Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

ΙΟΝΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΩΝ ΗΧΟΥ & ΕΙΚΟΝΑΣ Εισαγωγή στην Ψηφιακή Τεχνολογία Δεληγιάννης Ι. BSc, Ph.D και Βοσινάκης Σ. BSc, MSc, Ph.D.

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Παρουσίαση με θέμα: "ΙΟΝΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΩΝ ΗΧΟΥ & ΕΙΚΟΝΑΣ Εισαγωγή στην Ψηφιακή Τεχνολογία Δεληγιάννης Ι. BSc, Ph.D και Βοσινάκης Σ. BSc, MSc, Ph.D."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 ΙΟΝΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΩΝ ΗΧΟΥ & ΕΙΚΟΝΑΣ Εισαγωγή στην Ψηφιακή Τεχνολογία Δεληγιάννης Ι. BSc, Ph.D και Βοσινάκης Σ. BSc, MSc, Ph.D

2 2 Στόχοι Τμήματος Το πενταετές πρόγραμμα σπουδών έχει ως αφετηρία την ιδέα, ότι η σύγχρονη εξειδίκευση στον οπτικοακουστικό χώρο και στα πολυμέσα πρέπει να στηρίζεται σε επαρκείς γνώσεις: α. των οπτικοακουστικών τεχνικών α. των οπτικοακουστικών τεχνικών β. των σύγχρονων ψηφιακών μεθόδων επεξεργασίας ήχου, εικόνας και του συνδυασμού τους β. των σύγχρονων ψηφιακών μεθόδων επεξεργασίας ήχου, εικόνας και του συνδυασμού τους γ. της επιστημονικής θεμελίωσης του ρόλου των οπτικοακουστικών γ. της επιστημονικής θεμελίωσης του ρόλου των οπτικοακουστικών εφαρμογών στη σύγχρονη εξελισσόμενη κοινωνία εφαρμογών στη σύγχρονη εξελισσόμενη κοινωνία Πηγή:

3 3 Στόχοι Μαθήματος Βασικός στόχος του μαθήματος είναι η εισαγωγή των φοιτητών στην ψηφιακή τεχνολογία όπως συναντάται σήμερα. Βασικός στόχος του μαθήματος είναι η εισαγωγή των φοιτητών στην ψηφιακή τεχνολογία όπως συναντάται σήμερα. Ξεκινώντας απο την κατανόηση και επεξεργασία απλών τύπων δεδομένων, καταλήγουμε στο συνδιασμό αυτών σε μια πληθώρα μορφών όπως: Ροές βίντεο, διαδραστικές εφαρμογές πολυμέσων. Ξεκινώντας απο την κατανόηση και επεξεργασία απλών τύπων δεδομένων, καταλήγουμε στο συνδιασμό αυτών σε μια πληθώρα μορφών όπως: Ροές βίντεο, διαδραστικές εφαρμογές πολυμέσων. Η ύλη είναι χωρισμένη σε θεματικές ενότητες αυξανόμενης πολυπλοκότητας: «Ήχος», «Εικόνα/Βίντεο/Κινούμενη Εικόνα», «Συμπίεση Δεδομένων» και «Πολυμέσα». Η ύλη είναι χωρισμένη σε θεματικές ενότητες αυξανόμενης πολυπλοκότητας: «Ήχος», «Εικόνα/Βίντεο/Κινούμενη Εικόνα», «Συμπίεση Δεδομένων» και «Πολυμέσα».

4 4 Ενότητες Μαθήματος ΕισαγωγήΔ ΕισαγωγήΔ ΉχοςΒ ΉχοςΒ Εικόνα / Video / AnimationΔ Εικόνα / Video / AnimationΔ Συμπίεση ΔεδομένωνΒ Συμπίεση ΔεδομένωνΒ ΠΟΛΥΜΕΣΑ ΚΑΙ ΔΙΑΔΙΚΤΥΟΔ και Β ΠΟΛΥΜΕΣΑ ΚΑΙ ΔΙΑΔΙΚΤΥΟΔ και Β Σχεδιασμός και ανάπτυξη πολυμέσων στο Διαδίκτυο (θεωρητικό + πρακτικό)Δ Σχεδιασμός και ανάπτυξη πολυμέσων στο Διαδίκτυο (θεωρητικό + πρακτικό)Δ Δ=Δεληγιάννης Ι. και Β=Βοσινάκης Σ.

5 5 Εκτός απο θεωρία με τι άλλο θα ασχοληθώ; Χρήση υπολογιστή (εργαστήριο) Χρήση υπολογιστή (εργαστήριο) Ψηφιακή επεξεργασία ήχου (εργαστήριο) Ψηφιακή επεξεργασία ήχου (εργαστήριο) Ψηφιακή επεξεργασία εικόνας (εργαστήριο) Ψηφιακή επεξεργασία εικόνας (εργαστήριο) Συνδιασμός ήχου και εικόνας (εργαστήριο) Συνδιασμός ήχου και εικόνας (εργαστήριο) Δημιουργία απλών διαδραστικών εφαρμογών πολυμέσων (εργαστήριο) Δημιουργία απλών διαδραστικών εφαρμογών πολυμέσων (εργαστήριο)

6 6 Σημερινή Παρουσίαση Εισαγωγή στην Ψηφιακή Τεχνολογία Εισαγωγή στην Ψηφιακή Τεχνολογία Ιστορία υπολογιστών Ιστορία υπολογιστών Πώς λειτουργεί ένας ψηφιακός υπολογιστής Πώς λειτουργεί ένας ψηφιακός υπολογιστής

7 7 Εισαγωγή στην ΨηφιακήΤεχνολογία

8 8 ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΕΝΑ ΨΗΦΙΑΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ Τα συστηματα διακρινονται σε Τα συστηματα διακρινονται σε Αναλογικα, αν τα σηματα που τα διατρεχουν παιρνουν τιμες απο ενα συνεχες διαστημα τιμων Αναλογικα, αν τα σηματα που τα διατρεχουν παιρνουν τιμες απο ενα συνεχες διαστημα τιμων Ψηφιακα, αν τα σηματα που τα διατρεχουν εχουν ενα πεπερασμενο αριθμο διακριτων τιμων Ψηφιακα, αν τα σηματα που τα διατρεχουν εχουν ενα πεπερασμενο αριθμο διακριτων τιμων Συστημα x z t x,z x(t) z(t) x(t) z(t) x,z Αναλογικα σηματα Ψηφιακα σηματα

9 9 ΓΙΑΤΙ ΧΡΕΙΑΖΟΜΑΣΤΕ ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Τα ψηφιακα συστηματα χρησιμοποιουνται για: Τα ψηφιακα συστηματα χρησιμοποιουνται για: Επεξεργασια δεδομενων Επεξεργασια δεδομενων Μεταδοση δεδομενων – επικοινωνια Μεταδοση δεδομενων – επικοινωνια Αποθηκευση δεδομενων Αποθηκευση δεδομενων Παρασταση διαφορων μορφων πληροφοριας Παρασταση διαφορων μορφων πληροφοριας Παραδειγμα: Ψηφιακη επεξεργασια αναλογικων σηματων Παραδειγμα: Ψηφιακη επεξεργασια αναλογικων σηματων ADC Ψηφιακη επεξεργασια DAC Αναλογικο σημα μικροφωνου Αναλογικο σημα μεγαφωνου Ψηφιακα σηματα

10 10 Συνέχεια... 1.Καταλληλα για την επεξεργασια ψηφιακων ΚΑΙ αναλογικων σηματων 2.Μπορει να χρησιμοποιηθει ενας γενικης χρησης υπολογιστης για την επεξεργασια δεδομενων 3.Ο πεπερασμενος αριθμος τιμων ενος ψηφιακου σηματος μπορει να παρασταθει με ενα διανυσμα σηματων που παιρνουν δυο μονο τιμες (δυαδικα σηματα). Για παραδειγμα το 10 δεκαδικα ψηφια μπορουν να παρασταθουν με διανυσματα 4 δυαδικων σηματων: Ψηφιο Διανυσμα Τα ψηφιακα σηματα εχουν μεγαλη ανοχη στην επιδραση του θορυβου ή στις θερμοκρασιακες μεταβολες των τιμων των εξαρτηματων των συστηματων

11 11 Σημασια των ψηφιακων συστηματων 5. Τα ψηφιακα συστηματα μπορουν να αποκτησουν μεγαλυτερη ακριβεια αν αυξησουμε τον αριθμο των ψηφιων. Για παραδειγμα ενα ψηφιακο ρολοϊ δειχνει την ωρα με μεγαλυτερη ακριβεια αν αυξησουμε τον αριθμο των ψηφιων απο 4 σε 6 Για παραδειγμα ενα ψηφιακο ρολοϊ δειχνει την ωρα με μεγαλυτερη ακριβεια αν αυξησουμε τον αριθμο των ψηφιων απο 4 σε 6 12:30 12:30:45 12:30 12:30:45 6. Οι εξελιξεις της μικρο-ηλεκτρονικης τεχνολογιας επιτρεπουν την κατασκευη εξαιρετικα πολυπλοκων ψηφιακων συστηματων που ειναι μικρα, ταχυτατα, και φθηνα (ολοκληρωμενα κυκλωματα ICs). 7. Παρεχεται η δυνατοτητα επιλογης μεταξυ διαφορετικων υλοποιησεων που ανταλλασουν ταχυτητα με πολυπλοκοτητα. Για παραδειγμα θεωρειστε ενα συστημα που προσθετει δυο 5ψηφιους αριθμους: Μπορει να κανει την προσθεση ταυτοχρονα και για τα 5 ψηφια ή σειριακα προσθετοντας διαδοχικα τα ψηφια Για παραδειγμα θεωρειστε ενα συστημα που προσθετει δυο 5ψηφιους αριθμους: Μπορει να κανει την προσθεση ταυτοχρονα και για τα 5 ψηφια ή σειριακα προσθετοντας διαδοχικα τα ψηφια

12 12 Ψηφιακή παράσταση Αναλογικών σημάτων Τα αναλογικά σήματα (π.χ. η φωνή, το video ) είναι σήματα συνεχή στον χρόνο και στο μέγεθος (amplitude) τους Τα αναλογικά σήματα (π.χ. η φωνή, το video ) είναι σήματα συνεχή στον χρόνο και στο μέγεθος (amplitude) τους

13 13 Με την δειγματοληψία τα αναλογικά σήματα μετατρέπονται σε σήματα διακριτού χρόνου Με την δειγματοληψία τα αναλογικά σήματα μετατρέπονται σε σήματα διακριτού χρόνου Ψηφιακή παράσταση Αναλογικών σημάτων

14 14 Με τον κβαντισμο (Quantization) τα δείγματα ενός σήματος γίνονται διακριτά ως προς την τιμή τους Με τον κβαντισμο (Quantization) τα δείγματα ενός σήματος γίνονται διακριτά ως προς την τιμή τους Ψηφιακή παράσταση Αναλογικών σημάτων Συχνότητα = 1/6 Συχνότητα δειγματοληψίας= 20/6 Επίπεδα κβαντισμου =

15 15 Ψηφιακη επεξεργασια αναλογικων σηματων

16 16 Μεταροπεις A/D και D/A Μεταροπεις A/D και D/A Ο μετατροπεας Αναλογικου-σε-Ψηφιακο (Analog to Digital - A/D) κωδικοποιει την τιμη του δειγματος ενος σηματος σε δυαδικο αριθμο αναλογο της τιμης αυτης. Ο μετατροπεας Αναλογικου-σε-Ψηφιακο (Analog to Digital - A/D) κωδικοποιει την τιμη του δειγματος ενος σηματος σε δυαδικο αριθμο αναλογο της τιμης αυτης. Ο μετατροπεας Ψηφιακου-σε-Αναλογικο (Digital to Analog (D/A) μετατρεπει εναν δυαδικο αριθμο σε ταση (ή ενταση) αναλογη της τιμης του αριθμου αυτου. Ο μετατροπεας Ψηφιακου-σε-Αναλογικο (Digital to Analog (D/A) μετατρεπει εναν δυαδικο αριθμο σε ταση (ή ενταση) αναλογη της τιμης του αριθμου αυτου.

17 17 A/D

18 18 Ψηφιακή Παράσταση Αναλογικών Σημάτων Εάν γίνει όπως πρέπει (= με την σωστη συχνοτητα δειγματοληψιας), η δειγματοληψία αυτη καθ’ εαυτη δεν εισάγει παραμόρφωση στο σήμα. Εάν γίνει όπως πρέπει (= με την σωστη συχνοτητα δειγματοληψιας), η δειγματοληψία αυτη καθ’ εαυτη δεν εισάγει παραμόρφωση στο σήμα. Ο Κβαντισμος ομως εισάγει πάντοτε κάποια παραμόρφωση. Ο Κβαντισμος ομως εισάγει πάντοτε κάποια παραμόρφωση. Η παραμορφωση μειωνεται αν αυξηθει ο αριθμος των επιπεδων κβαντισμου (= ο αριθμος των απαιτουμενων bits για την κωδικοποιηση) Η παραμορφωση μειωνεται αν αυξηθει ο αριθμος των επιπεδων κβαντισμου (= ο αριθμος των απαιτουμενων bits για την κωδικοποιηση) Μπορεί να γίνει ανταλλαγή μεταξύ της παραμόρφωσης και του ρυθμου παραγωγης bits/sec ( = των απαιτήσεων σε φάσμα για την μετάδοση του κβαντισμένου σήματος) Μπορεί να γίνει ανταλλαγή μεταξύ της παραμόρφωσης και του ρυθμου παραγωγης bits/sec ( = των απαιτήσεων σε φάσμα για την μετάδοση του κβαντισμένου σήματος) Θα ασχοληθούμε αρχικά με την δειγματοληψία Θα ασχοληθούμε αρχικά με την δειγματοληψία και κατόπιν με τον κβαντισμο και κατόπιν με τον κβαντισμο

19 19 Κωδικοποιηση εικονας και Video Εικονα 1000 x 1000 pixels με 8 bits για καθε ενα απο τα τρια χρωματα χρειαζεται 24 Mbits για να κωδικοποιηθει. Εικονα 1000 x 1000 pixels με 8 bits για καθε ενα απο τα τρια χρωματα χρειαζεται 24 Mbits για να κωδικοποιηθει. Το video χρειαζεται περιπου 20 frames/sec. Το video χρειαζεται περιπου 20 frames/sec. Τα standards συμπιεσης ειναι βασικα για την αναπτυξη του ψηφιακου video. Τα standards συμπιεσης ειναι βασικα για την αναπτυξη του ψηφιακου video. JPEG: Συμπιεση εικονας κατα 20 φορες τουλαχιστον JPEG: Συμπιεση εικονας κατα 20 φορες τουλαχιστον MPEG: Συμπιεση video κατα 100 φορες ή περισσοτερο MPEG: Συμπιεση video κατα 100 φορες ή περισσοτερο

20 20 Ιστορία των Υπολογιστών

21 21 Central issues identical in the past... - Abacus (ca. 50 BC) - Difference Engine (Babbage, ca. 1822) - ENIAC (Univ. of Pennsylvania, 1945)

22 22 … today... - Distributed ASCI Supercomputer 2 (Vrije Universiteit, Amsterdam, 2002) (contains 72 1-Ghz Dual Pentium-IIIs) - Earth Simulator (ES Center, Yokohama, Japan, 2001) (contains Ghz NEC CPUs)

23 23 … and in the future! World Wide Computing World Wide Computing

24 24 Alan Turing Ανακάλυψε την ιδέα του προγραμματιζομενου υπολογιστή το 1936 Ανακάλυψε την ιδέα του προγραμματιζομενου υπολογιστή το 1936 Βοήθησε να σχεδιαστεί ο “Colossus”, ένας ηλεκτρονικός υπολογιστής που χρησιμοποιήθηκε για το σπάσιμο κωδικών στον 2 ο παγκόσμιο πόλεμο. Βοήθησε να σχεδιαστεί ο “Colossus”, ένας ηλεκτρονικός υπολογιστής που χρησιμοποιήθηκε για το σπάσιμο κωδικών στον 2 ο παγκόσμιο πόλεμο. Η ανακάλυψη αυτή ήταν μέγιστης σημασίας για το θετικό αποτέλεσμα του πολέμου Η ανακάλυψη αυτή ήταν μέγιστης σημασίας για το θετικό αποτέλεσμα του πολέμου Σχεδίασε τον υπολογιστή ACE μετά τον πόλεμο. Σχεδίασε τον υπολογιστή ACE μετά τον πόλεμο.

25 25 Alan Turing Η πρώτη του μεγάλη ανακάλυψη δημοσιεύτηκε στο παρακάτω άρθρο: “On computable numbers with an application to the Entscheidungsproblem”1936

26 26 Τι ανακάλυψε το 1936 Δημιούργησε ένα υπολογιστικό μοντέλο που ονομάστηκε Turing Machine Δημιούργησε ένα υπολογιστικό μοντέλο που ονομάστηκε Turing Machine Δημιούργησε την ιδέα του προγραμματιζόμενου υπολογιστή (τότε ονομαζόταν “universal” machine). Δημιούργησε την ιδέα του προγραμματιζόμενου υπολογιστή (τότε ονομαζόταν “universal” machine). Έδειξε οτι υπάρχουν ακόμα άλυτα υπολογιστικά προβλήματα (ακόμα και με τη χρήση υπολογιστών) Έδειξε οτι υπάρχουν ακόμα άλυτα υπολογιστικά προβλήματα (ακόμα και με τη χρήση υπολογιστών)

27 27 Turing’s machine Ταινία Έλεγχος κατάστασης 0 Άν είσαι στην κατάσταση q και βλέπεις το σύμβολο s τότε πήγαινε στην κατάσταση p, γράψε το σύμβολο r και μετακινήσου ένα κελί δεξιά. Κεφαλή ανάγνωσης και εγγραφής

28 28 Περισσότερες πηγές Το βιβλίο, “Alan Turing: the Enigma” by Andrew Hodges, 1984 Το βιβλίο, “Alan Turing: the Enigma” by Andrew Hodges, 1984 Το έργο, “Breaking the Code” based on this book Το έργο, “Breaking the Code” based on this book Η τηλεοπτική έκδοση του έργου Η τηλεοπτική έκδοση του έργου Η τηλεοπτική σειρά (NOVA) Bletchley Park Η τηλεοπτική σειρά (NOVA) Bletchley Park

29 29 Οι εξελίξεις που επέτρεψαν την δημιουργία των πρώτων υπολογιστών Ηλεκτρομαγνητικοί διακόπτες Ηλεκτρομαγνητικοί διακόπτες Vannevar Bush – τέλος του 30, MIT, USA Konrad Zuse – WW II, Germany, βοήθησε στο σχεδιασμό των ρουκετών V2

30 30 Ο πρώτος ηλεκτρονικός υπολογιστής Atanasoff και Berry, Πανεπιστήμιο της Iowa Atanasoff και Berry, Πανεπιστήμιο της Iowa Πρωτότυπο 1939, λειτουργικό μοντέλο 1943 Πρωτότυπο 1939, λειτουργικό μοντέλο 1943 Δέν προγραμματιζόταν Δέν προγραμματιζόταν Οι ιδέες χρησιμοποιήθηκαν στον ENIAC Οι ιδέες χρησιμοποιήθηκαν στον ENIAC Ξεχασμένο μέχρι την δικαστική υπόθεση πατέντας Sperry-Rand εναντίον Honeywell, 1967 Ξεχασμένο μέχρι την δικαστική υπόθεση πατέντας Sperry-Rand εναντίον Honeywell, 1967

31 31 Ο υπολογιστής Colossus, Βρεττανία Σκοπός: αποκωδικοποίηση Σκοπός: αποκωδικοποίηση Flowers, Knox, Turing et al. Flowers, Knox, Turing et al. Σε πλήρη λειτουργία: Δεκ Σε πλήρη λειτουργία: Δεκ Προγραμματισμός εξωτερικά (με διακαλοδίωση) Προγραμματισμός εξωτερικά (με διακαλοδίωση) 1500 λυχνίες 1500 λυχνίες

32 32 Colossus

33 33 von Neumann αρχιτεκτονική John von Neumann (Princeton) 1903 – μαθηματικός John von Neumann (Princeton) 1903 – μαθηματικός Ανακάλυψε την “game theory” Ανακάλυψε την “game theory” Βοήθησε στο σχεδιασμό των ENIAC και Βοήθησε στο σχεδιασμό των ENIAC και EDVAC EDVAC

34 34 ENIAC Electronic Numerical Integrator and Calculator Ο πρώτος πλήρως ηλεκτρονικός υπολογιστής Ο πρώτος πλήρως ηλεκτρονικός υπολογιστής 18,000 λυχνίες 18,000 λυχνίες 1,500 διακόπτες 1,500 διακόπτες 6 χ 12 μέτρα 6 χ 12 μέτρα Χαμηλής πιστότητας, Χαμηλής πιστότητας, μεγάλης κατανάλωσης, χρειαζόταν κλιματισμό Ζωύφια Ζωύφια (Debugging) (Debugging)

35 35 Ο πρώτος εσωτερικά προγραμματιζόμενος υπολογιστής Πανεπιστήμιο Manchester, UK, 21 Ιουνίου 1948 Πανεπιστήμιο Manchester, UK, 21 Ιουνίου 1948 Μηχάνημα εργαστηρίου Μηχάνημα εργαστηρίου 1024 bits μνήμης (όσο ένα SMS) 1024 bits μνήμης (όσο ένα SMS)

36 36 EDSAC (UK) Ο πρώτος πλήρους κλίμακας εσωτερικά προγραμματιζόμενος υπολογιστής Ο πρώτος πλήρους κλίμακας εσωτερικά προγραμματιζόμενος υπολογιστής Λειτουργούσε τον Μάϊο 1949 Λειτουργούσε τον Μάϊο 1949 Wilkes et al., Πανεπιστήμιο του Cambridge Wilkes et al., Πανεπιστήμιο του Cambridge

37 37 Electronic Discrete Variable Computer (EDVAC – USA) Eckert, Mauchly, von Neumann Eckert, Mauchly, von Neumann Ολοκληρώθηκε το 1952 Ολοκληρώθηκε το 1952 Εσωτερικά προγραμματιζόμενος Εσωτερικά προγραμματιζόμενος

38 38 Μερικές σημειώσεις για τα μεγέθη στην τεχνολογία υπολογιστών Λυχνίες – όσο ένας αντίχειρας Λυχνίες – όσο ένας αντίχειρας Τρανσίστορς – στερεή μορφή (Γερμάνιο, Σιλικόνη) 1946 και μετά – μέγεθος μικρού δακτύλου Τρανσίστορς – στερεή μορφή (Γερμάνιο, Σιλικόνη) 1946 και μετά – μέγεθος μικρού δακτύλου Ολοκληρωμένα κυκλώματα – σιλικόνη 1975 και μετά, πολλά χωρούν σε ένα τσίπ Ολοκληρωμένα κυκλώματα – σιλικόνη 1975 και μετά, πολλά χωρούν σε ένα τσίπ Ολοκληρωμένα κυκλώματα μεγάλης κλίμακας – πολλά εκατομμύρια σε ένα τσίπ Ολοκληρωμένα κυκλώματα μεγάλης κλίμακας – πολλά εκατομμύρια σε ένα τσίπ

39 39 Internal Memory Technology Initially mercury tubes (acoustic) and magnetic wire Initially mercury tubes (acoustic) and magnetic wire 1955 – late 70s, magnetic cores (donuts) 1955 – late 70s, magnetic cores (donuts) J. Forrester, MIT J. Forrester, MIT 70s onwards, semiconductors 70s onwards, semiconductors

40 40 Ιστορία - Επανάληψη Γενιά 0: Μηχανικά και ηλεκτρομαγνητικά Γενιά 0: Μηχανικά και ηλεκτρομαγνητικά Γενιά 1: Λυχνίες (ENIAC, EDVAC, EDSAC) Γενιά 1: Λυχνίες (ENIAC, EDVAC, EDSAC) Γενιά 2: Τρανσίστορς, Γλώσσες προγραμματισμού Γενιά 2: Τρανσίστορς, Γλώσσες προγραμματισμού Γενιά 3: Ολοκληρωμένα κυκλώματα, Minicomputers Γενιά 3: Ολοκληρωμένα κυκλώματα, Minicomputers Γενιά 4: Πρώτοι μικρουπολογιστές, LSI και μετά VLSI κυκλώματα, “PC”s (προσωπικοί υπολογιστές) Γενιά 4: Πρώτοι μικρουπολογιστές, LSI και μετά VLSI κυκλώματα, “PC”s (προσωπικοί υπολογιστές) Γενιά 5: Σήμερα! Γενιά 5: Σήμερα! VLSI VLSI Παράλληλοι επεξεργαστές Παράλληλοι επεξεργαστές Προηγμένες δυνατότητες γραφικών Προηγμένες δυνατότητες γραφικών Εφαρμογές διαδικτύου, δίκτυα Εφαρμογές διαδικτύου, δίκτυα

41 41 Generation 0: Mechanical Computers ( ) 1642 – Μηχανική υπολογιστική μηχανή του Πασκάλ 1642 – Μηχανική υπολογιστική μηχανή του Πασκάλ mechanical gears, hand-crank, dials and knobs mechanical gears, hand-crank, dials and knobs Άλλες παρόμοιες μηχανές ακολούθησαν Άλλες παρόμοιες μηχανές ακολούθησαν 1805 – Η πρώτη προγραμματιζόμενη μηχανή, Jacquard loom (ράψιμο σχεδίων σε υφάσματα)  wove tapestries with elaborate, programmable patterns  pattern represented by metal punch-cards, fed into loom  could mass-produce tapestries, reprogram with new cards Μέσα 19 ου αιώνα – Η αναλυτική μηχανή του Babbage  expanded upon mechanical calculators, but programmable via punch-cards  described general layout of modern computers  never functional, beyond technology of the day

42 42 Generation 0 (cont.) 1890 – Hollerith invented tabulating machine 1890 – Hollerith invented tabulating machine used for 1890 U.S. Census used for 1890 U.S. Census stored data on punch-cards, could sort and tabulate using electrical pins stored data on punch-cards, could sort and tabulate using electrical pins finished census in 6 weeks (vs. 7 years) finished census in 6 weeks (vs. 7 years) Hollerith's company would become IBM Hollerith's company would become IBM 1930's – several engineers independently built "computers" using electromagnetic relays  physical switch, open/close via electrical current  Zuse (Nazi Germany) – destroyed in WWII  Atanasoff (Iowa State) – built with grad student  Stibitz (Bell Labs) – followed design of Babbage

43 43 Generation 1: Vacuum Tubes ( ) mid 1940's – vacuum tubes replaced relays mid 1940's – vacuum tubes replaced relays glass tube w/ partial vacuum to speed electron flow glass tube w/ partial vacuum to speed electron flow faster than relays since no moving parts faster than relays since no moving parts invented by de Forest in 1906 invented by de Forest in 's – hybrid computers using vacuum tubes and relays were built COLOSSUS (1943)  built by British govt. (Alan Turing)  used to decode Nazi communications ENIAC (1946)  built by Eckert & Mauchly at UPenn  18,000 vacuum tubes, 1,500 relays  weighed 30 tons, consumed 140 kwatts

44 44 von Neumann popularized the idea of a "stored program" computer  store both data and programs in Memory  Central Processing Unit (CPU) executes by loading program instructions from memory and executing them in sequence  interact with the user via Input/Output devices virtually all modern machines follow this von Neumann Architecture programming was still difficult and tedious  each machine had its own machine language, 0's & 1's corresponding to the settings of physical components  in 1950's, assembly languages replaced 0's & 1's with mnemonic names Generation 1 (cont.) COLOSSUS and ENIAC were not general purpose computers COLOSSUS and ENIAC were not general purpose computers could enter input using dials & knobs, paper tape could enter input using dials & knobs, paper tape but to perform a different computation, needed to reconfigure but to perform a different computation, needed to reconfigure

45 45 Generation 2: Transistors ( ) mid 1950's – transistors began to replace tubes mid 1950's – transistors began to replace tubes piece of silicon whose conductivity can be turned on and off using an electric current piece of silicon whose conductivity can be turned on and off using an electric current smaller, faster, more reliable, cheaper to mass produce smaller, faster, more reliable, cheaper to mass produce invented by Bardeen, Brattain, & Shockley in 1948 (won 1956 Nobel Prize in physics) invented by Bardeen, Brattain, & Shockley in 1948 (won 1956 Nobel Prize in physics) computers became commercial as cost dropped high-level languages were designed to make programming more natural  FORTRAN (1957, Backus at IBM)  LISP (1959, McCarthy at MIT)  BASIC (1959, Kemeny at Dartmouth)  COBOL (1960, Murray-Hopper at DOD) the computer industry grew as businesses could buy Eckert-Mauchly (1951), DEC (1957) IBM became market force in 1960's

46 46 Generation 3: Integrated Circuits ( ) integrated circuit (IC) integrated circuit (IC) as transistor size decreased, could package many transistors with circuitry on silicon chip as transistor size decreased, could package many transistors with circuitry on silicon chip mass production further reduced prices mass production further reduced prices 1971 – Intel marketed first microprocessor, a chip w/ all the circuitry for a calculator 1960's saw the rise of Operating Systems  an operating system is a collection of programs that manage peripheral devices and other resources  allowed for time-sharing, where multiple users share a computer by swapping jobs in and out  as computers became affordable to small businesses, specialized programming languages were developed Pascal (1971, Wirth) C (1972, Ritche)

47 47 Generation 4: VLSI ( ) Very Large Scale Integration (VLSI) Very Large Scale Integration (VLSI) by mid 1970's, could fit hundreds of thousands of transistors w/ circuitry on a chip by mid 1970's, could fit hundreds of thousands of transistors w/ circuitry on a chip could mass produce powerful microprocessors and other useful IC's could mass produce powerful microprocessors and other useful IC's computers finally affordable to individuals computers finally affordable to individuals late 1970's saw rise of personal computing  Gates & Allen founded Microsoft in 1975 Gates wrote BASIC compiler for personal computer would grow into software giant, Gates richest in world  Wozniak and Jobs founded Apple in 1977 went from garage to $120 million in sales by 1980  IBM introduced PC in 1980 Apple countered with Macintosh in 1984  Stroustrup developed C++ in 1985 object-oriented extension of C language

48 48 Generation 5: Parallelism & Networking (1985-????) high-end machines (e.g. servers) can have multiple CPU's high-end machines (e.g. servers) can have multiple CPU's in 1997, highly parallel Deep Blue beat Kasparov in speed chess match in 1997, highly parallel Deep Blue beat Kasparov in speed chess match most computers today are networked  Internet born in 1969, connected 4 computers (UCLA, UCSB, SRI, & Utah) mainly used by govt. & universities until late 80's/early 90's  Web invented by Berners-Lee at CERN in 1989 designed to allow physics researchers to share data and documents not popular until 1993 when Andreessen developed graphical browser (Mosaic) Andreessen would go on to found Netscape, and Internet Explorer soon followed stats from netvalley.com & netsizer.comDate Computers on Internet Web sites on Internet ,000,00040,000, ,000,00010,000, ,249,0004,279, ,881,000300, ,212,0003, , ,

49 49 Πώς λειτουργεί ένας ψηφιακός υπολογιστής: Περιγραφή των συστατικών και της λειτουργίας τους μιας μηχανής von Neumann Περιγραφή των συστατικών και της λειτουργίας τους μιας μηχανής von Neumann Περιγραφή τού κύκλου "φέρε-αποκωδικοποίησε- εκτέλεσε" μιας μηχανής von Neumann Περιγραφή τού κύκλου "φέρε-αποκωδικοποίησε- εκτέλεσε" μιας μηχανής von Neumann Περιγραφή της οργάνωσης της μνήμης ενός Η/Υ και του τρόπου πρόσβασης σε αυτή Περιγραφή της οργάνωσης της μνήμης ενός Η/Υ και του τρόπου πρόσβασης σε αυτή Περιγραφή διαφορετικών συσκευών αποθήκευσης βοηθητικής μνήμης Περιγραφή διαφορετικών συσκευών αποθήκευσης βοηθητικής μνήμης Ορισμός τριών εναλλακτικών μορφών παράλληλης επεξεργασίας για ενα Η/Υ Ορισμός τριών εναλλακτικών μορφών παράλληλης επεξεργασίας για ενα Η/Υ

50 50 Η αρχιτεκτονική von Neumann

51 51 Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας (ΚΜΕ/CPU) H KME δέχεται τουλάχιστον δύο είδη δεδομένων: Εντολές σχετικές με την επεξεργασία των άλλων δεδομένων Δεδομένα προς επεξεργασία ακολουθώντας τις διαθέσιμες εντολές. Αποκαλούμε εντολές τον κώδικα ενός προγράμματος. Σε αυτές περιλαμβάνονται επίσης τα συνεχή μηνύματα που στέλνουμε στο PC μας μέσω του "ποντικιού" και του πληκτρολογίου. Τα μηνύματα αυτά αφορούν εντολές για εκτύπωση, αποθήκευση ή άνοιγμα ενός αρχείου, κτλ. Η ΚΜΕ είναι το πιό σημαντικό συστατικό ενός H/Y

52 52 Aριθμητική/Λογική Μονάδα Αριθμητική και Λογική Μονάδα – (Α/Λ) (Arithmetic and Logical Unit) Αριθμητική και Λογική Μονάδα – (Α/Λ) (Arithmetic and Logical Unit) Εκτελεί αριθμητικές πράξεις (+, -, /, *) Εκτελεί αριθμητικές πράξεις (+, -, /, *) Εκτελεί λογικές πράξεις (ΑND, OR, NOT, …) Εκτελεί λογικές πράξεις (ΑND, OR, NOT, …) Οι πράξεις αυτές γίνονται βάσει προκαθορισμένων λειτουργιών, μετασχηματίζοντας ή συνδιάζοντας τα απαραίτητα δεδομένα, για την δημιουργία των εκάστοτε επιθυμητών αποτελεσμάτων Οι πράξεις αυτές γίνονται βάσει προκαθορισμένων λειτουργιών, μετασχηματίζοντας ή συνδιάζοντας τα απαραίτητα δεδομένα, για την δημιουργία των εκάστοτε επιθυμητών αποτελεσμάτων Οι κωδικοποιημένες παραστάσεις των δεδομένων εισέρχονται στην Α/Λ μονάδα προερχόμενες από την μνήμη. Οι κωδικοποιημένες παραστάσεις των δεδομένων εισέρχονται στην Α/Λ μονάδα προερχόμενες από την μνήμη. Η μονάδα ελέγχου, γνωρίζοντας εκ των προτέρων την πράξη που πρόκειται να εκτελεσθεί, παρέχει προς τα ηλεκτρονικά κυκλώματα της Α/Λ μονάδας τα απαραίτητα σήματα ελέγχου, ώστε αυτή να δημιουργήσει τα εκάστοτε αποτελέσματα των αριθμητικών, λογικών ή συνδυαστικών πράξεων. Η μονάδα ελέγχου, γνωρίζοντας εκ των προτέρων την πράξη που πρόκειται να εκτελεσθεί, παρέχει προς τα ηλεκτρονικά κυκλώματα της Α/Λ μονάδας τα απαραίτητα σήματα ελέγχου, ώστε αυτή να δημιουργήσει τα εκάστοτε αποτελέσματα των αριθμητικών, λογικών ή συνδυαστικών πράξεων. Οι περισσότερες μοντέρνες Α/Λ μονάδες έχουν ένα μικρό αριθμό ειδικών μονάδων αποθήκευσης που ονομάζονται καταχωρητές (registers) Οι περισσότερες μοντέρνες Α/Λ μονάδες έχουν ένα μικρό αριθμό ειδικών μονάδων αποθήκευσης που ονομάζονται καταχωρητές (registers)

53 53 Μονάδα Ελέγχου (ΜΕ) Η Μονάδα Ελέγχου είναι η οργανωτική δύναμη στον Η/Υ Η Μονάδα Ελέγχου είναι η οργανωτική δύναμη στον Η/Υ Υπάρχουν δύο καταχωρητές στην ΜΕ Υπάρχουν δύο καταχωρητές στην ΜΕ Ο καταχωρητής εντολής (instruction register (IR)) περιέχει την εντολή που εκτελείται Ο καταχωρητής εντολής (instruction register (IR)) περιέχει την εντολή που εκτελείται Τον μετρητή προγράμματος (program counter (PC)) που περιέχει την διεύθυνση της επόμενης εντολής προς εκτέλεση Τον μετρητή προγράμματος (program counter (PC)) που περιέχει την διεύθυνση της επόμενης εντολής προς εκτέλεση Υπενθυμίζουμε οτι Α/Λ μονάδα και ΜΕ αποτελούν την ΚΜΕ (CPU) Υπενθυμίζουμε οτι Α/Λ μονάδα και ΜΕ αποτελούν την ΚΜΕ (CPU)

54 54 Μονάδα Ελέγχου (ΜΕ, συν.) Η ΜΕ είναι το υποσύστημα εκείνο, το οποίο αποφασίζει και συντονίζει την διαδοχή των πράξεων καί τη λειτουργία των υπολοίπων μονάδων του υπολογιστή. Η ΜΕ είναι το υποσύστημα εκείνο, το οποίο αποφασίζει και συντονίζει την διαδοχή των πράξεων καί τη λειτουργία των υπολοίπων μονάδων του υπολογιστή. Κατά την εκτέλεση ενός προγράμματος, η ΜΕ λαμβάνει από τη μνήμη ορισμένα κωδικοποιημένα ηλεκτρικά σήματα, τα οποία ονομάζονται εντολές. Τα κυκλώματα της μονάδας ελέγχου "αποκωδικοποιούν" κατ΄αρχάς τις εντολές αυτές και εν συνεχεία εκπέμπουν σήματα ελέγχου προς: Κατά την εκτέλεση ενός προγράμματος, η ΜΕ λαμβάνει από τη μνήμη ορισμένα κωδικοποιημένα ηλεκτρικά σήματα, τα οποία ονομάζονται εντολές. Τα κυκλώματα της μονάδας ελέγχου "αποκωδικοποιούν" κατ΄αρχάς τις εντολές αυτές και εν συνεχεία εκπέμπουν σήματα ελέγχου προς: Την μνήμη για την εξαγωγή πληροφοριών προς τις άλλες μονάδες του υπολογιστή ή την λήψη πληροφοριών απ΄αυτές και την αποθήκευσή τους στη μνήμη Την μνήμη για την εξαγωγή πληροφοριών προς τις άλλες μονάδες του υπολογιστή ή την λήψη πληροφοριών απ΄αυτές και την αποθήκευσή τους στη μνήμη Την Α/Λ μονάδα για την εκτέλεση των επιθυμητών υπολογιστικών πράξεων Την Α/Λ μονάδα για την εκτέλεση των επιθυμητών υπολογιστικών πράξεων Τις μονάδες εισόδου/εξόδου, για τη μεταφορά πληροφοριών απο τον υπολογιστή προς το εξωτερικό του περιβάλλον, και αντιστρόφως Τις μονάδες εισόδου/εξόδου, για τη μεταφορά πληροφοριών απο τον υπολογιστή προς το εξωτερικό του περιβάλλον, και αντιστρόφως

55 55 Μονάδες Εισόδου/Εξόδου Μία μονάδα εισόδου είναι μια συσκευή μέσω της οποίας, δεδομένα και προγράμματα εισάγονται απο τον έξω κόσμο στον Η/Υ Μία μονάδα εισόδου είναι μια συσκευή μέσω της οποίας, δεδομένα και προγράμματα εισάγονται απο τον έξω κόσμο στον Η/Υ Πληκτρολόγιο, ποντίκι, κτλ. Πληκτρολόγιο, ποντίκι, κτλ. Μία μονάδα εξόδου είναι μια συσκευή μέσω της οποίας, αποτελέσματα αποθηκευμένα στον Η/Υ, καθίστανται διαθέσιμα στον εξεωτερικό κόσμο Μία μονάδα εξόδου είναι μια συσκευή μέσω της οποίας, αποτελέσματα αποθηκευμένα στον Η/Υ, καθίστανται διαθέσιμα στον εξεωτερικό κόσμο Εκτυπωτές, τερματικά Εκτυπωτές, τερματικά

56 56 Ροή της Πληροφορίας Τα διάφορα μέρη είναι συνδεδεμένα μεταξύ τους μέσω μίας συλλογής καλωδίων που ονομάζονται δίαυλος Τα διάφορα μέρη είναι συνδεδεμένα μεταξύ τους μέσω μίας συλλογής καλωδίων που ονομάζονται δίαυλος

57 57 Ο Κύκλος Φέρε-Eκτέλεσε Φέρε την επόμενη εντολή Φέρε την επόμενη εντολή Αποκωδικοποίησε την εντολή Αποκωδικοποίησε την εντολή Πάρε δεδομένα αν υπάρχει ανάγκη Πάρε δεδομένα αν υπάρχει ανάγκη Eκτέλεσε την εντολή Eκτέλεσε την εντολή

58 58 Ο Κύκλος Φέρε-Εκτέλεσε (συν.)

59 Mνήμη Μνήμη είναι μια συλλογή απο κελιά, το καθένα απο τα οποία έχει μία μοναδική φυσική διεύθυνση Μνήμη είναι μια συλλογή απο κελιά, το καθένα απο τα οποία έχει μία μοναδική φυσική διεύθυνση

60 60 Μνήμη (συν.) Η μνήμη είναι μέρος του υλικού και χρησιμεύει για την αποθήκευση δεδομένων και εντολών. Είναι απ΄ευθείας συνδεδεμένη με τον επεξεργαστή. Η μνήμη είναι μέρος του υλικού και χρησιμεύει για την αποθήκευση δεδομένων και εντολών. Είναι απ΄ευθείας συνδεδεμένη με τον επεξεργαστή. Οποια πληροφορία δημιουργείται σε κάποια χρονική στιγμή και πρόκειται να χρησιμοποιηθεί αργότερα, αποθηκεύεται, συνήθως προσωρινά, στη μνήμη για να μπορεί να ανακληθεί εύκολα. Οποια πληροφορία δημιουργείται σε κάποια χρονική στιγμή και πρόκειται να χρησιμοποιηθεί αργότερα, αποθηκεύεται, συνήθως προσωρινά, στη μνήμη για να μπορεί να ανακληθεί εύκολα. Στη μνήμη αποθηκεύονται επίσης πληροφορίες χρήσιμες για τη διαμόρφωση (configuration) του συστήματος. Ο χρόνος προσπέλασης είναι πολύ πιο γρήγορος απο αυτόν ενός δίσκου, αλλά η αποθηκευτική της δυνατότητα είναι περιορισμένη. Στη μνήμη αποθηκεύονται επίσης πληροφορίες χρήσιμες για τη διαμόρφωση (configuration) του συστήματος. Ο χρόνος προσπέλασης είναι πολύ πιο γρήγορος απο αυτόν ενός δίσκου, αλλά η αποθηκευτική της δυνατότητα είναι περιορισμένη. ΄Ενεκα του οτι η μνήμη είναι γρηγορότερη, οι εντολές φορτώνονται πρώτα εδώ πρίν την εκτέλεσή τους ώστε τα προγράμματα να μπορούν να τρέχουν με πιο αποτελεσματικό τρόπο. ΄Ενεκα του οτι η μνήμη είναι γρηγορότερη, οι εντολές φορτώνονται πρώτα εδώ πρίν την εκτέλεσή τους ώστε τα προγράμματα να μπορούν να τρέχουν με πιο αποτελεσματικό τρόπο. Εχουμε τριών ειδών μνήμη: Εχουμε τριών ειδών μνήμη: Random Access Memory (RAM) Random Access Memory (RAM) Read Only Memory (ROM) Read Only Memory (ROM) CMOS CMOS

61 61 RAM(Random Access Memory, Μνήμη Τυχαίας Προσπέλασης) RAM είναι η μνήμη όπου αποθηκεύονται προσωρινά εντολές και δεδομένα, περιμένοντας την ανάκληση τους για επεξεργασία. Ειναι επίσης ο χώρος όπου αποθηκεύονται τα αποτελέσματα της εκτέλεσης των εντολών. RAM είναι η μνήμη όπου αποθηκεύονται προσωρινά εντολές και δεδομένα, περιμένοντας την ανάκληση τους για επεξεργασία. Ειναι επίσης ο χώρος όπου αποθηκεύονται τα αποτελέσματα της εκτέλεσης των εντολών. Η RAM δεν παρέχει δυνατότητα μόνιμης αποθήκευσης δεδομένων. Οταν τελειώσει η εκτέλεση, τα δεδομένα μετακινούνται απο τη ΚΜΕ πίσω στην RΑΜ και απο εκεί αποστέλλονται στην κατάλληλη έξοδο ή προς μόνιμη αποθήκευση σε κάποια δευτερεύουσα μνήμη. Η RAM δεν παρέχει δυνατότητα μόνιμης αποθήκευσης δεδομένων. Οταν τελειώσει η εκτέλεση, τα δεδομένα μετακινούνται απο τη ΚΜΕ πίσω στην RΑΜ και απο εκεί αποστέλλονται στην κατάλληλη έξοδο ή προς μόνιμη αποθήκευση σε κάποια δευτερεύουσα μνήμη. Μόλις επέλθει διακοπή ρεύματος τα δεδομένα της RAM χάνονται Μόλις επέλθει διακοπή ρεύματος τα δεδομένα της RAM χάνονται

62 62 ROM (Read-Only Memory, Μνήμη Μόνο Ανάγνωσης) Η μνήμη αυτή δεν επιδέχεται αλλαγές. Τα περιεχόμενα της μπορούν να διαβαστούν όχι όμως και να μεταβληθούν παρά μόνο εάν αντικατασταθούν ολοσχερώς τα ίδια τα κυκλώματα των ημιαγωγών (chips) που την αποτελούν. Η μνήμη αυτή δεν επιδέχεται αλλαγές. Τα περιεχόμενα της μπορούν να διαβαστούν όχι όμως και να μεταβληθούν παρά μόνο εάν αντικατασταθούν ολοσχερώς τα ίδια τα κυκλώματα των ημιαγωγών (chips) που την αποτελούν. Η ROM χρησιμοποιείται για καταστάσεις οπου η πληροφορία χρειάζεται να φυλαχθεί χωρίς να δεχθεί μεταβολές. Η πρωταρχική χρήση της ROM είναι κατά τη διάρκεια της διαδικασίας εκκίνησης τού υπολογιστή. Η ROM χρησιμοποιείται για καταστάσεις οπου η πληροφορία χρειάζεται να φυλαχθεί χωρίς να δεχθεί μεταβολές. Η πρωταρχική χρήση της ROM είναι κατά τη διάρκεια της διαδικασίας εκκίνησης τού υπολογιστή. Η ROM βρίσκεται στη μητρική πλακέτα του υπολογιστή και περιέχει εντολές που υποδεικνύουν στη μηχανή πώς να εκτελέσει τη διαδικασία εκκίνησης ("boot process"). Η διαδικασία αυτή παρέχει πρόσβαση στον οδηγό του δίσκου και ανίχνευση στη μνήμη CMOS για την ανεύρεση των δεδομένων διαμόρφωσης (configuration) του συστήματος. Η ROM βρίσκεται στη μητρική πλακέτα του υπολογιστή και περιέχει εντολές που υποδεικνύουν στη μηχανή πώς να εκτελέσει τη διαδικασία εκκίνησης ("boot process"). Η διαδικασία αυτή παρέχει πρόσβαση στον οδηγό του δίσκου και ανίχνευση στη μνήμη CMOS για την ανεύρεση των δεδομένων διαμόρφωσης (configuration) του συστήματος.

63 63 Μητρική Πλακέτα

64 64 Μητρική Πλακέτα (συν.) ROM κώδικας  εντολές εκκίνησης: ROM κώδικας  εντολές εκκίνησης: POST (Power On Self Test) POST (Power On Self Test) Setup (παραμετροποίησης) εντολές, οι οποίες ενεργοποιούν εντολές του CMOS Setup (παραμετροποίησης) εντολές, οι οποίες ενεργοποιούν εντολές του CMOS BIOS εντολές που αφορούν τη διαχείριση των περιφερειακών συσκευών του υλικού BIOS εντολές που αφορούν τη διαχείριση των περιφερειακών συσκευών του υλικού Boot εντολές που καλούν το λειτουργικό σύστημα (DOS, OS/2, Windows) Boot εντολές που καλούν το λειτουργικό σύστημα (DOS, OS/2, Windows) Ολες αυτές οι εντολές είναι στα chips της ROM και ενεργοποιούνται μία προς μία κατα τη διάρκεια της εκκίνησης.

65 65 ROM BIOS - CMOS ROM BIOS - CMOS BIOS (Basic Input-Output Service)  δίνει τη δυνατότητα ελέγχου της αλληλεπίδρασης του υπολογιστή με τον χρήστη. BIOS (Basic Input-Output Service)  δίνει τη δυνατότητα ελέγχου της αλληλεπίδρασης του υπολογιστή με τον χρήστη. CMOS (Complimentary Metal Oxide Semiconductor)  Η μνήμη CMOS περιέχει δεδομένα ζωτικής σημασίας για το setup. Η πρόσβαση σε αυτή γίνεται με την εκκίνηση για να προσδιορισθεί ποιο υλικό εχει ο υπολογιστής, και πως είναι διαμορφωμένο (configured). Η χρήση αυτής της μνήμης, η οποία φυλάσσει τη διαμόρφωση του συστήματος, καθιστά δυνατή την αλλαγή του υλικού της μηχανής και μαζί την αναγνώριση της αλλαγμένης διαμόρφωσης απο τον υπολογιστή. Επομένως, όταν αλλάζουμε τη διαμόρφωση του υλικού πρέπει να αλλάξουμε (manually) το περιεχόμενο της CMOS. Το CMOS Setup είναι αποθηκευμένο σε ενα ειδικό chip στη μητρική πλακέτα. CMOS (Complimentary Metal Oxide Semiconductor)  Η μνήμη CMOS περιέχει δεδομένα ζωτικής σημασίας για το setup. Η πρόσβαση σε αυτή γίνεται με την εκκίνηση για να προσδιορισθεί ποιο υλικό εχει ο υπολογιστής, και πως είναι διαμορφωμένο (configured). Η χρήση αυτής της μνήμης, η οποία φυλάσσει τη διαμόρφωση του συστήματος, καθιστά δυνατή την αλλαγή του υλικού της μηχανής και μαζί την αναγνώριση της αλλαγμένης διαμόρφωσης απο τον υπολογιστή. Επομένως, όταν αλλάζουμε τη διαμόρφωση του υλικού πρέπει να αλλάξουμε (manually) το περιεχόμενο της CMOS. Το CMOS Setup είναι αποθηκευμένο σε ενα ειδικό chip στη μητρική πλακέτα. Μητρική Πλακέτα (συν.)

66 66 Μητρική Πλακέτα (συν.) Οι σταθερές τιμές του CMOS Setup χρησιμοποιούνται για τη διαμόρφωση: - Ημερομηνίας και ώρας - Πληκτρολογίου - Οθόνης - Οδηγού Δισκέττας - Σκληρού δίσκου, οδηγού CD-ROM, etc.

67 67 Δίαυλοι Ο Η/Υ δέχεται και στέλνει δεδομένα από και προς τούς διαύλους. Οι δίαυλοι μπορούν να χωρισθούν σε: Ο Η/Υ δέχεται και στέλνει δεδομένα από και προς τούς διαύλους. Οι δίαυλοι μπορούν να χωρισθούν σε: - Ο κεντρικός δίαυλος (system bus), ο οποίος συνδέει την CPU και την RAM - Ο κεντρικός δίαυλος (system bus), ο οποίος συνδέει την CPU και την RAM - Διαύλους εισόδου/εξόδου (I/O buses), που συνδέουν την CPU με άλλα συστατικά - Διαύλους εισόδου/εξόδου (I/O buses), που συνδέουν την CPU με άλλα συστατικά Ο κεντρικός δίαυλος συνδέεται με τους διαύλους εισόδου/εξόδου, όμως η σχετική αρχιτεκτονική ειναι πολυπλοκώτερη αυτής του παρακάτω σχήματος το οποίο μας δίνει μια γενική αντίληψη Ο κεντρικός δίαυλος συνδέεται με τους διαύλους εισόδου/εξόδου, όμως η σχετική αρχιτεκτονική ειναι πολυπλοκώτερη αυτής του παρακάτω σχήματος το οποίο μας δίνει μια γενική αντίληψη

68 68 Η διαδικασία εκκίνησης (Boot Process) Ειναι η ακολουθία των εντολών που εκτελεί ενας υπολογιστής κατά την διαδικασία εκκίνησης πριν ειναι έτοιμος να δεχθεί τις εντολές του χρήστη. Υπάρχουν 7 βασικά στάδια: Ειναι η ακολουθία των εντολών που εκτελεί ενας υπολογιστής κατά την διαδικασία εκκίνησης πριν ειναι έτοιμος να δεχθεί τις εντολές του χρήστη. Υπάρχουν 7 βασικά στάδια: 1. Ηλεκτρικό ρεύμα διοχετεύεται στη μητρική πλακέτα. 2. Ο Η/Υ εκτελεί εντολές αποθηκευμένες στη ROM BIOS προκαλώντας πρόσβαση στις CMOS εντολές. 3. Χρησιμοποιώντας τις ενολές της CMOS, ο Η/Υ πραγματοποιεί διάφορα διαγνωστικά τέστ του συστήματος. 4. Το λειτουργικό σύστημα φορτώνεται στη RAM. 5. Ο επεξεργαστής φορτώνει δεδομένα απο τους διάφορους οδηγούς (π.χ. σκληρό δίσκο, δισκέττα) 6. Ο επεξεργαστής "τρέχει" ιδιαίτερα προγράμματα σχετικά με το συγκεκριμένο χρήστη. 7. Μια οθόνη υποδεικνύει ότι η μηχανή είναι έτοιμη να δεχθεί τίς εντολές του χρήστη.

69 69 Συσκευές Αποθήκευσης Δευτερευούσης Μνήμης Επειδή το μεγαλύτερο μέρος της κύριας μνήμης είναι περιορισμένη, είναι σημαντικό να υπάρχουν και άλλοι τύποι συσκευών αποθήκευσης όπου προγράμματα και δεδομένα να μπορούν να είναι αποθηκευμένα όταν δεν βρίσκονται πλέον υπό επεξεργασία. Επειδή το μεγαλύτερο μέρος της κύριας μνήμης είναι περιορισμένη, είναι σημαντικό να υπάρχουν και άλλοι τύποι συσκευών αποθήκευσης όπου προγράμματα και δεδομένα να μπορούν να είναι αποθηκευμένα όταν δεν βρίσκονται πλέον υπό επεξεργασία. Οι συσκευές αποθήκευσης δευτερευούσης μνήμης μπορούν να είναι εγκατεστημένες απο την αρχή η να προστεθούν αργότερα αν υπάρχει ανάγκη Οι συσκευές αποθήκευσης δευτερευούσης μνήμης μπορούν να είναι εγκατεστημένες απο την αρχή η να προστεθούν αργότερα αν υπάρχει ανάγκη

70 Μαγνητική Ταινία Είναι η πρώτη πραγματικά συσκευή μαζικής βοηθητικής αποθήκευσης Είναι η πρώτη πραγματικά συσκευή μαζικής βοηθητικής αποθήκευσης

71 Mαγνητικοί Δίσκοι Μια κεφαλή διάβασε/γράψε διατρέχει ενα περιστρεφόμενο μαγνητικό δίσκο, βρίσκοντας η εγγράφοντας δεδομένα Μια κεφαλή διάβασε/γράψε διατρέχει ενα περιστρεφόμενο μαγνητικό δίσκο, βρίσκοντας η εγγράφοντας δεδομένα

72 72 Δίσκοι Compact Μια συσκευή CD χρησιμοποιεί laser για να διαβάζει πληροφορίες αποθηκευμένες οπτικά σε ένα πλαστικό δίσκο Μια συσκευή CD χρησιμοποιεί laser για να διαβάζει πληροφορίες αποθηκευμένες οπτικά σε ένα πλαστικό δίσκο CD-ROM είναι Read-Only Memory CD-ROM είναι Read-Only Memory DVD σημαίνει Digital Versatile Disk DVD σημαίνει Digital Versatile Disk

73 73 Σύγχρονη Επεξεργασία Μια προσέγγιση παραλληλισμού είναι να έχουμε πολλούς επεξεργαστές που εφαρμόζουν το ίδιο πρόγραμμα σε πολλαπλά σύνολα δεδομένων Μια προσέγγιση παραλληλισμού είναι να έχουμε πολλούς επεξεργαστές που εφαρμόζουν το ίδιο πρόγραμμα σε πολλαπλά σύνολα δεδομένων

74 74 Pipelining Εχουμε πολλούς επεξεργαστές μαζί όπου καθένας τους συμβάλει μερικώς στον συνολικό υπολογισμό Εχουμε πολλούς επεξεργαστές μαζί όπου καθένας τους συμβάλει μερικώς στον συνολικό υπολογισμό


Κατέβασμα ppt "ΙΟΝΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΩΝ ΗΧΟΥ & ΕΙΚΟΝΑΣ Εισαγωγή στην Ψηφιακή Τεχνολογία Δεληγιάννης Ι. BSc, Ph.D και Βοσινάκης Σ. BSc, MSc, Ph.D."

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Διαφημίσεις Google