ΙΟΝΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΙΟΝΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΩΝ ΗΧΟΥ & ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΩΝ ΗΧΟΥ &

ΕΙΚΟΝΑΣΕΙΚΟΝΑΣΕισαγωγή στην Εισαγωγή στην

Ψηφιακή ΤεχνολογίαΨηφιακή Τεχνολογία

Δεληγιάννης Ι. BSc, Ph.D και Βοσινάκης Σ. BSc, MSc, Ph.D

22

Στόχοι ΤμήματοςΣτόχοι Τμήματος

Το πενταετές πρόγραμμα σπουδών έχει ως Το πενταετές πρόγραμμα σπουδών έχει ως αφετηρία την ιδέα, ότι η σύγχρονη αφετηρία την ιδέα, ότι η σύγχρονη εξειδίκευση στον οπτικοακουστικό χώρο και εξειδίκευση στον οπτικοακουστικό χώρο και στα πολυμέσα πρέπει να στηρίζεται σε στα πολυμέσα πρέπει να στηρίζεται σε επαρκείς γνώσεις: επαρκείς γνώσεις:

α. των οπτικοακουστικών τεχνικών α. των οπτικοακουστικών τεχνικών β. των σύγχρονων ψηφιακών μεθόδων β. των σύγχρονων ψηφιακών μεθόδων

επεξεργασίας ήχου, εικόνας και του επεξεργασίας ήχου, εικόνας και του συνδυασμού τους συνδυασμού τους

γ. της επιστημονικής θεμελίωσης του ρόλου γ. της επιστημονικής θεμελίωσης του ρόλου των οπτικοακουστικών των οπτικοακουστικών

εφαρμογών στη σύγχρονη εξελισσόμενη εφαρμογών στη σύγχρονη εξελισσόμενη κοινωνία κοινωνία Πηγή: Πηγή: www.ionio.grwww.ionio.gr

33

Στόχοι ΜαθήματοςΣτόχοι Μαθήματος

Βασικός στόχος του μαθήματος είναι η Βασικός στόχος του μαθήματος είναι η εισαγωγή των φοιτητών στην ψηφιακή εισαγωγή των φοιτητών στην ψηφιακή τεχνολογία όπως συναντάται σήμερα. τεχνολογία όπως συναντάται σήμερα.

Ξεκινώντας απο την κατανόηση και Ξεκινώντας απο την κατανόηση και επεξεργασία απλών τύπων δεδομένων, επεξεργασία απλών τύπων δεδομένων, καταλήγουμε στο συνδιασμό αυτών σε μια καταλήγουμε στο συνδιασμό αυτών σε μια πληθώρα μορφών όπως: Ροές βίντεο, πληθώρα μορφών όπως: Ροές βίντεο, διαδραστικές εφαρμογές πολυμέσων.διαδραστικές εφαρμογές πολυμέσων.

Η ύλη είναι χωρισμένη σε θεματικές ενότητες Η ύλη είναι χωρισμένη σε θεματικές ενότητες αυξανόμενης πολυπλοκότητας: «Ήχος», αυξανόμενης πολυπλοκότητας: «Ήχος», «Εικόνα/Βίντεο/Κινούμενη Εικόνα», «Συμπίεση «Εικόνα/Βίντεο/Κινούμενη Εικόνα», «Συμπίεση Δεδομένων» και «Πολυμέσα». Δεδομένων» και «Πολυμέσα».

44

Ενότητες ΜαθήματοςΕνότητες Μαθήματος

ΕισαγωγήΕισαγωγή ΔΔΉχοςΉχος ΒΒΕικόνα / Video / Εικόνα / Video / AnimationAnimation ΔΔΣυμπίεση ΔεδομένωνΣυμπίεση Δεδομένων ΒΒΠΟΛΥΜΕΣΑ ΚΑΙ ΔΙΑΔΙΚΤΥΟΠΟΛΥΜΕΣΑ ΚΑΙ ΔΙΑΔΙΚΤΥΟ Δ και ΒΔ και ΒΣχεδιασμός και ανάπτυξη πολυμέσων Σχεδιασμός και ανάπτυξη πολυμέσων

στο Διαδίκτυο (θεωρητικό + στο Διαδίκτυο (θεωρητικό + πρακτικό)πρακτικό) ΔΔΔ=Δεληγιάννης Ι. και Β=Βοσινάκης Σ.

55

Εκτός απο θεωρία με τι άλλο θα Εκτός απο θεωρία με τι άλλο θα ασχοληθώασχοληθώ;;

Χρήση υπολογιστή (εργαστήριο)Χρήση υπολογιστή (εργαστήριο)Ψηφιακή επεξεργασία ήχου (εργαστήριο)Ψηφιακή επεξεργασία ήχου (εργαστήριο)Ψηφιακή επεξεργασία εικόνας Ψηφιακή επεξεργασία εικόνας

(εργαστήριο)(εργαστήριο)Συνδιασμός ήχου και εικόνας Συνδιασμός ήχου και εικόνας

(εργαστήριο)(εργαστήριο)Δημιουργία απλών διαδραστικών Δημιουργία απλών διαδραστικών

εφαρμογών πολυμέσων (εργαστήριο)εφαρμογών πολυμέσων (εργαστήριο)

66

Σημερινή ΠαρουσίασηΣημερινή Παρουσίαση

Εισαγωγή στην Ψηφιακή Εισαγωγή στην Ψηφιακή ΤεχνολογίαΤεχνολογία

Ιστορία υπολογιστώνΙστορία υπολογιστώνΠώς λειτουργεί ένας ψηφιακός Πώς λειτουργεί ένας ψηφιακός

υπολογιστήςυπολογιστής

77

Εισαγωγή στην Εισαγωγή στην ΨηφιακήΤεχνολογίαΨηφιακήΤεχνολογία

88

ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΕΝΑ ΨΗΦΙΑΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑΤΙ ΕΙΝΑΙ ΕΝΑ ΨΗΦΙΑΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ

Τα συστηματα διακρινονται σε Τα συστηματα διακρινονται σε ΑναλογικαΑναλογικα, αν τα σηματα που τα διατρεχουν , αν τα σηματα που τα διατρεχουν

παιρνουν τιμες απο ενα συνεχες διαστημα τιμωνπαιρνουν τιμες απο ενα συνεχες διαστημα τιμων ΨηφιακαΨηφιακα, αν τα σηματα που τα διατρεχουν εχουν ενα , αν τα σηματα που τα διατρεχουν εχουν ενα

πεπερασμενο αριθμο διακριτων τιμωνπεπερασμενο αριθμο διακριτων τιμων

Συστημαx z

t

x,z

x(t)

z(t)

1 2 3 4 5123

4

x(t)

z(t)

x,z Αναλογικα σηματα

Ψηφιακα σηματα

99

ΓΙΑΤΙ ΧΡΕΙΑΖΟΜΑΣΤΕ ΨΗΦΙΑΚΑ ΓΙΑΤΙ ΧΡΕΙΑΖΟΜΑΣΤΕ ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Τα ψηφιακα συστηματα χρησιμοποιουνται για:Τα ψηφιακα συστηματα χρησιμοποιουνται για: Επεξεργασια δεδομενωνΕπεξεργασια δεδομενων Μεταδοση δεδομενων – επικοινωνιαΜεταδοση δεδομενων – επικοινωνια Αποθηκευση δεδομενωνΑποθηκευση δεδομενων Παρασταση διαφορων μορφων πληροφοριαςΠαρασταση διαφορων μορφων πληροφοριας

Παραδειγμα: Ψηφιακη επεξεργασια αναλογικων Παραδειγμα: Ψηφιακη επεξεργασια αναλογικων σηματωνσηματων

ADCΨηφιακη

επεξεργασια DAC

Αναλογικο σημα μικροφωνου

Αναλογικο σημαμεγαφωνου

...1101 1001 1100 0110... ...1101 1001 1100 0110...

Ψηφιακα σηματα

1010

Συνέχεια ...Συνέχεια ...1.1. Καταλληλα για την επεξεργασια ψηφιακων ΚΑΙ Καταλληλα για την επεξεργασια ψηφιακων ΚΑΙ

αναλογικων σηματωναναλογικων σηματων2.2. Μπορει να χρησιμοποιηθει ενας γενικης χρησης Μπορει να χρησιμοποιηθει ενας γενικης χρησης

υπολογιστης για την επεξεργασια δεδομενωνυπολογιστης για την επεξεργασια δεδομενων3.3. Ο πεπερασμενος αριθμος τιμων ενος ψηφιακου σηματος Ο πεπερασμενος αριθμος τιμων ενος ψηφιακου σηματος

μπορει να παρασταθει με ενα διανυσμα σηματων που μπορει να παρασταθει με ενα διανυσμα σηματων που παιρνουν δυο μονο τιμες (δυαδικα σηματα). Για παιρνουν δυο μονο τιμες (δυαδικα σηματα). Για παραδειγμα το 10 δεκαδικα ψηφια μπορουν να παραδειγμα το 10 δεκαδικα ψηφια μπορουν να παρασταθουν με διανυσματα 4 δυαδικων σηματων:παρασταθουν με διανυσματα 4 δυαδικων σηματων:

Ψηφιο 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9Ψηφιο 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9Διανυσμα 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 Διανυσμα 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000

10011001

4.4. Τα ψηφιακα σηματα εχουν μεγαλη ανοχη στην επιδραση Τα ψηφιακα σηματα εχουν μεγαλη ανοχη στην επιδραση του θορυβου ή στις θερμοκρασιακες μεταβολες των του θορυβου ή στις θερμοκρασιακες μεταβολες των τιμων των εξαρτηματων των συστηματωντιμων των εξαρτηματων των συστηματων

1111

Σημασια των ψηφιακων συστηματωνΣημασια των ψηφιακων συστηματων5.5. Τα ψηφιακα συστηματα μπορουν να αποκτησουν Τα ψηφιακα συστηματα μπορουν να αποκτησουν

μεγαλυτερη ακριβεια αν αυξησουμε τον αριθμο μεγαλυτερη ακριβεια αν αυξησουμε τον αριθμο των ψηφιων. των ψηφιων.

Για παραδειγμα ενα ψηφιακο ρολοϊ δειχνει την ωρα με Για παραδειγμα ενα ψηφιακο ρολοϊ δειχνει την ωρα με μεγαλυτερη ακριβεια αν αυξησουμε τον αριθμο των ψηφιων μεγαλυτερη ακριβεια αν αυξησουμε τον αριθμο των ψηφιων απο 4 σε 6 απο 4 σε 6

12:30 12:30:4512:30 12:30:45

6.6. Οι εξελιξεις της μικρο-ηλεκτρονικης τεχνολογιας Οι εξελιξεις της μικρο-ηλεκτρονικης τεχνολογιας επιτρεπουν την κατασκευη εξαιρετικα πολυπλοκων επιτρεπουν την κατασκευη εξαιρετικα πολυπλοκων ψηφιακων συστηματων που ειναι μικρα, ταχυτατα, ψηφιακων συστηματων που ειναι μικρα, ταχυτατα, και φθηνα (ολοκληρωμενα κυκλωματα και φθηνα (ολοκληρωμενα κυκλωματα ICs).ICs).

7.7. Παρεχεται η δυνατοτητα επιλογης μεταξυ Παρεχεται η δυνατοτητα επιλογης μεταξυ διαφορετικων υλοποιησεων που ανταλλασουν διαφορετικων υλοποιησεων που ανταλλασουν ταχυτητα με πολυπλοκοτητα.ταχυτητα με πολυπλοκοτητα.

Για παραδειγμα θεωρειστε ενα συστημα που προσθετει δυο Για παραδειγμα θεωρειστε ενα συστημα που προσθετει δυο 5ψηφιους αριθμους: Μπορει να κανει την προσθεση ταυτοχρονα 5ψηφιους αριθμους: Μπορει να κανει την προσθεση ταυτοχρονα και για τα 5 ψηφια ή σειριακα προσθετοντας διαδοχικα τα και για τα 5 ψηφια ή σειριακα προσθετοντας διαδοχικα τα ψηφιαψηφια

1212

Ψηφιακή παράσταση Αναλογικών σημάτωνΨηφιακή παράσταση Αναλογικών σημάτωνΤα αναλογικά σήματα (π.χ. η φωνή, Τα αναλογικά σήματα (π.χ. η φωνή,

το το video video ) είναι σήματα συνεχή στον ) είναι σήματα συνεχή στον χρόνο και στο μέγεθος (χρόνο και στο μέγεθος (amplitude)amplitude) τουςτους

1313

Με την Με την δειγματοληψίαδειγματοληψία τα τα αναλογικά σήματα μετατρέπονται σε αναλογικά σήματα μετατρέπονται σε σήματα σήματα διακριτού χρόνουδιακριτού χρόνου

Ψηφιακή παράσταση Αναλογικών σημάτωνΨηφιακή παράσταση Αναλογικών σημάτων

1414

Με τον Με τον κβαντισμο (κβαντισμο (Quantization) Quantization) τα δείγματα ενός σήματος γίνονται τα δείγματα ενός σήματος γίνονται διακριτά ως προς την τιμή τουςδιακριτά ως προς την τιμή τους

Ψηφιακή παράσταση Αναλογικών σημάτωνΨηφιακή παράσταση Αναλογικών σημάτων

Συχνότητα = 1/6Συχνότηταδειγματοληψίας= 20/6Επίπεδα κβαντισμου = 11

1

0.8

0.6

0.4

0.2

0

-0.2

-0.4

-0.6

-0.8

-1.0

1515

Ψηφιακη επεξεργασια Ψηφιακη επεξεργασια αναλογικων σηματωναναλογικων σηματων

1616

Μεταροπεις Μεταροπεις A/D A/D και και D/A D/A

Ο μετατροπεας Αναλογικου-σε-Ο μετατροπεας Αναλογικου-σε-ΨηφιακοΨηφιακο ((Analog to Digital Analog to Digital - - A/D) A/D) κωδικοποιει την τιμη του δειγματος ενος κωδικοποιει την τιμη του δειγματος ενος σηματος σε δυαδικο αριθμο αναλογο της σηματος σε δυαδικο αριθμο αναλογο της τιμης αυτηςτιμης αυτης..

Ο μετατροπεας Ψηφιακου-σε-Ο μετατροπεας Ψηφιακου-σε-

ΑναλογικοΑναλογικο ( (Digital to Analog (D/A) Digital to Analog (D/A) μετατρεπει εναν δυαδικο αριθμο σε ταση μετατρεπει εναν δυαδικο αριθμο σε ταση (ή ενταση) αναλογη της τιμης του (ή ενταση) αναλογη της τιμης του αριθμου αυτουαριθμου αυτου..

1717

A/DA/D

1818

Ψηφιακή Παράσταση Αναλογικών ΣημάτωνΨηφιακή Παράσταση Αναλογικών ΣημάτωνΕάν γίνει όπως πρέπει (= με την σωστη συχνοτητα Εάν γίνει όπως πρέπει (= με την σωστη συχνοτητα

δειγματοληψιας), η δειγματοληψία αυτη καθ’ εαυτη δεν εισάγει δειγματοληψιας), η δειγματοληψία αυτη καθ’ εαυτη δεν εισάγει παραμόρφωση στο σήμα.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 Η παραμορφωση μειωνεται αν αυξηθει ο αριθμος των επιπεδων κβαντισμου

(= ο αριθμος των απαιτουμενων (= ο αριθμος των απαιτουμενων bitsbits για την κωδικοποιηση) για την κωδικοποιηση)Μπορεί να γίνει ανταλλαγή μεταξύ της παραμόρφωσης και του ρυθμου Μπορεί να γίνει ανταλλαγή μεταξύ της παραμόρφωσης και του ρυθμου

παραγωγης παραγωγης bits/sec ( = bits/sec ( = των απαιτήσεων σε φάσμα για την μετάδοση του των απαιτήσεων σε φάσμα για την μετάδοση του κβαντισμένου σήματοςκβαντισμένου σήματος))

Θα ασχοληθούμε αρχικά με την δειγματοληψίαΘα ασχοληθούμε αρχικά με την δειγματοληψία

και κατόπιν με τον κβαντισμοκαι κατόπιν με τον κβαντισμο

1919

Κωδικοποιηση εικονας και Κωδικοποιηση εικονας και VideoVideoΕικονα 1000 Εικονα 1000 xx 1000 1000 pixels pixels με 8 με 8 bitsbits για για

καθε ενα απο τα τρια χρωματα χρειαζεται καθε ενα απο τα τρια χρωματα χρειαζεται 24 24 MbitsMbits για να κωδικοποιηθει. για να κωδικοποιηθει.

Το Το videovideo χρειαζεται περιπου 20 χρειαζεται περιπου 20 frames/sec.frames/sec.Τα Τα standardsstandards συμπιεσης ειναι βασικα για την συμπιεσης ειναι βασικα για την

αναπτυξη του ψηφιακου αναπτυξη του ψηφιακου video.video. JPEG: JPEG: Συμπιεση εικονας κατα 20 φορες Συμπιεση εικονας κατα 20 φορες

τουλαχιστοντουλαχιστονMPEG: MPEG: Συμπιεση Συμπιεση videovideo κατα 100 φορες ή κατα 100 φορες ή

περισσοτεροπερισσοτερο

2020

Ιστορία των ΥπολογιστώνΙστορία των Υπολογιστών

2121

Central issues identical in Central issues identical in the past...the past...

- Abacus (ca. 50 BC)

- Difference Engine (Babbage, ca. 1822)

- ENIAC (Univ. of Pennsylvania, 1945)

2222

… … today ...today ...

- Distributed ASCI Supercomputer 2 (Vrije Universiteit, Amsterdam, 2002) (contains 72 1-Ghz Dual Pentium-IIIs)

- Earth Simulator (ES Center, Yokohama, Japan, 2001) (contains 5120 0.5-Ghz NEC CPUs)

2323

… … and in the future!and in the future!

• World Wide ComputingWorld Wide Computing

2424

Alan Turing 1912 - 1954Alan Turing 1912 - 1954

Ανακάλυψε την ιδέα του Ανακάλυψε την ιδέα του προγραμματιζομενου υπολογιστή τοπρογραμματιζομενου υπολογιστή το 19361936

Βοήθησε να σχεδιαστεί ο Βοήθησε να σχεδιαστεί ο “Colossus”“Colossus”, , ένας ηλεκτρονικός υπολογιστής που ένας ηλεκτρονικός υπολογιστής που χρησιμοποιήθηκε για το σπάσιμο χρησιμοποιήθηκε για το σπάσιμο κωδικών στον 2κωδικών στον 2οο παγκόσμιο πόλεμο. παγκόσμιο πόλεμο.

Η ανακάλυψη αυτή ήταν μέγιστης Η ανακάλυψη αυτή ήταν μέγιστης σημασίας για το θετικό αποτέλεσμα σημασίας για το θετικό αποτέλεσμα του πολέμουτου πολέμου

Σχεδίασε τον υπολογιστήΣχεδίασε τον υπολογιστή ACE ACE μετά μετά τον πόλεμο.τον πόλεμο.

2525

Alan Turing 1912 - 1954Alan Turing 1912 - 1954

Η πρώτη του μεγάλη Η πρώτη του μεγάλη

ανακάλυψη δημοσιεύτηκε ανακάλυψη δημοσιεύτηκε

στο παρακάτω άρθρο:στο παρακάτω άρθρο:

““On computable numbersOn computable numbers

with an application to thewith an application to the

Entscheidungsproblem”Entscheidungsproblem”

19361936

2626

Τι ανακάλυψε τοΤι ανακάλυψε το 1936 1936

Δημιούργησε ένα υπολογιστικό μοντέλο Δημιούργησε ένα υπολογιστικό μοντέλο που ονομάστηκε που ονομάστηκε Turing MachineTuring Machine

Δημιούργησε την ιδέα του Δημιούργησε την ιδέα του προγραμματιζόμενου υπολογιστή (τότε προγραμματιζόμενου υπολογιστή (τότε ονομαζόταν ονομαζόταν “universal” machine“universal” machine))..

Έδειξε οτι υπάρχουν ακόμα άλυτα Έδειξε οτι υπάρχουν ακόμα άλυτα υπολογιστικά προβλήματα (ακόμα και υπολογιστικά προβλήματα (ακόμα και με τη χρήση υπολογιστών)με τη χρήση υπολογιστών)

2727

Turing’s machineTuring’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

2828

Περισσότερες πηγές Περισσότερες πηγές

Το βιβλίοΤο βιβλίο, “Alan Turing: the Enigma” , “Alan Turing: the Enigma” by Andrew Hodges, 1984by Andrew Hodges, 1984

Το έργοΤο έργο, “Breaking the Code” based , “Breaking the Code” based on this bookon this book

Η τηλεοπτική έκδοση του έργουΗ τηλεοπτική έκδοση του έργουΗ τηλεοπτική σειράΗ τηλεοπτική σειρά (NOVA) Bletchley (NOVA) Bletchley

ParkPark

2929

Οι εξελίξεις που επέτρεψαν την Οι εξελίξεις που επέτρεψαν την δημιουργία των πρώτων δημιουργία των πρώτων

υπολογιστώνυπολογιστώνΗλεκτρομαγνητικοί διακόπτεςΗλεκτρομαγνητικοί διακόπτες

Vannevar Bush –Vannevar Bush – τέλος του τέλος του 30, MIT, 30, MIT, USAUSA

Konrad Zuse – WW II, Germany, Konrad Zuse – WW II, Germany, βοήθησε στο σχεδιασμό των βοήθησε στο σχεδιασμό των ρουκετώνρουκετών V2 V2

3030

Ο πρώτος ηλεκτρονικός Ο πρώτος ηλεκτρονικός υπολογιστήςυπολογιστής

Atanasoff Atanasoff καικαι Berry, Berry, Πανεπιστήμιο τηςΠανεπιστήμιο της Iowa IowaΠρωτότυποΠρωτότυπο 1939, 1939, λειτουργικό μοντέλολειτουργικό μοντέλο

19431943Δέν προγραμματιζότανΔέν προγραμματιζότανΟι ιδέες χρησιμοποιήθηκαν στονΟι ιδέες χρησιμοποιήθηκαν στον ENIAC ENIACΞεχασμένο μέχρι την δικαστική υπόθεση Ξεχασμένο μέχρι την δικαστική υπόθεση

πατένταςπατέντας Sperry-Rand Sperry-Rand εναντίονεναντίον Honeywell, Honeywell, 19671967

3131

Ο υπολογιστήςΟ υπολογιστής Colossus Colossus,, ΒρεττανίαΒρεττανία

ΣκοπόςΣκοπός: : αποκωδικοποίησηαποκωδικοποίησηFlowers, Knox, Turing et al.Flowers, Knox, Turing et al.Σε πλήρη λειτουργία: ΔεκΣε πλήρη λειτουργία: Δεκ. 1943. 1943Προγραμματισμός εξωτερικά (με Προγραμματισμός εξωτερικά (με

διακαλοδίωση)διακαλοδίωση)1500 1500 λυχνίεςλυχνίες

3232

ColossusColossus

3333

von Neumann von Neumann αρχιτεκτονικήαρχιτεκτονικήJohn von Neumann (Princeton) 1903 John von Neumann (Princeton) 1903

– 1957 - – 1957 - μαθηματικόςμαθηματικόςΑνακάλυψε τηνΑνακάλυψε την “game theory” “game theory”Βοήθησε στο σχεδιασμό τωνΒοήθησε στο σχεδιασμό των ENIAC ENIAC

καικαι

EDVACEDVAC

3434

ENIAC - 1946ENIAC - 1946

Electronic Numerical Integrator and CalculatorElectronic Numerical Integrator and Calculator Ο πρώτος πλήρως ηλεκτρονικός υπολογιστήςΟ πρώτος πλήρως ηλεκτρονικός υπολογιστής 18,000 18,000 λυχνίεςλυχνίες 1,500 1,500 διακόπτεςδιακόπτες 6 χ 12 μέτρα6 χ 12 μέτρα Χαμηλής πιστότητας, Χαμηλής πιστότητας,

μεγάλης κατανάλωσης,μεγάλης κατανάλωσης,

χρειαζόταν κλιματισμόχρειαζόταν κλιματισμό ΖωύφιαΖωύφια

((DebuggingDebugging))

3535

Ο πρώτος εσωτερικά Ο πρώτος εσωτερικά προγραμματιζόμενος προγραμματιζόμενος

υπολογιστήςυπολογιστήςΠανεπιστήμιο Πανεπιστήμιο Manchester, UK, 21 Manchester, UK, 21 ΙουνίουΙουνίου

19481948Μηχάνημα εργαστηρίουΜηχάνημα εργαστηρίου1024 bits1024 bits μνήμης (όσο ένα μνήμης (όσο ένα SMS)SMS)

3636

EDSAC (UK)EDSAC (UK)

Ο πρώτος πλήρους κλίμακας Ο πρώτος πλήρους κλίμακας εσωτερικά προγραμματιζόμενος εσωτερικά προγραμματιζόμενος υπολογιστήςυπολογιστής

Λειτουργούσε τον ΜάϊοΛειτουργούσε τον Μάϊο 1949 1949Wilkes et al., Wilkes et al., Πανεπιστήμιο τουΠανεπιστήμιο του

CambridgeCambridge

3737

Electronic Discrete Variable Electronic Discrete Variable Computer (EDVAC – USA)Computer (EDVAC – USA)

Eckert, Mauchly, von NeumannEckert, Mauchly, von NeumannΟλοκληρώθηκε τοΟλοκληρώθηκε το 1952 1952Εσωτερικά προγραμματιζόμενοςΕσωτερικά προγραμματιζόμενος

3838

Μερικές σημειώσεις για τα Μερικές σημειώσεις για τα μεγέθη στην τεχνολογία μεγέθη στην τεχνολογία

υπολογιστώνυπολογιστώνΛυχνίεςΛυχνίες – – όσο ένας αντίχειραςόσο ένας αντίχειραςΤρανσίστορςΤρανσίστορς – – στερεή μορφήστερεή μορφή ( (ΓερμάνιοΓερμάνιο, ,

ΣιλικόνηΣιλικόνη) 1946) 1946 και μετά και μετά – – μέγεθος μικρού μέγεθος μικρού δακτύλουδακτύλου

Ολοκληρωμένα κυκλώματαΟλοκληρωμένα κυκλώματα – – σιλικόνησιλικόνη 1975 1975 και μετάκαι μετά, , πολλά χωρούν σε ένα τσίππολλά χωρούν σε ένα τσίπ

Ολοκληρωμένα κυκλώματα μεγάλης Ολοκληρωμένα κυκλώματα μεγάλης κλίμακαςκλίμακας – – πολλά εκατομμύρια σε ένα πολλά εκατομμύρια σε ένα τσίπτσίπ

3939

Internal Memory TechnologyInternal Memory Technology

Initially mercury tubes (acoustic) and Initially mercury tubes (acoustic) and magnetic wiremagnetic wire

1955 – late 70s, magnetic cores 1955 – late 70s, magnetic cores (donuts)(donuts)

J. Forrester, MITJ. Forrester, MIT

70s onwards, semiconductors 70s onwards, semiconductors

4040

ΙστορίαΙστορία - - ΕπανάληψηΕπανάληψη

ΓενιάΓενιά 0: 0: Μηχανικά και ηλεκτρομαγνητικάΜηχανικά και ηλεκτρομαγνητικά ΓενιάΓενιά 1: 1: ΛυχνίεςΛυχνίες (ENIAC, EDVAC, EDSAC) (ENIAC, EDVAC, EDSAC) ΓενιάΓενιά 2: 2: ΤρανσίστορςΤρανσίστορς, , Γλώσσες προγραμματισμούΓλώσσες προγραμματισμού ΓενιάΓενιά 3: 3: Ολοκληρωμένα κυκλώματαΟλοκληρωμένα κυκλώματα, ,

MinicomputersMinicomputers ΓενιάΓενιά 4: 4: Πρώτοι μικρουπολογιστέςΠρώτοι μικρουπολογιστές, LSI , LSI και μετάκαι μετά

VLSI VLSI κυκλώματακυκλώματα, “PC”s (, “PC”s (προσωπικοί υπολογιστέςπροσωπικοί υπολογιστές)) ΓενιάΓενιά 5: 5: ΣήμεραΣήμερα!!

VLSIVLSI Παράλληλοι επεξεργαστέςΠαράλληλοι επεξεργαστές Προηγμένες δυνατότητες γραφικώνΠροηγμένες δυνατότητες γραφικών Εφαρμογές διαδικτύου, δίκτυαΕφαρμογές διαδικτύου, δίκτυα

4141

Generation 0: Mechanical Generation 0: Mechanical Computers (1642-1945)Computers (1642-1945)

1642 – 1642 – Μηχανική υπολογιστική μηχανή του ΠασκάλΜηχανική υπολογιστική μηχανή του Πασκάλ mechanical gears, hand-crank, dials and knobsmechanical gears, hand-crank, dials and knobs Άλλες παρόμοιες μηχανές ακολούθησανΆλλες 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 19ου 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

4242

Generation 0 (cont.)Generation 0 (cont.) 1890 – Hollerith invented tabulating machine 1890 – Hollerith invented tabulating machine

used for 1890 U.S. Censusused for 1890 U.S. Census stored data on punch-cards, could sort and stored data on punch-cards, could sort and

tabulate using electrical pinstabulate using electrical pins finished census in 6 weeks (vs. 7 years)finished census in 6 weeks (vs. 7 years) Hollerith's company would become IBMHollerith'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

4343

Generation 1: Vacuum Tubes Generation 1: Vacuum Tubes (1945-1954)(1945-1954)

mid 1940's – vacuum tubes replaced relaysmid 1940's – vacuum tubes replaced relays glass tube w/ partial vacuum to speed electron glass tube w/ partial vacuum to speed electron

flowflow faster than relays since no moving partsfaster than relays since no moving parts invented by de Forest in 1906invented by de Forest in 1906

1940'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

4444

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.)Generation 1 (cont.) COLOSSUS and ENIAC were not general purpose computersCOLOSSUS and ENIAC were not general purpose computers

could enter input using dials & knobs, paper tapecould enter input using dials & knobs, paper tape but to perform a different computation, needed to reconfigurebut to perform a different computation, needed to reconfigure

4545

Generation 2: Transistors Generation 2: Transistors (1954-1963)(1954-1963)

mid 1950's – transistors began to replace tubesmid 1950's – transistors began to replace tubes piece of silicon whose conductivity can be piece of silicon whose conductivity can be

turned on and off using an electric currentturned on and off using an electric current smaller, faster, more reliable, cheaper to mass smaller, faster, more reliable, cheaper to mass

produceproduce invented by Bardeen, Brattain, & Shockley in invented by Bardeen, Brattain, & Shockley in

1948 (won 1956 Nobel Prize in physics)1948 (won 1956 Nobel Prize in physics)

computers became commercial as cost droppedhigh-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 buyEckert-Mauchly (1951), DEC (1957)IBM became market force in 1960's

4646

Generation 3: Integrated Generation 3: Integrated Circuits (1963-1973)Circuits (1963-1973) integrated circuit (IC)integrated circuit (IC)

as transistor size decreased, could package as transistor size decreased, could package many transistors with circuitry on silicon chipmany transistors with circuitry on silicon chip

mass production further reduced pricesmass production further reduced prices

1971 – Intel marketed first 1971 – Intel marketed first microprocessormicroprocessor, a , a chip w/ all the circuitry for a calculatorchip 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)

4747

Generation 4: VLSI (1973-Generation 4: VLSI (1973-1985)1985)

Very Large Scale Integration (VLSI)Very Large Scale Integration (VLSI) by mid 1970's, could fit hundreds of by mid 1970's, could fit hundreds of

thousands of transistors w/ circuitry on a chipthousands of transistors w/ circuitry on a chip could mass produce powerful microprocessors could mass produce powerful microprocessors

and other useful IC'sand other useful IC's computers finally affordable to individualscomputers 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 worldhttp://www.webho.com/WealthClock

Wozniak and Jobs founded Apple in 1977went from garage to $120 million in sales by

1980

IBM introduced PC in 1980Apple countered with Macintosh in 1984

Stroustrup developed C++ in 1985object-oriented extension of C language

4848

Generation 5: Parallelism & Generation 5: Parallelism & Networking (1985-????)Networking (1985-????) high-end machines (e.g. servers) high-end machines (e.g. servers)

can have multiple CPU'scan have multiple CPU's in 1997, highly parallel Deep in 1997, highly parallel Deep

Blue beat Kasparov in speed Blue beat Kasparov in speed chess matchchess 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 1989designed to allow physics researchers

to share data and documentsnot 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.com

DatDatee

Computers Computers on Interneton Internet

Web sites Web sites on on

InternetInternet

20020011

117,000,0117,000,00000

40,000,0040,000,0000

20020000

84,000,0084,000,0000

10,000,0010,000,0000

19919988

59,249,0059,249,0000

4,279,0004,279,000

19919966

12,881,0012,881,0000

300,000300,000

19919944

3,212,0003,212,000 3,0003,000

19919922

992,000992,000 5050

19819899

130,000130,000

19819811

210210

19619699

44

4949

Πώς λειτουργεί ένας ψηφιακός Πώς λειτουργεί ένας ψηφιακός υπολογιστής:υπολογιστής:

• Περιγραφή των συστατικών και της Περιγραφή των συστατικών και της λειτουργίας τους μιας μηχανήςλειτουργίας τους μιας μηχανής von Neumann von Neumann

• Περιγραφή τού κύκλου "φέρε-Περιγραφή τού κύκλου "φέρε-αποκωδικοποίησε-εκτέλεσε" μιας μηχανής αποκωδικοποίησε-εκτέλεσε" μιας μηχανής von Neumannvon Neumann

• Περιγραφή της οργάνωσης της μνήμης ενός Περιγραφή της οργάνωσης της μνήμης ενός Η/Υ και του τρόπου πρόσβασης σε αυτήΗ/Υ και του τρόπου πρόσβασης σε αυτή

• Περιγραφή διαφορετικών συσκευών Περιγραφή διαφορετικών συσκευών αποθήκευσης βοηθητικής μνήμηςαποθήκευσης βοηθητικής μνήμης

• Ορισμός τριών εναλλακτικών μορφών Ορισμός τριών εναλλακτικών μορφών παράλληλης επεξεργασίας για ενα Η/Υπαράλληλης επεξεργασίας για ενα Η/Υ

5050

Η αρχιτεκτονική Η αρχιτεκτονική von von NeumannNeumann

5151

Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας (ΚΜΕ/(ΚΜΕ/CPUCPU))

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

5252

AAριθμητικήριθμητική//Λογική ΜονάδαΛογική Μονάδα

Αριθμητική και Λογική Μονάδα – (Α/Λ) (Αριθμητική και Λογική Μονάδα – (Α/Λ) (Arithmetic and Arithmetic and Logical UnitLogical Unit)) Εκτελεί αριθμητικές πράξεις (+, -, /, *)Εκτελεί αριθμητικές πράξεις (+, -, /, *) Εκτελεί λογικές πράξεις (ΑΕκτελεί λογικές πράξεις (ΑNDND, , OROR, , NOTNOT, …), …) Οι πράξεις αυτές γίνονται βάσει προκαθορισμένων Οι πράξεις αυτές γίνονται βάσει προκαθορισμένων

λειτουργιών , μετασχηματίζοντας ή συνδιάζοντας τα λειτουργιών , μετασχηματίζοντας ή συνδιάζοντας τα απαραίτητα δεδομένα, για την δημιουργία των εκάστοτε απαραίτητα δεδομένα, για την δημιουργία των εκάστοτε επιθυμητών αποτελεσμάτωνεπιθυμητών αποτελεσμάτων

Οι κωδικοποιημένες παραστάσεις των δεδομένων Οι κωδικοποιημένες παραστάσεις των δεδομένων εισέρχονται στην Α/Λ μονάδα προερχόμενες από την μνήμη.εισέρχονται στην Α/Λ μονάδα προερχόμενες από την μνήμη.

Η Η μονάδα ελέγχουμονάδα ελέγχου, γνωρίζοντας εκ των προτέρων την , γνωρίζοντας εκ των προτέρων την πράξη που πρόκειται να εκτελεσθεί, παρέχει προς τα πράξη που πρόκειται να εκτελεσθεί, παρέχει προς τα ηλεκτρονικά κυκλώματα της Α/Λ μονάδας τα απαραίτητα ηλεκτρονικά κυκλώματα της Α/Λ μονάδας τα απαραίτητα σήματα ελέγχου, ώστε αυτή να δημιουργήσει τα εκάστοτε σήματα ελέγχου, ώστε αυτή να δημιουργήσει τα εκάστοτε αποτελέσματα των αριθμητικών, λογικών ή συνδυαστικών αποτελέσματα των αριθμητικών, λογικών ή συνδυαστικών πράξεων. πράξεων.

Οι περισσότερες μοντέρνες Α/Λ μονάδες έχουν ένα μικρό Οι περισσότερες μοντέρνες Α/Λ μονάδες έχουν ένα μικρό αριθμό ειδικών μονάδων αποθήκευσης που ονομάζονται αριθμό ειδικών μονάδων αποθήκευσης που ονομάζονται καταχωρητές (καταχωρητές (rregisters)egisters)

5353

Μονάδα Ελέγχου (ΜΕ)Μονάδα Ελέγχου (ΜΕ)Η Μονάδα Ελέγχου Η Μονάδα Ελέγχου είναι η είναι η

οργανωτική δύναμη στον Η/Υοργανωτική δύναμη στον Η/ΥΥπάρχουν δύο καταχωρητές στην ΜΕΥπάρχουν δύο καταχωρητές στην ΜΕ

Ο Ο καταχωρητής εντολής (καταχωρητής εντολής (ininstruction struction registerregister (IR) (IR))) περιέχει την εντολή που περιέχει την εντολή που εκτελείταιεκτελείται

Τον Τον μετρητή προγράμματος μετρητή προγράμματος (pr(program ogram countercounter (PC) (PC))) που περιέχει την διεύθυνση που περιέχει την διεύθυνση της επόμενης εντολής προς εκτέλεσητης επόμενης εντολής προς εκτέλεση

Υπενθυμίζουμε οτι Α/Λ μονάδα και ΜΕ Υπενθυμίζουμε οτι Α/Λ μονάδα και ΜΕ αποτελούν την ΚΜΕ (αποτελούν την ΚΜΕ (CPUCPU))

5454

Μονάδα Ελέγχου (ΜΕ, συν.)Μονάδα Ελέγχου (ΜΕ, συν.)

Η ΜΕ είναι το υποσύστημα εκείνο, το οποίο Η ΜΕ είναι το υποσύστημα εκείνο, το οποίο αποφασίζει και συντονίζει την διαδοχή των πράξεων αποφασίζει και συντονίζει την διαδοχή των πράξεων καί τη λειτουργία των υπολοίπων μονάδων του καί τη λειτουργία των υπολοίπων μονάδων του υπολογιστή.υπολογιστή.

Κατά την εκτέλεση ενός προγράμματος, η ΜΕ Κατά την εκτέλεση ενός προγράμματος, η ΜΕ λαμβάνει από τη μνήμη ορισμένα κωδικοποιημένα λαμβάνει από τη μνήμη ορισμένα κωδικοποιημένα ηλεκτρικά σήματα, τα οποία ονομάζονται ηλεκτρικά σήματα, τα οποία ονομάζονται εντολέςεντολές. . Τα κυκλώματα της μονάδας ελέγχου Τα κυκλώματα της μονάδας ελέγχου ""αποκωδικοποιούναποκωδικοποιούν"" κατ΄αρχάς τις εντολές αυτές κατ΄αρχάς τις εντολές αυτές και εν συνεχεία εκπέμπουν σήματα ελέγχου προς:και εν συνεχεία εκπέμπουν σήματα ελέγχου προς: Την μνήμη για την εξαγωγή πληροφοριών προς τις άλλες μονάδες Την μνήμη για την εξαγωγή πληροφοριών προς τις άλλες μονάδες

του υπολογιστή ή την λήψη πληροφοριών απ΄αυτές και την του υπολογιστή ή την λήψη πληροφοριών απ΄αυτές και την αποθήκευσή τους στη μνήμηαποθήκευσή τους στη μνήμη

Την Α/Λ μονάδα για την εκτέλεση των επιθυμητών υπολογιστικών Την Α/Λ μονάδα για την εκτέλεση των επιθυμητών υπολογιστικών πράξεωνπράξεων

Τις μονάδες εισόδου/εξόδου, για τη μεταφορά πληροφοριών απο τον Τις μονάδες εισόδου/εξόδου, για τη μεταφορά πληροφοριών απο τον υπολογιστή προς το εξωτερικό του περιβάλλον, και αντιστρόφωςυπολογιστή προς το εξωτερικό του περιβάλλον, και αντιστρόφως

5555

Μονάδες ΕισόδουΜονάδες Εισόδου//ΕξόδουΕξόδου

Μία Μία μονάδα εισόδουμονάδα εισόδου είναι μια συσκευή είναι μια συσκευή μέσω της οποίας, δεδομένα και μέσω της οποίας, δεδομένα και προγράμματα εισάγονται απο τον έξω προγράμματα εισάγονται απο τον έξω κόσμο στον Η/Υκόσμο στον Η/Υ Πληκτρολόγιο, ποντίκι, κτλ.Πληκτρολόγιο, ποντίκι, κτλ.

Μία Μία μονάδα εξόδουμονάδα εξόδου είναι μια συσκευή είναι μια συσκευή μέσω της οποίας, αποτελέσματα μέσω της οποίας, αποτελέσματα αποθηκευμένα στον Η/Υ, καθίστανται αποθηκευμένα στον Η/Υ, καθίστανται διαθέσιμα στον εξεωτερικό κόσμοδιαθέσιμα στον εξεωτερικό κόσμο Εκτυπωτές, τερματικάΕκτυπωτές, τερματικά

5656

Ροή της ΠληροφορίαςΡοή της Πληροφορίας

Τα διάφορα μέρη είναι συνδεδεμένα Τα διάφορα μέρη είναι συνδεδεμένα μεταξύ τους μέσω μίας συλλογής μεταξύ τους μέσω μίας συλλογής καλωδίων που ονομάζονται καλωδίων που ονομάζονται δίαυλοςδίαυλος

5757

Ο Κύκλος Φέρε-Ο Κύκλος Φέρε-EEκτέλεσεκτέλεσε

Φέρε την επόμενη εντολήΦέρε την επόμενη εντολήΑποκωδικοποίησε την εντολήΑποκωδικοποίησε την εντολήΠάρε δεδομένα αν υπάρχει ανάγκηΠάρε δεδομένα αν υπάρχει ανάγκηEEκτέλεσε την εντολήκτέλεσε την εντολή

5858

Ο Κύκλος Φέρε-Εκτέλεσε (συν.)Ο Κύκλος Φέρε-Εκτέλεσε (συν.)

MMνήμηνήμη

Μνήμη είναι μια Μνήμη είναι μια συλλογή απο συλλογή απο κελιά, το κελιά, το καθένα απο τα καθένα απο τα οποία έχει μία οποία έχει μία μοναδική μοναδική φυσική φυσική διεύθυνσηδιεύθυνση

6060

Μνήμη (συν.)Μνήμη (συν.)

Η μνήμη είναι μέρος του υλικού και χρησιμεύει για την Η μνήμη είναι μέρος του υλικού και χρησιμεύει για την αποθήκευση δεδομένων και εντολών. Είναι απ΄ευθείας αποθήκευση δεδομένων και εντολών. Είναι απ΄ευθείας συνδεδεμένη με τον επεξεργαστή. συνδεδεμένη με τον επεξεργαστή.

Οποια πληροφορία δημιουργείται σε κάποια χρονική στιγμή και Οποια πληροφορία δημιουργείται σε κάποια χρονική στιγμή και πρόκειται να χρησιμοποιηθεί αργότερα, αποθηκεύεται, συνήθως πρόκειται να χρησιμοποιηθεί αργότερα, αποθηκεύεται, συνήθως προσωρινά, στη μνήμη για να μπορεί να ανακληθεί εύκολα. προσωρινά, στη μνήμη για να μπορεί να ανακληθεί εύκολα.

Στη μνήμη αποθηκεύονται επίσης πληροφορίες χρήσιμες για τη Στη μνήμη αποθηκεύονται επίσης πληροφορίες χρήσιμες για τη διαμόρφωση (διαμόρφωση (configurationconfiguration) του συστήματος. Ο χρόνος ) του συστήματος. Ο χρόνος προσπέλασης είναι πολύ πιο γρήγορος απο αυτόν ενός δίσκου, προσπέλασης είναι πολύ πιο γρήγορος απο αυτόν ενός δίσκου, αλλά η αποθηκευτική της δυνατότητα είναι περιορισμένη. αλλά η αποθηκευτική της δυνατότητα είναι περιορισμένη.

΄Ενεκα του οτι η μνήμη είναι γρηγορότερη, οι εντολές ΄Ενεκα του οτι η μνήμη είναι γρηγορότερη, οι εντολές φορτώνονται πρώτα εδώ πρίν την εκτέλεσή τους ώστε τα φορτώνονται πρώτα εδώ πρίν την εκτέλεσή τους ώστε τα προγράμματα να μπορούν να τρέχουν με πιο αποτελεσματικό προγράμματα να μπορούν να τρέχουν με πιο αποτελεσματικό τρόπο. 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) CMOSCMOS

6161

RAMRAM(Random Access Memory, (Random Access Memory, Μνήμη Τυχαίας Προσπέλασης)Μνήμη Τυχαίας Προσπέλασης)

RAMRAM είναι η μνήμη όπου αποθηκεύονται προσωρινά είναι η μνήμη όπου αποθηκεύονται προσωρινά εντολές και δεδομένα, περιμένοντας την ανάκληση εντολές και δεδομένα, περιμένοντας την ανάκληση τους για επεξεργασία. Ειναι επίσης ο χώρος όπου τους για επεξεργασία. Ειναι επίσης ο χώρος όπου αποθηκεύονται τα αποτελέσματα της εκτέλεσης αποθηκεύονται τα αποτελέσματα της εκτέλεσης των εντολών. των εντολών.

Η Η RAMRAM δεν παρέχει δυνατότητα μόνιμης δεν παρέχει δυνατότητα μόνιμης αποθήκευσης δεδομένων. Οταν τελειώσει η αποθήκευσης δεδομένων. Οταν τελειώσει η εκτέλεση, τα δεδομένα μετακινούνται απο τη ΚΜΕ εκτέλεση, τα δεδομένα μετακινούνται απο τη ΚΜΕ πίσω στην πίσω στην RRΑΜ και απο εκεί αποστέλλονται στην ΑΜ και απο εκεί αποστέλλονται στην κατάλληλη έξοδο ή προς μόνιμη αποθήκευση σε κατάλληλη έξοδο ή προς μόνιμη αποθήκευση σε κάποια δευτερεύουσα μνήμη. κάποια δευτερεύουσα μνήμη.

Μόλις επέλθει διακοπή ρεύματος τα δεδομένα της Μόλις επέλθει διακοπή ρεύματος τα δεδομένα της RAM RAM χάνονταιχάνονται

6262

ROM (ROM (ReadRead--Only MemoryOnly Memory, Μνήμη , Μνήμη Μόνο Ανάγνωσης)Μόνο Ανάγνωσης)

Η μνήμη αυτή δεν επιδέχεται αλλαγές. Τα Η μνήμη αυτή δεν επιδέχεται αλλαγές. Τα περιεχόμενα της μπορούν να διαβαστούν όχι όμως περιεχόμενα της μπορούν να διαβαστούν όχι όμως και να μεταβληθούν παρά μόνο εάν αντικατασταθούν και να μεταβληθούν παρά μόνο εάν αντικατασταθούν ολοσχερώς τα ίδια τα κυκλώματα των ημιαγωγών ολοσχερώς τα ίδια τα κυκλώματα των ημιαγωγών ((chipschips) που την αποτελούν. ) που την αποτελούν.

Η Η ROMROM χρησιμοποιείται για καταστάσεις οπου η χρησιμοποιείται για καταστάσεις οπου η πληροφορία χρειάζεται να φυλαχθεί χωρίς να δεχθεί πληροφορία χρειάζεται να φυλαχθεί χωρίς να δεχθεί μεταβολές. Η πρωταρχική χρήση της μεταβολές. Η πρωταρχική χρήση της ROM ROM είναι κατά είναι κατά τη διάρκεια της διαδικασίας εκκίνησης τού τη διάρκεια της διαδικασίας εκκίνησης τού υπολογιστή. υπολογιστή.

Η Η ROM ROM βρίσκεται στη μητρική πλακέτα του βρίσκεται στη μητρική πλακέτα του υπολογιστή και περιέχει εντολές που υποδεικνύουν υπολογιστή και περιέχει εντολές που υποδεικνύουν στη μηχανή πώς να εκτελέσει τη διαδικασία στη μηχανή πώς να εκτελέσει τη διαδικασία εκκίνησης ("εκκίνησης ("boot processboot process"). Η διαδικασία αυτή "). Η διαδικασία αυτή παρέχει πρόσβαση στον οδηγό του δίσκου και παρέχει πρόσβαση στον οδηγό του δίσκου και ανίχνευση στη μνήμη ανίχνευση στη μνήμη CMOSCMOS για την ανεύρεση των για την ανεύρεση των δεδομένων διαμόρφωσης (δεδομένων διαμόρφωσης (configurationconfiguration) του ) του συστήματος.συστήματος.

6363

Μητρική ΠλακέταΜητρική Πλακέτα

6464

Μητρική Πλακέτα (συν.)Μητρική Πλακέτα (συν.) ROMROM κώδικας κώδικας εντολές εκκίνησης: εντολές εκκίνησης:

POST (Power On Self Test) POST (Power On Self Test) SetupSetup (παραμετροποίησης) εντολές, οι οποίες (παραμετροποίησης) εντολές, οι οποίες

ενεργοποιούν εντολές του ενεργοποιούν εντολές του CMOSCMOS BIOS BIOS εντολές που αφορούν τη διαχείριση των εντολές που αφορούν τη διαχείριση των

περιφερειακών συσκευών του υλικού περιφερειακών συσκευών του υλικού Boot Boot εντολές που καλούν το λειτουργικό σύστημα (εντολές που καλούν το λειτουργικό σύστημα (DOSDOS, ,

OSOS/2, /2, WindowsWindows) ) Ολες αυτές οι εντολές είναι στα Ολες αυτές οι εντολές είναι στα chips chips της της ROM ROM και ενεργοποιούνται και ενεργοποιούνται

μία προς μία κατα τη διάρκεια της εκκίνησης.μία προς μία κατα τη διάρκεια της εκκίνησης.

6565

ROM BIOSROM BIOS - - CMOSCMOS BIOSBIOS ( (Basic InputBasic Input--Output ServiceOutput Service)) δίνει τη δυνατότητα δίνει τη δυνατότητα

ελέγχου της αλληλεπίδρασης του υπολογιστή με τον χρήστη.ελέγχου της αλληλεπίδρασης του υπολογιστή με τον χρήστη.

CMOS (Complimentary Metal Oxide Semiconductor)CMOS (Complimentary Metal Oxide Semiconductor) Η Η μνήμη μνήμη CMOS CMOS περιέχει δεδομένα ζωτικής σημασίας για το περιέχει δεδομένα ζωτικής σημασίας για το setupsetup. Η πρόσβαση σε αυτή γίνεται με την εκκίνηση για να . Η πρόσβαση σε αυτή γίνεται με την εκκίνηση για να προσδιορισθεί ποιο υλικό εχει ο υπολογιστής, και πως είναι προσδιορισθεί ποιο υλικό εχει ο υπολογιστής, και πως είναι διαμορφωμένο (διαμορφωμένο (configuredconfigured). Η χρήση αυτής της μνήμης, η ). Η χρήση αυτής της μνήμης, η οποία φυλάσσει τη διαμόρφωση του συστήματος, καθιστά οποία φυλάσσει τη διαμόρφωση του συστήματος, καθιστά δυνατή την αλλαγή του υλικού της μηχανής και μαζί την δυνατή την αλλαγή του υλικού της μηχανής και μαζί την αναγνώριση της αλλαγμένης διαμόρφωσης απο τον αναγνώριση της αλλαγμένης διαμόρφωσης απο τον υπολογιστή. Επομένως, όταν αλλάζουμε τη διαμόρφωση του υπολογιστή. Επομένως, όταν αλλάζουμε τη διαμόρφωση του υλικού πρέπει να αλλάξουμε (υλικού πρέπει να αλλάξουμε (manuallymanually) το περιεχόμενο της ) το περιεχόμενο της CMOSCMOS. Το . Το CMOS Setup CMOS Setup είναι αποθηκευμένο σε ενα ειδικό είναι αποθηκευμένο σε ενα ειδικό chip chip στη μητρική πλακέτα.στη μητρική πλακέτα.

Μητρική Πλακέτα (συν.)Μητρική Πλακέτα (συν.)

6666

Μητρική Πλακέτα (συν.)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.

6767

ΔίαυλοιΔίαυλοι Ο Η/ΥΟ Η/Υ δέχεται και στέλνει δεδομένα από και προς τούς δέχεται και στέλνει δεδομένα από και προς τούς

διαύλους. Οι δίαυλοι μπορούν να χωρισθούν σε: διαύλους. Οι δίαυλοι μπορούν να χωρισθούν σε: - Ο κεντρικός δίαυλος (- Ο κεντρικός δίαυλος (system bussystem bus)), ο οποίος συνδέει την , ο οποίος συνδέει την CPU CPU

και την και την RAMRAM - Διαύλους εισόδου/εξόδου (I/O buses), που συνδέουν την CPU - Διαύλους εισόδου/εξόδου (I/O buses), που συνδέουν την CPU

με άλλα συστατικάμε άλλα συστατικά Ο κεντρικός δίαυλος συνδέεται με τους διαύλους Ο κεντρικός δίαυλος συνδέεται με τους διαύλους

εισόδου/εξόδου, όμως η σχετική αρχιτεκτονική ειναι εισόδου/εξόδου, όμως η σχετική αρχιτεκτονική ειναι πολυπλοκώτερη αυτής του παρακάτω σχήματος το οποίο μας πολυπλοκώτερη αυτής του παρακάτω σχήματος το οποίο μας δίνει μια γενική αντίληψη δίνει μια γενική αντίληψη

6868

Η διαδικασία εκκίνησης Η διαδικασία εκκίνησης ((Boot ProcessBoot Process))

Ειναι η ακολουθία των εντολών που εκτελεί ενας Ειναι η ακολουθία των εντολών που εκτελεί ενας υπολογιστής κατά την διαδικασία εκκίνησης πριν υπολογιστής κατά την διαδικασία εκκίνησης πριν ειναι έτοιμος να δεχθεί τις εντολές του χρήστη. ειναι έτοιμος να δεχθεί τις εντολές του χρήστη. Υπάρχουν 7 βασικά στάδια:Υπάρχουν 7 βασικά στάδια:1.1. Ηλεκτρικό ρεύμα διοχετεύεται στη μητρική πλακέτα.Ηλεκτρικό ρεύμα διοχετεύεται στη μητρική πλακέτα.2.2. Ο Η/Υ εκτελεί εντολές αποθηκευμένες στη Ο Η/Υ εκτελεί εντολές αποθηκευμένες στη ROM BIOS ROM BIOS

προκαλώντας πρόσβαση στις προκαλώντας πρόσβαση στις CMOS CMOS εντολές. εντολές. 3.3. Χρησιμοποιώντας τις ενολές της Χρησιμοποιώντας τις ενολές της CMOSCMOS, ο Η/Υ , ο Η/Υ

πραγματοποιεί διάφορα διαγνωστικά τέστ του πραγματοποιεί διάφορα διαγνωστικά τέστ του συστήματος. συστήματος.

4.4. Το λειτουργικό σύστημα φορτώνεται στη Το λειτουργικό σύστημα φορτώνεται στη RAMRAM. . 5.5. Ο επεξεργαστής φορτώνει δεδομένα απο τους διάφορους Ο επεξεργαστής φορτώνει δεδομένα απο τους διάφορους

οδηγούς (π.χ. σκληρό δίσκο, δισκέττα) οδηγούς (π.χ. σκληρό δίσκο, δισκέττα) 6.6. Ο επεξεργαστής "τρέχει" ιδιαίτερα προγράμματα Ο επεξεργαστής "τρέχει" ιδιαίτερα προγράμματα

σχετικά με το συγκεκριμένο χρήστη. σχετικά με το συγκεκριμένο χρήστη. 7.7. Μια οθόνη υποδεικνύει ότι η μηχανή είναι έτοιμη να Μια οθόνη υποδεικνύει ότι η μηχανή είναι έτοιμη να

δεχθεί τίς εντολές του χρήστη.δεχθεί τίς εντολές του χρήστη.

6969

Συσκευές Αποθήκευσης Συσκευές Αποθήκευσης Δευτερευούσης ΜνήμηςΔευτερευούσης Μνήμης

Επειδή το μεγαλύτερο μέρος της κύριας Επειδή το μεγαλύτερο μέρος της κύριας μνήμης είναι περιορισμένη, είναι μνήμης είναι περιορισμένη, είναι σημαντικό να υπάρχουν και άλλοι τύποι σημαντικό να υπάρχουν και άλλοι τύποι συσκευών αποθήκευσης όπου συσκευών αποθήκευσης όπου προγράμματα και δεδομένα να μπορούν να προγράμματα και δεδομένα να μπορούν να είναι αποθηκευμένα όταν δεν βρίσκονται είναι αποθηκευμένα όταν δεν βρίσκονται πλέον υπό επεξεργασία.πλέον υπό επεξεργασία.

Οι συσκευές αποθήκευσης δευτερευούσης Οι συσκευές αποθήκευσης δευτερευούσης μνήμης μπορούν να είναι εγκατεστημένες μνήμης μπορούν να είναι εγκατεστημένες απο την αρχή η να προστεθούν αργότερα απο την αρχή η να προστεθούν αργότερα αν υπάρχει ανάγκηαν υπάρχει ανάγκη

Μαγνητική ΤαινίαΜαγνητική Ταινία

Είναι η πρώτη Είναι η πρώτη πραγματικά πραγματικά συσκευή συσκευή μαζικής μαζικής βοηθητικής βοηθητικής αποθήκευσηςαποθήκευσης

MMαγνητικοί Δίσκοιαγνητικοί Δίσκοι

Μια κεφαλή διάβασε/γράψεΜια κεφαλή διάβασε/γράψε διατρέχει ενα διατρέχει ενα περιστρεφόμενο μαγνητικό δίσκο, περιστρεφόμενο μαγνητικό δίσκο, βρίσκοντας η εγγράφοντας δεδομέναβρίσκοντας η εγγράφοντας δεδομένα

7272

Δίσκοι Δίσκοι CompactCompact

Μια συσκευή Μια συσκευή CD CD χρησιμοποιεί χρησιμοποιεί laser laser για να διαβάζει πληροφορίες για να διαβάζει πληροφορίες αποθηκευμένες οπτικά σε ένα αποθηκευμένες οπτικά σε ένα πλαστικό δίσκοπλαστικό δίσκο

CD-ROM CD-ROM είναιείναι Read-Only Memory Read-Only MemoryDVD DVD σημαίνει σημαίνει Digital Versatile DiskDigital Versatile Disk

7373

Σύγχρονη ΕπεξεργασίαΣύγχρονη Επεξεργασία

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

7474

PipeliningPipelining

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