Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Δυτικής Μακεδονίας Σιώζιος Κων/νος Πληροφορική Ι

Transcript

1 Βασικά δομικά στοιχεία ενός Η/Υ Σιώζιος Κων/νος Πληροφορική Ι 1

2 Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Γνώσεις αλληλεπίδρασης υλικού λογισμικού Ο ρόλος των οδηγών συσκευών Τα μέρη της κύριας μονάδας και των περιφερειακών συσκευών Διαδικασία αναβάθμισης/αντικατάστασης / ά των βασικών συσκευών του Η/Υ Προληπτική συντήρηση 2

3 3

4 4

5 H δομή ενός τυπικού υπολογιστή ΚΕΝΤΡΙΚΗ ΜΝΗΜΗ ΜΟΝΑΔΕΣ ΕΙΣΟΔΟΥ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΤΗΣ C.P.U. ΜΟΝΑΔΕΣ ΕΞΟΔΟΥ ΠΕΡΙΦΕΡΕΙΑΚΗ ΜΝΗΜΗ 5

6 Μονάδα επεξεργασίας ξργ του Η/Υ Μητρική ηρ κάρτα (Motherboard) Κεντρική μονάδα επεξεργασίας (CPU) Μονάδα επεξεργασίας γραφικών Μονάδες εισόδου/εξόδου Αρτηρία (Bus) Μνήμη (RAM, ROM, ) Αποθηκευτικά μέσα 6

7 Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας Αποτελείται από: Την αριθμητική και λογική μονάδα Ένα κύκλωμα ικανό να εκτελεί με μεγάλη ταχύτητα αριθμητικές και λογικές πράξεις Τη μονάδα ελέγχου Συγχρονίζει και ελέγχει τη λειτουργία του υπολογιστή Ανακαλεί από τη κεντρική μνήμη εντολές Ελέγχει την επικοινωνία με τις περιφερειακές συσκευές Τους καταχωρητές Αποτελούν ειδικές ταχύτατες μνήμες που βρίσκονται στο εσωτερικό της κεντρικής μονάδας επεξεργασίας και έχουν ως σκοπό την προσωρινή αποθήκευση δεδομένων ή εντολών 7

8 Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας Η κεντρική μονάδα ελέγχου εκτελεί μια κυκλική διαδικασία η οποία εμπεριέχει τις παρακάτω ενέργειες: Μεταφορά μιας εντολής από την κεντρική μνήμη Αποκωδικοποίηση αυτής της εντολής Εκτέλεση της εντολής Επανάληψη των παραπάνω ενεργειών, μέχρι να βρεθεί συνθήκη τερματισμού της εκτέλεσης 8

9 Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας Τα κύρια χαρακτηριστικά που προσδιορίζουν την κατηγορία δυνατοτήτων της κεντρικής μονάδας επεξεργασίας είναι: Το σύνολο εντολών του επεξεργαστή Η ταχύτητα του ρολογιού Το μήκος της λέξης του επεξεργαστή Οι σύγχρονες τεχνολογικές κατευθύνσεις επιδιώκουν: Μικρό πλήθος για το σύνολο των εντολών (RISC) Υψηλές ταχύτητες ρολογιού Μεγάλο μήκος λέξης 9

10 Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας Οι νεότεροι επεξεργαστές διαθέτουν περισσότερες από μία επεξεργαστικές μονάδες Γνωστές μάρκες είναι: Intel AMD RISC Η αγορά του συνήθως γίνεται με βάση το κριτήριο τιμής/απόδοση 10

11 Η κεντρική μνήμη Για να εκτελεστεί ένα πρόγραμμα θα πρέπει οι εντολές του να βρίσκονται στην κεντρική μνήμη Η κεντρική μνήμη χρησιμοποιείται για την αποθήκευση: Προγραμμάτων (ακολουθία εντολών) Δεδομένων προς επεξεργασία Αποτελεσμάτων της εκτέλεσης των προγραμμάτων 11

12 Η κεντρική μνήμη Μερικά χαρακτηριστικά μεγέθη της μνήμης είναι: Χωρητικότητα Χρόνος προσπέλασης Χρόνος κύκλου Εύρος ζώνης 12

13 Η κεντρική μνήμη Χωρητικότητα Είναι ένας ακέραιος θετικός αριθμός που δηλώνει το μέγιστο πλήθος δυαδικών ψηφίων που μπορεί να αποθηκευτεί στη μνήμη Χρόνος προσπέλασης Το χρονικό διάστημα που απαιτείται από τη στιγμή που θα απαιτηθεί η ανάγνωση (ή η εγγραφή) δεδομένων από τη μνήμη, μήμη, μέχρι μχρ την πραγματοποίηση η της αντίστοιχης λειτουργίας 13

14 Η κεντρική μνήμη Χρόνος κύκλου: Είναι το ελάχιστο δυνατό χρονικό διάστημα μεταξύ δύο διαδοχικών αναγνώσεων (ή εγγραφών) στη μνήμη Συχνά είναι λίγο μεγαλύτερος από το χρόνο προσπέλασης Εύρος ζώνης: Είναι η μέγιστη δυνατή ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων από ή προς τη μνήμη Η μονάδα μέτρησης είναι το Mbit/sec 14

15 Μνήμη τυχαίας προσπέλασης (RAM) Είναι η μνήμη που μπορούμε να γράψουμε και να διαβάσουμε δυαδικά ψηφία Το περιεχόμενο της διατηρείται όσο ο υπολογιστής βρίσκεται σε λειτουργία 15

16 Μνήμη μόνο για ανάγνωση (ROM) Η μνήμη αυτή γράφεται εφάπαξ και στη συνέχεια μπορούμε να διαβάσουμε το περιεχόμενο της χωρίς να μπορούμε να το τροποποιήσουμε Χρησιμοποιούνται για να αποθηκεύονται από τον κατασκευαστή μικροπρογράμματα τα οποία δεν χρειάζεται να τροποποιούνται στη συνέχεια Π.χ. το τμήμα του λειτουργικού συστήματος που εμπλέκεται στην εκκίνηση του Η/Υ Το περιεχόμενο της ROM δεν διαγράφεται όταν σβήνει ο υπολογιστής 16

17 Μνήμη RAM ROM Προσωρινή αποθήκευση δδ δεδομένων Χωρητικότητες από 512MB έως 4GB (για 32bit επεξεργαστή) Πιο γρήγορη συγκρινόμενη με το σκληρό δίσκο Μόνιμη αποθήκευση δεδομένων δδ Πολύ μικρότερη χωρητικότητα συγκρινόμενη με τη RAM Διακρίνονται ανάλογα με την τεχνολογία DIM, DDR, DDR2,... 17

18 Μνήμη Χαρακτηριστικά: Μέγεθος: π.χ. 512MB Ταχύτητα: π.χ. 266MHz Τύπος: π.χ. DDR, DIMM, SIMM 18

19 Κοινή & Δεσμευμένη μ μήμη μνήμη 19

20 Δίαυλος επικοινωνίας (Bus) 20

21 Δίαυλος επικοινωνίας (Bus) Επιτρέπει την επικοινωνία μεταξύ διαφόρων δομικών στοιχείων του υπολογιστή Σό Στόχος είναι ο δίαυλος να εξασφαλίζει τη μέγιστη δυνατή ταχύτητα επικοινωνίας και να εξυπηρετεί όσο το δυνατόν περισσότερες συσκευές Η μεταφορά δεδομένων στο δίαυλο γίνεται με βάση ένα σύνολο κανόνων επικοινωνίας που καλείται πρωτόκολλο διαύλου 21

22 22

23 Συσκευές εισόδου Δέχονται δεδομένα και εντολές και τις μετατρέπει σε ηλεκτρική μορφή Παραδείγματα εισαγωγής δεδομένων στον Η/Υ Πληκτρολογώντας στο πληκτρολόγιο Δείχνοντας με το ποντίκι Ψηφιοποιώντας με τη βοήθεια του σαρωτή 23

24 Είδη πληκτρολογίου Πλήθος πλήκτρων: 101 πλήκτρων, 104 πλήκτρων Ποια η χρησιμότητα των 3 περισσότερων πλήκτρων Είδη πλήκτρων Γράμματα,, αριθμοί,, λειτουργίες, έλεγχος 24

25 QWERTY πληκτρολόγιο 25

26 26

27 Αλλά τα πληκτρολόγια των υπολογιστών δεν είναι μηχανικές κατασκευές 27

28 Το πληκτρολόγιο Μικροεπεξεργαστής Πληκτρολόγιο 28

29 Το πληκτρολόγιο Το κύκλωμα κάτω από κάθε πλήκτρο 29

30 Το ποντίκι 30

31 Είδη ποντικιού Μηχανικό Χρησιμοποιεί κυλίνδρους για να προσδιορίσει τη θέση Έναν οριζόντιο και έναν κατακόρυφο άξονα Ο προσδιορισμός της θέσης προσδιορίζεται με βάση τη μπίλια 31

32 Είδη ποντικιού Οπτικό Χρησιμοποιεί μια μικροσκοπική κάμερα για να προσδιορίζει τη θέση 1500 φωτογραφίες το δευτερόλεπτο Η θέση προσδιορίζεται με τη χρήση του LED 32

33 33

34 Συσκευές εξόδου Μετατρέπει το ηλεκτρικό σήμα σε κάποια άλλη μορφή μρφή Μερικές από τις μορφές μρφςεξόδου είναι: Εμφάνιση στην οθόνη Τύπωμα στον εκτυπωτή Έξοδος στα ηχεία 34

35 Τεχνολογίες για οθόνες CRT LCD Βασίζεται στη τεχνολογία του καθοδικού σωλήνα Παράγει φωτεινή δέσμη όταν χρειάζεται Βασίζεται στη τεχνολογία υγρών κρυστάλλων Μπλοκάρει τη φωτεινή δέσμη όταν δεν χρειάζεται 35

36 Χαρακτηριστικά οθονών Λόγος διαστάσεων Ύψος : πλάτος 4:3 υπολογιστής, τηλεόραση 16:9 κινηματογράφος Μέγεθος οθόνης Απόσταση διαγωνίου 15, 17, 19, 21 Απόσταση μεταξύ διαδοχικών σημείων στην οθόνη Όσο μικρότερη, τόσο καλύτερη Περισσότερες κουκίδες ανά ίντσα μεγαλύτερη ανάλυση Κατανάλωση ισχύος: CRT: 110 Watt LCD: Watt 36

37 Εκτυπωτές Αποτελούν συσκευές εξόδου που δίνουν τη δυνατότητα εκτύπωσης (συνήθως σε χαρτί) διαφόρων πληροφοριών Υπάρχει πληθώρα τεχνολογιών. Οι πιο συνηθισμένες είναι: Ακίδων (dot matrix) Έγχυσης μελάνης (inject) Laser 37

38 38

39 Αποθήκευση δεδομένων Χρησιμοποιείται για αποθήκευση μακράς διαρκείας Παραμένουν στο δίσκο μέχρι να διαγραφούν Μπορεί να αποθηκευτούν σε δά διάφορα μέσα: Δισκέτα Σκληρός δίσκος CD-ROM 39

40 Ιεραρχία ρρχ αποθήκευσης στον Η/Υ/ 40

41 Μαγνητικοί γη δίσκοι Από τις πιο σημαντικές συσκευές ενός σύγχρονου υπολογιστή. Τα πλεονεκτήματα τους: πολύ μεγαλύτερη χωρητικότητα από Κ.Μ. πιο φθηνή μνήμη «σταθερή» μνήμη: όταν καταρρεύσει η μηχανή, τα περιεχόμενα δεν χάνονται Γεωμετρία: Κύλινδροι (πχ συνήθως ) περιέχουν τροχιές (tracks) (πχ συνήθως 8-12) που περιέχουν τομείς (sectors) (πχ συνήθως ). Κάθε δίσκος έχει 2 επιφάνειες. Σε κάθε επιφάνεια αντιστοιχεί μία κεφαλή. Οι τομείς περιέχουν τον ίδιο αριθμό bytes (πχ 512). 41

42 Μαγνητικοί δίσκοι Τα δεδομένα είναι ψηφιακά κωδικοποιημένα Σε μαγνητική επιφάνεια Αρχικά αποτελούσαν βασική μονάδα του Η/Υ Στις μέρες οι υπολογιστές μπορούν να έχουν περισσότερους του ενός (RAID) Να είναι διαθέσιμοι μέσω του δικτύου Σήμερα σχεδόν όλες οι ηλεκτρονικές συσκευές διαχείρισης πληροφορίας διαθέτουν αποθηκευτικό μέσο 42

43 Μαγνητικοί δίσκοι Οι χωρητικότητες η αποθήκευσης αυξάνονται εκθετικά με τη πάροδο του χρόνου Στους πρώτους IBM PC ένας δίσκος 20MB θεωρούνταν μεγάλος Στα μέσα του 90, εμφανίζονται σκληροί ίδίσκοι με χωρητικότητες μεγαλύτερες του 1GB Σήμερα αγγίζουν τα 750GB Δυνατότητα επίτευξης αποθηκευτικής χωρητικότητας αρκετών TB 43

44 Εσωτερικό της δισκέτας 44

45 Μαγνητικοί γη δίσκοι Επιφάνεια του δίσκου 45

46 Ο σκληρός δίσκος Head 0 Head 2 46

47 Ο σκληρός δίσκος 47

48 Γεωμετρία του δίσκου Φυσική γεωμετρία Εικονική γεωμετρία (192 τομείς σε κάθε όψη) 48

49 Μονάδες μεγέθους μγ Για επικοινωνία... 1 Kbps = 1,000 bits ανά δευτερόλεπτο (10 3 ) 1 Mbps = 1,000,000 bits ανά δευτερόλεπτο (10 6 ) 1 Gbps = 1,000,000,000 bits ανά δευτερόλεπτο (10 9 ) Για δίσκους και μήμς μνήμες K = kilo = 2 10 = 1024 M = mega = 2 20 = 1024 * 1024 = 1,048,576 G= giga = 2 30 = = 1,073,741,824 49

50 Αλγόριθμοι χρονοπρογραμματισμού ρ μ δίσκων Ο χρόνος που απαιτείται για την ανάγνωση/εγγραφή σε ένα δίσκο μπορεί να προσδιοριστεί ορ από 3 παραμέτρους: ρους: Χρόνος προσπέλασης Καθυστέρηση περιστροφής Πραγματικός χρόνος μεταφοράς Ο χρόνος προσπέλασης υπερισχύει Χρονοπρογραμματισμός κεφαλών δίσκου για να τον ελαχιστοποιήσει 50

51 Τεχνική διασύνδεσης δίσκων RAID Πλεονάζουσα διάταξη από ανεξάρτητους δίσκου Πλεονάζουσα διάταξη από δίσκους μικρού κόστους Στόχοι: Αυξημένη η αξιοπιστία Αυξημένη απόδοση 51

52 Τεχνική διασύνδεσης δίσκων RAID 52

53 Τεχνική διασύνδεσης δίσκων RAID 53

54 DVDs Ταχύτητα μεταφοράς 1X = 1.4MB/sec (περίπου 10 φορές ταχύτερο από το CD) Χωρητικότητα 4.7 GB Single-sided, single-layer (7 φορές το CD-ROM) 85GB 8.5 Single-sided, double-layer layer 9.4 GB Double-sided, single-layer 17 GB Double-sided, double-layer 54

55 Βασική αρχή κατασκευής του CD/DVD 55

56 Περιφερειακές ρφ ρ συσκευές 56

57 Παρελθόν,, παρόν και μέλλον 57

58 Τρόποι διασύνδεσης με το Η/Υ/ Σειριακή θύρα: Παράλληλη θύρα: Πολλοί ακροδέκτες στο συνδετήρα Χρησιμοποιεί 1 ακροδέκτη για τη μεταφορά των δεδομένων Ανταλλαγή των δεδομένων σειριακά με ρυθμό 1 bit κάθε στιγμή Πολλοί ακροδέκτες στο συνδετήρα Χρησιμοποιεί 8 ακροδέκτες για τη μεταφορά των δεδομένων Ανταλλαγή των δεδομένων παράλληλα με ρυθμό 8 bit κάθε φορά Σιώζιος Κων/νος - Προγραμματισμός Ι 58

59 Τρόποι διασύνδεσης με το Η/Υ/ Σειριακή θύρα: Παράλληλη θύρα: Για συσκευές που δεν Για συσκευές που ανταλλάσουν πολλά ανταλλάσουν πολλά δεδομένα στη μονάδα του δεδομένα στη μονάδα του χρόνου χρόνου Modem, πληκτρολόγιο, Εκτυπωτές, σαρωτές, ZIP ποντίκι Σιώζιος Κων/νος - Προγραμματισμός Ι 59

60 Universal Serial Bus (USB) Μπορεί να συνδέσει οποιαδήποτε συσκευή στον Η/Υ Επιτρέπει την σύνδεση μέχρι και 127 συσκευών ταυτόχρονα στον Η/Υ Device side PC side 60

61 Μια στιγμή Ο υπολογιστής μου έχει μόνο 2 από αυτές τις θύρες 61

62 62

63 Βασικά δομικά στοιχεία ενός Η/Υ/ Μητρική κάρτα Αποθηκευτικά μέσα Επεξεργαστής Σκληρός δίσκος Μνήμη Μονάδες CD-ROM/DVD-ROM Κάρτα γραφικών Flash drives Οθόνη Μονάδες ψηφιοποίησης Διασύνδεση Σαρωτής Modem Ψηφιακή κάμερα Κάρτα δικτύου Μικρόφωνο Firewire Εκτύπωση USB Εκτυπωτής Wi-Fi Plotter Bluetooth Πολυμηχάνημα ημ IrDA TV-out Σιώζιος Κων/νος Πληροφορική Ι 63