Ηλεκτρονικοί Υπολογιστές

Transcript

1 Ηλεκτρονικοί Υπολογιστές Δρ. Ιωάννης Καπαγερίδης Τμήμα Μηχανικών Περιβάλλοντος

2 1 Περιεχόμενα Εισαγωγή... 4 Γενικά... 4 Ιστορικά... 4 Ταξινόμηση... 8 Ταξινόμηση ως προς τη χρήση... 8 Ταξινόμηση ως προς την τεχνολογία υλοποίησης... 8 Ταξινόμηση ως προς χαρακτηριστικά σχεδίασης... 8 Δυαδικός έναντι δεκαδικού... 9 Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας Ιστορική Αναδρομή Οργάνωση Εντολές Σχεδιασμός και Υλοποίηση Παράλληλη Επεξεργασία Σύνολα Εντολών Μνήμη Μνήμη ROM Ιστορικό Είδη Μη Πτητικών ROM Μνήμη RAM Χωρητικότητα Χρόνος Προσπέλασης Κόστος Τύποι Μνήμης RAM Μονάδα Γραφικών, Ήχου, και Δικτύου Σύστημα Γραφικών Ιστορική Εξέλιξη Διασύνδεση Γραφικών και Οθόνης Απαγωγή Θερμότητας Μονάδα Ήχου Γενικά Χαρακτηριστικά... 34

3 2 Συνδέσεις Ενσωματωμένη Μονάδα Ήχου Μονάδα Δικτύου Το Πρότυπο Ethernet Υλοποίηση Ασύρματο Δίκτυο WiFi Λειτουργικό Σύστημα Επισκόπηση Υπηρεσίες Διαχείριση διεργασιών Διαχείριση μνήμης Συστήματα αρχείων Δικτύωση Εσωτερική ασφάλεια Εξωτερική ασφάλεια Γραφική διασύνδεση χρήστη Οδηγοί συσκευών Πυρήνας Σύγχρονα λειτουργικά συστήματα Παραδείγματα λειτουργικών συστημάτων Γραφική Διασύνδεση Χρήστη Ιστορία PARC user interface Εξέλιξη Τα Μέρη του GUI POST-WIMP Περιβάλλοντα Σχεδίαση Γραφικού Περιβάλλοντος Χρήστη GUI και Περιβάλλον Γραμμής Εντολών D GUI Γραφικά κελύφη (γραφικά περιβάλλοντα) του Unix Διαδίκτυο και Ηλεκτρονικό Ταχυδρομείο Το Διαδίκτυο και η Επικοινωνία... 55

4 3 Η τεχνολογία του Διαδικτύου Η ιστορία του Διαδικτύου Πρωτόκολλο Μεταφοράς Υπερκειμένου Οι πληροφορίες στο Διαδίκτυο Νομικά και ηθικά ζητήματα Πρόσβαση στο Διαδίκτυο Διαδίκτυο και Ευρωπαϊκή Ένωση Διαδικτυακοί κίνδυνοι Πρόκληση ζημιών στο υπολογιστικό σύστημα Πρόκληση ζημιών σε προσωπικά δεδομένα Παραπλάνηση Προστασία Phishing Pharming Ηλεκτρονικό Ταχυδρομείο Ιστορική αναδρομή Μορφή ηλεκτρονικού μηνύματος POP IMAP Προγραμματισμός Πρόγραμμα Υπολογιστή Γλώσσα Προγραμματισμού Χαρακτηριστικά των γλωσσών προγραμματισμού Κατηγοριοποίηση γλωσσών προγραμματισμού Γλώσσες προγραμματισμού - Παραδείγματα Παράδειγμα Προγράμματος σε Διαφορετικές Γλώσσες BASIC C Perl Python Java... 77

5 4 Εισαγωγή Γενικά Ο ηλεκτρονικός υπολογιστής είναι μια μηχανή κατασκευασμένη κυρίως από ψηφιακά ηλεκτρονικά κυκλώματα και δευτερευόντως από ηλεκτρικά και μηχανικά συστήματα, και έχει ως σκοπό να επεξεργάζεται πληροφορίες. Ο ηλεκτρονικός υπολογιστής είναι ένα αυτοματοποιημένο, ηλεκτρονικό, ψηφιακό επαναπρογραμματιζόμενο σύστημα γενικής χρήσης το οποίο μπορεί να επεξεργάζεται δεδομένα βάσει ενός συνόλου προκαθορισμένων οδηγιών, των εντολών που συνολικά ονομάζονται πρόγραμμα. Κάθε υπολογιστικό σύστημα, όσο μεγάλο ή μικρό κι αν είναι, αποτελείται από το υλικό μέρος (hardware) και το λογισμικό (software). Τα βασικά στοιχεία του υλικού μέρους του υπολογιστή είναι η κεντρική μονάδα επεξεργασίας (ΚΜΕ, αγγλ. CPU, Central Prossesing Unit), η κεντρική μνήμη (RAM & ROM-BIOS), οι μονάδες εισόδου - εξόδου (πληκτρολόγιο, ποντίκι, οθόνη κ.α.), οι εσωτερικές (ή εξωτερικές) μονάδες ανάγνωσης και αποθήκευσης δεδομένων όπως σκληρός δίσκος, DVD, SSD (Solid State Drive) και οι περιφερειακές συσκευές όπως εκτυπωτής, σαρωτής, μόντεμ κ.α.). Υπάρχουν διάφοροι τύποι υπολογιστών οι οποίοι διαφέρουν κατά το μέγεθος, τις δυνατότητες (επεξεργαστική ισχύς) και την αρχιτεκτονική τους, δηλαδή τον τρόπο που τα βασικά τους μέρη συνδέονται και συνεργάζονται μεταξύ τους. Στην πιο διαδεδομένη κατηγορία υπολογιστών ανήκουν οι μικροϋπολογιστές. Στους μικροϋπολογιστές τα βασικά εξαρτήματα, όπως ο επεξεργαστής, η μνήμη κ.ά., βρίσκονται τοποθετημένα σ' ένα τυπωμένο κύκλωμα που ονομάζεται μητρική κάρτα (αγγλ. Motherboard). Εκτός από τον επεξεργαστή και τη μνήμη, πάνω στη μητρική βρίσκονται οι θέσεις επέκτασης στις οποίες τοποθετούνται οι διάφορες κάρτες, γραφικών, ήχου κ.λπ.). Στη μητρική επίσης βρίσκονται υποδοχές για τη σύνδεση διαφόρων άλλων συσκευών (όπως ο σκληρός δίσκος, η οπτική μονάδα ανάγνωσης DVD, card reader κλπ), ή και προς επέκταση των ήδη εγκατεστημένων. Το λογισμικό του υπολογιστή αποτελείται από τα απαραίτητα προγράμματα που δίνουν τις κατάλληλες εντολές, για να λειτουργεί το υλικό μέρος. Συνίσταται δε από το λειτουργικό σύστημα (το βασικό πρόγραμμα για τη λειτουργία του Η/Υ καθώς και για την επικοινωνία του με τον άνθρωπο) και το λογισμικό εφαρμογών (πακέτα εφαρμογών, γλώσσες προγραμματισμού, εκπαιδευτικό λογισμικό, προγράμματα εργαλεία κ.α.). Ιστορικά Οι άνθρωποι επινόησαν κατά την αρχαιότητα και το Μεσαίωνα διάφορες συσκευές για να μετρούν τον χρόνο (όπως ήταν οι κλεψύδρες) ή για να μετρούν τις φαινόμενες μετακινήσεις των αστεριών ως βοήθημα στα θαλάσσια ταξίδια τους

6 5 (όπως ήταν ο Μηχανισμός των Αντικυθήρων) ή για άλλες χρήσεις. Πολλές από τις εφευρέσεις χάθηκαν, (π.χ. οι πολεμικές μηχανές του Αρχιμήδη). Με την πρόοδο των μαθηματικών, ειδικά μετά το 17ο αιώνα, έγινε προσπάθεια από κάποιους να κατασκευάσουν μηχανές υπολογισμών. Ο Τζον Νάπιερ (John Napier) το 1614 επινόησε μηχανή για υπολογισμό λογαρίθμων. Ο Γουίλλιαμ Ότρεντ (William Oughtred) το 1625 επινόησε τον λογαριθμικό κανόνα. Ο Μπλεζ Πασκάλ (Blaise Pascal) το 1642 κατασκεύασε μηχανή για προσθαφαιρέσεις. Ο Ζοζέφ Μαρί Ζακάρ (Josheph Marie Jackard), Γάλλος μηχανικός, επινόησε το 1801 μια υφαντική μηχανή με διάτρητες μεταλλικές κάρτες, που καθοδηγούσαν την μηχανή να πλέκει διάφορα σχέδια, και τα υφάσματα που γίνονται με αυτό τον τρόπο ύφανσης φέρουν μέχρι σήμερα το όνομά του. Με αλλαγή των μεταλλικών καρτών άλλαζε το σχέδιο της πλέξης. Το 1848 ο Τζορτζ Μπουλ (George Boole) επινόησε την άλγεβρα που φέρει το όνομά του: Άλγεβρα Μπουλ. Εφαρμογές της βρίσκουμε στα ψηφιακά κυκλώματα, στους λογικούς συλλογισμούς και πρακτικά σε κάθε πρόγραμμα Η/Υ. Ο Βρετανός μαθηματικός Τσαρλς Μπάμπατζ (Charles Babbage) το 1871 σχεδίασε την Αναλυτική μηχανή του. Η μηχανή δεν μπορούσε να κατασκευαστεί με την τεχνολογία εκείνης της εποχής επειδή απαιτούσε πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια αλλά, όπως εξήγησε η κόρη του Λόρδου Βύρωνα, η προικισμένη μαθηματικός και πρώτη προγραμματίστρια υπολογιστών Άντα Λάβλεϊς (Ada Lovelace), ήταν τόσο πολυδύναμη που θα είχε ανυπολόγιστη αξία αργότερα. Το 1890 ο Αμερικανός μηχανικός Χέρμαν Χόλεριθ (Herman Hollerith) σκέφθηκε να χρησιμοποιήσει χάρτινες διάτρητες κάρτες, χρησιμοποιώντας την ιδέα του Ζακάρ, με διατρήσεις που να συμβολίζουν γράμματα και αριθμούς, για να επιτύχει μικρότερους χρόνους επεξεργασίας της κρατικής απογραφής των Η.Π.Α., με μεγάλη επιτυχία. Ο Βάνεβαρ Μπους (Vannevar Bush) το 1930 έφτιαξε τον διαφορικό αναλυτή που χρησιμοποιήθηκε κατά τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο. Η μηχανή Z3, που έφτιαξε ο Γερμανός μηχανικός Κόνραντ Τσούζε (Konrad Zuse) το 1941, ήταν η πρώτη που χρησιμοποιούσε το δυαδικό σύστημα αρίθμησης. Οι διάφορες ηλεκτρομηχανικές κατασκευές έλυναν αποτελεσματικά κάποια συγκεκριμένα προβλήματα. Υπήρχαν βέβαια τα προβλήματα του όγκου και του κόστους. Αυτά μάλλον ώθησαν το 1943 τον Τόμας Ουότσον (Thomas Watson),

7 6 διευθυντή της εταιρείας IBM, να δηλώσει : "Νομίζω ότι στην παγκόσμια αγορά χρειάζονται το πολύ πέντε υπολογιστές". O ENIAC, ο πρώτος Ηλεκτρονικός Υπολογιστής γενικής χρήσης. Το επόμενο βήμα ήταν η επινόηση μιας μηχανής γενικού σκοπού που θα μπορούσε να λύνει προβλήματα διαφόρων ειδών. Εδώ εμφανίστηκε ο Ούγγρος μαθηματικός Τζον φον Νόιμαν, μια εργασία του οποίου δημοσιεύτηκε τον Ιούνιο του 1945 με τίτλο Προσχέδιο έκθεσης για τον EDVAC, όπου περιέγραφε τη λογική λειτουργία μιας υπολογιστικής μηχανής που χρησιμοποιούσε το δυαδικό σύστημα και αποθήκευε στην μνήμη της το πρόγραμμά της. Μετά από αυτή την εργασία οι σημερινοί υπολογιστές λέγονται και μηχανές αρχιτεκτονικής φον Νόιμαν. Περιγράφοντας με αδρές γραμμές μια μηχανή φον Νόιμαν, λέμε ότι έχει: μια (τουλάχιστον) Μονάδα Εισόδου, από την οποία πληροφορείται η ΚΜΕ (CPU) ποιο είναι το πρόγραμμα και τα δεδομένα του, μια Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας (ΚΜΕ) του προγράμματος και των δεδομένων, η οποία ρυθμίζει και την γενικότερη λειτουργία του Η/Υ, μια Κεντρική Μνήμη, όπου αποθηκεύει η ΚΜΕ τα εισαγόμενα, τα ενδιάμεσα στοιχεία και τα δημιουργούμενα αποτελέσματα, μια (τουλάχιστον) Μονάδα Εξόδου στην οποία εξάγονται τα αποτελέσματα που η ΚΜΕ σχημάτισε στην Κεντρική Μνήμη.

8 7 To IBM PC του 1981, που αποτέλεσε σταδιακά πρότυπο για την εξέλιξη του σημερινού προσωπικού υπολογιστή. Πολύ σημαντική ιστορική στιγμή ήταν η ανακάλυψη του τρανζίστορ το 1947, καθώς κατάργησε τις λυχνίες κενού που χρησιμοποιούνταν μέχρι τότε για την υλοποίηση λογικών πυλών και κυκλωμάτων, και οδήγησε έτσι στη δραματική μείωση του μεγέθους των κυκλωμάτων και κατά συνέπεια των υπολογιστών. Παρόμοια στιγμή ήταν η παρουσίαση, στις 12 Σεπτεμβρίου 1958, του πρώτου ολοκληρωμένου κυκλώματος σε μορφή μικροτσίπ (microchip) από τους Ρόμπερτ Νόις (Robert Noyce) και Τζακ Κίλμπι (Jack Kilby). Με τα νέα υλικά οι Η/Υ έγιναν μικρότεροι, οικονομικότεροι και ταχύτεροι. Χρησιμοποιήθηκαν για μετεωρολογικές μελέτες και πρόβλεψη καιρού, για επιχειρησιακές εργασίες, για έρευνα φυσικής υψηλών ενεργειών, για αναζήτηση κοιτασμάτων πετρελαίου, για ιατρικές εφαρμογές και για πάμπολλες άλλες χρήσεις. Από το 1946 που κατασκευάστηκε σε ένα πανεπιστήμιο της Πενσιλβανίας ο πρώτος αριθμητικός ηλεκτρονικός υπολογιστής (Η/Υ) με το όνομα ENIAC (που είχε μεγάλο όγκο, είχε περίπου λυχνίες που καίγονταν πολύ συχνά, δούλευε με ρελέδες κάνοντας τρομακτικό θόρυβο, και κατανάλωνε πολλή ενέργεια) μέχρι την εποχή μας (που οι υπολογιστές είναι μικροσκοπικοί, πολύ ισχυροί, δεν καταναλώνουν πολλή ενέργεια και βρίσκονται στα κινητά τηλέφωνα, στα ψηφιακά ρολόγια, στα αυτοκίνητα, στις τηλεοράσεις και σε άλλες οικιακές συσκευές) έχουν περάσει ελάχιστα χρόνια.

9 8 Ταξινόμηση Οι ακόλουθες ενότητες περιγράφουν ταξινομήσεις των υπολογιστών ως προς διάφορα κριτήρια. Ταξινόμηση ως προς τη χρήση Υπερυπολογιστής (supercomputer) Μικρός υπερυπολογιστής Κεντρικός υπολογιστής (mainframe) Εξυπηρετητής (server) Σταθμός εργασίας (Workstation) Προσωπικός υπολογιστής (PC) Επιτραπέζιος υπολογιστής (desktop PC) Φορητός υπολογιστής (Laptop) Tablet (Ταμπλέτα) Ταξινόμηση ως προς την τεχνολογία υλοποίησης Ένας λιγότερο διφορούμενος τρόπος ταξινόμησης των υπολογιστών είναι ως προς την τεχνολογία υλοποίησης. Οι πρώτοι υπολογιστές ήταν καθαρά μηχανικοί. Τη δεκαετία του 1930 ηλεκτρομηχανικά μέρη χρησιμοποιήθηκαν στις τηλεπικοινωνίες και το 1940 ο πρώτος καθαρά ηλεκτρονικός υπολογιστής κατασκευάστηκε με λυχνίες. Από την δεκαετία του 1950 οι λυχνίες σταδιακά αντικαταστάθηκαν με τρανζίστορ και στα τέλη της δεκαετίας του 1960 και στις αρχές της δεκαετίας του 1970 άρχισαν να χρησιμοποιούνται τα ολοκληρωμένα κυκλώματα από ημιαγωγούς με τα οποία έγιναν και οι μικροϋπολογιστές που αποτελούν μέχρι σήμερα την κυρίαρχη τεχνολογία δημιουργίας υπολογιστών. Στις μέρες μας γίνονται έρευνες προς άλλες τεχνολογίες υλοποίησης που στοχεύουν στην δημιουργία οπτικών υπολογιστών και κβαντικών υπολογιστών. Ταξινόμηση ως προς χαρακτηριστικά σχεδίασης Μερικά από τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά σχεδίασης και υλοποίησης υπολογιστών είναι τα παρακάτω. Μηχανικός έναντι Ηλεκτρονικού: Έχουν επικρατήσει οι ηλεκτρονικοί υπολογιστές. Υπερέχουν από κάθε άποψη: ταχύτητας, όγκου, κόστους, κλπ. Ψηφιακός έναντι Αναλογικού: Δύο ήταν οι σημαντικοί τύποι υπολογιστών: οι ψηφιακοί και οι αναλογικοί. Άλλοι τύποι όπως οι κβαντικοί είναι ακόμα σε πειραματικό στάδιο. Στους ψηφιακούς υπολογιστές η πληροφορία κωδικοποιείται με ακολουθίες δυαδικών ψηφίων. Δηλαδή η τιμή της τάσης που διαπερνά τα ολοκληρωμένα κυκλώματα έχει δύο αυστηρά διακριτές τιμές. Έτσι οδηγώντας τη μια από τις δυο τιμές στην είσοδο ενός κυκλώματος, πραγματοποιούμε το ένα από τα δυο δυαδικά ψηφία (π.χ. 0 Volt για το 0 και 5 Volt για το 1). Αντίθετα στους αναλογικούς

10 9 υπολογιστές, η πληροφορία από τον έξω κόσμο κωδικοποιείται μέσα στον υπολογιστή σαν ένα σήμα συνεχές, που ως ηλεκτρικό ρεύμα θα είχε άπειρες πιθανές τιμές τάσης μέσα σε κάποια όρια. Ματιά στο μέλλον - ο κβαντικός υπολογιστής της D-WAVE. Από την δεκαετία του 1940 οι αναλογικοί υπολογιστές υπερκεράστηκαν από τους ψηφιακούς για λόγους ευκολίας και απόδοσης, με αποτέλεσμα στην καθημερινότητα όταν μιλάμε για υπολογιστή να εννοούμε αποκλειστικά τον ψηφιακό υπολογιστή. Δυαδικός έναντι δεκαδικού Μια σημαντική σχεδιαστική εξέλιξη στους ψηφιακούς υπολογιστές ήταν η εισαγωγή του δυαδικού συστήματος ως τρόπου αναπαράστασης πληροφορίας στο εσωτερικό του υπολογιστή το Αυτή η εξέλιξη απάλλαξε τους υπολογιστές από την ανάγκη χρήσης πολύπλοκων μηχανισμών που απαιτούνταν για την επεξεργασία πληροφοριών κωδικοποιημένων με άλλα αριθμητικά συστήματα όπως το Δεκαδικό σύστημα. Η υιοθέτηση του δυαδικού συστήματος απλοποίησε την διαδικασία σχεδίασης ενός υπολογιστή μέσω της χρήσης της άλγεβρας Μπουλ. Το δυαδικό σύστημα ταίριαξε τέλεια με την τεχνολογία ηλεκτρονικών στοιχείων που λειτουργούσαν σε δύο διακριτές καταστάσεις.

11 10 Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας Η Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας - ΚΜΕ (αγγλικά: Central Processing Unit - CPU) είναι το κεντρικό εξάρτημα ενός ηλεκτρονικού υπολογιστή, και συχνά αναφέρεται απλά ως επεξεργαστής. Η ΚΜΕ ελέγχει τη λειτουργία του υπολογιστή και εκτελεί τις λειτουργίες επεξεργασίας δεδομένων. Αν η ΚΜΕ αποτελείται από ένα μόνο ολοκληρωμένο κύκλωμα τότε ονομάζεται μικροεπεξεργαστής (microprocessor) ή μικροελεγκτής (microcontroller). Οι επεξεργαστές δεν σχετίζονται αποκλειστικά με τους ηλεκτρονικούς υπολογιστές καθώς πλέον ενσωματώνονται και σε πολλές ηλεκτρονικές συσκευές όπως κινητά τηλέφωνα, ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές και βιντεοκάμερες. Επεξεργαστές ενσωματώνονται σε κάθε είδους συσκευής στην οποία απαιτείται ύπαρξη υπολογιστικής ικανότητας. Ιστορική Αναδρομή Η διάκριση μεταξύ ΚΜΕ και υπολογιστών ως σύνολο είναι πολύ δυσδιάκριτη στα πρώτα στάδια ανάπτυξης των υπολογιστών. Αρχικά δεν υπήρχε η έννοια της ΚΜΕ καθώς ο υπολογιστής ήταν στην ουσία μια μονάδα επεξεργασίας. Ο διαχωρισμός συνέβη αργότερα, όταν προστέθηκαν στους υπολογιστές επιπλέον εξαρτήματα όπως μνήμες, μονάδες εισόδου/εξόδου, δίαυλοι κ.α. Λυχνίες Κενού Η πρώτη γενιά ηλεκτρονικών υπολογιστών κατασκευαζόταν με λυχνίες κενού. Οι ηλεκτρονικοί υπολογιστές υπερτερούσαν σε ταχύτητα υπολογισμών έναντι της προηγούμενης γενιάς μηχανικών υπολογιστών, αλλά υστερούσαν σε αξιοπιστία. Κύρια αιτία της χαμηλής αξιοπιστίας ήταν οι λυχνίες, που παρουσίαζαν μεγάλο πρόβλημα υπερθέρμανσης με αποτέλεσμα οι υπολογιστές να καταρρέουν πολύ συχνά. Ο υπολογιστής λυχνιών ENIAC, που ολοκληρώθηκε το 1946, σηματοδοτεί την αρχή της πρώτης γενιάς υπολογιστών. Ο ENIAC προγραμματιζόταν από τον χρήστη (operator), αλλά η διαδικασία του προγραμματισμού ήταν εξαιρετικά δύσκολη, επίπονη και χρονοβόρα διαδικασία καθώς γινόταν σε φυσικό επίπεδο, ανοιγοκλείνοντας διακόπτες ή μετακινώντας καλώδια. Για να διευκολυνθεί η διαδικασία του προγραμματισμού, διατυπώθηκε από τον τον μαθηματικό Τζον φον Νόιμαν η ιδέα του αποθηκευμένου προγράμματος. Ο φον Νόιμαν δημοσίευσε την μελέτη του το 1945, προτείνοντας την κατασκευή ενός νέου υπολογιστή, του EDVAC, που θα εκτελούσε αποθηκευμένα προγράμματα. Με αυτόν τον τρόπο η δημιουργία και η τροποποίηση ενός προγράμματος θα ήταν πιο εύκολη, μεταβάλλοντας απλώς τα περιεχόμενα της μνήμης. Ο EDVAC, που ολοκληρώθηκε τον Αύγουστο του 1949, μπορούσε να εκτελέσει ένα συγκεκριμένο σύνολο εντολών (instruction set). Συνδυάζοντας τις εντολές ο χρήστης δημιουργούσε ένα πρόγραμμα και το αποθήκευε στη μνήμη,

12 11 περιμένοντας τον υπολογιστή να το εκτελέσει. Η πρότυπη σχεδίαση του EDVAC, που μείωσε δραματικά τον απαιτούμενο χρόνο προγραμματισμού, ονομάστηκε αρχιτεκτονική φον Νόιμαν, προς τιμήν του εμπνευστή και σχεδιαστή της. Παρόμοιες προσεγγίσεις, ανέπτυξαν και άλλοι επιστήμονες, όπως ο Άλαν Τούρινγκ και ο Κόνραντ Τσούζε. Αξιοσημείωτος είναι ο υπολογιστής Mark I του πανεπιστημίου Χάρβαρντ, που ολοκληρώθηκε πριν τον EDVAC και χρησιμοποιούσε επίσης ένα σχέδιο αποθήκευσης προγραμμάτων σε διάτρητη ταινία αντί για ηλεκτρονική μνήμη. Η σχεδίαση που προέκυψε από τον Mark I ονομάστηκε αρχιτεκτονική Χάρβαρντ και η βασική της διαφορά με την αρχιτεκτονική φον Νόιμαν είναι ότι διαχωρίζει τον χώρο αποθήκευσης εντολών και δεδομένων. Ο EDVAC σχεδιάστηκε ώστε να εκτελεί αποθηκευμένα προγράμματα.

13 12 Τρανζίστορ Εξ αρχής, οι υπολογιστές ήταν πεδίο έρευνας σε πανεπιστήμια και η ανάπτυξη χρηματοδοτούνταν από τις κυβερνήσεις. Η πρώτη σημαντική βελτίωση επιτεύχθηκε με την έλευση του τρανζίστορ, που δεν παρουσίαζε κανένα από τα μειονεκτήματα των λυχνιών. Οι υπολογιστές με τρανζίστορ ήταν πολύ μικρότεροι σε μέγεθος, δεν υπερθερμαίνονταν εύκολα και πραγματοποιούσαν υπολογισμούς πολύ πιο γρήγορα απ' ότι οι υπολογιστές με λυχνίες. Με την χρήση των τρανζίστορ μειώθηκε επίσης σημαντικά και η ηλεκτρική κατανάλωση των υπολογιστών. Οι νέοι υπολογιστές υπερτερούσαν σε όλα τα επίπεδα και μέχρι τις αρχές του '60 είχαν αντικαταστήσει πλήρως την προηγούμενη γενιά. Η δεύτερη γενιά κατασκευαζόταν αποκλειστικά με τρανζίστορ ενώ ορισμένοι υπολογιστές ήταν δυνατό να προγραμματιστούν με συμβολική γλώσσα. Τα νέα θετικά στοιχεία προκάλεσαν το ενδιαφέρον ιδιωτικών εταιριών για τους υπολογιστές και τους επεξεργαστές. Με προσανατολισμό την κατασκευή υπολογιστών για εμπορικούς σκοπούς, επενδύθηκαν μεγάλα κεφάλαια για αυτοματοποίηση των εργασιών στις επιχειρήσεις. Σχεδιάστηκαν και κατασκευάστηκαν υπολογιστές με ταχύτερη μνήμη και καλύτερες μονάδες εισόδου και εξόδου δεδομένων. Λόγω των αυξανόμενων απαιτήσεων για περισσότερη υπολογιστική κατασκευάστηκαν τόσο μικροσκοπικά τρανζίστορ που δύσκολα γινόταν ορατά δια γυμνού οφθαλμού, ενώ σταδιακά άρχισαν να τα ενσωματώνουν σε πλακέτες. Οι πλακέτες, που κάθε μια επιτελούσε μια λειτουργία, κατασκευάζονταν αυτόνομα και έπειτα συναρμολογούνταν όλες μαζί. Η επιμέρους ανάπτυξη τμημάτων, που με την συναρμολόγηση τους παραγόταν ένας υπολογιστής, διέκρινε και την ΚΜΕ ως ξεχωριστή οντότητα από το σύνολο του υπολογιστή. Ολοκληρωμένα Κυκλώματα Το ολοκληρωμένο κύκλωμα (integrated circuit, IC), ή "τσιπ" (chip) όπως συχνά αναφέρεται, επιτελεί μια ολοκληρωμένη διαδικασία, με την έννοια ότι δέχεται δεδομένα και επιστρέφει αποτελέσματα. Κατασκευάζεται πάνω σε ένα μικροσκοπικό κομμάτι πυριτίου, που ως ημιαγωγός, μπορεί να ενθυλακώσει την λειτουργία των τρανζίστορ, των αντιστάσεων και των αγωγών ώστε αυτά να μην κατασκευάζονται πλέον ξεχωριστά. Πολλά τρανζίστορ κατασκευάζονται με ευκολία πάνω σε μια λεπτή επιφάνεια πυριτίου ενώ τα κυκλώματα δημιουργούνται με την μέθοδο της επιμετάλλωσης. Αρχικά μόνο βασικά κυκλώματα, όπως οι πύλες NOR, κατασκευάζονταν σε ολοκληρωμένα κυκλώματα. Οι επεξεργαστές που κατασκευάστηκαν με απλά ολοκληρωμένα κυκλώματα κατατάσσονται ως συσκευές με μικρή κλίμακα ολοκλήρωσης Μεταγενέστερα, τα κυκλώματα τυπώνονταν με πανομοιότυπο τρόπο σε μεγαλύτερες επιφάνειες και έπειτα κόβονταν σε ξεχωριστά τσιπς. Κάθε τσιπ, είχε λογικές πύλες, κύτταρα μνήμης και σημεία εισόδου και εξόδου δεδομένων. Μετά

14 13 την κοπή τοποθετούνταν σε κάθε τσιπ ακροδέκτες (pins) ώστε να μπορεί να συνδέεται με άλλες συσκευές. Πολλά τσιπ που διασυνδέονταν πάνω σε μια πλακέτα δημιουργούσαν μεγαλύτερα και πιο πολύπλοκα κυκλώματα. Με αυτόν τον τρόπο κατασκευάστηκαν επεξεργαστές από κυκλώματα μεσαίας και μεγάλης κλίμακας ολοκλήρωσης. Με την εξέλιξη της μικροηλεκτρονικής, αυξήθηκε και ο αριθμός των τρανζίστορ που τοποθετούνταν σε ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα, μειώνοντας παράλληλα και τον συνολικό αριθμό των ολοκληρωμένων που απαιτούνταν για την κατασκευή ενός επεξεργαστή. Χαρακτηριστικός αντιπρόσωπος της τρίτης γενιάς επεξεργαστών είναι οι υπολογιστές της αρχιτεκτονικής System/360 από την ΙΒΜ. Η εταιρεία προσπάθησε να ξεπεράσει την ασυμβατότητα που υπήρχε μεταξύ των υπολογιστών, ακόμη και κοινού κατασκευαστή, ώστε να εκτελείται ένα πρόγραμμα, χωρίς τροποποιήσεις, και από άλλους υπολογιστές με διαφορετική ταχύτητα και επιδόσεις. Για να το πετύχει αυτό, η IBM εισήγαγε την έννοια του μικροπρογράμματος (microprogram). Το σύνολο της αρχιτεκτονικής System/360 έγινε τόσο δημοφιλής που κυριάρχησε στα συστήματα μεγάλης υπολογιστικής ισχύς (mainframes) για πολλές δεκαετίες και συνεχίζει να εφαρμόζεται με παρόμοιο τρόπο στους σύγχρονους υπολογιστές. Μικροεπεξεργαστές Ο τρόπος κατασκευής των ΚΜΕ άλλαξε σημαντικά στην δεκαετία του 70, όταν κατασκευάστηκαν οι πρώτοι επεξεργαστές από ένα μόνο ολοκληρωμένο κύκλωμα μεγάλης ολοκλήρωσης. Επειδή μειώθηκε εκ νέου το μέγεθος, οι νέοι επεξεργαστές ονομάστηκαν μικροεπεξεργαστές, ενώ σήμερα ο όρος "ΚΜΕ" αναφέρεται αποκλειστικά σε αυτούς. Το μικρότερο μέγεθος μείωσε επίσης και τον χρόνο μεταγωγής λόγω των φυσικών παραγόντων. Έτσι οι σύγχρονοι μικροεπεξεργαστές έχουν συχνότητα ρολογιού που κυμαίνεται από εκατοντάδες megahertz έως αρκετά gigahertz. Παράλληλα, αυξήθηκε η πολυπλοκότητα και ο αριθμός των τρανζίστορ που αποτελούσαν ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα. Ο ρυθμός αύξησης των τρανζίστορ περιγράφεται από τον νόμο του Μουρ, που ισχύει μέχρι σήμερα και προβλέπει τον διπλασιασμό του αριθμού των τρανζίστορ που ενσωματώνονται σε ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα κάθε 18 μήνες. Αν και η πολυπλοκότητα, το μέγεθος, η κατασκευή, και η γενική μορφή των επεξεργαστών έχει αλλάξει ριζικά τα τελευταία εξήντα χρόνια, είναι αξιοσημείωτο ότι ο βασικός σχεδιασμός και η λειτουργία τους δεν έχει αλλάξει σε μεγάλο βαθμό. Σήμερα σχεδόν όλες οι κοινές ΚΜΕ μπορούν να θεωρηθούν ως μηχανές φον Νόιμαν. Καθώς ο νόμος του Μουρ εξακολουθεί να ισχύει, έχουν εκφραστεί ανησυχίες σχετικά με τα όρια της τεχνολογίας ολοκλήρωσης κυκλωμάτων με τρανζίστορ. Οι μεγάλες σμικρύνσεις των ηλεκτρονικών πυλών έχουν ξεπεράσει προβλήματα που παλαιότερα προκαλούνταν από τα υλικά κατασκευής. Νεότερες όμως ανησυχίες προκαλούν τους ερευνητές να διερευνήσουν νέες μεθόδους υλοποίησης υπολογισμών, όπως ο κβαντικός υπολογιστής, καθώς και να

15 14 διευρύνουν την χρήση του παράλληλου υπολογισμού και άλλων μεθόδων που επεκτείνουν την χρησιμότητα της υπάρχουσας αρχιτεκτονικής φον Νόιμαν. Οργάνωση Οι περισσότεροι σύγχρονοι υπολογιστές ακολουθούν μια απλοποιημένη μορφή της αρχιτεκτονικής φον Νόιμαν. Συνδυάζουν την Αριθμητική και Λογική μονάδα με την μονάδα ελέγχου δημιουργώντας την ΚΜΕ, και τις μονάδες εισόδου και εξόδου σε μια μονάδα εισόδου/εξόδου (Ε/Ε). Επομένως κάθε σύγχρονο υπολογιστικό σύστημα, αποτελείται από τρία μέρη, την ΚΜΕ, την μνήμη και την μονάδα Ε/Ε. Η ΚΜΕ αποτελείται από τρία κύρια τμήματα Καταχωρητές (Registers): Μικρά κύτταρα μνήμης στο εσωτερικό του επεξεργαστή, που χρησιμοποιούνται για την προσωρινή αποθήκευση των δεδομένων, καθώς αυτά υφίστανται επεξεργασία. Μερικοί καταχωρητές έχουν ειδική λειτουργία o Απαριθμητής προγράμματος (program counter): περιέχει την διεύθυνση της επόμενης εντολής που θα ανακτηθεί από την μνήμη για να εκτελεστεί. o Καταχωρητής εντολών (Instruction register): αποθηκεύει τον κωδικό λειτουργίας της εντολής πριν αποκωδικοποιηθεί από την ΚΜΕ. o Συσσωρευτής (accumulator): καταχωρητής που συνήθως χρησιμοποιείται για τις αριθμητικές και λογικές πράξεις. Αριθμητική και Λογική Μονάδα (Arithmetic and Logical Unit, ALU): εκτελεί αριθμητικές και λογικές πράξεις Μονάδα Ελέγχου (Control Unit): Ελέγχει τη ροή δεδομένων από και προς την ΚΜΕ, τους καταχωρητές, τη μνήμη και τις περιφερειακές μονάδες εισόδου/εξόδου. Η διασύνδεση μεταξύ αυτών των μονάδων επιτυγχάνεται μέσω ενός κοινού διαύλου που ονομάζεται δίαυλος συστήματος. Εντολές Η βασική λειτουργία των περισσότερων επεξεργαστών, ανεξάρτητα από τη φυσική μορφή τους, είναι να εκτελούν ακολουθίες αποθηκευμένων εντολών. Η εντολή, στην πραγματικότητα, είναι ένας αριθμός ή μια ακολουθία αριθμών που αντιστοιχεί σε μια ενέργεια. Μορφή και Κωδικοποίηση Μια εντολή μπορεί να επεξεργαστεί δεδομένα ή να μεταβάλλει καταστάσεις στο εσωτερικό της ΚΜΕ. Αν είναι εντολή επεξεργασίας μπορεί να μεταφέρει, να προσθέσει, ή να συγκρίνει δεδομένα, ενώ αν είναι εντολή μεταβολής μπορεί να τροποποιήσει τον απαριθμητή προγράμματος και τον καταχωρητή ενδείξεων. Μεταβάλλοντας τον απαριθμητή προγράμματος μπορεί να αλλάξει η ροή εκτέλεσης

16 15 του προγράμματος. Τέτοιες εντολές είναι γνωστές ως "άλματα" (jumps) και είναι ο βασικός τρόπος υλοποίησης των βρόχων επιλογής και επανάληψης. Ο καταχωρητής ενδείξεων περιέχει διακριτές καταστάσεις ελέγχου, όπως ο ενδείκτης υπερχείλισης. Οι ενδείκτες επηρεάζουν τον τρόπο με τον οποίο συμπεριφέρεται ένα πρόγραμμα, δεδομένου ότι συχνά αποτελούν αναφορά στα αποτελέσματα διαφόρων εργασιών. Ο μικροεπεξεργαστής MC68000 της Motorola και τα τμήματα του. Κάθε εντολή περιλαμβάνει την λειτουργία που θα εκτελέσει, την πηγή των δεδομένων και την διεύθυνση της επόμενης εντολής. Όλες αυτές οι πληροφορίες κωδικοποιούνται σε ένα ή περισσότερα bytes ανάλογα με τον τύπο της εντολής. Για

17 16 να προκύψουν όσο το δυνατόν λιγότερα bytes δεχόμαστε ότι η επόμενη εντολή ακολουθεί αμέσως μετά την τρέχουσα εντολή. Έτσι συνήθως οι εντολές αποτελούνται από δύο τμήματα, το πρώτο τμήμα περιέχει τον κωδικό εντολής (operation code) και υποδηλώνει τη λειτουργία προς εκτέλεση, και το δεύτερο τμήμα περιέχει πληροφορίες που απαιτούνται για την εν λόγω εντολή, για παράδειγμα οι τελεστές για την λειτουργία της πρόσθεσης ή η διεύθυνση της επόμενης εντολής αν είναι εντολή διακλάδωσης. Για κάθε εντολή υπάρχει διαφορετική κωδικοποίηση. Ακόμη και στην ίδια εντολή, ανάλογα με τον τύπο τελεστών που χρησιμοποιεί, δηλαδή αν είναι καταχωρητές, θέσεις μνήμης ή απευθείας δεδομένα, υπάρχει διαφορετική κωδικοποίηση. Στην πραγματικότητα όλες οι εντολές είναι δυαδικοί αριθμοί που έχουν αντιστοιχηθεί σε μια λειτουργία. Για να γίνονται πιο κατανοητές οι εντολές συνήθως αναπαρίστανται είτε σε δεκαεξαδική μορφή είτε σε συμβολική γλώσσα. Για παράδειγμα η εντολή ADD C δηλώνει ότι θα προστεθεί το περιεχόμενο του καταχωρητή C με το περιεχόμενο του συσσωρευτή και το αποτέλεσμα θα αποθηκευτεί στον συσσωρευτή. Η αντίστοιχη δεκαεξαδική αναπαράσταση της εντολής αυτής είναι 81h, σε αρχιτεκτονικές x86. Κύκλος Εντολής Κύκλος εντολής είναι το διάστημα που απαιτείται για την αποπεράτωση μιας εντολής και την έναρξη της επόμενης. Υπάρχουν τέσσερα στάδια για την ολοκλήρωση ενός κύκλου: η ανάκληση (fetch), η αποκωδικοποίηση (decode), η εκτέλεση (execute) και αποθήκευση του αποτελέσματος (store/writeback). Κατά την ανάκληση, ανάκταται η εντολή από την θέση μνήμης που είναι αποθηκευμένη. Η θέση της εντολής στην μνήμη περιέχεται στον απαριθμητή προγράμματος. Όταν η εντολή μεταφερθεί από την μνήμη στον επεξεργαστή αποθηκεύεται στον καταχωρητή εντολών. Έπειτα αυξάνεται η τιμή του απαριθμητή προγράμματος, όσο είναι και το μήκος της εντολής σε μονάδες μνήμης, ώστε να υποδεικνύει την θέση της επόμενης εντολής ή την διεύθυνση των τελεστών σε περίπτωση που η τρέχουσα εντολή έχει τελεστές. Συχνά η εντολή προς ανάκληση καθυστερεί να μεταφερθεί από την μνήμη στον επεξεργαστή, λόγο ασύγχρονης λειτουργίας των δύο συσκευών, προκαλώντας παύση στην λειτουργία της ΚΜΕ. Για την αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος, στους σύγχρονους επεξεργαστές γίνεται χρήση ενδιάμεσης μνήμης προσωρινής αποθήκευσης (cache) αλλά και τεχνικές σωλήνωσης (pipelining). Στο στάδιο της αποκωδικοποίησης, η εντολή διασπάται και ερμηνεύεται από τον επεξεργαστή. Ανάλογα με τον κωδικό εντολής, κατά την αποκωδικοποίηση, ανακαλούνται και τυχόν τελεστές. Η τιμή των τελεστών ανακαλείται είτε άμεσα ως σταθερά, είτε έμμεσα ως μια διεύθυνση στην οποία βρίσκεται αποθηκευμένη η τιμή, σε κάποιο καταχωρητή ή μνήμη, όπως ορίζει το εκάστοτε πρότυπο

18 17 διευθυνσιοδότησης. Σε παλιότερα σχέδια επεξεργαστών, η αποκωδικοποίηση της εντολής ήταν μια αμετάβλητη διαδικασία που πραγματοποιούσε το υλικό. Ωστόσο, σε πιο περίπλοκες αρχιτεκτονικές επεξεργαστών, για την ερμηνεία των εντολών χρησιμοποιείται ένα μικροπρόγραμμα. Το μικροπρόγραμμα συνήθως είναι επαναπρογραμματιζόμενο ώστε να μπορεί να μεταβληθεί, ακόμη και μετά την κατασκευή της ΚΜΕ, ο τρόπος αποκωδικοποίησης των εντολών. Μετά την ανάκληση και την αποκωδικοποίηση, ακολουθεί η εκτέλεση της εντολής. Σε αυτό το στάδιο, διάφορες μονάδες του επεξεργαστή συνδέονται ώστε να γίνει εφικτή η εκτέλεση της επιθυμητής λειτουργίας. Αν, για παράδειγμα, ζητήθηκε μια λειτουργία πρόσθεσης, η αριθμητική μονάδα (AU) θα συνδεθεί με ένα σύνολο εισόδων και εξόδων. Οι είσοδοι θα παρέχουν τους αριθμούς που πρέπει να προστεθούν και οι έξοδοι θα περιέχουν το άθροισμα. Εάν η πρόσθεση έχει ως αποτέλεσμα έναν υπερβολικά μεγάλο αριθμό για να χειριστεί η ΚΜΕ τότε θα ενεργοποιηθεί ο ενδείκτης αριθμητικής υπερχείλισης. Η αριθμητική λογική μονάδα (ALU) στο σύνολό της περιέχει κυκλώματα για την εκτέλεση απλών αριθμητικών και λογικών πράξεων, όπως η πρόσθεση και η σύγκριση αριθμών. Στο τελικό στάδιο, την αποθήκευση, η ΚΜΕ στέλνει τα δεδομένα προς αποθήκευση στην μνήμη. Τα αποτελέσματα αρχικά αποθηκεύονται προσωρινά σε κάποιο καταχωρητή για ταχύτερη προσπέλαση από επόμενες εντολές και έπειτα αποθηκεύονται στην κύρια μνήμη του συστήματος. Εντολές που κάνουν άλματα αλλά και εντολές που μεταβάλλουν τον καταχωρητή ενδείξεων στην ουσία δεν παράγουν κάποιο αποτέλεσμα προς αποθήκευση. Μετά την αποθήκευση των αποτελεσμάτων που προέκυψαν, ο κύκλος εντολής ολοκληρώνεται και επαναλαμβάνεται με την επόμενη εντολή, αφού αυξήθηκε ο απαριθμητής προγράμματος. Σε επεξεργαστές με πιο περίπλοκη αρχιτεκτονική, περισσότερες εντολές μπορεί να ανακαλούνται, να αποκωδικοποιούνται και να εκτελούνται ταυτόχρονα. Σχεδιασμός και Υλοποίηση Η ΚΜΕ είναι το βασικό τμήμα ενός υπολογιστικού συστήματος και γι' αυτό ο σχεδιασμός και η λειτουργία της επηρεάζει το σύστημα στο σύνολό του. Παράσταση Δεδομένων Ένα από τα σημαντικότερα ζητήματα που αφορούν τα υπολογιστικά συστήματα είναι ο τρόπος με τον οποίο αναπαρίστανται τα δεδομένα. Οι πρώτοι ψηφιακοί υπολογιστές χρησιμοποιούσαν το δεκαδικό σύστημα για την αναπαράσταση αριθμών, ενώ μερικοί άλλοι υπολογιστές χρησιμοποιούσαν το τριαδικό σύστημα. Σχεδόν όλοι οι σύγχρονοι επεξεργαστές χρησιμοποιούν το δυαδικό σύστημα, όπου τα δύο ψηφία, το μηδέν (0) και το ένα (1), αντιστοιχούν σε δύο αντίθετες φυσικές καταστάσεις, όπως η "υψηλή" και η "χαμηλή" τάση. Επομένως οι υπολογιστές αντιλαμβάνονται μόνο τα δύο αυτά ψηφία και έτσι πρέπει να χρησιμοποιείται

19 18 κάποιος κώδικας που να αποδίδει σημασία σε αυτά τα bit. Η κωδικοποίηση και η αποκωδικοποίηση των δυαδικών ψηφίων ώστε να παριστάνουν έναν αριθμό ή έναν χαρακτήρα, κατανοητό από τους χρήστες, συμβαίνει στην μονάδα Εισόδου/Εξόδου. Σε ορισμένες περιπτώσεις, για να μειωθεί το μήκος, τα byte και οι λέξεις αναπαριστώνται συμβολικά με δεκαεξαδική μορφοποίηση. Η ΚΜΕ και κατ' επέκταση οι υπολογιστές χειρίζονται συγκεκριμένες ομάδες δυαδικών ψηφίων. Οι ομάδες μπορεί να έχουν ένα bit, τέσσερα bit που ονομάζεται nibble, οκτώ bit που ονομάζεται byte και 16 bit που ονομάζεται word (λέξη). Το byte είναι η πιο κοινή ομάδα από δυαδικά ψηφία που χρησιμοποιείται στους υπολογιστές. Με ένα byte μπορούν να αναπαρασταθούν 2 8 διαφορετικές τιμές, αφού έχει 8 bit. Η αρίθμηση των bit σε ένα byte αρχίζει από το μηδέν έως το εφτά ενώ βασικό πεδίο εφαρμογής των byte είναι για την κωδικοποίηση χαρακτήρων. Τα bit μιας λέξης (word) αριθμούνται από το μηδέν έως το 15 και μπορούν να αναπαραστήσουν 2 16, ή , διαφορετικές τιμές. Κάθε bit ή byte παριστάνει αυτό που εμείς καθορίζουμε να παρασταθεί. Για παράδειγμα ένα bit μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αριθμός ενώ το διπλανό του ως λογική τιμή. Με τον ίδιο τρόπο ένα byte μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αριθμός αλλά και ως χαρακτήρας, αναλόγως την κωδικοποίηση που επιλέξουμε για την ανάγνωσή του. Τα δεδομένα στην ΚΜΕ, στην μνήμη και στον δίαυλο του συστήματος υπάρχουν υπό την ίδια δυαδική μορφή. Δίαυλος Συστήματος Οι δίαυλοι είναι αγωγοί που ομαδοποιούνται σύμφωνα με την λειτουργία τους. Αν για παράδειγμα ένας δίαυλος είναι 32-bit σημαίνει ότι έχει 32 ξεχωριστούς αγωγούς, καθένας από τους οποίους μεταφέρει ένα bit δεδομένου. Υπό αυτήν την έννοια, ο δίαυλος συστήματος αποτελείται από ένα σύνολο ξεχωριστών διαύλων, ταξινομημένους σύμφωνα με την λειτουργία τους. Οι δίαυλοι αυτοί είναι ο δίαυλος διευθύνσεων, ο δίαυλος δεδομένων και ο δίαυλος ελέγχου. Ο δίαυλος δεδομένων μεταφέρει δεδομένα μεταξύ των μονάδων του υπολογιστικού συστήματος. Το μέγεθός του καθορίζει πόσα bit μπορεί να μεταφέρει ταυτόχρονα αλλά και το εύρος των αριθμών που μπορεί να χειριστεί ο επεξεργαστής. Ο επεξεργαστής Intel 8088, με δίαυλο δεδομένων των 8 bit, κατηγοριοποιείται ως οκτάμπιτος επεξεργαστής και μπορεί να χειριστεί 2 8 = 256 αριθμούς. Στην περίπτωση εγγραφής δεδομένων στη μνήμη, ο δίαυλος διευθύνσεων περιέχει την διεύθυνση της θέσης μνήμης στην οποία θα αποθηκευτούν τα δεδομένα. Το μέγεθος του διαύλου διευθύνσεων καθορίζει και το μέγεθος της μνήμης που μπορεί να διευθυνσιοδοτήσει ο επεξεργαστής, δηλαδή την μνήμη που μπορεί να αντιληφθεί και να χρησιμοποιήσει. Για παράδειγμα στον 8088, που ο δίαυλος διευθύνσεων ήταν 20 bits, ο επεξεργαστής μπορούσε να προσπελάσει μέχρι 2 20 = θέσεις μνήμης (1ΜΒ). Ο δίαυλος ελέγχου αποτελείται από αγωγούς με ξεχωριστή λειτουργία ο καθένας, οι οποίοι ελέγχουν τον τρόπο που

20 19 επικοινωνεί ο επεξεργαστής με τα υπόλοιπα υποσυστήματα. Για παράδειγμα, όταν ο επεξεργαστής επικοινωνεί με την μνήμη ο δίαυλος ελέγχου προσδιορίζει την κατεύθυνση των δεδομένων με τα σήματα read ή write. κόκκινο: δίαυλος διευθύνσεων μπλε: δίαυλος δεδομένων πράσινο: δίαυλος ελέγχου Χρονισμός Ρολογιού Οι περισσότερες κεντρικές μονάδες επεξεργασίας είναι σύγχρονες συσκευές. Είναι δηλαδή σχεδιασμένες να λειτουργούν σύμφωνα με ένα ηλεκτρικό σήμα συγχρονισμού, που ονομάζεται σήμα ρολογιού. Το ρολόι είναι ένας ηλεκτρικός τετραγωνικός παλμός που εκπέμπεται από τον δίαυλο ελέγχου και εναλλάσσεται περιοδικά μεταξύ μηδέν και ένα. Ο χρόνος που χρειάζεται το ρολόι για να μεταπηδήσει από το μηδέν στο ένα και πίσω στο μηδέν, ονομάζεται περίοδος ή κύκλος του ρολογιού. Η συχνότητα με την οποία γίνεται αυτή η εναλλαγή ονομάζεται συχνότητα ρολογιού. Η συχνότητα μετριέται σε Hertz (Hz) ενώ ο κύκλος, που είναι αντίστροφο μέγεθος της συχνότητας, μετριέται σε δευτερόλεπτα. Ο κύκλος ρολογιού είναι το μικρότερο χρονικό διάστημα στο οποίο μπορεί να συμβεί μια λειτουργία. Κάποιες λειτουργίες εκτελούνται σ' έναν κύκλο ρολογιού ενώ κάποιες άλλες χρειάζονται περισσότερους κύκλους. Το ρολόι δεν δουλεύει με την ίδια συχνότητα για όλες τις συσκευές ενός υπολογιστικού συστήματος. Συνήθως το ρολόι που απευθύνεται στον επεξεργαστή είναι χρονισμένο σε υψηλότερες συχνότητες από ότι για παράδειγμα το ρολόι της μνήμης. Αυτό συμβαίνει γιατί ο επεξεργαστής λειτουργεί ταχύτερα από ότι η μνήμη.

21 20 Ωστόσο, υπάρχει το μειονέκτημα πως όταν η ΚΜΕ αλληλεπιδρά με τις υπόλοιπες συσκευές περιμένει την απάντησή τους και τίθεται σε αδράνεια, χάνοντας έτσι επεξεργαστικούς κύκλους. Η συχνότητα του ρολογιού δεν είναι πλέον καθοριστικός παράγοντας για την υπολογιστή ισχύ ενός συστήματος. Οι σημερινοί επεξεργαστές επιτυγχάνουν συχνότητες της τάξης των τριών με τεσσάρων GigaHertz όμως η πραγματική αύξηση της υπολογιστικής ισχύς επιτεύχθηκε με εφαρμογή της παράλληλης επεξεργασίας. Τοποθετώντας σε ένα υπολογιστικό σύστημα δύο ΚΜΕ, οι κατασκευαστές κατάφεραν να αυξήσουν τις επιδόσεις ενώ ταυτόχρονα μείωσαν την συχνότητα του ρολογιού. Παράλληλη Επεξεργασία Ο τρόπος εκτέλεσης των εντολών στους πρώτους επεξεργαστές ήταν σειριακός, δηλαδή εκτελούνταν η επόμενη εντολή αφού πρώτα είχε τελειώσει η προηγούμενη. Όπως αποδείχθηκε ο τρόπος αυτός δεν είναι ο πλέον αποδοτικός για την εκτέλεση μεγάλων προγραμμάτων επειδή καθυστερεί υπερβολικά. Αναπτύχθηκε για αυτό τον λόγο η έννοια της παράλληλης επεξεργασίας, που επιτρέπει παράλληλη, δηλαδή ταυτόχρονη, επεξεργασία. Πολλές εναλλακτικές έχουν προκύψει για αυτό το σκοπό αλλά οι κυριότερες είναι η σωλήνωση και η επεξεργασία νημάτων (threads) για τα πολυεπεξεργαστικά συστήματα. Σωλήνωση Όλοι οι σύγχρονοι επεξεργαστές χρησιμοποιούν την τεχνική της σωλήνωσης για την εκτέλεση των εντολών. Η σωλήνωση εκμεταλλεύεται τα στάδια κάθε εντολής, και επιτρέπει έτσι στον επεξεργαστή να εκτελεί πολλές εντολές παράλληλα. Αν η κάθε εντολή διασπάται σε τέσσερα επίπεδα, όπως αναφέρεται πιο πάνω, τότε ο επεξεργαστής μπορεί κάθε χρονική στιγμή να εκτελεί επίπεδα από τέσσερις εντολές, μειώνοντας έτσι σημαντικά τον συνολικό χρόνο εκτέλεσης του προγράμματος. Σε μια σωλήνωση τεσσάρων επιπέδων η εξοικονόμηση χρόνου μπορεί να φτάσει μέχρι και 56% της αντίστοιχης σειριακής επεξεργασίας. (δείτε αναλυτικά το διπλανό διάγραμμα).

22 21 Όμως ένα σημαντικό πρόβλημα που προκύπτει από την σωλήνωση είναι αυτό της εξάρτησης των εντολών. Πολλές εντολές προϋποθέτουν για την εκτέλεσή τους να έχει ολοκληρωθεί η προηγούμενη εντολή ώστε να τους επιστρέψει ένα αποτέλεσμα. Αυτό δεν συμβαίνει στην σωλήνωση αφού όλες οι εντολές εκτελούνται σχεδόν παράλληλα. Το πρόβλημα ξεπεράστηκε εν μέρη από τις γλώσσες προγραμματισμού που εξελίχθηκαν ώστε να ανταποκρίνονται σε επεξεργασία σωλήνωσης και εν μέρη από τις ίδιες τις ΚΜΕ που ενσωμάτωσαν διαδικασίες ελέγχου. Έτσι όταν απαιτείται από μια εντολή ο τερματισμός της προηγούμενης, η ΚΜΕ θέτει σε αναμονή την εντολή μέχρι να ολοκληρωθεί η προηγούμενη. Επεξεργασία Νημάτων Αυτή η μέθοδος παράλληλης εξεργασίας προϋποθέτει την ύπαρξη τουλάχιστον δύο επεξεργαστών στο ίδιο υπολογιστικό σύστημα, αν και συνήθως εφαρμόζεται σε πολύ μεγαλύτερα συστήματα. Επειδή υπάρχουν περισσότεροι του ενός επεξεργαστές είναι εφικτή η παράλληλη επεξεργασία διαφορετικών εργασιών. Έτσι κάθε εργασία διασπάται σε μικρότερες εργασίες που ονομάζονται νήματα (threads). Κάθε ΚΜΕ του συστήματος αναλαμβάνει να ολοκληρώσει ένα νήμα σε ένα χρόνο (κβάντο) που θα έχει οριστεί. Εάν το νήμα δεν ολοκληρωθεί μέσα στα όρια του χρόνου, τότε η επεξεργασία του νήματος συνεχίζεται και στο επόμενο διάστημα χρόνου. Μπορούν επίσης να εφαρμοστούν διάφορες τεχνικές χρονοπρογραμματισμού, ώστε να υπάρχει εναλλαγή των νημάτων από διαφορετικές εργασίες Σύνολα Εντολών Το σύνολο εντολών (instruction set) ή αρχιτεκτονική συνόλου εντολών (instruction set architecture, ISA), είναι το τμήμα της αρχιτεκτονικής υπολογιστών που συνδέεται με τον προγραμματισμό και περιλαμβάνει τους τύπους δεδομένων της μηχανής, τις εντολές, τους καταχωρητές, τους τρόπους διευθυνσιοδότησης (addressing modes), την αρχιτεκτονική μνήμης, τον χειρισμό διακοπών και εξαιρέσεων, καθώς και την εξωτερική είσοδο/έξοδο (Input/output, I/O). Μια αρχιτεκτονική συνόλου εντολών περιλαμβάνει το σύνολο των μνημονικών εντολών (opcodes) της γλώσσας μηχανής, και τις εντολές που υλοποιούνται από τον ίδιο τον επεξεργαστή. Η αρχιτεκτονική συνόλου εντολών διαφέρει από τη μικροαρχιτεκτονική, η οποία είναι το σύνολο των τεχνικών σχεδίασης επεξεργαστών, που χρησιμοποιείται για την υλοποίηση του συνόλου εντολών. Υπολογιστές με διαφορετικές μικροαρχιτεκτονικές μπορούν να έχουν το ίδιο σύνολο εντολών. Για παράδειγμα, ο Pentium της Intel και ο Athlon της AMD υλοποιούν σχεδόν ίδιες εκδόσεις του συνόλου εντολών x86, αλλά έχουν σημαντικά διαφορετικές εσωτερικές σχεδιάσεις. Η αρχιτεκτονική συνόλου εντολών IA32 σχεδιάστηκε από την εταιρία Intel για του επεξεργαστές της ίδιας εταιρίας. Η ανταγωνιστική εταιρία AMD υλοποίησε

23 22 επεξεργαστές διαφορετικής αρχιτεκτονικής από αυτούς της Intel αλλά χρησιμοποίησε το ίδιο ακριβώς σύνολο εντολών IA32 (αρχικά σχεδιασμένο μόνο για Intel). Το 2002 περίπου η AMD επέκτεινε το σύνολο εντολών Intel-IA32 στο νέο σύνολο x86-64 για να υποστηρίζονται συστήματα 64 bit τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν χώρους διεύθυνσης μνήμης μέχρι 256 terrabytes (2 64 bytes). Η Intel με το IA32 απευθυνόταν σε μηχανήματα 32bit όπου μπορούσαν να χρησιμοποιούν χώρο διεύθυνσης μνήμης μέχρι 4 gbytes (2 32 bytes).η AMD εκτός από το σύνολο εντολών x86-64 την εποχή εκεί κατάφερε και έβγαλε στην αγορά επεξεργαστή γρηγορότερο από 1 GHz. Η επέκταση της AMD στο νέο σύνολο x86-64 επέτρεψε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν χώροι διεύθυνσης μνήμης μέχρι 256 terrabytes (2 64 bytes). Το σύνολο εντολών x86-64 στην συνέχεια υιοθετήθηκε και από την Intel για την κατασκευή επεξεργαστών. Το σύνολο εντολών x86-64 ενσωματώνει λειτουργίες για δημιουργία βελτιωμένου κώδικα μηχανής. Κάποιες εικονικές μηχανής (virtual machines) που υποστηρίζουν κώδικα byte (bytecode), όπως αυτές της Smalltalk και της Java, καθώς και η εικονική μηχανή Common Language Runtime της Microsoft σαν αρχιτεκτονική συνόλου εντολών, την υλοποιούν μεταφράζοντας τον κώδικα byte από συχνά χρησιμοποιούμενα μονοπάτια κώδικα σε κώδικα μηχανής, και εκτελούν τα λιγότερο συχνά χρησιμοποιούμενα μονοπάτια με διερμηνεία. Για παράδειγμα, με αυτόν τον τρόπο, η Transmeta υλοποίησε το σύνολο εντολών x86 σε επεξεργαστές VLIW. CISC Η συντομογραφία της έκφρασης "Complex instruction set computer" είναι CISC (προφέρεται σισκ) και σημαίνει υπολογιστής συνθέτου συνόλου εντολών. Η στρατηγική στην οποία βασίζεται η αρχιτεκτονική CISC είναι η ύπαρξη ενός μεγάλου συνόλου εντολών, στο οποίο συμπεριλαμβάνονται και σύνθετες. Ο προγραμματισμός σε CISC είναι πιο εύκολος από ότι στον άλλο σχεδιασμό, επειδή υπάρχει μια εντολή για κάθε απλή ή σύνθετη εργασία. Συνεπώς, οι προγραμματιστές δεν χρειάζεται να γράφουν σύνολα εντολών για να πραγματοποιήσουν κάποια σύνθετη εργασία. Η πολυπλοκότητα του συνόλου εντολών έχει ως αποτέλεσμα το ηλεκτρονικό κύκλωμα της ΚΜΕ και της μονάδας ελέγχου να είναι υπερβολικά σύνθετα. Για την μείωση αυτής της πολυπλοκότητας, οι σχεδιαστές της αρχιτεκτονικής CISC έχουν καταλήξει στην ακόλουθη λύση: Ο προγραμματισμός γίνεται σε δύο επίπεδα. Οι εντολές σε γλώσσα μηχανής δεν εκτελούνται κατευθείαν από την ΚΜΕ. Αυτό προϋποθέτει την προσθήκη ενός ειδικού τύπου μνήμης, τη μικρομνήμη, στην οποία αποθηκεύεται το σύνολο των εντολών κάθε σύνθετης εντολής του μηχανήματος. Αυτού του είδους ο προγραμματισμός, ο οποίος χρησιμοποιεί μικροεντολές, ονομάζεται μικροπρογραμματισμός.

24 23 Ένα μειονέκτημα της αρχιτεκτονικής CISC είναι ο επιπλέον φόρτος που σχετίζεται με το μικροπρογραμματισμό και την προσπέλαση της μικρομνήμης. Ωστόσο, οι υπέρμαχοι της αρχιτεκτονικής υποστηρίζουν ότι αυτό αντισταθμίζεται από τα οφέλη που παρέχουν τα μικρότερα προγράμματα σε επίπεδο μηχανής. RISC Η συντομογραφία του είναι RISC (προφέρεται ρισκ) και σημαίνει υπολογιστής περιορισμένου συνόλου εντολών. Η στρατηγική στην οποία βασίζεται η αρχιτεκτονική RISC είναι η ύπαρξη ενός μικρού συνόλου εντολών, οι οποίες πραγματοποιούν ένα ελάχιστο πλήθος απλών λειτουργιών. Οι σύνθετες εντολές προσομοιώνονται με τη χρήση ενός υποσυνόλου απλών εντολών. Ο προγραμματισμός σε RISC είναι πιο δύσκολος και χρονοβόρος από ότι στον άλλο σχεδιασμό, επειδή οι πιο σύνθετες εντολές προσομοιώνονται από απλές.

25 24 Μνήμη Μνήμη ROM Η ROM (Read-Only Memory, μτφ. μνήμη μόνο για ανάγνωση) είναι τύπος ηλεκτρονικής μνήμης, μόνο ανάγνωσης (γράφεται μόνο μία φορά από το εργοστάσιο που την κατασκευάζει) και μη πτητική (δεν χάνει τα δεδομένα της με τη διακοπή της τροφοδοσίας ρεύματος) που χρησιμοποιείται κυρίως σε ηλεκτρονικούς υπολογιστές αλλά και σε ηλεκτρονικές συσκευές. Υπάρχουν ειδικές περιπτώσεις που μπορούμε να αλλάξουμε τα περιεχόμενα μιας μνήμης ROM αλλά αυτή η αλλαγή είτε γίνεται πολύ αργά είτε απαιτούνται ειδικά μηχανήματα και τεχνικές. Ιστορικό Οι περισσότεροι οικιακοί υπολογιστές τη δεκαετία του '80 χρησιμοποιούσαν τη μνήμη ROM, για τη μόνιμη αποθήκευση του λειτουργικού συστήματος (που τότε ήταν σαφώς απλούστερο και μικρότερο σε χωρητικότητα ως πρόγραμμα ), και για μία απλή έκδοση της BASIC. Για παράδειγμα ο Commodore 64 είχε 20 Kb ROM ενώ o ZX Spectrum είχε 32 Kb. Αργότερα το μέγεθος του λειτουργικού συστήματος μεγάλωσε σημαντικά και έτσι προτιμήθηκε από τους κατασκευαστές υπολογιστών, λόγω υψηλού κόστους, το λειτουργικό να φορτώνεται από ένα μαγνητικό μέσο, με τη βοήθεια μιας στοιχειώδους αρχικοποίησης από ένα λογισμικό που εγγράφεται στο BIOS. Παλαιότερα το BIOS αποθηκευόταν σε μια μνήμη EPROM ενώ τώρα αποθηκεύεται σε μνήμη τύπου Flash ROM. Η πρώτη EPROM, μια Intel 1702 με το τσιπ και τις συνδέσεις ξεκάθαρα εμφανείς μέσα από το παράθυρο διαγραφής.

26 25 Είδη Μη Πτητικών ROM Υπάρχουν παρόμοιες μνήμες με τη ROM όσον αφορά κυρίως στη μη πτητικότητα τους όπως οι : PROM (Programmable Read Only Memory) EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) Flash ROM. Μνήμη RAM Μνήμη τυχαίας προσπέλασης (RAM, Random access memory) είναι όρος που χρησιμοποιούμε για ηλεκτρονικές διατάξεις προσωρινής αποθήκευσης ψηφιακών δεδομένων (μνήμης υπολογιστή), οι οποίες επιτρέπουν πρόσβαση στα αποθηκευμένα δεδομένα στον ίδιο χρόνο οπουδήποτε και αν βρίσκονται αυτά, δηλαδή με «τυχαία πρόσβαση». Σε αντιδιαστολή βρίσκονται συσκευές αποθήκευσης δεδομένων, όπως οι μαγνητικές ταινίες, οι μαγνητικοί δίσκοι («σκληροί» ή «εύκαμπτοι»), στα οποία η πρόσβαση στα δεδομένα μπορεί να γίνει μόνο με κάποιον προκαθορισμένο τρόπο, συνήθως σειριακά, λόγω του τρόπου κατασκευής τους. Υπάρχουν δύο βασικοί τύποι RAM : η δυναμική RAM (DRAM) και η στατική RAM (SRAM). Η DRAM είναι η πιο κοινή μορφή αλλά πρέπει να «ανανεώνεται» (refresh) χιλιάδες φορές ανά δευτερόλεπτο, ενώ η SRAM δεν χρειάζεται κάτι τέτοιο. Η SRAM, ως διάταξη, είναι πιο δαπανηρή στην κατασκευή της - και επομένως στην αγορά της - σε σχέση με την DRAM. Στην πληροφορική με τον όρο RAM αναφερόμαστε στην κύρια ή κεντρική μνήμη ενός υπολογιστικού συστήματος αρχιτεκτονικής φον Νόιμαν, δηλαδή τη μνήμη στην οποία αποθηκεύονται προγράμματα και δεδομένα, προκειμένου είτε να εκτελεστούν είτε να υποστούν επεξεργασία αντίστοιχα. Τμήμα, επίσης, της κεντρικής μνήμης είναι και η μνήμη Μνήμη μόνο ανάγνωσης (ROM), η οποία επίσης επιτρέπει την τυχαία προσπέλαση. Η βασική διαφορά των δύο τύπων μνήμης είναι ότι η μεν RAM διατηρεί τα περιεχόμενά της μόνο όσο της επιτρέπει ο χρήστης ή το λογισμικό που εκτελείται και μόνο εφόσον το υπολογιστικό σύστημα τροφοδοτείται με ηλεκτρική ενέργεια. Σε αντίθετη περίπτωση, τα περιεχόμενά της είτε αντικαθίστανται από άλλα είτε χάνονται ολοσχερώς. Αν οι όροι που έχουν επικρατήσει ήταν απόλυτα ακριβείς, η μνήμη RAM έπρεπε να αναφέρεται ως «μνήμη τυχαίας προσπέλασης εγγραφής / ανάγνωσης», ενώ η μνήμη ROM ως «μνήμη τυχαίας προσπέλασης μόνο ανάγνωσης». Η μνήμη ROM έχει προεγγεγραμμένο περιεχόμενο, πάντα από τον κατασκευαστή του συστήματος, και χρησιμεύει, συνήθως, για την εκκίνηση λειτουργίας του συστήματος (BIOS), μόλις αυτό αρχίσει να τροφοδοτείται με ρεύμα, οπότε και η μνήμη RAM είναι κενή περιεχομένου.

27 26 Χωρητικότητα Η μνήμη RAM χρησιμεύει στην αποθήκευση δυαδικών ψηφίων οργανωμένων σε ομάδες (συνήθως οκτάδες) οι οποίες λέγονται κελιά συνήθως σε κάθε κελί αποθηκεύεται ένα byte. Επομένως, όπως είναι φυσικό, η χωρητικότητα της μνήμης RAM μετράται σε Kbytes, Mbytes και GBytes, όπως άλλωστε συμβαίνει για όλες τις μονάδες μνήμης. Η χωρητικότητα της RAM είναι αποφασιστικός παράγοντας για την ταχύτητα εκτέλεσης υπολογισμών από ένα υπολογιστικό σύστημα. Η χωρητικότητα της μνήμης, επίσης, καθορίζει και το λογισμικό που μπορεί να χρησιμοποιηθεί από ένα υπολογιστικό σύστημα. Τα υπολογιστικά συστήματα ξεκίνησαν με πολύ μικρές χωρητικότητες RAM (από 12 bytes (!) έως 3 Kbytes). Από γενιά σε γενιά και καθώς η τεχνολογία και η ηλεκτρονική έκαναν γιγαντιαία άλματα, η μνήμη RAM αυξανόταν διαρκώς σε μέγεθος. Σήμερα (2012) η μνήμη RAM σε μεγάλα υπολογιστικά συστήματα ή υπερυπολογιστές διαθέτει χωρητικότητες αρκετών TeraBytes, ενώ στα μικρότερα συστήματα ανέρχεται σε κάποια Gbytes (από 1 έως 48 Gbytes, ανάλογα με το σύστημα). Καθοριστικό, επίσης, είναι το μέγεθος της χωρητικότητας της μνήμης RAM για τη σταθερότητα και την ομαλή λειτουργία ενός υπολογιστικού συστήματος. Ένα τσιπ DRAM ενός Megabit από το Χρόνος Προσπέλασης Ανάμεσα στη στιγμή εκκίνησης μιας αίτησης για ένα byte ή λέξη από τη μνήμη, μέχρι αυτό να προσκομιστεί πραγματικά στον επεξεργαστή και να αποθηκευθεί σε κάποιον καταχωρητή του, μεσολαβεί κάποιο χρονικό διάστημα το οποίο ονομάζεται

28 27 υστέρηση ή χρόνος προσπέλασης. Ο χρόνος αυτός μπορεί να ιδωθεί ως το διάστημα από τη στιγμή που ζητείται μια διεύθυνση στη μνήμη μέχρι τη στιγμή που τα αντίστοιχα δεδομένα θα είναι διαθέσιμα για χρήση. Αποτελεί θεμελιώδες μέτρο ταχύτητας της μνήμης: όσο μικρότερη η υστέρηση τόσο μεγαλύτερη η ταχύτητα της μνήμης. Η υστέρηση δεν θα πρέπει να συγχέεται με το εύρος μνήμης, το μέγεθος του διαύλου (bus) της RAM σε μπιτ, με το οποίο μετράται η διαμεταγωγή της μνήμης. Είναι πιθανό μια προηγμένη τεχνολογία μνήμης να έχει αυξημένο εύρος μνήμης αλλά, παράλληλα, και αυξημένο χρόνο προσπέλασης. Για παράδειγμα η μνήμη DDR, η εμφάνιση της οποίας στην αγορά προηγείται χρονικά της μνήμης DDR2, έχει μικρότερη υστέρηση αν και πρόκειται για παλαιότερη τεχνολογία. Κόστος Το κόστος των αρθρωμάτων μνήμης τυχαίας προσπέλασης είναι αρκετά ευμετάβλητο και εξαρτάται από την τρέχουσα αγορά μητρικών πλακετών. Μνήμες οι οποίες πριν μερικούς μήνες είχαν τιμές πολύ μικρές σήμερα μπορεί να στοιχίζουν πανάκριβα λόγω σταματήματος της παραγωγής τους και μνήμες οι οποίες στοίχιζαν ακριβά μπορεί σήμερα να στοιχίζουν πολύ φθηνά επειδή μπορεί να χρησιμοποιούνται ευρέως. Μεγάλη επιρροή στη διαφοροποίηση της τιμής έχει και το μέγεθος ενός μεμονωμένου αρθρώματος. Πολλές φορές αρθρώματα διπλάσιας μνήμης στοιχίζουν λιγότερο από 2 ίδια με τη μισή μνήμη και σε άλλες περιπτώσεις στοιχίζουν περισσότερο. Τύποι Μνήμης RAM Η στατική RAM (Static RAM - SRAM) είναι ένας τύπος μνήμης RAM που έχει την ικανότητα να διατηρεί αναλλοίωτα τα περιεχόμενά της για όσο χρονικό διάστημα τροφοδοτείται με ρεύμα, χωρίς να απαιτείται κάποια επιπλέον εξωτερική επέμβαση. Στις SRAMs χρησιμοιούνται ειδικοί διακόπτες (switches), που μπορεί να είναι ανοικτοί ή κλειστοί (on/off). Ο τρόπος κατασκευής της SRAM μοιάζει περισσότερο με την τεχνολογία που εφαρμόζεται στους επεξεργαστές: πολλά ολοκληρωμένα κυκλώματα, που έχουν τοποθετηθεί πάνω σε μια μικρή πλακέτα πυριτίου. Για την αποθήκευση κάθε bit στη μνήμη SRAM, απαιτούνται τέσσερα με έξι transistors, γι αυτό και το μέγεθος της SRAM είναι μεγαλύτερο από το μέγεθος της DRAM (κάθε bit χρειάζεται μόνο έναν πυκνωτή). Η πολυπλοκότητα και ο μεγάλος αριθμός transistors που χρησιμοποιούνται για τη μνήμη SRAM, είναι ο βασικότερος λόγος, εξαιτίας του οποίου η μνήμη SRAM έχει μεγαλύτερο κόστος από την DRAM. Ο συνηθέστερος τύπος RAM είναι η δυναμική μνήμη τυχαίας προσπέλασης (Dynamic Random Access Memory, DRAM), η οποία αποθηκεύει μπιτ σε έναν ξεχωριστό πυκνωτή. Όμως, επειδή το φορτίο των πυκνωτών εξασθενεί με το

29 28 πέρασμα του χρόνου, η πληροφορία που είναι αποθηκευμένη εξασθενεί κι αυτή λόγω σταδιακής εκφόρτισης, γι' αυτό και πρέπει περιοδικά να επαναφορτίζεται ο πυκνωτής, εξ ου και ο όρος «δυναμική». ECC Πολλά αρθρώματα μνήμης κυκλοφορούν και (ή μόνο) σε έκδοση ECC (Error Correction Code, κώδικας διόρθωσης σφαλμάτων). Τα αρθρώματα αυτά χρησιμοποιούνται κυρίως σε εξυπηρετητές καθώς είναι συνήθως ακριβότερα αλλά έχουν δυνατότητα διόρθωσης των σφαλμάτων που μπορεί να παρουσιαστούν λόγω του τρόπου λειτουργίας της μνήμης. SDRAM Synchronous Dynamic Random Access Memory. Είναι συγχρονισμένη με τον δίαυλο του επεξεργαστή. Η συχνότητα λειτουργίας είναι καθοριστικός παράγοντας για την ταχύτητά της. Ο χρόνος προσπέλασης («υστέρηση CAS») πρέπει να είναι όσο το δυνατόν χαμηλότερος για την ταχύτερη λειτουργία του υπολογιστή. Δέχεται μία εντολή ανά κύκλο ρολογιού γράφοντας 64 bit δεδομένων. Οι ενδεικτικές ταχύτητές της σε MHz είναι SDRAM PC-66, SDRAM PC-100 έως SDRAM PC-133. DDR SDRAM Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory. Αποτελεί επέκταση της SDRAM με μεγαλύτερες ταχύτητες λειτουργίας και ταχύτερη εγγραφή / ανάγνωση δεδομένων. Σε έναν κύκλο ρολογιού εκτελείται μία εντολή που διαβάζει και γράφει τα διπλάσια δεδομένα (128 bits), καθώς μεταφέρονται δεδομένα και κατά την ακμή ανόδου και την ακμή καθόδου του σήματος του ρολογιού του συστήματος. Έτσι, σχεδόν διπλασιάζεται ο ρυθμός μεταφοράς χωρίς να χρειάζεται αύξηση της συχνότητας του διαύλου. Οι ενδεικτικές ταχύτητές της είναι είναι DDR-200, DDR-233, DDR-333 έως DDR-400. DDR2 SDRAM Δεν έχει ιδιαίτερες διαφορές από την DDR SDRAM εκτός από την αύξηση της συχνότητας. Σε κάθε κύκλο λειτουργίας εγγράφονται 256 bit δεδομένων. Έχει τάση λειτουργίας 1,8V. Οι ενδεικτικές ταχύτητές της έως επί του παρόντος είναι DDR2-400, DDR2-533, DDR2-667, DDR2-800 και DDR

30 29 DDR3 SDRAM Λειτουργεί σε ταχύτητες από 800MHz έως 2800MHz και σε κάθε κύκλο λειτουργίας εγγράφονται 512 bit δεδομένων. Έχει τάση λειτουργίας 1,5V και ενδείκνυται ιδιαίτερα στους φορητούς υπολογιστές αφού καταναλώνει αρκετά λιγότερη ενέργεια. Η συγκεκριμένη μνήμη αξιοποιείται περισσότερο στις κάρτες γραφικών όπου οι απαιτήσεις είναι αυξημένες.

31 30 Μονάδα Γραφικών, Ήχου, και Δικτύου Σύστημα Γραφικών Το σύστημα γραφικών είναι τμήμα ενός υπολογιστή, το οποίο λαμβάνει δεδομένα από την Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας (CPU) για να τα μετατρέψει σε εικόνα, η οποία θα προβληθεί στην οθόνη. Μπορεί να είναι ενσωματωμένο στη μητρική κάρτα του υπολογιστή ή να αποτελεί αυτόνομο κύκλωμα το οποίο αποκαλείται κάρτα γραφικών. Η κάρτα γραφικών είναι μια πλακέτα κυκλωμάτων, η οποία περιλαμβάνει έναν επεξεργαστή και κυκλώματα μνήμης RAM. Διαθέτει επίσης ένα μικροκύκλωμα (chip) εισόδου / εξόδου (BIOS), το οποίο αποθηκεύει τις ρυθμίσεις της κάρτας και εκτελεί διαγνωστικά για τη μνήμη, την είσοδο και την έξοδο κατά την εκκίνηση του συστήματος. Ο επεξεργαστής γραφικών της κάρτας, που ονομάζεται μονάδα επεξεργασίας γραφικών (Graphics Processing Unit, GPU), είναι παρόμοιος με τον επεξεργαστή ενός υπολογιστή. Μια GPU, ωστόσο, έχει σχεδιαστεί ειδικά για την εκτέλεση των πολύπλοκων μαθηματικών και γεωμετρικών υπολογισμών που είναι απαραίτητοι για την απόδοση γραφικών. Μερικές από τις ταχύτερες GPUs διαθέτουν περισσότερα τρανζίστορ από το μέσο όρο της CPU. Μια GPU παράγει πολλή θερμότητα, έτσι ώστε να είναι απαραίτητη η χρήση ενός ανεμιστήρα (μερικές κάρτες γραφικών διαθέτουν και σύστημα υδρόψυξης). Εκτός από την επεξεργαστική της ισχύ, η GPU χρησιμοποιεί ειδικό προγραμματισμό για καλύτερη ανάλυση της χρήσης των δεδομένων. Οι εταιρείες ATI και nvidia παράγουν τη συντριπτική πλειοψηφία των GPU για την παγκόσμια αγορά. Και οι δύο εταιρείες έχουν αναπτύξει τις δικές τους καινοτομίες και βελτιώσεις για τις επιδόσεις των GPU. Για να βελτιωθεί η ποιότητα της εικόνας, χρησιμοποιούνται οι εξής τεχνικές: Anti aliasing πλήρους οθόνης (FSAA), που απαλύνει τις άκρες του τρισδιάστατου αντικειμένου Ανισότροπο φιλτράρισμα (AF), το οποίο καθιστά τις εικόνες ευκρινέστερες. Κάθε εταιρεία έχει επίσης αναπτύξει ειδικές τεχνικές για να βοηθήσει την GPU για την απόδοση καλύτερων χρωμάτων, σκίασης, υφής και άλλων στοιχείων της εικόνας. Σημαντικό χαρακτηριστικό, επίσης, σε μια κάρτα γραφικών είναι και ο ρυθμός ανανέωσης πλαισίων (frame rate). Η αρχή λειτουργίας κινούμενων γραφικών στον υπολογιστή είναι η ίδια με αυτήν του κινηματογράφου: Προβάλλονται στην οθόνη 24 διαδοχικές εικόνες (frames, πλαίσια) ανά δευτερόλεπτο, προκειμένου η κινούμενη εικόνα να εμφανίζει σωστή ροή, χωρίς διακοπές, στο θεατή. Ο ρυθμός αυτός εξαρτάται τόσο από τον επεξεργαστή και τη

32 31 μνήμη RAM που διαθέτει η κάρτα όσο και από ειδικό λογισμικό, που συνήθως ενσωματώνεται σε αυτήν. Ιστορική Εξέλιξη Οι Κάρτες γραφικών εμφανίζονται για πρώτη φορά στον πρώτο "προσωπικό υπολογιστή" IBM PC το Ονομαζόταν Μονόχρωμος Προσαρμογέας Γραφικών (Monochrome Display Adapter, MDA) και ήταν ένα κύκλωμα (κάρτα) που προέβαλε μόνο κείμενο σε πράσινο ή λευκό χρώμα μαύρο υπόβαθρο. Ακολούθησαν οι κάρτες CGA (Color Graphics Adaptor) με δυνατότητα απεικόνισης οκτώ χρωμάτων (συχνά όχι ταυτόχρονα) και EGA (Enhanced Graphics Adaptor) με δυνατότητες απεικόνισης 64 χρωμάτων. Στους σημερινούς υπολογιστές το ελάχιστο πρότυπο για τις νέες κάρτες βίντεο είναι το Video Graphics Array (VGA), το οποίο επιτρέπει 256 χρώματα και την εμφάνιση εικόνων. Με υψηλά πρότυπα απόδοσης όπως ο Quantum Extended Graphics Array (QXGA),οι κάρτες βίντεο μπορεί να εμφανίσουν εκατομμύρια χρώματα σε ανάλυση έως και 2040 x 1536 pixel. Αναλύσεις και αναλογίες μορφών γραφικών υπολογιστή και βίντεο.

33 32 Καθώς η GPU δημιουργεί συνέχεια "εικόνες", πρέπει κάπου να αποθηκεύει τις ήδη ολοκληρωμένες "εικόνες". Χρησιμοποιεί για το σκοπό αυτό τη μνήμη RAM της κάρτας, την αποθήκευση δεδομένων για κάθε εικονοστοιχείο (pixel), το χρώμα του και τη θέση του στην οθόνη. Τμήμα της μνήμης RAM μπορεί επίσης να δράσει ως ρυθμιστικό πλαίσιο: αυτό σημαίνει ότι θα έχει ολοκληρώσει τις "εικόνες" και θα είναι η στιγμή να τις εμφανίσει στην οθόνη. Συνήθως, η βίντεο RAM λειτουργεί σε πολύ υψηλές ταχύτητες και έχει διπλό δίαυλο, πράγμα που σημαίνει ότι το σύστημα μπορεί να διαβάσει και να γράψει σε αυτήν την ίδια στιγμή. Η μνήμη RAM συνδέεται άμεσα με το μετατροπέα σήματος ψηφιακό-σεαναλογικό (DAC). Αυτός ο μετατροπέας, που ονομάζεται επίσης RAMDAC, μεταφράζει την εικόνα σε αναλογικό σήμα, καθώς η σημερινή οθόνη δεν μπορεί ακόμη να χρησιμοποιήσει ψηφιακό σήμα. Ορισμένες κάρτες έχουν πολλαπλές RAMDACs, που μπορούν να βελτιώσουν τις επιδόσεις και να υποστηρίξουν περισσότερες από μία οθόνες και τελικά στέλνουν την τελική εικόνα για την προβολή στην οθόνη μέσω καλωδίου DVI, VGA ή HDMI. Οι περισσότερες εκσυγχρονισμένες κάρτες γραφικών είανι πάνω απο 2 GB για υψυλότερες επιδόσεις (ειδικά στο όρο που χρησιμοποιούμε ως "GAMING"). Διασύνδεση Γραφικών και Οθόνης Τα πιο διαδεδομένα συστήματα για τη σύνδεση μεταξύ της κάρτας βίντεο και της οθόνης του υπολογιστή είναι: Video Graphics Array (VGA): To VGA υποστηρίζει το πρότυπο που έχει εκδοθεί στα τέλη της δεκαετίας του 1980, με οθόνες που υποστηρίζουν υποδοχή καθοδικού σωλήνα. Μερικά προβλήματα αυτού του προτύπου είναι ότι μπορεί να υπάρξει παραμόρφωση της εικόνας και ότι δεν έχει κατάλληλη προστασία από ηλεκτρικές παρεμβολές οι οποίες μπορεί να προκαλούνται από μια κοντινή, υψηλής τάσης ηλεκτρική πηγή. Digital Visual Interface (DVI): Με βάση την ψηφιακή τεχνολογία, το πρότυπο αυτό έχει σχεδιαστεί για οθόνες όπως οι LCD, οι LED, οι οθόνες πλάσματος, οι μεγάλες οθόνες υψηλής ευκρίνειας, οι τηλεοράσεις και video projectors. Έχει υψηλή προστασία από την παραμόρφωση της εικόνας και από τις ηλεκτρικές παρεμβολές. High-Definition Multimedia Interface (HDMI): Ένα προηγμένο σύστημα μετάδοσης ψηφιακού ήχου και βίντεο που κυκλοφόρησε το 2003 και χρησιμοποιείται ως το κύριο και γρηγορότερο σύστημα σύνδεσης για τις καινούριες κονσόλες παιχνιδιών καθώς και για τα καινούρια DVD και Blueray players σε μια οθόνη. Το HDMI έχει υψηλή προστασία και δεν επηρεάζεται από εξωτερικές παρεμβολές.

34 33 Αναλογικές και ψηφιακές συνδέσεις ήχου και βίντεο. Απαγωγή Θερμότητας Οι κάρτες γραφικών μπορούν να χρησιμοποιήσουν σημαντική ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας, μέρος της οποίας χάνεται σε θερμότητα. Εάν αυτή η θερμότητα δεν απάγεται, ο επεξεργαστής γραφικών της κάρτας μπορεί να υπερθερμανθεί και να προκληθεί βλάβη. Γι αυτό το λόγο, οι κατασκευαστές τοποθετούν πάντοτε κάποιο σύστημα απαγωγής της θερμότητας: Παθητική απαγωγή (ψύκτρα): Πάνω στον επεξεργαστή γραφικών τοποθετείται απλή ψύκτρα από αλουμίνιο ή χαλκό. Το πλεονέκτημά της είναι η αθόρυβη λειτουργία. Στις πιο ισχυρές κάρτες, όμως, δεν παρέχει επαρκή απαγωγή θερμότητας. Ψύκτρα και βεβιασμένη ροή αέρα (ανεμιστήρας). Η ταχύτητα περιστροφής του ανεμιστήρα μπορεί να αλλάζει (πχ να ελέγχεται αυτόματα από τον επεξεργαστή γραφικών ή τη μητρική κάρτα) για πιο αποτελεσματική ή πιο ήσυχη λειτουργία. Ψύκτρα και υδρόψυξη: Το σύστημα υδρόψυξης χρησιμοποιεί νερό αντί για αέρα, ως μέσο απομάκρυνσης της θερμότητας από την ψύκτρα προς το περιβάλλον. το νερό κυκλοφορεί μέσα στην ψύκτρα και, με εξωτερικές σωληνώσεις, μεταφέρει την εκλυόμενη θερμότητα σε εναλλάκτη θερμότητας (ψυγείο) με ανεμιστήρα, μακριά από τον επεξεργαστή γραφικών ή ακόμη και έξω από το περίβλημα του υπολογιστή.

35 34 Μονάδα Ήχου Η κάρτα ήχου είναι μια κάρτα επέκτασης του ηλεκτρονικού υπολογιστή που μπορεί να εισάγει και εξάγει ήχο υπό τον έλεγχο ειδικών προγραμμάτων. Τυπικές χρήσεις μιας κάρτας ήχου περιλαμβάνουν την παροχή του ηχητικού συστατικού για εφαρμογές πολυμέσων όπως η σύνθεση μουσικής, επεξεργασία βίντεο ή ήχου, παρουσίαση/εκπαίδευση, και ψυχαγωγία (παιχνίδια). Διάφοροι ηλεκτρονικοί υπολογιστές διαθέτουν ενσωματωμένες δυνατότητες αναπαραγωγής ή/και επεξεργασίας ήχου, ενώ άλλοι συμπεριλαμβάνουν ειδικές κάρτες επέκτασης προκειμένου να προστεθεί η κάρτα ήχου όταν τη χρειαστεί ο χειριστής. Γενικά Χαρακτηριστικά Μια χαρακτηριστική κάρτα ήχου περιλαμβάνει ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα ήχου που περιέχει συνήθως ένα ψηφιακό-σε-αναλογικό μετατροπέα, ο οποίος μετατρέπει τις καταγεγραμμένες ή τις παραγόμενες ψηφιακές κυματομορφές ήχου σε αναλογική μορφή. Αυτό το σήμα οδηγείται σε ένα (τύπου ακουστικού) βύσμα όπου μπορεί να συνδεθεί ένας ενισχυτής, ακουστικά ή άλλη παρόμοια συσκευή. Τα πιο προηγμένα σχέδια περιλαμβάνουν συνήθως περισσότερα από ένα ολοκληρωμένα κυκλώματα ήχου, για το διαχωρισμό των διεργασιών επεξεργασίας συντεθειμένων ήχων (συνήθως για την παραγωγή σε πραγματικό χρόνο της μουσικής και των ειδικών εφέ με μικρά ποσά δεδομένων) και ψηφιακής αναπαραγωγής ήχου. Το τελευταίο επιτυγχάνεται συνήθως από πολυδιαυλικά DACs, ικανά να αναπαράγουν πολλά ψηφιακά δείγματα διαφορετικής ποιότητας και έντασης ήχου και πολλές φορές να εφαρμόζουν, ακόμη και σε πραγματικό χρόνο, μουσικά εφέ σε αυτά, όπως το φιλτράρισμα ή διαστρέβλωση. Μερικές φορές, η πολυκάναλη ψηφιακή αναπαραγωγή ήχου μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη σύνθεση μουσικής εάν συνδυαστεί με μια ψηφιοποιημένη τράπεζα οργάνων κάποιου είδους, η οποία αποτελείται από ένα μικρό ποσό μνήμης ROM ή Flash που περιέχει δείγματα τα οποία αντιστοιχούν σε πρότυπα όργανα MIDI. (Ένας άλλος τρόπος να συντεθεί ήχος σε ένα PC είναι να χρησιμοποιηθούν κάποια "codecs", τα οποία στηρίζονται σε μεγάλο ποσοστό σε κάποιο λογισμικό για σύνθεση μουσικής, διαμόρφωση MIDI και εξομοίωση πολλαπλών καναλιών. Αυτή η προσέγγιση έχει γίνει κοινή δεδομένου ότι οι κατασκευαστές επιδιώκουν να απλοποιήσουν το σχέδιο και το κόστος μιας κάρτας ήχου). Οι περισσότερες κάρτες ήχου έχουν μια κύρια είσοδο (line in), από όπου μπορεί να εισαχθεί το ηχητικό σήμα, από τα όργανα καταγραφής ταινιών, κασετών ή παρόμοιων ηχητικών πηγών. Η κάρτα ήχου μπορεί να ψηφιοποιήσει αυτό το σήμα και να το αποθηκεύσει (ελεγχόμενα από το αντίστοιχο λογισμικό υπολογιστών) στον σκληρό δίσκο του υπολογιστή προκειμένου να αναπαραχθεί ή να υποστεί επεξεργασία. Ένα άλλο χαρακτηριστικό βύσμα εξωτερικής σύνδεσης, είναι αυτό του "μικροφώνου", το οποίο συνδέεται με το μικρόφωνο ή οποιαδήποτε άλλη συσκευή

36 35 εισόδου, που παράγει σήμα χαμηλότερου επιπέδου τάσης σε σύγκριση με εκείνες που συνδέονται με την κύρια είσοδο (line in). Η εισαγωγή του ήχου μπορεί ομοίως να ψηφιοποιηθεί και να αποθηκευθεί στο σκληρό δίσκο ή αλλιώς να χρησιμοποιηθεί από ειδικές εφαρμογές όπως λογισμικό αναγνώρισης φωνής ή για λογισμικό Voice over IP. Υπάρχουν εντούτοις μερικές κάρτες ήχου που έχουν ως στόχο τη σύνθεση μουσικής και τη διασύνδεση του MIDI τα οποία στερούνται οποιονδήποτε "πραγματικών" ικανοτήτων καταγραφής ήχου, όπως μερικές Turtle Beach και Roland Mt-32 προϊόντα, τα οποία εντούτοις στόχευσαν σε μια συγκεκριμένη αγορά και σχεδιάζονται για την επαγγελματική υψηλή ποιότητα αναπαραγωγής MIDI ήχου. Συνδέσεις Οι περισσότερες κάρτες ήχου οι οποίες εμμένουν στα πρότυπα της Microsoft PC 99 για την κωδικοποίηση χρώματος τα εξωτερικά βύσματα ως εξής: Χρώμα Λειτουργία Ροζ Ανοιχτό μπλέ Λαιμ πράσινο Μαύρο Πορτοκαλί Αναλογική είσοδος ήχου για μικρόφωνο. (Συνήθως μονοφωνική) Αναλογική είσοδος ήχου. (στερεοφωνική) Αναλογική γραμμή εξόδου για το κύριο στερεοφωνικό σήμα (εμπρόσθια ηχεία ή ακουστικά). Αναλογική γραμμή εξόδου για τα πίσω ηχεία. S/PDIF Ψηφιακή έξοδος (μερικές φορές χρησιμοποιείται εναλλακτικά ως αναλογική γραμμή εξόοδυ για τοκεντρικό ηχείο) Ενσωματωμένη Μονάδα Ήχου Στα τέλη της δεκαετίας του 1990, πολλοί κατασκευαστές υπολογιστών άρχισαν να αντικαθιστούν τις εσωτερικές κάρτες ήχου ή ενσωματωμένες ("codec"). Πολλοί από αυτούς χρησιμοποίησαν τις προδιαγραφές της Intel, το πρότυπο AC97. Αυτά τα "codecs" συνήθως στερούνται το υλικό για την άμεση σύνθεση μουσικής ή ακόμα και για τον πολυκάναλο ήχο, με ειδικούς οδηγούς και λογισμικό να αναπληρώνουν αυτές τις ελλείψεις, εις βάρος όμως της ταχύτητας της ΚΜΕ (παραδείγματος χάριν, η αναπαραγωγή MIDI καταναλώνει το 10-15% της ΚΜΕ μετρούμενο σε έναν Athlon XP CPU).

37 36 Μονάδα Δικτύου Η κάρτα δικτύου (ή ελεγκτής διασύνδεσης δικτύου, network interface controller) αποτελεί ένα στοιχείο του υλικού που συνδέει έναν υπολογιστή σε ένα δίκτυο υπολογιστών. Αν και αρχικά οι κάρτες δικτύου υλοποιούνταν σαν κάρτες επέκτασης που τοποθετούνταν σε κάποια κενή θέση του δίαυλου ενός υπολογιστή, λόγω της διάδοσης και του χαμηλού κόστους του προτύπου Ethernet, οι περισσότεροι υπολογιστές σήμερα περιλαμβάνουν μια κάρτα δικτύου στη μητρική κάρτα τους. Η κάρτα δικτύου επιτρέπει την επικοινωνία μεταξύ υπολογιστών μέσω ενός δικτύου υπολογιστών. Η σύνδεση μεταξύ των χρηστών μπορεί να γίνεται είτε με καλώδια, είτε ασύρματα. Το Πρότυπο Ethernet Αν και υπάρχουν και άλλες τεχνολογίες (π.χ. δακτύλιος με σκυτάλη, token ring), το πρότυπο Ethernet έχει επικρατήσει σχεδόν καθολικά από τα μέσα της δεκαετίας του Κάθε κάρτα δικτύου Ethernet έχει ένα μοναδικό σειριακό αριθμό από 48-bits που ονομάζεται η διεύθυνση MAC της και ο οποίος είναι αποθηκευμένος σε μνήμη μόνο για ανάγνωση (ROM) πάνω στην κάρτα. Κάθε υπολογιστής πρέπει να έχει μια κάρτα με μια μοναδική διεύθυνση MAC. Κανονικά δύο κάρτες δε θα έπρεπε να έχουν την ίδια διεύθυνση, γιατί οι κατασκευαστές τους αγοράζουν συνεχόμενα μπλοκ από διευθύνεις από το Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) και δίνουν μοναδική διεύθυνση σε κάθε κάρτα όταν αυτή κατασκευάζεται. Αν και οι κάρτες δικτύου παλιά ήταν κάρτες επέκτασης που τοποθετούνταν εκ των υστέρων στο δίαυλο του υπολογιστή, σήμερα όλοι οι νεότεροι υπολογιστές έχουν μια κάρτα δικτύου ενσωματωμένη στη μητρική τους. Συνήθως το τσίπσετ της μητρικής έχει δυνατότητες Ethernet ή υπάρχει ένα φτηνό εξειδικευμένο τσιπ Ethernet, που συνδέεται μεσω του διαύλου (π.χ. PCI ή ο νεότερος PCI Express). Δεν απαιτείται τότε ξεχωριστή κάρτα δικτύου, εκτός και αν χρειάζονται πολλαπλές διασυνδέσεις ή χρησιμοποιείται άλλου τύπου δίκτυο. Νεότερες μητρικές μπορεί να έχουν ακόμα και διπλές ενσωματωμένες κάρτες δικτύου. Υλοποίηση Η κάρτα υλοποιεί τα ηλεκτρονικά κυκλώματα που χρειάζονται για την επικοινωνία μέσω ενός συγκεκριμένου φυσικού στρώματος ή στρώματος σύδεσης δεδομένων, όπως το Ethernet ή ο δακτύλιος σκυτάλης. Με αυτόν τον τρόπο δημιουργείται η βάση για μια πλήρη στοίβα πρωτοκόλλων δικτύου, επιτρέποντας την επικοινωνία μεταξύ μικρών ομάδων στο ίδιο τοπικό δίκτυο υπολογιστών (LAN) και την επικοινωνία σε μεγάλες κλίμακες δικτύων με τη χρήση πρωτοκόλλων που δρομολογούνται, όπως το IP.

38 37 Υπάρχουν τέσσερις τεχνικές που χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά δεδομένων και μια κάρτα δικτύου μπορεί να χρησιμοποιεί μια ή περισσότερες από αυτές. Polling είναι η συνεχής εξέταση της κατάστασης ενός περιφερειακού από το μικροεπεξεργαστή για κάποιο πρόγραμμα. Προγραμματισμένη Είσοδος/Έξοδος (Programmed I/O) συμβαίνει όταν ο μικροεπεξεργαστής ειδοποιεί ένα περιφερειακό στέλνοντας τη διεύθυνση του στο δίαυλο διευθύνσεων. Είσοδος/έξοδος οδηγούμενη από διακοπές (Interrupt-driven I/O) συμβαίνει όταν το περιφερειακό ειδοποιεί το μικροεπεξεργαστή όταν είναι έτοιμο να μεταφέρει δεδομένα. Άμεση πρόσβαση στη μνήμη (direct memory access, DMA) συμβαίνει όταν ένα έξυπνο περιφερειακό παίρνει τον έλεγχο του διαύλου του συστήματος για να μπορεί να έχει απευθείας πρόσβαση στη μνήμη. Αυτό γλιτώνει την ΚΜΕ από φόρτο εργασίας αλλά απαιτεί ξεχωριστό επεξεργαστή πάνω στην κάρτα. Μια κάρτα δικτύου συνήθως έχει μια υποδοχή RJ45 (συνεστραμμένου ζεύγους, twisted pair), BNC, ή AUI για τη σύνδεση του καλωδίου δικτύου, και μερικές διόδους εκπομπής φωτός (LEDs) που πληροφορούν το χρήστη για τη δραστηριότητα στο δίκτυο και τη μετάδοση δεδομένων. Οι κάρτες δικτύου συνήθως είναι διαθέσιμες σε ταχύτητες των 10/100/1000 Mbit/s. Αυτό σημαίνει ότι μπορούν να υποστηρίξουν θεωρητικά ένα μέγιστο ρυθμό μεταφοράς των 10, 100 ή 1000 Megabits ανά δευτερόλεπτο. Αν και ο όρος 'κάρτα' είναι ο πιο συχνός, υπάρχουν περιπτώσεις που ο ελεγκτής διασύνδεσης δικτύου δεν έχει τη μορφή κάρτας αλλά μπορεί να είναι στοιχείο της μητρικής κάρτας ενός υπολογιστή, ενός δρομολογητή, μιας κάρτας επέκτασης, μιας διασύνδεσης εκτυπωτή ή μιας συσκευής USB. Ασύρματο Δίκτυο WiFi Το IEEE είναι μια οικογένεια προτύπων της IEEE για ασύρματα τοπικά δίκτυα (WLAN) που είχαν ως σκοπό να επεκτείνουν το (Ethernet, το συνηθέστερο πρωτόκολλο ενσύρματης δικτύωσης υπολογιστών) στην ασύρματη περιοχή. Τα πρότυπα είναι ευρύτερα γνωστά ως «WiFi» επειδή η WiFi Alliance, ένας οργανισμός ανεξάρτητος της IEEE, παρέχει την πιστοποίηση για τα προϊόντα που υπακούν στις προδιαγραφές του Αυτή η οικογένεια πρωτοκόλλων αποτελεί το καθιερωμένο πρότυπο της βιομηχανίας στο χώρο των ασύρματων τοπικών δικτύων. Ο όρος WiFi (Wireless Fidelity, κατά την ορολογία High Fidelity η οποία αφορά την εγγραφή ήχου) χρησιμοποιείται για να προσδιορίσει τις συσκευές που βασίζονται στην προδιαγραφή IEEE b/g/n και εκπέμπουν σε συχνότητες 2.4GHz. Ωστόσο το WiFi («ασύρματη πιστότητα» στα ελληνικά) έχει επικρατήσει και

39 38 ως όρος αναφερόμενος συνολικά στα ασύρματα τοπικά δίκτυα. Συνήθεις εφαρμογές του είναι η παροχή ασύρματων δυνατοτήτων πρόσβασης στο Internet, τηλεφωνίας μέσω διαδικτύου (VoIP) και διασύνδεσης μεταξύ ηλεκτρονικών συσκευών όπως τηλεοράσεις, ψηφιακές κάμερες, DVD Player και ηλεκτρονικοί υπολογιστές. Σε φορητές ηλεκτρονικές συσκευές το βρίσκει εφαρμογές ασύρματης μετάδοσης, όπως π.χ. στη μεταφορά φωτογραφιών από ψηφιακές κάμερες σε υπολογιστές για περαιτέρω επεξεργασία και εκτύπωση, αν και σε αυτόν τον τομέα έχει υποσκελιστεί από το πρωτόκολλο Bluetooth για τα πολύ μικρότερης εμβέλειας ασύρματα προσωπικά δίκτυα. Ιστορικό Η πρώτη έκδοση του WiFi εισήχθη το 1997 και στο φυσικό επίπεδο περιελάμβανε δύο μεθόδους διασποράς φάσματος για τη μετάδοση στη ζώνη συχνοτήτων 2.4GHz, η εκπομπή στην οποία δεν απαιτεί άδεια. Η πρώτη μέθοδος λειτουργούσε με Frequency Hopping (FHSS) και υποστήριζε ρυθμό μετάδοσης 1 Mbps, ενώ η δεύτερη λειτουργούσε με Direct Sequence (DSSS) και υποστήριζε ρυθμό μετάδοσης 1-2 Mbps. Περιλαμβανόταν επίσης και μία υπέρυθρη εκδοχή (IR). Πριν από την εμφάνιση του δεν υπήρχε κάποιο ευρέως αποδεκτό πρότυπο για ασύρματα τοπικά δίκτυα υπολογιστών, ούτε ανάλογες εμπορικές εφαρμογές, καθώς η τεχνολογία ασύρματης δικτύωσης δεν ήταν ακόμα αρκετά ώριμη. Το 1999 το b ώθησε την ταχύτητα στα 11 Mbps χρησιμοποιώντας DSSS. Οι ρυθμοί λειτουργίας 1-2 Mbps με DSSS ισχύουν ακόμα, έτσι ώστε οι συσκευές να μπορούν να πέσουν σε χαμηλότερες ταχύτητες για να διατηρήσουν μια σύνδεση όταν τα σήματα είναι αδύνατα. Με την έκδοση αυτή ο όρος WiFi άρχισε να χρησιμοποιείται ευρέως και οι ασύρματες κάρτες δικτύου να εξαπλώνονται ταχέως. Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο μετάδοσης Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), δύο πρότυπα υψηλής ταχύτητας ακολούθησαν το b τα οποία παρέχουν μέχρι 54 Mbps: το a εκπέμπει στη ζώνη συχνοτήτων των 5GHz αλλά δεν είναι συμβατό με τις ασύρματες κάρτες δικτύου οι οποίες υποστηρίζουν b, ενώ το g εκπέμπει στη ζώνη συχνοτήτων των 2.4GHz και είναι συμβατό με το b. Η επικοινωνία μεταξύ συσκευών εξοπλισμένων με κάρτες b και g γίνεται στην υψηλότερη δυνατή κοινή ταχύτητα, αυτήν του b. Με τη διάδοση του WiFi κατά τις αρχές της δεκαετίας του 2000 εμφανίστηκε μία νέα μέθοδος πρόσβασης στο Internet: μία ψηφιακή συσκευή με κάρτα ασύρματης δικτύωσης WiFi, π.χ. ένας ηλεκτρονικός υπολογιστής ή ένα PDA, μπορεί να συνδεθεί στο Διαδίκτυο όταν βρίσκεται σε ακτίνα κάλυψης ασύρματου δικτύου ήδη συνδεδεμένου στο Internet, το οποίο ονομάζεται σημείο πρόσβασης (Access Point). Μία περιοχή που καλύπτεται από ένα ή περισσότερα σημεία πρόσβασης

40 39 συνδεδεμένα μεταξύ τους λέγεται hotspot. Ένα hotspot μπορεί να καλύπτει έναν χώρο έκτασης δωματίου ή και πολλών τετραγωνικών μέτρων, με εναλλασσόμενα σημεία πρόσβασης. Έτσι η τεχνολογία WiFi επιτρέπει τη σύνδεση μεταξύ δύο συσκευών μεταξύ τους, τη σύνδεση ενός προσωπικού υπολογιστή με ένα τοπικό δίκτυο και άλλους υπολογιστές και, στη συνέχεια, μέσω αυτών στο Internet. Ένας φορητός υπολογιστής μπορεί να συνδεθεί οπουδήποτε υπάρχει σημείο πρόσβασης (π.χ. σε πάρκα ή πλατείες μεγάλων πόλεων, καφετέριες, βιβλιοθήκες κλπ). Ασφάλεια Άλλο ζήτημα είναι η ασφάλεια των δεδομένων. Τα πρωτόκολλα περιλαμβάνουν έναν προαιρετικό μηχανισμό πιστοποίησης κόμβων (μόνο για δομημένα δίκτυα) και κρυπτογράφησης δεδομένων, ονόματι WEP, ο οποίος λειτουργεί ως εξής: μετά τη συσχέτιση ενός σταθμού σε ένα BSS ο κόμβος στέλνει στο σημείο πρόσβασης (Access Point AP) ένα αίτημα πιστοποίησης ταυτότητας. Το σημείο πρόσβασης απαντά στέλνοντας του ένα τυχαίο κείμενο το οποίο ο κόμβος κρυπτογραφεί, χρησιμοποιώντας ένα κλειδί που έχει ρυθμιστεί από τους χρήστες του τοπικού δικτύου και είναι κοινό σε όλους τους κόμβους, και στέλνει πίσω στο σημείο πρόσβασης. Το AP επιβεβαιώνει ότι το κείμενο που έλαβε είναι η ορθά κρυπτογραφημένη, σύμφωνα με το σωστό κλειδί, εκδοχή αυτού που έστειλε και απαντά με μια επιβεβαίωση πιστοποίησης η οποία αναθέτει μία ταυτότητα στον κόμβο (η οποία γίνεται γνωστή και στους άλλους κόμβους). Από εκείνη τη στιγμή κι έπειτα ο σταθμός μπορεί να ανταλλάσσει δεδομένα στο WLAN με την ταυτότητα αυτή. Όταν ο κόμβος επιθυμεί να αποχωρήσει από το δίκτυο στέλνει ένα αίτημα αποπιστοποίησης πριν την αποσυσχέτιση. Για την αποφυγή υποκλοπών τα δεδομένα που διακινούνται στο δίκτυο κρυπτογραφούνται με ένα κρυφό κλειδί 40- bit (το ίδιο με αυτό της πιστοποίησης), το οποίο συνδυάζεται με μια γεννήτρια bit και το αποτέλεσμα συνδυάζεται με τα δεδομένα μέσω λογικού XOR (αποκλειστικό Ή) για να επιτευχθεί η κρυπτογράφηση. Στον παραλήπτη ακολουθείται η αντίστροφη διαδικασία.

41 40 Λειτουργικό Σύστημα Λειτουργικό σύστημα ή ΛΣ (αγγλ. Operating System ή OS) ονομάζεται στην επιστήμη της πληροφορικής το λογισμικό του υπολογιστή που είναι υπεύθυνο για τη διαχείριση και τον συντονισμό των εργασιών, καθώς και την κατανομή των διαθέσιμων πόρων. Το λειτουργικό σύστημα παρέχει ένα θεμέλιο, ένα μεσολαβητικό επίπεδο λογικής διασύνδεσης μεταξύ λογισμικού και υλικού, διαμέσου του οποίου οι εφαρμογές αντιλαμβάνονται εμμέσως τον υπολογιστή. Μια από τις κεντρικές αρμοδιότητες του λειτουργικού συστήματος είναι η διαχείριση του υλικού, απαλλάσσοντας έτσι το λογισμικό του χρήστη από τον άμεσο και επίπονο χειρισμό του υπολογιστή και καθιστώντας ευκολότερο τον προγραμματισμό τους. Σχεδόν όλοι οι υπολογιστές (παλάμης, επιτραπέζιοι, υπερυπολογιστές, ακόμη και παιχνιδομηχανές) χρησιμοποιούν έναν τύπο λειτουργικού συστήματος. Ορισμένα παλαιότερα μοντέλα ωστόσο βασίζονται σε ένα ενσωματωμένο λειτουργικό σύστημα, το οποίο περιέχεται σε έναν οπτικό δίσκο ή άλλες συσκευές αποθήκευσης δεδομένων. Επισκόπηση Ως λειτουργικό σύστημα (ΛΣ) χαρακτηρίζεται μία συλλογή βασικών προγραμμάτων, η οποία ελέγχει τη λειτουργία του υπολογιστή συνολικά και χρησιμοποιείται ως υπόβαθρο για την εκτέλεση όλων των υπόλοιπων προγραμμάτων, τη διαχείριση των περιφερειακών συσκευών και την εξασφάλιση της επικοινωνίας μεταξύ χρήστη και υπολογιστή. Στην πράξη πρόκειται για ένα επίπεδο λογισμικού που μεσολαβεί μεταξύ του υλικού και των εκτελούμενων προγραμμάτων σε έναν ηλεκτρονικό υπολογιστή. Αποτελείται από ένα σύνολο μηχανισμών μέσω των οποίων

42 41 επιτυγχάνεται αυτόματη διαχείριση των πόρων ενός υπολογιστή και ελεγχόμενη κατανομή τους στις εκτελούμενες εφαρμογές, έτσι ώστε οι τελευταίες να είναι σε θέση να προσπελάσουν εύκολα τους πόρους και τις συσκευές του συστήματος χωρίς να χρειάζεται να γνωρίζουν με ακρίβεια τη δομή του υποκείμενου υλικού, αλλά και ώστε πολλαπλές εφαρμογές να μπορούν να εκτελούνται ταυτόχρονα χωρίς να έρχονται σε διένεξη μεταξύ τους ή με τον υπολογιστή. Οι πρώιμοι υπολογιστές στερούνταν λειτουργικού συστήματος. Ένας άνθρωπος 'χειριστής' (operator) φόρτωνε τα προγράμματα στη μνήμη του υπολογιστή και φρόντιζε για την εκτέλεσή τους, εξ ου και το όνομα του λογισμικού συστήματος το οποίο αντικατέστησε τις ανθρώπινες αυτές ενέργειες (Operating System). Με το μεσολαβητικό επίπεδο διασύνδεσης που προσφέρει το ΛΣ, οι εφαρμογές μπορούν να αξιοποιούν εύκολα τη μνήμη, τον επεξεργαστή, το σύστημα αρχείων και τις περιφερειακές συσκευές. Δηλαδή το ΛΣ δημιουργεί ένα απλουστευμένο εικονικό περιβάλλον μέσα στο οποίο εκτελούνται οι εφαρμογές. Οι τελευταίες, μέσα από κάποια συγκεκριμένη και τυποποιημένη προγραμματιστική διασύνδεση που τους προσφέρει το ΛΣ, τις κλήσεις συστήματος, διαμορφώνουν αυστηρά συμμορφούμενα με αυτήν τη διασύνδεση αιτήματα για να αποκτήσουν πόρους, προκειμένου να φέρουν εις πέρας τις εργασίες που ζητά ο χρήστης. Στα PC το ΛΣ είναι το πρώτο λογισμικό που «φορτώνεται» στη μνήμη του υπολογιστή μετά την εκτέλεση του BIOS. Οποιοδήποτε λογισμικό φορτωθεί στη συνέχεια βασίζεται στο ΛΣ για την παροχή όλων των υπηρεσιών οι οποίες απαιτούν πρόσβαση στο υλικό. Υπηρεσίες Το λειτουργικό σύστημα περιέχει κώδικα χαμηλού επιπέδου, αποκλειστικά για την αρχιτεκτονική του επεξεργαστή στην οποία εκτελείται (γραμμένο είτε σε κάποια κατάλληλη γλώσσα προγραμματισμού υψηλού επιπέδου, όπως η C, είτε απευθείας σε συμβολική γλώσσα), ο οποίος αναλαμβάνει την υλοποίηση όλων αυτών των μηχανισμών. Ο εν λόγω κώδικας, ο οποίος κατά την κανονική λειτουργία του υπολογιστή είναι αποθηκευμένος στη μνήμη, ονομάζεται «πυρήνας» και ο κώδικας των εκτελούμενων εφαρμογών («κώδικας χρήστη») δεν έχει άμεση πρόσβαση σε αυτόν. Ο πυρήνας όμως παρέχει μία προγραμματιστική διασύνδεση, τις κλήσεις συστήματος που προαναφέρθηκαν, με την οποία τα προγράμματα χρήστη μπορούν να καλούν με ελεγχόμενο τρόπο διαδικασίες που εξάγει ο πυρήνας και παρέχουν υπηρεσίες στον καλούντα. Η σύνταξη, η σημασιολογία και η ονοματολογία των κλήσεων συστήματος διαφέρει από ΛΣ σε ΛΣ, με αποτέλεσμα ένα εκτελέσιμο πρόγραμμα συνήθως να μπορεί να τρέξει μόνο σε ένα ΛΣ. Ο κώδικας χρήστη δεν μπορεί να προσπελάσει μόνος του τους πόρους του υπολογιστή (π.χ. δίσκους, μνήμη συστήματος, περιφερειακά, δίκτυο κλπ) αλλά μπορεί να ζητήσει ό,τι χρειάζεται (π.χ. άνοιγμα ενός αρχείου στον δίσκο) από τον πυρήνα μέσω των κλήσεων συστήματος.

43 42 Συνήθως οι γλώσσες προγραμματισμού παρέχουν προτυποποιημένες βιβλιοθήκες που αποκρύπτουν αυτή τη διαδικασία από τον προγραμματιστή και παρέχουν φορητότητα κώδικα από ΛΣ σε ΛΣ. Π.χ. η απλή συνάρτηση fopen() της πρότυπης βιβλιοθήκης της C, με κοινή σύνταξη για όλες τις αρχιτεκτονικές και λειτουργικά συστήματα αλλά με διαφορετική υλοποίηση για το καθένα, όταν κληθεί καλεί με τη σειρά της την αντίστοιχη κλήση συστήματος - κατά κανόνα πιο πολύπλοκη - που παρέχει το υποκείμενο ΛΣ. Ο κώδικας που υλοποιεί τις κλήσεις συστήματος είναι ουσιαστικά τμήμα του πυρήνα, οπότε η fopen() του συγκεκριμένου παραδείγματος ζητά μετάβαση του επεξεργαστή σε κατάσταση πυρήνα, κατά την οποία μπορούν να εκτελεστούν εντολές με άμεση επίδραση στο υλικό και τους πόρους του υπολογιστή, και μεταφέρει τον έλεγχο στον κώδικα της κλήσης συστήματος. Όταν ο τελευταίος τερματίσει ο επεξεργαστής μεταβαίνει πάλι σε κατάσταση χρήστη και η fopen() συνεχίζει την εκτέλεσή της από την εντολή που ακολουθεί την κλήση συστήματος. Φυσικά τα προγράμματα χρήστη μπορούν να παρακάμψουν την fopen() και να καλέσουν κατευθείαν τον πυρήνα, κάτι που γίνεται αναγκαστικά όταν η βιβλιοθήκη της γλώσσας προγραμματισμού δεν παρέχει υψηλού επιπέδου διασύνδεση (όπως την fopen()) για κάποια λειτουργία. Οι βασικοί μηχανισμοί ενός λειτουργικού συστήματος αφορούν τη διαχείριση της εκτέλεσης των προγραμμάτων χρήστη (μέσω του μηχανισμού των διεργασιών και - στα συστήματα τα οποία υποστηρίζουν ταυτοχρονισμό / πολυδιεργασία / πολυπρογραμματισμό - του κατάλληλου χρονοπρογραμματισμού τους), της επικοινωνίας μεταξύ τους (μέσω των μηχανισμών εικονικής μνήμης και διαδιεργασιακής επικοινωνίας) και των δεδομένων που αυτές χρησιμοποιούν (μέσω του συστήματος αρχείων). Με τον τρόπο που είναι υλοποιημένοι οι εν λόγω μηχανισμοί διασφαλίζουν συνήθως τόσο την ασφάλεια του πυρήνα απέναντι στον κώδικα χρήστη, όσο και την ασφάλεια μεταξύ των προγραμμάτων χρήστη, ώστε κανένα να μην παρεμποδίζει ή να επηρεάζει αρνητικά την πρόσβαση των άλλων στους πόρους του συστήματος. Διαχείριση διεργασιών Ένα πρόγραμμα που εκτελείται στον υπολογιστή συνιστά μία ή περισσότερες διεργασίες. Πρόκειται για το βασικό μέσο εκτέλεσης προγραμμάτων σε ένα συνηθισμένο ΛΣ. Ο ίδιος κώδικας / πρόγραμμα μπορεί να εκτελείται ταυτόχρονα μέσα από πολλές διαφορετικές διεργασίες οι οποίες μπορεί να ανήκουν σε διαφορετικούς χρήστες. Στα πλαίσια της σειριακής αρχιτεκτονικής φον Νόιμαν και των υπολογιστών που έχουν οικοδομηθεί με βάση αυτήν, μόνο μια διεργασία μπορεί να εκτελείται στην ΚΜΕ (Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας) οποιαδήποτε χρονική στιγμή επομένως οι ποικίλες διεργασίες οι οποίες είναι ταυτόχρονα ενεργές εκτελούνται ψευδοπαράλληλα, με διαδοχική εναλλαγή του επεξεργαστή μεταξύ τους κάθε λίγη ώρα. Σε ένα παράλληλο σύστημα, όπου υπάρχουν πολλαπλοί επεξεργαστές, ο ταυτοχρονισμός / πολυδιεργασία μπορούν να υλοποιηθούν

44 43 πραγματικά παράλληλα. Σε κάθε περίπτωση, το τμήμα του πυρήνα το οποίο λαμβάνει διάφορες αποφάσεις σχετικά με την ανάθεση των ΚΜΕ στις διάφορες διεργασίες ονομάζεται χρονοπρογραμματιστής. Διαχείριση μνήμης Στις σύγχρονες αρχιτεκτονικές υπολογιστών η μνήμη είναι οργανωμένη ιεραρχικά. Αρχίζοντας από την ταχύτερη: καταχωρητές, κρυφή μνήμη, κύρια μνήμη και δευτερεύουσα μνήμη (π. χ. σκληροί δίσκοι). Το τμήμα εκείνο του ΛΣ που καλείται διαχειριστής μνήμης συντονίζει τη χρήση των διαφόρων τύπων μνήμης, καταγράφοντας ποια τμήματά τους είναι διαθέσιμα, ποια είναι δεσμευμένα και, αναλόγως με τις απαιτήσεις των διεργασιών, εκχωρεί ή απελευθερώνει τμήματα για να τα χρησιμοποιήσουν οι τελευταίες. Αυτή η δραστηριότητα λέγεται διαχείριση εικονικής μνήμης, αφού η συνολική μνήμη που είναι σε θέση να αξιοποιήσουν οι διεργασίες κατά την εκτέλεσή τους μπορεί να υπερβαίνει το μέγεθος της κύριας μνήμης (της φυσικής μνήμης RAM), μέσω της δέσμευσης ενός τμήματος του σκληρού δίσκου από τον πυρήνα το οποίο χρησιμοποιείται από τον τελευταίο σαν επέκταση της κύριας μνήμης. Τα προηγμένα Λ.Σ. αποφεύγουν, όπου και όταν είναι δυνατό, τη χρήση αυτής της τεχνικής, επειδή η χρήση δευτερεύουσας μνήμης ως κύριας μειώνει την ταχύτητα του συστήματος. Συστήματα αρχείων Το τμήμα του ΛΣ που ονομάζεται διαχειριστής συστήματος αρχείων δημιουργεί την αφαιρετική έννοια των αρχείων και των δένδρων καταλόγων. Έτσι ο χρήστης και οι εφαρμογές του έχουν τη δυνατότητα να βλέπουν τη δευτερεύουσα μνήμη σαν ένα σύνολο από αρχεία, τα οποία μπορούν να δημιουργούν, να τροποποιούν, να διαγράφουν, να μετακινούν και να αντιγράφουν. Δικτύωση Τα περισσότερα σύχρονα λειτουργικά συστήματα επιτρέπουν τη σύνδεση ενός υπολογιστή τόσο σε τοπικά δίκτυα όσο και στο Διαδίκτυο, ενσωματώνοντας στον κωδικά τους την υλοποίηση των απαιτούμενων αντίστοιχων πρωτοκόλλων. Εσωτερική ασφάλεια Με τον όρο αυτό, γνωστό και ως προστασία μνήμης, εννοούνται οι ενέργειες στις οποίες προβαίνει το ΛΣ προκειμένου να προφυλάξει τους πόρους μιας διεργασίας από τις παρεμβάσεις άλλων διεργασιών που τυχαίνει να εκτελούνται (ψευδο)παράλληλα. Το σκεπτικό είναι πως, δεν πρέπει μια διεργασία ενός χρήστη (σε περίπτωση πολυχρηστικού διακομιστή που εξυπηρετεί πολλαπλούς πελάτες) ταυτόχρονα μέσω δικτύου, να έχει αποκλειστική πρόσβαση σε ολόκληρο το σύστημα αρχείων, ούτε μια διεργασία να εγγράφει δεδομένα στο τμήμα εκείνο της μνήμης που έχει εκχωρηθεί σε άλλη διεργασία.

45 44 Εξωτερική ασφάλεια Σαν κόμβος ενός δικτύου ένας υπολογιστής μπορεί να δεχτεί επιθέσεις από κακόβουλο λογισμικό. Τα σύγχρονα ΛΣ περιλαμβάνουν και τμήματα που είναι υπεύθυνα να αναγνωρίσουν τέτοιες απειλές. Το λειτουργικό σύστημα ενός υπολογιστικού συστήματος, το οποίο υποστηρίζει πολλούς διαφορετικούς χρήστες, εκτελεί ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών και είναι συνδεδεμένο στο δίκτυο. Το γεγονός αυτό αυξάνει τις απαιτήσεις ασφάλειας των αντικειμένων του, επειδή συντρέχει κίνδυνος απώλειας, καταστροφής, διαγραφής, τροποποίησης ή διάδοσης τους, χωρίς την απαιτούμενη δικαιοδοσία. Ενδεικτικές ευπάθειες και απειλές αποτελούν η απώλεια συνθηματικών, η μη εξουσιοδοτημένη εκτέλεση λογισμικού με στόχο την σπατάλη των διαθέσιμων πόρων, καθώς και κακόβουλο λογισμικό ή ενέργειες. Οι συνηθέστεροι μηχανισμοί οι οποίοι εν μέρει προσφέρουν ασφάλεια σε ένα λειτουργικό σύστημα είναι, οι βιομετρικοί μέθοδοι, αγνωστικά πρωτόκολλα, μηχανισμοί δημοσίου κλειδιού και σύνθετα συνθηματικά. Ενώ, οι συνηθέστερες τεχνικές οι οποίες υιοθετούνται για την προστασία και την ακεραιότητα των λειτουργικών συστημάτων είναι, οι μέθοδοι φραγμών, μέθοδοι καταχωρητών, σύνολα ελέγχου και συνόψεις αρχείων, μηχανισμοί ανοχής σφαλμάτων, αναχώματα ασφαλείας (Firewalls) και σύστημα ανίχνευσης εισβολών(intrusion Detection System). Από την άλλη πλευρά, το «content spoofing» ή διαφορετικά η αλλοίωση περιεχομένου, χαρακτηρίζει την τεχνική της επίθεσης η οποία επιτρέπει σε έναν εισβολέα να εισφέρει κακόβουλο ωφέλιμο φορτίο το οποίο παραποιείται αργότερα, ως νόμιμο περιεχόμενο ενός ιστού (Web). Το γεγονός αυτό ενδέχεται να εκδηλωθεί σε πολλές διαφορετικές μορφές και συμπεριλαμβάνεται στη λίστα των πιο συχνών επιθέσεων. Παράλληλα, σε πολλές περιπτώσεις ο εισβολέας αποκτά πρόσβαση σε μία υπάρχουσα ιστοσελίδα (website), παραποιώντας τον πηγαίο κώδικα των προγραμμάτων αλλοιώνοντας το περιεχόμενο του ιστού. Γραφική διασύνδεση χρήστη H εξωτερική απεικόνιση (συνήθως στην οθόνη) του λειτουργικού συστήματος, ώστε ο χρήστης να μπορεί να αλληλεπιδράσει με αυτό και να διαχειριστεί τα προγράμματα και τις εργασίες του, δεν ταυτίζεται με το ίδιο το ΛΣ. Στην πραγματικότητα το κέλυφος (αγγλ: shell, εναλλακτικά στα ελληνικά είναι γνωστό και ως φλοιός), όπως λέγεται το εν λόγω τμήμα του ΛΣ το οποίο παρέχει μία οπτική και αλληλεπιδραστική διασύνδεση προς τους χρήστες, είναι απολύτως δευτερεύον σε σχέση με τον πυρήνα και τους μηχανισμούς του, παρόλο που πρόκειται για το μόνο συστατικό ενός λειτουργικού συστήματος το οποίο είναι άμεσα ορατό από έναν απλό χρήστη.

46 45 Υπάρχουν δύο βασικοί τύποι κελύφους: οι γραμμές εντολών, όπου οι χρήστες απλώς πληκτρολογούν εντολές για να διαχειριστούν τα αρχεία και τα προγράμματά τους, και οι γραφικές διασυνδέσεις χρήστη (GUI), όπου οι χρήστες χειρίζονται ένα γραφικό περιβάλλον στηριζόμενο στο ποντίκι και σε οπτικές μεταφορές (εικονίδια, παράθυρα κλπ). Τα σύγχρονα ΛΣ παρέχουν τη δυνατότητα στον χρήστη να επικοινωνεί γραφικά με τον Η/Υ μέσω ποντικιού, παραθύρων, εικονιδίων, δείκτη ποντικιού, γραμμές εργασιών κλπ. Οδηγοί συσκευών Ένα λειτουργικό σύστημα περιλαμβάνει και πολλούς οδηγούς συσκευών (drivers). Συνοπτικά, ένας οδηγός συσκευής είναι το λογισμικό συστήματος που χρησιμοποιεί το ΛΣ και οι διεργασίες των χρηστών κάθε φορά που πρέπει να ανταλλάξουν δεδομένα με τη συγκεκριμένη συσκευή. Συνήθως οι οδηγοί συσκευών περιλαμβάνονται στο λογισμικό που συνοδεύει την περιφερειακή συσκευή κατά την αγορά της. Ωστόσο τα περισσότερα ΛΣ διατίθενται και με ορισμένους προκατασκευασμένους, γενικής χρήσης οδηγούς συσκευών, συνήθως όχι τόσο βελτιστοποιημένους από άποψη ταχύτητας. Πυρήνας Όπως αναφέρθηκε, ο όρος πυρήνας αφορά τα πιο βασικά μέρη ενός ΛΣ τα οποία αλληλεπιδρούν στενά με το υλικό. Αντιθέτως, τμήματα του ΛΣ που δεν ανήκουν στον πυρήνα μπορούν να θεωρηθούν π.χ. η διασύνδεση με τον χρήστη, τα πρωτόκολλα επικοινωνίας ανάμεσα στις εφαρμογές, τα πρωτόκολλα διαχείρισης περιόδων εργασιών χρηστών, τα πρωτόκολλα δικτύου κτλ. Πάντως δεν επικρατεί κάποια γενική συναίνεση σχετικά με το θέμα αυτό στην κοινότητα της πληροφορικής. Σύγχρονα λειτουργικά συστήματα Στις μέρες μας (2012), τα δημοφιλέστερα λειτουργικά συστήματα στους μικροϋπολογιστές, (συμπεριλαμβανομένων των προσωπικών υπολογιστών), έχουν διαμορφωθεί σε δύο μεγάλες οικογένειες: αυτή των Unix-συμβατών και την οικογένεια των Microsoft Windows. Οι κεντρικοί υπολογιστές και τα ενσωματωμένα συστήματα χρησιμοποιούν μια ποικιλία άλλων λειτουργικών συστημάτων, τα περισσότερα από τα οποία δεν έχουν άμεση συγγένεια με τα Windows ή με το Unix. Τα Unix-συμβατά Λειτουργικά Συστήματα αποτελούν μια πολυποίκιλη ομάδα, με πολλές κύριες υποκατηγορίες συμπεριλαμβανομένων των System V, BSD, και GNU/Linux. To εμπορικό σήμα Unix χρησιμοποιείται από πολλά ΛΣ που έχουν πολλά κοινά με το αρχικό Unix. Τα Unix Λ.Σ. τρέχουν σε μια μεγάλη γκάμα από αρχιτεκτονικές υπολογιστών. Χρησιμοποιούνται πολύ σαν συστήματα εξυπηρετητές στις επιχειρήσεις και σε σταθμούς εργασίας σε ακαδημαϊκούς και μηχανολογικούς χώρους εργασίας.

47 46 Παραλλαγές του Unix που διακινούνται ως Ελεύθερο λογισμικό, όπως το GNU/Linux και BSD αυξάνουν σε δημοτικότητα στο χώρο των σταθμών εργασίας και των προσωπικών υπολογιστών. Παραλλαγές που διακινούνται με κλειστές άδειες χρήσης όπως το HP-UX της Hewlett-Packard, το Irix της Silicon Graphics και το AIX της IBM έχουν σχεδιαστεί να τρέχουν μόνο στο υλικό των συγκεκριμένων εταιρειών ενώ άλλες παραλλαγές μπορούν να τρέξουν και σε προσωπικούς υπολογιστές. Το Solaris της Sun (που άλλαξε άδεια χρήσης σε λογισμικό ανοιχτού κώδικα υπό την CDDL άδεια) είναι ένα τέτοιο πολύμορφο αλλά αληθινό Unix και μπορεί να τρέχει στους σταθμούς εργασίας της Sun αλλά και στον μικρότερο υπολογιστή αρχιτεκτονικής x86. Το ΛΣ Mac OS X της Apple είναι μια παραλλαγή του BSD, και έχει αντικαταστήσει τα προηγούμενα (μη-unix) MacOS ΛΣ της Apple σε μια σχετικά μικρή αλλά αφοσιωμένη αγορά, έχοντας γίνει ένα πολύ δημοφιλές Unix. Η οικογένεια των Microsoft Windows ΛΣ ξεκίνησε σαν ένα επίπεδο γραφικής διασύνδεσης πάνω από το παλιότερο MS-DOS περιβάλλον για τους IBM PC. Οι σύγχρονες εκδόσεις των Windows βασίζονται στον καινούργιο πυρήνα των Windows NT που πρωτοδιαμορφώθηκε στο OS/2, με πιο πρόσφατη έκδοση εν έτει 2010 τα Windows 7. Τα Windows τρέχουν πάνω σε 32- και 64-bit Intel και AMD υπολογιστές, αν και προηγούμενες εκδόσεις έτρεχαν και σε DEC Alpha, MIPS και PowerPC αρχιτεκτονικές (και υπήρξε και προσπάθεια να μεταφερθεί και σε αρχιτεκτονική SPARC). Σήμερα, τα Windows είναι το δημοφιλέστερο ΛΣ προσωπικών υπολογιστών απολαμβάνοντας ένα σχεδόν μονοπώλιο του 90% του παγκόσμιου μεριδίου αγοράς των προσωπικών υπολογιστών. Επίσης χρησιμοποιείται ευρέως και στους εξυπηρετητές υποστηρίζοντας εφαρμογές όπως Web εξυπηρετητές (Web Servers) και εξυπηρετητές βάσεων δεδομένων (DBMS Servers). Τα ΛΣ μεγάλων υπολογιστών, όπως της IBM z/os και ενσωματωμένων ΛΣ όπως QNX, ecos, Symbian και Palm OS, είναι συνήθως άσχετα με το Unix και τα Windows. Τα ΛΣ Windows CE, Windows NT Embedded 4.0 και Windows XP Embedded σχετίζονται με τα Windows. Παλιότερα ΛΣ που ακόμα χρησιμοποιούνται σε κλειστές αγορές περιλαμβάνουν το παρόμοιο με τα Windows OS/2 της IBM, το VMS της Hewlett-Packard (πρώην DEC), το Mac OS, το όχι-unix προηγούμενο του Mac OS της Apple X και το AmigaOS, το πρώτο με γραφική διασύνδεση χρήστη ΛΣ με αναπτυγμένες δυνατότητες πολυμέσων που έγινε διαθέσιμο στο κοινό. Παλαιότερο, επίσης, ΛΣ που χρησιμοποιείται ακόμη σε πολύ περιορισμένες εφαρμογές, είναι ο πρόγονος των Windows στους Προσωπικούς υπολογιστές, το MS-DOS. Η έρευνα και η ανάπτυξη νέων τύπων ΛΣ συνεχίζεται και αποτελεί ένα ενεργό πεδίο της πληροφορικής.

48 47 Παραδείγματα λειτουργικών συστημάτων UNIX - που περιλαμβάνει όλα τα UNIX BSD (FreeBSD, OpenBSD, NetBSD), το Solaris (και το OpenSolaris), το IRIX, το AIX, το GNU/Linux και το Mac OS X Mac OS (μέχρι την έκδοση 9) Microsoft Windows MS-DOS CP/M AmigaOS

49 48 Γραφική Διασύνδεση Χρήστη Γραφικό Περιβάλλον Χρήστη ή Γραφική Διασύνδεση Χρήστη (αγγλικά: Graphical User Interface - GUI) καλείται στην πληροφορική ένα σύνολο γραφικών στοιχείων, τα οποία εμφανίζονται στην οθόνη κάποιας ψηφιακής συσκευής (π.χ. Η/Υ) και χρησιμοποιούνται για την αλληλεπίδραση του χρήστη με τη συσκευή αυτή. Παρέχουν στον τελευταίο, μέσω γραφικών, ενδείξεις και εργαλεία προκειμένου αυτός να φέρει εις πέρας κάποιες επιθυμητές λειτουργίες. Για τον λόγο αυτό δέχονται και είσοδο από τον χρήστη και αντιδρούν ανάλογα στα συμβάντα που αυτός προκαλεί με τη βοήθεια κάποιας συσκευής εισόδου (π.χ. πληκτρολόγιο, ποντίκι). Τα περισσότερα σύγχρονα προγράμματα και λειτουργικά συστήματα υπολογιστών, προσφέρουν στους χρήστες τους κάποιο GUI γιατί αυτός ο τρόπος αλληλεπίδρασης με τον υπολογιστή ταιριάζει αρκετά στην ανθρώπινη εμπειρία και φύση. Σωστά σχεδιασμένα γραφικά προσφέρουν ένα όμορφο, εύχρηστο και λειτουργικό περιβάλλον εργασίας. Πριν από την έλευση και καθιέρωση των GUI ο κανόνας στους μικροϋπολογιστές ήταν η αλληλεπίδραση με τον χρήστη μέσω κάποιου κελύφους γραμμής εντολών. Ιστορία Ο πρόδρομος των GUI εφευρέθηκε από το Stanford Research Institute,το οποίο ηγούνταν ο Douglas Engelbart. Αυτοί ανέπτυξαν τη χρήση των υπερσυνδέσεων που βασίζονται σε κείμενο τους οποίους χειραγωγούσαν με ένα ποντίκι για ένα online σύστημα. Η ιδέα των υπερσυνδέσμων αναπτύχθηκε περισσότερο και επεκτάθηκε σε γραφικά από ερευνητές στο Xerox PARC, που προχώρησαν παραπέρα από υπερσυνδέσμους κειμένων και χρησιμοποίησαν ένα GUI σαν πρωταρχικό περιβάλλον για το Xerox Alto computer. Τα περισσότερα σύγχρονα GUI γενικής χρήσης πηγάζουν από αυτό το σύστημα. Ο Ivan Sutherland ανέπτυξε ένα σύστημα βασιζόμενο σε δείκτη που ονομάστηκε Sketchpad το Χρησιμοποιούσε ένα φωτεινό-στυλό για να βοηθήσει (οδηγεί) τη δημιουργία και χειραγώγηση των αντικειμένων στα σχέδια των μηχανικών. PARC user interface Το PARC αποτελείται από γραφικά στοιχεία όπως παράθυρα μενού,κουμπιά ραδιοφώνου,κουτί ελέγχου και εικονίδια. Το περιβάλλον χρήστη PARC χρησιμοποιεί συσκευή κατάδειξης σε συνδυασμό με ένα πληκτρολόγιο. Αυτές οι πλευρές μπορούν να τονιστούν χρησιμοποιώντας το εναλλακτικό ακρωνύμιο WIMP, το οποίο σημαίνει παράθυρα, εικόνες, μενού και συσκευή κατάδειξης.

50 49 XEROX Parc GUI και ο Alto Εξέλιξη Έπειτα από το PARC, το πρώτο GUI-κεντρικό μοντέλο διαχείρισης υπολογιστή ακολουθεί το Xerox 8010 Star Information System το 1981, το οποίο ακολουθείται από το Apple Lisa (το οποίο παρουσίασε την ιδέα της μπάρας του μενού όπως επίσης και τον έλεγχο παραθύρων) το 1983, το Apple Macintosh 128K το 1984, και το Atari ST και Commodore Amiga το Κάποια GUI τα οποία είναι οικεία στους περισσότερους ανθρώπους σήμερα είναι τα περιβάλλοντα για σταθερούς και φορητούς υπολογιστές, όπως τα Microsoft Windows, το Mac OS X, και το X Window System, καθώς και αυτά για συσκευές χειρός ("smartphone") όπως το Symbian, το BlackBerry OS, το Android και το ios της Apple. Η Apple, η IBM και η Microsoft χρησιμοποίησαν πολλές ιδέες της Xerox για να δημιουργήσουν προϊόντα, και οι προδιαγραφές για την κοινή πρόσβαση χρήστη (Common User Access) της IBM αποτέλεσαν τη βάση των περιβαλλόντων χρήστη

51 50 που εντοπίζονται στα Microsoft Windows, στο IBM OS/2 Presentation Manager, και στο κουτί εργαλείων και το διαχειριστή παραθύρου (window manager) του UnixMotif. Αυτές οι ιδέες εξελίχθηκαν για να δημιουργήσουν το περιβάλλον που εντοπίζεται στις τωρινές εκδοχές της Microsoft Windows, όπως επίσης και στα Mac OS X και σε ποικίλα περιβάλλοντα επιφάνειας εργασιών (desktop environments) για λειτουργικά συστήματα τύπου Unix, όπως το Linux. Έτσι τα πιο σύγχρονα GUIs παρουσιάζουν κοινά χαρακτηριστικά σε μεγάλο βαθμό. Τα Μέρη του GUI Ένα GUI χρησιμοποιεί ένα συνδυασμό τεχνολογιών και συσκευών για να παρέχει μια πλατφόρμα με την οποία ο χρήστης μπορεί να αλληλεπιδράσει, για να συγκεντρώσει και να παράγει πληροφορίες. Μια σειρά στοιχείων που αυτά ανταποκρίνονται σε μια οπτική γλώσσα (visual language) εξελίχθηκαν για να αντιπροσωπεύουν πληροφορίες που είναι αποθηκευμένες στους υπολογιστές. Αυτό διευκολύνει με λίγες γνώσεις υπολογιστών να δουλεύουν και να χρησιμοποιούν το λογισμικό του υπολογιστή. Ο πιο κοινός συνδυασμός αυτών των στοιχείων σε GUIs είναι το WIMP(Window(=παράθυρο), Image(=εικόνα), Menu(=μενού), Pointing Device(=συσκευή κατάδειξης)), ειδικά σε προσωπικούς υπολογιστές. Το είδος αλληλεπίδρασης του WIMP χρησιμοποιεί μια φυσική συσκευή εισόδου για να ελέγχει την θέση ενός κέρσορα (cursor) και παρουσιάζει πληροφορίες οι οποίες οργανώνονται σε παράθυρα και αντιπροσωπεύονται με εικονίδια. Οι διαθέσιμες εντολές καταρτίζονται μαζί σε μενού, και ενέργειες εκτελούνται μέσω της συσκευής ενδείξεων. Ένας διαχειριστής παραθύρων (window manager) διευκολύνει τις αλληλεπιδράσεις ανάμεσα στα παράθυρα, τις εφαρμογές, και το σύστημα παραθύρων (windowing system). Το σύστημα παραθύρων χειρίζεται συσκευές υλικού όπως οι συσκευές ενδείξεων, το υλικό γραφικών αλλά και την θέση του κέρσορα. Στους προσωπικούς υπολογιστές όλα αυτά τα στοιχειά συνδυάζονται μέσω μεταφοράς στην επιφάνεια εργασίας, για να παράγουν μια προσομοίωση που ονομάζεται περιβάλλον επιφάνειας εργασίας στο οποίο η οθόνη παριστάνει μια επιφάνεια εργασίας πάνω στην οποία έγραφα και φάκελοι μπορούν να τοποθετηθούν. Οι διαχειριστές παραθύρου και άλλου λογισμικού συνδυάζονται για να προσομοιώσουν το περιβάλλον επιφάνειας εργασίας με ποικίλα/διάφορα ρεαλιστικά στοιχεία.

52 51 POST-WIMP Περιβάλλοντα Μικρότερες κινητές συσκευές όπως τα PDAs και smartphones κατά κανόνα χρησιμοποιούν τα στοιχεία με διάφορες ενωτικές μεταφορές, εξαιτίας περιορισμών στο χώρο και σε διαθέσιμες συσκευές εισαγωγής. Εφαρμογές για τις οποίες το WIMP δεν είναι κατάλληλο ίσως χρησιμοποιούν νεότερες τεχνικές αλληλεπίδρασης, οι οποίες είναι γνωστές σαν post-wimp. Όπως το 2011 κάποια λειτουργικά συστήματα που βασίζονται σε οθόνη αφής, όπως το ios της Apple (iphone) και το Android, χρησιμοποιούν τα GUI που ονομάζονται post-wimp. Αυτά υποστηρίζουν είδη αλληλεπίδρασης που χρησιμοποιούν περισσότερα από ένα δάχτυλο στην επαφή με την οθόνη το οποίο επιτρέπει ενέργειες όπως χτύπημα και περιστροφή, τα οποία δεν μπορούν να υποστηριχθούν από ένα δείκτη και ποντίκι. Τα Post-WIMP συμπεριλαμβάνουν διαχειριστές παραθύρων με δυνατότητες 3D compositing όπως το Compiz, το Desktop Window Manager και το LG3D. Κάποια post-wimp περιβάλλοντα μπορεί να ταιριάζουν καλύτερα σε εφαρμογές οι οποίες συνδυάζουν 3D περιβάλλοντα, όπως το Google Earth. Σχεδίαση Γραφικού Περιβάλλοντος Χρήστη Η οπτική σύνθεση και η χρονική συμπεριφορά του GUI είναι το πιο σημαντικό μέρος του προγραμματισμού των εφαρμογών όταν πρόκειται για τον τομέα επικοινωνίας ανθρώπου υπολογιστή. Ο στόχος είναι η ενίσχυση της αποτελεσματικότητας και της

53 52 ευκολίας της χρήσης τέτοιων εφαρμογών, θέτοντας τον ως βασικό σχεδιασμό του προγράμματος, γνωστό με την αγγλική ορολογία usability (χρηστικότητα). Η αλληλεπίδραση χρήστη πληροφορίας γίνετε με τον χειρισμό των «οπτικών» αντικειμένων (widgets) τα οποία αντιδρούν ανάλογα με τα δεδομένα που τους δόθηκαν. Τα widget ενός καλοσχεδιασμένου GUI σχεδιάζονται με σκοπό να εκτελούν τις κατάλληλες ενέργειες ώστε ο χρήστης να παίρνει το κατάλληλο αποτέλεσμα. Ένα Model-view-controller είναι μία δομή που κάνει το προγραμματισμό για GUI ευκολότερο. Σε αυτήν το περιβάλλον εργασίας είναι ανεξάρτητο αλλά και έμμεσα συνδεδεμένο με την λειτουργία της εφαρμογής. Έτσι ο χρήστης μπορεί να επιλέξει η να τροποποιήσει την εμφάνιση του GUI. Επίσης η δουλεία του προγραμματιστή γίνεται πιο εύκολη, γιατί μπορεί να προσαρμόσει έτσι πιο εύκολα τον σχεδιασμό του GUI στην συνεχώς εξελισσόμενες ανάγκες του χρήστη. Αν και όλα τα παραπάνω είναι αναγκαία, ο καλός σχεδιασμός του GUI εξαρτάται από τον χρήστη και όχι από το σύστημα και την αρχιτεκτονική του. Τα widgets άλλοτε είναι μεγάλα σε μέγεθος, όπως είναι το πλαίσιο ή το παράθυρο μίας εφαρμογής ή ενός σχεδίου σχεδίου. Άλλοτε όμως είναι μικρά και χρησιμοποιούνται ως εργαλεία εισαγωγής με τα οποία μπορεί και αλληλεπιδρά ο χρήστης με τον υπολογιστή. Εκτενέστερη έχει γίνει η χρήση του GUI στα τελευταίας γενιάς κινητά τηλέφωνα, γνωστά και ως smart phones (έξυπνα τηλέφωνα). Ειδικά τα τελευταία χρόνια που ως συσκευή εισόδου χρησιμοποιούνται οι οθόνες αφής. GUI και Περιβάλλον Γραμμής Εντολών Το περιβάλλον γραμμής εντολών απαιτεί γνώση μίας μεγάλης γκάμας εντολών, οι οποίες είναι συνδυασμός λέξεων και συμβόλων. Πράγμα που είναι αρκετά δύσκολο, γιατί η αποτελεσματικότητα και η παραγωγικότητα εξαρτώνται καθαρά από το πόσες τέτοιες εντολές γνωρίζει ο χρήστης. Για να φτάσει ο χρήστης σε ένα υψηλό επίπεδο είναι αρκετά δύσκολο γιατί οι εντολές αυτές θέλουν αρκετό χρόνο για να τις μάθει και δεν είναι ευκολομνημόνευτες. Αργότερα όταν εμφανίστηκε το GUI, έκανε την χρήση του υπολογιστή πιο εύκολη λόγο της χρήσης των WIMP. Τα WIMP υπερτερούν έναντι της γραμμής εντολών γιατί με τον συνδυασμό των πλήκτρων και του δείκτη μπορεί ο χρήστης να δουλεύει σε πολλά σημεία, ενώ στην γραμμή εντολών δουλεύει μόνο στο τρέχοντα κατάλογο. Στα σύγχρονα πλέον λειτουργικά συστήματα χρησιμοποιούνται και τα δύο περιβάλλοντα, αλλά το GUI λαμβάνει περισσότερη σημασία. Επίσης υπάρχουν και εφαρμογές που έχουν τον συνδυασμό και των δύο περιβαλλόντων. Συχνά η γραμμή εντολών χρησιμοποιείται από τους προγραμματιστές ώστε να μπορούν να επικεντρωθούν περισσότερο στον σκοπό της δουλείας τους και να μην χάνουν χρόνο στον σχεδιασμό των WIMP.

54 53 3D GUI Για τις απλές οθόνες υπολογιστών οι τρεις διαστάσεις είναι μια ψευδαίσθηση, γιατί οι οθόνες είναι δισδιάστατες. Ωστόσο η τρίτη διάσταση μπορεί να αναπαρασταθεί τοποθετώντας το ένα αντικείμενο μπροστά από το άλλο. Έτσι η αλληλεπίδραση με αυτή είναι εφικτή. Επίσης η χρήση της σκίασης είναι αυτή που κάνει την τρισδιάστατη εικόνα να δείχνει πιο ρεαλιστική. Τα 3D γραφικά χρησιμοποιούνται κυρίως σε ταινίες του σινεμά, όπως το AVATAR, και σε παιχνίδια υπολογιστών. Όμως η χρήση τους δεν σταματά εκεί. Πολλές εταιρίες προσπάθησαν να δημιουργήσουν τρισδιάστατη επιφάνεια εργασίας, όπως η SUN με το Looking Glass Project. Επίσης χρησιμοποιείται και στην επιστήμη και την έρευνα, όπως η τρισδιάστατη εικόνα χρησιμοποιείται και για την παρουσίαση των αποτελεσμάτων ενός αξονικού τομογράφου. Γραφικά κελύφη (γραφικά περιβάλλοντα) του Unix GNOME KDE XFCE LXDE Cinnamon Enlightenment Unity Mate

55 54 Διαδίκτυο και Ηλεκτρονικό Ταχυδρομείο Το Διαδίκτυο (αγγλ. Internet) είναι παγκόσμιο σύστημα διασυνδεδεμένων δικτύων υπολογιστών, οι οποίοι χρησιμοποιούν καθιερωμένη ομάδα πρωτοκόλλων, η οποία συχνά αποκαλείται "TCP/IP" (αν και αυτή δεν χρησιμοποιείται από όλες τις υπηρεσίες του Διαδικτύου) για να εξυπηρετεί εκατομμύρια χρηστών καθημερινά σε ολόκληρο τον κόσμο. Οι διασυνδεδεμένοι ηλεκτρονικοί υπολογιστές ανά τον κόσμο, οι οποίοι βρίσκονται σε ένα κοινό δίκτυο επικοινωνίας, ανταλλάσσουν μηνύματα (πακέτα) με τη χρήση διαφόρων πρωτοκόλλων (τυποποιημένοι κανόνες επικοινωνίας), τα οποία υλοποιούνται σε επίπεδο υλικού και λογισμικού. Το κοινό αυτό δίκτυο καλείται Διαδίκτυο. Οπτικοποιημένη αναπαράσταση διαφόρων διαδρομών (routes) διαμέσου ενός τμήματος του Διαδικτύου

56 55 Το Διαδίκτυο και η Επικοινωνία Με την εμφάνιση οποιουδήποτε νέου μέσου, ο τομέας της επικοινωνίας αναμφισβήτητα επηρεάζεται. Η επίδραση αυτή πηγάζει κυρίως από την τεχνολογία του νέου μέσου. Σε τι επίπεδο μπορεί η τεχνολογία του διαδικτύου να αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο επικοινωνούν και πληροφορούνται μαζικά οι άνθρωποι; Υπάρχουν διαφορετικές και αντικρουόμενες προσεγγίσεις πάνω στο θέμα. Σύμφωνα με την προσέγγιση της "ιντερνετοφιλίας" (ένα μείγμα κλασικής "πλουραλιστικής" προσέγγισης και τεχνολογικού "ντετερμινισμού"), το Διαδίκτυο, αλλά και η ψηφιακή τεχνολογία γενικότερα, έχουν την ικανότητα να δημιουργούν "εικονικούς χώρους", "εικονικές κοινότητες", όπου παύουν να υφίστανται οι κοινωνικές και πολιτιστικές διαχωριστικές γραμμές που υπάρχουν στον πραγματικό κόσμο και που τα παραδοσιακά μέσα επικοινωνίας αδυνατούν να ξεπεράσουν εύκολα. Η επικοινωνία μέσω του διαδικτύου καθίσταται άμεση και αμφίδρομη. Δίνεται η δυνατότητα σε κάθε χρήστη ηλεκτρονικού υπολογιστή συνδεδεμένου στο Διαδίκτυο, να πληροφορηθεί αλλά και να πληροφορήσει ανταλλάσσοντας απόψεις μέσω ενός πιο συμμετοχικοί και λιγότερο ελεγχομένου διαύλου επικοινωνίας. Οι χρήστες αποκτούν ολοένα και περισσότερο την ιδιότητα του παγκοσμίου πολίτη. Υπάρχει έντονη τάση, ήδη από την αρχή της εμφάνισής του διαδικτύου, να θεωρείται ένα άκρως δημοκρατικό μέσο μαζικής επικοινωνίας, το οποίο αποδιαμεσολαβεί την επικοινωνία και καθιστά ισχυρότερο τον μέσο άνθρωπο, καθώς δίνει στον τελευταίο τη δυνατότητα πρόσβασης σε μεγάλο όγκο πληροφοριών συγκεντρωμένων σε ένα "χώρο" και την δυνατότητα της προσωπικής επιλογής των πληροφοριών αυτών. Συνεπώς, η βασική θέση της προσέγγισης αυτής είναι ότι το Διαδίκτυο θα εκδημοκρατίσει την κοινωνία με το να βελτιώσει την επικοινωνία καταργώντας την ανάγκη για διαμεσολάβηση. Η τεχνολογία του Διαδικτύου Το Διαδίκτυο (αγγλ. internet) είναι ένα επικοινωνιακό δίκτυο που επιτρέπει την ανταλλαγή δεδομένων μεταξύ οποιουδήποτε διασυνδεδεμένου υπολογιστή. Η τεχνολογία του είναι κυρίως βασισμένη στην διασύνδεση επιμέρους δικτύων ανά τον κόσμο και πολυάριθμα πρωτόκολλα επικοινωνίας. Στην πιο εξειδικευμένη και περισσότερο χρησιμοποιούμενη μορφή του, με τον όρο Διαδίκτυο, περιγράφεται το παγκόσμιο πλέγμα διασυνδεδεμένων υπολογιστών και των υπηρεσιών και πληροφοριών που παρέχει στους χρήστες του. Το Διαδίκτυο χρησιμοποιεί μεταγωγή πακέτων και τη στοίβα πρωτοκόλλων. Σήμερα, ο όρος διαδίκτυο κατέληξε στο να αναφέρεται στο παγκόσμιο αυτό δίκτυο. Για να ξεχωρίζει, το παγκόσμιο αυτό δίκτυο γράφεται με κεφαλαίο το αρχικό "Δ". Η τεχνική της διασύνδεσης δικτύων μέσω μεταγωγής πακέτων και της στοίβας πρωτοκόλλων ονομάζεται Διαδικτύωση.

57 56 Η ιστορία του Διαδικτύου Οι πρώτες απόπειρες για την δημιουργία ενός διαδικτύου ξεκίνησαν στις ΗΠΑ κατά την διάρκεια του ψυχρού πολέμου. Η Ρωσία είχε ήδη στείλει στο διάστημα τον δορυφόρο Σπούτνικ 1 κάνοντας τους Αμερικανούς να φοβούνται όλο και περισσότερο για την ασφάλεια της χώρας τους. Θέλοντας λοιπόν να προστατευτούν από μια πιθανή πυρηνική επίθεση των Ρώσων δημιούργησαν την υπηρεσία προηγμένων αμυντικών ερευνών ARPA (Advanced Research Project Agency) γνωστή ως DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) στις μέρες μας. Αποστολή της συγκεκριμένης υπηρεσίας ήταν να βοηθήσει τις στρατιωτικές δυνάμεις των ΗΠΑ να αναπτυχθούν τεχνολογικά και να δημιουργηθεί ένα δίκτυο επικοινωνίας το οποίο θα μπορούσε να επιβιώσει σε μια ενδεχόμενη πυρηνική επίθεση. Το αρχικό θεωρητικό υπόβαθρο δόθηκε από τον Τζ. Λικλάιντερ (J.C.R. Licklider) που ανέφερε σε συγγράμματά του το "γαλαξιακό δίκτυο". Η θεωρία αυτή υποστήριζε την ύπαρξη ενός δικτύου υπολογιστών που θα ήταν συνδεδεμένοι μεταξύ τους και θα μπορούσαν να ανταλλάσσουν γρήγορα πληροφορίες και προγράμματα. Το επόμενο θέμα που προέκυπτε ήταν ότι το δίκτυο αυτό θα έπρεπε να ήταν αποκεντρωμένο έτσι ώστε ακόμα κι αν κάποιος κόμβος του δεχόταν επίθεση να υπήρχε δίοδος επικοινωνίας για τους υπόλοιπους υπολογιστές. Τη λύση σε αυτό έδωσε ο Πολ Μπάραν (Paul Baran) με τον σχεδιασμό ενός κατανεμημένου δικτύου επικοινωνίας που χρησιμοποιούσε την ψηφιακή τεχνολογία. Πολύ σημαντικό ρόλο έπαιξε και η θεωρία ανταλλαγής πακέτων του Λέοναρντ Κλάινροκ (Leonard Kleinrock), που υποστήριζε ότι πακέτα πληροφοριών που θα περιείχαν την προέλευση και τον προορισμό τους μπορούσαν να σταλούν από έναν υπολογιστή σε έναν άλλο. Στηριζόμενο λοιπόν σε αυτές τις τρεις θεωρίες δημιουργήθηκε το πρώτο είδος διαδικτύου γνωστο ως ARPANET. Εγκαταστάθηκε και λειτούργησε για πρώτη φορά το 1969 με 4 κόμβους μέσω των οποίων συνδέονται 4 μίνι υπολογιστές (mini computers 12k): του πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στην Σάντα Μπάρμπαρα του πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Λος Άντζελες, το SRI στο Στάνφορντ και το πανεπιστήμιο της Γιούτα. Η ταχύτητα του δικτύου έφθανε τα 50 kbps και έτσι επιτεύχθηκε η πρώτη dial up σύνδεση μέσω γραμμών τηλεφώνου. Μέχρι το 1972 οι συνδεδεμένοι στο ARPANET υπολογιστές έχουν φτάσει τους 23, οπότε και εφαρμόζεται για πρώτη φορά το σύστημα διαχείρισης ηλεκτρονικού ταχυδρομείου( ). Παράλληλα δημιουργήθηκαν και άλλα δίκτυα, τα οποία χρησιμοποιούσαν διαφορετικά πρωτόκολλα(όπως το x.25 και το UUCP) τα οποία συνδέονταν με το ARPANET. Το πρωτόκολλο που χρησιμοποιούσε το ARPANET ήταν το NCP (Network Control Protocol), το οποίο, όμως, είχε το μειονέκτημα ότι λειτουργούσε μόνο με συγκεκριμένους τύπους υπολογιστών. Έτσι, δημιουργήθηκε η ανάγκη στις αρχές του 1970 για ένα πρωτόκολλο που θα ένωνε όλα τα δίκτυα που είχαν δημιουργηθεί

58 57 μέχρι τότε. Το 1974 λοιπόν, δημοσιεύεται η μελέτη των Βιντ Σερφ (Vint Cerf) και Μπομπ Κάαν (Bob Kahn) από την οποία προέκυψε το πρωτόκολλο TCP (Transmission Control Protocol) που αργότερα το 1978 έγινε TCP/IP, προσετέθη δηλαδή το Internet Protocol (IP), ώσπου το 1983 έγινε το μοναδικό πρωτόκολλο που ακολουθούσε το ARPANET. Το 1984 υλοποιείται το πρώτο DNS (Domain Name System) σύστημα στο οποίο καταγράφονται 1000 κεντρικοί κόμβοι και οι υπολογιστές του διαδικτύου πλέον αναγνωρίζονται από διευθύνσεις κωδικοποιημένων αριθμών. Ένα ακόμα σημαντικό βήμα στην ανάπτυξη του Διαδικτύου έκανε το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών (National Science Foundation, NSF) των ΗΠΑ, το οποίο δημιούργησε την πρώτη διαδικτυακή πανεπιστημιακή ραχοκοκκαλιά (backbone), το NSFNet, το Ακολούθησε η ενσωμάτωση άλλων σημαντικών δικτύων, όπως το Usenet, το Fidonet και το Bitnet. Ο όρος Διαδίκτυο/Ίντερνετ ξεκίνησε να χρησιμοποιείται ευρέως την εποχή που συνδέθηκε το ARPANET με το NSFNet και Internet σήμαινε οποιοδήποτε δίκτυο χρησιμοποιούσε TCP/IP. Η μεγάλη άνθιση του Διαδικτύου όμως, ξεκίνησε με την εφαρμογή της υπηρεσίας του Παγκόσμιου Ιστού από τον Τιμ Μπέρνερς-Λι στο ερευνητικό ίδρυμα CERN το 1989, ο οποίος είναι στην ουσία, η "πλατφόρμα", η οποία κάνει εύκολη την πρόσβαση στο Ίντερνετ, ακόμα και στη μορφή που είναι γνωστό σήμερα. Ο υπολογιστής NeXT που χρησιμοποιήθηκε από τον Berners-Lee στο CERN και έγινε ο πρώτο διακομιστής διαδικτύου στον κόσμο.

59 58 Πρωτόκολλο Μεταφοράς Υπερκειμένου Το Πρωτόκολλο Μεταφοράς Υπερκειμένου (HyperText Transfer Protocol, HTTP) είναι ένα πρωτόκολλο επικοινωνίας. Αποτελεί το κύριο πρωτόκολλο που χρησιμοποιείται στους φυλλομετρητές του Παγκοσμίου Ιστού για να μεταφέρει δεδομένα ανάμεσα σε έναν διακομιστή (server) και έναν πελάτη (client). Ο όρος υπερκείμενο (hypertext), που περιέχεται στην ονομασία του πρωτοκόλλου, χρησιμοποιήθηκε αρχικά από τον Τεντ Νέλσον το Η γενική ιδέα του πρωτοκόλλου προτάθηκε, μαζί με τη δημιουργία της γλώσσας HTML, από τον Τιμ Μπέρνερς Λι και την ομάδα του, ώστε, σε συνδυασμό με το ήδη υπάρχον Διαδίκτυο και το πρωτόκολλο TCP, να γίνει εφικτή η δημιουργία του Παγκόσμιου Ιστού(WWW). Η πρώτη τεκμηριωμένη έκδοση ήταν η έκδοση 0.9. Αρχικά το πρωτόκολλο δεν μετέφερε καμία πληροφορία σχετικά με το πρόγραμμαπελάτης και η μόνη επιλογή που υπήρχε ήταν η ζήτηση από τον εξυπηρετητή μίας σελίδας κειμένου το οποίο περιείχε μόνο χαρακτήρες ASCII και πιθανόν χαρακτήρες τερματισμού γραμμής. Σήμερα το πρωτόκολλο αυτό είναι πλέον καθιερωμένο και διαδεδομένο σε σημείο που σχεδόν όλοι οι φυλλομετρητές να το θεωρούν δεδομένο και να το χρησιμοποιούν σε περίπτωση που ο χρήστης δεν καθορίσει ποιο πρωτόκολλο θέλει να χρησιμοποιήσει. Αν δηλαδή ο χρήστης δεν γράψει: αλλά γράψει σκέτο το: my.url σχεδόν όλοι οι φυλλομετρητές θεωρούν σαν δεδομένο το πρωτόκολλο http και όχι κάποιο άλλο (https, ftp, mail, gopher κλπ.) Η ανάπτυξη του HTTP έγινε υπό την εποπτεία του World Wide Web Consortium και του Internet Engineering Task Force (IETF).

60 59 Παράδειγμα κώδικα HTML. Οι πληροφορίες στο Διαδίκτυο Το Διαδίκτυο, σε συνδυασμό με την ολοένα αναπτυσσόμενη ψηφιακή τεχνολογία, έχει δημιουργήσει μία τεράστια αγορά γνώσεων/πληροφοριών. Παραδοσιακές μορφές τέχνης (όπως για παράδειγμα ο κινηματογράφος και η μουσική) μέσω της ψηφιακής τεχνολογίας παίρνουν την ίδια μορφή (αρχείων δεδομένων) με αντικείμενα που εκ πρώτης όψεως είναι εντελώς διαφορετικά (όπως για παράδειγμα η ιατρική επιστήμη ή κάποιο πρόγραμμα λογισμικού). Παρατηρείται λοιπόν μία συγκέντρωση γνώσης ή, αν είναι δυνατό να λεχτεί, πολιτιστικής κληρονομιάς, που σχετίζεται άμεσα με το Ίντερνετ. Το μεγάλο ερώτημα που προκύπτει πλέον είναι το "ποιος θα διοικήσει, ποιος θα ελέγξει την γνώση αυτή". Από τη στιγμή που το Διαδίκτυο είναι ένα δίκτυο συνδεδεμένων υπολογιστών, κάθε χρήστης έχει την δυνατότητα να μοιραστεί πληροφορίες με άλλους χρήστες γενόμενος, πολλές φορές, ο ίδιος δημιουργός και πάροχος των πληροφοριών αυτών. Δεν υπάρχει άμεσος έλεγχος των πληροφοριών που "ανεβαίνουν" στο Διαδίκτυο από κάποιον ιεραρχικά ανώτερο χρήστη ή οργανισμό. Το θέμα της μη ιεραρχημένης πληροφορίας, όμως, τίθεται υπό αμφισβήτηση. Ο όγκος της πληροφορίας στο Διαδίκτυο είναι πράγματι μεγάλος. Παρ' όλα αυτά, υπάρχουν πληροφορίες ευκολότερα και δυσκολότερα προσβάσιμες από τον χρήστη. Το Διαδίκτυο κατέστησε εφικτή τη συγκέντρωση μεγάλου όγκου πληροφοριών και επηρέασε σημαντικά τον τρόπο διάθεσής τους, δεν συμβαίνει όμως στον ίδιο βαθμό το ίδιο και στον τρόπο παραγωγής αυτών. Για παράδειγμα, ο τρόπος παραγωγής μιας κινηματογραφικής ταινίας δεν έχει επηρεαστεί σημαντικά από την ύπαρξη του Διαδικτύου, ανεξάρτητα από το αν έχει επηρεαστεί ή όχι από την ψηφιακή τεχνολογία. Παρ' όλα αυτά, και σύμφωνα με την "ιντερνετοφιλική" προσέγγιση, το Διαδίκτυο ασκεί μεγάλη επίδραση στην διαδικασία παραγωγής

61 60 δημοσιογραφικών προϊόντων. Η δημιουργία της είδησης παύει να είναι πλέον μονοπώλιο λίγων, αφού ο κάθε χρήστης μπορεί εάν το επιθυμεί να δημιουργήσει πληροφορία ανά πάσα στιγμή. Το πιο τρανταχτό παράδειγμα της επίδρασης αυτής είναι τα ιστολόγια (blogs), όπου μπορεί κανείς να εκφέρει απόψεις και να σχολιάσει γεγονότα πάσης φύσεως (βλ. δημοσιογραφία στον ιστό και δημοσιογραφία των πολιτών). Ως αποτέλεσμα της επιρροής αυτής του Ίντερνετ στη παραγωγή ειδήσεων τα όρια μεταξύ ενός απλού χρήστη του διαδικτύου και ενός επαγγελματία δημοσιογράφου γίνονται περισσότερο δυσδιάκριτα. Αυτό με τη σειρά του οδηγεί στην ανάγκη για επαναπροσδιορισμό της έννοιας της δημοσιογραφίας καθώς και της απαραίτητης εκπαίδευσης των δημοσιογράφων. Η ανάγκη για τον επαναπροσδιορισμό της δημοσιογραφίας, όμως, δεν είναι τόσο μεγάλη σύμφωνα με τους υποστηριχτές της "αντι-πλουραλιστικής" προσέγγισης, καθώς θεωρούν πως το Ίντερνετ δεν μπορεί να ασκήσει ουσιαστική επίδραση στην επικοινωνία γενικότερα και στην δημοσιογραφία ειδικότερα. Επίσης, λόγω της μεγάλης συγκέντρωσης γνώσης στο Διαδίκτυο, η έννοια της κοινωνικής ισότητας παίρνει και πάλι μεγάλη σημασία. Το χάσμα ανάμεσα σε πληροφοριακά πλούσιους και πληροφοριακά φτωχούς θα διευρύνεται όσο αυξάνεται η συγκέντρωση της γνώσης αυτής. Το παραπάνω αποτελεί ακόμα έναν λόγο που κάνει πιο επιτακτική την ανάγκη για διερεύνηση του αρχικού ερωτήματος "ποιος θα ελέγξει τη γνώση αυτή". Η γλώσσα που χρησιμοποιείται περισσότερο στη διακίνηση της πληροφορίας στο Διαδίκτυο είναι η Αγγλική. Έχοντας αναπτυχθεί τα τελευταία χρόνια, το Διαδίκτυο περιλαμβάνει πλέον ποιοτικά και ποσοτικά ευρύ περιεχόμενο και στις υπόλοιπες γλώσσες των περισσότερο αναπτυγμένων χωρών. Ωστόσο, υπάρχουν ακόμα δυσλειτουργίες και τεχνικά προβλήματα σχετικά με την κωδικοποίηση, όπως το mojibake. Νομικά και ηθικά ζητήματα Η παραβίαση πνευματικών δικαιωμάτων, η πορνογραφία, η ψευδοπροσωπία και η προσφορά παρανόμων προϊόντων είναι φαινόμενα υπαρκτά στο Ίντερνετ και ο περιορισμός τους είναι ιδιαίτερα δύσκολος. Για παράδειγμα, η λέξη "sex" παραμένει μία από τις πλέον δημοφιλείς στις μηχανές αναζήτησης. Συχνά, η ανησυχία αυτή, που θεωρείται από κάποιους αβάσιμη,μπορεί να υποστηριχθεί από κάποια εγκλήματα ή αποτρόπαιες καταστάσεις (συνήθως περιπτώσεις παιδεραστίας κ.ά.). Το Διαδίκτυο έχει κατηγορηθεί ως παράγοντας που έπαιξε ρόλο σε θανάτους. Ο Μπράντον Βέντας (Brandon Vedas) πέθανε από υπερβολική δόση ενός μείγματος νομίμων και παρανόμων ναρκωτικών παρακινούμενος από συνομιλητές του στο IRC. Ο Σων Γούλεϊ (Shawn Woolley) αυτοκτόνησε με πιστόλι για λόγους που σχετίζονται με τον εθισμό του με το EverQuest, ένα Μαζικά Πολυχρηστικό

62 61 Διαδικτυακό Παιχνίδι Ρόλων (MMORPG), όπως ισχυρίστηκε η μητέρα του. Ο Άρμιν Μάιβες (Armin Meiwes) μαχαίρωσε μέχρι θανάτου και έφαγε μέρος του σώματος του Μπέρντ-Γιούργκεν Μπράντες (Bernd Jürgen Brandes) όταν ο τελευταίος απάντησε στην αγγελία του πρώτου που ζητούσε έναν «μεγαλόσωμο άνδρα έτοιμο να σφαγιαστεί και μετά να καταβροχθιστεί». Επιπλέον, το Διαδίκτυο είναι μη ελεγχόμενο, με την έννοια ότι δεν υπάρχει κάποια ενιαία κυβερνητική ή άλλη αντίστοιχη αρχή, η οποία θα ελέγχει το περιεχόμενό του πριν αυτό δημοσιευθεί -σύμφωνα με πολλούς χρήστες αυτό θα αποτελούσε λογοκρισία. Όπως χαρακτηριστικά λέγεται "το Διαδίκτυο ελέγχεται από τους χρήστες του". Βεβαίως, οι κρατικές υπηρεσίες και αστυνομίες σε κάθε χώρας, καθώς και οι αντίστοιχες νομοθετικές ρυθμίσεις, παρεμβαίνουν για την αναστολή των αξιόποινων πράξεων που διαπράττονται μέσω Διαδικτύου. Επίσης, ένα ακόμη ηθικό ζήτημα είναι ο συγκεντρωτισμός των Μ.Μ.Ε. και αναφέρεται στο ολιγοπώλιο μικρού σχετικά αριθμού εταιριών που κατέχουν τα μέσα και ελέγχουν όλη την αλυσίδα διανομής του προϊόντος. Στα πλαίσια του Διαδικτύου τίθεται το ερώτημα του κατά πόσο οι οικονομικές διαδικασίες στο παρόν καπιταλιστικό γίγνεσθαι περιορίζουν τη δημόσια σφαίρα και το αν είναι αποδεκτή ή κατακριτέα η πρωτοφανής ισοτιμία στην παρουσία και διαχείριση της πληροφορίας και του εμπορεύματος στο χώρο του Ίντερνετ. Επίσης παρά το γεγονός ότι το Ίντερνετ συχνά περιγράφεται ως αποκεντρωμένο, με απροσπέλαστο όγκο πληροφοριών και, συνεπώς, χωρίς κεντρικό έλεγχο, είναι εμφανής η εκτενής ιεράρχηση του περιεχομένου από μηχανές αναζήτησης και η γενικότερη διαιώνιση των ιστοτόπων με την υψηλότερη επισκεψιμότητα. Πρόσβαση στο Διαδίκτυο Κοινές μέθοδοι πρόσβασης στο Διαδίκτυο είναι η επιλογική και η ευρυζωνική. Δημόσιοι χώροι για χρήση του Διαδικτύου περιλαμβάνουν τις βιβλιοθήκες και τα Internet cafes, όπου υπάρχουν διαθέσιμοι υπολογιστές με σύνδεση στο Διαδίκτυο. Υπάρχουν επίσης, σημεία πρόσβασης στο Διαδίκτυο σε δημόσιους χώρους όπως είναι οι αίθουσες αναμονής αεροδρομίων, μερικές φορές μόνο για σύντομη χρήση ενόσω περιμένουμε. Τέτοια σημεία είναι γνωστά και με διάφορους άλλους όρους, όπως «δημόσια περίπτερα Διαδικτύου», «δημόσια τερματικά Διαδικτύου» και «ιστο - τηλέφωνα». Η δικτύωση μέσω Wi-Fi παρέχει ασύρματη πρόσβαση στο Διαδίκτυο. Ασύρματα σημεία πρόσβασης (hotspot) που παρέχουν τέτοια πρόσβαση περιλαμβάνουν τα Wifi-cafes, όπου κάποιος αρκεί να φέρει τις δικές του/της ασύρματες συσκευές όπως φορητό Η/Υ ή PDA. Οι υπηρεσίες αυτές μπορεί να είναι δωρεάν σε όλους, είτε δωρεάν μόνο σε πελάτες, είτε επί πληρωμή. Ένα hotspot δεν χρειάζεται να περιορίζεται σε ένα συγκεκριμένο περιβάλλον. Ολόκληρες πανεπιστημιουπόλεις και πάρκα έχουν αυτή τη δυνατότητα, ακόμα και ολόκληρες περιοχές. Προσπάθειες να

63 62 συνδεθεί και ο αγροτικός πληθυσμός έχουν οδηγήσει στα ασύρματα κοινοτικά δίκτυα. Τα πλεονεκτήματα της πρόσβασης ενός χρήστη μέσω του δικού του υπολογιστή (αντί μέσω δημόσιου τερματικού) περιλαμβάνουν τη δυνατότητα για κατέβασμα και ανέβασμα αρχείων χωρίς περιορισμούς, τη χρήση του αγαπημένου του φυλλομετρητή (ή προγράμματος ανάγνωσης ιστοσελίδων, το οποίο αποτελεί ορθότερη ορολογία των λέξεων: web browser) και των ρυθμίσεων αυτού (το μενού των ρυθμίσεων μπορεί να απενεργοποιηθεί σε έναν δημόσιο υπολογιστή) και την εκτέλεση δραστηριοτήτων στο Διαδίκτυο με τη χρήση δικών του προγραμμάτων και δεδομένων. Χώρες με πολύ καλή πρόσβαση στο Ίντερνετ περιλαμβάνουν την Νότια Κορέα, όπου το 50% του πληθυσμού έχει ευρυζωνική πρόσβαση, τη Σουηδία και τις ΗΠΑ. Διαδίκτυο και Ευρωπαϊκή Ένωση Το δικαίωμα των Ευρωπαίων πολιτών για ελεύθερη πρόσβαση στο Διαδίκτυο κατοχυρώνεται στο άρθρο 11 του Χάρτη των Θεμελιωδών Δικαιωμάτων της Ευρωπαϊκής Ένωσης περί ελευθερίας της έκφρασης και της ενημέρωσης. Πρόσφατα στο Ευρωπαϊκό Κοινοβούλιο ψηφίστηκε τροπολογία σύμφωνα με την οποία «δεν μπορεί να επιβάλλεται περιορισμός επί των θεμελιωδών δικαιωμάτων και ελευθεριών των τελικών χρηστών, χωρίς να προηγηθεί δικαστική απόφαση... εκτός από περιπτώσεις όπου απειλείται η ασφάλεια των πολιτών και στις οποίες η απόφαση δύναται να είναι αντίστοιχη». Ακόμη όμως και με την εν λόγω τροπολογία η πρόσβαση στο Διαδίκτυο θα μπορεί να απαγορευτεί με σχετικές δικαστικές αποφάσεις που θα επιβάλλει η εκάστοτε εθνική νομοθεσία στο όνομα της απειλής της ασφάλειας. Συγκεκριμένα, η τροπολογία αναφέρει επίσης «η πρόσβαση στο Διαδίκτυο δεν μπορεί να περιοριστεί χωρίς να προηγηθεί δικαστική απόφαση. Εξαιρούνται οι περιπτώσεις όπου απειλείται η ασφάλεια των πολιτών.» Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελεί η Βρετανία, στην οποία οι πάροχοι απαγόρευσαν την πρόσβαση σε μια λίστα ιστοσελίδων στην οποία μέχρι τώρα βρίσκονταν σελίδες παιδικής πορνογραφίας, όμως πρόσφατα προστέθηκαν και άλλες, όπως αυτή που αφορά το χάκινγκ (hacking). Στους χρήστες που θα επιχειρούν να εισέλθουν σε κάποια από αυτές τις σελίδες θα απαγορεύεται η είσοδος, ενώ τα ηλεκτρονικά τους ίχνη θα καταγράφονται. Έτσι, παρά την εν λόγω τροπολογία, εξακολουθεί να μην λαμβάνεται υπ όψη ότι το αδιάσειστο δικαίωμα της πρόσβασης των πολιτών στο Διαδίκτυο αποτελεί προαπαιτούμενο για την προάσπιση και άλλων θεμελιωδών δικαιωμάτων όπως η γνώση, η παιδεία η ελευθερία έκφρασης και πολιτικής δράσης. Είναι σημαντικό, επίσης, να κατανοηθεί πως οι χρήστες του Διαδικτύου δεν είναι πελάτες αλλά πολίτες και ως τέτοιοι θα πρέπει να λογίζονται σε θέματα που αφορούν αφενός την υποδομή του διαδικτύου και αφετέρου το δικαίωμα

64 63 πρόσβασης σε αυτό. Σχετικά με την υποδομή οφείλει η εκάστοτε εθνική αρχή να μεριμνά για την επέκταση του δικτύου, ακόμα και σε περιοχές που η ιδιωτική πρωτοβουλία αρνείται να προβεί στην απαιτούμενη επένδυση, όταν τη θεωρεί οικονομικά ασύμφορη. Έτσι θα διασφαλιστεί το δικαίωμα των πολιτών για ενημέρωση και ελευθερία έκφρασης. Όσον αφορά την πρόσβαση πρέπει να κατοχυρώνεται το δικαίωμα των πολιτών για ελεύθερη και ισότιμη πρόσβαση όπως αναφέρθηκε και με τα παραπάνω. Διαδικτυακοί κίνδυνοι Η πρόσβαση στο Διαδίκτυο σήμερα δεν είναι ακίνδυνη, ανεξάρτητα από τον τρόπο χρήσης των υπηρεσιών του. Υπάρχουν κακόβουλοι χρήστες και αρκετές δυνατότητες πρόκλησης ζημιών, τόσο στο επίπεδο του χρησιμοποιούμενου λογισμικού και υλικού, όσο και σε προσωπικό επίπεδο. Πρόκληση ζημιών στο υπολογιστικό σύστημα Ο κύριος κίνδυνος πρόκλησης ζημιών στο υπολογιστικό σύστημα ενός ανυποψιάστου χρήστη είναι η μόλυνση του συστήματος με κάποιον ιό. Η μόλυνση γίνεται όταν ο χρήστης καλείται να λάβει κάποιο -φαινομενικά αθώο- αρχείο όπως ένα κείμενο ή μια φωτογραφία και όταν δοκιμάσει να το χρησιμοποιήσει, ο ιός αναλαμβάνει δράση επιμολύνοντας το σύστημα. Μπορεί να καταστρέψει αρχεία ή και ολόκληρο το σκληρό δίσκο του συστήματος. Άλλες φορές είναι δυνατή η αποστολή ιού απευθείας από τον ιστοτόπο που επισκέπτεται ο χρήστης, χωρίς να εμφανισθεί κάποια ένδειξη λήψης αρχείου. Η περίπτωση αυτή εκμεταλλεύεται κενά ασφαλείας στο λογισμικό του χρήστη (φυλλομετρητή ή Λειτουργικό σύστημα). Παρόμοιας δράσης είναι και ένα πρόγραμμα που αποκαλείται worm(=σκουλήκι). Είναι παρόμοιο σε αποτέλεσμα με τον ιό, αλλά, αντίθετα από αυτόν, δεν απαιτεί την "προσκόλλησή" του σε ένα αρχείο, έχοντας έτσι περισσότερη αυτονομία. H βλάβη που προκαλεί το worm δεν είναι τόσο ευρεία στο σύστημα, όσο στο δίκτυο σύνδεσης, επειδή καταναλώνει σημαντικό εύρος ζώνης (bandwidth). Άλλος κίνδυνος είναι ο Δούρειος Ίππος, ένα πρόγραμμα που ξεγελά το χρήστη του, ο οποίος χρησιμοποιώντας το νομίζει ότι εκτελεί κάποια εργασία, ενώ στην πραγματικότητα εκτελεί κάποια άλλη, συνήθως εγκατάσταση άλλων κακόβουλων προγραμμάτων. Αντίθετα από τους ιούς, οι δούρειοι ίπποι δεν επιμολύνουν αρχεία. Πρόκληση ζημιών σε προσωπικά δεδομένα Στην κατηγορία αυτή υπάγονται τόσο οι δούρειοι ίπποι που προαναφέρθηκαν, όσο και κακόβουλα μηνύματα ηλεκτρονικού ταχυδρομείου. Με τον τρόπο αυτό όχι μόνον είναι δυνατό να υφαρπαγούν προσωπικά δεδομένα κάποιου χρήστη, όπως ο αριθμός ταυτότητάς του ή το ΑΦΜ του, όσο και, πιο σημαντικό, αριθμοί πιστωτικών καρτών, λογαριασμών τραπέζης κτλ. Ανάλογη μέθοδος ακολουθείται και από ορισμένους ιστοτόπους, στους οποίους ο ανύποπτος χρήστης καταχωρεί παρόμοια στοιχεία παραγγέλοντας ένα προϊόν, το οποίο όχι μόνο δε θα λάβει ποτέ, αλλά τα

65 64 δεδομένα του μπορούν να χρησιμοποιηθούν από τους δημιουργούς του ιστοτόπου για να πραγματοποιήσουν οι ίδιοι αγορές, χρεώνοντας τον "πελάτη" τους. Η μέθοδος υφαρπαγής προσωπικών δεδομένων μέσω ηλεκτρονικού ταχυδρομείου αποκαλείται "Phishing" (παραφθορά της λέξης fishing = ψάρεμα). Αρκετά προγράμματα περιήγησης (browsers) αναγνωρίζουν τους ιστοτόπους στους οποίους παραπέμπουν τα παραπλανητικά μηνύματα, ωστόσο αυτό δεν συμβαίνει σε ποσοστό 100%. Οι χρήστες είναι καλό να γνωρίζουν ότι κανείς χρηματοπιστωτικός φορέας δεν χρησιμοποιεί το Διαδίκτυο για να ανανεώσει προσωπικές πληροφορίες, ενώ ένας προστατευμένος ιστοτόπος αρχίζει πάντα με το πρόθεμα https (secure, ασφαλής). Παραπλάνηση Αρκετές φορές οι χρήστες του Διαδικτύου χρησιμοποιούν τις υπηρεσίες του για να βρουν κάποιες πληροφορίες που χρειάζονται. Μερικοί ιστότοποι εμφανίζουν πληροφορίες, οι οποίες φαινομενικά είναι ακριβείς ή αναφέρουν απόλυτα αξιόπιστους δημιουργούς ή πηγές. To κίνητρο για τέτοιες πράξεις μπορεί να είναι είτε η αποκομιδή ιδίου οφέλους είτε, απλά, η χαρά της παραπλάνησης των (αγνώστων) χρηστών. Ο όρος που περιγράφει αυτού του τύπου την παραπλάνηση είναι "Hoax". Για περισσότερες πληροφορίες δείτε το Μουσείο των Hoaxes (αγγλικά). Προστασία Υπάρχουν τρεις τρόποι προστασίας, οι οποίοι θα πρέπει να χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό: 1. Χρήση τείχους προστασίας (firewall) 2. Χρήση λογισμικού προστασίας ενάντια σε ιούς και προγράμματα κατασκοπείας (spyware). 3. Συνεχής ενημέρωση των χρηστών. Οι πλέον συνηθισμένοι τρόποι εξαπάτησης των χρηστών είναι το Phishing και το Pharming: Phishing Το phishing είναι η πράξη με την οποία κάποιος προσπαθεί να αποκτήσει πληροφορίες, όπως ονόματα χρηστών, κωδικούς πρόσβασης καθώς και στοιχεία πιστωτικών καρτών (και συνήθως άμεσα ή έμμεσα χρήματα), αφού έχει μεταμφιεστεί σε μια αξιόπιστη οντότητα μιας ηλεκτρονικής επικοινωνίας. Οι ανακοινώσεις που υποτίθεται ότι είναι από δημοφιλείς κοινωνικές ιστοσελίδες, ιστοσελίδες δημοπρασιών, απευθείας σύνδεση επεξεργαστών πληρωμής ή διαχειριστές, συνήθως χρησιμοποιούνται για να δελεάσουν το ανυποψίαστο κοινό. Phishing s μπορεί να περιέχουν συνδέσμους προς ιστοσελίδες που έχουν μολυνθεί με κακόβουλο λογισμικό. Το phishing συνήθως εκτελείται από

66 65 πλαστογραφημένο ή instant messaging, και συχνά κατευθύνει τους χρήστες να εισάγουν τα στοιχεία σε μια πλαστή ιστοσελίδα, η εμφάνιση και αίσθηση της οποίας είναι σχεδόν πανομοιότυπη με τη νόμιμη. Το phishing είναι ένα από τα παραδείγματα της τεχνικής κοινωνικής μηχανικής που χρησιμοποιούνται για να εξαπατήσουν τους χρήστες, και εκμεταλλεύεται την κακή χρηστικότητα των σημερινών τεχνολογιών ασφαλείας web. Οι προσπάθειες για την αντιμετώπιση του αυξανόμενου αριθμού των αναφερόμενων περιστατικών phishing περιλαμβάνουν τη νομοθεσία, την εκπαίδευση των χρηστών, την ευαισθητοποίηση του κοινού και τεχνικά μέτρα ασφαλείας. Μια τεχνική phishing περιγράφεται με λεπτομέρεια το 1987 και (σύμφωνα με τον δημιουργό του) η πρώτη καταγεγραμμένη χρήση του όρου «phishing» έγινε το Ο όρος είναι μια παραλλαγή της αλιείας, πιθανώς επηρεασμένος από phreaking, και παραπέμπει στο «δόλωμα». Χρησιμοποιείται με την ελπίδα ότι το ενδεχόμενο θύμα θα "δαγκώνει" κάνοντας κλικ σε ένα κακόβουλο link ή το άνοιγμα ενός κακόβουλου αρχείου, προγραμματισμένου να αντιγράψει οικονομικά στοιχεία ή και κωδικούς πρόσβασης. Η μέθοδος phishing συχνά συνδέεται με την αθέμιτη απόκτηση δεδομένων ή τη διάπραξη απάτης στο διαδίκτυο. H έκφραση phishing προέρχεται από την συνήθεια των hackers να χαρακτηρίζουν τους ηλεκτρονικούς τόπους στους οποίους έχουν πρόσβαση phish. Ειδικότερα, ως phishing χαρακτηρίζεται η αποστολή ηλεκτρονικών μηνυμάτων ( s) που σκοπό έχουν να προκαλέσουν την κλοπή εμπιστευτικών στοιχείων που ανήκουν στον παραλήπτη του ηλεκτρονικού μηνύματος. Τα ηλεκτρονικά αυτά μηνύματα δίνουν την εντύπωση πως προέρχονται από κάποια τράπεζα και ζητούν από τον παραλήπτη με διάφορες δικαιολογίες και προφάσεις την αποκάλυψη ευαίσθητων δεδομένων, π.χ. τον αριθμό τραπεζικού λογαριασμού του, τον προσωπικό αριθμό αναγνώρισης (PIN). Αν ο ανυποψίαστος παραλήπτης αποκαλύψει τις πληροφορίες αυτές, οι δράστες (phishers) εισβάλλουν άμεσα στο λογαριασμό του και, αφού μεταφέρουν χρήματα από αυτόν τον λογαριασμό σε άλλον, τον αδειάζουν. Επειδή η μέθοδος phishing βασίζεται στην πλάνη του θύματος με σκοπό την περιουσιακή του ζημία, είναι προφανές ότι οι Phishers μέσω αυτής προσπορίζουν στον εαυτό τους ή/και σε τρίτους παράνομο περιουσιακό όφελος. Επειδή δε οι δράστες έχουν γνώση και θέληση σχετικά με την παράνομη δραστηριότητά τους, συμπεραίνεται ότι το phishing συνιστά απάτη, κατά το άρθρο 386 του Ποινικού Κώδικα, σύμφωνα με το οποίο «όποιος με σκοπό να αποκομίσει ο ίδιος ή άλλος παράνομο περιουσιακό όφελος βλάπτει ξένη περιουσία πείθοντας κάποιον σε πράξη, παράλειψη ή ανοχή με την εν γνώσει παράσταση ψευδών γεγονότων σαν αληθινών ή την αθέμιτη απόκρυψη ή παρασιώπηση αληθινών γεγονότων

67 66 τιμωρείται με φυλάκιση τουλάχιστον τριών μηνών και αν η ζημία που προξενήθηκε είναι ιδιαίτερα μεγάλη, με φυλάκιση τουλάχιστον δύο ετών». Pharming Η τεχνική του pharming αποτελεί μέθοδο εξαπάτησης μέσω του διαδικτύου παρόμοια με το phishing αλλά σαφώς πιο επικίνδυνη από αυτό. Ένα ειδικό πρόγραμμα εκμεταλλεύεται κενά ασφαλείας του συστήματος, διεισδύει στον υπολογιστή του θύματος και το επηρεάζει κατά τέτοιο τρόπο, ώστε, ακόμα κι αν ο χρήστης πληκτρολογεί τη σωστή διεύθυνση του διαδικτυακού τόπου που θέλει να επισκεφτεί, θεωρώντας πως βρίσκεται σε ασφαλή χώρο, ο συγκεκριμένος υπολογιστής τον οδηγεί μόνο σε πλαστές ιστοσελίδες. Ειδικότερα, αν πρόκειται για ιστοσελίδα τράπεζας, η προσπάθεια του θύματος να πραγματοποιήσει τις συναλλαγές του μέσω on-line banking καταλήγει στη μεταφορά των χρημάτων του στους δράστες (pharmers). Είναι σαφές ότι η αύξηση των ωρών χρήσης του διαδικτύου πολλαπλασιάζει τον κίνδυνο εγκατάστασης προγραμμάτων που καθιστούν δυνατό το pharming, το οποίο βαθμιαία εξελίσσεται σε μία από τις σοβαρότερες μορφές εγκληματικότητας στο διαδίκτυο. Η μέθοδος pharming αποτελεί ένα είδος διείσδυσης μέσω του διαδικτύου, χωρίς τη συναίνεση του νόμιμου κατόχου των στοιχείων. Συνεπώς, η μέθοδος αυτή, εφόσον είναι ολοφάνερο ότι τελείται με δόλο, συνιστά παραβίαση απορρήτου κατά το άρθρο 370 Γ 2 του Ποινικού Κώδικα, σύμφωνα με το οποίο «όποιος αποκτά πρόσβαση σε στοιχεία που έχουν εισαχθεί σε υπολογιστή ή σε περιφερειακή μνήμη υπολογιστή ή μεταδίδονται με συστήματα τηλεπικοινωνιών, εφόσον οι πράξεις αυτές έγιναν χωρίς δικαίωμα, ιδίως με παραβίαση απαγορεύσεων ή μέτρων ασφαλείας που είχε λάβει ο νόμιμος κάτοχός τους, τιμωρείται με φυλάκιση μέχρι τρεις μήνες ή με χρηματική ποινή τουλάχιστον 29,00 ( )». Συμπερασματικά, οι ανωτέρω δύο μέθοδοι μπορούν να τιμωρηθούν, σύμφωνα με τις ισχύουσες διατάξεις του Ποινικού Κώδικα. Για την αντιμετώπιση τέτοιων φαινομένων κρίνεται απαραίτητη η λήψη τεχνικών μέτρων ασφαλείας, καθώς και η ευαισθητοποίηση των χρηστών του Ίντερνετ, ώστε να μην γίνονται εύκολα θύματα των phishers και των pharmers. Ηλεκτρονικό Ταχυδρομείο Το ηλεκτρονικό ταχυδρομείο (αγγλικά , ή mail προφέρεται "ιμέιλ" ή "μέιλ" αντίστοιχα) είναι μια Υπηρεσία του Διαδικτύου, η οποία επιτρέπει τη συγγραφή, αποστολή, λήψη και αποθήκευση μηνυμάτων με χρήση ηλεκτρονικών συστημάτων τηλεπικοινωνιών. Γενικά ο όρος "ηλεκτρονικό ταχυδρομείο" αναφέρεται στο σύστημα ηλεκτρονικού ταχυδρομείου του Διαδικτύου που χρησιμοποιεί το Simple Mail Transfer Protocol (SMTP) πρωτόκολλο, σε δικτυακά

68 67 συστήματα που βασίζονται σε άλλα πρωτόκολλα μεταφοράς μηνυμάτων, αλλά και σε διάφορα συστήματα μηνυμάτων σε μικρά δίκτυα, υπερυπολογιστές, κλπ που επιτρέπου στους χρήστες τους να στέλνουν μηνύματα μεταξύ τους για την υποστήριξη ομαδικής συνεργασίας. Τα συστήματα σε τοπικά δίκτυα ή σε δίκτυα intranet είναι πιθανόν να βασίζονται σε ιδιωτικά πρωτόκολλα, που υποστηρίζονται από το συγκεκριμένο σύστημα, ή να είναι τα ίδια πρωτόκολλα που χρησιμοποιούνται στα δημόσια δίκτυα. Το ηλεκτρονικό ταχυδρομείο χρησιμοποιείται συχνά για τη μεταφορά ανεπιθύμητων μηνυμάτων σε μεγάλο όγκο (σπαμ (spam)), αλλά υπάρχουν προγράμματα που μπορούν να "φιλτράρουν" και να σταματήσουν ή να σβήσουν αυτόματα τα περισσότερα από αυτά. Ιστορική αναδρομή Το ηλεκτρονικό ταχυδρομείο προϋπήρχε της έναρξης του Διαδικτύου, και ήταν στην πραγματικότητα ένα κρίσιμο εργαλείο για τη δημιουργία του. Η ιστορία της σύγχρονης, παγκόσμιας υπηρεσίας διαδικτυακού ηλεκτρονικού ταχυδρομείου φτάνει πίσω στο αρχές του ARPANET. Πρότυπα για την κωδικοποίηση μηνυμάτων ηλεκτρονικού ταχυδρομείου προτάθηκαν ήδη από το 1973 (RFC 561). Ένα μήνυμα ηλεκτρονικού ταχυδρομείου που αποστέλλονταν στις αρχές της δεκαετίας του 1970 φαίνεται αρκετά παρόμοια με ένα βασικό μήνυμα κειμένου που αποστέλλονται στο διαδίκτυο σήμερα. Η μετατροπή του ARPANET στο Διαδίκτυο στις αρχές του 1980 συνοδεύτηκε και από τη δημιουργία του πυρήνα των σημερινών υπηρεσιών ηλεκτρονικού ταχυδρομείου. Μορφή ηλεκτρονικού μηνύματος Ένα μήνυμα ηλεκτρονικού ταχυδρομείου αποτελείται από τρία στοιχεία: 1. το φάκελο του μηνύματος, 2. την επικεφαλίδα του μηνύματος και 3. το κυρίως σώμα του μηνύματος. Η επικεφαλίδα του μηνύματος περιέχει πληροφορίες ελέγχου, συμπεριλαμβανομένων, τουλάχιστον, της ηλεκτρονικής διεύθυνσης του αποστολέα και μίας ή περισσότερων διευθύνσεων παραληπτών. Συνήθως προστίθενται και περιγραφικές πληροφορίες, όπως ένα πεδίο επικεφαλίδας θέματος και μια χρονική σφραγίδα υποβολής του μηνύματος. Μπορεί επίσης να επισυνάπτονται διάφορα αρχεία σε ένα μήνυμα. Στην περίπτωση ανάγκης κοινοποίησης του μηνύματος σε έναν ή περισσότερους παραλήπτες εκτός αυτών που κυρίως απευθύνεται το μήνυμα, οι διευθύνσεις τους μπορούν να δίνονται για κοινοποίηση (Cc) ή κρυφή κοινοποίηση (Bcc). Στην κρυφή κοινοποίηση οι διευθύνσεις των παραληπτών δεν φαίνονται στους ίδιους τους παραλήπτες για να μην γίνονται γνωστές από όλους.

69 68 Στα μηνύματα επίσης μπορούμε να προσθέτουμε στοιχεία υπογραφής του αποστολέα (διεύθυνση, τηλέφωνα, κλπ). POP3 Το POP3 αποτελεί εξέλιξη των προηγούμενων μορφών του πρωτοκόλλου, τα οποία ονομαζόταν ανεπίσημα POP1 και POP2. Ο όρος Post Office Protocol είναι πλέον συνώνυμος με το POP3, καθώς οι προηγούμενες μορφές του πρωτοκόλλου έχουν πλέον καταργηθεί στην πράξη. Το POP3 είναι σχεδιασμένο με τέτοιον τρόπο ούτως ώστε να επιτρέπει στους χρήστες του διαδικτύου που έχουν προσωρινές συνδέσεις (πχ dial-up) να παραλαμβάνουν την ηλεκτρονική τους αλληλογραφία, να την αποθηκεύουν στον τοπικό σκληρό δίσκο και στην συνέχεια να την διαβάζουν χωρίς να χρειάζεται να παραμένουν συνδεδεμένοι στο διαδίκτυο. Παρόλο που υπάρχει η δυνατότητα τα μηνύματα να παραμείνουν στον server ηλεκτρονικού ταχυδρομείου, οι περισσότερες εφαρμογές POP3 συνδέονται με τον server, λαμβάνουν όλα τα ηλεκτρονικά μηνύματα, τα αποθηκεύουν στον υπολογιστή του χρήστη, τα σβήνουν από τον server και αποσυνδέονται. Σε αντίθεση με το POP3, το πρωτόκολλο Internet Message Access Protocol (IMAP) που εμφανίστηκε αργότερα υποστηρίζει τόσο την online όσο και την offline ανάγνωση μηνυμάτων. Επίσης αφήνει τα μηνύματα στον server έως ότου ο χρήστης αποφασίσει να τα διαγράψει. Η τακτική αυτή δίνει την δυνατότητα σε έναν χρήστη να διαβάζει τα του από διάφορους υπολογιστές. Αντίθετα, το POP3 επιτρέπει την ανάγνωση των μονάχα από τον υπολογιστή στον οποίο έχουν κατέβει.