Εξέλιξη Υπολογιστικών Συστημάτων "Γενιές" υπολογιστών

1η Γενιά Υπολογιστών (1946- 1956) χρήση λυχνιών, μεγάλες φυσικές διαστάσεις και χαμηλές ταχύτητες

Το πρώτο πραγματικό bug σε υπολογιστές Mark I

Η διαδικασία προγραμματισμού του Mark I

ENIAC

2η Γενιά Υπολογιστών (1956- 1963) χρησιμοποιεί transistors αντί λυχνιών, έχει μικρότερο όγκο και πολύ βελτιωμένες ταχύτητες

IBM 1401

3η Γενιά (1964- 1971) χρήση ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, με συνέπεια τη δραστική μείωση όγκου και κόστους, τη περαιτέρω αύξηση της ταχύτητας, και τη δυνατότητα των κατασκευαστών για μαζική παραγωγή Η/Υ.

IBM System/360-20

4η Γενιά Υπολογιστών (1971-1990) περαιτέρω τεχνολογική εξέλιξη, στον τομέα των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Η εξέλιξη αυτή οδήγησε στην κατασκευή των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων υψηλής πυκνότητας (VLSI)

Apple II

5η γενιά υπολογιστών (1990 - ) Ο στόχος είναι δημιουργία υπολογιστών με ανθρώπινη συμπεριφορά σε επίπεδο όμως του υλικού (hardware) και όχι απλά του λογισμικού. Οι αρθρώσεις αυτού του χεριού ρομπότ κάμπτονται από ηλεκτρικά μοτέρ (actuators), που ελέγχονται από μικροϋπολογιστή στο επάνω μέρος του βραχίονα του μηχανήματος.

ΚΕΝΤΡΙΚΗ ΜΟΝΑΔΑ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ

Επεξεργαστής (Processor) ή Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας –KME (Central Processing Unit –CPU) Ο επεξεργαστής είναι ένα chip πυριτίου όπου με φωτοχημική επεξεργασία έχουν χαραχτεί επάνω του μικροσκοπικά κυκλώματα.

Ιστορική Εξέλιξη 1971: Ο 1ος μικροεπεξεργαστής 4004 από την Intel. 2300 τρανσιστορς Συχνότητα λειτουργίας: 108 KHz Πλάτος διαύλου δεδομένων: 4 bit Intel 4004

1972 Intel 8080 6000 τρανσιστορς Συχνότητα λειτουργίας: 2 MHz Πλάτος διαύλου δεδομένων: 8 bit Intel 8080

1978 Intel 8086/8088 29000 τρανσιστορς Συχνότητα λειτουργίας: 10 MHz Πλάτος διαύλου δεδομένων: 16 bit Motorola: 68000 68000 τρανσιστορς Συχνότητα λειτουργίας: 8 MHz

1985 Intel 80386 275000 τρανσιστορς Συχνότητα λειτουργίας: 33 MHz Πλάτος διαύλου δεδομένων: 32 bit Motorola: 68020 200000 τρανσιστορς Συχνότητα λειτουργίας: 16 MHz

Εξέλιξη επεξεργαστών

Μέρη Κεντρικής Μονάδας Επεξεργασίας Αριθμητική και λογική μονάδα (Arithmetic Logical Unit -ALU) που: εκτελεί πράξεις, όπως πρόσθεση και λογική σύζευξη (AND). Μονάδα ελέγχου (control/ unit) που: διευθύνει τη λειτουργία του υπολογιστή, φροντίζει για το συγχρονισμό των μερών του, είναι υπεύθυνη για την ανάκτηση εντολών από την κύρια μνήμη και για τον προσδιορισμό του τύπου τους Καταχωρητές: για προσωρινή αποθήκευση Δίαυλοι (διάδρομοι) Επικοινωνίας: μεταφέρουν πληροφορίες μεταξύ δύο ή περισσοτέρων μονάδων. διευθύνσεων, δεδομένων, ελέγχου.

Αριθμητική και Λογική Μονάδα Καταχωρητές (Registers) Οι Καταχωρητές είναι ένα είδος μικρής και πολύ γρήγορης μνήμης και βρίσκονται μέσα στο τσιπ του επεξεργαστή. Αυτοί αποθηκεύουν προσωρινά τα δεδομένα που η Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας χειρίζεται ή χρησιμοποιεί κατά τη λειτουργία της. Αριθμητική και Λογική Μονάδα 32 bits Καταχωρητές Επεξεργαστή Το πόσα δεδομένα μπορεί να διαχειριστεί ο επεξεργαστής σε μία δεδομένη στιγμή καθορίζεται από το πλάτος σε ψηφία (bits) των καταχωρητών του. Συχνά το πλάτος σε bits του επεξεργαστή προσδιορίζει και το μέγεθος του π.χ. 32 bit επεξεργαστής σημαίνει ότι οι καταχωρητές του είναι της τάξεως των 32 bits.

Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας -Αρχές Λειτουργίας Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας -Αρχές Λειτουργίας Η Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας : Εκτελεί προγράμματα-εντολές τα οποία είναι αποθηκευμένα στην κύρια μνήμη και η σειρά των ενεργειών τις οποίες κάνει για την εκτέλεση προγραμμάτων-εντολών είναι: μεταφορά, εξέταση, Ερμηνεία, εκτέλεση. Η ακολουθία των βημάτων αυτών είναι γνωστή και ως κύκλος προσκόμισης ­ αποκωδικοποίησης - εκτέλεσης (fetch-decode-execute). Επιβλέπει τη μεταφορά δεδομένων από και προς εξωτερικές πηγές. Κ.Μ.Ε. Μονάδες Εξόδου Μονάδες Εισόδου Κύρια Μνήμη Γενικό διάγραμμα λειτουργίας Η/Υ

Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας – Δίαυλοι Επικοινωνίας Η επικοινωνία μεταξύ των μονάδων του ηλεκτρονικού υπολογιστή πραγματοποιείται με τους Διαύλους Επικοινωνίας.

Ρολόι - Clock Το Ρολόι παράγει ένα συγκεκριμένο αριθμό παλμών (σήματα) ανά δευτερόλεπτο. Οι παλμοί αυτοί ορίζουν τον χρονισμό του υπολογιστικού συστήματος και δίνουν την έναρξη της επόμενης λειτουργίας της Κ.Μ.Ε. Το ρολόι είναι υπεύθυνο για τον συντονισμό των υπόλοιπων εξαρτημάτων της Κ.Μ.Ε. στέλνοντας περιοδικά σήματα-παλμούς. Η περίοδος που μεσολαβεί ανάμεσα σε δυο παλμούς λέγεται κύκλος του ρολογιού. Όσο μικρότερη είναι η περίοδος τόσο ταχύτερος είναι ο μικροεπεξεργαστής. Η συχνότητα χρονισμού της Κ.Μ.Ε. μετριέται σε MHz ή σε GHz.

Αριθμητική και Λογική Μονάδα - Arithmetic and Logical Unit (ALU) Η Αριθμητική και Λογική Μονάδα είναι ένα υψηλής ταχύτητας κύκλωμα που κάνει λογικές και αριθμητικές πράξεις δηλαδή τους υπολογισμούς και τις συγκρίσεις που απαιτούνται από τα προγράμματα. Οι εργασίες που εκτελούνται από την Αριθμητική και Λογική Μονάδα είναι: Η μεταφορά αριθμών από την μνήμη σε αυτήν (ALU) για να γίνουν οι απαιτούμενοι υπολογισμοί και όταν αυτοί ολοκληρωθούν τα αποτελέσματα στέλνονται πίσω στη μνήμη. Η αποστολή των αλφαριθμητικών δεδομένων από την μνήμη σε αυτήν (ALU) για σύγκριση.

Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας Διάγραμμα Λειτουργίας Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας Διάγραμμα Λειτουργίας Αποθήκευση Δευτερεύουσα Μνήμη Αποθηκεύει δεδομένα και προγράμματα Ρολόι (clock) Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας (Κ.Μ.Ε.) Μονάδες Εισόδου Στέλνουν δεδομένα στη Κεντρική Μονάδα Εξεργασίας Μονάδα Ελέγχου Κάνει τις επεξεργασμένες πληροφορίες διαθέσιμες Καταχωρητές Έξοδος Αριθμητική & Λογική Μονάδα Κύρια Μνήμη Επεξεργασία

Ένας επεξεργαστής χαρακτηρίζεται από: Τη γενιά του (όπως η σειρά των επεξεργαστών της εταιρείας Intel : 8086, 80286, 80386, 80486, Pentium, Pentium MMX, Pentium II, III, IV…) Tη συχνότητα λειτουργίας του (GHz) Το Εύρος διαύλου (πχ 64 bit) Τη μνήμη Cache