Μία από τις εκφράσεις που φοβίζουν περισσότερο στη σύγχρονη εποχή είναι: «Ο υπολογιστής είναι εκτός λειτουργίας» Norman Ralph Augustine (1935 - ) Αμερικανός συγγραφέας 2.Βασικές Έννοιες Πληροφορικής 1. Ηλεκτρονικός Υπολογιστής Ο Ηλεκτρονικός Υπολογιστής είναι οποιαδήποτε συσκευή μεγάλη ή μικρή που επεξεργάζεται δεδομένα και εκτελεί την εργασία του σύμφωνα με τα παρακάτω βήματα: Είσοδος που είναι η αποδοχή εισαγωγής στοιχείων (δεδομένων). Επεξεργασία δεδομένων που γίνεται σύμφωνα με προκαθορισμένους κανόνες. Έξοδος που είναι η παραγωγή αποτελεσμάτων (πληροφορίες). - 1 -
2. Δεδομένα (data) Τα δεδομένα αποτελούν τα ακατέργαστα τυποποιημένα στοιχεία, που τα επεξεργάζεται ο άνθρωπος είτε ειδικές μονάδες (π.χ. ψηφιακές) και τα αποτελέσματα αυτής της επεξεργασίας συμβάλλουν στη λήψη σωστών αποφάσεων. Τα δεδομένα έχουν μορφή συμβόλων (άλλοτε είναι κωδικοποιημένα και άλλοτε όχι) και αντιπροσωπεύουν συγκεκριμένες έννοιες ή στοιχεία. Η επεξεργασία των δεδομένων (data processing) αφορά: τη συλλογή, την ταξινόμηση, την καταχώρηση, τη μεταβολή, την αποθήκευση, την αναζήτηση και την ανάκτηση των δεδομένων και η επεξεργασία αυτή εκτελείται με ή χωρίς τη βοήθεια του ηλεκτρονικού υπολογιστή για την παραγωγή πληροφοριών. 3. Πληροφορία και Πληροφορική Πληροφορία (Information) είναι η ερμηνεία των αποτελεσμάτων που μας δίνει η επεξεργασία των δεδομένων. Η έγκαιρη και αξιόπιστη πληροφορία αποτελεί απαραίτητο στοιχείο για τη λήψη των σωστών επιλογών ή αποφάσεων. Πληροφορική (IST-Information Science & Technology) είναι η επιστήμη και η τεχνολογία που έχει σαν αντικείμενο την έρευνα, συλλογή, αποθήκευση, επεξεργασία, παραγωγή και μετάδοση των πληροφοριών, χρησιμοποιώντας ως κύριο εργαλείο-μέσο τον ηλεκτρονικό υπολογιστή. 4. Μέτρηση όγκου δεδομένων και πληροφοριών Ο ηλεκτρονικός υπολογιστής βασίζεται σε Ψηφιακά Ηλεκτρονικά Κυκλώματα τα οποία αποτελούνται από τρανζίστορ που λειτουργούν ως διακόπτες και εμφανίζουν τις 2 παρακάτω καταστάσεις: Ή ON (ανοικτός) 1 και OFF (κλειστός) 0 0 : χαμηλή τάση ή συγκεκριμένη φορά ρεύματος ή ανοικτό κύκλωμα 1 : υψηλή τάση ή η άλλη φορά του ρεύματος ή κλειστό κύκλωμα - 2 -
Το τρανζίστορ είναι μια ηλεκτρονική μικρή διάταξη που αποτελείται από ημιαγωγούς κρυστάλλους, περιβάλλεται από μία προστατευτική θήκη (κάλυμμα), έχει τρεις επαφές (ακροδέκτες) και χρησιμοποιείται σαν διακόπτης ή ενισχυτής. Τα τρανζίστορ ενός ηλεκτρονικού υπολογιστή μπορούν να αλλάζουν κατάσταση πάρα πολλές φορές μέσα σε ένα δευτερόλεπτο (εκατομμύρια φορές/δευτερόλεπτο). Τρανζίστορ Σύμφωνα με τη τεχνολογία ένα ψηφίο (bit) παρίσταται με την αντίστοιχη κατάσταση ενός σημείου σε ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα δηλαδή με [0] ή [1]. Συνεπώς, τα δεδομένα στον ηλεκτρονικό υπολογιστή μετατρέπονται σε ένα σύνολο [0] και [1] δηλαδή σε μία σειριακή ακολουθία δυαδικής παράστασης και όλες οι διεργασίες που γίνονται σε αυτόν βασίζονται στη διαχείριση αυτών των [0] και [1]. Στους περισσότερους υπολογιστές, ένα τρανζίστορ που κλείνει (η τάση εξόδου είναι μηδέν) αντιπροσωπεύει το δυαδικό αριθμό 0 και ένα τρανζίστορ που ανοίγει (η τάση εξόδου είναι 5 βολτ) αντιπροσωπεύει το δυαδικό αριθμό 1. Ο χρήστης δεν αντιλαμβάνεται ότι τα στοιχεία που εισάγει μετατρέπονται σε ένα σύνολο [0] και [1] διότι όλες οι εργασίες του όπως εισαγωγή γραμμάτων, λέξεων ή αριθμών γίνονται σύμφωνα με την φυσική του γλώσσα και το δεκαδικό σύστημα αριθμών που χρησιμοποιεί. Με το Byte μετράται ο όγκος των πληροφοριών όπου 1 byte = 8 bits ή 8 bits = 1 byte. Ο ηλεκτρονικός υπολογιστής λόγω της κατασκευής του μπορεί να επεξεργαστεί αριθμούς με συγκεκριμένο αριθμό bits που ανταποκρίνονται στις δυνάμεις που υψώνεται ο - 3 -
αριθμός 2 π.χ. [8(2 3 ), 16(2 4 ), 32(2 5 ), ]. Το δυαδικό σύστημα αρίθμησης είναι ένα σύστημα αρίθμησης που χρησιμοποιεί μόνο δύο ψηφία τα οποία είναι [0] και [1] δηλαδή λειτουργεί όπως το δεκαδικό σύστημα αλλά με δύο σύμβολα και όχι με δέκα. Ένας δυαδικός αριθμός με n bits όπου n 1 μπορεί να είναι ένα σύνολο 2 n διαφορετικών συμβόλων, κάθε bit μπορεί να πάρει 2 διαφορετικές τιμές (0 ή 1), κάθε byte που αποτελείται από 8 bits μπορεί πάρει 2^8 = 256 διαφορετικές τιμές. Επομένως αριθμοί μεγαλύτεροι του 256 απαιτούν περισσότερα από ένα byte για να περιγραφούν δυαδικά. Η ποσότητα πληροφορίας του ενός byte είναι πολύ μικρή και συνεπώς συχνά χρησιμοποιούνται κάποια πολλαπλάσια της ποσότητας αυτής. Οι μονάδες που χρησιμοποιούνται είναι: 1 KB (Kilo Byte) είναι 2^10 = 1024 bytes 1 MB (Mega Byte) είναι 2^20 = 1024 KB 1 GB (Giga Byte) είναι 2^30 = 1024 MB 1 TB (Tera Byte) είναι 2^40 = 1024 GB 1 PB (Peta Byte) είναι 2^50 = 1024 TB 1 EB (Exa Byte) είναι 2^60 = 1024 PB 1 ZB (Zetta Byte) είναι 2^70 = 1024 EB 1 YB (Yotta Byte) είναι 2^80 = 1024 ZB Η δυαδική λογική είναι η λογική η οποία ταιριάζει με την τεχνολογία των τρανζίστορ. Στηρίζεται στην άλγεβρα Boole που είναι τα μαθηματικά της λογικής και η οποία αναπτύχθηκε από τον Εγγλέζο μαθηματικό George Boole στα μέσα του 19ου αιώνα. Η άλγεβρα Boole ονομάζεται και δυαδική άλγεβρα, ή διακοπτική άλγεβρα και έχει μεγάλη εφαρμογή στη σχεδίαση λογισμικού και κυκλωμάτων των ηλεκτρονικών υπολογιστών, επειδή χειρίζεται λογικές συναρτήσεις και πράξεις δυαδικών καταστάσεων (δυαδικού συστήματος). Στη δυαδική λογική άλγεβρα υπάρχουν δύο καταστάσεις μεταβλητών : Αληθές (σωστό) ή 1 ή ΝΑΙ ή υψηλή τάση Ψευδές (λάθος) ή 0 ή ΌΧΙ ή χαμηλή τάση - 4 -
Από ηλεκτρικής άποψης και για την οικογένεια των ψηφιακών ηλεκτρονικών εξαρτημάτων TTL ( transistor-transistor-logic), οι λογικές καταστάσεις 0 και 1 ισοδυναμούν με τις τάσεις του ρεύματος στις περιοχές 0 ως 0,7V και 2,5 ως 5V, αντίστοιχα. Οι κανόνες που διέπουν τη δυαδική λογική είναι οι λογικές συναρτήσεις (αληθές/ψευδές true/false) οι οποίες αποτελούν τη βάση σε όλα τα ηλεκτρονικά κυκλώματα ενός υπολογιστή. Οι πράξεις που εκτελούνται είναι πρόσθεση, αφαίρεση, πολλαπλασιασμός και διαίρεση και οι τελεστές που χρησιμοποιούνται είναι AND (συν), OR (ή) και NOT (δεν) καθώς και συνδυασμοί αυτών όπως NAND, NOR, XOR και XNOR. Η διαχείριση των τελεστών αυτών ακολουθεί συγκεκριμένους κανόνες που ονομάζονται και Πίνακες Αληθείας ( Truth Tables). Η λογική των πυλών AND, OR ή NOT αναπαριστά τη λειτουργία των τρανζίστορ διότι τα τρανζίστορ ως ηλεκτρικοί διακόπτες έχουν μόνο δύο καταστάσεις: άνοιγμα ή κλείσιμο. Η λογική Boole διαμορφώνει τις λογικές πύλες ( logic gates) του chip, οι λογικές πύλες με τη σειρά τους διαμορφώνουν τα λογικά κυκλώματα τα οποία είναι υπεύθυνα για την εκτέλεση συναρτήσεων όπως είναι η πρόσθεση δύο αριθμών. Η ψηφιακή λογική βασίζεται στο hardware (υλικό), το οποίο δέχεται μηδενικά [0] και μονάδες [1] ως εισόδους και παράγει από αυτές μηδέν [0] ή μονάδες [1], σύμφωνα με τον τύπο της συνάρτησης που εκτελέστηκε. Ο ψηφιακός διακόπτης είναι το υλικό (hardware) που χρησιμοποιείται για τη λήψη του αποτελέσματος της εξόδου. Οι περισσότερες συναρτήσεις είναι φτιαγμένες από πολλούς τέτοιους διακόπτες. Στους ψηφιακούς υπολογιστές το μηδέν [0] και η μονάδα [1] καθορίζονται από τη φορά της τάσης του ρεύματος. Ένας ψηφιακός υπολογιστής αποτελείται από αλληλοσυνδεόμενα σύνολα ψηφιακών διακοπτών. Για τη μετατροπή ενός αριθμού από το δεκαδικό σύστημα στο δυαδικό σύστημα εφαρμόζεται η διαίρεση του με τον αριθμό 2. Τα υπόλοιπα των διαιρέσεων με φορά από τα δεξιά προς τα αριστερά ή από το τελευταίο υπόλοιπο προς το πρώτο υπόλοιπο δίνουν τον δυαδικό αριθμό. - 5 -
Για τη μετατροπή ενός αριθμού από το δυαδικό σύστημα στο δεκαδικό σύστημα : 1. Εφαρμόζεται η αρίθμηση των ψηφίων του δυαδικού αριθμού με φορά από τα δεξιά προς τα αριστερά ξεκινώντας από το 0. 2. Εφαρμόζεται ο πολλαπλασιασμός του κάθε ψηφίου με τον αριθμό 2 υψωμένο στο αντίστοιχο ψηφίο αρίθμησης. 3. Προστίθενται όλα τα γινόμενα. - 6 -
5. Στοιβάδες Υπολογιστικού Συστήματος Η Επικοινωνία/Διεπαφή αποτελεί τον ενδιάμεσο κρίκο ανάμεσα στον χρήστη και το υπολογιστικό σύστημα καθώς και το περιβάλλον με το οποίο ο χρήστης έχει πρόσβαση και αλληλεπιδρά με το υπολογιστικό σύστημα και το περιεχόμενό του. Παραδείγματα τύπων διεπαφών χρήστη: Γραμμή εντολών, Μενού, Γραφικά κλπ. Η Εφαρμογή ( Application) συντελεί στην εκτέλεση ενός συγκεκριμένου έργου από ένα υπολογιστικό σύστημα. Παραδείγματα Εφαρμογών: Υπολογισμός μέσου όρου βαθμολογίας φοιτητών, Υπολογισμός απουσιών φοιτητών, Κειμενογράφος. Το Λειτουργικό Σύστημα ( Operating System) αποτελεί το κύριο σύστημα λειτουργίας ενός υπολογιστή. Τα πιο γνωστά λειτουργικά συστήματα είναι: DOS, Unix, Windows κλπ. Ο προγραμματισμός είναι οι διαδικασίες που ακολουθούνται από το σύστημα του υπολογιστή για την περάτωση μιας ενέργειας. Αποτελείται από ένα σύνολο εντολών που καλείται να εκτελέσει το υπολογιστικό σύστημα για κάποιο σκοπό. Το Υλικό Τμήμα ενός Υπολογιστικού Συστήματος είναι το σύνολο των μηχανικών, ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών εξαρτημάτων του. Πληροφορία είναι το αποτέλεσμα που παρέχει ένα υπολογιστικό σύστημα σύμφωνα με τα δεδομένα που έχουν εισαχθεί και την επεξεργασία που έχει κάνει. - 7 -
6. Κατηγορίες Ηλεκτρονικών Υπολογιστών Ο ηλεκτρονικός υπολογιστής ως προς τον τρόπο παράστασης των πληροφοριών διακρίνεται σε: Αναλογικό Υπολογιστή (Analogue Computer) Ψηφιακό ή Ηλεκτρονικό Υπολογιστή (Digital Computer) Υβριδικό Υπολογιστή (Hybrid Computer) Αναλογικός Υπολογιστής PACE 16-231R Ψηφιακός Υπολογιστής Υβριδικός Υπολογιστής Ο Αναλογικός Υπολογιστής είναι ένας υπολογιστής που τα αριθμητικά δεδομένα του αντιπροσωπεύονται από μετρήσιμες φυσικές μεταβλητές δηλαδή επεξεργάζεται συνεχώς μεταβαλλόμενα σήματα όπως συχνότητες, τάσεις ρεύματος, μεταβολές θερμοκρασίας κλπ. Π.χ. ένα θερμόμετρο είναι ένας απλός αναλογικός υπολογιστής διότι ο υδράργυρος μετακινείται ανάλογα με τη μεταβολή της θερμοκρασίας. Οι αναλογικοί ηλεκτρονικοί υπολογιστές είναι εξαιρετικά ικανοί στο να λύνουν : εξισώσεις που περιέχουν μεταβλητές που εξαρτώνται από το χρόνο, διαφορικές εξισώσεις. Οι ηλεκτρονικοί αναλογικοί υπολογιστές χρησιμοποιήθηκαν για υπολογισμούς μαθηματικών, φυσικής και τεχνικών προβλημάτων. Οι ηλεκτρονικοί αναλογικοί υπολογιστές χρησιμοποιήθηκαν ιδιαίτερα και για την προσομοίωση συστημάτων του πραγματικού κόσμου. Κατά την χρονική περίοδο 1940-1960 χρησιμοποιήθηκαν στα αεροπλάνα για την προσομοίωση των νέων χαρακτηριστικών τους και για τον σχεδιασμό των βλημάτων και των ρουκετών τους. - 8 -
Ο Ψηφιακός Υπολογιστής ή Ηλεκτρονικός Υπολογιστής αντιπροσωπεύει αριθμούς και άλλα δεδομένα χρησιμοποιώντας διακριτές εσωτερικές καταστάσεις, σε αντίθεση με τους αναλογικούς υπολογιστές που επεξεργάζονται συνεχώς μεταβαλλόμενα σήματα. Ο Υβριδικός Υπολογιστής είναι ένας συνδυασμός ψηφιακού και αναλογικού υπολογιστή και μπορεί να επεξεργαστεί τόσο ψηφιακά όσο και αναλογικά δεδομένα. Ο Υβριδικός Υπολογιστής δέχεται αναλογικά σήματα, τα μετατρέπει σε ψηφιακά και τα επεξεργάζεται σε ψηφιακή μορφή. Χρησιμοποιείται σε τομείς όπως ρομποτική, μουσική, έλεγχο επεξεργασίας προϊόντων, αυτοματισμούς κλπ. 7. Ταξινόμηση Ηλεκτρονικών Υπολογιστών Μία γενική ταξινόμηση των ηλεκτρονικών υπολογιστών μπορεί να γίνει σύμφωνα με το μέγεθός τους και με τις δυνατότητές τους. Βάσει αυτών των χαρακτηριστικών διακρίνονται σε: Υπερυπολογιστές (Supercomputers), Κεντρικούς Υπολογιστές (Mainframes), Μεσαίου Μεγέθους Υπολογιστές (Mini-Computers), Προσωπικούς Υπολογιστές (Personal Computers), Σταθμούς Εργασίας (Workstations), Φορητούς Υπολογιστές (Portable Computers), Διακομιστές ή Εξυπηρετητές Δικτύων (Network Servers). Υπερυπολογιστής Κεντρικός Υπολογιστής Μεσαίου Μεγέθους Υπολογιστής - 9 -
Προσωπικός Υπολογιστής Σταθμός Εργασίας Φορητός Υπολογιστής Διακομιστής Ο Yπερυπολογιστής είναι ένας πάρα πολύ γρήγορος υπολογιστής που μπορεί να εκτελέσει εκατοντάδες εκατομμυρίων εντολές ανά δευτερόλεπτο. Οι υπερυπολογιστές είναι πολύ ακριβοί και χρησιμοποιούνται σε εξειδικευμένες εφαρμογές που απαιτούν τεράστιο όγκο μαθηματικών υπολογισμών, όπως: πρόβλεψη καιρού, γραφικά, υπολογισμοί δυναμικής ρευστών, έρευνα σε τομείς πυρηνικής ενέργειας, διερεύνηση πετρελαίου κλπ. Ο γρηγορότερος υπερυπολογιστής της Ευρώπης (ΙΒ Μ) βρίσκεται στο Πολυτεχνείο της Βαρκελώνης στην Ισπανία και είναι ικανός να εκτελέσει 40 τρισεκατομμύρια πράξεις ανά δευτερόλεπτο (Polytechnical University in Barcelona, Spain). Ο Κεντρικός Υπολογιστής είναι σχεδιασμένος για έργα ή εργασίες υψηλού επιπέδου. Ένας Κεντρικός Υπολογιστής μπορεί να χρησιμοποιηθεί από ένα μεγάλο αριθμό χρηστών, που συχνά φθάνει τους εκατοντάδες χρήστες. Οι εργασίες που μπορούν να μοιράζονται οι χρήστες του είναι: επεξεργασία, αποθήκευση, εκτύπωση. Κεντρικούς Υπολογιστές χρησιμοποιούν: Τράπεζες, Ασφαλιστικές Εταιρίες, Μεγάλοι Ιδιωτικοί και Δημόσιοι Οργανισμοί. Ο Υπολογιστής Μεσαίου Μεγέθους είναι ένας δυνατός και ειδικού σκοπού υπολογιστής. Αρχικά ο υπολογιστής μεσαίου μεγέθους είχε λιγότερες δυνατότητες από έναν Κεντρικό Υπολογιστή. Σήμερα οι υπολογιστές μεσαίου μεγέθους είναι εξαιρετικά δυνατοί και για αυτό τον λόγο σε αρκετές περιπτώσεις έχουν αντικαταστήσει τους Κεντρικούς Υπολογιστές. Παράδειγμα αποτελούν οι υπολογιστές : Digital Equipment's VAX και IBM's AS/400s. Ο Σταθμός Εργασίας είναι μία συσκευή που έχει ισχυρή κεντρική μονάδα επεξεργασίας, μνήμη και δίσκο μεγάλης χωρητικότητας, οθόνη υψηλής ποιότητας. Επίσης σταθμός εργασίας μπορεί να είναι ένα τερματικό ή ένας επιτραπέζιος υπολογιστής που είναι συνδεδεμένος σε ένα δίκτυο. - 10 -
Ο Φορητός Ηλεκτρονικός Υπολογιστής είναι αποτέλεσμα της εξέλιξης των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Πρόκειται για έναν υπολογιστή του οποίου τα βασικά μέρη είναι όμοια με αυτά ενός τυπικού συστήματος ηλεκτρονικού υπολογιστή, αλλά έχει πολύ μικρότερο όγκο και εύκολη μεταφορά. Οι φορητοί υπολογιστές γνώρισαν μεγάλη ανάπτυξη στις αρχές της δεκαετίας του 1980. Από τις πρώτες εταιρίες που κατασκεύασαν μοντέλα φορητών υπολογιστών ήταν οι εταιρίες: Τexas Ιnstruments, Αρρle, Cοmmοdοre, Radiο Schack και ΙΒΜ. Όλα τα μοντέλα των φορητών ηλεκτρονικών υπολογιστών είναι εφοδιασμένα με μπαταρίες για να εξασφαλίζεται η αυτονομία τους. Συνήθως η αυτονομία των φορητών ηλεκτρονικών υπολογιστών είναι περίπου 2 με 10 ώρες. Η χρησιμοποίηση εφεδρικών μπαταριών δίνει τη δυνατότητα στον υπολογιστή να διατηρεί δεδομένα στη μνήμη του από 8 ως 30 μέρες. Το Laptop Computer γνωστό και ως Νotebook Computer είναι ένας μικρός φορητός υπολογιστής που ζυγίζει από 1,4 ως 5,4 κιλά περίπου. Τα laptop δουλεύουν είτε με μπαταρία είτε με ρεύμα που προσλαμβάνουν από έναν εξωτερικό AC/DC ρευματολήπτη ο οποίος φορτίζει και την μπαταρία του. Ο Διακομιστής ή Εξυπηρετής είναι ένας ενισχυμένος υπολογιστής που περιλαμβάνει αρχεία και πόρους που "διακομίζονται" στους υπολογιστές του δικτύου δηλαδή η χρήση των αρχείων και των πόρων του δικτύου είναι κοινή για τους υπολογιστές του δικτύου. Ο Προσωπικός Υπολογιστής είναι για ένα χρήστη, βασίζεται σε έναν μικροεπεξεργαστή και έχει ένα πληκτρολόγιο για να εισάγονται δεδομένα, μία οθόνη για να εμφανίζονται οι πληροφορίες και μία μονάδα αποθήκευσης για να σώζονται τα δεδομένα. Είναι ο πιο κοινός τύπος υπολογιστή που χρησιμοποιείται στο γραφείο και στο σπίτι. - 11 -