Κεφάλαιο 2 Παράσταση και επεξεργασία πληροφοριών Η ΔΟΜΗ ΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ 2.1 Παράσταση και επεξεργασία πληροφοριών 2.2 Η δομή ενός Η/Υ και η αρχιτεκτονική Von Neumann 2.3 Συσκευές εισόδου 2.4 Συσκευές εξόδου 2.5 Μονάδες εισόδου -εξόδου 2.6 Κύρια Μνήμη 2.7 Κεντρική μονάδα επεξεργασίας 2.8 Περιφερειακές μονάδες μνήμης

2.1 Παράσταση και επεξεργασία πληροφοριών. 2.1.1 Συστήματα Αρίθμησης 2.1.2 Η χρησιμότητα των συστημάτων αρίθμησης 2.1.3 Ομαδοποίηση δυαδικών ψηφίων 2.1.4 Κωδικοποίηση δεδομένων.

2.1.1 Συστήματα αρίθμησης Αριθμητικά συστήματα Τα συνηθέστερα αριθμητικά συστήματα είναι αυτά που έχουν βάση τους αριθμούς 2 (δυαδικό σύστημα- 0,1) 8 (οκταδικό σύστημα- 0,1,2,3,4,5,6,7) 10 ( δεκαδικό σύστημα- 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9) 16 ( δεκαεξαδικό σύστημα- 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F)

Μετατροπή αριθμών Από το δυαδικό στο δεκαδικό 100010: Παραθέτουμε σε κάθετο σχηματισμό τον αριθμό από το τέλος προς την αρχή: 0 * 20=0 1 * 21=2 0 * 22=0 0 * 23=0 0 * 24=0 1 * 25=32 34

Από το δεκαδικό στο δυαδικό Διαιρούμε συνεχώς το δεκαδικό νούμερο(34) με το δύο μέχρι το πηλίκο να γίνει 0. Σχηματίζουμε τον αριθμό γράφοντας τα υπόλοιπα από το τέλος προς την αρχή Ο αριθμός 34(10) είναι ο 1000102

Ασκήσεις 1. Να μετατραπεί ο αριθμός 53(10) στο δυαδικό σύστημα Λύση: ……………. 2. Να μετατραπεί ο αριθμός 312(10) στο οκταδικό σύστημα Λύση: …………. 3. Ποιος δεκαδικός αριθμός είναι ο 11011 Λύση: …………………..

2.1.2 Η χρησιμότητα των συστημάτων αρίθμησης Τα ηλεκτρονικά κυκλώματα που χρησιμοποιούνται στους Η/Υ βασίζονται σε διακόπτες που αναγνωρίζουν δύο καταστάσεις. Ανοιχτό - κλειστό Αληθές - ψευδές Αγωγή ρεύματος - Διακοπή ρεύματος Ηλεκτρικά κυκλώματα που βασίζονται σε διακόπτες δύο καταστάσεων λέγονται ψηφιακά Η κατάλληλη διασύνδεση ψηφιακών κυκλωμάτων επιτρέπει την αποθήκευση και επεξεργασία δεδομένων σε ψηφιακή μορφή

Τα δεδομένα που εισάγονται στον Η/Υ κωδικοποιούνται σε ψηφιακή μορφή προκειμένου να μπορεί να τα επεξεργαστεί

2.1.3 Ομαδοποίηση δυαδικών ψηφίων Bit: η μικρότερη ποσότητα πληροφορίας Byte: Μια ακολουθία 8 δυαδικών ψηφίων (1 byte= 8 bits) 1 KiloByte (KB)= 210=1024Bytes 1MegaByte (MB)= 210 KB= 1048576 bytes 1Gigabyte (GB)= 210 MB=230 Bytes 1 TeraByte (TB)= 210 GB Οι Η/Υ επεξεργάζονται δεδομένα ανά λέξεις. Κάθε λέξη αντιστοιχεί σε ένα συγκεκριμένο αριθμό από bytes. Κάθε Η/Υ αντιστοιχεί σε ένα χαρακτηριστικό μήκος λέξης (8,32,64 bits)

2.1.4 Κωδικοποίηση δεδομένων. Προκειμένου όλοι οι υπολογιστές να έχουν μια κοινή γλώσσα δηλαδή κάθε αλφαριθμητικός χαρακτήρας να έχει ως αναπαράσταση συγκεκριμένη ακολουθία δυαδικών ψηφίων. Δημιουργήθηκε μια κοινή σύμβαση η ASCII (American Standard Code for Information Interchange)

Κωδικοποίηση Δεδομένων με βάση το ASCII

Παραδείγματα Άσκηση Η λέξη boy σε ψηφιακή μορφή Η λέξη copy σε δυαδική μορφή έχει ως εξής: 01000011 01101111 01110000 01111001 Απαιτεί για αποθήκευση 4 bytes Άσκηση Η λέξη boy σε ψηφιακή μορφή Ποια είναι η χωρητικότητα της (σε (bytes);

2.2 Η δομή ενός Η/Υ: Συσκευές εισόδου των δεδομένων συσκευές εξόδου των αποτελεσμάτων Κύρια μνήμη Κεντρική μονάδα επεξεργασίας Περιφερειακή μνήμη

Αρχιτεκτονική Η/Υ (μοντέλο Von Neumann)

2.3.Συσκευές εισόδου. Πληκτρολόγιο (keyboard) Ποντίκι (mouse) Συσκευές ανάγνωσης σημείων (Mark Sense reading) Συσκευές ανάγνωσης χαρακτήρων με μαγνητική μελάνη (Magnetic Ink Character Readers) Συσκευές οπτικής ανάγνωσης (Optikal Characters readers) Σαρωτές (scanners) Ψηφιακή κάμερα (Digital Camera)

2.4 Συσκευές εξόδου LAZER INGJET Εκτυπωτές (Printers) Γραφικοί σχεδιαστές (Plotters) Οθόνες Καθοδικού σωλήνα (CRT) INGJET LCD

Σύγκριση Laser - Inkjet Printers

2.5 Μονάδες εισόδου εξόδου Τερματικά Modem

2.6 Η κύρια μνήμη (main Memory) αποθηκεύει τα δεδομένα και τις εντολές που εκτελούνται είναι οργανωμένη σε ένα αριθμό θέσεων ή κελιών σε κάθε θέση μπορεί να αποθηκευτεί μια λέξη δεδομένων κάθε θέση έχει μια και μοναδική διεύθυνση που προσδιορίζει τα περιεχόμενα της.

Κατηγοριοποίηση κύριας μνήμης Μνήμη τυχαίας προσπέλασης (Random Access Memory-RAM) Χρησιμοποιείται για την προσωρινή αποθήκευση εντολών ή δεδομένων. Τα δεδομένα χάνονται όταν διακοπεί η παροχή ηλεκτρισμού. Αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος της κύριας μνήμης. Μνήμη ανάγνωσης μόνο (Read Only Memory-ROM) Περιέχει οδηγίες για τον αυτοέλεγχο του Η/Υ που εκτελούνται κάθε φορά που ανάβουμε τον Η/Υ Οι εντολές και τα δεδομένα έχουν εγκατασταθεί από τον κατασκευαστή και δεν μπορούν να αλλαχθούν/ Η διακοπή της παροχής ηλεκτρικού ρεύματος δεν συνεπάγεται την απώλεια των δεδομένων της ROM.

Προγραμματισμένες μνήμες ανάγνωσης μόνο Μέσω ειδικής διαδικασίας μπορούμε να γράψουμε δεδομένα και εντολές. Κρυφή ή γρήγορη μνήμη (cash memory) διαθέτει μεγάλη ταχύτητα αποθήκευσης συμβάλλει στην καλή απόδοση του Η/Υ Καταχωρητές (Buffers) Χρησιμοποιείται για την προσωρινή αποθήκευση των δεδομένων που μεταφέρονται από και προς την περιφερειακή μνήμη.

2.7 Κεντρική Mονάδα Eπεξεργασίας(KME) (Central Processing Unit - CPU) Κεντρική μονάδα CPU Motherboard

Η ΚΜΕ αποτελείται από Την αριθμητική και την λογική μονάδα, (Arithmetic and logical unit): Πραγματοποιεί αριθμητικές και λογικές πράξεις Την μονάδα ελέγχου (Control Unit) Συντονίζει την ακολουθία των διεργασιών που απαιτούνται για την εκτέλεση της κάθε εντολής Ερμηνεύει τις εντολές που πρόκειται να εκτελεστούν Διαβιβάζει τα αποτελέσματα της εκτέλεσης των εντολών. Το ρολόι χρησιμεύει στον συγχρονισμό των διεργασιών της ΚΜΕ Ο αριθμός των κτύπων του ρολογιού ανά μονάδα χρόνου καθορίζει σε μεγάλο βαθμό την ταχύτητα της ΚΜΕ Η συχνότητα του ρολογιού μετριέται σε ΜΗz Τους Καταχωρητές (Buffers): Θέσεις μνήμης με μικρή χωρητικότητα αλλά εξαιρετικά γρήγορες που χρησιμοποιούνται για την προσωρινή αποθήκευση δεδομένων που επεξεργάζεται η ΚΜΕ Η επικοινωνία ανάμεσα στις λειτουργικές μονάδες του Η/Υ γίνεται μέσω διαύλων επικοινωνίας (buses), τα οποία επιτρέπουν τη ροή ηλεκτρικών σημάτων από τη μια μονάδα στην άλλη.

Παράγοντες ισχύος ενός Η/Υ Αρχιτεκτονική ΚΜΕ Ταχύτητα ρολογιού Μήκος λέξης Εύρος διαύλου δεδομένων Σύνολο εντολών Είδος και μέγεθος μνήμης

Παράγοντες επιλογής ενός Η/Υ Υπολογιστική ισχύς Κόστος Διαθέσιμες εφαρμογές Συμβατότητα Επεκτασιμότητα Ανάγκες χρήστη

2.8 Περιφερειακές μονάδες μνήμης Η κύρια μνήμη ενός Η/Υ έχει σχετικά μικρό μέγεθος και χρησιμοποιείται για την προσωρινή αποθήκευση των εντολών Για την αποθήκευση μεγάλου όγκου δεδομένων σε μόνιμη βάση Χρησιμοποιούμε τις περιφερειακές μονάδες μνήμης Η περιφερειακή ή δευτερεύουσα μνήμη χρησιμοποιείται για την μόνιμη αποθήκευση των δεδομένων και των εντολών.

2.8.1 Τα τεχνικά χαρακτηριστικά των Περ. μονάδων μνήμης Τα τεχνικά χαρακτηριστικά των περιφερειακών μονάδων μνήμης είναι: Χωρητικότητα μνήμης (συνολική - πυκνότητα εγγραφής) Χρόνος προσπέλασης (access time) Ταχύτητα προσπέλασης (data transfer time) Κόστος κτήσης. (σταθερό κόστος, κόστος ανά μονάδα χωρητικότητας, Π.χ MB, GB etc

2.8.2 Είδη Περιφερειακών μονάδων μνήμης Οι κυριότερες περιφερειακές μονάδες μπορούν να διακριθούν ως εξής: Μαγνητικοί δίσκοι Μαγνητικές ταινίες Οπτικά μέσα αποθήκευσης Έξυπνες κάρτες

Μαγνητικοί δίσκοι Αποτελείται από ένα ή περισσότερους δίσκους με μαγνητική επικάλυψη Τα δεδομένα αποθηκεύονται σε τομείς (sectors). Μια συλλογή από τομείς αποτελούν το ίχνος (track) το οποίο αντιστοιχεί σε κάποιο τόξο ομόκεντρων κύκλων Διαθέτουν την δυνατότητα σειριακής αλλά και άμεσης πρόσβασης στα δεδομένα.

Είδη μαγνητικών δίσκων Δισκέτες (floppy disks) Οι παραδοσιακές έχουν χωρητικότητα μέχρι 1,44MB Οι σύγχρονες διαθέτουν χωρητικότητα μέχρι 250MB

Σκληρός δίσκος (hard Disk) Διαθέτουν ταχύτερη περιστροφή άρα και μικρότερο χρόνο προσπέλασης δεδομένων Διαθέτουν πιο πυκνή εγγραφή δεδομένων Διακρίνονται σε φορητούς και σταθερούς Έχουν μεγάλη χωρητικότητα της τάξης των GB, TB Μονάδες δίσκων RAID Είναι συστοιχίες δύο ή περισσοτέρων κοινών δίσκων Η αποθήκευση των δεδομένων είναι παράλληλη Προσφέρουν μεγαλύτερη απόδοση και ανοχή σε σφάλματα

Μαγνητικές ταινίες Αποθηκεύουν δεδομένα με σειριακό τρόπο Χρησιμοποιείται για την αποθήκευση μεγάλου όγκου δεδομένων κυρίως ως αντίγραφα ασφαλείας.

Οπτικά μέσα αποθήκευσης CD, CD-ROM,CD-R,DVD . Βασίζονται στη χρήση τεχνολογίας λέιζερ Έχουν την δυνατότητα αποθήκευσης τεράστιου όγκου δεδομένων Συνήθως χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση εφαρμογών πολυμέσων.

CD-ROM CD, Περιέχουν ψηφιακά δεδομένα συνολικής χωρητικότητα μέχρι 650ΜΒ CD-digital audio,ο ήχος είναι αποθηκευμένος σε παλμοκωδική διαμόρφωση (PCM), μέγιστος διαθέσιμος χρόνος 74min. CD-R, μπορούν να εγγραφούν δεδομένα μόνο μια φορά CD(CD-RW), μπορούν να εγγραφούν δεδομένα πολλές φορές (1000) DVD, Η επόμενη γενιά οπτικών δίσκων - χωρητικότητα μέχρι 17GB DVD-Video: Αποθηκεύονται κινηματογραφικές ταινίες τις οποίες μπορούμε να δούμε στην οθόνη των Η/Υ DVD- ROM: Αποθήκευση μεγάλου όγκου ψηφιακών δεδομένων DVD-RAM, DVD-RW+: επανεγγράψιμοι δίσκοι DVD

Αυξημένη ευελιξία και ασφάλεια Έξυπνες κάρτες . Οι έξυπνες κάρτες προβλέπεται να κατακλύσουν τις αγορές του μέλλοντος. Έξυπνη κάρτα συναλλαγών Στοιχεία για την υγεία του (ομάδα αίματος, αλλεργίες κλπ) Συνδυασμός πληροφοριών. Αυξημένη ευελιξία και ασφάλεια