ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ ΚΑΙ ΙΟΙΚΗΣΗΣ

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ ΚΑΙ ΙΟΙΚΗΣΗΣ Το σηµερινό µάθηµα ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ Αρχιτεκτονική των Ηλεκτρονικών Υπολογιστικών Συστηµάτων Υπολογιστικό Σύστηµα Κεντρική Μνήµη ιδάσκων: Πέτρος Βασιλικός Αριθµητική και Λογική Μονάδα Μονάδα Ελέγχου Είσοδος Έξοδος Μικροεπεξεργαστές 1 2 Υπολογιστικό Σύστηµα (I) ΜΕΡΟΣ Α ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ Υπολογιστικό Σύστηµα Von Neumann: Μονάδα Εισόδου Εισαγωγή δεδοµένων & προγραµµάτων Μνήµη Καταχώρηση προγραµµάτων και δεδοµένων Μονάδα Ελέγχου Αποκωδικοποιητής, προετοιµασία ALU, συντονιστής άλλων µονάδων Αριθµητική & Λογική Μονάδα Εκτέλεση αριθµητικών & λογικών πράξεων Μονάδα Εξόδου Έξοδος αποτελεσµάτων των προγραµµάτων, στοιχείων µνήµης και ALU. 3 4 Υπολογιστικό Σύστηµα (II) Πώς εκτελείται ένα Πρόγραµµα (Ι) Κεντρική ΚεντρικήΜνήµη Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας (CPU) Αριθµητική Αριθµητική & Λογική Λογική Μονάδα Μονάδα Μονάδα Μονάδα Ελέγχου Ελέγχου Μονάδα Μονάδα Εισόδου Εισόδου --Εξόδου Εξόδου Οτρόπος µε τον οποίο τα παραπάνω στοιχεία είναι δοµηµένα είναι γνωστός ως αρχιτεκτονική του συστήµατος Οι γραµµές επικοινωνίας ( ) µεταξύ των µονάδων ονοµάζονται Bus και διακρίνονται στο Data και στο Address Bus. Έστω ότι θέλουµε να υπολογίσουµε το Χ=(Α+Β+Γ). Θα πρέπει να βρίσκεται στην µονάδα µνήµης ένα πρόγραµµα µε οδηγίες που να περιγράφουν τον παραπάνω υπολογισµό. Το πρόγραµµα θα περιέχει εντολές της µορφής: να µεταφερθεί το περιεχόµενο της θέσης Α της µνήµης στην ALU, να προστεθεί το περιεχόµενο της ALU µε αυτό της θέσης Β, κ.λ.π. Ο επεξεργαστής θα διαβάζει µία-µία τις εντολές και η αριθµητική και λογική µονάδα θα εκτελεί τις πράξεις και θα καταχωρεί τα αποτελέσµατα αυτών πάλι στην κύρια µνήµη. Στην επόµενη διαφάνεια φαίνονται µερικά από τα βήµατα. 5 6

2 Πώς εκτελείται ένα Πρόγραµµα (ΙΙ) Από τη µεριά του χρήστη Κεντρική Μνήµη ΜΕΡΟΣ Β ΚΕΝΤΡΙΚΗ ΜΝΗΜΗ ΗΚεντρική Μνήµη, που αναφέρεται επίσης και ως πρωτεύουσα µνήµη, δίνει σε ένα υπολογιστικό σύστηµα τη δυνατότητα καταχώρησης και ανάκλησης: Των υπό εκτέλεση προγραµµάτων, που καταχωρούνται ως ακολουθίες πράξεων Των πληροφοριακών δεδοµένων επί των οποίων τα εκτελούµενα προγράµµατα εφαρµόζονται Η µνήµη ενός ηλεκτρονικού υπολογιστικού συστήµατος µοιάζει µε µια κυψέλη, που αποτελείται από ένα οργανωµένο πλήθος κελιών. Κάθε στοιχείο της µνήµης µπορεί να βρίσκεται σε µια από τις δύο δυνατές καταστάσεις (0/1) 9 10 Μνήµη RAM, ROM, PROM, EPROM Μνήµη & Ιστορία RAM (µνήµη τυχαίας προσπέλασης) (Random Access Memory) Μνήµη που είναι δυνατό να «γράφεται» και να «διαβάζεται» ROM (αναγνώσιµη µόνο µνήµη) (Read Only Memory) Επιτρέπει µόνο την ανάκληση των στοιχείων που περιέχει. Τα στοιχεία που εµπεριέχει έχουν καταχωρηθεί συνήθως από τον κατασκευαστή και αναφέρονται σε συγκεκριµένα προγράµµατα (boot) Μερικές παραλλαγές της ROM PROM (Programmable Read Only Memory) EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) EAROM (Electrically Alterable Read Only Memory) Παλαιότερα η υλοποίηση της µνήµης πραγµατοποιείτο µε µικροσκοπικούς µαγνητικούς δακτυλίους -µαγνητική µνήµη. (core) Κάθε είδος µνήµης που δεν απαιτεί τροφοδοσία για να διατηρήσει τα στοιχεία που περιέχει ονοµάζεται «σταθερή µνήµη». Σήµερα Τα στοιχεία µνήµης υλοποιούνται µέσω ηµιαγωγικών (semiconductor) ολοκληρωµένων κυκλωµάτων πυριτίου (τσιπ) που έχουν ως ελάχιστο στοιχείο το «flip-flop». Η υψηλή και χαµηλή τάση υλοποιούν τις δύο διαφορετικές καταστάσεις 11 12

3 ιαφορά flip-flop & Μαγνητικών ακτυλίων flip-flop Μεγάλη ταχύτητα Μικρός όγκος (που συνεχώς µειώνεται λόγω της αύξησης της ολοκλήρωσης) Ωστόσο Η ηµιαγωγική µνήµη δεν είναι σταθερή και για να διατηρηθεί απαιτεί διαρκή τροφοδοσία µε ηλεκτρικό ρεύµα. (ασταθής µνήµη) υναµική & Στατική Μνήµη ύο είναι οι βασικές τεχνολογίες που χρησιµοποιούνται: Οι στατικές µνήµες (SRAM), µε χρόνο προσπέλασης ns. Οι δυναµικές µνήµες (DRAM), µε χρόνο προσπέλασης ns. Το κόστος των δυναµικών µνηµών κυµαίνεται περίπου στο 25% των στατικών. Memory Refresh Τα περιεχόµενα µνήµης χάνονται και πρέπει να ανανεώνονται, κάτι που γίνετε σε έναν κύκλο Read- Write των ~70 ns (δισεκ. του sec) Οργάνωση Μνήµης Bit (Ψηφίο) Byte (Ψηφιοσυλλαβή) - Λέξη Οι δύο διαφορετικές καταστάσεις, στις οποίες είναι δυνατό να ευρίσκεται το ελάχιστο στοιχείο µνήµης, συµβολίζονται µε τα δύο δυαδικά ψηφία 0 και 1. Με το αλφάβητο αυτό είναι δυνατό να κωδικοποιηθεί οποιοδήποτε πληροφοριακό δεδοµένο και να εισαχθεί και καταχωρηθεί σε ένα υπολογιστικό σύστηµα. ή Ένα bit οι χαρακτήρες απεικονίζονται από ένα byte για κάθε γράµµα Ένα byte για τον χαρακτήρα Α Η απεικόνιση του Alice σε ASCII µορφή bit υαδικό Ψηφίο Μικρότερη Μονάδα εδοµένων: 0 ή 1 byte Σειρά από 8 bits Χρησιµοποιούνται για αποθήκευση ενός αριθµού ή χαρακτήρα Μονάδα µέτρησης χωρητικότητας των µνηµών Λέξη (word) Ακολουθία από byte Συνήθως //64 bit Πιο σηµαντικό bit (MSB) Λιγότερο σηµαντικό bit (LSB) 15 ιεύθυνση Θέσης Μνήµης (Ι) ιεύθυνση Θέσης Μνήµης (ΙΙ) Η µνήµη χρησιµοποιείται για την καταχώρηση των εντολών των προγραµµάτων και των Π.. Ωστόσο, θα πρέπει να είναι δυνατή η ανάκλησή τους. Κάθε θέση µνήµης προσδιορίζεται µε µια συγκεκριµένη αριθµητική διεύθυνση. Η διεύθυνση ενός byte αποδίδεται µε µια διάταξη των στοιχείων {0,1} ανά Κ. Είναι δηλαδή δυαδικός αριθµός µε Κ ψηφία. Αν κ=2 τότε οι δυνατές διατάξεις και συνεπώς 2 διευθύνσεις είναι 4 (δηλαδή 2 ). {00, 01, 10, 11} Οι διευθύνσεις της µνήµης είναι διαδοχικοί ακέραιοι αριθµοί εκφρασµένοι στο δυαδικό σύστηµα. Η διεύθυνση του 1ου byte της µνήµης είναι πάντα ο αριθµός 0, ενώ η διεύθυνση του τελευταίου byte είναι Μ-1, αν το σύνολο των θέσεων της µνήµης περιέχει Μ bytes. ΘΕΣΕΙΣ ιευθύνσεις 1η 2η 3η 4η BYTES Μνήµη τεσσάρων θέσεων ιεύθυνση Μήκους 2 bits 17 18

4 ιεύθυνση Θέσης Μνήµης (ΙΙI) Μέτρηση της χωρητικότητας της µνήµης Οι προσπελάσεις (access) σε θέσεις της µνήµης για ανάκληση ή καταχώρηση είναι δυνατό να γίνονται σε ολόκληρες λέξεις, ή σε bytes της µνήµης. ιευθύνσεις Κ. ΜΝΗΜΗ Το byte είναι η µονάδα µέτρησης της χωρητικότητας της µνήµης Kilobyte (Kb) = 2 bytes = 10 bytes 10 1 Megabyte (Mb) = 2 Kilobytes = 10 Kilobytes 10 1 Gigabyte (GB) = 2 Megabytes = 10 Megabytes 10 1 Terabyte (TB) = 2 Gigabytes = 10 Gigabytes Λέξη µε διεύθυνση 12340, που είναι η ιεύθυνση του 1ου byte της λέξης, η οποία Περιλαµβάνει 4 διαδοχικά bytes, µε ιευθύνσεις από µέχρι και Περιεχόµενα της Κύριας Μνήµης Περιεχόµενα της Βοηθητικής Μνήµης Κάθε πληροφοριακό δεδοµένο, που καταχωρείται σε µια θέση της µνήµης και αποτελείται από ένα ή περισσότερα bytes, παραµένει αµετάβλητο µέχρι να καταχωρηθεί ένα νέο πληροφοριακό δεδοµένο στην ίδια θέση. Στην Κ. Μνήµη καταχωρούνται ποικίλα Π.. (αριθµοί, γράµµατα, χαρακτήρες κ.τ.λ.) που είναι κωδικοποιηµένα στη γλώσσα του 0 και του 1. Στη µνήµη παραµένουν τα προγράµµατα κατά τη διάρκεια εκτέλεσης τους, τα Π.. των εκτελουµένων προγραµµάτων καθώς και µερικά στοιχεία από τα οποία εξαρτάται η λειτουργία του υπολογιστικού συστήµατος. Προγράµµατα χρηστών όταν δεν εκτελούνται, σύνολα πληροφοριακών δεδοµένων (Π..) και διάφορα άλλα προγράµµατα βρίσκονται σε δευτερεύουσες ή περιφερειακές µονάδες µνήµης. (Μαγνητικοί δίσκοι, Μαγνητικές Ταινίες, cd s) Hard Disk Hard Disk inside view 23

5 Hard Disk κεφαλή ανάγνωσης Απόσταση πτήσεως κεφαλής ανάγνωσης Hard Disk Drive - Ίχνη και τοµείς Όλες οι πληροφορίες, που αποθηκεύονται σε ένα σκληρό δίσκο, γράφονται σε ίχνη (tracks), τα οποία είναι οµόκεντροι κύκλοι τοποθετηµένοι στην επιφάνεια των πλακετών. Τα ίχνη είναι αριθµηµένα αρχίζοντας από το µηδέν, το όποιο είναι και το άκρως εξωτερικό ίχνος της πλακέτας. Τα δεδοµένα διαβάζονται ή γράφονται µετακινώντας την κεφαλή από το εξωτερικό στο εσωτερικό µέρος της επιφάνειας των πλακετών ή το αντίθετο, µε το µηχανισµό κίνησης κεφαλών. Αυτή η οργάνωση των δεδοµένων επιτρέπει εύκολη πρόσβαση σε κάθε κοµµάτι του δίσκου και αυτό είναι που ονοµάζεται Random Access Storage. Κάθε ίχνος µπορεί να αποθηκεύσει πολλές χιλιάδες bytes δεδοµένων και θα ήταν µεγάλη σπατάλη το να κάνουνε το ίχνος την ελάχιστη µονάδα αποθήκευσης στο δίσκο, αφού αυτό θα σήµαινε ότι µικρά αρχεία θα ξόδευαν ένα µεγάλο ποσό µνήµης. Αν για παράδειγµα, ένα ίχνος έχει χωρητικότητα bytes και ήταν η ελάχιστη µονάδα αποθήκευσης στο δίσκο, τότε ένα αρχείο µεγέθους 100 bytes θα κρατούσε για τον εαυτό του ολόκληρο το ίχνος, άσχετα αν χρησιµοποιούσε µόνο τα 100 από τα bytes. Γενικά, κατά µέσο όρο (ανά αρχείο) θα είχαµε σπατάλη bytes. Έτσι, κάθε ίχνος έχει χωριστεί σε µικρότερες µονάδες που ονοµάζονται τοµείς (sectors). Κάθε τοµέας µπορεί να χωρέσει 512 bytes δεδοµένων, συν µερικά επιπρόσθετα bytes τα οποία χρησιµοποιούνται για εσωτερικό έλεγχο του δίσκου και για αναγνώριση και διόρθωση λαθών. Η τοµή του ίχνους µε δύοήπερισσότερους τοµείς ονοµάζεται συστοιχία (cluster) και είναι η µικρότερη οµάδα δεδοµένων που µπορούµε να προσπελάσουµε στο δίσκο Hard Disk Drive - Ίχνη και τοµείς Hard Disk Drive - Κύλινδροι Οργάνωση επιφάνειας δίσκου: Ίχνη / τοµείς / συστοιχίες Ένας σκληρός δίσκος συνήθως αποτελείται από αρκετές πλακέτες κάθε µία από τις οποίες έχει δύο εγγράψιµες πλευρές και χρησιµοποιεί δύο κεφαλές ανάγνωσης / εγγραφής (µια για την πάνω πλευρά και µία για την κάτω). Οι κεφαλές αυτές είναι τοποθετηµένες µαζί, σε ένα σύµπλεγµα από βραχίονες κεφαλών. Αυτό σηµαίνει ότι όλες οι κεφαλές κινούνται είτε µέσα, είτε έξω, µαζί και ταυτόχρονα. Έτσι κάθε κεφαλή είναι πάντα φυσικώς τοποθετηµένη στον ίδιο αριθµό ίχνους (δεν είναι δυνατό µια κεφαλή να βρίσκεται στο ίχνος 0 και κάποια άλλη στο ίχνος 500). Επειδή συµβαίνει αυτήησυµφωνία στη φυσική θέση των κεφαλών στο δίσκο, συχνά η θέση των κεφαλών στα ίχνη δεν αναφέρεται ως αριθµός ίχνους, αλλά ως αριθµός κυλίνδρου (cylinder number). Ένας κύλινδρος στην ουσία είναι το σύνολο όλων των ιχνών, στα οποία οι κεφαλές είναι τοποθετηµένες κάποια στιγµή. Έτσι αν ένας δίσκος αποτελείται από 4 πλακέτες και χρησιµοποιεί 8 κεφαλές, ένας αριθµός κυλίνδρου 600 (για παράδειγµα), θα αποτελείται από το σύνολο των 8 ιχνών µε αριθµό 600. Το όνοµα κύλινδρος προέρχεται από το γεγονό ότι αν ενώσουµε µε µια νοητή γραµµή όλα τα ίχνη µε ίδιο αριθµό, θα προκύψει ένας νοητός κύλινδρος, εφόσον οι κύκλοι των ιχνών είναι οµόκεντροι και έχουν το κέντρο τους στον ίδιο άξονα. Στην πραγµατικότητα, η διαφορά των δύο εννοιών δεν είναι µεγάλη, αφού είναι δύο διαφορετικοί τρόποι να σκεφτόµαστε το ίδιο πράγµα. Η διευθυνσιοδότηση για χωριστούς τοµείς γίνεται συνήθως µε αναφορά στον αριθµό κυλίνδρου (Cylinder number), στον αριθµό κεφαλής (Head number) και στον αριθµό τοµέα (Sector number) (CHS). Από τη στιγµή που οι κύλινδροι είναι συλλογές από ίχνη, στα οποία είναι τοποθετηµένες οι κεφαλές, ο όρος"αριθµός κυλίνδρου συν αριθµός κεφαλής" ισοδυναµεί µε τον όρο "αριθµός ίχνους συν αριθµός κεφαλής" Hard Disk Drive - Κύλινδροι Hard Disk Drive - Συστοιχίες (Μονάδες κατανοµής) Η µικρότερη µονάδα χώρου ενός σκληρού δίσκου, που το λογισµικό µπορεί να έχει πρόσβαση είναι το τοµέας, ο οποίος περιλαµβάνει 512 bytes. Είναι πιθανό να υπάρχει ένα σύστηµα κατανοµής του δίσκου, που σε κάθε αρχείο να εκχωρούνται τόσοι ξεχωριστοί τοµείς, όσους χρειάζεται. Για παράδειγµα, ένα αρχείο µεγέθους 1 ΜΒ θα απαιτούσε περίπου 2048 ξεχωριστούς τοµείς, για να αποθηκεύσει τα δεδοµένα του. Κάθε αρχείο πρέπει να κατανέµεται σε ένα ακέραιο αριθµό από συστοιχίες. Μια συστοιχία είναι η µικρότερη µονάδα χώρου του δίσκου που µπορεί να κατανεµηθεί σε ένα αρχείο και για αυτό το λόγο οι συστοιχίες πολλές φορές ονοµάζονται µονάδες κατανοµής. Αυτό σηµαίνει ότι αν ένα διαµέρισµα χρησιµοποιεί συστοιχίες µεγέθους 8192 bytes, ένα αρχείο µεγέθους 8000 bytes χρησιµοποιεί µια συστοιχία (8192 bytes στο δίσκο), ενώ ένα αρχείο µεγέθους 8300 bytes χρησιµοποιεί δύο συστοιχίες (384 bytes στο δίσκο). Γι' αυτό το λόγο το µέγεθος της συστοιχίας είναι τόσο σηµαντικό στην προσπάθεια αποδοτικής χρήσης του δίσκου, µεγαλύτερο µέγεθος συστοιχίας συνεπάγεται περισσότερο χαµένο χώρο στο δίσκο

6 Floppy Disk Εύκαµπτος ίσκος CD s ιαδικασία ανάγνωσης των CDs Μέσα στην ονοµασία CD-ROM τα γράµµατα "RO" υποδηλώνουν ότι ένας τυπικός οδηγός CD-ROM είναι µια συσκευή που µπορεί µόνο να διαβάσει (RO: Read Only) από ένα δίσκο CD-ROM και δεν έχει τη δυνατότητα να γράψει στο δίσκο. Ωστόσο, οι νέες εκδόσεις των οδηγών CD-ROM (οδηγοί CD-R, οδηγοί CD-RW) παρέχουν τη δυνατότητα για την εγγραφή δεδοµένων. Η κεφαλή ανάγνωσης είναι ένα είδος φακού (µερικές φορές ονοµάζεται και pickup), που µετακινείται κατά µήκος µιας σπείρας που αρχίζει από το κέντρο του δίσκου CD-ROM και ξετυλίγεται προς τα εξωτερικά µέρη της επιφανείας του. Παρακάτω, περιγράφεται εν συντοµία ο τρόπος λειτουργίας ενός τυπικού οδηγού CD-ROM: 1. Μια ακτίνα φωτός δηµιουργείται από µια καθοδική δίοδο laser και κατεθευθύνεται προς ένα ανακλαστικό καθρέφτη. Ο ανακλαστικός καθρέφτης είναι ενσωµατωµένος πάνω στην κεφαλή ανάγνωσης. 2. Η παραγόµενη ακτίνα ανακλάται από τον καθρέφτη και µε την βοήθεια ενός ειδικού φακού κατευθύνεται σε συγκεκριµένα σηµεία πάνω στην επιφάνεια του δίσκου CD-ROM. 3. Η ακτίνα, αφού προσκρούσει πάνω στην επιφάνεια του δίσκου CD-ROM ανακλάται εν µέρει. Η ποσότητα της ενέργειας που ανακλάται πίσω εξαρτάται από το σηµείο πρόσκρουσης της εκπεµπόµενης ακτίνας πάνω στην επιφάνεια του δίσκου CD-ROM. Μια λακούβα (pits-κοιλότητα) στην επιφάνεια του δίσκου CD-ROM υποδηλώνει ένα µηδενικό "0", ενώ η απουσία λακούβας (land-νησίδα) κατά µήκος της σπείρας υποδηλώνει ένα άσσο "1". 4. Μια σειρά από συλλέκτες, καθρέφτες και ειδικούς φακούς συσσωρεύουν και κατευθύνουν την ανακλώµενη ακτίνα σε έναν ανιχνευτή φωτεινής δέσµης (photodetector). 5. Ο ανιχνευτής φωτεινής δέσµης µετατρέπει την ποσότητα της φωτεινής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια. Η ποσότητα της παραγόµενης ηλεκτρικής ενέργειας εξαρτάται από την ποσότητα της φωτεινής ενέργειας, που φέρει η ανακλώµενη ακτίνα Η ηλεκτρική ενέργεια µετατρέπεται µε την βοήθεια ειδικών κυκλωµάτων σε ψηφιακό σήµα (ακολουθία άσσων και µηδενικών). 31 CD s Χωρητικότητα Χωρητικότητα δισκετών 3.5 Floppy: 1.44 MB SuperDisk: 120 MB HiFD disk: 200 MB Zip Disk: 100 or 250 MB Όλα τα µηχανικά µέρη ενός τυπικού οδηγού CD-ROM είναι σταθερά, εκτός από τον ανακλαστικό καθρέφτη και την κεφαλή ανάγνωσης. Επίσης, αφού οι τυπικοί δίσκοι CD-ROM έχουν µόνο µια επιφάνεια εγγραφής δεδοµένων, υπάρχει µόνο µια κεφαλή ανάγνωσης. Από την στιγµή που η κεφαλή ανάγνωσης είναι οπτικό µέσο, πολλά από τα προβλήµατα που έχουν σχέση µε τις µαγνητικές κεφαλές αποφεύγονται. Επειδή η κεφαλή ανάγνωσης δεν έρχεται σε επαφή µε την επιφάνεια του δίσκου CD-ROM δεν υπάρχει φθορά, σε αντίθεση µε ότι συµβαίνει στους εύκαµπτους δίσκους Συστήµατα Αποκωδικοποίησης ASCII Κάθε Π.., οσοδήποτε απλό ή σύνθετο, παριστάνεται µε ένα συνδυασµό 0 και 1. Ο άνθρωπος χρησιµοποιεί γράµµατα, αριθµητικά ψηφία, τελεστές. Τα σύµβολα αυτά βρίσκονται στα πληκτρολόγια και κωδικοποιούνται στη «γλώσσα» του υπολογιστικού συστήµατος. Οι ανάγκες ενός ελληνολατινικού πληκτρολογίου περιλαµβάνουν 52 λατινικά γράµµατα πεζά και κεφαλαία, 48 ελληνικά, το τελικό σίγµα «ς», τα φωνήεντα µε τόνους κ.τ.λ. Ένα από τα πρώτα σύνολα χαρακτήρων είναι το ASCII (American standard Code for Information Interchange), το οποίο αρχικά χρησιµοποιούσε 7 bits για την κωδικοποίηση και ένα όγδοο bit για έλεγχο ορθότητας των προηγούµενων 7 bits (δήλωνε το πλήθος από µονάδες, άρτιο ή περιττό) και περιελάµβανε µόνο το λατινικό αλφάβητο Αργότερα χρησιµοποιήθηκε και το όγδοο για την κωδικοποίηση µε αποτέλεσµα να έχουµε συνολικά δυνατότητα αναπαράστασης 256 συµβόλων. Το λατινικό γράµµα «Α» παριστάνεται από τη δυαδική ακολουθία « » και έχει ως κωδικό ASCII τον αριθµό

7 Βασικές Έννοιες ΜΕΡΟΣ Γ ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΚΑΙ ΛΟΓΙΚΗ ΜΟΝΑ Α Η αριθµητική-λογική µονάδα ALU εκτελεί τις παρακάτω πράξεις πάνω σε λέξεις µηχανής. Αριθµητικές πράξεις, πρόσθεση, αφαίρεση, πολλαπλασιασµός, διαίρεση. Τις εκτελεί το τµήµα που καλείται αριθµητική µονάδα (ΑU). Λογικές πράξεις, Συγκρίσεις (=, <,>) και διάζευξη, σύζευξη, άρνηση (OR, AND, NOT). Τις εκτελεί το τµήµα που καλείται λογική µονάδα (LU). Βοηθητικές εργασίες για τις πράξεις όπως δεξιά ολίσθηση, αριστερή ολίσθηση Εβδοµάδα Λογικές Πράξεις οµικά Στοιχεία της ALU Αποτελείται από δύο τµήµατα: Καταχωρητές που χρησιµεύουν για την προσωρινή αποθήκευση αριθµών και την ολίσθηση. Συνήθως µία αριθµητική-λογική µονάδα διαθέτει ένα ειδικό καταχωρητή ο οποίος ονοµάζεται συσσωρευτής (accumulator). Ο συσσωρευτής συγκεντρώνει τα διάφορα αποτελέσµατα των υπολογισµών. Μία τυπική αριθµητική-λογική µονάδα διαθέτει τρεις καταχωρητές ένας από τους οποίους είναι ο συσσωρευτής. Κυκλώµατα για την εκτέλεση των προαναφερόµενων πράξεων Καταχωρητές τµηµάτων µνήµης CS: (code segment) Τµήµα εντολών DS: (data segment) Τµήµα δεδοµένων SS: (stack segment) Τµήµα στοίβας ES: (extra segment) Πρόσθετο τµήµα FS: (extra segment) Πρόσθετο τµήµα GS: (extra segment) Πρόσθετο τµήµα Καταχωρητές ελέγχου IP: (instruction pointer) Μετρητής εντολής FLAGS: Ενδείκτες (Flags) Καταχωρητές Το µοντέλο καταχωρητών ειδικής χρήσης Καταχωρητές δεδοµένων EAX (AX (AH/AL)): Συσσωρευτής (Accumulator) EBX (BX (BH/BL)): Βάση µνήµης ECX (DX (CH/CL)): Μετρητής EDX (DX (DH/DL)): Πολλαπλασιασµός, διαίρεση Καταχωρητές διευθύνσεων SP: (stack pointer) είκτης στοίβας (Stack pointer) BP: (base pointer) Βάση µνήµης SI: (source index) είκτης προέλευσης DI: (desination index) είκτης προορισµού Κυκλώµατα εκτέλεσης Πράξεων Half adder Full Adder 41 42

8 οµή της ALU Πράξεις και Αριθµητική Μονάδα Για να εκτελεστούν οι πράξεις µεταφέρονται πρώτα τα δεδοµένα στους καταχωρητές από τη µνήµη. Όταν έχουµε να εκτελεστεί για παράδειγµα η έκφραση ((x+3)*12)/5+y ο συσσωρευτής κρατά κατά σειρά τις τιµές x,x+3,(x+3)*12, ((x+3)*12)/5, ((x+3)*12)/5+y ΚΕΝΤΡΙΚΗ ΜΝΗΜΗ Εντολές στη γλώσσα µηχανής Μια εντολή στη γλώσσα µηχανής αποτελείται από 2 µέρη: Το µέρος που περιέχει τον κώδικα λειτουργίας της εντολής Το µέρος που περιέχει τις διευθύνσεις των δεδοµένων που θα χρησιµοποιηθούν από την εντολή Op-code 001 A simple machine language Mnemonic LOAD Function Load the value of the operand into the Accumulator Example LOAD 10 Χ Υ Ζ Χ Υ Ζ ΚΕΝΤΡΙΚΗ ΜΝΗΜΗ LOAD X ADD Υ ΣΥΣΣΩΡΕΥΤΗΣ 5 ΣΥΣΣΩΡΕΥΤΗΣ 13 Χ Υ Ζ ΚΕΝΤΡΙΚΗ ΜΝΗΜΗ STORE Z ΣΥΣΣΩΡΕΥΤΗΣ STORE ADD SUB EQUAL JUMP Store the value of the Accumulator at the address specified by the operand Add the value of the operand to the Accumulator Subtract the value of the operand from the Accumulator If the value of the operand equals the value of the Accumulator, skip the next instruction Jump to a specified instruction by setting the Program Counter to the value of the operand STORE 8 ADD #5 SUB #1 EQUAL #20 JUMP HALT Stop execution HALT Πρόγραµµα Assembly SumProgram[1].swf ΜΕΡΟΣ ΜΟΝΑ Α ΕΛΕΓΧΟΥ 47 48

9 Ο ρόλος της CU Οι βασικές λειτουργίες της CU ΗΜονάδα ελέγχου (CU) συντονίζει και κατευθύνει την ροή των λειτουργιών της µηχανής. Ο συντονισµός επιτυγχάνεται µε ειδικά σήµατα ελέγχου που διαβιβάζονται από και προς όλες τις άλλες µονάδες. Είναι η πιο σύνθετη σε λειτουργίες µονάδα διότι και εκτελεί κάποιες λειτουργίες και συντονίζει τις λειτουργίες όλων των υπολοίπων µονάδων. Η δηµιουργία σηµάτων ελέγχου. Ο έλεγχος των διαδικασιών καταχώρησης και ανάκλησης στην µνήµη. Ηέναρξηήηδιακοπήενόςπρογράµµατος. Οπροσδιορισµός κάθε φορά της επόµενης προς εκτέλεση εντολής του αποθηκευµένου προγράµµατος. Η µεταφορά της υπό εκτέλεση εντολής. Η αποκωδικοποίηση της υπό εκτέλεση εντολής. Η καθοδήγηση της αριθµητικής-λογικής µονάδας. Η επίβλεψη των λειτουργιών κατά τη φάση της εκτέλεσης της εντολής (γνωρίζει αρχή και τέλος εντολής). Η ενεργοποίηση ή η απενεργοποίηση της µονάδας εισόδου-εξόδου Fetch Load Cycles Κύκλος Ανάκλησης (Fetch Cycle) MAR (PC) ΣΗΜΑ READ MDR IR [(MAR)] (MDR) ιαδικασία αποκωδικοποίησης και εκτέλεσης Μεταβολή του (PC) οµικά Στοιχεία της CU (I) οµικά Στοιχεία της CU (II) Η µονάδα ελέγχου αποτελείται από διάφορα απαραίτητα κυκλώµατα ελέγχου και συντονισµού καθώς και από τους παρακάτω καταχωρητές: Καταχωρητής εντολών (instruction register-ir). Περιέχει κάθε φορά την προς εκτέλεση εντολή. Μετά την αποκωδικοποίησή της παράγονται τα σήµατα που απαιτούνται για την εκτέλεσή της. Μετρητής προγράµµατος ή µετρητής εντολών (program counter PC, instruction counter). Περιέχει την διεύθυνση της θέσης της µνήµης στην οποία υπάρχει η επόµενη εντολή από αυτή που εκτελείται. Αφού έρθει η σειρά αυτής της εντολής και µεταφερθεί από τη µνήµη στον καταχωρητή IR, τότε το περιεχόµενο του καταχωρητή PC θα αλλάξει για να δείχνει την επόµενη διεύθυνση Καταχωρητής ιευθύνσεων µνήµης (Memory Address Register-MAR). Περιέχει τη διεύθυνση της µνήµης από την οποία θα διαβαστεί ή θα αποθηκευτεί κάποια πληροφορία και θα µεταφερθεί στην ΚΜΕ. Το µέγεθος της είναι τόσο όσο να µπορεί να κρατήσει οποιαδήποτε διεύθυνση του υπολογιστή. Καταχωρητής Περιεχοµένων µνήµης (Memory Data Register-MDR). Περιέχει τα στοιχεία που µόλις διαβάστηκαν από τη θέση της µνήµης που περιέχει ο καταχωρητής MAR ή το νέο περιεχόµενο που πρόκειται να αποθηκευτεί στην διεύθυνση της µνήµης που περιέχει ο καταχωρητής MAR. Το µέγεθός της είναι όσο η λέξη της µηχανής

10 Συνδέσεις µεταξύ των Μονάδων Data Bus Size Οι µονάδες υπολογιστικού συστήµατος συνδέονται µε καλωδιακές συνδέσεις. Οι τυπικές συνδέσεις είναι: Data Bus (δίαυλος δεδοµένων ) Address Bus (δίαυλος διευθύνσεων) Control lines (γραµµές ελέγχου) Ο δίαυλος ή διάδροµος (bus) είναι ένα σύνολο από παράλληλα καλώδια µε τον οποίο συνδέονται οι επιµέρους µονάδες του υπολογιστή. Για την σωστή λειτουργία οι συνδεδεµένες µονάδες πρέπει να ακολουθούν ένα συγκεκριµένο πρωτόκολλο επικοινωνίας. Πρωτόκολλο επικοινωνίας διαύλου είναι το σύνολο των κανόνων που καθορίζουν τον τρόπο που γίνεται η ανταλλαγή σηµάτων και δεδοµένων µεταξύ των µονάδων µέσω του διαδρόµου. Processor sx 80386dx class/ Pentium (Pro) Data Bus Size Data Bus Address Bus Χρησιµεύει για τη µεταφορά Μιας εντολής από τη µνήµη προς τη CPU Ενός δεδοµένου από τη µνήµη ή από τη µονάδα εισόδου προς τη CPU Ενός δεδοµένου από τη CPU προς τη µνήµη ή προς τη µονάδα εξόδου Ενός δεδοµένου µεταξύ µιας θέσης της µνήµης και µιας άλλης ή µεταξυ της µνήµης και µιας περιφερειακής συσκευής ή ακόµη και µεταξύ δύο περιφερειακών συσκευών Χρησιµεύει για τη µεταφορά: Της διεύθυνσης της επόµενης εντολής που θα εκτελεσθεί Της διεύθυνσης ενός δεδοµένου που βρίσκεται στη µνήµη και πρέπει να µεταφερθεί στη CPU για κάποιο υπολογισµό Της διεύθυνσης µιας περιφερειακής συσκευής εξόδου, (π.χ. Εκτυπωτή) όπου πρόκειται να µεταφερθεί ένα δεδοµένο από τη CPU Της διεύθυνσης µιας περιφερειακής συσκευής εισόδου από όπου η CPU πρόκειται να διαβάσει ένα δεδοµένο Των διευθύνσεων δύο θέσεων της µνήµης µεταξύ των οποίων πρόκειται να γίνει µεταφορά ενός δεδοµένου Address Bus Size Control lines Processor 80386sx 80386dx / Pentium (Pro) Address Bus Size Max Addressable Memory 1,048,576 1,048,576 1,048,576 1,048,576,777,2,777,2 4,294,976,296 4,294,976,296 4,294,976,296 In English! One Megabyte One Megabyte One Megabyte One Megabyte Sixteen Megabytes Sixteen Megabytes Four Gigabytes Four Gigabytes Four Gigabytes 59 Χρησιµεύουν για τη µεταφορά: Σηµάτων ελέγχου και συγχρονισµού ώστε να επιτυγχάνεται συντονισµός των λειτουργιών του συστήµατος µε αποτέλεσµα τη σωστή διαδικασία των µεταφορών των πληροφοριών. 60

11 Χαρακτηριστικά ιαύλου Ταχύτητες Επεξεργαστών Ταχύτητα διαύλου ονοµάζεται η ποσότητα των δυαδικών δεδοµένων που µεταδίδονται στην µονάδα του χρόνου. Μετρείται σε bits/sec. Εναλλακτικά για διαδρόµους που η µετάδοση γίνεται σε καθορισµένου παλµούς ενός ρολογιού µετρείται και σε µονάδες συχνότητας Hz. Έτσι δίαυλος 66 6 MHz σηµαίνει bit/sec. Εύρος διαύλου ονοµάζεται το πλήθος των παράλληλων καλωδίων. Το εύρος αντιπροσωπεύει τον αριθµό bits που µπορούν να µεταδοθούν ταυτόχρονα και το οποίο είναι πολλαπλάσιο του µήκους λέξης του υπολογιστή. Το εύρος του διαύλου επί την ταχύτητά του µας δίνουν το µέγιστο αριθµό των bits που µεταδίδονται από όλα τα κανάλια του διαύλου παράλληλα, στην µονάδα του χρόνου και ονοµάζεται διαµεταγωγή (throughout). Ένας συνήθης τρόπος µέτρησης των ταχυτήτων των επεξεργαστών είναι ο προσδιορισµός του πλήθους των εκτελουµένων εντολών ανά δευτερόλεπτο. Η ταχύτητα ενός επεξεργαστή εξαρτάται από δύο παράγοντες: Μήκος της λέξης του και την ταχύτητα του ρολογιού του Έχει καθιερωθεί ως µονάδα µέτρησης της ταχύτητας το πλήθος εντολών ανά δευτερόλεπτο (MIPS) - Millions of Instructions Per Second Evolution of Processor Speed CPU Intel 386DX Intel 486DX Intel DX2 Pentium Pentium Pro Pentium II Date 11/15/71 4/72 4/74 6/8/78 2/82 10/17/85 4/10/89 3/3/92 3/22/93 11/1/95 5/7/97 MIPS ΜΕΡΟΣ Ε ΕΙΣΟ ΟΣ ΕΞΟ ΟΣ Εισόδου: Πληκτρολόγιο (keyboard) Ποντίκι (mouse) Ψηφιοποιητής (digitizer) Αναλογικός-ψηφιακός µετατροπέας (Analog to digital converter) Σαρωτής (scanner) Ψηφιακή κάµερα Εξόδου Οθόνη (screen) Εκτυπωτές (printers) Ακίδων Γραµµής LASER Εκτοξευτή µελάνης Σχεδιογράφος (Plotter) Ψηφιακός-αναλογικός µετατροπέας ιάφορες τυπικές συσκευές Ποντίκι - mouse Το ποντίκι είναι µία συσκευή εισόδου που σήµερα χρησιµοποιείται σε όλα τα συστήµατα υπολογιστών. Το ποντίκι έκανε την εµφανισή του όταν παρουσιάστηκαν τα πρώτα παραθυρικά περιβάλλοντα επικοινωνίας µε το χρήστη. Ο ελεγκτής του ποντικιού διαβάζει την κατάσταση αυτών των αισθητήρων και επίσης λαµβάνει υπόψη του την τρέχουσα θέση του ποντικιού. Όταν αυτή η πληροφορία αλλάζει, ο ελεγκτής του ποντικιού στέλνει ένα πακέτο δεδοµένων στον ελεγκτή interface δεδοµένων του υπολογιστή. Το πρόγραµµα οδήγησης συσκευής ποντικιού µέσα στον υπολογιστή λαµβάνει το πακέτο δεδοµένων, αποκωδικοποιεί αυτήν την πληροφορία και δρά ανάλογα µε αυτή. Πως δουλεύει το σύστηµα του ποντικιού Ένα ποντίκι αποτελείται από δύο µεταβλητές αντιστάσεις, οι οποίες είναι κάθετα τοποθετηµένες µεταξύ τους, έτσι ώστε να αντιλαµβάνονται µέσω της σφαίρας που εφάπτονται, τις ποσότητες των κινήσεων σε κάθε έναν από τους δύο άξονες X και Υ. Οι κινήσεις αυτές µεταδίδονται στη σφαίρα µέσω της κίνησης στο επίπεδο. Αναλυτικά ένα τυπικό σύστηµα ελέγχου ποντικιού προσωπικού υπολογιστή έχει τα ακόλουθα µέρη: Αισθητήρες (µεταβλητές αντιστάσεις που εφάπτονται στη σφαίρα) Ελεγκτής ποντικιού Σύνδεση επικοινωνίας Interface δεδοµένων Πρόγραµµα οδήγησης συσκευής (Driver) Λογισµικό (π.χ. λειτουργικό σύστηµα) Οι αισθητήρες είναι πρώτον, αναγνωριστικές συσκευές κίνησης, οι οποίοι αισθάνονται την κίνηση του ποντικιού και δεύτερον κουµπιά διακοπτών, τα οποία αισθάνονται τις καταστάσεις των κουµπιών

12 Σύστηµα µετάδοσης της κίνησης Ποντίκι - mouse Το πλέον συνηθισµένο ποντίκι που χρησιµοποιείται σήµερα είναι το οπτο-µαγνητικό. Στο ποντίκι αυτό οι αισθητήρες κίνησης δεν είναι τίποτα άλλο από δύο µικροί κύλινδροι οι οποίοι εφάπτονται σε µία σφαίρα που περιστρέφεται όταν το ποντίκι µετακινείται. Στην άκρη αυτών των κυλίνδρων υπάρχουν δύο δίσκοι (ένας για τον κάθε ένα) οι οποίοι είναι κολληµένοι µε τον κύλινδρο και περιστρέφονται µαζί του. Οι δίσκοι αυτοί έχουν στην άκρη τους εξοχές, µοιάζουν δηλαδή µε γρανάζια. Ηπεριστροφή του κάθε δίσκου γίνεται µέσα σε ένα κελί ανίχνευσης φωτός που περιέχει δύο διόδους εκποµπής και δύο αισθητήρες φωτός. Καθώς ο δίσκος γυρνά, οι αισθητήρες βλέπουν το φώς να αναβοσβήνει αφού παιρνούν µπροστά του οι εξοχές του δίσκου, δείχνοντας έτσι ότι υπάρχει µία κίνηση του ποντικιού, ενώ η µετατόπιση µεταξύ των δύο ανιχνευτών δείχνει την κατεύθυνση της κίνησης. ίοδοι εκποµπής και αισθητήρες φωτός Επίσης µέσα στο ποντίκι υπάρχεί ένας διακόπτης για κάθε πλήκτρο του ποντικιού και ένας µικροελεγκτής που µεταφράζει τα σήµατα των ανιχνευτών και των πλήκτρων, χρησιµοποιώντας το δικό του firmware πρόγραµµα, σε πακέτα δεδοµένων τα οποία στέλνονται στον υπολογιστή. Touch screen - συσκευή εισόδου % εξόδου H εµπρόσθια γυάλινη επιφάνεια καλύπτεται από ένα υλικό που είναι ευαίσθητο στην πίεση και πιέζοντας ο χρήστης µε το δάχτυλο του ένα σηµείο της οθόνης το επίστρωµα αυτό αντιδρά και προσδιορίζει το σηµείο πίεσης. Μία ειδική συσκευή οθόνης που δέχεται την είσοδο δεδοµένων επιτρέποντας στον χρήστη να κάνει διάφορες επιλογές αγγίζοντας απλώς τα εικονίδια ή τα κουµπιά επιλογών στην οθόνη. Οι οθόνες αφής συνήθως χρησιµοποιούνται σε περίπτερα πληροφοριών, σε αεροδρόµια καθώς και στα ΑΤΜ των τραπεζών. Ηχρησιµότητά της οφείλεται στη δυνατότητα αντιστοίχησης κάθε σηµείου της οθόνης µε µια λειτουργία Scanner Bar Code readers Οσαρωτήςείναιµία συσκευή εισόδου που χρησιµοποιείται για τον εντοπισµό εκτυπωµένων εικόνων ή κειµένου και την µετατροπή αυτών σε δεδοµένα, τα οποία µπορούν και να αποθηκευτούν στον υπολογιστή για µετέπειτα επεξεργασία. Οι αναγνώστες ραβδωτών κωδίκων έχουν τη δυνατότητα να διαβάζουν ειδικούς ραβδωτούς κώδικες (π.χ. σταπροϊόντατωνπολυκαταστηµάτων). Ένας σαρωτής µπορεί να είναι είτε χειρός (handheld), δηλαδή ο χρήστης σύρει την κεφαλή µε τον αισθητήρα κατά µήκος του χαρτιού που επιθυµεί να σαρώσει, ή επίπεδος (flatbed), όπου ο χρήστης τοποθετεί το χαρτί προς σάρωση πάνω στον σαρωτή όπως σε ένα φωτοτυπικό µηχάνηµα. Οι επίπεδοι σαρωτές είναι αυτοί που κυριαρχούν στην αγορά καθώς είναι πιο εύχρηστοι και πιο αποδοτικοί Bar Code readers Στην κίτρινη περιοχή βλέπετε το bar-code όπως αυτό που είναι τυπωµένο πάνω σε µια συσκευασία. Στην γαλάζια περιοχή βλέπετε την ανάλυσή του σε modules. Στην Ροζ περιοχή βλέπετε την ανάλυσή του σε δυαδικό σύστηµα που είναι και αυτό που αρχικά διαβάζει (καταλαβαίνει) το laser. Όπου λοιπόν διαβάζει µαύρο module καταλαβαίνει 1 και όπου διαβάζει λευκό καταλαβαίνει 0. Γιαυτό ακριβώς τον λόγο είναι πολύ σηµαντικήηαντίθεση των χρωµάτων που θα χρησιµοποιήσουµε στην εκτύπωση του bar-code (το contrast) γιατί µόνο έτσι µπορεί το laser να κάνει σαφή διαχωρισµό ανάµεσα στο ασπρο και το µαύρο. Τέλος στην Γκρι περιοχή βλέπετε την ανάλυση του δυαδικού συστήµατος σε δεκαδικό σύστηµα. CRT - LCD Η οθόνη είναι µία συσκευή εξόδου που και χρησιµοποιείται για την απεικόνιση των επεξεργασµένων δεδοµένων. Υπάρχουν διάφορα µεγέθη καθώς και διάφοροι τύποι οθονών. Το µέγεθος της οθόνης µετριέται σε ίντσες και είναι η απόσταση από τη µία γωνία της οθόνης ως την απέναντι αντίθετη γωνία. Οι τύποι οθονών διαφέρουν ως προς το υλικό κατασκευής και το σχήµα τους. Οι πιο συνηθισµένες οθόνες είναι οι οθόνες CRT οι οποίες είναι µεγαλύτερες σε όγκο, βαρύτερες και η κατασκευή τους µοιάζει πολύ µε αυτή της τηλεόρασης. Από την άλλη µεριά, οι πιο σύγχρονες TFT οθόνες κατασκευάζονται βάσει της τεχνολογίας των υγρών κρυστάλλων. Οι περισσότερες οθόνες µπορούν να χειριστούν διαφορετικές αναλύσεις. Η ανάλυση της οθόνης µετριέται σε εικονοστοιχεία (pixels) και όσο περισσότερα pixels µπορούν να εµφανιστούν στην επιφάνεια της οθόνης, τόσο περισσότερα πράγµατα χωράνε να εµφανιστούν στη οθόνη και τόσο µικρότερα θα δείχνουν τα αντικείµενα αυτά πάνω στην οθόνη

13 Dot Matrix Printer Οι εκτυπωτές ακίδων (dot matrix), οι οποίοι χρησιµοποιούνται συνήθως αποκλειστικά για την έκδοση τιµολογίων, αφού η ποιότητα τους δεν είναι πολύ ικανοποιητική. Οι εκτυπωτές ακίδων χρησιµοποιούν µελάνι σε µία ταινία και δηµιουργούν τους χαρακτήρες από µία σειρά κουκίδες. Αυτοί εκτυπώνουν στο χαρτί από µία κεφαλή που περιέχει διάφορες ακίδες και µετακινείται οριζόντια κατά µήκος της σελίδας, τυπώνοντας µία γραµµή κάθεφορά. Inkjet printer Οι εκτυπωτές ψεκασµού (inkjet και bubble-jet) είναι ο πιο δηµοφιλής τύπος εκτυπωτή σήµερα. Συνδυάζει ταχύτητα, ποιότητα, δυνατότητα έγχρωµης εκτύπωσης και χαµηλό κόστος αγοράς. Η λειτουργία του βασίζεται σε ένα µηχανισµό ψεκασµού σταγονιδίων µελάνης πάνω στο χαρτί ώστε να δηµιουργήσει µία εικόνα ή ένα έγγραφο κειµένου. Καλύτερης ποιότητας (betterquality) εκτυπωτές µπορούν να επιτύχουν υψηλής ποιότητας εκτύπωση φωτογραφίας. Η ανάλυση (και συνεπώς η ποιότητα) των inkjet ποικίλλουν µεταξύ 300 και 00 dpi (σηµεία ανά ίντσα dots per inch). Όσο περισσότερα dpi, τόσο καλύτερο το αποτέλεσµα της εκτύπωσης. Οι εκτυπωτές Inkjet είναι σχετικά φθηνοί, εντούτοις το κόστος εκτύπωσης µπορεί να είναι σχετικά υψηλό λόγω του κόστους των µελανιών Laser Printer Ένας εκτυπωτής λέιζερ (laser) είναι ένας δηµοφιλής τύπος εκτυπωτή που χρησιµοποιεί τεχνολογία non-impact (µη κρουστική), τεχνολογία όµοια µε αυτή που χρησιµοποιούν τα φωτοτυπικά µηχανήµατα. Όταν ένα έγγραφο στέλνεται στον εκτυπωτή, µια ακτίνα λέιζερ "σχεδιάζει" το έγγραφο σε ένα καλυµµένοαπόσελήνιοτύµπανο, χρησιµοποιώντας ηλεκτρικά κύµατα. Μόλις ενεργοποιηθεί το τύµπανο, καλύπτεται από τόνερ (toner), έναν τύπο ξηρής σκόνης µελανιού. Το τόνερ προσκολλείται στο τύµπανο από όπου µεταφέρεται επάνω στο χαρτί και λιώνεται µε τη θερµότητα και την πίεση. Αφού τυπωθεί το έγγραφο, τα FACE ηλεκτρικά κύµατα παύουν και ότι τυχόν περίσσευµα από τόνερ συλλέγεται. Οι περισσότεροι εκτυπωτές λέιζερ τυπώνουν µόνο σε ένα χρώµα (µαύρο). Ένας έγχρωµος εκτυπωτής λέιζερ είναι µέχρι και 5 φορές ακριβότερος από έναν µονόχρωµο λέιζερεκτυπωτή. Type Technology Advantages Disadvantages Typical Speed Dot-matrix Laser Ink-jet Thermal Print head with small pins strikes an inked ribbon against paper Laser beam directed onto a drum, etching spots that attract toner, which is then transferred to paper Electrostatically charged drops hit paper Temperaturesensitive paper changes color when treated; characters are formed by selectively heating print head Inexpensive; produces draft quality and nearletter-quality; can output some graphics; can print multi-part forms; low cost per page Quiet; excellent quality; output of text and graphics; very high speed Quiet; prints color, text, and graphics; less expensive; fast Quiet; high-quality color output of text and graphics; can also produce transparencies Noisy; cannot produce high-quality output of text and graphics; limited fonts High cost, especially for color Relatively slow; clogged jets; fewer dots per inch Special paper required; expensive; slow 30 to 500+ cps* ppm* cps Approximate Cost $100-$2000 $500-$20,000 $150-$ cps $2000-$22,000 Σύγκριση Εκτυπωτών Μέθοδοι ιασύνδεσης Με προγραµµατιζόµενη είσοδο/έξοδο (Programmed I/O) Με είσοδο/έξοδο µετά από αίτηση διακοπής (Interrupt I/O) Με άµεση εισαγωγή στοιχείων στη µνήµη από µια εξωτερική συσκευή, ή αντιστρόφως, µε άµεση έξοδο στοιχείων από τη µνήµη προς µια εξωτερική συσκευή (DMA) ΜΕΡΟΣ ΣΤ ΜΙΚΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΤΕΣ 77 78

14 Γνωστοί Μικροεπεξεργαστές Άλλες αρχιτεκτονικές Εταιρεία Motorola Motorola Motorola Intel Motorola Intel Motorola Intel Όνοµα SX Έτος Data Bus (bit) Address Bus (bit) Καταχ. CPU υνατότητα ιεύθυνσης Θέσεων (bytes) M 2G 4G 70T 4G 70T 4G 70T Υπολογιστές CISC Complex Instruction Set Computer : Έχουν µεγάλο ρεπερτόριο εντολών ( ), χρησιµοποιούν µικρό αριθµό καταχωρητών (8-) και πολλούς τρόπους προσπέλασης στην µνήµη (>12). Κάνουν χρήση συνδυασµού µικροπρογραµµατισµού και καλωδιοµένης αρχιτεκτονικής. ιαθέτουν λανθάνουσα µνήµη και διαδρόµους µεγάλου πλάτους κοινούς για δεδοµένα και διευθύνσεις. Έχουν σχετικά εύκολο προγραµµατισµό σε γλώσσα µηχανής και απλούς µεταφραστές. Έχουν το µειονέκτηµα ότι είναι αργοί διότι κάθε εντολή απαιτεί αρκετό χρόνο να εκτελεστεί. Οι περισσότεροι προσωπικοί υπολογιστές χρησιµοποιούν αυτή την αρχιτεκτονική. Υπολογιστές RISC Reduced Instruction Set Computers : Στους προηγούµενους υπολογιστές CISC παρατηρήθηκε ότι στατιστικά το 95% τουχρόνουχρησιµοποιούνταν µόνο το 25% των εντολών. Έτσι η ιδέα που εφάρµοσαν οι υπολογιστές RISC είναι να µειωθεί το ρεπερτόριο στο αναγκαίο και να υλοποιηθούν οι επιπλέον εντολές µε λογισµικό. Έτσι θα απλουστεύονταν και το υλικό. Οι υπολογιστές αυτοί έχουν ρεπερτόριο µε λιγότερες από 100 εντολές. Το πεδίο κώδικα λόγω του µικρού αριθµού εντολών µικραίνει µε αποτέλεσµα οι εντολές να εκτελούνται πιο γρήγορα. Intel Pentium T Παράλληλοι υπολογιστές Επόµενη ιάλεξη Η σειριακή επεξεργασία των δεδοµένων είναι χαρακτηριστικό γνώρισµα της µηχανής του Von Neumann και η καθυστέρηση που προκαλεί ονοµάζεται Von Neumann bottleneck. Μία καλυτέρευση επιτυγχάνεται µε τους αγωγούς, όπως είδαµε, αλλά πλήρη αντιµετώπιση µε την λεγόµενη παράλληλη αρχιτεκτονική. Υπάρχουν πολλοί επεξεργαστές που συνεργάζονται και συγχρονίζονται για να εκτελέσουν ένα πρόγραµµα. Το πρόγραµµα πρέπει όµως να είναι γραµµένο ώστε να µοιράζει το υπολογιστικό φορτίο ανάµεσα στις διάφορες ΚΜΕ. Πολυεπεξεργαστές ονοµάζονται τα παράλληλα υπολογιστικά συστήµατα που οι επεξεργαστές έχουν µία κοινή µνήµη στην οποία απευθύνονται. Πολυυπολογιστές ονοµάζονται τα παράλληλα υπολογιστικά συστήµατα που ο κάθε επεξεργαστής διαθέτει την δική του µονάδα µνήµης. Στοιχεία Αριθµητικής Υπολογιστών 81 82