Εισαγωγή στην Πληροφορική

Εισαγωγή στην Πληροφορική Οργάνωση Υπολογιστών ΤΕΙ Ιονίων Νήσων Τμήμα Τεχνολόγων Περιβάλλοντος Κατεύθυνση Συντήρησης Πολιτισμικής Κληρονομιάς

Δομή Υπολογιστή

Αρχιτεκτονική Υπολογιστή Η αρχιτεκτονική ενός υπολογιστή, αποτελείται από 5 τμήματα: Μονάδα Εισόδου - Input Device Μονάδα Εξόδου - Output Device Κύρια Μνήμη - Main Memory Μονάδα Ελέγχου Κεντρική Μονάδα - Control Unit Επεξεργασίας (ΚΜΕ) Αριθμητική & Λογική Μονάδα - Central Processing - Arithmetic & Logical Unit (ALU) Unit (CPU)

Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας Αριθμητική και Λογική Μονάδα (ALU) => Εκτελεί τους αριθμητικούς και λογικούς υπολογισμούς Μονάδα Ελέγχου => ελέγχει τη ροή δεδομένων από και προς την ΚΜΕ, τους καταχωρητές, τη μνήμη και τις περιφερειακές μονάδες Εισόδου/Εξόδου (Input/Output I/O) Καταχωρητές (registers) => γρήγορες αυτόνομες θέσεις αποθήκευσης για προσωρινή αποθήκευση δεδομένων

Χαρακτηριστικά CPU Αρχιτεκτονική Επεξεργαστή Πλήθος δυαδικών ψηφίων (bits) που μπορεί να επεξεργάζεται ταυτόχρονα (4, 8, 12, 16, 32 και 64 bits). Ταχύτητα Η εκτέλεση μιας εντολής υλοποιείται με την εκτέλεση ενός συνόλου μικρο-ενεργειών που αποτελούν τον κύκλο εντολής. Ο χρόνος που απαιτείται για να εκτελεστεί μια τέτοια μικροενέργεια λέγεται χρόνος κύκλου επεξεργαστή. Το αντίστροφο του χρόνου κύκλου εκτέλεσης καλείται συχνότητα ή ρυθμός του ρολογιού του επεξεργαστή και μετριέται σε Megahertz (MHz) ή Gigahertz (GHz). Το μέτρο της επεξεργαστικής ισχύος της CPU δίνεται σε MIPS (Millions Instructions Per Second) ή MFLOPS (Millions Floating Point Operations Per Second).

Εξέλιξη Επεξεργαστών Νόμος του Moore (1965) για τους υπολογιστές: Ο αριθμός των τρανζίστορ σε ένα μικροεπεξεργαστή διπλασιάζεται περίπου κάθε 18 μήνες.

Κύρια Μνήμη Κύρια ή Κεντρική μνήμη είναι η μονάδα όπου αποθηκεύονται τα δεδομένα, τα προγράμματα και τα αποτελέσματα που παράγονται από την εκτέλεση των προγραμμάτων. Είναι συλλογή από θέσεις αποθήκευσης, κάθε μια από τις οποίες διαθέτει ένα μοναδικό αναγνωριστικό που καλείται διεύθυνση μνήμης (address). Ο συνολικός αριθμός των μοναδικά προσδιορίσιμων θέσεων στη μνήμη ονομάζεται χώρος διευθύνσεων. Η ελάχιστη μονάδα μνήμης είναι το bit, το όποιο είναι ένα δυαδικό ψηφίο που μπορεί να πάρει τις τιμές 0 ή 1.

Κύρια Μνήμη Η βασική μονάδα μέτρησης των πληροφοριών είναι το byte (1 byte = 8 bits). Τα δεδομένα μεταφέρονται από και προς τη μνήμη σε ομάδες από bits οι οποίες ονομάζονται λέξεις (words). Μια λέξη μπορεί να είναι μια ομάδα των 8, 16, 32, 64 bits. Μεγαλύτερες μονάδες είναι: Kilobyte: 1KB = 2 10 Bytes = 1.024 Bytes Megabyte: 1MB = 2 10 KB = 2 20 Bytes Gigabyte: 1GB = 2 10 MB = 2 20 KB = 2 30 Bytes Terabyte: 1 TB = 2 10 GB = 2 20 MB = 2 30 KB = 2 40 Bytes

Χαρακτηριστικά Κύριας Μνήμης Χωρητικότητα (capacity): αναφέρεται στο μέγεθος των πληροφοριών που αποθηκεύονται στη μνήμη. Ταχύτητα ανάγνωσης εγγραφής πληροφοριών: αναφέρεται στον χρόνο που απαιτείται για να γίνει η πρόσβαση σε ένα στοιχείο που είναι τοποθετημένο σε οποιαδήποτε θέση της μνήμης. Μονιμότητα αποθήκευσης. Υπάρχουν δύο τύποι μνήμης: Μνήμη Τυχαίας Προσπέλασης (Random Access Memory RAM): Υπάρχει δυνατότητα μεταβολής του περιεχομένου της. Μόνο για προσωρινή αποθήκευση δεδομένων. Μνήμη μόνο για ανάγνωση (Read Only Memory ROM): Το τμήμα της κύριας μνήμης που έχει από κατασκευή της μόνιμο περιεχόμενο (δεν μπορεί να αλλάξει από το χρήστη). Χρησιμοποιείται μόνο για να τη διαβάζει ο επεξεργαστής.

Κρυφή Μνήμη Η κρυφή μνήμη (cache memory) χρησιμοποιείται από τον επεξεργαστή για να επιτύχει ταχύτερη πρόσβαση στην κύρια μνήμη. Γρηγορότερη αλλά ακριβότερη και μικρότερη σε μέγεθος συγκριτικά με την κύρια μνήμη.

Μονάδες Εισόδου/Εξόδου Μονάδα Εισόδου: Εισαγωγή δεδομένων, προγραμμάτων, εντολών χρήστη. Μετατροπή σε μορφή κατάλληλη για τον υπολογιστή. Μονάδα Εξόδου: Εξαγωγή/απεικόνιση των αποτελεσμάτων. Απεικόνιση οποιουδήποτε στοιχείου της μνήμης. Αντίστροφες διαδικασίες από τη μονάδα εξόδου.

Διασύνδεση Υποσυστημάτων Η CPU, η μνήμη και οι συσκευές I/O συνδέονται μεταξύ τους μέσω τριών ομάδων καλωδίων που ονομάζονται δίαυλοι (buses). Δίαυλος Δεδομένων (Data Bus) Δίαυλος Διευθύνσεων (Address Bus) Δίαυλος Έλεγχου (Control Bus)

Διασύνδεση Υποσυστημάτων Ο Δίαυλος Δεδομένων (Data Bus) αποτελείται από πολλά καλώδια (γραμμές), καθένα από τα όποια μεταφέρει 1 bit τη φορά. Ο αριθμός καλωδίων εξαρτάται από το μέγεθος της λέξης, π.χ. αν το μέγεθος της λέξης είναι 4 bytes = 32 bits => 32 καλώδια. Ο Δίαυλος Διευθύνσεων (Address Bus) επιτρέπει την προσπέλαση μιας συγκεκριμένης λέξης στη μνήμη. Ο αριθμός καλωδίων του διαύλου διευθύνσεων εξαρτάται από το χώρο διευθύνσεων της μνήμης, π.χ. αν η μνήμη διαθέτει 2 16 =65.536=64 ΚΒ, ο δίαυλος διευθύνσεων πρέπει να μεταφέρει 16 bit τη φορά, άρα πρέπει να διαθέτει 16 καλώδια. Ο Δίαυλος Έλεγχου (Control Bus) αναλαμβάνει την επικοινωνία μεταξύ της CPU και της μνήμης. Το πλήθος των καλωδίων του διαύλου έλεγχου εξαρτάται από το συνολικό αριθμό των εντολών έλεγχου που χρειάζεται ο υπολογιστής, π.χ. αν ένας υπολογιστής διαθέτει 2 μ ενέργειες έλεγχου, ο δίαυλος έλεγχου χρειάζεται μ καλώδια.

Περιφερειακές Συσκευές Μέσα αποθήκευσης Συσκευές εισόδου (πληκτρολόγιο, ποντίκι, κ.ά.) Συσκευές εξόδου (οθόνη, εκτυπωτής κ.ά.)

Μέσα Αποθήκευσης Μπορούν να φιλοξενήσουν μεγάλες ποσότητες πληροφοριών για μελλοντική ανάκτηση. Είναι φθηνότερα από την Κυρία Μνήμη και τα περιεχόμενα τους είναι μη πτητικά (δε διαγράφονται με το κλείσιμο του ρεύματος). Χωρίζονται σε μαγνητικά (π.χ. σκληρός δίσκος) και οπτικά (π.χ. CD, DVD) μέσα αποθήκευσης.

Μέσα Αποθήκευσης

Μαγνητικά Αποθηκευτικά Μέσα Αρχή λειτουργίας: Στα μαγνητικά μέσα αποθήκευσης, η αποθήκευση των ψηφιακών δεδομένων γίνεται με τη μόνιμη μαγνήτιση μικρών περιοχών του μαγνητικού υλικού. Η πολικότητα της μαγνήτισης καθορίζει την τιμή που αντιστοιχεί σε κάθε περιοχή (0 ή 1). Αντιπροσωπευτικά είδη: Μαγνητικοί (σκληροί) δίσκοι. Εύκαμπτοι δίσκοι (δισκέτες). Μαγνητικές ταινίες.

Μαγνητικοί Δίσκοι Μια ή περισσότερες επιφάνειες μαγνητικού υλικού. Επιτρέπεται η πρόσβαση για ανάγνωση και για εγγραφή. Οργάνωση σε Τροχιές (tracks): Χωρίζουν την επιφάνεια του δίσκου σε ομόκεντρους κύκλους. Τομείς (sectors): Χωρίζουν μια τροχιά σε κυκλικά τόξα. Έχουν σταθερό μέγεθος σε bytes. Συστοιχίες (clusters): Ομάδες από τομείς. Αποτελούν τη μικρότερη μονάδα αποθήκευσης.

Μαγνητικοί Δίσκοι Ανάγνωση με χρήση συστήματος κεφαλών Κύλινδρος (cylinder): Οι αντίστοιχες τροχιές κάθε επιμέρους δίσκου. Βραχίονας (head-arm): Έχει δυο κεφαλές ανάγνωσης/εγγραφής. Οι βραχίονες κινούνται όλοι μαζί. Κάθε χρονική στιγμή όλες οι κεφαλές βρίσκονται στον ίδιο κύλινδρο.

Μαγνητικοί Δίσκοι Εσωτερική Όψη Εξωτερική Όψη

Εύκαμπτοι Δίσκοι Μικρό μέγεθος Μικρή χωρητικότητα Επισφαλείς

Μαγνητικές Ταινίες Παρόμοιες με αυτές που χρησιμοποιούνται στα μαγνητόφωνα. Πολύ μεγάλος αποθηκευτικός χώρος (τάξεως Terabytes). Μικρό μέγεθος. Δύσκολη ανάγνωση. Χρήση κυρίως για δημιουργία αντιγράφων ασφαλείας (backup).

Οπτικοί Δίσκοι Αρχή λειτουργίας: Αποθήκευση ψηφιακών δεδομένων με τη δημιουργία μόνιμης εσοχής (ή την απουσία εσοχής) σε μικρές περιοχές στην επιφάνεια του δίσκου. Η εσοχή αντιστοιχεί στην τιμή 0 ενώ η απουσία της στην τιμή 1. Αντιπροσωπευτικά είδη: Συμπαγής δίσκος CD (Compact Disc) DVD (Digital Versatile Disc)

Οπτικοί Δίσκοι Η ανάγνωση των ψηφιακών δεδομένων γίνεται με τη βοήθεια μιας ακτίνας laser. Η ακτίνα αντανακλάται όταν δεν υπάρχει εσοχή (ανάγνωση '1'), ενώ δεν αντανακλάται όταν υπάρχει εσοχή (ανάγνωση '0').

Οπτικοί Δίσκοι Πλεονεκτήματα: υψηλή χωρητικότητα, μεγάλη διάρκεια ζωής και σταθερότητα, οπτική ανάγνωση (μη εμφάνιση φθοράς κατά την αναπαραγωγή), μικρό μέγεθος / μεταφερσιμότητα, χαμηλό κόστος.

Άλλοι Τύποι Μέσων Αποθήκευσης Μνήμες flash Memory sticks

Συσκευές Εισόδου Πληκτρολόγιο Ποντίκι Οθόνη αφής Σαρωτής (scanner) Εικόνας Γραμμικού κώδικα (barcode) Διαφανειών (slides)

Συσκευές Εισόδου Χειριστήρια (joysticks) Ειδικά για παιχνίδια Φωτογραφίδες (light-pens) Χειριστήριο με μπάλα (trackball) Συσκευές εισόδου φωνής (μικρόφωνο) Αναγνώριση φωνής Εκτέλεση προφορικών εντολών

Συσκευές Εξόδου Οθόνες: Παρουσίαση περιεχομένου φιλικού προς τον άνθρωπο Βασικό στοιχείο απεικόνισης το pixel (Picture Element) Ανάλυση της οθόνης, π.χ. 1024x768 pixels Συχνότητα σάρωσης, π.χ. 75Hz Απεικόνιση χρωμάτων με χρήση τριών βασικών χρωμάτων ανά pixel (Red, Green, Blue RGB). O συνδυασμός τους δίνει οποιοδήποτε χρώμα.

Συσκευές Εξόδου Εκτυπωτές: Εκτυπωτές μαργαρίτας (daisy wheel) Εκτυπωτές μήτρας στιγμών (dot matrix) Εκτυπωτές εκτόξευσης μελάνης (ink-jet) Εκτυπωτές laser Ξηρογραφικοί (xerographic) εκτυπωτές Θερμικοί εκτυπωτές Σχεδιογράφοι (plotters)

Συσκευές Εξόδου Υποσυστήματα ήχου: Ηχεία Κάρτες ήχου Ενισχυτές Κονσόλες

Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Μη Εμπορική Χρήση Παρόμοια Διανομή 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό. Οι όροι χρήσης των έργων τρίτων επεξηγούνται στη διαφάνεια «Επεξήγηση όρων χρήσης έργων τρίτων». Τα έργα για τα οποία έχει ζητηθεί άδεια αναφέρονται στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] http://creativecommons.org/licenses/από-nc-sa/4.0/ Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου, για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό όφελος (π.χ. διαφημίσεις) από την προβολή του έργου σε διαδικτυακό τόπο Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί.

Επεξήγηση όρων χρήσης έργων τρίτων διαθέσιμο με άδεια CC-BY διαθέσιμο με άδεια CC-BY-SA διαθέσιμο με άδεια CC-BY-ND διαθέσιμο με άδεια CC-BY-NC διαθέσιμο με άδεια CC-BY-NC-SA διαθέσιμο με άδεια CC-BY-NC-ND διαθέσιμο με άδεια CC0 Public Domain διαθέσιμο ως κοινό κτήμα χωρίς σήμανση Δεν επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου, παρά μόνο εάν ζητηθεί εκ νέου άδεια από το δημιουργό. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου και η δημιουργία παραγώγων αυτού με απλή αναφορά του δημιουργού. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού, και διάθεση του έργου ή του παράγωγου αυτού με την ίδια άδεια. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού. Δεν επιτρέπεται η δημιουργία παραγώγων του έργου. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού. Δεν επιτρέπεται η εμπορική χρήση του έργου. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού και διάθεση του έργου ή του παράγωγου αυτού με την ίδια άδεια. Δεν επιτρέπεται η εμπορική χρήση του έργου. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού. Δεν επιτρέπεται η εμπορική χρήση του έργου και η δημιουργία παραγώγων του. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου, η δημιουργία παραγώγων αυτού και η εμπορική του χρήση, χωρίς αναφορά του δημιουργού. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου, η δημιουργία παραγώγων αυτού και η εμπορική του χρήση, χωρίς αναφορά του δημιουργού. Συνήθως δεν επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου.

Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς το Σημείωμα Αδειοδότησης τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει) μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους.

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Ιονίων Νήσων» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.