Προγραμματισμός Ηλεκτρονικών Υπολογιστών 1

Προγραμματισμός Ηλεκτρονικών Υπολογιστών 1 Ενότητα 4: Υλικό Ηλεκτρονικού Υπολογιστή Δρ. Φραγκούλης Γεώργιος Τμήμα Ηλεκτρολογίας

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο TEI Δυτικής Μακεδονίας» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη 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. 3

Σκοποί ενότητας Να κατανοήσει ο φοιτητής τις βασικές εννοιολογικές προσεγγίσεις του υλικού του ηλεκτρονικού υπολογιστή. Ειδικότερα, περιγράφονται τα εξαρτήματα και η λειτουργία μιας μηχανής Eckert-von Neumann, από τι αποτελείται και πώς λειτουργεί η κεντρική μονάδα επεξεργασίας, πώς οργανώνεται και πώς προσπελάζεται η κύρια μνήμητου ηλεκτρονικού υπολογιστή (Η/Υ), τα στάδια του κύκλου μηχανής τύπου «φέρε-εκτέλεσε», τα βασικά είδη και χαρακτηριστικά των συσκευών δευτερεύουσας μνήμης και τα βασικά είδη και χαρακτηριστικά των συσκευών εισόδου και των συσκευών εξόδου. 4

Περιεχόμενα ενότητας Μηχανή Eckert-von Neumann. Κεντρική μονάδα επεξεργασίας. Κύρια μνήμη. Δευτερεύουσας μνήμη. Συσκευές εισόδου και των συσκευές εξόδου. 5

Υπολογιστικά συστήματα: Στρώματα Διάγραμμα 1: Υπολογιστικά συστήματα: Στρώματα(Διδάσκων, 2015). 6

Αρχιτεκτονική Eckert-von Neumann (1) Πώς λειτουργούμε όταν εκτελούμε μια συστηματική εργασία; Διάγραμμα 2: Αρχιτεκτονική Eckert-von Neumann (Διδάσκων, 2015). 7

Αρχιτεκτονική Eckert-von Neumann (2) Διάγραμμα 3: Αρχιτεκτονική Eckert-von Neumann (Διδάσκων, 2015). 8

Τμήματα του Υπολογιστή Διάγραμμα 4: Τμήματα του Υπολογιστή(Διδάσκων, 2015). 9

Κεντρική μονάδα επεξεργασίας (ΚΜΕ) (1) Διάγραμμα 5: Κεντρική μονάδα επεξεργασίας (Διδάσκων, 2015). 10

Κεντρική μονάδα επεξεργασίας (2) Η κεντρική μονάδα επεξεργασίας (ΚΜΕ, central processing unit, CPU) είναι η «καρδιά» του υπολογιστή. 1. Καθοδηγεί τη λειτουργία του: Καθορίζει ποια εντολή πρέπει να εκτελεστεί ανά πάσα στιγμή. 2. Εκτελεί τις πράξεις στα δεδομένα: Εκτελεί την κάθε εντολή στα κατάλληλα δεδομένα. Ανά πάσα στιγμή, η είσοδός της είναι: η επόμενη εντολή που πρέπει να εκτελεστεί και τα δεδομένα στα οποία πρέπει να εκτελεστεί και η έξοδός της είναι τα δεδομένα που προέκυψαν. 11

Κεντρική μονάδα επεξεργασίας (3) Η ΚΜΕ αποτελείται από δύο υπομονάδες: τη μονάδα ελέγχου (ΜΕ, control unit). την αριθμητική και λογική μονάδα (ΑΛΜ, arithmetic and logic unit, ALU). Καθεμιά τους περιέχει ένα μικρό πλήθος από: καταχωρητές(registers). (Θέσεις όπου μπορεί να αποθηκεύεται και να προσπελάζεται ταχύτατα μικρός όγκος δεδομένων). Διάγραμμα 6: Κεντρική μονάδα επεξεργασίας (Διδάσκων, 2015). 12

ΚΜΕ: Αριθμητική και λογική μονάδα (ΑΛΜ) (1) Η ΑΛΜ εκτελεί κάθε αριθμητική πράξη (+, -, /, *) ή λογική πράξη (ΑND, OR, NOT, ) που απαιτείται. Όσα πρέπει να ξέρει κάθε φορά, της τα παρέχει η ΚΜΕ: 1. Ποια πράξη να εκτελέσει. 2. Από πού να πάρει τα δεδομένα. 3. Πού να αφήσει το αποτέλεσμα. Διάγραμμα 7: ΚΜΕ: Αριθμητική και λογική μονάδα (ΑΛΜ) (Διδάσκων, 2015). 13

ΚΜΕ: Αριθμητική και λογική μονάδα (ΑΛΜ) (2) Η ΑΛΜ εκτελεί κάθε αριθμητική πράξη (+, -, /, *) ή λογική πράξη (ΑND, OR, NOT, ) που απαιτείται. Παράδειγμα: 1. Ποια πράξη να εκτελέσει. 2. Από πού να πάρει τα δεδομένα. 3. Πού να αφήσει το αποτέλεσμα. Διάγραμμα 8: ΚΜΕ: Αριθμητική και λογική μονάδα (ΑΛΜ) (Διδάσκων, 2015). 14

ΚΜΕ: Αριθμητική και λογική μονάδα (ΑΛΜ) (3) Αποτελείται από: Κυκλώματα. για εκτέλεση πράξεων. Καταχωρητές. προσωρινοί χώροι αποθήκευσης. Accumulator Συσσωρευτής. κυριότερος καταχωρητής που αποθηκεύει τα ενδιάμεσα αποτελέσματα των πράξεων. 15

ΚΜΕ: Μονάδα ελέγχου (1) Η ΜΕ είναι το οργανωτικό κέντρο του Η/Υ. Περιέχει δύο καταχωρητές: Τον καταχωρητή εντολής(instruction register, IR), που περιέχει την εντολή που εκτελείται αυτή τη στιγμή. Τον μετρητή προγράμματος(program counter, PC), που περιέχει τη διεύθυνση (στη μνήμη) της εντολής που θα εκτελεστεί αμέσως μετά. Καθώς και τον αποκωδικοποιητή εντολών (Instruction Decoder) που αποκωδικοποιεί την εντολή και ενεργοποιεί τα αντίστοιχα κυκλώματα. Διάγραμμα 9: ΚΜΕ: Μονάδα ελέγχου (Διδάσκων, 2015). 16

ΚΜΕ: Μονάδα ελέγχου (2) Η ΜΕ ορίζει ποιες πράξεις θα εκτελεστούν & συντονίζει τις άλλες μονάδες του Η/Υ ώστε να εκτελεστούν αυτές οι πράξεις. Σε κάθε βήμα: 1. Η ΜΕ ζητάει από τη μνήμη την εντολή που «λέει» ο PC. 2. Η εντολή καταφθάνει στον IR. 3. Η ΜΕ στέλνει (προς την ΑΛΜ, τη μνήμη, τις συσκευές Ε/Ε) τα σήματα που απαιτούνται για την εκτέλεση της εντολής. 4. Η ΜΕ αυξάνει τον PC κατά 1. Διάγραμμα 10 ΚΜΕ: Μονάδα ελέγχου (Διδάσκων, 2015). 17

ΚΜΕ: Μονάδα ελέγχου Καταχωρητές (1) Ο καταχωρητήςείναι τύπος μικρής αλλά πολύ γρήγορης μνήμης που βρίσκεται μέσα στο τσιπ του επεξεργαστή. Η μνήμη αυτή χρησιμοποιείται για την βελτίωση της ταχύτητας εκτέλεσης των διαφόρων προγραμμάτων, αφού σε αυτήν συνήθως αποθηκεύονται δεδομένα που χρησιμοποιούνται συνέχεια από τα προγράμματα. Στην περίπτωση αυτή ο καταχωρητήςπαρέχει πολύ γρήγορη πρόσβαση σε αυτά τα δεδομένα και έτσι το πρόγραμμα εκτελείται πιο γρήγορα. Αποτελούνται από ένα σύνολο flip-flops στα οποία μπορούμε να αποθηκεύσουμε δυαδική πληροφορία. Σε κάθε flip-flop μπορεί να αποθηκευτεί 1 bit πληροφορίας. Σήμερα οι Η/Υ έχουν καταχωρητές των 64 bit. Διάγραμμα 11 ΚΜΕ Μονάδα ελέγχου Καταχωρητές (Διδάσκων, 2015). 18

ΚΜΕ: Μονάδα ελέγχου Καταχωρητές (2) Οι καταχωρητέςμπορεί να είναι γενικής χρήσης που χρησιμοποιούνται για προσωρινές καταχωρήσεις δεδομένων ή ειδικής χρήσης όπως : Ο καταχωρητής δεδομένων της μνήμης (memory data register - MDR) χρησιμοποιείται για την προσωρινή αποθήκευση των δεδομένων που διαβάζονται ή γράφονται στη μνήμη. Επειδή χρησιμοποιείται για τη μεταφορά δεδομένων, ο MDR έχει ίδιο μέγεθος με τη λέξη του υπολογιστή. Ο καταχωρητής διευθύνσεων της μνήμης (memory address register - MAR) κρατά τη διεύθυνση της λέξης που πρόκειται να διαβαστεί από τη μνήμη ή να γραφεί σε αυτή. Επειδή χρησιμοποιείται για την αποθήκευση διευθύνσεων, το μέγεθος του MAR είναι τέτοιο ώστε να κωδικοποιήσει οποιαδήποτε διεύθυνση. 19

Επεξεργαστής Microprocessor (1) Η Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας (CPU) ονομάζεται εναλλακτικά επεξεργαστής (microprocessor). Παραδείγματα σύγχρονων επεξεργαστών Pentium,, Core 2 Duo,, Quad Core. Atthllon,, Neon,, Thunderbiird,, AMD64. K6. Power PC. Sparc. 20

Επεξεργαστής Microprocessor (2) ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΕΞΕΛΙΞΗ: ΛΥΧΝΙΕΣ ΚΕΝΟΥ ( 40). TRANSISTORS ( 50). ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΟ ΚΥΚΛΩΜΑ ( 60). ΜΙΙΚΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΤΗΣ ( 70). 21

Λυχνίες κενού Vacuum Tubes. Τεράστιο μέγεθος υπολογιστών. Μεγάλη κατανάλωση ενέργειας. Χαμηλή ταχύτητα. Εικόνα 1: Λυχνίες κενού (Ανακτήθηκε, 10 μαρτίου 2015). 22

Transistors (1) Εμφάνιση δεκαετία του 50. Μικρότερο μέγεθος Η/Υ. Μικρότερη κατανάλωση. Εικόνα 2: παραδείγματα από transistors (Ανακτήθηκε, 10 μαρτίου 2015). 23

Transistors (2) Eίναι ένα ηλεκτρονικό στοιχείο που ελέγχει την ροή ηλεκτρικών σημάτων (όπως ένας διακόπτης που ανοίγει και κλείνει ένα κύκλωμα). Αποτελείται από: Ακροδέκτες. δύο ή τρεις σε αριθμό για την διέλευση των ηλεκτρικών σημάτων (κρυσταλοδίοδοι ή κρυσταλοτρίοδοι). Ημιαγωγό. συνήθως από πυρίτιο. Εικόνα 3: παραδείγματα από transistors (Ανακτήθηκε, 10 μαρτίου 2015). 24

Ολοκληρωμένο κύκλωμα Είναι μικροσκοπική επιφάνεια πυριτίου πάνω στην οποία είναι τοποθετημένα δεκάδες ηλεκτρονικά στοιχεία. Γνωστό και ως: IC (Integrated Circuit). Microchip. Silicon Chip. Computer Chip. Chip. 25

Intel 4004 (1969) Ο πρώτος επεξεργαστής της εταιρίας INTEL: Κατασκευασμένος το 1971. Όλα τα transistors τοποθετούνταν σε ένα chip. Έκανε προσθέσεις και αφαιρέσεις Χειρίζονταν 4 bits ανά πράξη. Εικόνα 4: Intel 4004 (Ανακτήθηκε, 10 μαρτίου 2015). 26

Intel 8008 (1972) Η συχνότητα ρολογιού ήταν στα 200 ΚHz, ενώ το chip χρησιμοποιούσε 3500 κρυσταλλολυχνίες. Αμέσως ξέσπασε μεγάλο ενδιαφέρον για την ανάπτυξη μικροεπεξεργαστών, με αποτέλεσμα να αυξηθούν οι απαιτήσεις στην ταχύτητα, επικοινωνία με το περιβάλλον, και πιο πολλές εντολές και εισόδους δεδομένων. Ο 8008 μπορεί να δει 16 Κbytes μνήμης. Εικόνα 5: Intel 8008 (Ανακτήθηκε, 10 μαρτίου 2015). 27

Σύγχρονος μικροεπεξεργαστής Εικόνα 6: Σύγχρονος μικροεπεξεργαστής (Ανακτήθηκε, 10 μαρτίου 2015). 28

Κύρια μνήμη Διάγραμμα 12: Κύρια μνήμη (Διδάσκων, 2015). 29

Τεχνολογία και Χαρακτηριστικά Μνημών (1) H αποθήκευση των πληροφοριών σε μία μονάδα μνήμης γίνεται με τη λειτουργία της εγγραφής (write) στη μνήμη και η ανάκτησή τους γίνεται με τη λειτουργία της ανάγνωσης (read) από τη μνήμη. Και οι δύο λειτουργίες ενεργοποιούνται μέσω των αντίστοιχων εντολών του επεξεργαστή. Οι λειτουργίες της εγγραφής και της ανάγνωσης σε κάθε μονάδα μνήμης, για να λειτουργεί η μονάδα ικανοποιητικά, πρέπει να εκτελούνται: Αξιόπιστα, δηλαδή χωρίς σφάλματα. Όταν εκτελείται μια λειτουργία ανάγνωσης στη μνήμη, τα δεδομένα που θα διαβαστούν πρέπει να είναι ακριβώς αυτά που είχαν εγγραφεί την τελευταία φορά σε αυτή τη θέση. Ταχύτατα, όσο βέβαια επιτρέπουν οι φυσικοί περιορισμοί της μονάδας μνήμης. Με το ελάχιστο δυνατό κόστος, ώστε να είναι εφικτή η αποθήκευση μεγάλου όγκου δεδομένων χωρίς υπέρμετρη οικονομική επιβάρυνση. 30

Τεχνολογία και Χαρακτηριστικά Μνημών (2) Σε κάθε υπολογιστή υπάρχουν διάφορες μορφές μνήμης, που διαφέρουν μεταξύ τους ως προς τα ποσοτικά χαρακτηριστικά τους, όπως: Το κόστος τους, σε ευρώ ανά bit αποθηκευμένης πληροφορίας. Το χρόνο προσπέλασης (access time). Αυτός είναι ο χρόνος που απαιτείται για την ανάγνωση ή εγγραφή στη μνήμη μίας μονάδας πληροφορίας. Ο χρόνος προσπέλασης σήμερα μετράται σε εκατομμυριοστά του δευτερολέπτου (ns). Τη χωρητικότητά της (storage capacity), δηλαδή τον συνολικό όγκο πληροφοριών που μπορούν να αποθηκευθούν στη μονάδα αυτή. Η χωρητικότητα μιας μονάδας μνήμης μετράται σε εκατομμύρια bytes ή ΜΒytes. 31

Η τοπικότητα αναφοράς για τα προγράμματα και τα δεδομένα Η σπουδαιότερη ιδιότητα που χαρακτηρίζει την εκτέλεση των προγραμμάτων των υπολογιστών είναι η τοπικότητα της αναφοράς (locality of reference). Όταν ένα πρόγραμμα εκτελείται από την ΚΜΕ, η επόμενη εντολή που θα ανακληθεί κάθε φορά από τη μνήμη και θα εκτελεστεί στην ΚΜΕ θα ανήκει πιθανότατα σε κάποια γειτονική θέση σε σχέση με αυτή που εκτελέστηκε αμέσως προηγουμένως. 32

Κύρια μνήμη (1) Η κύρια µνήµηείναι µια συλλογή θέσεων αποθήκευσης, που αποκαλούνται λέξεις. Κάθε λέξη περιέχει μια ακολουθία μπιτ ίδιου μήκους (8, 16, 32, ή και 64 μπιτ). Κάθε λέξη έχει μια μοναδική διεύθυνση. Οι διευθύνσεις επιτρέπουν την ανάγνωσηκαι εγγραφή μεμονωμένων λέξεων. Διάγραμμα 13: Κύρια μνήμη (Διδάσκων, 2015). 33

Κύρια μνήμη: Ανάγνωση Κατά την ανάγνωση μιας λέξης: Η ΚΜΕ αποστέλλει: τον κωδικό της πράξης της ανάγνωσης, και τη διεύθυνση της λέξης που θέλει να διαβάσει Η μνήμη επιστρέφει: τα μπιτ της λέξης. Διάγραμμα 14: Κύρια μνήμη ανάγνωση (Διδάσκων, 2015). 34

Κύρια μνήμη: Εγγραφή Κατά την εγγραφή μιας λέξης: Η ΚΜΕ αποστέλλει: τον κωδικό της πράξης της εγγραφής, τη διεύθυνση της λέξης όπου θέλει να γράψει, και τα μπιτ που θέλει να γράψει. Η μνήμη εκτελεί την αλλαγή. Διάγραμμα 15: Κύρια μνήμη εγγραφή (Διδάσκων, 2015). 35

Κύρια μνήμη: Χωρητικότητα (1) Ερώτηση: Αν η κύρια μνήμη αποτελείται από 64 λέξεις των 16 μπιτ η καθεμιά, πόσα μπάιτ είναι το συνολικό της μέγεθος; Απάντηση: 64 λέξεις 16 μπιτ/λέξη 2 μπάιτ/λέξη άρα συνολικά: 128 μπάιτ 36

Κύρια μνήμη: Χωρητικότητα (2) Μονάδα χωρητικότητας της μνήμης είναι το μπάιτ. Στα πολλαπλάσιά του αναφερόμαστε με τα προθήματα kilo-, mega-, κλπ., που όμως εδώ έχουν διαφορετικό νόημα: Ηβάση για τις δυνάμεις είναι το 2, όχι το 10. Οι εκθέτες αυξάνουν κατά 10, όχι κατά 3. Πίνακας 1: Κύρια μνήμη- Χωρητικότητα (Διδάσκων, 2015). 37

Κύρια μνήμη: Χώρος διευθύνσεων Γενικά, αν μια μνήμη περιέχει Ν λέξεις, οι διευθύνσεις πρέπει να έχουν μήκος log 2 N μπιτ. Ισοδύναμα, αν οι διευθύνσεις έχουν μήκος n μπιτ, η μνήμη έχει 2 n λέξεις. Η διεύθυνση της πρώτης λέξης είναι η 000000000 0000 και η διεύθυνση της τελευταίας λέξης είναι η 111111111 1111 Το σύνολο όλων των διαφορετικών διευθύνσεων λέγεται χώρος διευθύνσεων (address space) και το πλήθος τους είναι το μέγεθος του χώρου διευθύνσεων. 38

ΚΜΕ & κύρια μνήμη Διάγραμμα 16:ΚΜΕ & κύρια μνήμη (Διδάσκων, 2015). 39

Σύνδεση ΚΜΕ κύριας μνήμης (1) Πώς ακριβώς συνδέονται η ΚΜΕ και η κύρια μνήμη μεταξύ τους; Θυμηθείτε τι πρέπει να μπορούν να ανταλλάζουν: 1. τον κωδικό της πράξης (ανάγνωση ή εγγραφή) 2. την διεύθυνση της λέξης (που θα αναγνωσθεί ή θα εγγραφεί) 3. την λέξη (που αναγνώσθηκε ή που πρέπει να εγγραφεί). Διάγραμμα 17: Σύνδεση ΚΜΕ κύριας μνήμης (Διδάσκων, 2015). 40

Σύνδεση ΚΜΕ κύριας μνήμης (2) Πώς ακριβώς συνδέονται η ΚΜΕ και η κύρια μνήμη μεταξύ τους; Την ανταλλαγή αυτών των μηνυμάτων εκτελούν αντιστοίχως οι εξής τρείς ομάδες καλωδίων (κάθε καλώδιο μεταφέρει 1 μπιτ): 1. ο δίαυλος ελέγχου (control bus), 2. ο δίαυλος διευθύνσεων (address bus), και 3. ο δίαυλος δεδομένων (data bus). Διάγραμμα 18: Σύνδεση ΚΜΕ κύριας μνήμης (Διδάσκων, 2015). 41

Σύνδεση: Δίαυλος δεδομένων Ερώτηση: Πόσα καλώδια αποτελούν τον δίαυλο δεδομένων; Απάντηση: Όσα μπιτ περιέχει η κάθε λέξη της κύριας μνήμης. (Ώστε ο δίαυλος να μεταφέρει όλα τα μπιτ μιας λέξης ταυτόχρονα). Π.χ.: Αν κάθε λέξη της κύριας μνήμης έχει 16 μπιτ, ο δίαυλος δεδομένων περιέχει 16 καλώδια. Διάγραμμα 19: Σύνδεση: Δίαυλος δεδομένων (Διδάσκων, 2015). 42

Σύνδεση: Δίαυλος διευθύνσεων Ερώτηση: Πόσα καλώδια αποτελούν τον δίαυλο διευθύνσεων; Απάντηση: Όσα μπιτ περιέχει κάθε διεύθυνση της μνήμης. (Ώστε ο δίαυλος να μπορεί να μεταφέρει όλα τα μπιτ μιας διεύθυνσης ταυτόχρονα). Π.χ.: Αν κάθε διεύθυνση έχει 32 μπιτ, ο δίαυλος διευθύνσεων περιέχει 32 καλώδια. Διάγραμμα 20:Σύνδεση-Δίαυλος διευθύνσεων (Διδάσκων, 2015). 43

Σύνδεση: Δίαυλος ελέγχου Ερώτηση: Πόσα καλώδια αποτελούν τον δίαυλο ελέγχου; Απάντηση: 1. (Ένα καλώδιο είναι αρκετό για να μεταφέρει 1 μπιτ που δηλώνει αν η πράξη είναι ανάγνωση/εγγραφή: π.χ. 0=ανάγνωση, 1=εγγραφή). Γενικότερα, αν η μνήμη επιτρέπει N πράξεις (αντί για μόνο 2), τότε χρειάζονται log 2 N καλώδια. Διάγραμμα 21:Σύνδεση-Δίαυλος ελέγχου (Διδάσκων, 2015). 44

Σύνδεση: Σχέση με χωρητικότητα Ερώτηση: Αν η κύρια μνήμη έχει μέγεθος 4 ΜΒ και ο δίαυλος δεδομένων έχει 32 καλώδια, πόσα καλώδια έχει ο δίαυλος διευθύνσεων; Απάντηση: Πόσα καλώδια στον δίαυλο δεδομένων = πόσα μπιτ σε κάθε λέξη μνήμης ---άρα 32 μπιτ/λέξη. Πόσα καλώδια στον δίαυλο διευθύνσεων = πόσα μπιτ σε κάθε διεύθυνση ---άρα θέλουμε το μήκος διευθύνσεων. 45

Ο κύκλος μηχανής: παράδειγμα (1) Θεωρήστε το πρόγραμμα: LOAD 200 R1 LOAD 201 R2 ADD R1 R2 R3 STORE 202 R3 Έστω ότι το πρόγραμμα αυτό (κωδικοποιημένο δυαδικά) περιέχεται στη μνήμη στις θέσεις με διευθύνσεις 70-73. Διάγραμμα 22: Ο κύκλος μηχανής: παράδειγμα (Διδάσκων, 2015). 46

Ο κύκλος μηχανής: παράδειγμα Η σημασία των εντολών είναι: (2) αντέγραψε τη θέση 200στον R1 αντέγραψε τη θέση 201 στον R2 αντέγραψε το R1+R2 στον R3αντέγραψε τον R3 στη θέση 202 Άρα τι ζητάει ουσιαστικά αυτό το πρόγραμμα; Να γράψουμε στη θέση 202 το άθροισμα των αριθμών από τις θέσεις 200 και 201. Ας δούμε πώς ΚΜΕ και μνήμη θα συνεργαστούν για να εκτελέσουν αυτό το πρόγραμμα. Διάγραμμα 23: Ο κύκλος μηχανής: παράδειγμα (Διδάσκων, 2015). 47

Ο κύκλος μηχανής: παράδειγμα Πρώτος κύκλος: Η ΜΕ ζητάει από τη μνήμη τη θέση 70 για τον IR. Η μνήμη απαντάει, και το περιεχόμενο φθάνει στον IR. (3) Η ΜΕ ερμηνεύει τον IR. Ζητάει από τη μνήμη τη θέση 200 για τον R1. Η μνήμη απαντάει και το περιεχόμενο φθάνει στον R1. Η ΜΕ αυξάνει τον PC κατά 1. Διάγραμμα 24: Ο κύκλος μηχανής: παράδειγμα (Διδάσκων, 2015). 48

Ο κύκλος μηχανής: παράδειγμα (4) Δεύτερος κύκλος: Η ΜΕ ζητάει από τη μνήμη τη θέση 71 για τον IR. Η μνήμη απαντάει, και το περιεχόμενο φθάνει στον IR. Η ΜΕ ερμηνεύει τον IR. Ζητάει από τη μνήμη τη θέση 201 για τον R2. Η μνήμη απαντάει και το περιεχόμενο φθάνει στον R2. Η ΜΕ αυξάνει τον PC κατά 1 Διάγραμμα 25: Ο κύκλος μηχανής: παράδειγμα (Διδάσκων, 2015).. 49

Ο κύκλος μηχανής: παράδειγμα Τρίτος κύκλος: (5) Η ΜΕ ζητάει από τη μνήμη τη θέση 72 για τον IR. Η μνήμη απαντάει, και το περιεχόμενο φθάνει στον IR. Η ΜΕ ερμηνεύει τον IR. Ζητάει από τη ΑΛΜ να προσθέσει τους R1, R2 και να βάλει το αποτέλεσμα στον R3. Η ΑΛΜ εκτελεί την πράξη και βάζει το άθροισμα στον R3. Η ΜΕ αυξάνει τον PC κατά 1. Διάγραμμα 26: Ο κύκλος μηχανής: παράδειγμα (Διδάσκων, 2015). 50

Ο κύκλος μηχανής: παράδειγμα Τέταρτος κύκλος: (6) Η ΜΕ ζητάει από τη μνήμη τη θέση 73 για τον IR. Η μνήμη απαντάει, και το περιεχόμενο φθάνει στον IR. Η ΜΕ ερμηνεύει τον IR. Ζητάει από τη μνήμη να αντιγράψει τον R3 στη θέση 202. Η μνήμη κάνει την αντιγραφή. Η ΜΕ αυξάνει τον PC κατά 1. Διάγραμμα 27: Ο κύκλος μηχανής: παράδειγμα (Διδάσκων, 2015). 51

RAM και ROM: RAM Η κύρια μνήμη αναφέρεται και ως RAM (randomaccess memory, μνήμη τυχαίας προσπέλασης), γιατί επιτρέπει να προσπελάζουμε τις λέξεις της με οποιαδήποτε σειρά. (Στη δευτερεύουσα μνήμη αυτό δεν ισχύει). Λέμε επίσης ότι είναι πτητική, γιατί τα περιεχόμενά της χάνονται όταν διακοπεί το ρεύμα. Επομένως χρησιμεύει μόνο για την προσωρινή αποθήκευση εντολών και δεδομένων, όσο υφίσταται η επεξεργασία. (Την μόνιμη αποθήκευση εξυπηρετεί η δευτερεύουσα μνήμη). 52

RAM και ROM: ROM Όμως δεν είναι δυνατόν να είναι πτητική όλη η κύρια μνήμη. Σε κάποιο τμήμα της πρέπει οπωσδήποτε να είναι μη πτητική. Σε ποιο; Στο τμήμα που περιέχει τις εντολές και τα δεδομένα που είναι απαραίτητα για την έναρξη του Η/Υ. Σε αυτό το τμήμα, τα περιεχόμενα είναι μονίμως όπως ορίστηκαν από τον κατασκευαστή και ο Η/Υ χρειάζεται μόνο να τα διαβάζει, όχι να τα τροποποιεί. Έτσι, το συγκεκριμένο τμήμα της κύριας μνήμης αποκαλείται ROM (read-only memory, μνήμη μόνο ανάγνωσης). 53

RAM και ROM: Σύνοψη Η κύρια μνήμη είναι όλη τυχαίας προσπέλασης και παντού αναγνώσιμη. Ένα τμήμα της είναι πτητικό, ένα άλλο όχι. Επιπλέον, το μη πτητικό τμήμα δεν επιτρέπει εγγραφές. Συχνά, λέγοντας RAM εννοούμε (καταχρηστικά) μόνο το πτητικό τμήμα. Όμως η ROM είναι, φυσικά, και αυτή RAM. Διάγραμμα 28: RAM και ROM: Σύνοψη(Διδάσκων, 2015). 54

Κρυφή μνήμη (1) Μέχρι στιγμής οι χώροι αποθήκευσης που είδαμε είναι οι εξής: οι καταχωρητές: ταχύτητα:πάρα πολύ μεγάλη. χώρος: πολύ μικρός. η κύρια μνήμη: ταχύτητα: μεγάλη. χώρος: μεγάλος. Διάγραμμα 29: Κρυφή μνήμη (Διδάσκων, 2015). 55

Κρυφή μνήμη (2) Συχνά προστίθεται και ένα ενδιάμεσο επίπεδο: οι καταχωρητές: ταχύτητα: πάρα πολύ μεγάλη. χώρος: πολύ μικρός. η κρυφή μνήμη: ταχύτητα: πολύ μεγάλη χώρος: μικρός. η κύρια μνήμη: ταχύτητα: μεγάλη. χώρος: μεγάλος. Διάγραμμα 30: Κρυφή μνήμη (Διδάσκων, 2015). 56

Κρυφή μνήμη (3) Η κρυφή μνήμη (cache memory) μεσολαβεί μεταξύ ΚΜΕ και κύριας μνήμης. Είναι ταχύτερη της κύριας μνήμης, αλλά βραδύτερη των καταχωρητών. Ανά πάσα στιγμή περιέχει αντίγραφα θέσεων της κύριας μνήμης. Η κύρια μνήμη προσπελάζεται μόνο όποτε η ζητούμενη θέση δεν βρίσκεται ήδη στην κρυφή. Διάγραμμα 31: Κρυφή μνήμη (Διδάσκων, 2015). 57

Κρυφή μνήμη: ανάγνωση (1) Κατά την ανάγνωση μιας λέξης: Η ΚΜΕ αναζητάει τη λέξη στην κρυφή μνήμη, όχι στην κύρια. Αν η λέξη υπάρχει ήδη στην κρυφή μνήμη, επιστρέφεται. Αν όχι Διάγραμμα 32: Κρυφή μνήμη ανάγνωση (Διδάσκων, 2015). 58

Κρυφή μνήμη: ανάγνωση (2) Κατά την ανάγνωση μιας λέξης: Η ΚΜΕ αναζητάει τη λέξη στην κρυφή μνήμη, όχι στην κύρια. Αν η λέξη υπάρχει ήδη στην κρυφή μνήμη, επιστρέφεται. Αν όχι τότε ζητείται από την κύρια. Η κύρια μνήμη την επιστρέφει. Κάποια λέξη της κρυφής αντικαθίσταται από την νέα. Η νέα λέξη επιστρέφεται. Διάγραμμα 33: Κρυφή μνήμη ανάγνωση (Διδάσκων, 2015). 59

Κρυφή μνήμη: εγγραφή Κατά την εγγραφή λέξης, η διαδικασία είναι ελαφρώς πιο περίπλοκη. Όμως η βασική ιδέα είναι η ίδια: η κύρια μνήμη πρέπει να προσπελάζεται μόνο εφόσον είναι απολύτως απαραίτητο. Διάγραμμα 34: Κρυφή μνήμη εγγραφή (Διδάσκων, 2015). 60

Δευτερεύουσα μνήμη (1) Διάγραμμα 35: Δευτερεύουσα μνήμη (Διδάσκων, 2015). 61

Δευτερεύουσα μνήμη (2) Η κύρια μνήμη είναι περιορισμένη και πτητική (στο εγγράψιμο τμήμα της). Επομένως είναι σημαντικό να υπάρχουν και άλλες συσκευές αποθήκευσης, όπου εντολές και δεδομένα να μπορούν να διατηρούνται όσο ο υπολογιστής δεν λειτουργεί ή όσο αυτά δεν υφίστανται επεξεργασία. Λέμε ότι οι συσκευές αυτές συνιστούν τη δευτερεύουσα ή βοηθητική μνήμη (secondary/auxiliary memory). Κάποιες από αυτές εγκαθίστανται στον Η/Υ κατά την αρχική του συναρμολόγηση. Άλλες μπορούν να εγκαθίστανται και να αποκαθίστανται αργότερα κατά βούληση. 62

Δευτερεύουσα μνήμη: Μαγνητικές ταινίες (1) Στην μαγνητική ταινία (magnetic tape) τα μπιτ αναπαρίστανται πάνω σε μαγνητικό υλικό που καλύπτει την επιφάνεια μιας πλαστικής ταινίας. Για την προσπέλαση ενός σημείου της επιφάνειας, η ταινία περιστρέφεται μέχρι το ζητούμενο σημείο να βρεθεί κάτω από την (σταθερή) κεφαλή εγγραφής / ανάγνωσης. Εικόνα 7: Μαγνητική Ταινία (Ανακτήθηκε, 10 μαρτίου 2015). 63

Δευτερεύουσα μνήμη: Μαγνητικές ταινίες (2) Η ταινία χωρίζεται σε 9 τροχιές (tracks). Σε κάθε τροχιά, κάθε θέση αναπαριστά 1 μπιτ. Κάθε κατακόρυφη ομάδα 9 θέσεων αναπαριστά 1 μπάιτ: 8 θέσεις αναπαριστούν τα 8 μπιτ του μπάιτ, και η 9 η αναπαριστά ένα μπιτ ισοτιμίας. (Δηλαδή ένα μπιτ που είναι 0 ή 1 έτσι ώστε η ομάδα να έχει συνολικά περιττόπλήθος από 1. Έτσι, αν ένα εκ των 9 μπιτ αντιγραφεί λάθος, το καταλαβαίνουμε). 64

Δευτερεύουσα μνήμη: Μαγνητικές ταινίες (3) Η μαγνητική ταινία ήταν η πρώτη συσκευή μαζικής βοηθητικής αποθήκευσης. Βασικό μειονέκτημα: η μικρή ταχύτητα ανάκτησης των δεδομένων, λόγω της σειριακής προσπέλασής τους (πριν προσπελάσουμε ένα μπάιτ, πρέπει να διατρέξουμε όλα τα προηγούμενα). Βασικό πλεονέκτημα: το μικρό κόστος. Σήμερα χρησιμοποιείται κυρίως για την απόθήκευσηαντιγράφων ασφαλείας (backup). Εικόνα 8: Μαγνητική Ταινία (Ανακτήθηκε, 10 μαρτίου 2015). 65

Δευτερεύουσα μνήμη: Μαγνητικοί δίσκοι (1) Στον μαγνητικό δίσκο (magnetic disk) η αρχή λειτουργίας είναι παρόμοια με αυτή των μαγνητικών ταινιών. Τώρα το μαγνητικό υλικό καλύπτει έναν δίσκο. Και η προσπέλαση ενός σημείου της επιφάνειας απαιτεί: να περιστραφεί ο δίσκος, αλλά και να μετατοπιστεί η κεφαλή. Εικόνα 9: Μαγνητικός δίσκος (Ανακτήθηκε, 10 μαρτίου 2015). 66

Δευτερεύουσα μνήμη: Μαγνητικοί δίσκοι (2) Κάθε μαγνητικός δίσκος διαιρείται σε τροχιές (tracks) και κάθε τροχιά σε τομείς (sectors). Κάθε ομάδα αντίστοιχων τροχιών από διαφορετικούς δίσκους λέγεται κύλινδρος (cylinder). Η μικρότερη ομάδα μπιτ που μπορεί να προσπελάζεται ανά πάσα στιγμή είναι ο τομέας. Εικόνα 10: Μαγνητικός δίσκος (Ανακτήθηκε, 10 μαρτίου 2015). 67

Δευτερεύουσα μνήμη: σκληροί δίσκοι τεχνολογίας SSD (Solid State Disk) Οι σκληροί δίσκοι SSD, δεν έχουν μηχανικά μέρη (=κινούμενα μέρη) και αποθηκεύουν τα δεδομένα μέσα σε τσιπάκια. Σε αντίθεση με τους απλούς μαγνητικούς δίσκους, οι οποίοι αποθηκεύουν τα δεδομένα σε μαγνητικές περιστρεφόμενες πλάκες και τα διαβάζουν κάποιες κινούμενες κεφαλές. Τι είναι όμως στην ουσία οι SSD; Για να το κάνουμε απλό, είναι σαν ένα πιο εξελιγμένο, ταχύτερο και αξιόπιστο, memory stick! 68

Πλεονεκτήματα - μειονεκτήματα SSD vs HDD (1) Δεν έχουν μηχανικά-κινούμενα μέρη. Αυτό συνεπάγεται στο ότι: 1) δεν ζεσταίνονται. 2) δεν κάνουν θόρυβο. 3) είναι πιο γρήγοροι (ενώ οι μαγνητικοί HDD, αργούν λόγω τότε οι αναζήτηση των δεδομένων μέσα στο δίσκο, καθυστερεί επειδή θα πρέπει η βελόνα ανάγνωσης να "πάει" στο σωστό σημείο να διαβάσει το δεδομένο και για ένα αρχείο, θα πρέπει να το κάνει πάρα πολλές φορές). 4) δεν κινδυνεύουν να αστοχήσουν (=να χαλάσουν ή να καταστρέψουν δεδομένα) λόγω δονήσεων. 5) δεν καίνε πολύ ρεύμα (έτσι στο laptop η μπαταρία κρατάει περισσότερο). 69

Πλεονεκτήματα - μειονεκτήματα SSD vs HDD (2) Μειονεκτήματα ssd: 1) Είναι ακριβοί και έχουν μικρό μέγεθος. Αν το πάρετε αναλογικά πόσο στοιχίζει 1GB σε έναν SSD και σε έναν HDD, η διαφορά είναι τεράστια... Αγοράζετε με τα ίδια λεφτά έναν HDD 1ΤΒ ή έναν SSD 30-60GB... 2) Έχουν συγκεκριμένο αριθμό εγγραφών-επανεγγραφών. Αυτό σημαίνει ότι μετά από κάποια χρόνια θα αχρηστευτεί. 3) Σε κάποιες ιδιαίτερες περιπτώσεις, οι ταχύτητες εγγραφής είναι πολύ χαμηλότερες από αυτές των δίσκων HDD. 70

Δευτερεύουσα μνήμη: Οπτικοί δίσκοι Στον οπτικό δίσκο (optical disk) τα μπιτ αναπαριστώνται μέσω των εσοχών και εξοχών της επιφάνειας του δίσκου. Η κεφαλή ανάγνωσης εκπέμπει δέσμη λέιζερ και ανιχνεύει τις διαφορές στην ανακλασμένη ακτίνα. CD (compact disk), CD-ROM, CD-R (recordable), CD-RW (rewritable), DVD (digital versatile disk), DVD-ROM, DVD-R, DVD-RW, 71

Συσκευές εισόδου και εξόδου Διάγραμμα 36: Συσκευές εισόδου και εξόδου (Διδάσκων, 2015). 72

Συσκευές εισόδου Εικόνα 11: Συσκευές εισόδου (Ανακτήθηκε, 10 μαρτίου 2015). 73

Πώς λειτουργεί το ποντίκι; (1) Εικόνα 12: Πώς λειτουργεί το ποντίκι (Ανακτήθηκε, 10 μαρτίου 2015). 74

Πώς λειτουργεί το ποντίκι; Εικόνα 12: Πώς λειτουργεί το ποντίκι (Ανακτήθηκε, 10 μαρτίου 2015). 75

Πώς λειτουργεί το ποντίκι; (2) Εικόνα 13: Πώς λειτουργεί το ποντίκι (Ανακτήθηκε, 10 μαρτίου 2015). 76

Πώς λειτουργεί το ποντίκι; (3) Tο πρώτο ποντίκι. Eφεύρεσητου 1968 από τον D. Engelbart. Παρόμοιες αρχές διέπουν τη λειτουργία και άλλων Καταδεικτικών συσκευών (ιχνόσφαιρα, οπτικό ποντίκι, χειριστήριο, οθόνη αφής, κ.λπ.). Εικόνα 14: Το πρώτο ποντίκι (Ανακτήθηκε, 10 μαρτίου 2015). 77

Πώς λειτουργεί το ποντίκι; (4) Το optical ποντίκι χρησιμοποιεί ψηφιακή τεχνολογία επεξεργασίας εικόνας. Με αυτόν τον τρόπο, ανιχνεύει, βάσει της κίνησής του, την τρέχων θέση του ποντικιού. Το ποντίκι, με κάποιες ενέργειες, μεταφράζει και μετακινεί τον κέρσορα στην αντίστοιχη θέση στον υπολογιστή μας - στην οθόνη μας. Στην ουσία, το ποντίκι αυτό, περιέχει μία ας το πούμε μικροκάμερα, που μπορεί να τραβήξει έως και 1500 εικόνες το δευτερόλεπτο. 78

Πώς λειτουργεί το ποντίκι; (5) Μέσω ενός LED, διαχέεται το φως στην επιφάνεια κάτω από το ποντίκι. Η μικροκάμερα, καταγράφει ας πούμε 1500 φωτογραφίες το δευτερόλεπτο της επιφάνειας που φέγγει το LED Ένας μικροεπεξεργαστής, συγκρίνει όλες αυτές τις φωτογραφίες Αν εντοπίσει διαφορές, σε κάποιες εικόνες, είναι ικανός να καταλάβει βάσει των διαφορών αυτών, προς τα που κινήσαμε το ποντίκι μας και με τι ταχύτητα. Την ταχύτητα την εντοπίζει από τη διαφορετικότητα διαδοχικών εικόνων. Αφού εντοπίσει τις διαφορές και καταλάβει προς τα που κινήσαμε και με τι ταχύτητα, στέλνει τις ακριβείς συντεταγμένες και την ταχύτητα στον υπολογιστή μας και εν συνεχεία αυτός κινεί αντίστοιχα τον κέρσορα. Αν και είναι πιο βολικό από τα παλιά ποντίκια με την μπίλια, έχει και αυτό τους περιορισμούς του: δεν μπορεί να ανταπεξέλθει σε γυαλί ή καθρέφτη. 79

Συσκευές εξόδου Εικόνα 15: Συσκευές εξόδου (Ανακτήθηκε, 10 μαρτίου 2015). 80

Οθόνες: Βασικές κατηγορίες καθοδικών ακτίνων (cathod ray tube, CRT) παλαιότερη τεχνολογία μεγάλο μέγεθος - βάρος μεγάλη κατανάλωση ενέργειας. υγρών κρυστάλλων (Liquid Crystal Display, LCD) αναβαθμισμένη ποιότητα εικόνας μικρό μέγεθος - βάρος υψηλότερο κόστος. Εικόνα 16: Οθόνες LCD (Ανακτήθηκε, 10 μαρτίου 2015). 81

Οθόνες: Βασικά χαρακτηριστικά 1. Διάσταση. Το μήκος της διαγωνίου, σε ίντσες: 15, 17 κ.λπ. Μεγάλη διάσταση ξεκούραστη εικόνα. 2. Ανάλυση.Το πλήθος των πίξελ: 640x480, 800x600, κ.λπ. Μεγάλη ανάλυση ευκρινής εικόνα. 3. Απόσταση κουκκίδων (pixel-pitch).η απόσταση μεταξύ γειτονικών κουκκίδων: 0,24mm, 0,20mm, κ.λπ. Μικρή απόσταση ευκρινής εικόνα. 4. Συχνότητα ανανέωσης. Πόσο συχνά ξαναπροβάλλεταιη είκονα: 72 Hz, 96 Hz, κ.λπ. Μεγάλη συχνότητα ξεκούραστη εικόνα. 5. Βάθος χρώματος.πόσα μπιτ/πίξελ: 16, 24, κ.λπ. Μεγάλο βάθος πολλά διαφορετικά χρώματα. 6. Ένταση της ακτινοβολίας.πόσο ισχυρή η ακτινοβολία. Υπάρχουν διάφορα πρότυπα: MPRII, TCO, ELF&VLF κλπ. 82

Εκτυπωτές: Βασικές κατηγορίες Κρουστικοί (dot-matrix): Παλιά τεχνολογία, σαν της γραφομηχανής. Μελανοταινία μεταξύ κινούμενης κεφαλής και χαρτιού. Η κεφαλή είναι πίνακας ακίδων. Χαμηλό κόστος, χαμηλή ποιότητα. Έκχυσης μελάνης (inkjet): Νεότερη τεχνολογία. Σταγόνες μελάνης ψεκάζονται προς το χαρτί από κινούμενη κεφαλή. Καλή ποιότητα, φθηνή αγορά, ακριβή συντήρηση. Laser: Τεχνολογία παρόμοια με των φωτοτυπικών, με χρήση laser στο στάδιο της έκθεσης. Υψηλή ποιότητα, μεγάλη ταχύτητα, ακριβή αγορά, φθηνότερη εκτύπωση ανά σελίδα. Εικόνα 17: Εκτυπωτές Laser (Ανακτήθηκε, 10 μαρτίου 2015). 83

Πως λειτουργούν οι εκτυπωτές Inkjet & Dot Μatrix; (1) Οι εκτυπωτές inkjet - ψεκασμού, ψεκάζουν υγρό μελάνι από μια πολύ μικρή τρύπα. Οι εκτυπωτές αυτοί είναι συνήθως αθόρυβοι και έχουν προσιτή τιμή. Επίσης η ποιότητα των εκτυπώσεων είναι συγκρίσιμη με αυτή των λέιζερ εκτυπωτών. Η κεφαλή εκτύπωσης αποτελείται από 4 δοχεία χρωματιστού μελανιού: 1) μπλε (κυανό - cyan), 2) κόκκινο-ροζ (magenta), 3) κίτρινο, 4) μαύρο. 84

Πως λειτουργούν οι εκτυπωτές Inkjet & Dot Μatrix; (2) Η κεφαλή κινείται πάνω σε μια μπάρα, κατά μήκος του χαρτιού, γράφοντάς το την ώρα που κινείται. Οι πληροφορίες μορφοποίησης και τα δεδομένα που στέλνονται, ενεργοποιούν τη θαλάμη των δοχείων ανάλογα και στιγμιαία. Όταν επιλέγεται μία θαλάμη, ένας ηλεκτρικός παλμός στέλνεται μέσα από λεπτές αντιστάσεις στο μελάνι, σχηματίζοντας τους χαρακτήρες της εκτύπωσης με ένα σύνολο κουκίδων. Η αντίσταση θερμαίνεται, θερμαίνοντας ταυτόχρονα ένα λεπτό στρώμα μελανιού, κάνοντας το μελάνι να βράσει και να διασταλεί, δημιουργώντας μια φούσκα ατμού. Αυτή η διαστολή προκαλεί πίεση στο μελάνι, το οποίο βγαίνει από τη θαλάμη, σε ανάλογο σχηματισμό, που έχουν καθοριστεί από τις λεπτές αντιστάσεις που προαναφέραμε. 85

Πως λειτουργούν οι εκτυπωτές Inkjet & Dot Μatrix; (3) Οι εκτυπωτές dot matrix διαθέτουν μαγνητικές κεφαλές. Αυτές οι κεφαλές αποτελούνται από μια σειρά από καρφίτσες, οι οποίες πιέζονται από ελατήρια που συνδέονται με τον εκτυπωτή. Ο μαγνήτης κρατάει αυτές τις καρφίτσες. Ηλεκτρικό ρεύμα περνάει μέσα από ένα πηνίο που συνδέεται με το σύρμα του εκτυπωτή, που αχρηστεύει για λίγο τον μαγνήτη, ώστε οι κεφαλές να πέσουν πάνω στο χαρτί. Φανταστείτε τη μέθοδο αυτή σαν μια σφεντόνα, η οποία είναι οπλισμένη. Τη στιγμή που το ρεύμα περάσει από το πηνίο, εκτοξεύεται! 86

Πως λειτουργούν οι εκτυπωτές laser; (1) Οι εκτυπωτές laser, είναι οι πιο γρήγοροι και οι πιο δημοφιλείς εκτυπωτές της αγοράς σήμερα. Δημιουργούν εικόνες υψηλής ποιότητας που αγγίζουν πλέον την ποιότητα των φωτογραφιών. Αρχικά να αναφέρουμε ότι στους εκτυπωτές laser, τα μελάνια τους δεν είναι σε υγρή μορφή, αλλά υπό μορφή σκόνης - πούδρας! Οι εκτυπωτές λέιζερ χρησιμοποιούν μια ηλεκτρο - φωτοστατική μέθοδο, για να δημιουργήσουν εικόνες πάνω στο χαρτί. Η βασική αρχή σε αυτή τη μέθοδο είναι η φυσική των ατόμων. Αντίθετα φορτισμένα άτομα έλκονται μεταξύ τους, έτσι αντίθετα ηλεκτροστατικά πεδία προσκολλούνται μεταξύ τους. 87

Πως λειτουργούν οι εκτυπωτές laser; (2) Μέσα στον εκτυπωτήυπάρχει ένα τύμπανο, ή αλλιώς ένας φωτοδέκτης. Είναι κατασκευασμένο από υψηλής φωτοαγωγιμότητας υλικό που αντιδρά στο φως, και φορτίζεται ηλεκτρικά από το σύρμα του εκτυπωτή. Όταν γυρίζει το τύμπανο, μια ακτίνα λέιζερ το διαπερνά, αποφορτίζοντας συγκεκριμένες περιοχές. Το "σχέδιο" αυτών των αποφορτισμένων περιοχών είναι αυτό που καθορίζει την εικόνα που θα εκτυπωθεί. Το επόμενο στάδιο είναι αυτή η περιοχή του σχεδίου να καλυφθεί με μια μαύρη σκόνη που ονομάζεται toner. 88

Βιβλιογραφία Forouzan, Β. Α. (2003). Εισαγωγή στην Επιστήμη των Υπολογιστών, Εκδόσεις Κλειδάριθμος. Tanenbaum, Α. S. (2013). Modern Operating Systems (3rd Edition), Pearson. Παπακωνσταντίνου, Γ., Τσανάκας, Π., Κοζύρης, Ν., Μανουσοπούλου, Α. και Ματζάκος,Π. (2004). Τεχνολογία Υπολογιστικών Συστημάτων και Λειτουργικά Συστήματα,ISBN 960-7251-25-3, Αθήνα. Πασπαλλής N. (2011). Εισαγωγή στην Επιστήμη της Πληροφορικής Σημειώσεις μαθήματος.τμήμα Πληροφορικής, Πανεπιστήμιο Κύπρου. 89