Πληροφορική I. "Υλικό (Hardware)" B. Φερεντίνος

Transcript

1 ΤΕΙ ΙΟΝΙΩΝ ΝΗΣΩΝ ΣΧΟΛΗ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΚΑΙ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΕΩΝ - ΕΙΣ. ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΤΟΥΡΙΣΤΙΚΩΝ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΕΩΝ ΦΙΛΟΞΕΝΙΑΣ Πληροφορική I "Υλικό (Hardware)" B. Φερεντίνος ver

2 Τα βασικά μέρη ενός Η/Υ (hardware) Κεντρική μονάδα επεξεργασίας (ΚΜΕ CPU) Μνήμη Μονάδες εισόδου Μονάδες εξόδου Αποθηκευτικά μέσα Δίκτυο

3 Ο ολοκληρωμένος Η/Υ ΜΗΤΡΙΚΗ ΚΑΡΤΑ ΚΑΡΤΑ ΓΡΑΦΙΚΩΝ ΚΑΡΤΑ ΔΙΚΤΥΟΥ Δίκτυο

4 Η ΚΜΕ (CPU) αναλυτικά Αριθμητική και Λογική Μονάδα (Arithmetic & Logical Unit ALU) Καταχωρητές (Registers) Μονάδα Ελέγχου (Control unit) Ταχύτητα επεξεργαστή (clock frequency) πλέον δεν είναι απόλυτο μέτρο απόδοσης

5 1) Αριθμητική και Λογική Μονάδα (ALU) Εκτελεί αριθμητικές και λογικές πράξεις Μονομελείς αριθμητικές πράξεις Διμελείς αριθμητικές πράξεις Πρόσθεση, αφαίρεση, πολλαπλασιασμό, διαίρεση Μονομελείς λογικές πράξεις Πρόσθεση / αφαίρεση κατά ένα Άρνηση (NOT) Διμελείς λογικές πράξεις Σύζευξη (AND), διάζευξη (OR), αποκλειστική διάζευξη (XOR) Μεταφορά περιεχομένου μνήμης από θέση σε θέση Εκτέλεση συγκρίσεων με σχεσιακούς τελεστές (> == <!=)

6 2) Καταχωρητές (Registers) Ταχύτατες θέσεις μνήμης (δεδομένα και εντολές) Πλήθος & χωρητικότητα: ανάλογη της ισχύος της ΚΜΕ π.χ. 32-bit CPU έχει registers με μέγεθος λέξης 32-bit Γενικής χρήσης: Καταχωρητές δεδομένων Ειδικοί καταχωρητές: Εντολών Διεύθυνσης μνήμης Απαριθμητές προγράμματος (διεύθυνση επόμενης εντολής) Συσσωρευτές (για ενδιάμεσα δεδομένα)

7 3) Μονάδα Ελέγχου (Control Unit) Η οργανωτική δύναμη του υπολογιστή Χρησιμοποιεί ηλεκτρικά σήματα για να κατευθύνει τις άλλες μονάδες να εκτελούν τις εντολές του προγράμματος Κύριες λειτουργίες: Ανάγνωση από την κεντρική μνήμη Αποκωδικοποίηση των προς εκτέλεση εντολών Καθοδήγηση της ALU στην εκτέλεση των λειτουργιών της Μεταφορά δεδομένων μεταξύ ΚΜΕ και RAM μέσω του διαύλου (bus)

8 Επεξεργαστές 8086 και : Intel 8086, 16-bit registers & data-bus 29,000 transistors 0.75 MIPS Μέχρι 1 MB RAM 1979: Intel 8088, 8-bit data-bus IBM PC Clock: 4.77 MHz, 8 MHz, 10 MHz

9 Επεξεργαστές και : Intel bits data-bus (μέχρι 16MB RAM) 134,000 transistors 1.8 MIPS 1985: Intel bit CPU και data-bus 275,000 transistors 11.4 MIPS

10 Επεξεργαστής : Intel Ενσωματωμένος μαθηματικός συνεπεξεργαστής Ενσωματωμένη λανθάνουσα μνήμη (cache) 1,200,000 transistors 50 MIPS Clock: 33 MHz 100 MHz 32-bit registers και data-bus

11 Επεξεργαστές αρχιτεκτονικής P5 και P6 Αρχιτεκτονική P5: 1993: Intel Pentium 3,100,000 transistors MIPS 1996: Intel Pentium MMX Νέες εντολές, μεγαλύτερη cache ταχύτερος σε εφαρμογές mutlimedia Αρχιτεκτονική P6: 1997: Intel Pentium II 7,500,000 transistors 1999: Intel Pentium III Ταχύτητες ρολογιού στην κλίμακα των GHz

12 Pentium 4 Pentium D 2000: Intel Pentium 4 32-bit 2004: 64-bit 2005: Intel Pentium D Δύο πυρήνες σε δύο διαφορετικά κυκλώματα

13 Πολυπύρηνοι επεξεργαστές Ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα με πολλούς επεξεργαστές (πυρήνες) : Intel Core 2 Duo Quad 2010: Intel Core i3, i5, i7 Άλλος βασικός κατασκευαστής: AMD Συνήθως χαμηλότερου κόστους Μερικά μοντέλα: καλύτερες επιδόσεις για τις ίδιες ταχύτητες ρολογιού

14 Data or Program C Κύρια μνήμη Συλλογή από θέσεις αποθήκευσης FFFFFFFF 32-bits Κάθε θέση: διεύθυνση για την αναγνώρισή της Μεταφορά δεδομένων κατά ομάδες bits: λέξεις Λέξεις των: 8, 16, 32 ή 64 bits (8 bits = 1 byte) address 1 λέξη του 1 byte: 8 bits 1 λέξη των 2 bytes: 16 bits... Χώρος διευθύνσεων: πλήθος μοναδικά προσδιορίσιμων θέσεων στη μνήμη Διευθύνσεις: αναπαράσταση με λέξεις (bits)

15 Κύρια μνήμη RAM Μνήμη τυχαίας προσπέλασης (Random Access Memory) Το μεγαλύτερο μέρος του αποθηκευτικού χώρου της μνήμης ενός Η/Υ Χάνεται το περιεχόμενό της με τη διακοπή της τροφοδοσίας ρεύματος Τυχαίας προσπέλασης: η ΚΜΕ μπορεί να προσπελάσει όλες τις θέσεις με την ίδια ταχύτητα Δύο τεχνολογίες: SRAM (Static) και DRAM (Dynamic) SRAM: πύλες flip-flop 2 καταστάσεων, γρήγορη, ακριβή, 6 transistors για κάθε bit DRMA: φορτία πυκνωτή, χρειάζεται περιοδική επαναφόρτιση, 1 transistor και 1 πυκνωτής για κάθε bit (απλούστερη της SRAM)

16 Κύρια μνήμη ROM Μνήμη μόνο ανάγνωσης (Read Only Memory - ROM) Μόνο ανάγνωση δεδομένων (όχι εγγραφή ή διαγραφή) Δεν χάνεται το περιεχόμενο με διακοπή της τροφοδοσίας Αποθήκευση μικρών προγραμμάτων για διάφορες σημαντικές λειτουργίες του Η/Υ (π.χ. boot) Ειδικές ROM: PROM, EPROM, EEPROM Programmable ROM: αρχικά κενή, αποθ. προγραμμάτων από το χρήστη μέσω ειδικού εξοπλισμού μετά σαν ROM Erasable PROM: μπορεί να επαναπρογραμματιστεί από το χρήστη μέσω ειδικής συσκευής (απαιτεί φυσική εξαγωγή από τον υπολογιστή) Electronically Erasable PROM: μπορεί να επαναπρογραμ-ματιστεί από το χρήστη μέσω ηλεκτρονικών παλμών (δεν απαιτεί φυσική εξαγωγή από τον υπολογιστή)

17 Λανθάνουσα μνήμη (Cache) Μνήμη SRAM που περιέχει αντίγραφα τμημάτων της κύριας μνήμης (RAM) για γρήγορη προσπέλαση από την ΚΜΕ Χαρακτηριστικά: Μεγάλη ταχύτητα (> της RAM) Μικρή χωρητικότητα (< της RAM) Hit rate (ποσοστό προσπελάσεων που βρίσκουν τη ζητούμενη διεύθυνση της μνήμης) RAM ΚΜΕ CACHE

18 Επίπεδα λανθάνουσας μνήμης Tradeoff μεταξύ latency και hit-rate Λύση: πολυεπίπεδη cache Level 1 (L1 cache) εμπεριέχεται στον επεξεργαστή (on-chip) Level 2 (L2 cache) συνήθως on-chip Level 3 (L3 cache) συνήθως off-chip Χωρητικότητα: L1<L2<L3 Ταχύτητα: L1>L2>L3

19 Ιεραρχία μνήμης & αποθ. μέσων ΚΑΤΑΧΩΡΗΤΕΣ ΛΑΝΘΑΝΟΥΣΑ ΜΝΗΜΗ ΚΥΡΙΑ ΜΝΗΜΗ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΣ ΔΙΣΚΟΣ ΟΠΤΙΚΟΙ ΔΙΣΚΟΙ

20 Μονάδες εισόδου (1) Οι πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες μονάδες εισόδου: Πληκτρολόγιο Ποντίκι

21 Μονάδες εισόδου (2) Γραφίδα (pen) Οθόνη αφής (touch screen) Σαρωτής (scanner) Barcode reader

22 Μονάδες εισόδου (3) Μικρόφωνο Κάμερα Συστήματα αναγνώρισης φωνής Συστήματα αναγνώρισης εικόνας ή βίντεο Βιομετρικοί αισθητήρες Π.χ., σαρωτές δακτυλικών αποτυπωμάτων Σε πτώση: πληκτρολόγιο, ποντίκι Σε άνοδο: οθόνη αφής, κάμερα, μικρόφωνο

23 Μονάδες εξόδου Οθόνη Βιντεοπροβολέας (projector) Ηχοσύστημα (ηχεία / ακουστικά) Εκτυπωτής

24 Οθόνες Καθοδικής ακτίνας (CRT) Δέσμη ηλεκτρονίων Μαγνήτης εστίασης δέσμης Κουκίδες φωσφόρου στο πίσω μέρος του γυαλιού

25 Οθόνες Επίπεδες LCD & TFT Liquid Crystal Displays (LCD) πολωτικά φίλτρα σε υγρούς κρυστάλλους έλεγχος συχνότητας φωτός με εφαρμογή τάσης χρειάζονται πηγή φωτός Thin-Film Transistor (TFT) παραλλαγή LCD με Active Matrix (κάθε pixel έχει δικό του transistor για αυτόνομη παροχή ισχύος) Plasma Λειτουργούν με ιονισμένο φώσφορο μετά από ιονισμό αδρανών αερίων κάθε κελιού (+) μεγαλύτερα μεγέθη και γωνίες θέασης, καλύτεροι χρόνοι απόκρισης () μεγαλύτερη κατανάλωση & θερ/σία, πρόβλημα burn-in

26 Βασικά χαρακτηριστικά οθόνης Χαρακτηριστικό Μονάδα μέτρησης Παραδείγματα Μέγεθος (διαγωνίου) ίντσες 17', 19', 21', 24' Λόγος διαστάσεων - 4:3, 16:9, 16:10 Ανάλυση pixels x pixels 1920x1080, 1280x1024, 800x600 Βήμα pixel Φωτεινότητα Λόγος αντίθεσης Γωνία θέασης mm 0.27, , :1, 2000:1 Χρόνος απόκρισης ms 5, 8 Ρυθμός ανανέωσης Hz 60, 70 cd/m2 μοίρες 176O, 178O

27 Αναλύσεις οθόνης Κωδικός Λόγος Πλάτος Ύψος % χρηστών VGA 4: ? SVGA 4: ? XGA 4: % XGA+ 4: % WXGA 5: % WXGA 16: % Ανάλυση % χρηστών του Internet Υψηλότερη από % % SXGA 4: % % SXGA 5: % HD 16: % WSXGA 16: % HD+ 16: ? UXGA 4: % WSXGA+ 16: % HD : % WUXGA 16: % Χαμηλότερη από Άγνωστη < 1% 3% Πηγή πίνακα δεξιά: Steam Online Game Platform Άλλο 3.42%

28 Βιντεοπροβολείς (projectors) Βασικοί τύποι βιντεοπροβολέων: CRT LCD (Τεχνολογία 3LCD της EPSON) DLP (Digital Light Processing Texas Instruments) DLP: ακριβότερη και πιο σύνθετη κατασκευή, καλύτερη αντίθεση, χειρότερη φωτεινότητα, δεν έχει πρόβλημα σκόνης, υψηλότερη τιμή (σε μοντέλα παραπλήσιων προδιαγραφών), λιγότερο ακριβής εικόνα σε χαμηλές αναλύσεις (π.χ. για παρουσιάσεις), καλύτερη ποιότητα εικόνας σε ακριβά μοντέλα

29 Εκτυπωτές Ακίδων (Dot matrix) Ψεκασμού μελάνης (Inkjet) Laser Plotters

30 Βασικά χαρακτηριστικά εκτυπωτών Ποιότητα εικόνας (σε DPI dots per inch) Ταχύτητα (σε σελίδες ανά λεπτό ppm) Έγχρωμος ή ασπρόμαυρος Δυνατότητα εκτύπωσης διπλής όψεως Κόστος λειτουργίας/συντήρησης

31 Εκτυπωτές Dot matrix Ο κάθε χαρακτήρας θεωρείται πίνακας ΝxΜ σημείων Κινούμενη κεφαλή ακίδων σε μία ή περισσότερες στήλες Με ηλεκτρομαγνήτες χτυπούν μελανοταινία σε χαρτί Χαμηλής ποιότητας γραφικά (60-90 DPI) 7, 9, 18 ή 24 ακίδων

32 Εκτυπωτές inkjet Κινούμενη κεφαλή με ακροφύσια που ψεκάζουν μελάνι (+) Καλύτερη ποιότητα εκτύπωσης από dot matrix ( DPI) Πιο αθόρυβοι από dot matrix Φθηνή λύση για φωτογραφική ποιότητα εκτύπωσης () Μεγάλο κόστος μελανιών Ανάγκη συχνού καθαρισμού των κεφαλών Καταστροφή μελανιών με την αχρηστία

33 Εκτυπωτές laser Αρχή λειτουργίας: Ακτίνα laser ηλεκτροστατική εικόνα της σελίδας πάνω σε ειδικό τύμπανο Το τύμπανο έλκει (στο χαρτί) το σε μορφή σκόνης μελάνι Το χαρτί ψήνεται σε ειδικό φούρνο για την επικόλληση του μελανιού Πολύ καλή ποιότητα εκτύπωσης ( DPI) Υψηλό κόστος (των έγχρωμων laser εκτυπωτών)

34 Αρχή λειτουργίας (σχηματικά) 2 1 3

35 Αποθηκευτικά μέσα Μαγνητικά μέσα Δισκέτα Σκληρός δίσκος Μαγνητική ταινία Οπτικά μέσα CD DVD Blu-ray Μνήμη flash Οδηγός (drive) [όχι σε όλα τα μέσα]

36 Μαγνητικά μέσα Χρησιμοποιείται κεφαλή ηλεκτρομαγνήτη για εγγραφή/ανάγνωση δεδομένων Η κατεύθυνση σωματιδίων αναπαριστά τις δύο καταστάσεις του bit (0 ή 1)

37 Δισκέτες 1971: δισκέτα 8 100ΚΒ, 1ΜΒ (1977) 1976: Δισκέτα 5¼ 90ΚΒ, 360KB, 1.2MB 1983: Δισκέτα 3½ 720KB, 1.44MB (1987)

38 Οπτικοί δίσκοι 1ης γενιάς 2ης γενιάς CD (650MB 870MB) CD-R, CD-RW mini disc (1GB) DVD (4.7GB, 8.5GB, 9.4GB, 17.08GB) DVDR, DVR+R, DVD-R/W, DVD+R/W 3ης γενιάς Blu-ray Disc (25GB, 50GB, 100/128GB) BD-R HD DVD (15GB, 30GB) [εγκαταλείφθηκε το 2008] 4ης γενιάς (σε ερευνητικό στάδιο) HVD (Holographic Versatile Disc, 6TB)

39 Βασική λειτουργία οπτικών δίσκων Λειτουργία με την αντανάκλαση (bit=1) ή μη (bit=0) του φωτός (ακτίνας laser) Η αντανάκλαση δημιουργείται με κοιλάδες (lands) ή κορυφές (pits) στην επιφάνεια του δίσκου

40 Ταχύτητα οπτικών μέσων αποθ/σης Οπτικός δίσκος Ταχύτητα (MB/s) CD - 1x 0.15 CD - 4x 0.6 DVD - 1x 1.32 CD - 24x 3.6 Blu-ray - 1x 4.5 DVD - 4x 5.28 CD - 48x 7.2 CD - 52x 7.8 DVD - 6x 7.93 Blu-ray - 2x 9.0 DVD - 12x Blu-ray - 4x 18.0 DVD - 16x 21.13

41 Σκληροί δίσκοι Μαγνητικό μέσο αποθήκευσης με ηλεκτρομηχανικά μέρη Δημιουργήθηκαν το 1954 Μέγιστη χωρητικότητα: 6TB (συνήθως 120GB 1.5TB) Ταχύτητα περιστροφής: rpm Ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων: έως 300 MB/s (όχι σταθερό) Εσωτερικοί (διαφόρων διαστάσεων) & εξωτερικοί

42 Λειτουργία σκληρών δίσκων Πολλαπλοί δίσκοι διπλής όψης με μαγνητική επικάλυψη Κεφαλή ανάγνωσης/εγγραφής με ηλεκτρομαγνήτη Μοτέρ περιστροφής των δίσκων Καλύτερης ποιότητας υλικά από τις δισκέτες

43 Διασύνδεση σκληρών δίσκων Σύνδεση ATA Σύνδεση SATA

44 USB flash drives 2000: 8MB / 2013: 1ΤB Δεν περιέχουν μηχανικά μέρη Αποθηκεύουν σε chip μνήμης Ταχύτητα ανάγνωσης: 35 MB/s (usb2.0) 60MB/s (usb3.0) (+) Ανθεκτικότητα (σε σχέση με σκληρούς δίσκους, CD, DVD), μικρό μέγεθος/βάρος, χαμηλή κατανάλωση, εύκολη φορητότητα () Σχετικά περιορισμένος χρόνος ζωής ( εγγραφές, ~1500 συνδέσεις/αποσυνδέσεις στη θύρα USB), εύκολο να χαθούν λόγω μικρού μεγέθους / υψηλής φορητότητας, υψηλό κόστος ανά μονάδα χωρητικότητας

45 Το μέλλον στα αποθ/κά μέσα Solid state δίσκοι Σκληροί δίσκοι Solid state δίσκοι: (+) πιο γρήγοροι (ειδικά στην εκκίνηση του λειτουργικού αφού δεν απαιτούν spin-up, δεν γίνονται πιο αργοί αφού δεν υπάρχει fragmentation, αθόρυβοι, πολύ πιο ανθεκτικοί, μικρότερο μέγεθος και βάρος () σχετικά περιορισμένος χρόνος ζωής (1-2 εκατ. Εγγραφές), υψηλό κόστος ανά μονάδα χωρητικότητας, αυτοί που βασίζονται στην τεχνολογία της RAM και όχι σε flash: θέλουν τροφοδοσία και όταν είναι κλειστός ο υπολογιστής Internet / online αποθήκευση / cloud computing

46 Θύρες σύνδεσης I/O Από αριστερά προς τα δεξιά: Πληκτρολόγιο (κάτω, μωβ) & ποντίκι (επάνω, πράσινο) [PS/2 connectors] Σειριακή θύρα (RS-232 port) [Male 9-pin D connector] Παράλληλη θύρα (LPT ή θύρα εκτυπωτή) [Female 25-pin D connector] Θύρα κάρτας γραφικών (VGA) [Female 15-pin D connector] Θύρες USB [Type A USB socket] FireWire (IEEE-1394) [FireWire (IEEE-1394) socket] Θύρα δικτύου (Ethernet) [RJ45 socket] Θύρες κάρτας ήχου [3.5mm stereo sockets]

47 Θύρες σύνδεσης (video/audio) Video DVI (ψηφιακό) S-Video (αναλογικό) Video/Audio HDMI (ψηφιακό) Audio (αναλογικό)

48 Μητρική κάρτα (motherboard)

49 Μητρική κάρτα Βασικά κυκλώματα: Memory controller και I/O controller Υποδοχές για επεξεργαστή και μνήμες RAM Υποδοχές για σύνδεση αποθηκευτικών μέσων Μνήμες ROM Γεννήτρια ρολογιού (για συγχρονισμό συσκευών) Θύρες καρτών επέκτασης Συνδέσεις τροφοδοσίας για περιφερειακές συσκευές Σε ορισμένες περιπτώσεις ενσωματώνει: Κάρτα ήχου Κάρτα δικτύου Κάρτα γραφικών

50 Μητρική κάρτα

51 Κάρτα γραφικών Κάρτα σύνδεσης του Η/Υ με την οθόνη Πλέον διαθέτουν δικό τους επεξεργαστή (GPU Graphics Processing Unit) εξειδικευμένο σε μαθηματικούς υπολογισμούς για 3διάστατα γραφικά Βασικά χαρακτηριστικά κάρτας γραφικών: Ύπαρξη ή μη GPU Αρχιτεκτονική διασύνδεσης (π.χ., ISA, EISA, PCI, AGP, PCI-Express) Χωρητικότητα μνήμης (128 MB 4 GB) Ανάλυση εικόνας Τύπος και πλήθος εξόδων (VGA, DVI, HDMI)

52 Κάρτα δικτύου Συνδέει τον Η/Υ σε κάποιο δίκτυο Περιέχει ROM με έναν μοναδικό αριθμό διεύθυνσης MAC Ενσύρματη κάρτα: Σύνδεση με καλώδιο Ethernet (RJ45) Ταχύτητες 10, 100, 1000 Mbit/s Σύνδεση με τον Η/Υ: συνήθως PCI Ασύρματη κάρτα: Ασύρματη σύνδεση στο standard IEEE (2.4 GHz) Ταχύτητες μέχρι 54 Mbit/s (τώρα: 150Mbit/s) Απόσταση 70μ/250μ Σύνδεση με τον Η/Υ: PCI, PCMCIA, USB