Εισαγωγή στους Ηλεκτρονικούς Υπολογιστές 1 ο Μάθημα Λεωνίδας Αλεξόπουλος Λέκτορας ΕΜΠ email: leo@mail.ntua.gr url: http://users.ntua.gr/leo
Άδεια Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άδεια χρήσης άλλου τύπου, αυτή πρέπει να αναφέρεται ρητώς.
Θεωρία Εισαγωγικά: Αντικείμενο Εισαγωγικές Έννοιες / Ιστορία Δεδομένα & Αριθμητική Η/Υ Ψηφιακή Λογική & Λογικά Κυκλώματα Αρχιτεκτονική & Λειτουργία Μικροεπεξεργαστών και Η/Υ Εισαγωγή στο Λογισμικό Η/Υ Εφαρμογές Εισαγωγή στις αρχές του δομημένου επιστημονικού προγραμματισμού μέσα από το περιβάλλον MATLAB 3
Syllabus 1 Εισαγωγή για την Σχολή / για το Μάθημα Εισαγωγή στους Η/Υ / Συστήματα Αρίθμησης Δυαδικό Κωδικοποίηση & Αποκωδικοποίηση Αριθμών & Χαρακτήρων 2 Άλλα Συστήματα Αρίθμησης Λογικές Μεταβλητές και Πράξεις 3 Boolean logic Boolean logic 4 Συνδυαστικά Λογικά Κυκλώματα 5-7 PCLAB PCLAB - Εισαγωγή στον επιστημονικό προγραμματισμό - ΜΑΤLAB 8-12 13 Ανακεφαλαίωση 4
Κεφάλαιο 1+2 Εισαγωγικές Έννοιες Τι είναι ένας Η/Υ? Τι είναι «αλγόριθμος»? Γιατί οι σύγχρονοι Η/Υ χρησιμοποιούν το δυαδικό σύστημα? Ιστορία των Η/Υ Βιβλίο: Επιστήμη και Τεχνολογία Υπολογιστών. Peter Bishop 5
Κεφάλαιο 1+2 Εισαγωγικές Έννοιες Τι είναι ένας Η/Υ? Τι είναι «αλγόριθμος»? Γιατί οι σύγχρονοι Η/Υ χρησιμοποιούν το δυαδικό σύστημα? Ιστορία των Η/Υ 6
Τι είναι ένας Η/Υ? 7
Τι είναι ένας Η/Υ? «Ψηφιακή Ηλεκτρονική Μηχανή Επεξεργασίας Πληροφοριών» Μηχανή: συσκευή που παράγει χρήσιμο έργο Ψηφιακή: γίνεται αποθήκευση & επεξεργασία σε ψηφιακή μορφή (δηλ. παράσταση με σειρά από 0 & 1 ) Ηλεκτρονική: αποτελείται από ηλεκτρονικά ολοκληρωμένα κυκλώματα Επεξεργασία πληροφοριών: είναι το φάσμα εργασιών εκτελουμένων από Η/Υ. 8
Τι είναι ένας Η/Υ? Δραστηριότητες Η/Υ: όλες σχετίζονται με πληροφορίες Εισαγωγή: η πληροφορία μπαίνει στον Η/Υ Εξαγωγή: η πληροφορία βγαίνει από τον Η/Υ Αποθήκευση: δημιουργία μονίμων αντιγράφων της πληροφορίας με σκοπό την επανάχρηση Ανάκτηση: ανάγνωση αποθηκευμένης πληροφορίας Αποστολή: μεταφορά πληροφοριών από Η/Υ σε Η/Υ Λήψη: λήψη πληροφοριών που στάλθηκαν από Η/Υ Επεξεργασία: ταξινόμηση, διαλογή, συνδυασμός & επαναδιατάξη πληροφοριών και διεξαγωγή υπολογισμών 9
Δηλαδή, Τι είναι ένας Η/Υ? «Ένας Η/Υ είναι μία μηχανή η οποία, υπό τον έλεγχο ενός αποθηκευμένου προγράμματος που υλοποιεί κάποιο αλγόριθμο επεξεργασίας δεδομένων, δέχεται και επεξεργάζεται αυτόματα τα δεδομένα και παρέχει τα αποτελέσματα αυτής της επεξεργασίας» ΔΕΔΟΜΕΝΑ (data) Η/Υ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑ (information) «ακατέργαστα» δεδομένα ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ μέσω κατάλληλου αλγορίθμου (προγράμματος) «δομημένα» δεδομένα 10
Τι είναι ένας Η/Υ? Γλώσσες & Προγράμματα Εφαρμογών Γλώσσες Προγραμματισμού Λογισμικό: Σύνολο προγραμμάτων που μπορούν να εκτελεσθούν από τον Η/Υ Λειτουργικό Σύστημα Γλώσσα Μηχανής ΥλικόΤεχνικό: Σύνολο συσκευών που απαρτίζουν τον Η/Υ Μικρολειτουργίες & Μικροπρογραμματισμός Ψηφιακή Λογική 11
Τι είναι ένας Η/Υ? Γλώσσες & Προγράμματα Εφαρμογών Γλώσσες Προγραμματισμού Λογισμικό: Σύνολο προγραμμάτων που μπορούν να εκτελεσθούν από τον Η/Υ Λειτουργικό Σύστημα MS Word MS Excel MS PowerPoint Internet Browsers Adobe Illustrator Adobe PhotoShop Adobe DreamWeaver MS Access. Matlab MS Windows Fortran Linux / GNU SolidWorks Unix ProEngineer Mac OS AutoCad. Abaqus Ansys LabView Mathematica / Maple / MathCad 12 11
Κεφάλαιο 1+2 Εισαγωγικές Έννοιες Τι είναι ένας Η/Υ? Τι είναι «αλγόριθμος»? Γιατί οι σύγχρονοι Η/Υ χρησιμοποιούν το δυαδικό σύστημα? Ιστορία των Η/Υ 13
Ιστορία των Η/Υ Charles Babbage & Joseph Jacquard (1800) Μηχανικοί υπολογιστές: εισαγωγήεπεξεργασία-εξαγωγή George Boole (~1850) Θεωρία μαθηματικής λογικής Alan Turing (~1950) Έννοια προγραμματισμού John von Neumann (~1950) Έννοια αποθηκευμένου 13 προγράμματος 14
Charles Babbage (1791-1871) 1. Υπολογισμοί με βάση «μηχανικών» υπολογιστών κινούμενων με ατμό The Difference Engine 2. Εισήγαγε τα στάδια υπολογιστικής διαδικασίας: Εισαγωγή-Επεξεργασία-Εξαγωγή 15
Joseph Jacquard (1752-1834) Εισήγαγε τα στάδια υπολογιστικής διαδικασίας: Εισαγωγή-Επεξεργασία-Εξαγωγή Αργαλειός με διάτρητες κάρτες 16
George Boole (1815-1864) 1854: Book An Investigation of the Laws of Thought a new variant of elementary algebra based on 0/1 Boolean algebra is the algebra of truth values 0 and 1 Έθεσε την θεωρητική βάση για τον σχεδιασμό κυκλωμάτων και την λειτουργία των υπολογιστών 17
Alan Turing (1912-1954) Συνέλαβε την έννοια της προγραμματιζόμενης υπολογιστικής μηχανής The Turing Machine Tape Head: Read/Write Table of instructions "in state 42, if the symbol seen is 0, write a 1; if the symbol seen is 1, shift to the right, and change into state 17; in state 17, if the symbol seen is 0, write a 1 and change to state 6;" 18
John Von Neumann (1903-1957) Συνέλαβε την έννοια αποθηκευμένου προγράμματος, δηλαδή ένα τρόπο να χρησιμοποιεί την μνήμη του υπολογιστή για να «αποθηκεύσει» ένα πρόγραμμα μέσα στον υπολογιστή ώστε ο υπολογιστής να παίρνει εντολές από την μνήμη του. 19
ENIAC (1946) ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) by John Eckert and John Mauchly of U Penn, School of Engineering 30 τόνοι 18,000 λυχνίες κενού 200kW = 20
ENIAC (1946) ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) by John Eckert and John Mauchly of U Penn, School of Engineering 30 τόνοι 18,000 λυχνίες κενού Η «αποθήκευση προγράμματος» γινόταν σε φυσικό επίπεδο ανοιγοκλείνοντας διακόπτες 21
EDVAC (1949) Successor of ENIAC by John Eckert and John Mauchly of U Penn & John von Neumann Η «αποθήκευση προγράμματος» γινόταν σε επίπεδο μνήμης Jonh Von Neumann Όλα τα δεδομένα και εντολές αναπαρίστανται μέσω δυαδικού κώδικα και αποθηκεύονται στην μνήμη του υπολογιστή Ο υπολογιστής δεν διακρίνει δεδομένα από εντολές 22
MARK I (1944) IBM s Automatic Sequence Controlled Calculator (ASCC) by by Howard H. Aiken, professor of Physics at Harvard 4,5 τόνοι Μηχανικά ρελέ Η «αποθήκευση προγράμματος» γινόταν με διάτρητες κάρτες 23
The first Computer Bug! (1951) Grace Hopper 24
Μετά την ανακάλυψη των ημιαγωγών.. 1947 William Shockley invents the transistor, a solid-state, reliable version of the vacuum tube. 1954 Texas Instruments announces the start of commercial production of silicon transistors. 1969 Intel s Ted Hoff designs a chip that can follow instructions and perform simple functions on data. 1981 IBM introduces its Personal Computer IBM PC 5150 1984 Apple introduces the Macintosh, a computer using a mouse and graphic interface. 1985 First retail version of Microsoft Windows on November 20, 1985, 24 25
Μετά την ανακάλυψη των ημιαγωγών.. 1984 Apple introduces the Macintosh, a computer using a mouse and graphic interface. 128 KB RAM 64 KB ROM 3.5" 400 KB floppy drive 512 x 342 pixel b&w monitor A mouse A few applications (MacWrite, MacPaint) 1985 First retail version of Microsoft Windows on November 20, 1985 26
Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα» του ΕΜΠ έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του 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.