Εισαγωγή στην Πληροφορική Υγείας

Transcript

1 Εισαγωγή στην Πληροφορική της Υγείας Δομή Υπολογιστών - Υλικό

2 Στο Προηγούμενο Μάθημα Συστήματα Αρίθμησης Bits, Bytes & Moνάδες Χωρητικότητας Υλικό Μέρος Η/Υ Χαρακτηριστικά Η/Υ Τύποι Η/Υ Αλγόριθμοι Προγραμματισμός μ Περιεχόμενο μαθήματος, Εισαγωγή, Βασικές έννοιες 2

3 «Εργασία» για το Σπίτι Πως εκφράζεται ο δεκαδικός αριθμός 2143: στο οκταδικό στο δυαδικό στο δεκαεξαδικό σύστημα αρίθμησης; Περιεχόμενο μαθήματος, Εισαγωγή, Βασικές έννοιες 3

4 «Εργασία» για το Σπίτι Ο δεκαδικός αριθμός 2143 εκφράζεται: στο οκταδικό ως 1437, στο δυαδικό ως και στο δεκαεξαδικό ως 85F. Αποδείξετε το! Περιεχόμενο μαθήματος, Εισαγωγή, Βασικές έννοιες 4

5 Μετατροπή Δεκαδικού σε Οκταδικό =? Μέθοδος διαδοχικών διαιρέσεων =? :8=πηλίκο 267 υπόλοιπο :8=πηλίκο 33 υπόλοιπο 3 33 :8=πηλίκο 4:8=πηλίκο 4 υπόλοιπο 1 0 υπόλοιπο 4 Περιεχόμενο μαθήματος, Εισαγωγή, Βασικές έννοιες 5

6 Μετατροπή Δεκαδικού σε Οκταδικό =? Μέθοδος διαδοχικών διαιρέσεων =? :8=πηλίκο 267 υπόλοιπο :8=πηλίκο 33 υπόλοιπο 3 33 :8=πηλίκο 4:8=πηλίκο 4 υπόλοιπο 1 0 υπόλοιπο 4 Η διαδικασία συνεχίζεται μέχρι να βρούμε πηλίκο 0. Παίρνουμε τα υπόλοιπα με αντίστροφη σειρά και έχουμε τον ισοδύναμο οκταδικό αριθμό. Δηλαδή εδώ: = Περιεχόμενο μαθήματος, Εισαγωγή, Βασικές έννοιες 6

7 Μετατροπή Δεκαδικού σε 10 =? 16 Δεκαεξαδικό Μέθοδος διαδοχικών διαιρέσεων :16 =πηλίκο 133 υπόλοιπο :16 =πηλίκο 8 υπόλοιπο 5 8:16 =πηλίκο 0 υπόλοιπο 8 Περιεχόμενο μαθήματος, Εισαγωγή, Βασικές έννοιες 7

8 Μετατροπή Δεκαδικού σε 10 =? 16 Δεκαεξαδικό Μέθοδος διαδοχικών διαιρέσεων :16 =πηλίκο 133 υπόλοιπο :16 =πηλίκο 8 υπόλοιπο 5 8:16 =πηλίκο 0 υπόλοιπο 8 Η διαδικασία συνεχίζεται μέχρι να βρούμε πηλίκο 0. Παίρνουμε τα υπόλοιπα με αντίστροφη σειρά και έχουμε τον ισοδύναμο δεκαεξαδικό αριθμό. Δηλαδή εδώ: = ?? Περιεχόμενο μαθήματος, Εισαγωγή, Βασικές έννοιες 8

9 Μετατροπή Δεκαδικού σε Δεκαεξαδικό Μέθοδος διαδοχικών διαιρέσεων =? :16 =πηλίκο 133 υπόλοιπο :16 =πηλίκο 8 υπόλοιπο 5 8:16 =πηλίκο 0 υπόλοιπο 8 F Oαριθμός 15 στο δεξαεξαδικό σύστημα είναι το F. Συνεπώς έχουμε τον ισοδύναμο δεκαεξαδικό αριθμό. Δηλαδή εδώ: =85F 16 Περιεχόμενο μαθήματος, Εισαγωγή, Βασικές έννοιες 9

10 Μονάδες Μέτρησης Χωρητικότητας Το byte χρησιμοποιείται ως μέτρο μεγέθους χωρητικότητας συσκευών αποθήκευσης και αρχείων. 1KB (KiloByte) = byte (2 1 0 ~ 1000 χαρακτήρες) 1ΜΒ (MegaMyte MegaMyte) = KB ή bytes (2 2 0 ~ 1 εκατομμύριο χαρακτήρες) Περιεχόμενο μαθήματος, Εισαγωγή, Βασικές έννοιες 10

11 Μονάδες Μέτρησης Χωρητικότητας 1GB (GigaByte) = MB ή KB ή bytes (2 30 ή ~ 1 δισεκατομμύριο χαρακτήρες) 1TB (TeraByte) = GB ή MB ή bytes (2 40 ή ~ 1 τρισεκατομμύριο χαρακτήρες) Περιεχόμενο μαθήματος, Εισαγωγή, Βασικές έννοιες 11

12 Μονάδες Μέτρησης Χωρητικότητας Και τι ακολουθεί το TeraByte TB? Ακολουθεί η PetaByte ( ή ) Και τι ακολουθεί το PetaByte;; ExaByte( ή ) Περιεχόμενο μαθήματος, Εισαγωγή, Βασικές έννοιες 12

13 Μονάδες Μέτρησης Και μετά τo o ExaByte;; Χωρητικότητας Find out at Περιεχόμενο μαθήματος, Εισαγωγή, Βασικές έννοιες 13

14 Μονάδες Μέτρησης Χωρητικότητας Name (Symbol) Value Binary Usage KiloByte(KB) MegaByte (MB) GigaByte(GB) TeraByte (TB) PetaByte (PB) ExaByte (EB) ZettaByte (ZB) YottaByte (YB)

15 Συνέχεια στο Σημερινό Μάθημα Υλικό Υπολογιστή ΚΜΕ, ΑΛΜ, Καταχωρητές Μνήμη, Είδη Μνήμης, Τεχνολογίες RAM, ROM CACHE,CMOS Μνήμη Γραφικών Virtual Memory Περιφερειακές Συσκευές Αποθηκευτικές Συσκευές Μονάδες Εισόδου/Εξόδου Περιεχόμενο μαθήματος, Εισαγωγή, Βασικές έννοιες 15

16 Υπολογιστικό Σύστημα Υλικό Υπολογιστή (Hardware) Υπολογιστικό σύστημα είναι ένα σύνολο από μηχανήματα (hardware) η λειτουργία των οποίων καθορίζεται από ένα σύνολο προγραμμάτων (software). Το υλικό του υπολογιστή αναφέρεται στο απτό μέρος των υπολογιστικών συστημάτων. Υλικό υπολογιστή (hardware) είναι ο γενικός όρος που χρησιμοποιείται για την περιγραφή των φυσικών τεχνολογικών μονάδων εξαρτημάτων και συστατικών (μηχανικών, μαγνητικών, ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών).

17 Εξέλιξη Υλικού Ανακάλυψη ηλεκτρονίου Καθοδικός σωλήνας ( , JJ. Thompson) Ηλεκτρονική Λυχνία (1907) Τρανζίστορ (1947, J. Bardeen, W. Shockley, W. Brattain βραβείο Νόμπελ Φυσικής 1956) Ολοκληρωμένο κύκλωμα (1959, 9, J. Kilby, R. Noyce) Ολοκληρωμένα κυκλώματα μεγάλης και πολύ μεγάλης κλίμακας (LSI, VLSI, ULSI)

18 Αρχιτεκτονική von Neumann Μια υπολογιστική μηχανή von Neumann αποτελείται από: Αριθμητική λογική μονάδα Μονάδα ελέγχου για ρύθμιση λειτουργιών Μνήμη Μονάδα εισόδου δεδομένων εξόδου αποτελεσμάτων Τέτοιες μηχανές πρέπει να: Χρησιμοποιούν δυαδική αριθμητική Χρησιμοποιούν μνήμη για αποθήκευση δεδομένων και προγράμματος Εκτελούν λειτουργίες μία κάθε φορά

19 Υλικό Υπολογιστή Υλικό = κεντρικές συνιστώσες + περιφερειακές μονάδες Κεντρικές ή εσωτερικές συνιστώσες: Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας, Κύρια ή κεντρική μνήμη Βοηθητικά κυκλώματα (αρτηρίες, διεπαφές/ ελεγκτές) Περιφερειακές μονάδες Περιφερειακές μονάδες αποθήκευσης Μονάδες εισόδου Μονάδες εξόδου

20 Υλικό υπολογιστή

21 Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας - ΚΜΕ (Central Processing Unit CPU) Είναι ο «χώρος» όπου γίνεται η επεξεργασία. Τίνος πράγματος; Η ΚΜΕ αποτελείται από: Μονάδα ελέγχου (Control unit) Αριθμητική και Λογική μονάδα (ΑΛΜ) (Arithmetic Logic Unit - ALU) Καταχωρητές (Registers) Επεξεργαστής (Intel 80486DX2 )

22 Μονάδα Ελέγχου (Control Unit) Η μονάδα ελέγχου συντονίζει και κατευθύνει τη ροή των λειτουργιών. Είναι υπεύθυνη για την επανάκτηση συγκεκριμένων ρμ οδηγιών από την κεντρική μνήμη του υπολογιστή, να τις μεταφράσει σε μορφή την οποία «καταλάβει» η ΚΜΕ να φροντίσει για την εκτέλεση αυτών των οδηγιών και ακολούθως να αποθηκεύσει τα αποτελέσματα

23 Μονάδα Ελέγχου (Control Unit) Αποτελεί το κύκλωμα που ελέγχει τη ροή της πληροφορίας στον επεξεργαστή και συντονίζει τις λειτουργίες των άλλων μονάδων της κεντρικής μονάδας επεξεργασίας. Ο συντονισμός επιτυγχάνεται με ειδικά σήματα ελέγχου που διαβιβάζονται από και προς όλες τις άλλες μονάδες.

24 Αριθμητική και Λογική Μονάδα (ΑΛΜ) Η ΑΛΜ εκτελεί αριθμητικές και λογικές πράξεις Αριθμητικές πράξεις: Πρόσθεση Αφαίρεση Πολλαπλασιασμός Διαίρεση Λογικές πράξεις: Άρνηση ρηη( (NOT) Σύζευξη (AND) Διάζευξη (OR) Αποκλειστική διάζευξη (XOR ή EOR)

25 Καταχωρητές (Registers) Αποτελούν γρήγορες, αυτόνομες θέσεις αποθήκευσης για προσωρινή αποθήκευση δεδομένων. Έχουν μικρή χωρητικότητα για γρήγορη πρόσβαση σε συχνά χρησιμοποιούμενες μ τιμές μς μεταβλητών. Εύρος καταχωρητών: : 8-bit, 16- bit, κ.λπ. Π.χ.: 64-bit: Intel Itanium, AMD Athlon 64 Load-Store Architecture

26 Καταχωρητές (Registers) Κατηγοριοποιούνται σε Καταχωρητές: Δεδομένων (data registers): συνήθως διατηρούν ακεραίους αριθμούς Εντολών (instruction/conditional registers): διατηρούν εντολή που εκτελείται/ συνθήκη αλήθειας για το αν πρέπει ή όχι να εκτελεστεί εντολή. Διευθύνσεων μνήμης (address registers): διατηρούν διευθύνσεις μνήμης για πρόσβαση σ αυτήν. Γενικού σκοπού (general purpose registers - GPR): διατηρούν δεδομένα και διευθύνσεις, (Data/Address registers).

27 Καταχωρητές (Registers) Κατηγοριοποιούνται σε Καταχωρητές: Κινητής υποδιαστολής: διατηρούν αριθμούς κινητής υποδιαστολής Σταθεροί (constant registers): διατηρούν σταθερές τιμές (μόνο για ανάγνωση) Ειδικού σκοπού (special purpose registers): διατηρούν την κατάσταση του προγράμματος π.χ. μετρητής προγράμματος (program counter).

28 Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας - ΚΜΕ (Central Processing Unit CPU)

29 Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας - ΚΜΕ (Central Processing Unit CPU)

30 Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας - ΚΜΕ (Central Processing Unit CPU) Το πρόγραμμα «φορτώνεται» στη μνήμη για να εκτελεστεί Ο Instruction Fetcher / «φέρνει» οδηγία/εντολή από τη μνήμη για εκτέλεση Ο Instruction Decoder αποκωδικοποιεί την οδηγία/εντολή ολή Αποθηκεύονται δεδομένα στα Registers ή «Στέλλει» την οδηγία για εκτέλεση στο ALU Αποθηκεύονται δεδομένα στα Registers ή «γράφονται» στη Μνήμη

31 Ταχύτητα Επεξεργαστή & Ρολόι Οι υπολογιστές κατηγοριοποιούνται και ως προς το ρυθμό που «κτυπά» το ρολόι τους ή τη συχνότητα του σινιάλου/σήματος του ρολογιού τους. Αυτό το σήμα/σινιάλο είναι απλά η ηλεκτρική τάση η οποία αλλάζει από «ψηλά» σε «χαμηλά» και πίσω σε τακτικά χρονικά διαστήματα. Μονάδα μέτρησης: Hz (GHz =10 9 Hz)

32 Ταχύτητα Επεξεργαστή & Ρολόι

33 Ταχύτητα Επεξεργαστή & Ρολόι Παραδείγματα ταχύτητας επεξεργαστών: 8086 και 8088 (1979): ~ 12 κύκλοι / εντολή (1982) και (1985): ~ 4,5 κύκλοι / εντολή (1989): ~ 2 κύκλοι / εντολή Πρώτοι Pentium (1993): ~ 1-2 εντολές / κύκλο Pentium II/III/IV/Celeron, III/IV/Celeron, Athlon/Duron: ~ 3 ή >3 εντολές / κύκλο Οι νεώτεροι επεξεργαστές είναι η σειρά INTEL CORE Ι3, Ι5, Ι7

34 Ταχύτητα Επεξεργαστή & Ρολόι

35 Κύρια Μνήμη (Main Memory) Η κύρια ή κεντρική μνήμη είναι μια συλλογή από θέσεις αποθήκευσης, κάθε μια από τις οποίες διαθέτει μοναδικό αναγνωριστικό (θέση) που λέγεται διεύθυνση (address). Η διεύθυνση μιας θέσης μνήμης είναι ένας ακέραιος αριθμός (όνομα διεύθυνσης). Σε φυσικό επίπεδο ο αριθμός βρίσκεται σε δυαδική μορφή. Χώρος διευθύνσεων (address space): συνολικός αριθμός θέσεων μνήμης. Γραμμές διευθύνσεων (address lines): αγωγοί ξεκινούν από τον επεξεργαστή και καταλήγουν στους ακροδέκτες των κυκλωμάτων της μνήμης. Τα δεδομένα εγγράφονται σε ειδικές γραμμές που λέγονται γραμμές δεδομένων (data lines) και πάντα έχουν τη μορφή αριθμών. Διεύθυνση Περιεχόμενα

36 Είδη Μνήμης Μνήμη RAM Μνήμη ROM Προμνήμη ή Κρυφή Μνήμη (Cache memory) Επίσης: Μνήμη CMOS Μνήμη Γραφικών (Video RAM) Ιδεατή/Εικονική Μνήμη (Virtual memory)

37 Μνήμη RAM RAM: Μνήμη Τυχαίας Προσπέλασης (Random Access Memory) Τα περιεχόμενα οποιασδήποτε θέσης της μπορούν να προσπελαστούν με τυχαία και όχι μόνο με ακολουθιακή σειρά. Αποθηκεύονται προσωρινά εντολές και δεδομένα (και αποτελέσματα εκτέλεσης εντολών). Δεν έχει δυνατότητα μόνιμης αποθήκευσης δεδομένων. Όταν ολοκληρωθεί η εκτέλεση μιας λειτουργίας, τα δεδομένα μετακινούνται από την ΚΜΕ πίσω στη RAM και από εκεί στην κατάλληλη έξοδο ή προς μόνιμη αποθήκευση σε δευτερεύουσα μνήμη. Τα δεδομένα χάνονται σε διακοπή ρεύματος.

38 Τεχνολογίες Μνήμης RAM Από φυσική άποψη όλες οι κεντρικές μήμς μνήμες χρησιμοποιούν στοιχεία ημιαγωγών (transistors) που ομαδοποιούνται σε ολοκληρωμένα κυκλώματα. Βασίζουν τη λειτουργία τους στην ύπαρξη ή όχι ηλεκτρικών φορτίων (παράσταση 0 ή 1) SRAM (Στατική ή ή Static ti RAM) Σταθερό και μόνιμο περιεχόμενο μέχρι να γίνει άλλη εγγραφή σε αυτήν Δεν χρειάζεται ανανέωση για τη διατήρηση της αποθήκευσης Γρήγορη ρη αλλά ακριβή ρβή λύση μήμης μνήμης

39 Τεχνολογίες Μνήμης RAM DRAM (Δυναμική ή Dynamic RAM) Περιοδική ανανέωση ανά ~15 μsec (χρησιμοποιεί πυκνωτές). Αργή αλλά φθηνή λύση μνήμης μήμης SDRAM: Synchronous DRAM ή σε συγχρονισμό με την αρτηρία μνήμης. DDR SDRAM: Double Data Rate SDRAM Επιτρέπει τη μεταφορά δεδομένων με μεγαλύτερος ρυθμούς

40 Τεχνολογίες Μνήμης RAM Για μεγαλύτερη μγ ευελιξία στην εγκατάσταση μνήμης τα chips μνημών στα PCs ομαδοποιούνται σε μικρές πλακέτες που λέγονται DIMMs (Dual In- Line Memory Modules Δομοστοιχεία Μνήμης Διπλής Γραμμής). Οι πλακέτες αυτές εισάγονται σε αντίστοιχες υποδοχές (σχισμές ή φατνία slots μνήμης) της μητρικής κάρτας του υπολογιστή.

41 Τεχνολογίες Μνήμης RAM SRAM SDRAM SDRAM

42 Μνήμη ROM ROM: Μνήμη μόνο για ανάγνωση ή Μνήμη Μόνο Αναγνώσιμη (Read Only Memory) Δεν επιδέχεται αλλαγές. Τα δεδομένα δεν μπορούν να μεταβληθούν. Αποθηκεύει τα δεδομένα με μόνιμο τρόπο. Δηλαδή, δεν χάνει ότι έχει εγγραφεί σ αυτήν αν διακοπεί η τροφοδοσία της με ηλεκτρικό ρεύμα.

43 Μνήμη ROM Η βασική της χρήση είναι κατά τη διάρκεια εκκίνησης του υπολογιστή. Περιέχει εντολές που υποδεικνύουν στον επεξεργαστή την εκτέλεση της διαδικασίας εκκίνησης ης (boot process). Στους Π.Υ υπάρχει η ROM BIOS (Read Only Memory Basic Input Output System Βασικό Σύστημα Εισόδου Εξόδου σε Μή Μνήμη Μόνο Ανάγνωσης). Δεν αγοράζεται, δεν εγκαθίσταται και δεν προγραμματίζεται από τον μέσο χρήστη

44 Προμνήμη ή Κρυφή Μνήμη (Cache memory) Μνήμη πολύ μεγάλης ταχύτητας και μικρού σχετικά μεγέθους που χρησιμοποιείται για την προσωρινή αποθήκευση στοιχείων του επεξεργαστή. Συνήθως μεσολαβεί μεταξύ της ΚΜΕ και της κύριας μνήμης και περιέχει αντίγραφο κάποιου τμήματος της κύριας μνήμης. Τεχνολογία υλοποίησης: SRAM Κανόνας 80/20: Από όλα τα στοιχεία (προγράμματα και δεδομένα) που χειρίζεται ο επεξεργαστής περίπου το 20% χρησιμοποιείται κατά το 80% του χρόνου.

45 Ιεραρχία Κύριας Μνήμης Όπου απαιτούνται υψηλές ταχύτητες προσπέλασης - χρησιμοποιείται μικρή ποσότητα μνήμης υψηλής ταχύτητας (π.χ. καταχωρητές της ΚΜΕ). Για δεδομένα συχνής προσπέλασης - χρησιμοποιείται μεγαλύτερη ποσότητα μνήμης μέσης ταχύτητας (π.χ. κρυφή μνήμη). Για δεδομένα που δεν έχουν συχνή προσπέλαση - χρησιμοποιείται μεγάλη ποσότητα μνήμης χαμηλής ταχύτητας (π.χ. κύρια μνήμη).

46 Μνήμη CMOS CMOS: (Complementary Metal Oxide Semiconductor emiconductor) Μνήμη πολύ χαμηλής κατανάλωσης (υπάρχει συνήθως στους PC) και λειτουργεί με μια μικροσκοπική μπαταρία που βρίσκεται στη μητρική κάρτα. Χρησιμοποιείται για την αποθήκευση στοιχείων ρυθμίσεων του υπολογιστή π.χ. ώρα, γεωμετρία δίσκων.

47 Μνήμη Γραφικών (Video RAM) Οι εικόνες που αποτυπώνονται στην οθόνη του υπολογιστή, αποθηκεύονται σε ειδικά chips που συνιστούν τη μνήμη γραφικών η οποία κατά κανόνα βρίσκεται στην κάρτα γραφικών. Η ποσότητα της μνήμης αυτής καθορίζει παραμέτρους που αφορούν στην ποιότητα της εικόνας. Απαραίτητη σε μηχανές ή λογισμικά παιγνιδιών

48 Στο Περασμένο Μάθημα Υλικό Υπολογιστή ΚΜΕ, ΑΛΜ, Καταχωρητές Μνήμη, Είδη Μνήμης, Τεχνολογίες RAM, ROM CACHE,CMOS Μνήμη Γραφικών Virtual Memory Περιεχόμενο μαθήματος, Εισαγωγή, Βασικές έννοιες 48

49 Κρυφή Μνήμη

50 Ιδεατή/Εικονική Μνήμη (Virtual Memory) ΔΕΝ υπάρχει τέτοιο είδος μνήμης!!! Δεν πωλείται στα καταστήματα!! Δεν αγοράζεται και δεν ενσωματώνεται στον Η/Υ!! Υπάρχει η τεχνική Virtual Memory Management Εικονοποιεί την αρχιτεκτονική μνήμης του Η/Υ Δημιουργεί ακόμα ένα εικονικό RAM module Το πρόγραμμα έχει αποκλειστική πρόσβαση και χρήση σε αυτό το εικονικό RAM Δημιουργείται ενιαίο πεδίο διευθύνσεων μνήμης το οποίο οίο το σύστημα το δα διαχειρίζεται ερίζε α ως «συνεχές» ε εώ ενώ στην πραγματικότητα ΔΕΝ είναι συνεχές.

51 Ιδεατή/Εικονική Μνήμη Τα Προγράμματα 1 & 2 «φορτώνονται» ώ στη μνήμη για να εκτελεστούν Το κάθε Πρόγραμμα απαιτεί το άνοιγμα ενός αρχείο, Data File Τα αρχεία φορτώνονται στη μνήμη Υπάρχει αρκετή «κενή» μνήμη ανάμεσα στα Αρχεία και τα προγράμματα (Fragmentation) Τι θα συμβεί αν θέλουμε να τρέξουμε ένα πρόγραμμα που δεν «χωρεί» ί στη μνήμη;

52 Ιδεατή/Εικονική Μνήμη Το κάθε πρόγραμμα χρησιμοποιεί το δικό του πεδίο διευθύνσεων (address space) Το κάθε πρόγραμμα εκτελείται ανεξάρτητα από τα άλλα Το πρόγραμμα «νομίζει» ότι έχει περισσότερο πεδίο συνεχόμενων διευθύνσεων στη μνήμη

53 Ιδεατή/Εικονική Μνήμη Αλλά στην πραγματικότητα τα μέρη τα οποία χρησιμοποιεί είναι διασκορπισμένα στη RAM και τα ανενεργά μέρη του φυλάσσονται στο δίσκο. Επιτρέπει τη χρήση άλλων μέσων ως και αν αυτά τα μέσα να ήταν μνήμη! Τελικά, επιτρέπει τη χρήση περισσότερης «μνήμης» ή από αυτήν που πραγματικά υπάρχει στον υπολογιστή!

54 Πυραμίδα Μνήμης

55 Βοηθητικά Κυκλώματα: Αρτηρίες Δίαυλοι επικοινωνίας (buses) που χρησιμοποιούνται για το διαμοιρασμό επικοινωνίας πολλών μονάδων του υπολογιστή.

56 Βοηθητικά κυκλώματα: Αρτηρίες Αρτηρία eπεξεργαστή (FSB Front Side Bus ή Μετωπική Αρτηρία): Η αρτηρία με την οποία επικοινωνεί η κύρια μνήμη με την ΚΜΕ. Δίαυλος δεδομένων (data bus) Μεταφέρει τα δεδομένα Δίαυλος διευθύνσεων (address bus) Μεταφέρει διευθύνσεις από την ΚΜΕ και την κεντρική μνήμη του Υπολογιστή Δίαυλος ελέγχου (control bus) Μεταφέρει οδηγίες και σήματα ελέγχου από/προς την ΚΜΕ και τις περιφερειακές συσκευές του Υπολογιστή

57 Βοηθητικά κυκλώματα: Αρτηρίες εξόδου: : Ρέουν δεδομένα που έρχονται ή φεύγουν από/ προς τις περιφερειακές συσκευές. Αρτηρίες εισόδου/ εξόδου -Ο Ο δίαυλος ISA,, ο οποίος είναι ένας παλιός, χαμηλής ταχύτητας δίαυλος και χρησιμοποιείται ακόμη και τώρα, κυρίως για λόγους συμβατότητας. -ΟΟ δίαυλος PCI,, (Peripheral Component Interconnect), ο οποίος είναι νέος και υψηλής ταχύτητας δίαυλος. -Ο δίαυλος USB,( Universal Serial Bus) που είναι νέος αλλά χαμηλής ταχύτητας δίαυλος. -Ο δίαυλος AGP,, (Accelerated Graphics Port ή Advanced Graphics Port). ο οποίος, στην πραγματικότητα είναι μία θύρα επικοινωνίας και χρησιμοποιείται μόνο για κάρτες γραφικών

58 Βοηθητικά η Κυκλώματα: Διεπαφές Μια διεπαφή (Interfaces)/ Ελεγκτές (Controllers διεπαφή (Interface) περιλαμβάνει: ηλ. κυκλώματα που είναι γνωστά ως ελεγκτές (controllers) ένας ελεγκτής για κάθε άκρη σύνδεσης των επικοινωνούντων υποσυστημάτων καθώς και το ανάλογο λογισμικό πρωτόκολλα λειτουργίας. Π.χ. καλωδιοταινία, τυπωμένοι αγωγοί, θύρες (ports) (σημείο σύνδεσης εξωτερικών περιφερειακών ρφ ρ μονάδων στο κεντρικό σύστημα του υπολογιστή).

59 Βοηθητικά Κυκλώματα: Διεπαφές / Ελεγκτές Οι διεπαφές εξασφαλίζουν τη διαλειτουργικότητα μεταξύ των υποσυστημάτων στην οποία παρεμβάλλονται. ρμβ Π.χ. ATA/ATAPI/IDE (Advanced Technology Attachment, Advanced Technology Attachment Packet Interface, Integrated t Drive Electronics), AGP, παράλληλη, σειριακή, USB (Universal Serial Bus), IEEE 1394, SCSI (Small Computer System Interface), κ.λπ.

60 Βοηθητικά κυκλώματα: Διεπαφές(Interfaces) /Ελεγκτές IDE η ATA/ATAPI/IDE / (Integrated Drive Electronics) είναι ένα πρότυπο διαύλου δεδομένων -Χρησιμοποιείται για τη μεταφορά δεδομένων από τους σκληρούς δίσκους ή τα οπτικά μέσα αποθήκευσης προς την κεντρική μονάδα επεξεργασίας και τη μνήμη. Είναι παλιός λό τύπος δίαυλου και αντικαθίσταται σταδιακά από τον καθιερωμένο δίαυλο SATA

61 Βοηθητικά κυκλώματα: Διεπαφές(Interfaces) /Ελεγκτές Το SATA (Serial ATA) είναι το σύγχρονο πρότυπο για τη διασύνδεση μονάδων αποθήκευσης με τον υπολογιστή. Έχει αντικαταστήσει σχεδόν πλήρως τον παράλληλο δίαυλο PATA. Μεταφέρει τα δεδομένα σειριακά αντί παράλληλα.

62 Διεπαφές IDE & SATA

63 Περιφερειακές Συσκευές Επιτρέπουν στον υπολογιστή να επικοινωνεί με τον έξω κόσμο και να διατηρεί προγράμματα και δεδομένα ακόμη όταν δεν τροφοδοτείται με ρεύμα. Αποθηκευτικές: Βοηθητικές αποθηκευτικές συσκευές ή δευτερεύουσα/ / βοηθητική η μήμη(φ μνήμη (φθηνότερες η ρ ς της κύριας μνήμης και τα περιεχόμενα δεν διαγράφονται όταν δεν τροφοδοτούνται με ρεύμα). Μαγνητικές: Σκληρός δίσκος, Αποπώμενα μέσα (π.χ. δισκέττες, δίσκοι Zip, φορητοί δίσκοι, μνήμες flash, ταινίες) ) Οπτικές: Δίσκοι CD-ROM, DVD Μη αποθηκευτικές: Επιτρέπουν στην ΚΜΕ και στη μνήμη να επικοινωνούν με τον έξω κόσμο αλλά δεν φιλοξενούν δεδομένα. Εισόδου (π.χ. πληκτρολόγιο, ποντίκι, σαρωτής, μικρόφωνο, ψηφιακή φωτογραφική μηχανή) Εξόδου (π.χ. οθόνη, εκτυπωτής, ηχεία)

64 Σκληρός Δίσκος Εφευρέθηκε τη δεκαετία του 1950 από την IBM. Ο πρώτος σκληρός δίσκος αποτελείτο από 30 μαγνητικούς δίσκους διαμέτρου 24 περιστρέφονταν με 1200rpm, ο ρυθμός μεταφοράς δεδομένων ήταν 12,5KB/sec και η συνολική χωρητικότητα 5MB. Διατίθονταν για ενοικίαση με το ποσό των 7000$/έτος. Σήμερα οι σκληροί δίσκοι έχουν χωρητικότητες >100GB, περιστρέφονται με ταχύτητες 5400, 7200, ή rpm, έχουν διάμετρο από 1-3,5 και η μεταφορά δεδομένων φτάνει τα 150MB/sec.

65 Σκληρός Δίσκος Σκληρός δίσκος σε αντιδιαστολή με τους εύκαμπτους δίσκους (floppies floppies). Φυσική Δομή: Σειρά μεταλλικών δίσκων σε διάταξη σωρού με κενά μεταξύ τους. Ο καθένας επικαλύπτεται με λεπτή μαγνητική μεμβράνη. Κεφαλές ανάγνωσης από και εγγραφής στη μαγνητισμένη μ η επιφάνεια

66 Οργάνωση: Σκληρός Δίσκος Ίχνη ή τροχιές Τracks κύκλος που διαγράφεται απ την περιστροφή) Κύλινδροι cylinders όλες οι επιφάνειες σε δεδομένη θέση κεφαλών αριθμούνται από μέσα προς τα έξω) Τομείς sectors ελάχιστες μονάδες εγγραφής/ ανάγνωσης -512bytes - στις οποίες χωρίζεται κάθε ίχνος).

67 Σκληρός Δίσκος

68 Σκληρός Δίσκος

69 Οπτικές Αποθηκευτικές Συσκευές Χρησιμοποιείται φως (δέσμη laser) για την αποθήκευση και ανάκτηση των δεδομένων που περιέχουν. έ CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory): Έχει διάμετρο 120mm mm, πάχος 12mm 1,2mm και οπή στο κέντρο διαμέτρου 15mm. Αποτελείται από πλαστικό υπόστρωμα που καλύπτεται από αλουμινένιο στρώμα ανάκλασης το οποίο καλύπτεται από ένα προστατευτικό στρώμα βερνικιού. Απόσταση γειτονικών ιχνών 1,6μm σε 625 στροφές (μήκος σπειροειδούς ίχνους 5,7km km). Χωρητικότητα 681 ή 737MB. Υπάρχουν CD-R (Write Once Read Many: Mία εγγραφή, πολλές αναγνώσεις) ή CD-RW (Rewritable / Πολλές εγγραφές).

70 Οπτικές Αποθηκευτικές Συσκευές Κύριες χρήσεις Μπορεί να αποθηκεύσει οποιοδήποτε τύπο δεδομένων Δεδομένα πρόσβαση μέσω ηλ.. Υπολογιστή Μουσική πρόσβαση μόνο μέσω CD player Διανομή λογισμικών περιλαμβανομένων εφαρμογών παιγνιδιών και πολυμέσων Διανομή τεχνικών εγχειριδίων

71 Οπτικές Αποθηκευτικές Συσκευές DVD (Digital Video (or Versatile) Disk): Παρόμοια δομή και ίδια αρχή λειτουργίας με τα CD ROMs Mεγαλύτερη πυκνότητα εγγραφής. Απόσταση γειτονικών ιχνών 074 0,74μm σε 1351 στροφές (μήκος σπειροειδούς ίχνους 11,8km). Χωρητικότητα 4,7GB ή 8,5GB (χρήση επιφάνειας με δεύτερο στρώμα) ή 17,1GB 1GB (δύο όψεις, δύο στρώματα). Κύρια χρήση Αποθήκευση ψηφιακού βίντεο

72 Δομή Λειτουργία Οπτικών Δίσκων Ένα γραμμένο CD-ROM ROM/ DVD έχει ανεπτυγμένη σπείρα (απ το κέντρο προς τα άκρα) ) από μικροσκοπικά εξογκώματα κοιλώματα pits και επίπεδες περιοχές (lands). Με την περιστροφή του δίσκου η δέσμη φωτός διασκορπίζεται στα κοιλώματα ή ανακλάται από τα επίπεδα σε ανιχνευτή. Ο ανιχνευτής περιέχει φωτοευαίσθητες διόδους που παράγουν τάση όταν μεταβάλλεται το ανακλώμενο φως (μετάβαση από κοίλωμα σε επίπεδο και αντίστροφα).

73 Δομή CD-ROM

74 Χρόνος Ζωής Αποθηκευτικών Μέσων Μαγνητικές ταινίες: έτη Σκληροί δίσκοι: 5-10 έτη Δισκέτες: 1-5 έτη CD-ROM ROM: : έτη DVD: Έως και 100 έτη (καλύτερη ποιότητα επιχρίσματος) Μνήμες flash: 50 έτη

75 Διαφορές Κύριας & Βοηθητικής Μνήμης Ταχύτητα: : Κύρια μνήμη ταχύτερη από τη βοηθητική. Μέγεθος: : Βοηθητική μνήμη πιο μεγάλη από την κύρια. Κόστος: : Κόστος ανά μονάδα μνήμης πιο μεγάλο μγ για την κύρια μνήμη. μήμη Μονιμότητα αποθήκευσης: : Προσωρινή αποθήκευση στην κύρια μνήμη, μόνιμη στη βοηθητική.

76 Σύγκριση Χωρητικότητας Μνημών Μνήμη RAM: 512MB -8GB Μνήμη ROM: Ποικίλει ανάλογα με τον υπολογιστή Σκληρός Δίσκος: 160GB 2TB Ταινίες: 2GB 320GB Μονάδα Zip: 100MB USB flash drive: 512MB - 32GB Δισκέττα: 1,44MB CD-ROM: 650MB - 700MB DVD-ROM: 4,7GB 17,1GB

77 Ιεραρχική Κατάταξη Τύπων Μνήμης Χρόνος Τύπος μνήμης προσπέλασης Μέγεθος Κόστος Καταχωρητές 2nsec <1KB Κρυφή μνήμη (cache) 3-30nsec 8KB-4MB /MB Κύρια μνήμη RAM nsec 512MB-1GB 0,1 /MB Σκληρός δίσκος 5-12msec 120GB <0,001 /MB Οπτικοί δίσκοι 120msec 0,6-17GB 0,15 /MB Ταινίες 1-100sec 160GB 0,0001 /MB

78 Μονάδες Εισόδου: Πληκτρολόγιο Είναι μια συσκευή εισόδου με βασική λειτουργία του την εισαγωγή χαρακτήρων (αριθμών, γραμμάτων, συμβόλων) στον υπολογιστή. Το πιο γνωστό πληκτρολόγιο λό που χρησιμοποιείται είναι το QWERTY. Πήρε το όνομά του από τα πρώτα πλήκτρα της πρώτης σειράς!!

79 Μονάδες Εισόδου: Ποντίκι Το κλασικό ποντίκι είναι χειροκίνητη συσκευή κατάδειξης, τα κύρια μέρη του οποίου είναι το καλώδιο επικοινωνίας με τον Η/Υ και το κυρίως σώμα της συσκευής. Το κυρίως σώμα αποτελείται συνήθως από ένα σταθερό στέλεχος από πλαστικό, πάνω στο οποίο είναι προσαρμοσμένα δύο ή περισσότερα κουμπιά και ίσως μια ροδέλα κύλισης. Το όνομα του προέρχεται από το χαρακτηριστικό σχήμα των πρώτων συσκευών του είδους, που θυμίζει το μικρό θηλαστικό. Η κίνηση του ποντικιού αντιστοιχεί σε παρόμοια κίνηση ενός ίχνους ή αλλιώς κέρσορα στην οθόνη του υπολογιστή

80 Μονάδες Εισόδου: Σαρωτής - Scanner Είναι μια συσκευή εισόδου Εισάγει την απαραίτητη οπτική πληροφορία στον ηλεκτρονικό υπολογιστή είτε πρόκειται για εικόνα οπότε και αποθηκεύεται σε μορφή εικόνας, είτε κάνει και οπτική αναγνώριση των γραμμάτων ή αριθμών μιας τυπωμένης σελίδας, οπότε η πληροφορία αποθηκεύεται σε αρχείο κειμένου, ή στο κατάλληλο πεδίο οθόνης εισαγωγής προγράμματος, αντί να πληκτρολογηθεί από το χρήστη.

81 Μονάδες Εισόδου: Σαρωτής - Scanner Υπάρχουν δύο είδη σαρωτών: Ο σαρωτής εγγράφων που χρησιμοποιείται για σάρωση εγγράφων στον ηλεκτρονικό υπολογιστή. Ο σαρωτής γραμμικού κώδικα (bar code) που σαρώνει και αποκωδικοποιεί γραμμικούς κώδικες οι οποίοι βρίσκονται πάνω σε συσκευασίες αντικειμένων (προϊόντων, ρ φακέλων,, δεμάτων κλπ). )

82 Μονάδες Εισόδου: Σαρωτής - Scanner Bar Code Scanner Mobile scanner Τυπικός σαρωτής

83 Μονάδες Εξόδου: Οθόνη Τύποι οθονών: Οθόνες καθοδικού σωλήνα (CRT Cathode Ray Tube): Βασικό στοιχείο ο καθοδικός σωλήνας μέσω του οποίου σχηματίζονται οι εικόνες στην οθόνη. Οθόνες υγρών κρυστάλλων (LCD Liquid Crystal Display) ή ενεργής μήτρας (active matrix) με χρήση λεπτού στρώματος transistors (TFT Thin Film Transistors) Οι οθόνες LCD είναι λεπτές και επίπεδες και χρησιμοποιούν τις ιδιότητες της αυξομείωσης του φωτός των υγρών κρυστάλλων

84 Μονάδες Εξόδου: Οθόνη Χαρακτηριστικά οθονών: Διάσταση Ανάλυση (resolution) που μετράται σε πλήθος εικονοστοιχείων (pixels picture elements), π.χ. 800x600 Μέγιστη συχνότητα ανανέωσης π.χ. 72 Hz Βάθος χρώματος (πλήθος χρωμάτων που εμφανίζει) που μετράται σε δύναμη του 2. Ελαφριές, Φορητές Φτηνές Φιλικές προς το περιβάλλον

85 Μονάδες Εξόδου: Οθόνη TFT LCD LCD

86 Μονάδες Εξόδου: Εκτυπωτής Ανάλογα με τον τρόπο σχηματισμού των κουκίδων (dots per inch dpi) διακρίνονται σε: Κρουστικοί (ακίδων, dot matrix): Χαμηλή ποιότητα και κόστος εκτύπωσης, κυρίως για ασπρόμαυρες εκτυπώσεις και σε αντίγραφα. Έγχυσης μελάνης (ink-jet jet): Καλή ποιότητα, έγχρωμες εκτυπώσεις με χαμηλό σχετικά κόστος, ακριβή συντήρηση. Laser (εκτυπωτές έ σελίδας): ) Άριστη ποιότητα, υψηλή ταχύτητα, χαμηλό κόστος εκτύπωσης για ασπρόμαυρες εκτυπώσεις, υψηλό για έγχρωμες, υψηλό κόστος αγοράς.

87 Μονάδες Εισόδου: Σαρωτής - Scanner Inkjet Dot matrix (εκτός χρήσης) Laser printer

88 Το Όλο Σύστημα

89 Ευχαριστώ για την προσοχή σας Ερωτήσεις, Απορίες, Επεξηγήσεις