ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΚΑ & ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Οικονοµικό Πανεπιστήµιο Αθηνών Τµήµα ιοικητικής Επιστήµης & Τεχνολογίας ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΚΑ & ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Κεφάλαιο 4 - A µέρος Υλικό - Hardware Γιώργος Γιαγλής

Περίληψη Κεφαλαίου 4 Α µέρος Κύρια και Βοηθητική Μνήµη Είδη Κύριων και Βοηθητικών Μνηµών Η Κύρια Μνήµη Οργάνωση της µνήµης ιευθυνσιοδότηση της µνήµης RAM, ROM, Cache, Virtual Memory Η Βοηθητική Μνήµη Μαγνητικές και Οπτικές Μνήµες Σκληροί ίσκοι Μαγνητικές Ταινίες CD, DVD, BluRay Disks 2

Περίληψη Κεφαλαίου 4 Β µέρος Εισαγωγή στην Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας (ΚΜΕ) οµικά στοιχεία της ΚΜΕ Έλεγχος ενός προγράµµατος στην ΚΜΕ Χαρακτηριστικά της ΚΜΕ Παράλληλη επεξεργασία

Περίληψη Κεφαλαίου 4 Γ µέρος Συσκευές Εισόδου Πληκτρολόγιο Συσκευές κατάδειξης web κάµερα Σαρωτής Συσκευές αναγνώρισης ήχου Αναγνώστες barcode Ασύρµατη Αναγνώριση µέσω ραδιοσυχνοτήτων (RFID) Συσκευές Εξόδου Οθόνη Εκτυπωτής Επικοινωνία των συσκευών εισόδου-εξόδου µε τον υπολογιστή 4

Οικονοµικό Πανεπιστήµιο Αθηνών Τµήµα ιοικητικής Επιστήµης & Τεχνολογίας ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΚΑ & ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Κεφάλαιο 4 Α µέρος Μνήµη Γιώργος Γιαγλής

Εισαγωγή στη Μνήµη Υπολογιστή Μνήµη = τεχνολογίες που χρησιµεύουν στην αποθήκευση δεδοµένων και προγραµµάτων ΚΕΝΤΡΙΚΗ ΜΟΝΑ Α ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΜΟΝΑ Α ΕΙΣΟ ΟΥ Αριθµητική και Λογική Μονάδα ΜΟΝΑ Α ΕΞΟ ΟΥ Μονάδα Ελέγχου Κεντρική Μνήµη Βοηθητική Μνήµη ΜΝΗΜΗ 6

Κύρια και Βοηθητική Μνήµη Κύρια µνήµη βρίσκεται εντός του υπολογιστικού συστήµατος (στη µητρική πλακέτα) συνεργάζεται µε την Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας θυµάται όσο λειτουργεί ο υπολογιστής π.χ. RAM, ROM, κρυφή µνήµη (cache)... Βοηθητική µνήµη βρίσκεται εντός και εκτός του υπολογιστικού συστήµατος θυµάται και αφού κλείσει ο υπολογιστής π.χ. σκληροί δίσκοι, δίσκοι CD και DVD... Γιατί χρειαζόµαστε τη Βοηθητική µνήµη; 1. Οικονοµικός τρόπος αποθήκευσης µεγάλου όγκου δεδοµένων (η κύρια µνήµη είναι ακριβή και άρα µικρής χωρητικότητας) 2. Μόνιµη αποθήκευση δεδοµένων (η κύρια µνήµη χάνει τα δεδοµένα της όταν πάψει η τροφοδοσία της µε ηλεκτρικό ρεύµα) 7

Ιεραρχία µνηµών Κρυφή Μνήµη Μνήµη RAM απόσταση από ΚΜΕ (-) µέγεθος (-) ταχύτητα (+) κόστος (+) Μνήµες ROM, Flash, USB Εικονική Μνήµη, Σκληροί δίσκοι Οπτικοί δίσκοι CD, DVD, BluRay Μαγνητικές Ταινίες 8

Είδη Κύριων και Βοηθητικών Μνηµών 2 βασικά είδη µνήµης ανάλογα µε το αν µπορούν να διατηρούν τα περιεχόµενα τους µόνιµα (δηλαδή όταν δεν τροφοδοτούνται µε ηλεκτρικό ρεύµα) οι Σταθερές και οι Ασταθείς µνήµες ΜΝΗΜΕΣ Όλες οι βοηθητικές µνήµες και η κύρια µνήµη ROM Σταθερές (non volatile) Ασταθείς (volatile) Όλες οι κύριες µνήµες (εκτός ROM) Μαγνητικές (π.χ. σκληροί δίσκοι) Οπτικές (π.χ. CD, DVD) υναµικές (π.χ. DRAM) Στατικές (π.χ. SRAM, cache) 9

Σταθερές Μνήµες Οι Σταθερές µνήµες (non volatile storage) είναι σε θέση να κρατήσουν αποθηκευµένα τα περιεχόµενα τους µόνιµα βοηθητικές µνήµες από κύρια µνήµη µόνο η ROM (χρησιµεύει στην φόρτωση του λειτουργικού συστήµατος κατά την εκκίνηση του υπολογιστή) Μαγνητικές Μνήµες (π.χ. σκληροί δίσκοι, εύκαµπτοι δίσκοι, µαγνητικές ταινίες) Η λειτουργία τους στηρίζεται στη µαγνήτιση περιοχών µέσω ενός ηλεκτροφόρου αγωγού επιστρωµένων Η φορά (δεξιόστροφα και αντιπροσωπεύει το 0 ή το 1 αριστερόστροφα) της µαγνήτισης Η µαγνήτιση είναι µόνιµη Οπτικές Μνήµες (π.χ. CD, DVD) Η λειτουργία τους στηρίζεται στην παραµόρφωση µέσω θερµότητας («κάψιµο») επιστρωµένων περιοχών µέσω ακτίνας λέιζερ Η παρουσία ή η απουσία παραµόρφωσης αντιπροσωπεύει το 0 ή 1 Η παραµόρφωση είναι µόνιµη 10

Ασταθείς Μνήµες Οι Ασταθείς µνήµες (volatile storage) απαιτούν συνεχή τροφοδότηση µε ρεύµα προκειµένου να µην µεταβληθούν/ σβηστούν τα περιεχόµενά τους όλα τα είδη κύριας µνήµης εκτός από τη ROM υναµική µνήµη (dynamic memory) DRAM (Dynamic RAM) τα κυκλώµατα αποτελούνται από τρανζίστορ και πυκνωτές το τρανζίστορ λειτουργεί σαν διακόπτης που καθορίζει αν ο πυκνωτής θα έχει ρεύµα (αντιπροσωπεύει το 1) ή όχι (αντιπροσωπεύει το 0) θέλει ρεύµα για την αποθήκευση (άρα µη µόνιµη αποθήκευση δεδοµένων) είναι σχετικά αργή γιατί πρέπει να ανανεώνεται δευτερόλεπτο το περιεχόµενο του πυκνωτή πολλές φορές το Στατική µνήµη (static memory) SRAM (Static RAM) τα κυκλώµατα βασίζονται στο flip-flop το χαµηλό δυναµικό (τάση) (αντιπροσωπεύει το 0) και το υψηλό δυναµικό (αντιπροσωπεύει το 1) θέλει ρεύµα για την αποθήκευση (άρα µη µόνιµη αποθήκευση δεδοµένων) είναι γρήγορη γιατί δεν απαιτείται συνεχής ανανέωση του περιεχοµένου του flip-flop όµως είναι πιο πολύπλοκη και συνεπώς πιο ακριβή 11

Κύρια Μνήµη Βασικές Λειτουργίες Η κύρια µνήµη µας δίνει τη δυνατότητα να εκτελέσουµε τρεις βασικές λειτουργίες: Την καταχώρηση δεδοµένων τα οποία εισάγονται προς επεξεργασία στο υπολογιστικό σύστηµα. Την καταχώρηση αποτελεσµάτων που προκύπτουν από την επεξεργασία των αποθηκευµένων δεδοµένων. Την καταχώρηση ακολουθιών πράξεων, δηλαδή προγραµµάτων, οι οποίες θα εκτελεστούν επί των αποθηκευµένων δεδοµένων 12

Οργάνωση της Κύριας Μνήµης Το στοιχείο που αποθηκεύουµε στη µνήµη είναι το bit (binary digit, δυαδικό ψηφίο) και παίρνει τιµές 0 ή 1 Η µνήµη είναι χωρισµένη σε κελιά των 8 bits = 1 byte (ψηφιοσυλλαβή) Το byte αποτελεί την µονάδα µέτρησης χωρητικότητας των µνηµών των υπολογιστικών συστηµάτων (κύριες και βοηθητικές) Όνοµα Σύµβολο Κατά προσέγγιση µέγεθος Ακριβές µέγεθος Kilobyte Kb 1.000 bytes 2 10 = 1.024 bytes Megabyte Mb 1 εκατοµµύριο bytes 2 20 = 1.048.576 bytes Gigabyte Gb 1 δισεκατοµµύριο bytes 2 30 = 1.073.741.824 bytes Terabyte Tb 1 τρισεκατοµµύριο bytes 2 40 = 1.099.511.627.776 bytes Petabyte Pb 1 τετρακισεκατοµµύριο bytes 2 50 = 1.125.899.906.842.624 bytes 13

Οργάνωση της Κύριας Μνήµης Ο αριθµός των bits που µπορούν να προσπελαστούν από µια µηχανή σε µια µόνο ανάκληση ονοµάζεται λέξη (word) Η λέξη µπορεί να είναι, για παράδειγµα, µεγέθους 32, 64 ή 128 bit (ανάλογα τη µηχανή) π.χ. µια «16µπιτη» µηχανή έχει µήκος λέξης 16 bit ή 2 bytes Όνοµα Κελιού Λέξεις Bytes Bits Περιεχόµενα Κελιού Α Byte 1 Bits 1-8 01 10 11 11 Λέξη 1 Β Byte 2 Bits 9-16 00 00 00 00 Γ Byte 3 Bits 17-24 11 11 11 11 Λέξη 2 Byte 4 Bits 25-32 10 00 00 00 Ε Byte 5 Bits 33-40 00 00 00 01 Λέξη 3 Ζ Byte 6 Bits 41-48 11 00 11 00 Η Byte 7 Bits 49-56 01 11 11 11 Λέξη 4 Θ Byte 8 Bits 57-64 10 10 10 10 Ι Byte 9 Bits 65-72 01 01 01 01 Λέξη 5 Κ Byte 10 Bits 73-80 11 11 11 10 14

ιευθυνσιοδότηση της µνήµης Κάθε κελί της µνήµης έχει ένα µοναδικό αναγνωριστικό (διεύθυνση) µε το οποίο να αναφερόµαστε στο κελί αυτό Η διεύθυνση µας υποδεικνύει το κελί που θέλουµε να προσπελάσουµε (ανάγνωση/εγγραφή δεδοµένων) Οι διευθύνσεις των κελιών είναι συνεχόµενοι δυαδικοί αριθµοί από το 0 (για το πρώτο κελί της µνήµης) µέχρι το Ν-1 (όπου Ν ο αριθµός των bytes της µνήµης) π.χ. σε µια µνήµη µεγέθους 1 Kb (1.024 bytes), οι διευθύνσεις των κελιών της είναι 0, 1, 2,... 1.023 Ο αριθµός των δυαδικών ψηφίων της διεύθυνσης ονοµάζεται µήκος διεύθυνσης προσδιορίζει το µέγιστο αριθµό κελιών που µπορεί να έχει µια µνήµη. για µήκος διεύθυνσης = k, τότε µέγιστο πλήθος θέσεων µνήµης = 2 k π.χ. Η διεύθυνση 00101110 έχει µήκος 8 ψηφία άρα η µηχανή που την χρησιµοποιεί έχει το πολύ 2 8 =256 θέσεις µνήµης 15

ιευθυνσιοδότηση της µνήµης Κάθε θέση µνήµης (κελί) χαρακτηρίζεται από δυο δυαδικούς αριθµούς τη διεύθυνση τα περιεχόµενα (οι αριθµοί αυτοί δεν έχουν νοηµατική σχέση µεταξύ τους) Μόνο τα περιεχόµενα κάθε κελιού βρίσκονται αποθηκευµένα στη µνήµη (οι διευθύνσεις υπονοούνται) Η µνήµη του πίνακα δεξιά έχει µέγιστη χωρητικότητα 16 bytes γιατί τότε εξαντλούνται οι διαθέσιµοι συνδυασµοί τεσσάρων δυαδικών ψηφίων για τις διευθύνσεις. Αν θέλαµε να έχουµε µεγαλύτερη µνήµη, θα έπρεπε να έχουµε ένα υπολογιστή µε µεγαλύτερο µήκος διεύθυνσης ιεύθυνση Κελιού Περιεχόµενα Κελιού 00 00 01 10 11 11 00 01 00 00 00 00 00 10 11 11 11 11 00 11 10 00 00 00...... 11 01 10 10 10 10 11 10 01 01 01 01 11 11 11 11 11 10???? 16

Μνήµη Τυχαίας Προσπέλασης (RAM) Η µνήµη RAM (Random Access Memory) αποτελεί την κύρια µνήµη του υπολογιστή η RAM είναι µνήµη τυχαίας προσπέλασης (ο χρόνος προσπέλασης ενός δεδοµένου δεν εξαρτάται από τη φυσική θέση του δεδοµένου στη µνήµη) η RAM είναι µνήµη ανάγνωσης/ εγγραφής η RAM είναι ασταθής µνήµη τυπική χωρητικότητα της RAM είναι στα 1-4 Gb οι σύγχρονες RAM αποτελούνται: είτε από δυναµικά ολοκληρωµένα κυκλώµατα (DRAM) µε βάση πυκνωτές είτε από πιο ακριβά και πιο γρήγορα στατικά κυκλώµατα (SRAM) µε βάση το flip-flop 17

Μνήµη Ανάγνωσης Μόνο (ROM) Η µνήµη ROM (Read Only Memory) αποτελεί µέρος της κύριας µνήµη του υπολογιστή µας η ROM είναι µνήµη τυχαίας προσπέλασης η ROM είναι µνήµη ανάγνωσης/ εγγραφής η ROM είναι ασταθής µνήµη τυπική χωρητικότητα της ROM είναι στα 8-32 Μb η µνήµη ROM αναλαµβάνει τη διαδικασία εκκίνησης του υπολογιστή (boot strapping ή boot) που είναι µόνιµα αποθηκευµένη σε αυτή. Η διαδικασία αυτή εκτελείται αυτόµατα όταν ξεκινάει ο υπολογιστής και εκτελεί δυο βασικές δραστηριότητες: Ελέγχει αν όλες οι βασικές µονάδες του ηλεκτρονικού υπολογιστή (κύρια και δευτερεύουσα µνήµη, συσκευές εισόδου-εξόδου) είναι σε θέση να λειτουργήσουν. Τη δραστηριότητα αυτή αναλαµβάνει ένα σύνολο εντολών που ονοµάζεται BIOS (Basic Input-Output System). Μεταφέρει το λειτουργικό σύστηµα από τη βοηθητική µνήµη (συνήθως µια προκαθορισµένη θέση του σκληρού δίσκου) στη µνήµη RAM και ξεκινάει την εκτέλεση του 18

Μνήµη Ανάγνωσης Μόνο (ROM) ROM µάσκας: τα περιεχόµενα είναι ενσωµατωµένα στα κυκλώµατα της µνήµης και δεν είναι τεχνικά εφικτό να αλλαχθούν Υπάρχουν σύγχρονες µνήµες ROM που επιτρέπουν µερική τροποποίηση των δεδοµένων τους Προγραµµατιζόµενη ROM ή PROM (Programmable Read Only Memory): είναι δυνατό να προγραµµατιστεί µία µόνο φορά. ιαγράψιµη Προγραµµατιζόµενη ROM ή EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory): έχει τη δυνατότητα διαγραφής και επαναπρογραµµατισµού του περιεχόµενού της έως 1.000 περίπου φορές χωρίς πρόβληµα µε χρήση ειδικού εξοπλισµού. Ηλεκτρικά ιαγράψιµη Προγραµµατιζόµενη ROM ή EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory): είναι δυνατή η µεταβολή των περιεχοµένων της χωρίς τη χρήση εργαστηριακού εξοπλισµού Μνήµη Flash: γνωστές από την καθηµερινή µας χρήση (π.χ. USB flash drives). Είναι παραλλαγές της EEPROM στις οποίες οι ταχύτητες εγγραφής έχουν αυξηθεί σηµαντικά, το ίδιο και η αντοχή των κυκλωµάτων που φτάνει τις 1.000.000 διαγραφές/ εγγραφές. 19

Κρυφή Μνήµη (Cache) Γενικά µε τον όρο cache στην πληροφορική εννοούµε ένα αντίγραφο δεδοµένων τα πρωτότυπα των οποίων βρίσκονται αποθηκευµένα σε κάποιο άλλο µέρος από το οποίο είναι δυσκολότερο, πιο χρονοβόρο ή λιγότερο οικονοµικό να τα ανακτήσουµε Υπάρχουν πολλά είδη cache: CPU cache (στην Κενρική Μονάδα Επεξεργασίας) disk cache (στη βοηθητική µνήµη) web cache (στον παγκόσµιο ιστό, για παράδειγµα σε µηχανές αναζήτησης) database cache (στις βάσεις δεδοµένων) Σκοπός της CPU cache είναι να επιταχύνει τη λειτουργία της υπόλοιπης µνήµης του συστήµατος και συνεπώς να βελτιώσει την ταχύτητα του υπολογιστή Η µνήµη CPU cache λόγω του µεγάλου της κόστους χρησιµοποιείται σε µικρές ποσότητες ως ένα ενδιάµεσο στάδιο µεταξύ του επεξεργαστή και της κύριας µνήµης Η λειτουργία της κρυφής µνήµης βασίζεται στην αρχή της τοπικότητας (principle of locality) που υποστηρίζει ότι στο αµέσως επόµενο χρονικό διάστηµα υπάρχει µεγάλη πιθανότητα πρόσβασης σε γειτονικά δεδοµένα αυτών που χρησιµοποιούνται τώρα. Έτσι, όταν ένα µέρος δεδοµένων µεταφέρεται από τη µνήµη στην Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας, µεταφέρονται και τα γειτονικά τους στην κρυφή µνήµη έτσι ώστε να είναι πολύ πιο γρήγορη τυχόν ανάκτηση τους αµέσως µετά. Πρακτικά, η µνήµη αυτή βρίσκεται πάνω ή κοντά στο κύκλωµα της Κεντρικής Μονάδας Επεξεργασίας 20

Εικονική Μνήµη (Virtual Memory) H εικονική µνήµη δεν αποτελεί κάποιο είδος φυσικής µνήµης Είναι απλά µια τεχνική που «ξεγελά» ένα πρόγραµµα κάνοντας το να πιστεύει ότι προσπελαύνει µεγάλα ποσά συνεχόµενων διευθύνσεων µνήµης RAM ενώ στην πραγµατικότητα οι διευθύνσεις αυτές µπορεί να είναι κατακερµατισµένες στη µνήµη του υπολογιστή ή και να βρίσκονται εκτός της κύριας µνήµης, για παράδειγµα σε ένα σκληρό δίσκο Πλεονεκτήµατα χρήσης της εικονικής µνήµης: πετυχαίνουµε την επέκταση της φυσικής µνήµης RAM του υπολογιστικού συστήµατος εκµεταλλευόµενοι χώρο της βοηθητικής µνήµης. Η τεχνική µε την οποία επιτυγχάνεται η αυτόµατη µεταφορά δεδοµένων µεταξύ κύριας και βοηθητικής µνήµης ονοµάζεται σελιδοποίηση (paging). Μειονεκτήµατα χρήσης της εικονικής µνήµης: όσο περισσότερο ο υπολογιστής στηρίζεται στην εικονική µνήµη τόσο επιβραδύνεται η λειτουργία του συστήµατος (ο σκληρός δίσκος δεν είναι φτιαγµένος για τη συχνή καταχώρηση και ανάκληση µικρών ποσοτήτων δεδοµένων) Πως να αυξήσετε την εικονική µνήµη στον υπολογιστή σας 21

Βοηθητική Μνήµη Η δευτερεύουσα ή βοηθητική µνήµη χρησιµοποιείται για τη µόνιµη αποθήκευση µεγάλων ποσοτήτων δεδοµένων Εφόσον η κύρια µνήµη χρειάζεται ρεύµα για να αποθηκεύει δεδοµένα (ασταθής µνήµη) Κριτήριο Κύρια Μνήµη Βοηθητική Μνήµη Μονιµότητα εδοµένων Μέγεθος Ταχύτητα Ασταθής (τα περιεχόµενα χάνονται όταν σβήσει το ρεύµα) Μικρή (υπάρχει περιορισµός στο µέγεθος της) Μεγάλη (nanoseconds / bit) Σταθερή (τα περιεχόµενα παραµένουν µόνιµα) Άπειρη (µπορούµε απλά να αγοράσουµε όση χωρητικότητα θέλουµε) Μικρή (milliseconds / bit) Παραδείγµατα RAM Σκληροί δίσκοι, CD, DVD Η Βοηθητική µνήµη χωρίζεται σε δυο κατηγορίες ανάλογα µε την τεχνολογία που χρησιµοποιείται µαγνητικές βοηθητικές µνήµες οπτικές βοηθητικές µνήµες 22

Μαγνητικές Μνήµες Στην περίπτωση των µαγνητικών µνηµών, η τεχνολογία που χρησιµοποιείται είναι η µαγνήτιση κατάλληλα επιστρωµένων υλικών Τα δεδοµένα διαβάζονται από ή αποθηκεύονται σε µία επιφάνεια η οποία έχει επιστρωθεί µε µαγνητικό υλικό µέσω µίας κεφαλής ηλεκτροµαγνήτη ανάγνωσης/ εγγραφής Εγγραφή: µε τη βοήθεια της κεφαλής µαγνητίζεται µόνιµα µια µικρή περιοχή. Η πολικότητα της µαγνήτισης (δεξιόστροφη ή αριστερόστροφη) κωδικοποιεί το 0 και το 1 Ανάγνωση: η κεφαλή περνά πάνω από τη µαγνητισµένη περιοχή µε αποτέλεσµα να δηµιουργείται επαγωγικό ρεύµα µε φορά που εξαρτάται από την πολικότητα της µαγνήτισης που είχε γίνει. Ανάλογα λοιπόν µε τη φορά του ρεύµατος διαβάζεται το 0 ή το 1 23

Οπτικές Μνήµες Στην περίπτωση των οπτικών µνηµών, η τεχνολογία που χρησιµοποιείται είναι οι οπτικές δέσµες (ακτίνες λέιζερ) σε υλικά επιστρωµένα µε αλουµίνιο Τα δεδοµένα διαβάζονται από ή αποθηκεύονται σε ένα δίσκο που είναι επικαλυµµένος µε µια στρώση αλουµινίου µέσω µιας ακτίνας λέιζερ Εγγραφή: µια ισχυρή δέσµη λέιζερ «καίει» την επιφάνεια του δίσκου και έτσι σχηµατίζεται µια εσοχή (pit) ή την αφήνει ως έχει και έτσι σχηµατίζεται µια κοιλάδα (land), κωδικοποιώντας έτσι το 0 και το 1 Ανάγνωση: µια ασθενής δέσµη λέιζερ χτυπά το δίσκο και ένας αισθητήρας (φωτοδίοδος) διαβάζει τις αντανακλάσεις. Αν πρόκειται για σηµείο που έχει καεί η αντανάκλαση είναι πολύ µικρής έντασης, ενώ αν δεν έχει καεί τότε έχουµε ολική αντανάκλαση της ακτίνας. Ανάλογα λοιπόν µε το αν έχει καεί ένα σηµείο ή όχι διαβάζεται το 0 ή το 1 24

Σκληροί ίσκοι Ένας σκληρός δίσκος αποτελεί µια µη ασταθή (non volatile) µονάδα µαγνητικής βοηθητικής µνήµης Οι σκληροί δίσκοι πρωτοεισήχθησαν το 1956 από την IBM Η χρήση τους σε προσωπικούς υπολογιστές χρονολογείται από τα τέλη της δεκαετίας του 1980 Σήµερα βρίσκουν εφαρµογή όχι µόνο στους υπολογιστές αλλά και σε µια µεγάλη γκάµα ηλεκτρονικών συσκευών (βιντεοκάµερες, παιχνιδοµηχανές, DVD players κ.α.) Από το 2005 έχουν λανσαριστεί και κυκλοφορούν κινητά τηλέφωνα µε ενσωµατωµένους σκληρούς δίσκους 25

Σκληροί ίσκοι Επιφάνεια ίσκου ένας σκληρός δίσκος αποτελείται από µια ή περισσότερες όµοιες, κυκλικές επιφάνειες (δίσκους) επιστρωµένες µε µαγνητικό υλικό και στερεωµένες σε ένα κοινό άξονα τοποθετηµένες η µία κάτω από την άλλη Τροχιά (track) κάθε επιφάνεια χωρίζεται σε ένα αριθµό οµόκεντρων κύκλων που ονοµάζονται τροχιές. Όλες οι επιφάνειες ενός δίσκου έχουν τον ίδιο αριθµό τροχιών. Κύλινδρος (cylinder) όλες οι τροχιές ίδιους µεγέθους σε κάθε επιφάνεια (που βρίσκονται δηλαδή η µια κάτω από την άλλη) σχηµατίζουν ένα κύλινδρο. Ένας σκληρός δίσκος έχει τόσους κυλίνδρους όσες και τροχιές. Τοµέας (sector) κάθε επιφάνεια χωρίζεται σε ένα συγκεκριµένο αριθµό τοµέων που έχουν µια συγκεκριµένη χωρητικότητα σε bytes (π.χ. 512 bytes). κάθε τοµέας έχει διαφορετικό φυσικό µέγεθος όλοι οι τοµείς αποθηκεύουν την ίδια ποσότητα δεδοµένων Συστοιχία (cluster) δύο ή περισσότεροι τοµείς σχηµατίζουν την συστοιχία (η µικρότερη µονάδα αποθήκευσης δεδοµένων) Ενότητα (block) Η ποσότητα των δεδοµένων που µπορεί να µεταφερθεί από ή προς ένα τοµέα µε µία ενέργεια ανάκλησης ή αποθήκευσης 26

Σκληροί ίσκοι Η χωρητικότητα ενός σκληρού δίσκου προκύπτει ως εξής: Επιφάνειες (Ε) Τροχιές/Επιφάνεια (T) Τοµείς/Τροχιά (S) Bytes/Τοµέα (B) = Χωρητικότητα (σε bytes) π.χ. έστω ένας σκληρός δίσκος µε 6 επιφάνειες, 16.384 τροχιές ανά επιφάνεια, 256 τοµείς ανά τροχιά και 512 bytes ανά τοµέα. Η χωρητικότητα του είναι: Ε Τ S Β=6*16.384 * 256 * 512 = 12.884.901.888 bytes ή 12 Gb Η συστοιχία αποτελεί τη µικρότερη µονάδα αποθήκευσης δεδοµένων και κάθε αρχείο πρέπει να καταλαµβάνει ακέραιο αριθµό συστοιχιών Έστω ότι ο παραπάνω δίσκος έχει µέγεθος συστοιχίας 10 τοµείς Αν αρχείο 100 bytes αποθηκευθεί στο δίσκο αυτό, αφήνει πολύ αχρησιµοποίητο χώρο: 10 512 bytes 100 bytes = 5.020 bytes (κατακερµατισµός) 27

Σκληροί ίσκοι H ανάγνωση/ εγγραφή από/ σε ένα σκληρό δίσκο γίνεται µε τη βοήθεια µιας κεφαλής (head) η κεφαλή βρίσκεται πάρα πολύ κοντά στην επιφάνεια του δίσκου και είναι στερεωµένη στην άκρη ενός βραχίονα (arm) ο σκληρός δίσκος έχει όσες κεφαλές όσες οι επιφάνειες του (αν οι επιφάνειες είναι διπλής όψεως τότε έχουµε διπλό αριθµό κεφαλών) οι κεφαλές είναι ενωµένες σε κοινό βραχίονα και µετακινούνται όλες µαζί Όταν πρόκειται να γίνει ανάγνωση/ εγγραφή δεδοµένων 1. ο βραχίονας δέχεται εντολή να µετακινηθεί ώστε η κεφαλή να βρεθεί πάνω από το επιθυµητό σηµείο της επιφάνειας του δίσκου 2. η κεφαλή διαβάζει/ εγγράφει δεδοµένα στην επιφάνεια του δίσκου καθώς αυτή περιστρέφεται H µετακίνηση του βραχίονα είναι µηχανική και γι αυτό οι σκληροί δίσκοι έχουν χαµηλότερες ταχύτητες από την κύρια µνήµη Συνεχόµενα δεδοµένα γράφονται (αν αυτό είναι εφικτό) ανά κύλινδρο, έτσι ώστε να ελαχιστοποιούνται οι µετακινήσεις του βραχίονα (άρα και η σπατάλη χρόνου) 28

Σκληροί ίσκοι Ο χρόνος προσπέλασης (access time) που απαιτείται για την προσπέλαση δεδοµένων που βρίσκονται αποθηκευµένα σε ένα σκληρό δίσκο είναι το άθροισµα των παρακάτω τριών παραγόντων: Χρόνος αναζήτησης (seek time): είναι ο χρόνος που απαιτείται για να µετακινήσει ο βραχίονας την κεφαλή ανάγνωσης/εγγραφής πάνω από τον επιθυµητό κύλινδρο. Ο χρόνος αυτός µετριέται σε χιλιοστά του δευτερολέπτου (milliseconds, ms) και κυµαίνεται από 5 15 ms στους περισσότερους σκληρούς δίσκους. Καθυστέρηση περιστροφής (rotational delay): είναι ο χρόνος που απαιτείται για να περιστραφεί η επιφάνεια του δίσκου έτσι ώστε η κεφαλή να βρεθεί πάνω από τον επιθυµητό τοµέα Σε ένα δίσκο µε ταχύτητα περιστροφής 7.200 RPM (revolutions per minute, περιστροφές ανά λεπτό), η µέση καθυστέρηση περιστροφής θα είναι περίπου 8 ms Χρόνος µεταφοράς (transfer time): είναι η ταχύτητα µε την οποία µεταφέρονται τα δεδοµένα από το σκληρό δίσκο προς την ΚΜΕ για επεξεργασία ή από την ΚΜΕ προς το σκληρό δίσκο για να αποθηκευτούν 29

Σκληροί ίσκοι Τυπικά χαρακτηριστικά των σκληρών δίσκων που χρησιµοποιούνται σήµερα στους προσωπικούς υπολογιστές: Χωρητικότητα: Οι σηµερινοί δίσκοι έχουν χωρητικότητες της τάξης των 300-500 Gb, αν και υπάρχουν φυσικά και δίσκοι µεγαλύτερης χωρητικότητας (έως και 1,5 Tb) Ρυθµός Περιστροφής / Ρυθµός Μεταφοράς εδοµένων: Τυπικές τιµές είναι της τάξης των 7.200 περιστροφών των επιφανειών του δίσκου ανά λεπτό (RPM, revolutions per minute) που δίνουν ρυθµούς µεταφοράς δεδοµένων µέχρι 1 Gbit ανά δευτερόλεπτο. Υπάρχουν βέβαια και ισχυρότεροι δίσκοι µε ρυθµούς περιστροφής πάνω από 15.000 RPM και ρυθµούς µεταφοράς πάνω από 1,5 Gbit/sec. Προσοχή όµως: οι ρυθµοί µεταφοράς αυτοί αναφέρονται στο µέγιστο που µπορεί να επιτευχθεί για µεταφορά συνεχόµενων δεδοµένων. Οι συνολικοί χρόνοι προσπέλασης (λαµβάνοντας υπ όψιν όλους τους παράγοντες που αναφέρθηκαν πιο πριν) είναι της τάξης των 44,2 έως 111,4 Mb/sec στους περισσότερους προσωπικούς υπολογιστές. Φυσικό µέγεθος: Ενώ οι πρώτοι σκληροί δίσκοι είχαν µέγεθος 8 και αργότερα 5,25 ίντσες, οι πλέον συχνά χρησιµοποιούµενοι σήµερα είναι της τάξης των 3,5 και 2,5 ιντσών. Υπάρχουν και µικρότερου φυσικού µεγέθους δίσκοι, ιδίως για µικρότερες ηλεκτρονικές συσκευές, όπως κινητά τηλέφωνα, π.χ. 1,8 ιντσών (PC cards) και µιας ίντσας (CompactFlash) Το ρεκόρ στο βιβλίο Guiness έχει η Toshiba που έχει κατασκευάσει σκληρό δίσκο 0,85 ιντσών µε χωρητικότητα 4 Gb. 30

Μαγνητικές Ταινίες Οι µαγνητικές ταινίες είναι τεχνολογίες µη ασταθούς µαγνητικής βοηθητικής µνήµης µια από τις παλιότερες τεχνολογίες αποθήκευσης δεδοµένων χαµηλότερη ταχύτητα και ποιότητα αποθήκευσης δεδοµένων πολύ χαµηλό κόστος αποθήκευσης µεγάλη αποθηκευτική χωρητικότητα (της τάξης των 800 Gb ανά ταινία) χρησιµοποιούνται ευρέως για την αποθήκευση αντιγράφων ασφαλείας, ειδικά σε επιχειρηµατικές εφαρµογές και οργανισµούς η µαγνητική ταινία αποτελείται από µία πλαστική ταινία µεγάλου µήκους η οποία έχει επικαλυφθεί µε σιδηροµαγνητικό υλικό (οξείδιο του σιδήρου) και είναι τυλιγµένη γύρω από µια µποµπίνα (reel) 31

Μαγνητικές Ταινίες Η ταινία χωρίζεται σε 9 τροχιές (tracks) ή κανάλια (channels) ή ίχνη. σε κάθε τροχιά αποθηκεύεται ένα bit τα πρώτα 8 bit χρησιµοποιούνται για την κωδικοποίηση ενός byte το 9 ο bit χρησιµοποιείται για τον έλεγχο λαθών Έλεγχος µονής ισοτιµίας ή έλεγχος άρτιας ισοτιµίας. Η ανάγνωση/ εγγραφή των δεδοµένων γίνεται µέσω µιας κεφαλής ανάγνωσης/εγγραφής Η ταχύτητα µετάδοσης των δεδοµένων εξαρτάται από δυο παράγοντες : Την ταχύτητα περιστροφής της µαγνητικής ταινίας (inches per second ή ips) Την πυκνότητα των δεδοµένων (bit per inch ή bpi) π.χ. σε µια µαγνητική ταινία όπου η ταχύτητα ανάγνωσης/εγγραφής είναι 120 ips και η πυκνότητα εγγραφής 3.200 bpi, η ταχύτητα µεταφοράς των δεδοµένων είναι 384 Kbps (χιλιάδες bit ανά δευτερόλεπτο) Το βασικό αρνητικό στοιχείο των µαγνητικών ταινιών είναι το γεγονός ότι η ανάγνωση και η εγγραφή γίνονται σειριακά 32

Συµπαγείς ίσκοι (Compact Disks, CD) Τα CD είναι µη ασταθής οπτική βοηθητική µνήµη αναπτύχθηκε αρχικά από τη Philips και τη Sony το 1982 για την αποθήκευση ήχου αλλά γρήγορα αναπτύχθηκαν και µορφές για την αποθήκευση δεδοµένων ένα τυπικό CD έχει διάµετρο 120 χιλιοστά, αν και υπάρχουν επίσης και Mini CD µε διάµετρο 60 ή 80 χιλιοστών Γνωστές παραλλαγές της τεχνολογίας αποτελούν τα: CD-ROM (1985), για την αποθήκευση δεδοµένων. Τυπικά έχει χωρητικότητα της τάξης των 800-900 Mb ανά δίσκο, ενώ τα Mini CD φτάνουν περίπου τα 200-250 Mb. Όπως υποδεικνύει το «ROM» στο όνοµα του, επιτρέπει µόνο την ανάγνωση και όχι την εγγραφή πληροφοριών σε αυτό CD-R (CD Recordable) (1990), στα οποία ο χρήστης µπορεί να εγγράψει δεδοµένα στην επιφάνεια του δίσκου, αλλά µόνο µια φορά. Ανήκει στην κατηγορία µνηµών που είναι γνωστές ως WORM (write once, read many µιας εγγραφής, πολλών αναγνώσεων). CD-RW (CD ReWriteable) (1997), που επιτρέπουν πολλαπλές εγγραφές (θεωρητικά µέχρι 1.000, στην πράξη πολύ λιγότερες) πάνω στην επιφάνεια του δίσκου. SACD (Super Audio CD), Video CD (VCD), PhotoCD, και άλλες µορφές της τεχνολογίας για πιο εξειδικευµένες χρήσεις 33

Συµπαγείς ίσκοι (Compact Disks, CD) Ένα CD-ROM έχει πάχος 1,2 χιλιοστά και είναι φτιαγµένο από πλαστικό υλικό πάνω στο οποίο υπάρχει µια λεπτή στρώση αλουµινίου (σπανιότερα χρυσού) ώστε το υλικό να αντανακλά το φως Οι πληροφορίες (δυαδικά ψηφία) γράφονται πάνω στο CD µε τη µορφή πολύ µικρών εσοχών (pits) που δηµιουργούνται λιώνοντας το στρώµα αλουµινίου µε µια ισχυρή ακτίνα λέιζερ. Οι περιοχές µεταξύ των εσοχών είναι γνωστές ως κοιλάδες (lands) Τα δεδοµένα οργανώνονται στο CD σε τροχιές (tracks): οι τροχιές αποτελούν στο CD αποτελούν µια ελικοειδή σπείρα που ξεκινάει από το κέντρο του δίσκου και εκτείνεται ως την άκρη του οι αποστάσεις µεταξύ των τροχιών είναι της τάξης του 1,6 µm (χιλιοστά του χιλιοστού), ενώ οι αποστάσεις µεταξύ των bit είναι περίπου 0,834 µm. Το συνολικό µήκος της ακτίνας σε ένα απλό CD φτάνει τα 7,5 χιλιόµετρα! Τα δυαδικά ψηφία 0 και 1 δεν αντιπροσωπεύονται από τις εσοχές και τις κοιλάδες. Αντίθετα, χρησιµοποιείται µια τεχνική που είναι γνωστή ως NRZI (non return to zero, inverted), σύµφωνα µε την οποία µια αλλαγή από εσοχή σε κοιλάδα ή αντίστροφα συµβολίζει το ένα, ενώ καµία αλλαγή συµβολίζει το µηδέν Κάθε τροχιά είναι χωρισµένη σε τοµείς (sectors), ο κάθε ένας εκ των οποίων έχει χωρητικότητα 2.352 byte Ένα τυπικό CD έχει 333.000 τοµείς, δίνοντας έτσι συνολική χωρητικότητα 333.000 * 2.352 = 783.216.000 bytes ή περίπου 746 Mb 34

Συµπαγείς ίσκοι (Compact Disks, CD) Ανάγνωση CD Η ανάγνωση ενός CD γίνεται µε τη βοήθεια µιας µονάδας ανάγνωσης (CD- ROM drive) Κατά την ανάγνωση στέλνεται µια ακτίνα λέιζερ µήκους κύµατος 780 nm (κοντά στο υπέρυθρο φάσµα) και µετριέται από µια φωτοδίοδο η ένταση του ανακλώµενου φωτός για να αποφασιστεί αν αυτό αντιστοιχεί σε µια εσοχή ή σε µια κοιλάδα. Οι µονάδες ανάγνωσης CD χαρακτηρίζονται από την ταχύτητα τους, η οποία συµβολίζεται µε ένα αριθµό που δείχνει πόσες φορές γρηγορότερα περιστρέφει η µονάδα το CD σε σχέση µε την πρότυπη ταχύτητα περιστροφής ενός CD ήχου (που είναι 150 Kb/sec). π.χ., ένα CD drive µε ταχύτητα 52x περιστρέφει τα CD που διαβάζει 52 φορές γρηγορότερα από τα CD ήχου, δίνοντας έτσι ταχύτητες µεταφοράς της τάξης των 7,8 Mb/sec Εγγραφή CD Η εγγραφή ενός CD γίνεται µε τη βοήθεια µια µονάδας εγγραφής (CD-R, CR-RW drive) Οι µονάδες εγγραφής συνήθως χαρακτηρίζονται από τρεις διαφορετικές ταχύτητες που συµβολίζουν την ταχύτητα πρώτης εγγραφής, την ταχύτητα επανεγγραφής και την ταχύτητα ανάγνωσης π.χ. ένα CD-RW drive µε ταχύτητες 12x/10x/32x µπορεί να γράψει πληροφορίες σε ένα CD-RW µε ταχύτητα 1,8 Mb/sec για την πρώτη εγγραφή (12x), 1,5 Mb/sec για επανεγγραφή (10x) και να διαβάσει δεδοµένα µε ταχύτητα µέχρι 4,8 Mb/sec (32x) 35

Ψηφιακοί Ευέλικτοι ίσκοι (Digital Versatile Disks, DVD) Τα DVD είναι µη ασταθής οπτική βοηθητική µνήµη Πρωτοπαρουσιάστηκαν το 1996 και αποτελούν προϊόν συγχώνευσης δυο παλιότερων τεχνολογιών, του Super Disk (SD) και του Multimedia CD (MMCD) Τα DVD αρχικά σχεδιάστηκαν για την αποθήκευση βίντεο και στη συνέχεια έγιναν δηµοφιλή σα βοηθητική µνήµη σε υπολογιστές Γνωστές παραλλαγές της τεχνολογίας αποτελούν τα: DVD-ROM, για την αποθήκευση δεδοµένων. Eπιτρέπουν µόνο την ανάγνωση και όχι την εγγραφή πληροφοριών σε αυτά DVD-R και DVD+R (DVD Recordable), στα οποία ο χρήστης µπορεί να εγγράψει δεδοµένα στην επιφάνεια του δίσκου, αλλά µόνο µια φορά. Ο δίσκος έπειτα µπορεί να χρησιµοποιηθεί µόνο για την ανάγνωση των δεδοµένων αυτών. DVD-RW και DVD+RW (DVD ReWriteable), που επιτρέπουν πολλαπλές εγγραφές πάνω στην επιφάνεια του δίσκου. DVD Video, DVD Audio, και άλλες µορφές της τεχνολογίας για πιο εξειδικευµένες χρήσεις 36

Ψηφιακοί Ευέλικτοι ίσκοι (Digital Versatile Disks, DVD) Ένα DVD έχει 120 χιλιοστά διάµετρο, πάχος 1,2 χιλιοστά, πλαστικό υπόστρωµα µε εξωτερικό στρώµα αλουµινίου οι πληροφορίες που εγγράφονται στο DVD είναι πυκνότερες από τα CD µε αποτέλεσµα να επιτυγχάνουν µεγαλύτερη αποθηκευτική δυνατότητα. οι αποστάσεις µεταξύ των τροχιών είναι της τάξης του 0,74 µm (χιλιοστά του χιλιοστού), αντί των 1,6 µm στο CD, ενώ οι αποστάσεις µεταξύ των bit είναι περίπου 0,4 µm (0,834 µm στο CD), µε αποτέλεσµα το συνολικό µήκος της σπειροειδούς ακτίνας εγγραφής δεδοµένων να φτάνει τα 17,5 χιλιόµετρα σε ένα απλό DVD Η δυνατότητα πυκνότερης εγγραφής δεδοµένων πάνω στην επιφάνεια ενός DVD προέρχεται από τη χρήση ακτίνας λέιζερ µήκους 650 nm (θυµηθείτε ότι στο CD η ακτίνα είναι 780 nm) Για το λόγο αυτό η ακτίνα του DVD έχει κόκκινο χρώµα Η τυπική χωρητικότητα ενός DVD κυµαίνεται από 4,7 Gb (DVD µονής επιφάνειας, µονής στρώσης single sided, single layer) µέχρι 17,08 Gb (DVD διπλής επιφάνειας, διπλής στρώσης double sided, double layer) Τα DVD επιτυγχάνουν και γρηγορότερες ταχύτητες ανάγνωσης και εγγραφής 37

ίσκοι Μπλέ Ακτίνας (BluRay Disks, BRD) Η τεχνολογία των BluRay δίσκων παρουσιάστηκε το 2006 και φαίνεται να αποτελεί το ντε φάκτο νέο πρότυπο για οπτικές µνήµες, επικρατώντας του ανταγωνιστικού προτύπου HD DVD (Hi Definition DVD) Οι διαστάσεις ενός δίσκου BluRay είναι οι ίδιες µε αυτές ενός DVD αλλά λόγω της χρήσης ακτίνας λέιζερ ακόµα µικρότερου µήκους κύµατος (405 nm, από το οποίο προκύπτει και το µπλε χρώµα της ακτίνας), τα δεδοµένα γράφονται ακόµα πυκνότερα Χαρακτηριστικό CD DVD BluRay Μήκος κύµατος ακτίνας λέιζερ 780nm (υπέρυθρο) 640 nm (κόκκινο) 405 nm (µπλε) Απόσταση µεταξύ τροχιών 1,6 µm 0,74 µm 0,32 µm Απόσταση µεταξύ bits 0,834 µm 0,4 µm 0,14 µm Μήκος σπειροειδούς ακτίνας εγγραφής δεδοµένων 6 7,5 Km 17,5 25 Km 27 54 Km Τυπική χωρητικότητα 800 900 Mb 4,7 17 Gb 25 50 Gb 38

Οικονοµικό Πανεπιστήµιο Αθηνών Τµήµα ιοικητικής Επιστήµης & Τεχνολογίας ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΚΑ & ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Κεφάλαιο 4 Β µέρος Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας Γιώργος Γιαγλής

Το σηµερινό µάθηµα Εισαγωγή στην Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας (ΚΜΕ) οµικά στοιχεία της ΚΜΕ Έλεγχος ενός προγράµµατος στην ΚΜΕ Χαρακτηριστικά της ΚΜΕ Παράλληλη επεξεργασία

οµικά στοιχεία της ΚΜΕ Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας (CPU) Αριθµητική & Λογική Μονάδα Μονάδα Ελέγχου Κεντρική Μνήµη Μονάδα Εισόδου - Εξόδου

Αριθµητική & Λογική Μονάδα (ΑLU) Η αριθµητική-λογική µονάδα ALU εκτελεί τις παρακάτω πράξεις: Αριθµητικές πράξεις: πρόσθεση, αφαίρεση, πολλαπλασιασµός, διαίρεση. Τις εκτελεί το τµήµα που καλείται αριθµητική µονάδα (ΑU). Λογικές πράξεις: Συγκρίσεις (=, <,>) και διάζευξη, σύζευξη, άρνηση (OR, AND, NOT). Τις εκτελεί το τµήµα που καλείται λογική µονάδα (LU). Βοηθητικές εργασίες για τις πράξεις όπως δεξιά ολίσθηση και αριστερή ολίσθηση

οµικά Στοιχεία της ALU Αποτελείται από δύο τµήµατα: Καταχωρητές που χρησιµεύουν για την προσωρινή αποθήκευση αριθµών και την ολίσθηση. Συνήθως µία αριθµητική-λογική µονάδα διαθέτει ένα ειδικό καταχωρητή ο οποίος ονοµάζεται συσσωρευτής (accumulator). Ο συσσωρευτής συγκεντρώνει τα διάφορα αποτελέσµατα των υπολογισµών. Μία τυπική αριθµητική-λογική µονάδα διαθέτει τρεις καταχωρητές ένας από τους οποίους είναι ο συσσωρευτής. Κυκλώµατα για την εκτέλεση των πράξεων

οµή της ALU

Μονάδα Eλέγχου (CU) Η Μονάδα ελέγχου (CU) συντονίζει και κατευθύνει τη ροή των λειτουργιών της µηχανής. Ο συντονισµός επιτυγχάνεται µε ειδικά σήµατα ελέγχου που διαβιβάζονται από και προς όλες τις άλλες µονάδες. Είναι η πιο σύνθετη σε λειτουργίες µονάδα διότι συντονίζει τις λειτουργίες όλων των υπόλοιπων µονάδων.

Οι βασικές λειτουργίες της CU Καταµερισµός του χρόνου της ΚΜΕ στα εκτελούµενα προγράµµατα Η έναρξη ή η διακοπή ενός προγράµµατος. Ο προσδιορισµός κάθε φορά της επόµενης προς εκτέλεση εντολής του αποθηκευµένου προγράµµατος. Η µεταφορά της υπό εκτέλεση εντολής από τη µνήµη στην ΚΜΕ. Η αποκωδικοποίηση της υπό εκτέλεση εντολής. Η επίβλεψη των λειτουργιών κατά τη φάση της εκτέλεσης της εντολής. Η ενεργοποίηση ή η απενεργοποίηση µονάδων εισόδου-εξόδου.

οµικά Στοιχεία της CU (I) Η µονάδα ελέγχου αποτελείται από διάφορα απαραίτητα κυκλώµατα ελέγχου και συντονισµού καθώς και από τους παρακάτω καταχωρητές: Καταχωρητής εντολών (instruction register-ir) Περιέχει κάθε φορά την προς εκτέλεση εντολή. Μετά την αποκωδικοποίησή της παράγονται τα σήµατα που απαιτούνται για την εκτέλεσή της. Μετρητής προγράµµατος ή µετρητής εντολών (program counter PC, instruction counter) Περιέχει την διεύθυνση της θέσης της µνήµης στην οποία υπάρχει η επόµενη εντολή από αυτή που εκτελείται. Αφού έρθει η σειρά αυτής της εντολής και µεταφερθεί από τη µνήµη στον καταχωρητή IR, τότε το περιεχόµενο του καταχωρητή PC θα αλλάξει για να δείχνει την επόµενη διεύθυνση

οµικά Στοιχεία της CU (II) Καταχωρητής ιευθύνσεων Μνήµης (Memory Address Register-MAR) Περιέχει τη διεύθυνση της µνήµης από την οποία θα διαβαστεί ή θα αποθηκευτεί κάποια πληροφορία και θα µεταφερθεί στην ΚΜΕ. Το µέγεθος του είναι όσο το µήκος διεύθυνσης του υπολογιστή. Καταχωρητής Περιεχοµένων Μνήµης (Memory Data Register-MDR) Περιέχει τα στοιχεία που µόλις διαβάστηκαν από τη θέση της µνήµης που περιέχει ο καταχωρητής MAR ή το νέο περιεχόµενο που πρόκειται να αποθηκευτεί στην διεύθυνση της µνήµης που περιέχει ο καταχωρητής MAR. Το µέγεθός του είναι όσο η λέξη της µηχανής.

Συνδέσεις µεταξύ των Μονάδων Οι µονάδες υπολογιστικού συστήµατος συνδέονται µε καλωδιακές συνδέσεις. Οι τυπικές συνδέσεις είναι: Data Bus (δίαυλος δεδοµένων ) Address Bus (δίαυλος διευθύνσεων) Control lines (γραµµές ελέγχου) Ο δίαυλος ή διάδροµος (bus) είναι ένα σύνολο από παράλληλα καλώδια µε τον οποίο συνδέονται οι επιµέρους µονάδες του υπολογιστή. Για την σωστή λειτουργία οι συνδεδεµένες µονάδες πρέπει να ακολουθούν ένα συγκεκριµένο πρωτόκολλο επικοινωνίας. Πρωτόκολλο επικοινωνίας διαύλου είναι το σύνολο των κανόνων που καθορίζουν τον τρόπο που γίνεται η ανταλλαγή σηµάτων και δεδοµένων µεταξύ των µονάδων µέσω του διαδρόµου.

Χαρακτηριστικά ιαύλου Ταχύτητα διαύλου ονοµάζεται η ποσότητα των δυαδικών δεδοµένων που µεταδίδονται στην µονάδα του χρόνου. Μετριέται σε bits/sec. Εναλλακτικά για διαδρόµους που η µετάδοση γίνεται σε καθορισµένου παλµούς ενός ρολογιού µετρείται και σε µονάδες συχνότητας Hz. Έτσι δίαυλος 66 MHz σηµαίνει 66 10 bit/sec. Εύρος διαύλου ονοµάζεται το πλήθος των παράλληλων καλωδίων. Το εύρος αντιπροσωπεύει τον αριθµό bits που µπορούν να µεταδοθούν ταυτόχρονα και το οποίο είναι πολλαπλάσιο του µήκους λέξης του υπολογιστή. Το εύρος του διαύλου επί την ταχύτητά του µας δίνουν το µέγιστο αριθµό των bits που µεταδίδονται από όλα τα κανάλια του διαύλου παράλληλα, στην µονάδα του χρόνου και ονοµάζεται διαµεταγωγή (throughput).

Εκτέλεση προγράµµατος στην ΚΜΕ Μια εντολή στη γλώσσα µηχανής αποτελείται από 2 µέρη: Λεκτικό: που περιέχει τον κώδικα λειτουργίας της εντολής ιεύθυνσης: που περιέχει τις διευθύνσεις των δεδοµένων που θα χρησιµοποιηθούν από την εντολή ΛΕΚΤΙΚΟ Ν/ΣΗ ΕΠΕΞΗΓΗΣΗ LOAD X Το περιεχόµενο της διεύθυνσης Χ ανακαλείται από τη µνήµη και µεταφέρεται στο συσσωρευτή (αντικαθιστώντας τα προηγούµενα περιεχόµενα του) ADD Y Το περιεχόµενο της διεύθυνσης Υ ανακαλείται από τη µνήµη και προστίθεται στο συσσωρευτή STORE Z Το περιεχόµενο του συσσωρευτή µεταφέρεται στη διεύθυνση µνήµης Ζ (αντικαθιστώντας τα προηγούµενα περιεχόµενα της) STOP Εντολή τερµατισµού του προγράµµατος

Χ Υ Ζ Χ Υ Ζ ΚΕΝΤΡΙΚΗ ΜΝΗΜΗ 5 8 4 ΚΕΝΤΡΙΚΗ ΜΝΗΜΗ 5 8 4 LOAD X ADD Υ ΣΥΣΣΩΡΕΥΤΗΣ 5 ΣΥΣΣΩΡΕΥΤΗΣ 13 LOAD X ADD Y STORE Z STOP Χ Υ Ζ ΚΕΝΤΡΙΚΗ ΜΝΗΜΗ 5 8 13 STORE Z ΣΥΣΣΩΡΕΥΤΗΣ 13

Εκτέλεση εντολών Για την εκτέλεση κάθε εντολής είναι απαραίτητο να γίνουν δύο διαδικασίες: 1. κύκλος ανάκλησης (fetch cycle) και 2. κύκλος εκτέλεσης (execution cycle) της εντολής.

Κύκλος Ανάκλησης (Fetch Cycle) Η διεύθυνση της επόµενης προς εκτέλεση εντολής (που βρίσκεται αποθηκευµένη στον µετρητή προγράµµατος PC) µεταφέρεται στον καταχωρητή διευθύνσεων µνήµης MAR. Μεταφέρεται στον καταχωρητή περιεχοµένων µνήµης MDR το περιεχόµενο της διεύθυνσης στην οποία δείχνει ο MΑR. Το περιεχόµενο του MDR, δηλαδή η εντολή προς εκτέλεση, µεταφέρεται στον καταχωρητή εντολών IR. Μεταβάλλεται το περιεχόµενο του µετρητή προγράµµατος PC ώστε αυτός να δείχνει στην επόµενη προς εκτέλεση εντολή. Ξεκινά ο κύκλος εκτέλεσης της τρέχουσας εντολής (execution cycle) µε την ενεργοποίηση των κατάλληλων κυκλωµάτων για την εκτέλεση της. Ξεκινά ο κύκλος ανάκλησης της επόµενης εντολής (fetch cycle) από το Βήµα 1 παραπάνω.

Παράδειγµα εκτέλεσης προγράµµατος Έστω οτι θελουµε να προσθέσουµε τα δεδοµένα που βρίσκονται στις θέσεις 0110, 0111 (διευθύνσεις Χ και Υ αντίστοιχα) ενώ το αποτέλεσµα της πράξης να αποθηκευθεί στη θέση 1010 (διεύθυνση Ζ). LOAD 0110 ADD 0111 STORE 1010 STOP

Βήµα 1ο α) Ο µετρητής προγράµµατος (PC) περιέχει τη διεύθυνση της πρώτης εντολής δηλ. 0000 β) Το περιεχόµενο των άλλων καταχωρητών δεν ενδιαφέρει σε αυτό το βήµα. ΚΜΕ ΜΝΗΜΗ ΚΑΤΑΧΩΡΗΤΕΣ ΣΥΣΣΩΡΕΥΤΗΣ ΙΕΥΘΥΝΣΗ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ IR 01010101 0000 LOAD 0110 PC 0000 0001 ADD 0111 01010101 MAR 0101 0010 STORE 1010 MDR 01010101 0011 STOP 0100 01010101 0101 01010101 0110 00100000 0111 00000001 1000 01010101 1001 01010101 1010 01010101 1011 01010101 1100 01010101 1101 01010101 1110 01010101 1111 01010101

Βήµα 2ο α) Η διεύθυνση του PC µεταφέρεται στον καταχωρητή διευθύνσεων µνήµης MAR, δηλ. το 0000 β) Μεταφέρεται στον καταχωρητή περιεχοµένων µνήµης MDR το περιεχόµενο της διεύθυνσης στην οποία δείχνει ο MΑR (δηλαδή το LOAD 0110). γ)το περιεχόµενο του MDR, δηλαδή η εντολή προς εκτέλεση, µεταφέρεται στον καταχωρητή εντολών IR (που έτσι έχει τιµή LOAD 0110). δ)μεταβάλλεται το περιεχόµενο του µετρητή προγράµµατος PC ώστε αυτός να δείχνει στην επόµενη προς εκτέλεση εντολή (έτσι ο PC έχει τιµή 0001). ΚΜΕ ΜΝΗΜΗ ΚΑΤΑΧΩΡΗΤΕΣ ΣΥΣΣΩΡΕΥΤΗΣ ΙΕΥΘΥΝΣΗ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ IR LOAD 0110 0000 LOAD 0110 PC 0001 0001 ADD 0111 01010101 MAR 0000 0010 STORE 1010 MDR LOAD 0110 0011 STOP 0100 01010101 0101 01010101 0110 00100000 0111 00000001 1000 01010101 1001 01010101 1010 01010101 1011 01010101 1100 01010101 1101 01010101 1110 01010101 1111 01010101

Βήµα 2 ο (συνέχεια) ε) Το τµήµα διεύθυνσης της εκτελούµενης εντολής (δηλαδή το 0110) µεταφέρεται στον καταχωρητή διευθύνσεων µνήµης MAR. Έτσι, ο MAR παίρνει τιµή 0110. στ) Μεταφέρεται στον καταχωρητή περιεχοµένων µνήµης MDR το περιεχόµενο της διεύθυνσης στην οποία δείχνει ο MΑR (δηλαδή το 00100000). ζ) ΚΥΚΛΟΣ ΕΚΤΕΛΕΣΗΣ: Το περιεχόµενο του MDR µεταφέρεται στον συσσωρευτή (που έτσι έχει τιµή 00100000) αφού εκτελείται µια εντολή LOAD. ΚΜΕ ΜΝΗΜΗ ΚΑΤΑΧΩΡΗΤΕΣ ΣΥΣΣΩΡΕΥΤΗΣ ΙΕΥΘΥΝΣΗ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ IR LOAD 0110 0000 LOAD 0110 PC 0001 0001 ADD 0111 00100000 MAR 0110 0010 STORE 1010 MDR 00100000 0011 STOP 0100 01010101 0101 01010101 0110 00100000 0111 00000001 1000 01010101 1001 01010101 1010 01010101 1011 01010101 1100 01010101 1101 01010101 1110 01010101 1111 01010101

Βήµα 3ο α) Η διεύθυνση του PC µεταφέρεται στον καταχωρητή διευθύνσεων µνήµης MAR, δηλ. το 0001 β) Μεταφέρεται στον καταχωρητή περιεχοµένων µνήµης MDR το περιεχόµενο της διεύθυνσης στην οποία δείχνει ο MΑR (δηλαδή το ΑDD 0111). γ)το περιεχόµενο του MDR, δηλαδή η εντολή προς εκτέλεση, µεταφέρεται στον καταχωρητή εντολών IR (που έτσι έχει τιµή ΑDD 0111). δ)μεταβάλλεται το περιεχόµενο του µετρητή προγράµµατος PC ώστε αυτός να δείχνει στην επόµενη προς εκτέλεση εντολή (έτσι ο PC έχει τιµή 0010). ΚΜΕ ΜΝΗΜΗ ΚΑΤΑΧΩΡΗΤΕΣ ΣΥΣΣΩΡΕΥΤΗΣ ΙΕΥΘΥΝΣΗ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ IR ADD 0111 0000 LOAD 0110 PC 0010 0001 ADD 0111 00100000 MAR 0001 0010 STORE 1010 MDR ADD 0111 0011 STOP 0100 01010101 0101 01010101 0110 00100000 0111 00000001 1000 01010101 1001 01010101 1010 01010101 1011 01010101 1100 01010101 1101 01010101 1110 01010101 1111 01010101

Βήµα 3 ο (συνέχεια) ε) Το τµήµα διεύθυνσης της εκτελούµενης εντολής (δηλαδή το 0111) µεταφέρεται στον καταχωρητή διευθύνσεων µνήµης MAR. Έτσι, ο MAR παίρνει τιµή 0111. στ) Μεταφέρεται στον καταχωρητή περιεχοµένων µνήµης MDR το περιεχόµενο της διεύθυνσης στην οποία δείχνει ο MΑR (δηλαδή το 00000001). ζ) ΚΥΚΛΟΣ ΕΚΤΕΛΕΣΗΣ: Το περιεχόµενο του MDR προστίθεται στον συσσωρευτή (που έτσι έχει τιµή 00100001) αφού εκτελείται µια εντολή ADD. ΚΜΕ ΜΝΗΜΗ ΚΑΤΑΧΩΡΗΤΕΣ ΣΥΣΣΩΡΕΥΤΗΣ ΙΕΥΘΥΝΣΗ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ IR ADD 0111 0000 LOAD 0110 PC 0010 0001 ADD 0111 00100001 MAR 0111 0010 STORE 1010 MDR 00000001 0011 STOP 0100 01010101 0101 01010101 0110 00100000 0111 00000001 1000 01010101 1001 01010101 1010 01010101 1011 01010101 1100 01010101 1101 01010101 1110 01010101 1111 01010101

Βήµα 4ο α) Η διεύθυνση του PC µεταφέρεται στον καταχωρητή διευθύνσεων µνήµης MAR, δηλ. το 0010 β) Μεταφέρεται στον καταχωρητή περιεχοµένων µνήµης MDR το περιεχόµενο της διεύθυνσης στην οποία δείχνει ο MΑR (δηλαδή το STORE 1010). γ)το περιεχόµενο του MDR, δηλαδή η εντολή προς εκτέλεση, µεταφέρεται στον καταχωρητή εντολών IR (που έτσι έχει τιµή STORE 1010). δ)μεταβάλλεται το περιεχόµενο του µετρητή προγράµµατος PC ώστε αυτός να δείχνει στην επόµενη προς εκτέλεση εντολή (έτσι ο PC έχει τιµή 0011). ΚΜΕ ΜΝΗΜΗ ΚΑΤΑΧΩΡΗΤΕΣ ΣΥΣΣΩΡΕΥΤΗΣ ΙΕΥΘΥΝΣΗ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ IR STORE 1010 0000 LOAD 0110 PC 0011 0001 ADD 0111 00100001 MAR 0010 0010 STORE 1010 MDR STORE 1010 0011 STOP 0100 01010101 0101 01010101 0110 00100000 0111 00000001 1000 01010101 1001 01010101 1010 01010101 1011 01010101 1100 01010101 1101 01010101 1110 01010101 1111 01010101

Βήµα 4 ο (συνέχεια) ε) Το τµήµα διεύθυνσης της εκτελούµενης εντολής (δηλαδή το 1010) µεταφέρεται στον καταχωρητή διευθύνσεων µνήµης MAR. Έτσι, ο MAR παίρνει τιµή 1010. στ) Μεταφέρεται στον καταχωρητή περιεχοµένων µνήµης MDR το περιεχόµενο της διεύθυνσης στην οποία δείχνει ο MΑR (δηλαδή το 01010101). ζ) ΚΥΚΛΟΣ ΕΚΤΕΛΕΣΗΣ: Το περιεχόµενο του συσσωρευτή µεταφέρεται στη θέση της κύριας µνήµης που δείχνει ο MAR, αφού εκτελείται µια εντολή STORE. ΚΜΕ ΜΝΗΜΗ ΚΑΤΑΧΩΡΗΤΕΣ ΣΥΣΣΩΡΕΥΤΗΣ ΙΕΥΘΥΝΣΗ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ IR STORE 1010 0000 LOAD 0110 PC 0011 0001 ADD 0111 00100001 MAR 1010 0010 STORE 1010 MDR 01010101 0011 STOP 0100 01010101 0101 01010101 0110 00100000 0111 00000001 1000 01010101 1001 01010101 1010 00100001 1011 01010101 1100 01010101 1101 01010101 1110 01010101 1111 01010101

Βήµα 5ο α) Η διεύθυνση της επόµενης προς εκτέλεση εντολής µεταφέρεται στον MAR. Έτσι, ο MAR παίρνει τιµή 1011 β) Μεταφέρεται στον καταχωρητή περιεχοµένων µνήµης MDR το περιεχόµενο της διεύθυνσης στην οποία δείχνει ο MΑR (δηλαδή το STOP). γ) Το περιεχόµενο του MDR, δηλαδή η εντολή προς εκτέλεση, µεταφέρεται στον καταχωρητή εντολών IR (που έτσι έχει τιµή STOP). δ) Μεταβάλλεται το περιεχόµενο του µετρητή προγράµµατος PC ώστε αυτός να δείχνει στην επόµενη προς εκτέλεση εντολή (έτσι ο PC παίρνει µια ειδική τιµή που συµβολίζει ότι δεν υπάρχει επόµενη προς εκτέλεση εντολή και εξαρτάται από την υλοποίηση του υπολογιστή). IR ΚΜΕ ΜΝΗΜΗ ΚΑΤΑΧΩΡΗΤΕΣ ΣΥΣΣΩΡΕΥΤΗΣ ΙΕΥΘΥΝΣΗ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ STOP 0000 LOAD 0110 PC 0001 ADD 0111 00100001 MAR 1011 0010 STORE 1010 MDR STOP 0011 STOP 0100 01010101 0101 01010101 0110 00100000 0111 00000001 1000 01010101 1001 01010101 1010 00100001 1011 01010101 1100 01010101 1101 01010101 1110 01010101 1111 01010101

Χαρακτηριστικά της ΚΜΕ Ένας συνήθης τρόπος µέτρησης των ταχυτήτων των επεξεργαστών είναι ο προσδιορισµός του πλήθους των εκτελουµένων εντολών ανά δευτερόλεπτο. Η ταχύτητα ενός επεξεργαστή εξαρτάται από δύο παράγοντες: Το µήκος της λέξης του και την ταχύτητα του ρολογιού του Έχει καθιερωθεί ως µονάδα µέτρησης της ταχύτητας το πλήθος εντολών ανά δευτερόλεπτο (MIPS)

Παράλληλη Επεξεργασία πολυεπεξεργαστικοί υπολογιστές (multi-processor computers) πολυπύρηνοι επεξεργαστές (multi-core processors) συστοιχίες υπολογιστών (cluster computers) υπολογιστικά πλέγµατα (grid computers) αρχιτεκτονική µαζικής παράλληλης επεξεργασίας (massive parallel processing, MPP) ΠΑΡΑΛΛΗΛΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕ ΠΟΛΛΑΠΛΕΣ Κ.Μ.Ε. Ένας Υπολογιστής Πολλοί Υπολογιστές Πολυεπεξεργαστικοί Υπολογιστές Πολυπύρηνοι Επεξεργαστές Συστοιχίες υπολογιστών (υπολογιστικά πλέγµατα) Αρχιτεκτονικές Μαζικής Παράλληλης Επεξεργασίας

Παραλληλία σε µια ΚΜΕ Παραλληλία σε επίπεδο bit (bit level parallelism). Παραλληλία σε επίπεδο εντολής (instruction level parallelism). Παραλληλία σε επίπεδο δέσµης (thread level parallelism ή hyperthreading).

Οικονοµικό Πανεπιστήµιο Αθηνών Τµήµα ιοικητικής Επιστήµης & Τεχνολογίας ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΚΑ & ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Κεφάλαιο 4 Γ µέρος Συσκευές Εισόδου - Εξόδου Γιώργος Γιαγλής

Περίληψη Κεφαλαίου 4 Γ µέρος Συσκευές Εισόδου Πληκτρολόγιο Συσκευές κατάδειξης web κάµερα Σαρωτής Συσκευές αναγνώρισης ήχου Αναγνώστες barcode Ασύρµατη Αναγνώριση µέσω ραδιοσυχνοτήτων (RFID) Συσκευές Εξόδου Οθόνη Εκτυπωτής Επικοινωνία των συσκευών εισόδου-εξόδου µε τον υπολογιστή 68

Εισαγωγή στις Συσκευές Εισόδου - Εξόδου Συσκευές Εισόδου Εξόδου = τεχνολογίες που χρησιµεύουν στην επικοινωνία ανθρώπου και υπολογιστή 69

Συσκευές Εισόδου - Πληκτρολόγιο Το πληκτρολόγιο (keyboard) παρέχει τον πιο διαδεδοµένο σήµερα τρόπο εισαγωγής κειµένου, αριθµών και εντολών σε ένα υπολογιστή διάταξη πλήκτρων QWERTY (AZERTY στη Γαλλία) αποτελείται από 101 ή 104 πλήκτρα Πλήκτρα δακτυλογράφησης Αριθµητικό πληκτρολόγιο Πλήκτρα λειτουργιών Πλήκτρα ελέγχου ενσύρµατα (PS/2 ή USB), ασύρµατα (υπέρυθρες ή Bluetooth) 70

Άλλα Πληκτρολόγια Gaming Photoshop Laser Foldable 71

Συσκευές Εισόδου - Ποντίκι Το ποντίκι (mouse) είναι µια βοηθητική συσκευή κατάδειξης και ελέγχου του δροµέα της οθόνης Στόχος: να µεταφράσει την κίνηση του χεριού του χρήστη σε σήµατα τα οποία αντιλαµβάνεται και µεταφράζει ο υπολογιστής σε εντολές Ο χρήστης µετακινώντας το ποντίκι µετακινεί κατά την ίδια φορά και ταχύτητα ένα κέρσορα, ο οποίος έχει συνήθως τη µορφή δείκτη, στην οθόνη Μηχανικό ποντίκι Οπτικό ποντίκι Επιφάνεια Αφής Οθόνη αφής 72

Συσκευές Εισόδου - Ποντίκι Μηχανικό Ποντίκι Μία σφαίρα ύο κύλινδροι Έναν άξονα, ο οποίος περιστρέφει ένα διάτρητο δίσκο Στις δυο πλευρές του δίσκου υπάρχει µία πηγή υπέρυθρου φωτός και ένας αισθητήρας υπέρυθρου φωτός Ένας µικροεπεξεργαστής Οπτικό Ποντίκι Το οπτικό ποντίκι χρησιµοποιεί οπτικούς ή υπέρυθρους αισθητήρες οι οποίοι αντιλαµβάνονται αλλαγές στην επιφάνεια πάνω στην οποία µετακινείται το ποντίκι καθώς αυτό κινείται. mouse pad ευαίσθητα σε συγκεκριµένα είδη επιφανειών (π.χ. γυαλί) 73

Συσκευές Εισόδου µέσω Αφής Επιφάνεια Αφής (touchpad) αντικαθιστούν τα ποντίκια σε µικρού µεγέθους υπολογιστές έχουν µια επιφάνεια ευαίσθητη στην πίεση που µπορεί να αντιληφθεί τη θέση και την κατεύθυνση κίνησης των δαχτύλων του χεριού διαθέτουν ένα τουλάχιστον πλήκτρο (µέχρι και τρία) ώστε ο χρήστης να µπορεί να δώσει κατάλληλες εντολές Οθόνη αφής Αποτελεί συσκευή εισόδουεξόδου η οθόνη διατρέχεται από οριζόντιες και κάθετες φωτοδιόδους Όταν ο χρήστης αγγίξει την οθόνη, συγκεκριµένες ακτίνες φωτός διακόπτονται και έτσι υπολογίζεται το σηµείο που επιλέχθηκε και που αντιστοιχεί σε µια συγκεκριµένη εντολή 74

Συσκευές Εισόδου web κάµερα µε την ανάπτυξη του διαδικτύου και των εφαρµογών του, έχει γίνει ιδιαίτερα δηµοφιλής η χρήση µικρών καµερών που ονοµάζονται συνήθως webcams για την λήψη εικόνων ή βίντεο που είναι προσπελάσιµα από διαδικτυακές εφαρµογές (π.χ. ένα web browser ή µια εφαρµογή instant messaging) streetcams, metrocams, trafficams σαρωτής είναι µια συσκευή που µεταφράζει αναλογικά δεδοµένα σε ψηφιακά (εικόνες, έντυπο κείµενο κ.α.) ποιότητα της σάρωσης καθορίζεται κυρίως από την ανάλυση και το πλήθος χρωµάτων οπτική αναγνώριση χαρακτήρων (OCR) 75

Συσκευές Εισόδου - Συσκευές αναγνώρισης ήχου Η είσοδος ηχητικών πληροφοριών σε ένα υπολογιστικό σύστηµα και η αποθήκευση τους σε δυαδική µορφή µπορεί να γίνει µε συνδυασµό χρήσης υλικού (µικρόφωνο) και λογισµικού (λογισµικό αναγνώρισης οµιλίας). Το µικρόφωνο είναι µια συσκευή που µετατρέπει ηχητικές πληροφορίες σε ηλεκτρικά σήµατα. Στην πιο συχνή του µορφή διαθέτει µια πολύ λεπτή µεµβράνη, η οποία πάλλεται ανάλογα µε την πίεση των ηχητικών κυµάτων που τη χτυπούν. Η δόνηση της µεµβράνης µεταφράζεται στη συνέχεια σε ηλεκτρικούς παλµούς Το λογισµικό αναγνώρισης οµιλίας (speech recognition software) µετατρέπει τους παλµούς σε ASCII χαρακτήρες κατά την εισαγωγή κειµένου ή σε αριθµούς κατά την εισαγωγή ψηφίων Συστήµατα αναγνώρισης οµιλίας χρησιµοποιούνται ευρύτατα σε εφαρµογές όπως κινητά τηλέφωνα (φωνητικές κλήσεις, voice dialing) και τηλεφωνικές υπηρεσίες (για παράδειγµα, κλείσιµο εισιτηρίων ή τραπεζικές συναλλαγές µε αυτόµατα συστήµατα αναγνώρισης οµιλίας) 76

Συσκευές Εισόδου - Αναγνώστες barcode Αναγνώστες barcode χρησιµοποιούνται ευρέως για την ταυτοποίηση και καταχώρηση προϊόντων σε καταστήµατα, αποθήκες και άλλους εργασιακούς χώρους. Τα δεδοµένα αναπαρίστανται µε την µορφή παράλληλων γραµµών διαφορετικού πάχους. Ένας ειδικός σαρωτής (επιτραπέζιος ή χειρός) που ονοµάζεται barcode scanner διαβάζει τις γραµµές αυτές και τις µεταφράζει σε πληροφορίες που έτσι εισάγονται αυτόµατα στον υπολογιστή. Κάθε χαρακτήρας παριστάνεται από δύο γραµµές και δύο κενά, ενώ υπάρχουν τρία διαφορετικά πάχη γραµµής. 77

Συσκευές Εισόδου - Ασύρµατη Αναγνώριση µέσω ραδιοσυχνοτήτων (RFID) Η τεχνολογία ραδιοσυχνικής αναγνώρισης (Radio Frequency Identification RFID) είναι µια νεότερη τεχνολογία αυτόµατης αναγνώρισης και πρόσκτησης δεδοµένων η οποία χρησιµοποιεί τις ραδιοκυµατικές συχνότητες. Τα δύο βασικά συστατικά της τεχνολογίας RFID είναι οι ετικέτες (tags) και οι αναγνώστες (scanners), οι οποίοι είναι ικανοί να σαρώσουν αυτόµατα τις ετικέτες όταν αυτές βρίσκονται µέσα στο πεδίο κάλυψης τους και να µεταδώσουν πληροφορίες από την ετικέτα σε έναν κεντρικό υπολογιστή ο οποίος διαθέτει µια κατάλληλη εφαρµογή λογισµικού. 78

Συσκευές Εισόδου - Ασύρµατη Αναγνώριση µέσω ραδιοσυχνοτήτων (RFID) Οι ετικέτες αποτελούνται από ένα πηνίο κεραίας µέσα σε µια θήκη από γυαλί ή πλαστικό, συγκολληµένο σε ένα ολοκληρωµένο κύκλωµα. Ενεργές (active RFID tags) Παθητικές (passive RFID tags) Ηµιπαθητικές (semi-passive RFID tags) Ανάγνωσης µόνο (read only) Ανάγνωσης-εγγραφής (read-write) Οι αναγνώστες ετικετών ραδιοσυχνικής αναγνώρισης είναι συνήθως συνδεδεµένοι µε κάποιον ηλεκτρονικό υπολογιστή στον οποίο λειτουργεί εξειδικευµένο λογισµικό που είναι σε θέση να κατανοήσει την πληροφορία που λαµβάνουν οι αναγνώστες 79

Συσκευές Εισόδου - Ασύρµατη Αναγνώριση µέσω ραδιοσυχνοτήτων (RFID) ιάδοχος των ετικετών barcode Προσδιορίζεται η ακριβής θέση και κατάσταση ενός προϊόντος, παρέχοντας πλήρη διαφάνεια από το σηµείο παραγωγής έως και το σηµείο κατανάλωσης Κύρια πεδία εφαρµογής της τεχνολογίας RFID στην εφοδιαστική αλυσίδα: υναµική παρακολούθηση αποθεµάτων Ενίσχυση της αγοραστικής εµπειρίας στο κατάστηµα Προστασία κατά των κλοπών υναµικές πολιτικές µάρκετινγκ 80

Συσκευές Εξόδου - Οθόνη Το πιο κοινό µέσο εξόδου ενός υπολογιστικού συστήµατος είναι η οθόνη, καθώς δίνει στο χρήστη τη δυνατότητα να έχει οπτική επαφή µε τα δεδοµένα και τα αποτελέσµατα που παράγονται από ένα υπολογιστικό σύστηµα επίπεδες οθόνες, ακολουθώντας την τεχνολογία TFT LCD (thin film transistor liquid crystal display), ενώ παλιότερα χρησιµοποιούνταν οθόνες καθοδικού σωλήνα (cathode ray tube, CRT) Χαρακτηριστικά των οθονών Μέγεθος Μέγεθος του εικονοστοιχείου (pixel) Ανάλυση Κατανάλωση Ρυθµός ανανέωσης εικόνας 81

Συσκευές Εξόδου - Εκτυπωτής Ο εκτυπωτής (printer) είναι µία µονάδα εξόδου, η οποία εκτυπώνει σε χαρτί τα δεδοµένα που λαµβάνει από τον υπολογιστή. Κρουστικοί εκτυπωτές (µήτρας στιγµών) Μη Κρουστικοί εκτυπωτές (λέιζερ και inkjet) 82

Συσκευές Εξόδου - Κρουστικοί εκτυπωτές (µήτρας στιγµών) Οι κρουστικοί εκτυπωτές αποτύπωνουν τους χαρακτήρες στο χαρτί µέσω της κρούσης µιας κεφαλής πάνω σε αυτό Οι εκτυπωτές µήτρας στιγµών (dot matrix) διαθέτουν έναν πίνακα (µήτρα), ο οποίος αποτελείται από Κ x Ν κουκίδες (στιγµές). Λίγο πριν την εκτύπωση κάθε χαρακτήρα, προωθούνται προς τα έξω οι συγκεκριµένες στιγµές που σχηµατίζουν τη µορφή του και ονοµάζονται ακίδες (pins). Στη συνέχεια, ο χαρακτήρας αποτυπώνεται στο χαρτί µε πρόσκρουση της κεφαλής πρώτα σε µελανοταινία και µετά σε αυτό Οι εκτυπωτές dot matrix χρησιµοποιούνται αποκλειστικά για εκτυπώσεις στις οποίες απαιτείται να δηµιουργούνται µηχανικά αντίγραφα (µε χρήση καρµπόν) του εκτυπούµενου κειµένου, για παράδειγµα στην εκτύπωση τριπλότυπων τιµολογίων 83