Ο Εσωτερικός Κόσμος Του Υπολογιστή

Ο Εσωτερικός Κόσμος Του Υπολογιστή ΓΕΛ. Λιτοχώρου Βαγγέλης Κοπριντζιώτης Κώστας Κανιός 1

Δημήτρης Τραπάτσας Πρόλογος Η εργασία αυτή πραγματοποιήθηκε υπό την επίβλεψη του καθηγητή Ντινάκη Α. Και εντάσσεται στο πλαίσιο της δημιουργικής εργασίας της Β Λυκείου. Θέμα της συγκεκριμένης εργασίας είναι το εσωτερικό του υπολογιστή. Σκοπός της εργασίας είναι να γίνει κατανοητή η εκμάθηση και η αντίληψη του υπολογιστικού κόσμου. 2

Περιεχόμενα Εισαγωγή...4 Μητρική Κάρτα...5 Bios...5 Ορολογία...6 Αποθήκευση...6 POST...7 Λειτουργία...8 Chipset...8 Επεξεργαστής ή Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας...10 Μορφή και κωδικοποίηση...10 Κύκλος Εντολής...11 Τροφοδοτικό...13 Κύρια Μνήμη...14 RAM (Random Access Memory)...14 ROM (Read Only Memory)...14 Εσωτερικές Κάρτες...15 Κάρτα Οθόνης ή Κάρτα Γραφικών (Graphics Card)...15 Κάρτα Ήχου (Sound Card)...16 Κάρτα Δικτύου (Network Card)...17 Άλλες Κάρτες Επέκτασης...18 Διάφορες Ερωτήσεις...19 Πηγές:...20 3

Εισαγωγή Οι υπολογιστές αποτελούνται από διάφορα μέρη. Με μια πρώτη ματιά μπορούμε εύκολα να ξεχωρίσουμε τις περιφερειακές συσκευές ενός υπολογιστή, όπως το πληκτρολόγιο και το ποντίκι. Στο εσωτερικό, όμως, της Κεντρικής Μονάδας κρύβονται τα σημαντικότερα εξαρτήματά του. Οι υπολογιστές αποτελούνται από πολλά ηλεκτρονικά εξαρτήματα. Κάθε εξάρτημα έχει ειδικό ρόλο στη λειτουργία του υπολογιστή. Όλα όμως έχουν σχεδιαστεί, για να συνεργάζονται, έτσι ώστε ο υπολογιστής να λειτουργεί ως ενιαίο σύνολο (υπολογιστικό σύστημα). Η γνώση, σε ένα πρώτο επίπεδο, της λειτουργίας των μερών του υπολογιστή είναι σημαντική, γιατί έτσι μπορούμε να τον χειριστούμε καλύτερα, αλλά και να κάνουμε πιο ασφαλή και αποδοτική την εργασία μας. 4

Μητρική Κάρτα Είναι συνήθως το πιο μεγάλο εξάρτημα (πλακέτα) στο εσωτερικό του υπολογιστή. Το όνομά της οφείλεται στο ότι τα περισσότερα εξαρτήματα του υπολογιστή είναι τοποθετημένα πάνω της ή συνδέονται σ' αυτή. Παρατηρώντας την προσεχτικά Εικόνα εντοπίζουμε διάφορες ειδικές υποδοχές για την εγκατάσταση του επεξεργαστή, της μνήμης και διάφορων άλλων ηλεκτρονικών καρτών, όπως η κάρτα γραφικών. Επιπλέον στη μία πλευρά της υπάρχουν ειδικές θύρες, ώστε να συνδέουμε μερικές από τις εξωτερικές συσκευές του υπολογιστή (πληκτρολόγιο, ποντίκι, εκτυπωτή κλπ). Μέσα από τους ηλεκτροφόρους αγωγούς της μητρικής πλακέτας (διαύλους) κυκλοφορούν τα απαραίτητα δεδομένα με τη μορφή ηλεκτρικών σημάτων (που αντιστοιχούν σε 0 ή 1), για να συνεργάζονται οι συσκευές μεταξύ τους. Bios Στην πληροφορική, το Basic Input/Output System (BIOS), στα ελληνικά Βασικό Σύστημα Εισόδου/Εξόδου, γνωστό και ως το «BIOS του συστήματος» (System BIOS), είναι ένα συμβατικό πρότυπο που προσδιορίζει το λογισμικό διεπαφής για IBM συμβατούς υπολογιστές. Το BIOS είναι υλικολογισμικό (firmware) εκκίνησης (boot), και είναι ο αρχικός κώδικας που εκτελείται κατά την έναρξη της λειτουργίας του υπολογιστή. Η πρωταρχική λειτουργία του BIOS είναι ο εντοπισμός, ο έλεγχος (POST) και η αρχικοποίηση συσκευών του συστήματος όπως ο προσαρμογέας οθόνης, ο σκληρός δίσκος, ο οδηγός δισκέτας και άλλο υλικό. Αυτό γίνεται ώστε να μεταβεί το μηχάνημα σε μια δεδομένη κατάσταση, έτσι ώστε το λογισμικό που είναι αποθηκευμένο σε συμβατά αποθηκευτικά μέσα να μπορεί να φορτωθεί, να εκτελεστεί, και να αποκτήσει τον 5

έλεγχο του υπολογιστή. Στους σύγχρονους υπολογιστές, το λογισμικό αυτό είναι το λειτουργικό σύστημα, στο οποίο το BIOS μεταβιβάζει τον έλεγχο μετά την ολοκλήρωση της εκτέλεσης του κώδικά του. Η διαδικασία αυτή είναι γνωστή ως εκκίνηση. Ορολογία Ο όρος BIOS επινοήθηκε από τον Gary Kildall και εμφανίστηκε για πρώτη φορά στο λειτουργικό σύστημα CP/M το 1975, περιγράφοντας το μέρος του CP/M που εξαρτώταν από την αρχιτεκτονική του συγκεκριμένου υπολογιστή και φορτωνόταν κατά την εκκίνηση του χρόνου. Αυτό το μέρος του λειτουργικού συστήματος ήταν το μόνο που επικοινωνούσε απευθείας με το υλικό (οι υπολογιστές που εκτελούσαν το CP/M είχαν συνήθως μόνο έναν απλό φορτωτή εκκίνησης στη ROM τους). Οι νεότερες εκδόσεις του CP/M, καθώς του Concurrent CP/M, του Concurrent DOS, του DOS Plus, του Multiuser DOS, του System Manager και του REAL/32 περιλάμβαναν ένα XIOS (Extended Input/Output System) αντί του BIOS. Οι περισσότερες εκδόσεις του DOS είχαν ένα αρχείο που ονομάζεται "IO.SYS", "IBMBIO.COM", "IBMBIO.SYS" ή "DRBIOS.SYS", που ονομαζόταν DOS BIOS και έπαιζε αντίστοιχο ρόλο με το BIOS του CP/M. Σε άλλες κατηγορίες ηλεκτρονικών υπολογιστών συχνά χρησιμοποιούνται οι γενικότεροι όροι boot monitor, boot loader ή boot ROM. Κάποιοι υπολογιστές Sun και PowerPC χρησιμοποιούν το Open Firmware για το σκοπό αυτό. Υπάρχουν αρκετές εναλλακτικές λύσεις για BIOS παλιού τύπου (Legacy BIOS) στην αρχιτεκτονική x86: το Extensible Firmware Interface, το Open Firmware (που χρησιμοποιείται για το OLPC XO-1) και το coreboot. Αποθήκευση Το λογισμικό του BIOS βρίσκεται αποθηκευμένο σε ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα της μητρικής κάρτας, που αποτελείται από EEPROM ή μνήμη flash στα σύγχρονα μοντέλα μητρικών καρτών. Παλιότερα το τσιπ του BIOS ήταν απλή μνήμη ROM αλλά αυτού του τύπου οι μνήμες δεν επαναπρογραμματίζονται με αποτέλεσμα η ανάγκη για ενημερώσεις του BIOS να οδηγήσει στη χρήση flash/eeprom. Το λογισμικό αυτό περιλαμβάνει μια μικρή βιβλιοθήκη βασικών λειτουργιών εισόδου/εξόδου οι οποίες μπορούν να κληθούν για τη λειτουργία και τον έλεγχο περιφερειακών συσκευών, όπως το πληκτρολόγιο, η οθόνη και ούτω καθεξής. Σε ορισμένα μοντέλα μητρικών το τσιπ του BIOS είναι αφαιρούμενο, έτσι ώστε να 6

μπορεί να αντικατασταθεί σε περίπτωση καταστροφής του χωρίς να αλλαχθεί ολόκληρη η μητρική κάρτα. Τα τσιπ είναι επαναπρογραμματιζόμενα και σε ορισμένες περιπτώσεις, όπως για παράδειγμα όταν συνδεθεί στον υπολογιστή κάποιο υλικό για το οποίο δεν υπάρχει υποστήριξη στο BIOS, μπορεί να ανανεωθεί στην τελευταία έκδοση με τη χρήση δισκέτας ή ειδικού λογισμικού μέσω Ιντερνέτ (το λεγόμενο «φλασάρισμα» του BIOS). POST Το BIOS κατά την έναρξή του διενεργεί έναν έλεγχο του συστήματος, προκειμένου να εξασφαλιστεί ότι τα βασικά του υποσυστήματα (άρα και το ίδιο το σύστημα) είναι σε κατάσταση να λειτουργήσουν. Η όλη διαδικασία περιγράφεται με τον όρο PowerOn-Self-Test (Αυτο-έλεγχος τη στιγμή της έναρξης παροχής ισχύος) που είναι πιο συνοπτικά γνωστή με το αρκτικόλεξο POST. Αυτό που πραγματοποιείται είναι ο έλεγχος της μητρικής πλακέτας, της μνήμης RAM, του επεξεργαστή και της κάρτας γραφικών. Αυτά είναι τα βασικά συστήματα του υπολογιστή. Χωρίς αυτά ο υπολογιστής δεν εκκινεί. Η ειδοποίηση του χρήστη για την κανονική ή μη λειτουργία των συστημάτων αυτών γίνεται από τη μητρική μέσω ηχητικών σημάτων από το μεγάφωνο συστήματος, καθώς επειδή πρόκειται για χαμηλού επιπέδου λειτουργίες, τι γραφικά μπορεί να μην είναι ακόμα διαθέσιμα σε αυτό το στάδιο της εκκίνησης (αν και σε υπολογιστές όπως η Amiga το σήμα ήταν οπτικό). Όταν όλα λειτουργούν σωστά, πριν ανάψει η οθόνη ακούγεται ένα μόνον σύντομο ηχητικό σήμα (γνωστό και σαν "Post signal"). Αυτό καταδεικνύει ότι τα απαραίτητα συστήματα και υποσυστήματα του υπολογιστή είναι εγκατεστημένα και λειτουργούν σωστά. Σε αντίθετη περίπτωση, δηλαδή στην περίπτωση που κάτι δεν λειτουργεί σωστά από τα ζωτικά συστήματα του υπολογιστή, θα ακουστούν περισσότερα ηχητικά σήματα, εκτός αν η μητρική πλακέτα έχει καταστραφεί εντελώς και δεν είναι σε θέση να στείλει το μικρό αυτό σήμα. Ο κώδικας των σημάτων για τα διάφορα σφάλματα βρίσκεται συνήθως στο φυλλάδιο οδηγιών της μητρικής, και είναι διαφορετικός για κάθε εταιρία κατασκευής BIOS. Αν το POST των βασικών συστημάτων ολοκληρωθεί με επιτυχία και ακουστεί ο 7

σύντομος ήχος (κάτι που περιγράφεται με την έκφραση "ποστάρισμα" ή "το σύστημα ποστάρει") το BIOS περνά στο δεύτερο τμήμα του ελέγχου, αυτό των βασικών περιφερειακών συσκευών (οπτικά μέσα αποθήκευσης, USB και PCI θύρες και συσκευές, κλπ). Λειτουργία Το BIOS παλιότερα έπαιζε βασικό ρόλο στις διαδικασίες "εισόδου-εξόδου" (input/output) των υπολογιστών (εξ ου και το όνομά του) και σε λειτουργικά όπως το MS DOS αναλάμβανε όλες τις διαδικασίες εισόδου/εξόδου και επικοινωνίας με τα περιφερειακά. Σήμερα ο ρόλος του έχει περιοριστεί αποκλειστικά στο κομμάτι της εκκίνησης και αρχικοποίησης του συστήματος. Ελέγχει όλα τα βασικά συστήματα του υπολογιστή, αναγνωρίζει και προσαρτά τα περιφερειακά και παραδίδει το σύστημα, έτοιμο για λειτουργία, στο λειτουργικό σύστημα. Οι διαδικασίες αυτές πραγματοποιούνται με έναν αριθμό περίπου 100-150 βασικών βημάτων που λέγεται ακολουθία εκκίνησης συστήματος (System Boot Sequence). Μέσω του BIOS επίσης μπορούν να ρυθμιστούν ορισμένες βασικές παράμετροι του συστήματος, όπως η ώρα, η τάση τροφοδοσίας του επεξεργαστή και των RAM, οι διακοπές του συστήματος, η σειρά των bootable συσκευών που θα αναζητήσει το σύστημα, κλπ. Έτσι το BIOS με τις ρυθμίσεις του είναι χρήσιμο σε όσους πραγματοποιούν προχωρημένες μετατροπές στο σύστημά τους ή κάνουν overclocking. Η τεχνολογία του BIOS σήμερα θεωρείται απαρχαιωμένη, υπόλειμμα από πολύ παλαιότερες φάσεις της ανάπτυξης των υπολογιστών. Κατά τον Λίνους Τόρβαλντς, ο ρόλος του σε έναν υπολογιστή είναι "Να φορτώσει το λειτουργικό και μετά να εξαφανιστεί". Συζητάται η αντικατάστασή του μέσω των προτύπων Unified Extensible Firmware Interface και των boot managers. Chipset Ο όρος τσίπσετ αναφέρεται σε ένα σύνολο ολοκληρωμένων κυκλωμάτων (τσιπ), τα οποία είναι σχεδιασμένα να δουλεύουν μαζί. Ένα τσίπσετ είναι σχεδιασμένο έτσι ώστε να δουλεύει με συγκεκριμένη σειρά επεξεργαστών. Το τσίπσετ παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στον καθορισμό της 8

απόδοσης του συστήματος, διότι ελέγχει τις επικοινωνίες και τη μεταφορά δεδομένων μεταξύ του επεξεργαστή και των περιφερειακών συσκευών.ο κατασκευαστής του τσίπσετ τις περισσότερες φορές διαφοροποιείται από τον κατασκευαστή της μητρικής πλακέτας. Μερικοί κατασκευαστές τσίπσετ είναι οι NVIDIA, AMD, VIA, SiS, Intel και η Βroadcom. Οι υπολογιστές της Apple χρησιμοποιούν τσίπσετ σχεδιασμένα αποκλειστικά από αυτήν την εταιρεία, αν και τα τελευταία χρόνια έχει αρχίσει να εκμεταλλεύεται και διαφορετικής κατασκευής τσίπσετ. Ακόμα, ορισμένοι κατασκευαστές εξυπηρετητών (servers) αναπτύσσουν επίσης δικά τους τσίπσετ για τα προϊόντα τους. 9

Επεξεργαστής ή Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας Είναι το πιο σημαντικό εξάρτημα, καθώς είναι υπεύθυνο για τις κυριότερες επεξεργασίες που γίνονται στον υπολογιστή. Όλα τα δεδομένα μεταφέρονται από την Κύρια Μνήμη στον επεξεργαστή, ώστε να γίνει η απαραίτητη επεξεργασία τους σύμφωνα με τις εντολές μας. Μετά την επεξεργασία τους τα δεδομένα επιστρέφουν και τοποθετούνται προσωρινά στη Κύρια Μνήμη του υπολογιστή. Η Κ.Μ.Ε. είναι τοποθετημένη πάνω στη μητρική πλακέτα και, επειδή θερμαίνεται πολύ κατά τη λειτουργία της, χρειάζεται έναν ανεμιστήρα, για να την ψύχει. Πολλοί τη χαρακτηρίζουν ως «εγκέφαλο» του υπολογιστή και με βάση αυτή αποτιμώνται συνήθως η ταχύτητα και οι δυνατότητες του υπολογιστή που χρησιμοποιούμε. Καθώς η τεχνολογία συνεχώς εξελίσσεται, η ταχύτητα επεξεργασίας της Κ.Μ.Ε. γίνεται ολοένα και μεγαλύτερη. Κύρια Μνήμη: Είναι η μνήμη στην οποία τοποθετούνται δεδομένα και εντολές, πριν σταλούν στον επεξεργαστή καθώς και αμέσως μετά την επεξεργασία. Είναι απαραίτητη για κάθε υπολογιστή. Μπορεί να διακριθεί σε RAM και ROM. Ο τρόπος κατασκευής των ΚΜΕ άλλαξε σημαντικά στην δεκαετία του 70, όταν κατασκευάστηκαν οι πρώτοι επεξεργαστές από ένα μόνο ολοκληρωμένο κύκλωμα μεγάλης ολοκλήρωσης. Επειδή μειώθηκε εκ νέου το μέγεθος, οι νέοι επεξεργαστές ονομάστηκαν μικροεπεξεργαστές, ενώ σήμερα ο όρος "ΚΜΕ" αναφέρεται αποκλειστικά σε αυτούς. Το μικρότερο μέγεθος μείωσε επίσης και τον χρόνο μεταγωγής λόγω των φυσικών παραγόντων. Έτσι οι σύγχρονοι μικροεπεξεργαστές έχουν συχνότητα ρολογιού που κυμαίνεται από εκατοντάδες megahertz έως αρκετά gigahertz. Παράλληλα, αυξήθηκε η πολυπλοκότητα και ο αριθμός των τρανζίστορ που αποτελούσαν ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα. Ο ρυθμός αύξησης των τρανζίστορ περιγράφεται από τον νόμο του Μουρ, που ισχύει μέχρι σήμερα και προβλέπει τον διπλασιασμό του αριθμού των τρανζίστορ, που ενσωματώνονται σε ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα, κάθε 18 μήνες. Μορφή και κωδικοποίηση Μια εντολή μπορεί να επεξεργαστεί δεδομένα ή να μεταβάλλει καταστάσεις στο εσωτερικό της ΚΜΕ. Αν είναι εντολή επεξεργασίας μπορεί να μεταφέρει, να προσθέσει, ή να συγκρίνει δεδομένα, ενώ αν είναι εντολή μεταβολής μπορεί να τροποποιήσει τον απαριθμητή προγράμματος και τον καταχωρητή ενδείξεων. 10

Μεταβάλλοντας τον απαριθμητή προγράμματος μπορεί να αλλάξει η ροή εκτέλεσης του προγράμματος. Τέτοιες εντολές είναι γνωστές ως "άλματα" (jumps) και είναι ο βασικός τρόπος υλοποίησης των βρόχων επιλογής και επανάληψης. Ο καταχωρητής ενδείξεων περιέχει διακριτές καταστάσεις ελέγχου, όπως ο ενδείκτης υπερχείλισης. Οι ενδείκτες επηρεάζουν τον τρόπο με τον οποίο συμπεριφέρεται ένα πρόγραμμα, δεδομένου ότι συχνά αποτελούν αναφορά στα αποτελέσματα διαφόρων εργασιών. Κάθε εντολή περιλαμβάνει την λειτουργία που θα εκτελέσει, την πηγή των δεδομένων και την διεύθυνση της επόμενης εντολής. Όλες αυτές οι πληροφορίες κωδικοποιούνται σε ένα ή περισσότερα bytes ανάλογα με τον τύπο της εντολής. Για να προκύψουν όσο το δυνατόν λιγότερα bytes δεχόμαστε ότι η επόμενη εντολή ακολουθεί αμέσως μετά την τρέχουσα εντολή. Έτσι συνήθως οι εντολές αποτελούνται από δύο τμήματα, το πρώτο τμήμα περιέχει τον κωδικό εντολής (operation code) και υποδηλώνει τη λειτουργία προς εκτέλεση, και το δεύτερο τμήμα περιέχει πληροφορίες που απαιτούνται για την εν λόγω εντολή, για παράδειγμα οι τελεστές για την λειτουργία της πρόσθεσης ή η διεύθυνση της επόμενης εντολής αν είναι εντολή διακλάδωσης. Για κάθε εντολή υπάρχει διαφορετική κωδικοποίηση. Ακόμη και στην ίδια εντολή, ανάλογα με τον τύπο τελεστών που χρησιμοποιεί, δηλαδή αν είναι καταχωρητές, θέσεις μνήμης ή απευθείας δεδομένα, υπάρχει διαφορετική κωδικοποίηση. Στην πραγματικότητα όλες οι εντολές είναι δυαδικοί αριθμοί που έχουν αντιστοιχηθεί σε μια λειτουργία. Για να γίνονται πιο κατανοητές οι εντολές συνήθως αναπαρίστανται είτε σε δεκαεξαδική μορφή είτε σε συμβολική γλώσσα. Για παράδειγμα η εντολή ADDC δηλώνει ότι θα προστεθεί το περιεχόμενο του καταχωρητή C με το περιεχόμενο του συσσωρευτή και το αποτέλεσμα θα αποθηκευτεί στον συσσωρευτή. Η αντίστοιχη δεκαεξαδική αναπαράσταση της εντολής αυτής είναι81h, σε αρχιτεκτονικές x86. Κύκλος Εντολής Κύκλος εντολής είναι το διάστημα που απαιτείται για την ολοκλήρωση μιας εντολής και την έναρξη της επόμενης. Υπάρχουν τέσσερα στάδια για την ολοκλήρωση ενός κύκλου: η ανάκληση (fetch), η αποκωδικοποίηση (decode), η εκτέλεση (execute) και αποθήκευση του αποτελέσματος (store/writeback). Κατά την ανάκληση, ανακτάται η εντολή από την θέση μνήμης που είναι αποθηκευμένη. Η θέση της εντολής στην μνήμη περιέχεται στον απαριθμητή προγράμματος. Όταν η εντολή μεταφερθεί από την μνήμη στον επεξεργαστή αποθηκεύεται στον καταχωρητή εντολών. Έπειτα αυξάνεται η τιμή του απαριθμητή 11

προγράμματος, όσο είναι και το μήκος της εντολής σε μονάδες μνήμης, ώστε να υποδεικνύει την θέση της επόμενης εντολής ή την διεύθυνση των τελεστών σε περίπτωση που η τρέχουσα εντολή έχει τελεστές. Συχνά η εντολή προς ανάκληση καθυστερεί να μεταφερθεί από την μνήμη στον επεξεργαστή, λόγο ασύγχρονης λειτουργίας των δύο συσκευών, προκαλώντας παύση στην λειτουργία της ΚΜΕ. Για την αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος, στους σύγχρονους επεξεργαστές γίνεται χρήση ενδιάμεσης μνήμης προσωρινής αποθήκευσης (cache) αλλά και τεχνικές σωλήνωσης (pipelining). Στο στάδιο της αποκωδικοποίησης, η εντολή διασπάται και ερμηνεύεται από τον επεξεργαστή. Ανάλογα με τον κωδικό εντολής, κατά την αποκωδικοποίηση, ανακαλούνται και τυχόν τελεστές. Η τιμή των τελεστών ανακαλείται είτε άμεσα ως σταθερά, είτε έμμεσα ως μια διεύθυνση στην οποία βρίσκεται αποθηκευμένη η τιμή, σε κάποιο καταχωρητή ή μνήμη, όπως ορίζει το εκάστοτε πρότυπο διευθυνσιοδότησης. Σε παλιότερα σχέδια επεξεργαστών, η αποκωδικοποίηση της εντολής ήταν μια αμετάβλητη διαδικασία που πραγματοποιούσε το υλικό. Ωστόσο, σε πιο περίπλοκες αρχιτεκτονικές επεξεργαστών, για την ερμηνεία των εντολών χρησιμοποιείται ένα μικροπρόγραμμα. Το μικροπρόγραμμα συνήθως είναι επαναπρογραμματιζόμενο ώστε να μπορεί να μεταβληθεί, ακόμη και μετά την κατασκευή της ΚΜΕ, αποκωδικοποιεί τις εντολές. Μετά την ανάκληση και την αποκωδικοποίηση, ακολουθεί η εκτέλεση της εντολής. Σε αυτό το στάδιο, διάφορες μονάδες του επεξεργαστή συνδέονται ώστε να γίνει εφικτή η εκτέλεση της επιθυμητής λειτουργίας. Αν, για παράδειγμα, ζητήθηκε μια λειτουργία πρόσθεσης, η αριθμητική μονάδα (AU) θα συνδεθεί με ένα σύνολο εισόδων και εξόδων. Οι είσοδοι θα παρέχουν τους αριθμούς που πρέπει να προστεθούν και οι έξοδοι θα περιέχουν το άθροισμα. Εάν η πρόσθεση έχει ως αποτέλεσμα έναν υπερβολικά μεγάλο αριθμό για να χειριστεί η ΚΜΕ τότε θα ενεργοποιηθεί ο ενδείκτης αριθμητικής υπερχείλισης. Η αριθμητική λογική μονάδα (ALU) στο σύνολό της περιέχει κυκλώματα για την εκτέλεση απλών αριθμητικών και λογικών πράξεων, όπως η πρόσθεση και η σύγκριση αριθμών. Στο τελικό στάδιο, την αποθήκευση, η ΚΜΕ στέλνει τα δεδομένα προς αποθήκευση στην μνήμη. Τα αποτελέσματα αρχικά αποθηκεύονται προσωρινά σε κάποιο καταχωρητή για ταχύτερη προσπέλαση από επόμενες εντολές και έπειτα αποθηκεύονται στην κύρια μνήμη του συστήματος. Εντολές που κάνουν άλματα αλλά και εντολές που μεταβάλλουν τον καταχωρητή ενδείξεων στην ουσία δεν παράγουν κάποιο αποτέλεσμα προς αποθήκευση. Μετά την αποθήκευση των αποτελεσμάτων που προέκυψαν, ο κύκλος εντολής ολοκληρώνεται και επαναλαμβάνεται με την επόμενη εντολή, αφού αυξήθηκε ο απαριθμητής προγράμματος. 12

Τροφοδοτικό Ο υπολογιστής είναι μια ηλεκτρονική μηχανή και χρειάζεται απαραίτητα ηλεκτρικό ρεύμα για τη λειτουργία του. Ενώ η τάση του ηλεκτρικού δικτύου που έχουμε στην Ευρώπη, είναι 220 Volt και παρέχει εναλλασσόμενο ρεύμα, τα εξαρτήματα του υπολογιστή δουλεύουν με συνεχές ρεύμα στα 5 και 12 Volt. Το τροφοδοτικό είναι μια συσκευή υπεύθυνη για τις δύο αυτές λειτουργίες, δηλαδή: Μετατρέπει το εναλλασσόμενο ρεύμα σε συνεχές. Παρέχει τις κατάλληλες τάσεις 5 και 12 Volt, για να τροφοδοτηθούν οι εσωτερικές συσκευές στο κουτί του υπολογιστή. Όλες οι συσκευές στο εσωτερικό του υπολογιστή συνδέονται άμεσα, με καλώδια, ή έμμεσα, μέσω κάποιας άλλης συσκευής, στο τροφοδοτικό. 13

Κύρια Μνήμη Είναι η μνήμη στην οποία τοποθετούνται δεδομένα και εντολές, πριν σταλούν στον επεξεργαστή καθώς και αμέσως μετά την επεξεργασία. Είναι απαραίτητη για κάθε υπολογιστή. Μπορεί να διακριθεί σε RAM και ROM. RAM (Random Access Memory) Είναι η μνήμη που χρησιμοποιείται περισσότερο στον υπολογιστή. Οποιοδήποτε πρόγραμμα χρησιμοποιήσουμε ή οποιαδήποτε εργασία κάνουμε αποθηκεύεται προσωρινά στη μνήμη αυτή. Αποτελείται από ολοκληρωμένα κυκλώματα (τσιπ-chip), τα οποία τοποθετούνται στη μητρική πλακέτα σε μορφή μικρής κάρτας που ονομάζεται κάρτα μνήμης. Κάθε κάρτα μνήμης έχει συγκεκριμένη χωρητικότητα που μετριέται σε MB ή GB. Η απόδοση ενός υπολογιστή μπορεί να βελτιωθεί, αν αυξηθεί το μέγεθος της μνήμης RAM προσθέτοντας επιπλέον κάρτες μνήμης. Η μνήμη RAM, όμως, έχει ένα μεγάλο μειονέκτημα: οτιδήποτε περιέχει, χάνεται μόλις διακοπεί η τροφοδοσία του υπολογιστή με ηλεκτρικό ρεύμα. Για το λόγο αυτό χρειαζόμαστε κάποιο αποθηκευτικό μέσο, που να αποθηκεύει μόνιμα τις εργασίες μας, όπως για παράδειγμα το σκληρό δίσκο. ROM (Read Only Memory) Είναι μνήμη, μικρής σχετικά χωρητικότητας, στην οποία έχουν αποθηκευτεί μόνιμα πληροφορίες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε συγκεκριμένες περιπτώσεις. Στη ROM βρίσκεται το λογισμικό με το όνομα BIOS. Το λογισμικό αυτό είναι υπεύθυνο να εκτελέσει κατά την εκκίνηση του υπολογιστή ελέγχους σχετικούς με τη σωστή λειτουργία των τμημάτων του και στη συνέχεια να «φορτώσει» το Λειτουργικό Σύστημα από κάποιο αποθηκευτικό μέσο στη μνήμη RAM. 14

Εσωτερικές Κάρτες Στο εσωτερικό του υπολογιστή εκτός από τον επεξεργαστή, τη μνήμη και τη μητρική πλακέτα, υπάρχει ένα πλήθος από ηλεκτρονικές κάρτες. Μερικές από αυτές είναι απαραίτητες για τη λειτουργία του υπολογιστή, άλλες απλώς μας παρέχουν πρόσθετες δυνατότητες. Ας δούμε τις πιο σημαντικές από αυτές: Κάρτα Οθόνης ή Κάρτα Γραφικών (Graphics Card) Η κάρτα γραφικών είναι τμήμα ενός υπολογιστή, το οποίο λαμβάνει δεδομένα από την Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας (CPU) για να τα μετατρέψει σε εικόνα, η οποία θα προβληθεί στην οθόνη. Η κάρτα γραφικών είναι μια πλακέτα κυκλωμάτων, η οποία περιλαμβάνει έναν επεξεργαστή και κυκλώματα μνήμης RAM. Διαθέτει επίσης ένα μικροκύκλωμα (chip) εισόδου / εξόδου (BIOS), το οποίο αποθηκεύει τις ρυθμίσεις της κάρτας και εκτελεί διαγνωστικά για τη μνήμη, την είσοδο και την έξοδο κατά την εκκίνηση του συστήματος. Ο επεξεργαστής γραφικών της κάρτας, που ονομάζεται μονάδα επεξεργασίας γραφικών (Graphics Processing Unit, GPU), είναι παρόμοιος με τον επεξεργαστή ενός υπολογιστή. Μια GPU, ωστόσο, έχει σχεδιαστεί ειδικά για την εκτέλεση των πολύπλοκων μαθηματικών και γεωμετρικών υπολογισμών που είναι απαραίτητοι για την απόδοση γραφικών. Μερικές από τις ταχύτερες GPUs διαθέτουν περισσότερα τρανζίστορ από το μέσο όρο της CPU. Μια GPU παράγει πολλή θερμότητα, έτσι ώστε να είναι απαραίτητη η χρήση ενός ανεμιστήρα (μερικές κάρτες γραφικών διαθέτουν και σύστημα υδρόψυκτης). Εκτός από την επεξεργαστική της ισχύ, η GPU χρησιμοποιεί ειδικό προγραμματισμό για καλύτερη ανάλυση της χρήσης των δεδομένων. Οι εταιρείες AMD και nvidia παράγουν τη συντριπτική πλειοψηφία των GPU για την παγκόσμια αγορά. Και οι δύο εταιρείες έχουν αναπτύξει τις δικές τους καινοτομίες και βελτιώσεις για τις επιδόσεις των GPU. Για να βελτιωθεί η ποιότητα της εικόνας, χρησιμοποιούνται οι εξής 15

τεχνικές: Anti aliasing πλήρους οθόνης (FSAA), που απαλύνει τις άκρες του τρισδιάστατου αντικειμένου Ανισότροπο φιλτράρισμα (AF), το οποίο καθιστά τις εικόνες ευκρινέστερες. Κάθε εταιρεία έχει επίσης αναπτύξει ειδικές τεχνικές για να βοηθήσει την GPU για την απόδοση καλύτερων χρωμάτων, σκίασης, υφής και άλλων στοιχείων της εικόνας. Σημαντικό χαρακτηριστικό, επίσης, σε μια κάρτα γραφικών είναι και ο ρυθμός ανανέωσης πλαισίων (frame rate). Η αρχή λειτουργίας κινούμενων γραφικών στον υπολογιστή είναι η ίδια με αυτήν του κινηματογράφου: Προβάλλονται στην οθόνη 24 διαδοχικές εικόνες (frames, πλαίσια) ανά δευτερόλεπτο, προκειμένου η κινούμενη εικόνα να εμφανίζει σωστή ροή, χωρίς διακοπές, στο θεατή. Ο ρυθμός αυτός εξαρτάται τόσο από τον επεξεργαστή και τη μνήμη RAM που διαθέτει η κάρτα όσο και από ειδικό λογισμικό, που συνήθως ενσωματώνεται σε αυτήν. Κάρτα Ήχου (Sound Card) Η κάρτα ήχου είναι μια κάρτα επέκτασης του ηλεκτρονικού υπολογιστή που μπορεί να εισάγει και εξάγει ήχο υπό τον έλεγχο ειδικών προγραμμάτων. Τυπικές χρήσεις μιας κάρτας ήχου περιλαμβάνουν την παροχή του ηχητικού συστατικού για εφαρμογές πολυμέσων όπως η σύνθεση μουσικής, επεξεργασία βίντεο ή ήχου, παρουσίαση/εκπαίδευση, και ψυχαγωγία (παιχνίδια). Διάφοροι ηλεκτρονικοί υπολογιστές διαθέτουν ενσωματωμένες δυνατότητες αναπαραγωγής ή και επεξεργασίας ήχου, ενώ άλλοι συμπεριλαμβάνουν ειδικές κάρτες επέκτασης προκειμένου να προστεθεί η κάρτα ήχου όταν τη χρειαστεί ο χειριστής. 16

Κάρτα Δικτύου (Network Card) Η κάρτα δικτύου (ή ελεγκτής διασύνδεσης δικτύου, network interface controller) αποτελεί ένα στοιχείο του υλικού που συνδέει έναν υπολογιστή σε ένα δίκτυο υπολογιστών. Αν και αρχικά οι κάρτες δικτύου υλοποιούνταν σαν κάρτες επέκτασης που τοποθετούνταν σε κάποια κενή θέση του δίαυλου ενός υπολογιστή, λόγω της διάδοσης και του χαμηλού κόστους του προτύπου Ethernet, οι περισσότεροι υπολογιστές σήμερα περιλαμβάνουν μια κάρτα δικτύου στη μητρική κάρτα τους. Η κάρτα δικτύου επιτρέπει την επικοινωνία μεταξύ υπολογιστών μέσω ενός δικτύου υπολογιστών. Αποτελεί τόσο επίπεδο 1 του OSI (φυσικό επίπεδο), όσο και επίπεδο 2, μιας και παρέχει πρόσβαση στο φυσικό μέσο δικτύωσης αλλά και ένα σύστημα διευθυνσιοδότησης χαμηλού επιπέδου μέσω της χρήσης των διευθύνσεων MAC. Η σύνδεση μεταξύ των χρηστών μπορεί να γίνεται είτε με καλώδια, είτε ασύρματα. Κάθε κάρτα δικτύου Ethernet έχει ένα μοναδικό σειριακό αριθμό από 48-bits που ονομάζεται η διεύθυνση MAC της και ο οποίος είναι αποθηκευμένος σε μνήμη μόνο για ανάγνωση (ROM) πάνω στην κάρτα. Κάθε υπολογιστής πρέπει να έχει μια κάρτα με μια μοναδική διεύθυνση MAC. Κανονικά δύο κάρτες δε θα έπρεπε να έχουν την ίδια διεύθυνση, γιατί οι κατασκευαστές τους αγοράζουν συνεχόμενα μπλοκ από διευθύνεις από το Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) και δίνουν μοναδική διεύθυνση σε κάθε κάρτα όταν αυτή κατασκευάζεται. Αν και οι κάρτες δικτύου παλιά ήταν κάρτες επέκτασης που τοποθετούνταν εκ των υστέρων στο δίαυλο του υπολογιστή, σήμερα όλοι οι νεότεροι υπολογιστές έχουν μια κάρτα δικτύου ενσωματωμένη στη μητρική τους. Συνήθως το τσίπσετ της μητρικής έχει δυνατότητες Ethernet ή υπάρχει ένα φτηνό εξειδικευμένο τσιπ Ethernet, που συνδέεται μέσω του διαύλου (π.χ. PCI ή ο νεότερος PCI Express). Δεν απαιτείται τότε ξεχωριστή κάρτα δικτύου, εκτός και αν χρειάζονται πολλαπλές διασυνδέσεις ή χρησιμοποιείται άλλου τύπου δίκτυο. Νεότερες μητρικές μπορεί να έχουν ακόμα και διπλές ενσωματωμένες κάρτες δικτύου. 17

Άλλες Κάρτες Επέκτασης Η μητρική πλακέτα έχει υποδοχές, για να συνδέουμε οποιαδήποτε κάρτα σε αυτήν. Υπάρχει μια ποικιλία καρτών που, αν δεν μπορούμε να τις εγκαταστήσουμε υπάρχουν ήδη στον υπολογιστή μας, όπως: Κάρτα ραδιοφώνου: Κάρτα τηλεόρασης: Κάρτα βίντεο: Κάρτα μόντεμ: Για να ακούμε ραδιόφωνο. Για να βλέπουμε τηλεόραση. Για να επεξεργαζόμαστε ταινίες βίντεο. Για να συνδέουμε τον υπολογιστή μας με άλλους υπολογιστές μέσω τηλεφωνικής γραμμής. Σε πολλές σύγχρονες μητρικές πλακέτες ενσωματώνονται διάφορες εσωτερικές κάρτες, όπως η κάρτα ήχου, η κάρτα οθόνης, ή η κάρτα δικτύου. 18

Διάφορες Ερωτήσεις 1.Για ποιες λειτουργίες είναι υπεύθυνο το τροφοδοτικό; Το τροφοδοτικό παρέχει κατάλληλες τάσεις Volt(5 και 12)για να τροφοδοτηθούν οι εσωτερικές συσκευές στο κουτί του Η/Υ ενώ ταυτόχρονα μετατρέπει το εναλλασσόμενο ρεύμα σε συνεχές 2.Ποιά είναι τα είδη της κύριας μνήμης; Τα είδη της κύριας μνήμης είναι η μνήμη Ram και η μνήμη Rom. 3.Tι αποθηκεύεται στη μνήμη ROM; Σε αυτήν αποθηκεύονται μόνιμα πληροφορίες σύμφωνα με τις οποίες βλέπουμε αν λειτουργούν σωστά όλα τα τμήματα του υπολογιστή και ανάλογα με αυτές φορτώνει το Λειτουργικό Σύστημα. 4.Γιατί πρέπει να αποθηκεύουμε τις εργασίες μας σε κάποιο αποθηκευτικό μέσο: Διότι οι διάφορες πληροφορίες αποθηκεύονται προσωρινά στη μνήμη RAM της οποίας το μόνο μειονέκτημα είναι το γεγονός ότι αν κοπεί το ρεύμα και δεν έχουμε αποθηκεύσει τις πληροφορίες σε κάποιο αποθηκευτικό μέσο αυτές χάνονται. 5.Τι συνδέουμε στη μητρική πλακέτα; Σε αυτήν συνδέουμε μερικές από τις εξωτερικές συσκευές(ποντίκι, πληκτρολόγιο).υπάρχουν επίσης υποδοχές για την εγκατάσταση του επεξεργαστή, της μνήμης ενώ τέλος συνδέουμε διάφορες ηλεκτρικές κάρτες (π.χ κάρτα ήχου) 6.Γιατί είναι απαραίτητη η κάρτα γραφικών; Είναι απαραίτητη διότι μέσω αυτής επεξεργάζονται τα σήματα που στέλνονται στην οθόνη του υπολογιστή και χάρη σε αυτή λειτουργεί η οθόνη. 19

Πηγές: https://el.wikipedia.org/ http://ebooks.edu.gr/modules/ebook/show.php/dsb101/4/28,71/ 20