμία της. Το λογισμικό (και κατά συνέπεια το λειτουργικό σύστημα) ) έπρεπε να διαχειρίζεται τόσο τα μικρά συστήματα, όσο και τα πολύ μεγάλα. Αποτέλεσμα ήταν ένα λειτουργικό πολύ μεγάλων διαστάσεων πολλούς προγραμματιστές πολλά λάθη μεγάλο αριθμό διορθώσεων Κάθε έκδοση ενώ αντιμετώπιζε έναν αριθμό σφαλμάτων, εισήγαγε καινούργια το σύνολο των λαθών παρέμενε σταθερό 16

17 3 η Γενεά ( ) υπολογιστών Κάνανε αρκετά δημοφιλείς αρκετές από τις τεχνικές που απουσίαζαν από τα λειτουργικά συστήματα 2 ης γενεάς Σημαντικότερη ο πολυπρογραμματισμός Βελτίωση μέχρι και 90% του χρόνου εκτέλεσης των προγραμμάτων Ετεροχρονισμός (spooling) Καταμερισμός του χρόνου 17

18 4 η Γενεά ( ) υπολογιστών Προσωπικοί υπολογιστές βασιζόμενοι στην τεχνολογία LSI (Large Scale Integration) Έχει μειωθεί σημαντικά το κόστος τους Ανάπτυξη βιομηχανικού λογισμικού για προσωπικούς υπολογιστές (PC) Το λογισμικό είναι φιλικό προς το χρήστη Απευθύνεται σε χρήστες που δεν έχουν ιδιαίτερες γνώσεις από υπολογιστές 2 λειτουργικά έχουν κυριαρχήσει: MS DOS: χρησιμοποιείται ευρέως στον IBM PC (με επεξεργαστές ξργ 8088, 80286, 80386, 80486) UNIX: κυριαρχεί στους σταθμούς εργασίας που βασίζονται σε επεξεργαστές RISC 18

19 4 η Γενεά ( ) υπολογιστών Άρχισε η ανάπτυξη των δικτύων προσωπικών υπολογιστών Υποστηρίζονται από: Λειτουργικά συστήματα δικτύων Οι χρήστες είναι ενήμεροι για την ύπαρξη πολλών υπολογιστών Κάθε μηχανή τρέχει το δικό της τοπικό λειτουργικό σύστημα Κατανεμημένα λειτουργικά συστήματα Εμφανίζεται στους χρήστες ως ένα παραδοσιακό σύστημα ενός επεξεργαστή ξργ Οι χρήστες δεν ενδιαφέρονται για το που βρίσκονται ή εκτελούνται τα προγράμματα τους. 19

20 Ιστορικά στοιχεία για τους υπολογιστές Οι υπολογιστές του μέλλοντος μπορεί να ζυγίζουν λιγότερο από 1,5 τόνο, γνωστοί μηχανικοί (1949) Νομίζω ότι υπάρχει μια παγκόσμια ζήτηση στην αγορά για περίπου πέντε υπολογιστές, T. Watson, γενικός διευθυντής της IBM (1943) Δεν υπάρχει κανένας ιδιαίτερος λόγος για να θέλει κάποιος έναν υπολογιστή στο σπίτι του, KOl K. Oslon, πρόεδρος όδ της DEC (1974) 640Κbyte μνήμης είναι αρκετά για όλους, B. Gates, πρόεδρος της Microsoft (1981) 20

21 21

22 22

23 23

24 24

25 25

26 26

27 27

28 28

29 29

30 30

31 31

32 32

33 Εξέλιξη ξητης τεχνολογίας 2x transistors/chip κάθε 1.5 χρόνο Νόμος του Moore (1965) Gordon Moore (co-founder of Intel) 33

34 Εξέλιξη ξητης τεχνολογίας 2015 Ολοκληρωμένο κύκλωμα 1967 Τρανζίστορ 1959 DNA υπολογιστής Αποθηκευμένο πρόγραμμα 1946 Καθοδικός σωλήνας 1944 Οπτικός υπολογιστής 2000 Ηλεκτρομηχανική 1930 Μηχανική

35 35

36 Κατηγορίες Υπολογιστών 36

37 Κατηγορίες Υπολογιστών Συμβατός με τον IBM PC Επιτραπέζιος υπολογιστής (Desktop) Φορητός μικροϋπολογιστής (Laptop) Φορητός υπολογιστής (Portable) Υπολογιστής «βιβλίο» (Tablet) Προσωπικός ψηφιακός βοηθός (PDA) «Φορητές» συσκευές (Wearable) 37

38 Συμβατός με τον IBM PC Αποτελούν τη πλειονότητα των μικροϋπολογιστών Χρησιμοποιούν επεξεργαστές βασισμένους στην αρχιτεκτονική x86 της εταιρίας Intel Ξεκίνησαν να εμφανίζονται από τις αρχές της δεκαετίας του 1990 Στις μέρες μας, ο όρος «συμβατό» σημαίνει πως είναι ικανός να τρέχει την τωρινή έκδοση του Λειτουργικού Συστήματος Microsoft Windows Οι αρχικοί «κλόνοι» των IBM PC δημιουργήθηκαν με τη συγκατάβαση της εταιρείας ΙΒΜ Οι εταιρείας που άρχισαν να «κλωνοποιούν» τα IBM PC, πλήρωναν χρήματα στην IBM ώστε να μπορούν να χρησιμοποιούν τις πατέντες της. 38

39 Επιτραπέζιος υπολογιστής (Desktop) Αποτελεί έναν προσωπικό υπολογιστή για χρήση στο σπίτι ή στο γραφείο Αποτελεί το πιο διαδεδομένο είδος υπολογιστών Τα δομικά στοιχεία τους μπορούν εύκολα και οικονομικά να αντικατασταθούν ή να αναβαθμιστούν Χρησιμοποιούνται για να εκτελούν: Εργασίες γραφείου Παιχνίδια Κτλ 39

40 Φορητός μικροϋπολογιστής (Laptop) p) Το βάρος τους κυμαίνετε μεταξύ 1-3 Kgr (ανάλογα με τα υλικά) Ο όρος laptop (1983) εμφανίστηκε πριν τον όρο notebook (1989) Ενσωματώνουν όλα τα απαραίτητα στοιχεία για αποδοτική εργασία Είναι βελτιστοποιημένα για φορητότητα και κατανάλωση ισχύος Η λόγος επιδώσεις/κόστος είναι μικρότερος συγκρινόμενος με τον αντίστοιχο για επιτραπέζιους υπολογιστές Τυπικό μέγεθος είναι αυτό του Α4 Διαθέτει ενσωματωμένο UPS (μπαταρία) 40

41 Φορητός υπολογιστής (Portable) Έχει σχεδιαστεί για να μπορεί να μεταφέρεται με ευχέρεια Ανήκουν στην κατηγορία των μικροϋπολογιστών Οι αρχικοί φορητοί υπολογιστές ήταν ογκωδέστατοι Είχαν CRT οθόνη 41

42 Υπολογιστής «βιβλίο» ββ (Tablet) Είναι παρόμοιο με τον φορητό μικροϋπολογιστή Οι διαφοροποιήσεις συνοπτικά είναι: Διαθέτει οθόνη αφής Δεν διαθέτει πληκτρολόγιο και ποντίκι 42

43 Προσωπικός ψηφιακός βοηθός (PDA) Είναι συσκευή χειρός Διαθέτουν οθόνη αφής Πρωτοσχεδιάστηκαν ως ηλεκτρονικές ατζέντες Με το πέρασμα των χρόνων αποκτήσαν ικανοποιητικές δυνατότητες Μερικές από τις βασικές τους λειτουργίες είναι: Υπολογισμοί Ημερολόγιο Παιχνίδια Εργασίες γραφείου Διαδίκτυο Ταινίες/φωτογραφίες/τραγούδια 43

44 «Φορητές» ς συσκευές (Wearable) Είναι υπολογιστές οι οποίοι «φοριούνται» Είναι ιδιαίτερα χρήσιμες σε εφαρμογές που απαιτούν υπολογιστική υποστήριξη, ενώ ο χρήστης πρέπει να αλληλεπιδρά με το περιβάλλον Υπάρχει δυνατότητα πολύδιεργασιών: Δεν απαιτείται να σταματήσει η εργασία του χρήστη για να λειτουργήσει τη συσκευή Η συσκευή λειτουργεί ως προέκταση του χρήστη Η συσκευές αυτές λειτουργούν συνεχόμενα Διαρκής αλληλεπίδραση με το χρήστη Δεν απαιτείται το άνοιγμα/κλείσιμο της συσκευής Μερικές από τις εφαρμογές τους είναι: Μοντελοποίηση Συστήματα υγείας Στρατιωτικές εφαρμογές 44

45 Αγοράζω Notebook όταν: Βρίσκομαι πολύ συχνά εν κινήσει και έχω ανάγκη τις δυνατότητες ενός Η/Υ Εκτός από το γραφείο, χρειάζεται να δουλεύω και στο σπίτι προβλήματα συγχρονισμού Δεν έχω το χώρο που απαιτείται για ένα desktop Η/Υ Θέλω διαρκή επικοινωνία (Wi-Fi, Bluetooth, ) Θέλω χαμηλή κατανάλωση ισχύος (1/3 του Desktop) Ιδιαίτερα σημαντικό διότι με το ADSL μένουν ανοιχτοί σε 24ωρη βάση 45

46 Αγοράζω Desktop όταν: Με ενδιαφέρει το κόστος αγοράς Διαθέτω ήδη κάποιον εξοπλισμό και δεν θέλω να τον χάσω Σκέφτομαι την ανανέωση του Η/Υ Χρειάζομαι πολύ καλή οθόνη Θέλω να παίζω παιχνίδια Θέλω τις υψηλότερες δυνατές επιδόσεις Με απασχολεί το θέμα της υποστήριξης 46

47 Σιώζιος Κων/νος - Προγραμματισμός Ι 47

48 Το μέλλον 48