ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Θεσσαλονίκη 2006

Περιεχόµενα: 1. Εισαγωγή...σελ.3 2. Εκπαιδευτική εφαρµογή στο Macromedia Authorware...σελ.5 3. Έγγραφα εργασίας...σελ.20 3.α.Έγγραφο σεναρίου...σελ.20 3.β.Έγγραφο ανάλυσης...σελ.21 3.γ.Έγγραφο προδιαγραφών...σελ.23 3.δ.Έγγραφο storyboard...σελ.27 3.στ.Έγγραφο αξιολόγησης...σελ.29 4. «Το σύστηµα του υπολογιστή»...σελ.30 4.α. Εισαγωγή...σελ.30 4.β. Η εξέλιξη και η απόδοση των υπολογιστών...σελ.35 4.γ. Επίπεδο Λειτουργίας και ιασύνδεσης του Υπολογιστή...σελ.39 4.δ. Η ενδιάµεση µνήµη (cache)...σελ.46 4.ε. Η εσωτερική µνήµη...σελ.51 4.στ. Η εξωτερική µνήµη...σελ.56 4.ζ. Είσοδος/Έξοδος εδοµένων...σελ.63 5. «Η κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας»...σελ.65 5.α. Η αριθµητική των υπολογιστών...σελ.65 5.β. Οµάδες εντολών: ιδιότητες και λειτουργίες...σελ.69 5.γ. Οµάδες εντολών: τρόποι διευθυνσιοδότησης και µορφοποιήσεις...σελ.71 5.δ. οµή και λειτουργία της CPU...σελ.74 5.ε. Η λειτουργία της µονάδας ελέγχου...σελ.77 5.στ. Έλεγχος µε µικροπρόγραµµα...σελ.78 6. «Συµπληρωµατική θεωρία»...σελ.80 6.α.Συµπληρωµατική θεωρία Α: Ψηφιακή Λογική...σελ.80 6.α.1. Άλγεβρα Boole...σελ.80 6.α.2. Πύλες...σελ.81 6.β. Συµπληρωµατική θεωρία Β: Αριθµητικά Συστήµατα...σελ.83 6.β.1. Το δεκαδικό σύστηµα...σελ.83 6.β.2. Το δυαδικό σύστηµα...σελ.84 6.β.3. Μετατροπές µεταξύ δυαδικού και δεκαδικού...σελ.84 7. Βιβλιογραφία...σελ.85 2

1.Εισαγωγή Ανάπτυξη Εκπαιδευτικής Εφαρµογής: Παρουσίαση του µαθήµατος «Οργάνωση και Αρχιτεκτονική Υπολογιστών» του 3 ου εξαµήνου σπουδών του τµήµατος Πληροφορικής του Αριστοτελείου Πανεπιστηµίου Θεσσαλονίκης Στα πλαίσια της εργασίας έχουν υλοποιηθεί οι εξής εφαρµογές: -Παρουσίαση µε τίτλο «Οργάνωση και Αρχιτεκτονική Υπολογιστών» µε το πρόγραµµα Microsoft Office-Power Point, συνολικά 220 διαφάνειες, στις οποίες γίνεται παρουσίαση της θεωρίας µε οπτικό κυρίως υλικό, εικόνες, οι οποίες έχουν παρθεί είτε από το internet είτε από το βιβλίο «Οργάνωση και Αρχιτεκτονική Υπολογιστών» είτε έχουν σχεδιαστεί στο Power Point. Στην παρουσίαση χρησιµοποιούνται παραδείγµατα και εικόνες για να αποσαφηνίσουν και να βοηθήσουν την εµπέδωση των εννοιών οι οποίες παρουσιάζονται. -Ανάπτυξη Εκπαιδευτικής εφαρµογής µε θέµα «Οργάνωση και Αρχιτεκτονική Υπολογιστών» µε το πρόγραµµα Macromedia Authorware 6.5, η οποία περιλαµβάνει τις εξής ενότητες: -1 ο µέρος: Γενικά -2 ο µέρος: Το σύστηµα του υπολογιστή -3 ο µέρος: Η κεντρική µονάδα επεξεργασίας -4 ο µέρος: Η µονάδα ελέγχου -Παράρτηµα Α: Ψηφιακή λογική -Παράρτηµα Β: Αριθµητικά συστήµατα -Αξιολόγηση Στα µέρη 1, 2, 3, 4 παρουσιάζεται η θεωρία µε κείµενο και εικόνες και δίνεται η δυνατότητα στον εκπαιδευόµενο να δει παραδείγµατα µε εικόνες τοποθετώντας το δείκτη του ποντικιού ή κάνοντας κλικ σε διάφορα σηµεία της εφαρµογής (κυρίως µπλε γράµµατα ή buttons). Στις ενότητες Παράρτηµα Α, Παράρτηµα Β παρουσιάζεται συµπληρωµατική θεωρία που αφορά το περιεχόµενο των µερών 1, 2, 3, 4 και στις οποίες µπορεί να ανατρέξει ο εκπαιδευόµενος για βοήθεια και για ανάκληση βασικών γνώσεων. Τέλος, η ενότητα αξιολόγηση περιέχει ερωτήσεις κλειστού τύπου (Σωστό-Λάθος, πολλαπλής επιλογής), χωρισµένες σε ενότητες, τις οποίες µπορεί να απαντήσει ο εκπαιδευόµενος, πολλές φορές, µε σκοπό την βαθύτερη κατανόηση της θεωρίας. Κάθε φορά που απαντάται µια ερώτηση, δίνεται κατάλληλη ανάδραση από το σύστηµα που παραπέµπει τον εκπαιδευόµενο στην αντίστοιχη ενότητα της θεωρίας που βρίσκεται η απάντηση. Για την εκπόνηση της εργασίας έχει διεξαχθεί έρευνα µε σκοπό τη συλλογή στοιχείων που αφορούν τον εκπαιδευτικό σκοπό της εφαρµογής, το είδος των χρηστών που απευθύνεται, τις προηγούµενες γνώσεις τους, το είδος της διαθέσιµης τεχνολογίας και τις συνθήκες στις οποίες πραγµατοποιείται η διδασκαλία. Επίσης συµπληρώθηκαν τα εξής έγγραφα: 3

-έγγραφο σεναρίου -έγγραφο ανάλυσης -ανάλυση αναγκών -ανάλυση χρηστών -ανάλυση τεχνολογίας -ανάλυση συνθηκών -ανάλυση εργασιών -ανάλυση εκπαιδευτικών στόχων -ανάλυση προδιαγραφών -χρονοπρογραµµατισµός -οµάδα έργου -τεχνικές προδιαγραφές µέσων -πολυµέσα -διδακτική θεωρία -έγγραφο storyboard -έγγραφο αξιολόγησης τα οποία υπάρχουν αναλυτικά στο κεφάλαιο 3 του doc έγγραφα εργασίας. Οι εικόνες που χρησιµοποιήθηκαν στο µεγαλύτερο µέρος τους έχουν παρθεί από το internet µε τη µηχανή αναζήτησης Google ενώ άλλες έχουν περαστεί από το βιβλίο «Οργάνωση και Αρχιτεκτονική Υπολογιστών» του William Stallings µε scanner και έχει γίνει επεξεργασία στις διαστάσεις τους και στην ανάλυση εικόνας. (Αναλυτικά η εφαρµογή παρουσιάζεται στο κεφάλαιο 2) Πού απευθύνεται η εργασία; Το λογισµικό απευθύνεται φοιτητές του τµήµατος πληροφορικής για την κάλυψη διδακτέας ύλης του προγράµµατος σπουδών. Επίσης η εφαρµογή απευθύνεται σε επαγγελµατίες που ενδιαφέρονται για τον τοµέα αυτό, χρησιµοποιείται ως εγχειρίδιο λήψης βασικών πληροφοριών και είναι κατάλληλο για αυτο-εκπαίδευση. Η εργασία είναι οργανωµένη ως ακολούθως: 1.Εισαγωγή (βρισκόµαστε εδώ) 2.Παρουσιάζεται αναλυτικά η εφαρµογή στο Macromedia Authorware και κάποια θεωρητικά στοιχεία που αφορούν την ανάπτυξη εκπαιδευτικών εφαρµογών. 3.Παρουσιάζονται τα απαραίτητα Έγγραφα Εργασίας, που αποτυπώνουν την µελέτη και τη συλλογή στοιχείων που αφορούν τον εκπαιδευτικό σκοπό της εφαρµογής. 4.Παρουσιάζεται «Το σύστηµα του υπολογιστή». Το µέρος αυτό παρέχει µια προεπισκόπηση, όπως και οδηγό για το υπόλοιπο της ύλης της εφαρµογής. Ένα σύστηµα υπολογιστή αποτελείται από ένα επεξεργαστή, µνήµη και µονάδες εισόδου/ εξόδου (Ι/Ο), συν τις διασυνδέσεις µεταξύ αυτών των κύριων υποµονάδων. Με την εξαίρεση του επεξεργαστή, ο οποίος είναι πολύπλοκος και εξετάζεται στο Κεφάλαιο 5, το Κεφάλαιο αυτό εξετάζει κάθε µια από τις υποµονάδες αυτές µε τη σειρά. Αποτελείται από τα εξής µέρη: 4

-Εισαγωγή -Η εξέλιξη και η απόδοση των υπολογιστών -Μια άποψη του κορυφαίου επιπέδου λειτουργίας και διασύνδεσης του υπολογιστή -Η ενδιάµεση µνήµη (cache) -Η εσωτερική µνήµη -Η εξωτερική µνήµη -Είσοδος/ έξοδος 5.Παρουσιάζεται «Η κεντρική µονάδα επεξεργασίας» Η CPU αποτελείται από µια µονάδα ελέγχου, καταχωρητές, την αριθµητική λογική µονάδα, τη µονάδα εκτέλεσης εντολών και τις διασυνδέσεις µεταξύ των πιο πάνω υποµονάδων. Η µονάδα ελέγχου είναι το µέρος εκείνο του επεξεργαστή το οποίο ενεργοποιεί τα διάφορα τµήµατά του. Το µέρος αυτό ασχολείται µε τη λειτουργία της µονάδας ελέγχου και την υλοποίηση της µε τη χρήση προγραµµατισµού. Αποτελείται από τα εξής µέρη: -Η αριθµητική των υπολογιστών -Οµάδες εντολών: ιδιότητες και λειτουργίες -Οµάδες εντολών: τρόποι διευθυνσιοδότησης και µορφοποιήσεις - οµή και λειτουργία της CPU -Η λειτουργία της µονάδας ελέγχου -Έλεγχος µε µικροπρόγραµµα 6.Παρουσιάζονται ως Παράρτηµα «Συµπληρωµατική θεωρία». ίνεται µια αναλυτική περιγραφή της «Αριθµητικής Λογικής» και των «Αριθµητικών Συστηµάτων». 7.Βιβλιογραφία Ευχαριστίες Θα ήθελα να ευχαριστήσω τον κύριο Π. Λιναρδή για την πολύτιµη συµβολή του και τις κατευθύνσεις που µου έδωσε κατά τη διάρκεια προετοιµασίας της πτυχιακής εργασίας µου. Επίσης θα ήθελα να ευχαριστήσω τον κύριο Στ. ηµητριάδη και τον κύριο. Πολίτη για την βοήθεια τους σε διάφορα σηµεία της πτυχιακής. 5

2.Ανάπτυξη εκπαιδευτικής εφαρµογής µε το Macromedia Authorware Φάσεις εργασίας για την ανάπτυξη µιας εκπαιδευτικής εφαρµογής πολυµέσων Μια εκπαιδευτική εφαρµογή πολυµέσων δεν είναι κάτι που παράγεται από έναν άνθρωπο µε έναν απλό τρόπο µέσα σε ένα πρωινό. Η ανάπτυξη της εφαρµογής γίνεται από οµάδα ειδικών, µέσα από µια σύνθετη διαδικασία αλληλοσυσχετιζόµενων φάσεων εργασίας και σε διάρκεια χρόνου. Οι πληροφορίες που παρουσιάζονται οργανώνονται γύρω από τρεις βασικούς άξονες: -τις φάσεις εργασίας -την οµάδα παραγωγής -τα απαραίτητα εργαλεία Φάσεις εργασίας Η παραγωγή µιας εκπαιδευτικής εφαρµογής πολυµέσων οργανώνεται σε διάφορες φάσεις εργασίας, οι οποίες σχετίζονται µεταξύ τους µε τρόπο ώστε οι πληροφορίες που καταγράφονται και το έργο που ολοκληρώνεται σε καθεµία από αυτές, να αποτελούν στοιχεία εισόδου απαραίτητα για την ολοκλήρωση της επόµενης. Οι φάσεις εργασίας είναι τέσσερις: -Ανάλυση -Σχεδίαση -Παραγωγή -Αξιολόγηση Ανάλυση Πρώτη έρχεται πάντοτε η φάση της ανάλυσης. Στην ανάλυση γίνεται προσπάθεια να συλλεχθούν όλες οι απαραίτητες πληροφορίες που θα δώσουν µια καθαρή εικόνα για τις ανάγκες που πρόκειται να καλύψει η εφαρµογή καθώς και για όλα τα σχετικά στοιχεία που διαµορφώνουν το περιβάλλον στο οποίο θα λειτουργήσει. Π.χ. σε ποιούς ανθρώπους απευθύνεται η εφαρµογή, τι χρειάζεται να µάθουν, τι εργασίες εκτελούν, τους στόχους που θέτουν, τις γενικότερες συνθήκες που επικρατούν στο άµεσο εργασιακό τους περιβάλλον κ.τ.λ. Η ανάλυση µπορεί να θεωρηθεί ότι οργανώνεται σε δύο επιµέρους φάσεις: α) Ανάλυση αναγκών (needs analysis ή needs assessment), όπου καθορίζεται ποιές είναι οι ανάγκες που υπάρχουν και τις οποίες πρόκειται να καλύψει η εφαρµογή. Αν πρόκειται για εκπαίδευση προσδιορίζεται το επίπεδο γνώσεων και ικανοτήτων στο οποίο βρίσκονται τώρα οι υποψήφιοι χρήστες και καθορίζεται επακριβώς τι πρέπει να είναι αυτό που θα τους βοηθήσει η εφαρµογή να προχωρήσουν για να µάθουν. β) Αρχική ανάλυση (front-end analysis), όπου καταγράφονται δεδοµένα για ένα πλήθος διαφορετικών χαρακτηριστικών που σχετίζονται µε τους τελικούς χρήστες και θεωρείται πως επηρεάζουν τον τρόπο µε τον οποίο θα σχεδιαστεί και θα αναπτυχθεί η εφαρµογή. 6

Σχεδίαση Στη φάση της σχεδίασης παίρνονται αποφάσεις για τα χαρακτηριστικά της εφαρµογής, µε βάση πληροφορίες που καταγράφηκαν στην ανάλυση. Π.χ. αποφασίζεται η δοµή της εφαρµογής, το περιεχόµενό της, η διδακτική προσέγγιση που θα ακολουθήσει, η τεχνολογία που θα χρησιµοποιηθεί κ.τ.λ. Όλες αυτές οι αποφάσεις συνιστούν το Έγγραφο Προδιαγραφών Έργου που αποτελεί τον «χάρτη» πάνω στον οποίο θα στηριχτεί η επόµενη φάση της παραγωγής. Οι πληροφορίες που έχουν συλλεχτεί στη φάση της ανάλυσης πρέπει να δίνουν µια ξεκάθαρη εικόνα για το τι πρέπει να είναι και το πως να λειτουργεί η εφαρµογή. Έχοντας αυτές τις πληροφορίες κατά νου η οµάδα παραγωγής προχωρά στη σχεδίαση της εφαρµογής, δηλ. στο να καθορίσει (σε λεπτοµέρεια πλέον) στοιχεία όπως: -τη δοµή και τη µορφή που θα έχει η εφαρµογή -την οργάνωση του περιεχοµένου από διδακτική άποψη -τη µορφή της διεπιφάνειας χρήστη και των διαδράσεων που θα υλοποιηθούν -την πλατφόρµα παράδοσης -τα εργαλεία ανάπτυξης που θα χρησιµοποιηθούν -το πως θα χρησιµοποιηθούν τα ποικίλα διαθέσιµα µέσα -το ποιά θα είναι η πορεία παραγωγής Στη φάση της σχεδίασης η εφαρµογή θα πρέπει να αρχίσει να παίρνει µορφή µέσα από την ολοκλήρωση µικρών βηµάτων που το καθένα συνεισφέρει σε κάποιο ποσοστό στο να αρχίσει η οµάδα να βλέπει πλέον αυτό που µέχρι τότε υπήρχε ως ιδέα µόνον στη φαντασία της. Παραγωγή Στη φάση της παραγωγής δηµιουργείται η εφαρµογή, µε βάση τις αποφάσεις που πάρθηκαν κατά τη σχεδίαση. ηµιουργούνται τα στοιχεία πολυµέσων που είναι απαραίτητα (κείµενα, γραφικά, video κ.τ.λ.), αναπτύσσεται ο κώδικας της εφαρµογής µε ένα κατάλληλο εργαλείο συγγραφής ή γλώσσα προγραµµατισµού και γίνονται οι απαραίτητες δοκιµές ώστε να εξασφαλιστεί η σωστή λειτουργία της. Συνήθως η φάση της παραγωγής διακρίνεται σε τρεις επιµέρους φάσεις εργασίας: α)προ-παραγωγή (pre-production): Αποτελεί συνέχεια των εργασιών της σχεδίασης και κυρίως πραγµατοποιεί το πέρασµα από το χαρτί στον υπολογιστή. Βασικό στοιχείο εδώ είναι η ανάπτυξη του πρωτότυπου δηλ. ενός σκελετού που δεν περιέχει ακόµη περιεχόµενο αλλά υλοποιεί τις σχεδιαστικές αποφάσεις. Στόχος του πρωτότυπου είναι να επιτρέψει να δοκιµαστούν και να ελεγχθούν στην πράξη οι σχεδιαστικές αποφάσεις, ώστε να βεβαιωθεί η ορθότητά τους και η συµµόρφωση τους στα παραδεκτά επίπεδα (standards) σχεδίασης, πριν προχωρήσει η οµάδα στην ολοκληρωµένη παραγωγή της εφαρµογής. β)κύρια παραγωγή: Αποτελεί την βασική δραστηριότητα στη φάση αυτή και περιλαµβάνει: -την δηµιουργία των στοιχείων πολυµέσων που θα περιλαµβάνει η εφαρµογή (κείµενα, γραφικά, ήχοι, video κ.τ.λ.) 7

-την συγγραφή της εφαρµογής, δηλ. την ανάπτυξη του κώδικα της τελικής εφαρµογής και την ενσωµάτωση σε αυτόν όλων των απαραίτητων στοιχείων (πληροφοριακό υλικό, διαδράσεις κ.τ.λ.) -συνεχείς ελέγχους της εφαρµογής καθώς ολοκληρώνεται ώστε να είναι βέβαιο ότι προχωρά σύµφωνα µε την αρχική σχεδίαση γ)μετα-παραγωγή (post-production): Περιλαµβάνει κάθε ενέργεια που γίνεται µετά την παραγωγή και πριν την παράδοση του προϊόντος στον τελικό πελάτη ή χρήστη. Πραγµατοποιούνται εργασίες εκσφαλµάτωσης του κώδικα της εφαρµογής (debugging), οι βήτα-δοκιµές της λειτουργίας της, η συµπλήρωση πιθανών µικροπαραλείψεων, η παραγωγή υποστηρικτικού υλικού (π.χ. οδηγίες χρήσης) και ότι άλλο συνεισφέρει στην πιο ολοκληρωµένη παρουσίαση της εφαρµογής. Εφόσον ολοκληρωθεί η φάση της µετα-παραγωγής, η εφαρµογή θεωρείται ολοκληρωµένη και παραδίδεται στον πελάτη προς εγκατάσταση και χρήση. Αξιολόγηση Στη φάση της αξιολόγησης θα πρέπει να διαπιστωθεί το κατά πόσον η χρήση της εφαρµογής ικανοποιεί τους στόχους και καλύπτει τις ανάγκες που τέθηκαν ήδη από την φάση της ανάλυσης. Εδώ υλοποιούνται ενέργειες ώστε: -να συλλεχθούν ποσοτικά και ποιοτικά στοιχεία που προκύπτουν από τη χρήση της εφαρµογής και βοηθούν στην εκτίµηση της αποτελεσµατικότητας και αποδοτικότητας της και -να χρησιµοποιηθούν αυτά τα στοιχεία για να διατυπωθούν συµπεράσµατα που να υποστηρίζουν καλύτερες σχεδιαστικές αποφάσεις. Ανάλογα µε το ρόλο της αξιολόγησης στην πορεία της ανάπτυξης, διακρίνουµε τις εξής δύο βασικές κατηγορίες: - ιαµορφωτική (formative) αξιολόγηση -Συνολική ή αθροιστική (additive) αξιολόγηση Ανάλογα µε το είδος των στοιχείων στα οποία εστιάζει µια µεθοδολογία αξιολόγησης, διακρίνουµε: -Ποσοτική (quantitative) αξιολόγηση -Ποιοτική (qualitative) αξιολόγηση Macromedia Authorware Τι προσφέρει το Authorware; - ιαδραστικότητα -Εύκολη πλοήγηση µε κόµβους και links -Χρήση πολυµέσων για παρουσίαση της πληροφορίας (κείµενο, γραφικά, εικόνα, ήχος, σχεδιοκίνηση, video) 8

Το Authorware αποτελεί εργαλείο συγγραφής Ο όρος «εργαλείο συγγραφής» τη δεκαετία του 90 δήλωνε ένα περιβάλλον προγραµµατισµού ειδικά σχεδιασµένο για την ανάπτυξη εφαρµογών πολυµέσων σε πλατφόρµα CD δηλ. ένα περιβάλλον που προσέφερε χαρακτηριστικές ευκολίες στη διαχείριση της πληροφορίας πολυµέσων (κείµενο, εικόνες, ήχοι, animation & video clips). Τέτοια διαδεδοµένα εργαλεία συγγραφής ήταν τα Authorware & Director της Macromedia, το Toolbook, το NetQuest κ.α. Με το πέρασµα στην «εποχή του ιαδικτύου» οι εταιρείες έστρεψαν την προσοχή τους στην ανάπτυξη προϊόντων που θα επέτρεπαν την εύκολη ανάπτυξη εφαρµογών ιαδικτύου. Έτσι ο όρος «authoring tools» συµπεριέλαβε κάθε πλατφόρµα ανάπτυξης εφαρµογών (ακόµη και χαµηλότερου επιπέδου γλώσσες προγραµµατισµού όπως HTML, DHTML, Java κ.τ.λ.) που προσφέρει στον προγραµµατιστή τη δυνατότητα να αναπτύξει τις εφαρµογές στο διαδίκτυο. -Εποµένως ένα εργαλείο συγγραφής είναι κάτι σαν γλώσσα προγραµµατισµού; -Ναι. Με τη διαφορά ότι το εργαλείο συγγραφής είναι προσανατολισµένο στην περισσότερο εύκολη διαχείριση στοιχείων πολυµέσων και µπορεί να βοηθήσει ακόµη και τον µη ειδικευµένο προγραµµατιστή στο να ξεκινήσει µε εύκολο τρόπο και να δηµιουργήσει απλές εφαρµογές πολυµέσων. -Ποιές είναι οι οµοιότητες και οι διαφορές µεταξύ εργαλείων συγγραφής και γλωσσών προγραµµατισµού; -Μια γλώσσα προγραµµατισµού είναι ένα γενικής χρήσης εργαλείο που επιτρέπει την ανάπτυξη ποικίλων εφαρµογών µεταξύ των οποίων βέβαια και εφαρµογών πολυµέσων. Το µειονέκτηµα είναι ότι για να δηµιουργηθεί ακόµη και η απλούστερη εφαρµογή πρέπει κατά κανόνα να γραφεί αρκετός κώδικας ενώ το πλεονέκτηµα είναι ότι επιτρέπει στον έµπειρο προγραµµατιστή να φτάσει σε βάθος προγραµµατισµού και να ελέγξει µε τον κώδικα που γράφει αποτελεσµατικά και τις µικρότερες λεπτοµέρειες της εφαρµογής του. -Το εργαλείο συγγραφής αντίθετα επιτρέπει στον αρχάριο µε µικρό κόπο να ολοκληρώσει απλές εφαρµογές πολυµέσων. Το τίµηµα είναι ότι σε κάποια σηµεία δεν παρέχει την ευελιξία µιας γλώσσας προγραµµατισµού. Όµως τα σύγχρονα εργαλεία συγγραφής προσφέρουν ενσωµατωµένες δυνατότητες προγραµµατισµού καθώς και διασυνδεσιµότητα µε εξωτερικό κώδικα ώστε να είναι δυνατός ο έλεγχος της εφαρµογής σε βάθος, φυσικά από τον περισσότερο έµπειρο προγραµµατιστή και χρήστη του εργαλείου. -Ποιά είναι τα χαρακτηριστικά ενός εργαλείου συγγραφής; Πώς γίνεται ο προγραµµατισµός σ αυτό; -Τα βασικά χαρακτηριστικά ενός τέτοιου περιβάλλοντος είναι: α)η εύκολη εισαγωγή στο περιβάλλον και η διαχείριση µέσα σ αυτό της πληροφορίας των πολυµέσων (δηλ. κειµένου, εικόνων, σχεδιοκίνησης, video). Τις περισσότερες φορές η διαχείριση αυτών των στοιχείων γίνεται µε τεχνικές οπτικού (visual) προγραµµατισµού, δηλ. ο προγραµµατιστής εισάγει το στοιχείο στο περιβάλλον και στη συνέχεια το τοποθετεί στο ακριβές σηµείο όπου πρέπει να εµφανίζεται σύροντας το στην οθόνη. 9

β)η σχετικά απλή δηµιουργία διαδραστικών (interactive) οθονών. Η οργάνωση της διάδρασης είναι ίσως το σηµαντικότερο στοιχείο ενός εργαλείου συγγραφής. Συνήθως περιλαµβάνονται έτοιµα προγραµµατιστικά αντικείµενα όπως πλήκτρα (buttons), ενεργά σηµεία (hot spots), καταβιβαζόµενοι κατάλογοι επιλογών (drop down menus) κ.τ.λ. τα οποία ο προγραµµατιστής,µπορεί να χρησιµοποιήσει για να δηµιουργήσει συνθήκες διάδρασης. γ)η «µεταφορά» (metaphor) που χρησιµοποιείται από το περιβάλλον για να διευκολύνει τον προγραµµατισµό. Η µεταφορά είναι µια οργανωτική δοµή, συνήθως παρµένη από κάποιο άλλο µέσο (π.χ. βιβλίο, κινηµατογράφος) που προσφέρει έναν οπτικοποιηµένο τρόπο οργάνωσης υλικού και προγραµµατισµού. Προγραµµατιστικά η µεταφορά λειτουργεί ως ένα ενδιάµεσο επίπεδο µεταξύ του κώδικα χαµηλού επιπέδου και του προγραµµατιστή-συγγραφέα της εφαρµογής ώστε να επιτυγχάνεται µε οπτικό τρόπο η ανάπτυξη της εφαρµογής χωρίς να είναι απαραίτητο να χρησιµοποιηθεί κώδικας σε µορφή κάποιας γλώσσας προγραµµατισµού. Στο Authorware ακολουθείται η µεταφορά των εικονιδίων (icons) ως ενεργών στοιχείων που περιέχουν το υλικό της εφαρµογής δηλ. υπάρχουν διάφορα εικονίδια που εκτελούν το καθένα και µια συγκεκριµένη εργασία και τα οποία τοποθετεί ο προγραµµατιστής µε την κατάλληλη σειρά σε µια γραµµή ροής και ρυθµίζει τις ιδιότητές τους, ώστε να αναπτύξει την εφαρµογή του και να επιτύχει την συµπεριφορά που θέλει. Οπτικός προγραµµατισµός (visual programming) Πρόκειται για το τµήµα εκείνο του προγραµµατισµού που σχετίζεται µε τη σχεδίαση των οθονών της εφαρµογής και την τοποθέτηση των αντικειµένων στις θέσεις τους πάνω στην οθόνη. Ο προγραµµατιστής χρησιµοποιεί την τεχνική «σύρε κι άσε» (drag n drop) για να µεταφέρει και να τοποθετήσει τις διάφορες πληροφορίες πολυµέσων (π.χ. κείµενο, εικόνες, γραφικά) στην τελική τους θέση. Ο προγραµµατιστής καλείται «οπτικός» εννοώντας ότι η δράση του προγραµµατιστή εστιάζει στο οπτικά εµφανές τµήµα της εφαρµογής (δηλ. τα αντικείµενα της κάθε οθόνης και η θέση τους). 10

Αρχική οθόνη της εφαρµογής Ο χρήστης κάνοντας κλικ σε οποιοδήποτε σηµείο της εφαρµογής µπορεί να προχωρήσει στο κύριο µενού. Καθώς ανοίγει η εφαρµογή ακούγεται ένας σύντοµος ήχος. 11

Κύριο µενού Ο χρήστης µπορεί να επιλέξει µία από τις διαθέσιµες θεµατικές ενότητες κάνοντας ένα απλό κλικ µε το ποντίκι πάνω στην αντίστοιχη. Καθώς επιλέγει µια ενότητα ακούγεται ένας σύντοµος ήχος. Πληροφορίες Πάνω αριστερά δίπλα απ το µενού File υπάρχει το µενού ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ όπου ο χρήστης µπορεί πατώνας να δει πληροφορίες για την εργασία. (drop down menu) 12

Στη συνέχεια πατώντας το ΟΚ κάτω δεξιά επιστρέφει στο κύριο µενού Έξοδος Κάτω δεξιά στο κύριο µενού υπάρχει η επιλογή Έξοδος όπου ο χρήστης πατώντας την εµφανίζεται το παρακάτω: 13

Και µπορεί να επιλέξει την αντίστοιχη ενέργεια. Επιλέγοντας την θεµατική ενότητα Το σύστηµα του υπολογιστή από το κύριο µενού εµφανίζεται το εξής Αριστερά βρίσκονται οι κόµβοι της συγκεκριµένης θεµατικής ενότητας, µε τους οποίους ο χρήστης µπορεί να περιηγηθεί. 14

Επίσης µπορεί να περιηγηθεί χρησιµοποιώντας τους κόµβους κάτω δεξιά Με τους παρακάτω κόµβους ο χρήστης µπορεί να περιηγηθεί εσωτερικά της συγκεκριµένης θεµατικής ενότητας. Κάτω στη µέση υπάρχει το αναγνωριστικό της εφαρµογής Α.Π.Θ. Σε διάφορα σηµεία της εφαρµογής ο χρήστης µπορεί να κάνει κλικ και διαδράσει µε το σύστηµα, βλέποντας επιπλέον παραδείγµατα και εικόνες (buttons, hotspots, routines). Π.χ. 15

16

17

Συµπληρωµατική θεωρία Αξιολόγηση Στην ενότητα αξιολόγηση ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να διαδράσει µε το σύστηµα, απαντώντας σε ερωτήσεις κλειστού τύπου (Σωστό-Λάθος και πολλαπλής επιλογής). Κάθε φορά που ο χρήστης απαντά σε µια ερώτηση, δίνεται κατάλληλη ανάδραση από το σύστηµα παραπέµποντας τον χρήστη στην κατάλληλη ενότητα της θεωρίας. 18

19

3.Έγγραφα εργασίας Παρουσιάζεται µια σειρά από έγγραφα τα οποία αφορούν απαραίτητα τεχνικά στοιχεία που χρειάζεται να συµπληρωθούν για την τεκµηρίωση µιας εκπαιδευτικής εφαρµογής. Αφορούν το σενάριο, την ανάλυση αναγκών, χρηστών, τεχνολογίας, συνθηκών, εργασιών, εκπαιδευτικών στόχων, προδιαγραφών, χρονοπρογραµµατισµός, οµάδα έργου, τεχνικές προδιαγραφές µέσων, πολυµέσα, διδακτική θεωρία, έγγραφο storyboard και έγγραφο αξιολόγησης. 3.α.Έγγραφο σεναρίου ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΕΓΓΡΑΦΟ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗΣ ΑΡΧΙΚΟΥ ΣΕΝΑΡΙΟΥ Τίτλος Εκπαιδευτικό λογισµικό παρουσίασης για την κατανόηση των Βασικών Αρχών Οργάνωσης και Αρχιτεκτονικής Υπολογιστών. Σενάριο Ο καθηγητής Π. Λιναρδής στα πλαίσια της ενίσχυσης της διδασκαλίας του µαθήµατος «Οργάνωση και Αρχιτεκτονική Υπολογιστών» του 3 ου εξαµήνου σπουδών του τµήµατος Πληροφορικής του Αριστοτελείου Πανεπιστηµίου Θεσσαλονίκης µου ανέθεσε πτυχιακή εργασία για την ανάπτυξη λογισµικού µε θέµα «Οργάνωση και Αρχιτεκτονική Υπολογιστών». Σκοπός του λογισµικού είναι η χρήση του από τους φοιτητές του τµήµατος για την βαθύτερη κατανόηση της οργάνωσης και αρχιτεκτονικής υπολογιστών µε αξιοποίηση των µέσων των τεχνολογιών πληροφορίας και επικοινωνιών στην εκπαίδευση. 20

3.β.Έγγραφο ανάλυσης ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΕΓΓΡΑΦΟ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΘΕΜΑ Ανάλυση Αναγκών (Needs Analysis) Ανάλυση Χρηστών (User analysis) ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ Οι χρήστες θεωρούνται ότι είναι εξοικειωµένοι µε τη χρήση υπολογιστών, διαθέτουν τις βασικές γνώσεις, όπως να εκκινούν και να τερµατίζουν τον ηλεκτρονικό υπολογιστή, να διαχειρίζονται τις συσκευές εισόδουεξόδου και να εργάζονται σε παραθυρικό περιβάλλον. Επίσης, γνωρίζουν τα µέρη που αποτελούν τον υπολογιστή και έχουν τη δυνατότητα κατηγοριοποίησής τους. Με τη χρήση του εκπαιδευτικού λογισµικού οι χρήστες θα πρέπει να µπορούν να διακρίνουν τις λειτουργικές υποµονάδες και τις διασυνδέσεις τους και να τις εφαρµόζουν αποτελεσµατικά σε προβλήµατα µεγαλύτερης δυσκολίας και έκτασης. Το λογισµικό απευθύνεται σε προπτυχιακούς φοιτητές του 3 ου εξαµήνου του τµήµατος πληροφορικής οι οποίοι είχαν εργαστεί στο παρελθόν σε παρόµοιο περιβάλλον µάθησης, για την κάλυψη διδακτέας ύλης. Η εκπαίδευση τους στηριζόταν µέχρι τώρα σε παραδοσιακούς τρόπους όπως παραδόσεις µαθηµάτων στην τάξη, ανάγνωση βιβλίων και σε πιο σύγχρονους τρόπους όπως η χρήση του Η/Υ για απλές εφαρµογές. Ωστόσο παρουσίασαν ενδιαφέρον στην εκπαίδευση µε χρήση πολυµέσων. Γνωρίζουν ικανοποιητικά την αγγλική γλώσσα και τα πολιτισµικά χαρακτηριστικά τους ανταποκρίνονται σε αυτά του µέσου σύγχρονου Έλληνα φοιτητή. Επίσης η εφαρµογή απευθύνεται σε επαγγελµατίες που ενδιαφέρονται για τον τοµέα αυτό, χρησιµοποιείται ως εγχειρίδιο λήψης βασικών πληροφοριών και είναι κατάλληλο για αυτο-εκπαίδευση. 21

Ανάλυση Τεχνολογίας (Technology analysis) Το είδος της τεχνολογίας που χρησιµοποιείται στο πανεπιστήµιο είναι εργαστήρια υπολογιστών συνδεδεµένων µεταξύ τους µε τοπικό δίκτυο και δυνατότητα σύνδεσης στο internet. ιαθέτουν συσκευές εισόδου (πληκτρολόγιο, ποντίκι) και συσκευές εξόδου (ηχεία,εκτυπωτή). Συνεπώς τα διαθέσιµα µέσα για τη διαµοίραση του εκπαιδευτικού υλικού είναι µέσω CD- ROM ή download από την ιστοσελίδα του µαθήµατος. Η επικοινωνία µεταξύ των µαθητών µεταξύ τους αλλά και µε τον καθηγητή τους επιτυγχάνεται είτε µε την ταυτόχρονη παρουσία τους στις αίθουσες που διατίθενται για το µάθηµα είτε ασύγχρονα µέσω e-mail. Yπάρχει ενότητα αξιολόγησης. Ανάλυση συνθηκών (Situational analysis) Ανάλυση εργασιών (Task analysis) Η εκπαίδευση πραγµατοποιείται σε αίθουσες µε σύγχρονους ηλεκτρονικούς υπολογιστές όπου ο κάθε φοιτητής έχει τη δυνατότητα να χρησιµοποιεί τον δικό του υπολογιστή και οι συνθήκες είναι όµοιες µε αυτές που επικρατούν σε µια αίθουσα διδασκαλίας. ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΚΜΑΘΗΣΗ ΤΗΣ ΟΡΓΑΝΩΣΗΣ ΚΑΙ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗΣ ΤΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ 1 ο µέρος: Γενικά 2 ο µέρος: Το σύστηµα του υπολογιστή 3 ο µέρος: Η κεντρική µονάδα επεξεργασίας 4 ο µέρος: Η µονάδα ελέγχου Παράρτηµα Α Παράρτηµα Β Αξιολόγηση 22

Ανάλυση εκπαιδευτικών στόχων (Objectives analysis) ΣΤΟΧΟΙ: 1.να κατανοήσει τις βασικές αρχές της οργάνωσης και αρχιτεκτονικής 2.να ξεχωρίζει τη χρησιµότητα της κάθε µιας 3.να τις εφαρµόζει αποτελεσµατικά σε ερωτήµατα και ασκήσεις κλειστού τύπου Το λογισµικό στοχεύει στο να επιτυγχάνει τη νοητική µάθηση που περιγράφεται στα επίπεδα ταξινόµησης του Bloom. 3.γ.Έγγραφο προδιαγραφών ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΕΓΓΡΑΦΟ ΠΡΟ ΙΑΓΡΑΦΩΝ ΕΡΓΟΥ (ΕΠΕ) (1) ΧΡΟΝΟΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ιάγραµµα Gannt ιατύπωση Προβλήµατος E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 Ανάλυση Αναγκών Ανάλυση Χρηστών Ανάλυση Τεχνολογίας. Ανάλυση συνθηκών Ανάλυση Εργασιών Ανάλυση Στόχων Τεχνικές προδιαγραφές των µέσων Εκπαιδευτικές προδιαγραφές των µέσων Προ-παραγωγή (storyboard, πρωτότυπο) Έλεγχος καθιερωµένων προτύπων Έλεγχος κειµένου Έλεγχος λειτουργίας Μετά-παραγωγή Αξιολόγηση 23

(2) ΟΜΑ Α ΕΡΓΟΥ ΘΕΣΗ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ιευθυντής Προγράµµατος Παραγωγός Κειµένων Παραγωγός Εικόνων Παραγωγός Ήχου Προγραµµατιστής Πολυµέσων Ειδικός Περιεχοµένου Συγγραφή Κώδικα Υπεύθυνος Συγγραφής Κώδικα ΥΠΕΥΘΥΝΟΣ Σβεντζίδου Αρχοντούλα Σβεντζίδου Αρχοντούλα Σβεντζίδου Αρχοντούλα Σβεντζίδου Αρχοντούλα Σβεντζίδου Αρχοντούλα Σβεντζίδου Αρχοντούλα Σβεντζίδου Αρχοντούλα Σβεντζίδου Αρχοντούλα (3) ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΠΡΟ ΙΑΓΡΑΦΕΣ ΜΕΣΩΝ Είδος Περιεχοµένου ΜΟΡΦΗ ΑΡΧΕΙΟΥ Κείµενο Εικόνα Ήχος Τα κείµενα της εφαρµογής δηµιουργήθηκαν από την Σβεντζίδου Αρχοντούλα, ορισµένα όµως κείµενα πάρθηκαν αυτούσια από το βιβλίο Οργάνωση και Αρχιτεκτονική Υπολογιστών, κεφάλαια 1,2,3,4,5,6,7,9,10,11,12,16,17, Παράρτηµα Α, Παράρτηµα Β.Τα κείµενα αποθηκεύτηκαν ως αρχεία txt και Word doc. Οι εικόνες έχουν παρθεί από το βιβλίο και από το internet µε τη χρήση της µηχανής αναζήτησης Google και δεν χρειάστηκαν κάποια ιδιαίτερη επεξεργασία εκτός από κάποιες αλλαγές στις διαστάσεις. Οι εικόνες επεξεργάστηκαν από τον παραγωγό εικόνων. Οι ήχοι έχουν παρθεί από το φάκελο media των Windows 24

(4) ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΕΣ ΠΡΟ ΙΑΓΡΑΦΕΣ Α (ΠΟΛΥΜΕΣΑ) ΑΡΧΗ ΣΧΕ ΙΑΣΗΣ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΠΟΛΥΜΕΣΩΝ Αρχή Πολυµέσων (Multimedia Principle) Αρχή της Συνεκτικότητας Αρχή της Προσωπικής Επαφής Αρχή του Πλεονασµού ΤΡΟΠΟΣ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗΣ Χρησιµοποιήσαµε κατάλληλα στοιχεία πολυµέσων (π.χ. εικόνες) ώστε να παρουσιάσουµε την πληροφορία µε πολυµέσα και όχι µόνον µε κείµενο. Αυτό είναι εµφανές σε όλες τις ενότητες. Στο λογισµικό παρουσιάζονται µόνο οι ουσιώδεις πληροφορίες που αφορούν το περιεχόµενο. Για παράδειγµα δείτε το 1 ο µέρος. Τα κείµενα είναι γραµµένα σε φιλικό προς το χρήστη στυλ και αποφεύγεται η χρήση επίσηµης γλώσσας. Στα κείµενα αποφεύγεται η ταυτόχρονη αφήγηση και παρουσίαση γραπτού κειµένου που κουράζουν τον αναγνώστη. (5) ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΕΣ ΠΡΟ ΙΑΓΡΑΦΕΣ Β ( Ι ΑΚΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ) ΣΤΑ ΙΑ ΕΚΠΑΙ ΕΥΣΗΣ µε βάση τη Ι ΑΚΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ Προσοχή/ Κινητοποίηση ΤΡΟΠΟΣ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗΣ Ξεκινάµε την εφαρµογή µε έναν ήχο και µία διαδραστική οθόνη για να τραβήξουµε την προσοχή και το ενδιαφέρον του χρήστη. Π.χ. δείτε την έναρξη της εφαρµογής. Ανάκληση Στο τέλος της εφαρµογής προτείνουµε στον εκπαιδευόµενο να απαντήσει σε ερωτήσεις σωστού λάθους και πολλαπλής επιλογής ανακαλώντας κάποιες βασικές γνώσεις που αποκόµισε. Ανάδραση Στην ενότητα αξιολόγηση ανάλογα µε την απάντηση του εκπαιδευόµενου δίνεται η κατάλληλη απόκριση από το σύστηµα µε τόνο φιλικό. 25

(6) ΓΕΝΙΚΟ ΙΑΓΡΑΜΜΑ (Outline) ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η ΕΞΕΛΙΞΗ ΚΑΙ Η ΑΠΟ ΟΣΗ ΤΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ 1 Ο ΜΕΡΟΣ ΚΟΡΥΦΑΙΟ ΕΠΙΠΕ Ο ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΚΑΙ ΙΑΣΥΝ ΕΣΗΣ Η ΕΝ ΙΑΜΕΣΗ ΜΝΗΜΗ 2 Ο ΜΕΡΟΣ Η ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΜΝΗΜΗ Η ΕΞΩΤΕΡΙΚΗ ΜΝΗΜΗ ΕΙΣΟ ΟΣ/ΕΞΟ ΟΣ Ε ΟΜΕΝΩΝ Η ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΤΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ 3 Ο ΜΕΡΟΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΕΣ ΑΡΧΙΚΗ ΟΘΟΝΗ ΚΥΡΙΟ ΜΕΝΟΥ ΤΡΟΠΟΙ ΙΕΥΘΥΝΣΙΟ ΟΤΗΣΗΣ ΟΜΗ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΗΣ CPU 4 Ο ΜΕΡΟΣ Η ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΗΣ ΜΟΝΑ ΑΣ ΕΛΕΓΧΟΥ ΕΛΕΓΧΟΣ ΜΕ ΜΙΚΡΟΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α ΑΛΓΕΒΡΑ BOOLE ΠΥΛΕΣ ΤΟ ΕΚΑ ΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Β ΤΟ ΥΑ ΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΣ ΜΕΤΑΞΥ ΕΚΑ ΙΚΟΥ ΚΑΙ ΥΑ ΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ 1ο ΜΕΡΟΣ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ 2ο ΜΕΡΟΣ 3ο ΜΕΡΟΣ 4ο ΜΕΡΟΣ ΑΝΑ ΡΑΣΗ ΑΠΟ ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ 26

3.δ.Έγγραφο Storyboard ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΕΓΓΡΑΦΟ STORYBOARD Τίτλος : ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑ Ενότητα : 1 ο ΜΕΡΟΣ: ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οπτικά στοιχεία (κείµενα, εικόνες): Η οθόνη έχει άσπρο φόντο και µαύρα ή σκούρα µπλε γράµµατα. Στο κάτω µέρος βρίσκονται τα κουµπιά πλοήγησης σε κίτρινο πλαίσιο, ενώ εσωτερικά βρίσκονται τα κουµπιά πλοήγησης του πρώτου κόµβου του πρώτου µέρους. Στα αριστερά της οθόνης βρίσκεται ένα πάνελ µε τις δύο ενότητες της πρώτης δοµής και µια εικόνα σχετική µε τους χρήστες στους οποίους αναφέρεται. Επάνω αριστερά φαίνεται η ενότητα στην οποία βρισκόµαστε ενώ η υποενότητα που βρισκόµαστε είναι µόνιµα χρωµατισµένη µε απαλό µπλε χρώµα (εδώ ΕΙΣΑΓΩΓΗ). Τοποθετώντας τον κέρσορα σε διάφορα σηµεία (µε µπλε γράµµατα) εµφανίζονται σχετικές εικόνες µε το κείµενο π.χ.(1 Ο ΜΕΡΟΣ ΓΕΝΙΚΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΟΜΗ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΗΣ CPU) (εδώ δεν φαίνεται). Πλοήγηση: Επόµενη: Η ΕΞΕΛΙΞΗ ΚΑΙ Η ΑΠΟ ΟΣΗ ΤΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ Προηγούµενη: --- Άλλη: ΕΠΙΣΤΡΟΦΗ Τύπος: ιαδραστική παρουσίαση της πληροφορίας Ήχοι: Στην συγκεκριµένη παρουσίαση δεν υπάρχουν ηχογραφηµένα µηνύµατα Προγραµµατισµός: Ο κώδικας είναι γραµµένος σε Authorware 6. 5 Απαραίτητα Αρχεία: Γραφικά: Όλες οι εικόνες είναι παρµένες από το διαδίκτυο. Ήχος: Κατά την είσοδο 27

28

3.ε.Έγγραφο αξιολόγησης ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΕΓΓΡΑΦΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ Ηµεροµηνία αξιολόγησης Παρασκευή 3 Νοεµβρίου 2006 ΣΕΝΑΡΙΟ ή ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ ΕΝΕΡΓΕΙΕΣ ΘΕΜΑ που αξιολογήθηκε ιαφάνεια 8 Το σχέδιο δεν ήταν τόσο Προσθήκη Animation παραστατικό. ιαφάνεια 15,18 Λάθος σειρά Αλλαγή σειράς ιαφάνεια 19 Απαραίτητη εικόνα Προσθήκη εικόνας ιαφάνεια 20 Απαραίτητη εικόνα Προσθήκη εικόνας ιαφάνεια 39 Απαραίτητη εικόνα Προσθήκη εικόνας ιαφάνεια 49 Βασικός κύκλος animation Προσθήκη εικόνας, animation ιαφάνεια 52 Απαραίτητο animation Εισαγωγή animation ιαφάνεια 58 Απαραίτητη εικόνα Προσθήκη εικόνας ιαφάνεια 59 Απαραίτητη εικόνα Προσθήκη εικόνας ιαφάνεια 60 Απαραίτητη εικόνα Προσθήκη εικόνας ιαφάνεια 78 Απαραίτητη εικόνα Προσθήκη εικόνας ιαφάνεια 79 Απαραίτητη εικόνα Προσθήκη εικόνας ιαφάνεια 83 Απαραίτητη εικόνα Προσθήκη εικόνας ιαφάνεια 121 Απαραίτητη εικόνα Προσθήκη εικόνας ιαφάνεια 124 Απαραίτητη εικόνα Προσθήκη εικόνας 29

4. Το σύστηµα του υπολογιστή Γενικά Το µέρος αυτό παρέχει µια προεπισκόπηση, όπως και οδηγό για το υπόλοιπο της ύλης της εφαρµογής. Αποτελείται από τα εξής µέρη: -7.α.Εισαγωγή -7.β.Η εξέλιξη και η απόδοση των υπολογιστών 4.α.Εισαγωγή Οργάνωση και Αρχιτεκτονική Κατά την περιγραφή των υπολογιστών, γίνεται συχνά διάκριση µεταξύ της αρχιτεκτονικής υπολογιστών και της οργάνωσης υπολογιστών. Παρόλο που είναι δύσκολο να δοθούν ακριβείς ορισµοί των όρων αυτών, υπάρχει µια σύµβαση όσον αφορά στα γενικότερα θέµατα που καλύπτουν. Η αρχιτεκτονική υπολογιστών αναφέρεται σε εκείνα τα χαρακτηριστικά ενός συστήµατος τα οποία είναι «ορατά» σε έναν προγραµµατιστή ή µα άλλα λόγια, τα χαρακτηριστικά εκείνα τα οποία έχουν άµεσο αντίκτυπο στη λογική εκτέλεση ενός προγράµµατος. Η οργάνωση υπολογιστών αναφέρεται στις λειτουργικές υποµονάδες και τις διασυνδέσεις τους, οι οποίες υλοποιούν τις αρχιτεκτονικές προδιαγραφές. Παραδείγµατα αρχιτεκτονικών χαρακτηριστικών περιλαµβάνουν το σύνολο εντολών, τον αριθµό των bit που χρησιµοποιούνται για την αναπαράσταση διαφόρων τύπων δεδοµένων (π.χ. αριθµούς ή χαρακτήρες), τους µηχανισµούς εισόδου/ εξόδου (Ι/Ο) και τις τεχνικές διευθυνσιοδότησης µνήµης. Τα χαρακτηριστικά οργάνωσης περιλαµβάνουν εκείνες τις λεπτοµέρειες του υλικού µέρους του υπολογιστή οι οποίες είναι «αόρατες» στον προγραµµατιστή, όπως είναι τα σήµατα ελέγχου, οι διασυνδέσεις µεταξύ του υπολογιστή και των περιφερειακών του και η τεχνολογία µνήµης η οποία χρησιµοποιείται. Σε µια κατηγορία υπολογιστών, οι οποίοι ονοµάζονται µικρουπολογιστές, η σχέση µεταξύ αρχιτεκτονικής και οργάνωσης είναι πάρα πολύ στενή. Οι αλλαγές στην τεχνολογία δεν επηρεάζουν µόνο την οργάνωση, αλλά έχουν επίσης και σαν αποτέλεσµα την εισαγωγή πιο περίπλοκων και ισχυρών αρχιτεκτονικών. οµή και λειτουργία Ένα ιεραρχικό σύστηµα είναι ένα σύνολο συσχετιζόµενων υποσυστηµάτων, που το καθένα έχει επίσης ιεραρχική δοµή, έως ότου φθάσουµε σε κάποιο κατώτατο επίπεδο στοιχειώδους υποσυστήµατος. Σε κάθε επίπεδο, ο σχεδιαστής απασχολείται µε τη δοµή και τη λειτουργία: - οµή: Ο τρόπος µε τον οποίο διασυνδέονται οι υποµονάδες -Λειτουργία: Η λειτουργία κάθε µεµονωµένης υποµονάδας ως µέρος της δοµής 30

Οι βασικές λειτουργίες ενός υπολογιστή είναι τέσσερις: -Επεξεργασία δεδοµένων -Αποθήκευση δεδοµένων -Μετακίνηση δεδοµένων -Έλεγχος Μια λειτουργική άποψη του υπολογιστή 31

-Επεξεργασία δεδοµένων -Αποθήκευση δεδοµένων -Μετακίνηση δεδοµένων -Έλεγχος 32

ALU Υπάρχουν τέσσερα κύρια δοµικά στοιχεία: -Κεντρική µονάδα επεξεργασίας (Central Processing Unit): Ελέγχει τη λειτουργία του υπολογιστή και εκτελεί τις λειτουργίες επεξεργασίας δεδοµένων. Συχνά αναφέρεται απλά ως επεξεργαστής. -Κύρια µνήµη (Main memory): Αποθηκεύει δεδοµένα. -Είσοδος/Έξοδος (Ι/Ο) : Μετακινεί δεδοµένα µεταξύ του υπολογιστή και εξωτερικού περιβάλλοντος. - ιασύνδεση του συστήµατος: Μηχανισµός ο οποίος παρέχει επικοινωνία µεταξύ της CPU, της κύριας µνήµης και της εισόδου/ εξόδου. 33

34

4.β.Η εξέλιξη και η απόδοση των υπολογιστών Σύντοµη ιστορία των υπολογιστών Η πρώτη Γενιά : Λυχνίες κενού ENIAC: Ο υπολογιστής ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer), που σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε υπό την εποπτεία των John Mauchly και John Presper Eckert στο πανεπιστήµιο της Pensylvania ήταν ο πρώτος ηλεκτρονικός ψηφιακός υπολογιστής γενικής χρήσης στον κόσµο. Ο σκοπός που κατασκευάστηκε ήταν για να καλύψει τις ανάγκες του στρατού των Ηνωµένων Πολιτειών. Η µηχανή ήταν τεράστια, ζύγιζε 30 τόνους, κατελάµβανε επιφάνεια 1500 τετρ. πόδων και περιείχε περισσότερες από 18.000 λυχνίες κενού. Όταν λειτουργούσε, κατανάλωνε 140 kw ηλεκτρικής ισχύος και µπορούσε να εκτελέσει 5000 προσθέσεις ανά δευτερόλεπτο. Χρησιµοποιούσε το δεκαδικό αντί του δυαδικού συστήµατος αρίθµησης. Η µνήµη του διέθετε 20 συσσωρευτές, καθένας από τους οποίους µπορούσε να αποθηκεύσει ένα δεκαψήφιο δεκαδικό αριθµό. Το κύριο µειονέκτηµα του ENIAC ήταν ότι έπρεπε να προγραµµατίζεται µε το χέρι, ανοίγοντας και κλείνοντας διακόπτες ή µετακινώντας συνδετικά καλώδια. 35

IAS: Κατασκευάστηκε από τον Von Neumann και τους συνεργάτες του το 1952 περίπου και είναι το πρωτότυπο όλων των επόµενων υπολογιστών γενικής χρήσης. 36

Η εύτερη γενιά: τα transistor Η πρώτη κύρια αλλαγή στον ηλεκτρονικό υπολογιστή ήρθε µε την αντικατάσταση της λυχνίας κενού από το transistor. Το transistor είναι µικρότερο, φθηνότερο και εκλύει λιγότερη θερµότητα κατά τη λειτουργία του σε σχέση µε µια λυχνία κενού, αλλά µπορεί να χρησιµοποιηθεί µε τον ίδιο τρόπο για την κατασκευή υπολογιστών. Σε αντίθεση µε τη λυχνία κενού, που απαιτεί συρµάτινους αγωγούς, µεταλλικά φύλλα, µια θήκη από γυαλί και την δηµιουργία κενού, το transistor είναι ένα εξάρτηµα στερεάς κατάστασης, που κατασκευάζεται από πυρίτιο. Η δεύτερη γενιά χρησιµοποιούσε πιο περίπλοκες αριθµητικές και λογικές µονάδες και µονάδες ελέγχου, γλώσσες προγραµµατισµού υψηλού επιπέδου και την παροχή λογισµικού του συστήµατος µαζί µε τον υπολογιστή. Η Τρίτη γενιά: Ολοκληρωµένα κυκλώµατα Ένα µοναδικό transistor ονοµάζεται διακριτό εξάρτηµα (discrete component). Τα διακριτά εξαρτήµατα κατασκευάζονταν ξεχωριστά, είχαν δικές τους θήκες (συσκευασία) και συγκολλούνταν ή συνδέονταν µεταξύ τους πάνω σε πλακέτες από βακελίτη, οι οποίες κατόπιν τοποθετούνταν στους υπολογιστές, τους παλµογράφους και σε άλλων ειδών ηλεκτρονικό εξοπλισµό. Το 1958 έφθασε το επίτευγµα το οποίο έφερε επανάσταση στην ηλεκτρονική και την αυγή της εποχής της µικροηλεκτρονικής: η εφεύρεση του ολοκληρωµένου κυκλώµατος. Είναι ακριβώς το ολοκληρωµένο κύκλωµα το οποίο καθορίζει την τρίτη γενιά των υπολογιστών. 37

Νόµος του Moore Ο Moore παρατήρησε ότι ο αριθµός των transistor τα οποία µπορούσαν να τοποθετηθούν σε ένα chip διπλασιαζόταν κάθε χρόνο και προέβλεψε σωστά ότι αυτό το φαινόµενο θα συνεχιζόταν στο κοντινό µέλλον. Το 1970, ο ρυθµός επιβραδύνθηκε στους 18 µήνες, αλλά παραµένει σταθερός από τότε. Οι συνέπειες του νόµου του Moore είναι σηµαντικές: 1.Το κόστος ενός chip παρέµεινε ουσιαστικά αµετάβλητο κατά την περίοδο της ταχείας αύξησης της πυκνότητας, πράγµα που σηµαίνει ότι το κόστος των κυκλωµάτων λογικής και µνήµης ενός υπολογιστή έπεσε µε δραµατικό ρυθµό. 2.Επειδή τα στοιχεία λογικής και µνήµης τοποθετούνται πιο κοντά σε πιο µεγάλης πυκνότητας chip, το µήκος της διαδροµής ενός ηλεκτρικού σήµατος µικραίνει, µε αποτέλεσµα την αύξηση της ταχύτητας λειτουργίας. 3.Ο υπολογιστής γίνεται µικρότερος, µε αποτέλεσµα να είναι πιο εύκολη η τοποθέτηση του σε διάφορα περιβάλλοντα. 4.Υπάρχει σηµαντική µείωση στις απαιτήσεις ισχύος και ψύξης. 5.Οι διασυνδέσεις στο ολοκληρωµένο κύκλωµα είναι πολύ πιο αξιόπιστες σε σχέση µε τις κολλήσεις µε µαλακή κόλληση. Με περισσότερα κυκλώµατα σε κάθε chip, υπάρχουν λιγότερες (εξωτερικές) συνδέσεις µεταξύ των chip. 38

Το Σύστηµα του υπολογιστή Ένα σύστηµα υπολογιστή αποτελείται από ένα επεξεργαστή, µνήµη και µονάδες εισόδου/ εξόδου (Ι/Ο), συν τις διασυνδέσεις µεταξύ αυτών των κύριων υποµονάδων. Με την εξαίρεση του επεξεργαστή, ο οποίος είναι πολύπλοκος και εξετάζεται στο τρίτο µέρος, το δεύτερο µέρος εξετάζει κάθε µια από τις υποµονάδες αυτές µε τη σειρά. Αποτελείται από τα εξής µέρη: -Μια άποψη του κορυφαίου επιπέδου λειτουργίας και διασύνδεσης του υπολογιστή -Η ενδιάµεση µνήµη (cache) -Η εσωτερική µνήµη -Η εξωτερική µνήµη -Είσοδος/ έξοδος 4.γ.Μια άποψη του κορυφαίου επιπέδου λειτουργίας και διασύνδεσης του υπολογιστή Οι υποµονάδες του υπολογιστή Η αρχιτεκτονική Von Neumann βασίζεται σε τρεις θεµελιώδεις αρχές: -Τα δεδοµένα και οι εντολές αποθηκεύονται σε µια µοναδική µνήµη εγγραφήςανάγνωσης. -Τα περιεχόµενα της µνήµης αυτής µπορούν να διευθυνσιοδοτηθούν κατά θέση, χωρίς να µας ενδιαφέρει ο τύπος των δεδοµένων που περιέχεται εκεί. -Η εκτέλεση εντολών γίνεται µε ακολουθιακό τρόπο από τη µια εντολή στην επόµενη. Αρχιτεκτονική Von Neumann 39

Η λειτουργία του υπολογιστή Η βασική λειτουργία ενός υπολογιστή είναι η εκτέλεση ενός προγράµµατος, το οποίο αποτελείται από ένα σύνολο εντολών που αποθηκεύονται στη µνήµη. Ο επεξεργαστής αναλαµβάνει την εκτέλεση του προγράµµατος, εκτελώντας τις εντολές που καθορίζονται στο πρόγραµµα. Στην πιο απλή της µορφή, η επεξεργασία εντολών αποτελείται από δύο βήµατα: ο επεξεργαστής διαβάζει (προσκοµίζει) εντολές από τη µνήµη, µία κάθε φορά, και εκτελεί κάθε εντολή. Η εκτέλεση του προγράµµατος αποτελείται από την επανάληψη της διαδικασίας προσκόµισης και εκτέλεσης της εντολής. Η επεξεργασία που απαιτείται για µια εντολή ονοµάζεται κύκλος εντολής. Τα δύο βήµατα αναφέρονται ως κύκλος προσκόµισης και κύκλος εκτέλεσης. Κύκλος προσκόµισης Κύκλος εκτέλεσης ΑΡΧΗ Προσκόµιση της επόµενης εντολής Εκτέλεση της εντολής ΤΕΛΟΣ Σε ένα τυπικό επεξεργαστή, ένας καταχωρητής ο οποίος ονοµάζεται απαριθµητής προγράµµατος (program counter, PC) περιέχει τη διεύθυνση της εντολής που πρόκειται να προσκοµιστεί αµέσως µετά. Η εντολή που προσκοµίστηκε αποθηκεύεται σε ένα καταχωρητή στον επεξεργαστή, ο οποίος ονοµάζεται καταχωρητής εντολής (Instruction Register, IR). Ο επεξεργαστής ερµηνεύει την εντολή και κάνει την απαιτούµενη ενέργεια. Γενικά, οι ενέργειες αυτές ανήκουν σε µια από τις παρακάτω κατηγορίες: -Επεξεργαστής-µνήµη: Τα δεδοµένα µπορεί να µεταφερθούν από τον επεξεργαστή στη µνήµη ή από την µνήµη στον επεξεργαστή. -Επεξεργαστής- Ι/Ο: Τα δεδοµένα µπορεί να µεταφερθούν από ή προς µια περιφερειακή συσκευή µε µεταφορά µεταξύ του επεξεργαστή και της υποµονάδας Ι/Ο. -Επεξεργασία δεδοµένων: Ο επεξεργαστής µπορεί να εκτελέσει κάποια αριθµητική ή λογική πράξη µε τα δεδοµένα. -Έλεγχος: Μια εντολή µπορεί να καθορίζει ότι πρέπει να µεταβληθεί η ακολουθία εκτέλεσης εντολών. 40

ιάγραµµα καταστάσεως κύκλου εντολής 2 5 7 1 3 4 6 4 1.Υπολογισµός της διεύθυνσης εντολής (instruction address calculation, iac): Καθορίζει τη διεύθυνση της επόµενης εντολής που πρόκειται να εκτελεστεί. 2.Προσκόµιση εντολής (instruction fetch, if): ιαβάζει την εντολή από τη θέση µνήµης στην οποία βρίσκεται και την αποθηκεύει προσωρινά στον επεξεργαστή. 3.Αποκωδικοποίηση της πράξης της εντολής (instruction operating decoding,iod): Αναλύει την εντολή για να καθοριστεί ο τύπος της πράξης που θα γίνει και ο τελεστής που θα χρησιµοποιηθεί. 4.Υπολογισµός της διεύθυνσης του τελεστή (operand address calculation, oac): Αν η πράξη περιλαµβάνει αναφορά σε ένα τελεστή στη µνήµη ή διαθέσιµου µέσω Ι/Ο, τότε καθορίζεται η διεύθυνση του τελεστή. 5.Προσκόµιση τελεστή (operand fetch,of): Προσκόµισε τον τελεστή από τη µνήµη ή διάβασε τον από κάποια συσκευή Ι/Ο. 6.Πράξη µε δεδοµένα (data operation, do): Εκτέλεσε την πράξη που υποδεικνύεται από την εντολή. 7.Αποθήκευση τελεστή (operand store, os): Γράψε το αποτέλεσµα στη µνήµη ή σε κάποια συσκευή Ι/Ο. Το πρόγραµµα Ι/Ο αποτελείται από τρία βήµατα: -Μια ακολουθία εντολών, οι οποίες προετοιµάζουν για την πραγµατική λειτουργία Ι/Ο. -Η πραγµατική εντολή Ι/Ο. -Μια ακολουθία εντολών, µε την οποία ολοκληρώνεται η λειτουργία. 41

Οι δοµές διασύνδεσης Το σύνολο οδών διασύνδεσης που διασυνδέει τις διάφορες υποµονάδες µεταξύ τους ονοµάζεται δοµή διασύνδεσης. Κύριες µορφές εισόδου και εξόδου για κάθε τύπο υποµονάδας: -Μνήµη -Υποµονάδα Ι/Ο -Επεξεργαστής Η δοµή διασύνδεσης πρέπει να υποστηρίζει τους ακόλουθους τύπους µεταφορών δεδοµένων: -Από τη µνήµη στον επεξεργαστή: ο επεξεργαστής διαβάζει µια εντολή ή µια µονάδα δεδοµένων από τη µνήµη. -Από τον επεξεργαστή στη µνήµη: ο επεξεργαστής εγγράφει µια µονάδα δεδοµένων στη µνήµη. -Από την Ι/Ο στον επεξεργαστή: ο επεξεργαστής διαβάζει δεδοµένα από µια συσκευή Ι/Ο µέσω µιας υποµονάδας Ι/Ο. -Από τον επεξεργαστή προς Ι/Ο: ο επεξεργαστής στέλνει δεδοµένα στη συσκευή Ι/Ο. -Από Ι/Ο προς ή από τη µνήµη: για αυτές τις δύο περιπτώσεις, µια υποµονάδα Ι/Ο µπορεί να ανταλλάξει δεδοµένα απευθείας µε τη µνήµη, χωρίς να παρεµβαίνει ο επεξεργαστής, χρησιµοποιώντας άµεση πρόσβαση στη µνήµη (DMA). Η διασύνδεση µέσω διαύλου Ένας δίαυλος (bus, αρτηρία) είναι ένας διάδροµος επικοινωνίας ο οποίος συνδέει δυο ή περισσότερες συσκευές. Ένα βασικό χαρακτηριστικό του διαύλου είναι ότι είναι ένα κοινό µέσο µετάδοσης, το οποίο µοιράζονται διάφορες συσκευές. 42

Η δοµή του διαύλου Ένας δίαυλος συστήµατος αποτελείται, τυπικά, από περίπου 50 έως και εκατοντάδες ξεχωριστές γραµµές. Σε κάθε γραµµή εκχωρείται µια συγκεκριµένη σηµασία ή λειτουργία. Παρόλο που υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί σχεδιασµοί διαύλου, σε οποιοδήποτε δίαυλο οι γραµµές µπορούν να ταξινοµηθούν σε τρεις λειτουργικές οµάδες: γραµµές δεδοµένων, διευθύνσεων και ελέγχου. Επιπρόσθετα, µπορεί να υπάρχουν γραµµές διανοµής ισχύος οι οποίες τροφοδοτούν µε ισχύ τις συνδεδεµένες στο δίαυλο υποµονάδες. Οι τυπικές γραµµές ελέγχου περιλαµβάνουν τις εξής λειτουργίες: -Εγγραφή στη µνήµη: Προκαλεί την εγγραφή των δεδοµένων από το δίαυλο στη διευθυνσιοδοτούµενη θέση µνήµης. -Ανάγνωση από τη µνήµη: Προκαλεί την εµφάνιση των δεδοµένων από τη διευθυνσιοδοτούµενη θέση στο δίαυλο. -Εγγραφή Ι/Ο: Προκαλεί τη έξοδο δεδοµένων από το δίαυλο προς τη διευθυνσιοδοτούµενη θύρα Ι/Ο. -Ανάγνωση Ι/Ο: Προκαλεί την µεταφορά δεδοµένων από τη διευθυνσιοδοτούµενη θύρα Ι/Ο στο δίαυλο. -Αναγνώριση µεταφοράς: Υποδεικνύει ότι τα δεδοµένα έγιναν αποδεκτά από το δίαυλο ή ότι εµφανίστηκαν στο δίαυλο. -Αίτηση διαύλου: Υποδεικνύει ότι µια υποµονάδα επιθυµεί να αποκτήσει τον έλεγχο του διαύλου. -Εκχώρηση διαύλου: Υποδεικνύει ότι µια υποµονάδα που είχε κάνει αίτηση χρήσης του διαύλου αποκτά τον έλεγχο του διαύλου. -Αίτηση διακοπής: Υποδεικνύει ότι εκκρεµεί µια διακοπή. -Αναγνώριση διακοπής: Υποδεικνύει ότι έχει αναγνωριστεί η διακοπή σε εκκρεµότητα. -Ρολόι: Χρησιµοποιείται για το συγχρονισµό των λειτουργιών. -Επαναφορά (reset): Επαναφέρει όλες τις υποµονάδες στις αρχικές συνθήκες λειτουργίας τους. Τύποι διαύλων Οι γραµµές διαύλων µπορούν να διακριθούν σε δύο γενικούς τύπους: τις αφοσιωµένες και τις πολυπλεγµένες. Μια αφοσιωµένη γραµµή διαύλου είναι µόνιµα εκχωρηµένη είτε σε µια λειτουργία είτε σε ένα φυσικό υποσύνολο υποµονάδων του υπολογιστή. Το πλεονέκτηµα της πολύπλεξης χρόνου είναι η χρήση λιγότερων γραµµών, γεγονός που έχει σαν συνέπεια οικονοµία χώρου και κόστους. Το µειονέκτηµα είναι ότι απαιτούνται πιο πολύπλοκα κυκλώµατα σε κάθε υποµανάδα. 43

Η µέθοδος διαιτησίας Οι διάφορες µέθοδοι µπορούν να ταξινοµηθούν αδρά ως είτε κεντρικές, είτε κατανεµηµένες. Σε µια διάταξη µε κεντρική διαιτησία, µια συσκευή που ονοµάζεται ελεγκτής διαύλου (bus controller ή arbiter) είναι υπεύθυνη για την εκχώρηση χρόνου ελέγχου του διαύλου στις υποµονάδες. Στην κατανεµηµένη διευθέτηση, δεν υπάρχει κεντρικός ελεγκτής. Αντίθετα, κάθε υποµονάδα περιέχει λογικά κυκλώµατα ελέγχου πρόσβασης και οι υποµονάδες ενεργούν µαζί για να µοιράζονται τον δίαυλο. Χρονισµός Ο χρονισµός αναφέρεται στον τρόπο µε τον οποίο συντονίζονται τα γεγονότα επί του διαύλου. Οι δίαυλοι χρησιµοποιούν είτε ασύγχρονο είτε σύγχρονο χρονισµό. Εύρος του διαύλου Το εύρος του διαύλου δεδοµένων έχει επίδραση στην απόδοση του συστήµατος: Όσο πιο µεγάλο είναι το εύρος του διαύλου δεδοµένων, τόσο µεγαλύτερος είναι ο αριθµός των bit που µεταφέρονται κάθε φορά. Το εύρος του διαύλου διευθύνσεων έχει επίδραση στην χωρητικότητα µνήµης του συστήµατος: Όσο µεγαλύτερο το εύρος του διαύλου διευθύνσεων, τόσο µεγαλύτερος ο αριθµός των θέσεων µνήµης που µπορεί να απευθυνθεί ο επεξεργαστής. PCI Ο δίαυλος PCI (Peripheral Component Interconnect) είναι ένας δηµοφιλής, µεγάλου εύρους ζώνης, ανεξάρτητος από επεξεργαστή δίαυλος ο οποίος µπορεί να λειτουργήσει ως ηµιόροφος ή δίαυλος περιφερειακών. Αποδίδει καλύτερα για συστήµατα Ι/Ο µεγάλης ταχύτητας. Ο δίαυλος PCI είναι ειδικά σχεδιασµένος για την οικονοµική ικανοποίηση των απαιτήσεων Ι/Ο των σύγχρονων συστηµάτων, αφού απαιτεί πολύ λίγα chip για την υλοποίηση του και υποστηρίζει άλλους διαύλους που συνδέονται σ αυτόν. 44

Η δοµή του διαύλου PCI -Ακροδέκτες (pins) του συστήµατος -Ακροδέκτες διευθύνσεων και δεδοµένων -Ακροδέκτες ελέγχου ενδιάµεσων κυκλωµάτων -Ακροδέκτες διαιτησίας -Ακροδέκτες αναφοράς σφάλµατος -Ακροδέκτες διακοπής -Ακροδέκτες υποστήριξης ενδιάµεσης µνήµης -Ακροδέκτες επέκτασης σε δίαυλο 64 bit -Ακροδέκτες JTAG/σάρωσης ορίου Οι εντολές του διαύλου PCI -Αναγνώριση διακοπής -Ειδικός κύκλος -Ανάγνωση Ι/Ο -Εγγραφή Ι/Ο -Ανάγνωση µνήµης -Γραµµή ανάγνωσης µνήµης -Πολλαπλή ανάγνωση µνήµης -Εγγραφή µνήµης -Εγγραφή µνήµης και ακύρωση -Ανάγνωση διαµόρφωσης -Εγγραφή ιαµόρφωσης - ιπλός κύκλος διευθυνσιοδότησης 45

4.δ.Η ενδιάµεση µνήµη (cache) Γενική περιγραφή των συστηµάτων µνήµης του υπολογιστή Η µνήµη των υπολογιστών παρουσιάζει ίσως τη µεγαλύτερη ποικιλία σε τύπους, τεχνολογία, οργάνωση, απόδοση και κόστος από οποιοδήποτε άλλο τµήµα ενός συστήµατος υπολογιστή. Η µνήµη είναι εξωτερική ή εσωτερική του υπολογιστή. Η ενδιάµεση ή «κρυφή» µνήµη (cache memory) είναι µια άλλη µορφή εσωτερικής µνήµης. Η εξωτερική µνήµη αποτελείται από περιφερειακές συσκευές αποθήκευσης, όπως είναι οι δίσκοι και η ταινία, οι οποίες είναι προσπελάσιµες από τον επεξεργαστή µέσω ελεγκτών Ι/Ο. Τρεις έννοιες σχετικές µε την εσωτερική µνήµη είναι οι: -Λέξη: Η «φυσική» µονάδα οργάνωσης της µνήµης. Το µέγεθος της λέξης είναι τυπικά ίσο µε τον αριθµό των bit τα οποία χρησιµοποιούνται για να αναπαραστήσουν ένα αριθµό και µε το µήκος της εντολής. - ιευθυνσιοδοτούµενες µονάδες: Σε µερικά συστήµατα, η διευθυνσιοδοτούµενη µονάδα είναι η λέξη. Όµως, πολλά συστήµατα επιτρέπουν τη διευθυνσιοδότηση στο επίπεδο των byte. -Μονάδα µεταφοράς πληροφορίας: Για την κύρια µνήµη, αυτός είναι ο αριθµός των bit που διαβάζονται ή εγγράφονται στη µνήµη κάθε φορά. 46

Οι µέθοδοι προσπέλασης των µονάδων δεδοµένων είναι: -Ακολουθιακή πρόσβαση -Απευθείας προσπέλαση -Τυχαία προσπέλαση -Συσχετιστική 47

Ακολουθιακή πρόσβαση Η µνήµη οργανώνεται σε µονάδες δεδοµένων, που αποκαλούνται εγγραφές (records). Η προσπέλαση πρέπει να γίνεται µε συγκεκριµένη γραµµική ακολουθία. Η αποθηκευµένη πληροφορία διευθυνσιοδότησης χρησιµοποιείται για να ξεχωρίσουν οι εγγραφές και να υποβοηθηθεί η διαδικασία ανάκτησης των δεδοµένων. Χρησιµοποιείται ένας κοινός µηχανισµός ανάγνωσης/ εγγραφής και αυτός πρέπει να µετακινηθεί από την τρέχουσα θέση στην επιθυµητή θέση, περνώντας και απορρίπτοντας κάθε ενδιάµεση εγγραφή. Απευθείας προσπέλαση Όπως και µε την ακολουθιακή προσπέλαση, η απευθείας προσπέλαση χρησιµοποιεί ένα κοινό µηχανισµό ανάγνωσης/ εγγραφής. Όµως, τα µεµονωµένα τµήµατα ή εγγραφές έχουν µια µοναδική διεύθυνση µε βάση τη φυσική τους θέση. Η προσπέλαση γίνεται µε άµεση προσπέλαση σε κάποιο κοντινό σηµείο και µετά ακολουθιακή έρευνα, µέτρηση ή αναµονή για να προσπελαστεί η τελική θέση µνήµης. Και πάλι ο χρόνος προσπέλασης είναι µεταβλητός. Τυχαία προσπέλαση Κάθε διευθυνσιοδοτούµενη θέση στη µνήµη έχει ένα µοναδικό φυσικό κυκλωµατικό µηχανισµό διευθυνσιοδότησης. Ο χρόνος για την προσπέλαση µιας δεδοµένης θέσης είναι ανεξάρτητος από την ακολουθία των προηγούµενων προσπελάσεων στη µνήµη και είναι σταθερός. Έτσι, οποιαδήποτε θέση µνήµης µπορεί να επιλεγεί µε τυχαία σειρά και να διευθυνσιοδοτηθεί και να προσπελαστεί άµεσα. 48

Συσχετιστική Αυτός είναι ένας τύπος µνήµης τυχαίας προσπέλασης που µας επιτρέπει να κάνουµε µια σύγκριση των επιθυµητών θέσεων bit µέσα σε µια λέξη για να εντοπίσουµε ένα συγκεκριµένο «ταίριασµα», ενώ µπορούµε να το κάνουµε αυτό για όλες τις λέξεις ταυτόχρονα. Έτσι µια λέξη ανακτάται µε βάση ένα µέρος των περιεχοµένων της, αντί µέσω διευθυνσιοδότησης. Από την πλευρά του χρήστη, τα δυο πιο σηµαντικά χαρακτηριστικά της µνήµης είναι η χωρητικότητα και η απόδοση. Χρησιµοποιούνται τρεις παράµετροι απόδοσης: -Χρόνος προσπέλασης (λανθάνουσα περίοδος) -Χρόνος κύκλου µνήµης -Ταχύτητα µεταφοράς (πληροφορίας) 49

Ιεραρχία της µνήµης Καθώς κατεβαίνουµε την ιεραρχία, συµβαίνουν τα εξής: 1.Το κόστος ανά bit µειώνεται 2.Η χωρητικότητα µεγαλώνει 3.Ο χρόνος προσπέλασης µεγαλώνει 4.Η συχνότητα προσπέλασης της µνήµης από τον επεξεργαστή µειώνεται Μνήµη cache Η κύρια µνήµη επεκτείνεται συνήθως µε την προσθήκη µιας µικρότερης, ταχύτερης ενδιάµεσης µνήµης (cache). Η ενδιάµεση αυτή µνήµη συνήθως δεν είναι «ορατή» στον προγραµµατιστή, ή ακόµη και στον επεξεργαστή. Είναι µια συσκευή για την ρύθµιση της κίνησης των δεδοµένων µεταξύ την κύριας µνήµης και των καταχωρητών του επεξεργαστή, για τη βελτίωση της απόδοσης. Υπάρχει µια σχετικά µεγάλη και αργή µνήµη µαζί µε µια µικρότερη, ταχύτερη ενδιάµεση µνήµη (cache). Η µνήµη cache περιέχει αντίγραφο τµηµάτων της κύριας µνήµης. Όταν ο επεξεργαστής επιχειρεί να διαβάσει µια λέξη από τη µνήµη, γίνεται έλεγχος για να διαπιστωθεί αν η λέξη αυτή βρίσκεται στην cache. Αν είναι έτσι, η λέξη στέλνεται στον επεξεργαστή. Αν όχι, ένα τµήµα κύριας µνήµης, που αποτελείται από κάποιο σταθερό αριθµό λέξεων µεταφέρεται στην cache και µετά η λέξη στέλνεται στον επεξεργαστή. Λόγω του φαινοµένου της τοπικότητας αναζήτησης, όταν ένα τµήµα δεδοµένων προσκοµίζεται στην cache για να ικανοποιήσει µια και µοναδική αναζήτηση στη µνήµη, είναι πιθανό ότι θα υπάρξουν και άλλες µελλοντικές αναζητήσεις σε εκείνη την ίδια θέση µνήµης ή σε άλλες λέξεις στο τµήµα. 50