|
Τεχνολογία των υπολογιστών το χθες και
το σήμερα
Αριθμός υπολογιστών
ανά 100 μαθητές στα σχολεία της Ευρώπης το 2006
Πρόλογος
Ιστορική εξέλιξη των ηλεκτρονικών υπολογιστών
Εισαγωγή
Οι πρώτες “Αυτόματες” υπολογιστικές μηχανές
Οι πρώτοι μηχανικοί υπολογιστές
Πρώτη Γενιά – Λυχνίες Κενού (1945-1958)
Δεύτερη Γενιά – Τρανζίστορ (1959-1964)
Τρίτη Γενιά – Ολοκληρωμένα κυκλώματα (1965-1970)
Τέταρτη Γενιά – Προσωπικοί Υπολογιστές και VLSI (1980-…)
Ο ηλεκτρονικός υπολογιστής
Άλγεβρα Boole (Boolean Algebra)
Το δυαδικό σύστημα
Γλώσσα προγραμματισμού
Bit και byte
Νόμος του Moore
Αρχιτεκτονική
Υλικό μέρος του Υπολογιστή
Ο επεξεργαστής
Η κύρια μνήμη
Περιφερειακές συσκευές και περιφερειακή μνήμη
Πληκτρολόγιο
Ποντίκι
Μητρική πλακέτα (Motherboard)
Η οθόνη (screen ή display).
Οθόνες καθοδικού σωλήνα
Οθόνες υγρών κρυστάλλων
Μονάδες Βοηθητικής μνήμης
Μονάδες Μαγνητικών Δίσκων
Σκληροί δίσκοι
Δισκέτες
Οπτικοί δίσκοι
Άλλες μορφές οπτικών δίσκων.
Εκτυπωτές
Κρουστικοί εκτυπωτές
Εκτυπωτές ψεκασμού μελάνης
Εκτυπωτές Laser
Ο Σχεδιογράφος (plotter)
Σαρωτής
Επιτραπέζιοι σαρωτές
Σαρωτές χειρός
Modem
Κάρτα Δικτύου
Κάρτα Ήχου
Κάρτα Video
Ψηφιακή Φωτογραφική Μηχανή.
Ψηφιακή Βιντεοκάμερα και Web κάμερα.
Βιβλιογραφία
Πρόλογος
Ζούμε σε μία εποχή, στην οποία το κλειδί της επιτυχίας
κάθε επαγγέλματος εξαρτάται από την ικανότητα
διαχείρισης των πληροφοριών. Οποιοσδήποτε εργαζόμενος
πρέπει να γνωρίζει να αποκτά πληροφορίες και να τις
παρουσιάζει σε άλλους. Όμως, η εποχή μας έχει θέσει σε
αχρηστία τα στυλό και θέλει τον επαγγελματικό αέρα των
γραμματοσειρών των υπολογιστών και των προγραμμάτων
παρουσίασης.
Στη ρίζα όλων των δραστηριοτήτων που βασίζονται σε
πληροφορίες, βρίσκονται οι Ηλεκτρονικοί Υπολογιστές και
τα συστήματα που τους συνοδεύουν. Αυτή τη στιγμή, σε
ολόκληρο τον κόσμο, υπάρχουν Η/Υ που έχουν τη δυνατότητα
διάφορες εργασίες σε πολύ μικρό χρόνο και με ελάχιστη
πιθανότητα λαθών. Μερικές από αυτές τις εργασίες ήταν
αδύνατον να πραγματοποιηθούν πριν από λίγο καιρό, όπως
π.χ. οι διάφορες προσομοιώσεις, που φτάνουν μέχρι και
την προσομοίωση σε πραγματικό χρόνο των κινήσεων και των
αλληλεπιδράσεων των άστρων σε ένα γαλαξία. Όμως οι
υπολογιστές μπορούν να κάνουν κι άλλα πράγματα, όπως το
να ‘τρέχουν’ εφαρμογές γραφείου, να κάνουν μοντάζ κλπ.
Το μόνο όριο είναι η φαντασία του καθένα, καθώς ο
υπολογιστής κάνει πάντα αυτό που του λέμε. Εξάλλου, αυτή
είναι και η αδυναμία του: σαν καλός υπηρέτης, κάνει αυτό
ακριβώς που του λέμε να κάνει και όχι αυτό που θα θέλαμε.
Σε αυτή την εργασία θα αναλύσουμε τα συστήματα του
υπολογιστή, μέσα κι έξω από αυτόν και θα προσπαθήσουμε
να κατανοήσουμε τον τρόπο λειτουργίας τους. Όμως, πριν
απ’αυτό, θα κάνουμε μια ιστορική αναδρομή για να δούμε
το πόσο προσπάθησαν οι άνθρωποι για να έχουμε σήμερα
αυτές τις μηχανές.
Ιστορική εξέλιξη των ηλεκτρονικών
υπολογιστών
Εισαγωγή
Εκατοντάδες διαφορετικά είδη υπολογιστών έχουν
σχεδιαστεί και κατασκευαστεί κατά τη διάρκεια της
εξέλιξης του σύγχρονου ψηφιακού υπολογιστή. Οι
περισσότεροι έχουν ήδη ξεχαστεί, αλλά μερικοί επηρέασαν
σημαντικά τις σύγχρονες ιδέες. Στην ενότητα αυτή, θα
περιγράψουμε σε συντομία μερικά από τα βασικά ιστορικά
στάδια της ανάπτυξης, για να καταλάβουμε καλύτερα πώς
φτάσαμε στο σημείο όπου βρισκόμαστε σήμερα. Δε
χρειάζεται να πούμε ότι αυτή η ενότητα αγγίζει μόνο τα
σημαντικότερα γεγονότα παραλείποντας πολλά άλλα.
Οι πρώτες
“Αυτόματες” υπολογιστικές μηχανές
Μία από τις πρώτες μαρτυρίες για την ύπαρξη “αυτομάτων”
είναι η αναφορά σε ένα ξύλινο μοντέλο περιστεριού που
κατασκευάστηκε από τον Έλληνα Αρχύτα τον Ταραντίνο
(400-350π.Χ.), φίλο του Πλάτωνα. Το πουλί κρεμόταν από
την άκρη μιας περιστρεφόμενης ράβδου, ενώ ολόκληρο το
σύστημα περιστρεφόταν με τη βοήθεια πεπιεσμένου αέρα.
Στην άλλη άκρη της γης, στην Κίνα, περιγραφές
“αυτομάτων” μηχανών χρονολογούνται από τον 3ο αιώνα π.Χ.
στα χρόνια της δυναστείας Χαν, όταν για πρώτη φορά
κατασκευάστηκε μια μηχανική ορχήστρα για τον αυτοκράτορα.
Το 79 π .Χ. οι Αρχαίοι Έλληνες κατασκευάζουν το
μηχανισμό των Αντικυθήρων. Χρησιμοποιώντας γρανάζια,
καταφέρνουν να υπολογίσουν τη θέση των άστρων και των
πλανητών.
Ο Ήρωνας ο Αλεξανδρεύς, Έλληνας μαθηματικός, φυσικός,
μηχανικός και διευθυντής της Ανώτατης Τεχνικής Ελληνικής
Σχολής, με την “Αυτοματοποιητική” παρουσιάζεται ως ο
πρώτος συστηματικός κατασκευαστής αυτόματων μηχανημάτων.
Στο έργο αυτό περιγράφεται η ύπαρξη μηχανήματος σε ναό,
με το οποίο οι πόρτες άνοιγαν αυτόματα κατά την τέλεση
της θυσίας στο βωμό που βρισκόταν μπροστά από το ναό και
έκλειναν αυτόματα μετά το πέρας της θυσίας. Ο Ήρωνας
περιγράφει επίσης κινητές και σταθερές σκηνές θεάτρου.
Οι κινήσεις των σκηνών γίνονταν με την πίεση νερού ή
αέρα και με τη βοήθεια μοχλών.
Ο
μηχανισμός των Αντικυθήρων
Οι πρώτοι μηχανικοί υπολογιστές
Ο πρώτος που κατασκεύασε μια υπολογιστική μηχανή που
λειτουργούσε ήταν ο Γάλλος επιστήμονας B1aise Pascal
(1623-1662), προς τιμή του οποίου ονομάστηκε η γλώσσα
προγραμματισμού Pascal. Αυτή τη συσκευή, ο Pasca1 την
κατασκεύασε το 1642, σε ηλικία μόλις 19 ετών, για να
βοηθήσει τον πατέρα του, ένα φοροεισπράκτορα της
Γαλλικής κυβέρνησης.
Ήταν εξ ολοκλήρου μηχανική, χρησιμοποιούσε γρανάζια και
ενεργοποιούνταν από μια χειροκίνητη μανιβέλα.
Η μηχανή του Pasca1 μπορούσε να κάνει μόνο αφαίρεση και
πρόσθεση, αλλά τριάντα χρόνια αργότερα ο μεγάλος
Γερμανός μαθηματικός Βαρόνος Gottfried Wi1he1m von
Leibniz (1646-1716) κατασκεύασε μια
άλλη μηχανή που εκτελούσε, επίσης, πολλαπλασιασμό και
διαίρεση. Στην ουσία, ο Leibniz κατασκεύασε το ισοδύναμο
μιας αριθμομηχανής τεσσάρων πράξεων πριν τρεις αιώνες.
Τίποτα το σημαντικό δε συνέβη για 150 χρόνια μέχρι που
ένας καθηγητής μαθηματικών στο Πανεπιστήμιο του
Cambridge, ο Char1es Babbage (1792-1871), εφευρέτης του
ταχύμετρου, σχεδίασε και κατασκεύασε τη μηχανή διαφορών
(difference engine). Αυτή η μηχανική συσκευή, που όπως η
μηχανή του Pasca1 εκτελούσε μόνο πρόσθεση και αφαίρεση,
είχε σχεδιαστεί για τον υπολογισμό πινάκων αριθμών
χρήσιμων στη ναυσιπλοΐα. Ολόκληρη η κατασκευή της
μηχανής είχε σχεδιαστεί να εκτελεί ένα μόνο αλγόριθμο,
τη μέθοδο των πεπερασμένων διαφορών με χρήση πολυωνύμων.
Η πιο ενδιαφέρουσα δυνατότητα της μηχανής διαφορών ήταν
η μέθοδος εξόδου των αποτελεσμάτων: τα αποτελέσματα
αποτυπώνονταν σε μια χάλκινη πλάκα με χαλύβδινο καλούπι,
προαναγγέλλοντας τα μελλοντικά μέσα μίας εγγραφής, όπως
οι διάτρητες κάρτες και οι πρώτοι οπτικοί δίσκοι.
Αν και η μηχανή διαφορών λειτουργούσε αρκετά καλά, ο
Babbage τη βαρέθηκε γρήγορα επειδή μπορούσε να εκτελέσει
μόνον έναν αλγόριθμο. Άρχισε να ξοδεύει όλο και
περισσότερο από το διαθέσιμο χρόνο του και από την
οικογενειακή του περιουσία (χωρίς να αναφέρουμε και
17.000 λίρες από κυβερνητικά χρήματα) για το σχεδιασμό
και την κατασκευή μιας άλλης μηχανής, της αναλυτικής
μηχανής (ana1ytical engine). Η αναλυτική μηχανή είχε
τέσσερα μέρη: την περιοχή αποθήκευσης (μνήμη), το μύλο (μονάδα
υπολογισμών), το τμήμα εισόδου (αναγνώστης διάτρητων
καρτών) και το τμήμα εξόδου (διάτρητη και τυπωμένη
έξοδος). Μια και η αναλυτική μηχανή μπορούσε να
προγραμματιστεί σε μια απλή συμβολική γλώσσα, χρειαζόταν
λογισμικό. Για να δημιουργήσει το λογισμικό, ο Babbage
προσέλαβε μια νεαρή γυναίκα, την Ada Augusta Love1ace,
που ήταν κόρη του διάσημου Βρετανού ποιητή, Λόρδου
Βύρωνα. Η Ada Lovelace ήταν η πρώτη προγραμματίστρια
υπολογιστών στον κόσμο. Προς τιμήν της η γλώσσα
προγραμματισμού Ada φέρει το όνομά της.
Δυστυχώς, όπως πολλοί σύγχρονοι σχεδιαστές, ο Babbage
ποτέ δεν αποσφαλμάτωσε τελείως το υλικό. Το πρόβλημα
ήταν ότι έπρεπε να κατασκευαστούν χιλιάδες οδοντώσεις,
τροχοί, και γρανάζια σε βαθμό ακρίβειας που η τεχνολογία
του δέκατου ενάτου αιώνα δεν μπορούσε να παρέχει. Ωστόσο,
οι ιδέες προηγούνταν κατά πολύ της εποχής του, και ακόμη
και σήμερα οι περισσότεροι σύγχρονοι υπολογιστές έχουν
μια δομή παρόμοια με της αναλυτικής μηχανής, οπότε
δικαίως ο Babbage θεωρείται ο παππούς του σύγχρονου
ψηφιακού υπολογιστή.
Η επόμενη μεγάλη εξέλιξη συνέβη στα 1930, όταν ένας
Γερμανός μηχανικός, ο Konrad Zuse κατασκεύασε μια σειρά
από αυτόματες υπολογιστικές μηχανές χρησιμοποιώντας
ηλεκτρομαγνητικά ρελέ. Ο Zuse δεν είχε υπόψη του την
εργασία του Babbage και οι μηχανές του καταστράφηκαν από
τους βομβαρδισμούς του Βερολίνου, το 1944, από τους
Συμμάχους, οπότε το έργο του δεν επηρέασε τις επόμενες
μηχανές. Ωστόσο, ήταν ένας από τους πρωτοπόρους στο
πεδίο αυτό.
Λίγο αργότερα, στις Ηνωμένες Πολιτείες, άλλοι δύο
επιστήμονες σχεδίασαν αριθμομηχανές, ο John Atanasoff
στο Κολέγιο Iowa State και ο George Stibbitz στα
εργαστήρια Bell Labs. Η μηχανή του Atanasoff ήταν
εξαιρετικά προηγμένη για την εποχή της. Χρησιμοποιούσε
δυαδική αριθμητική και πυκνωτές για μνήμη, που
ανανεώνονταν περιοδικά για να αποφεύγεται η διαρροή
φορτίου. Τα σύγχρονα τσιπ δυναμικής RAM λειτουργούν με
τον ίδιο ακριβώς τρόπο. Δυστυχώς η μηχανή δε λειτούργησε
ποτέ. Κατά κάποιον τρόπο ο Atanasoff ήταν σαν τον
Babbage: ένας οραματιστής που τελικά νικήθηκε από την
ανεπαρκή τεχνολογία υλικού της εποχής του.
Ο υπολογιστής του Stibbitz, αν και πιο πρωτόγονος από
του Atanasoff, λειτούργησε. Ο Stibbitz παρουσίασε
δημόσια τον υπολογιστή σ’ ένα συνέδριο στο Κολέγιο
Dartmouth, το 1940.
υπολογιστική μηχανή του
Pascal
Πρώτη Γενιά – Λυχνίες
Κενού (1945-1958)
50.000 – 200.000 πράξεις ανά δευτερόλεπτο.
Το ερέθισμα για τους ηλεκτρονικούς υπολογιστές ήταν ο
Δεύτερος Παγκόσμιος Πόλεμος. Κατά το πρώτο διάστημα του
πολέμου, τα Γερμανικά υποβρύχια έκαναν θραύση στα
Βρετανικά πλοία. Οι διαταγές στέλνονταν από το Γερμανό
ναύαρχο, που βρισκόταν στο Βερολίνο, στα υποβρύχια μέσω
ραδιοφωνικών σημάτων που μπορούσαν να τα εντοπίσουν οι
Βρετανοί. Το πρόβλημα ήταν ότι αυτά τα μηνύματα ήταν
κρυπτογραφημένα μέσω μιας συσκευής που λεγόταν ENIGMA,
της οποίας ο πρόδρομος είχε σχεδιαστεί από έναν
ερασιτέχνη εφευρέτη και πρώην πρόεδρο των Ηνωμένων
Πολιτειών, τον Thomas Jefferson. Στις αρχές του πολέμου,
η Βρετανική αντικατασκοπία κατάφερε να αποκτήσει μια
μηχανή ENIGMA από την Πολωνική αντικατασκοπία, που την
είχε κλέψει από τους Γερμανούς. Ωστόσο, για να
αποκρυπτογραφηθεί ένα κωδικοποιημένο μήνυμα, απαιτούνταν
ένας τεράστιος όγκος υπολογισμών που, για να
χρησιμεύσουν, έπρεπε να εκτελεστούν αμέσως μετά την
υποκλοπή του μηνύματος. Για να αποκρυπτογραφηθούν αυτά
τα μηνύματα, η Βρετανική κυβέρνηση εγκατέστησε ένα
μυστικό εργαστήριο που κατασκεύασε έναν ηλεκτρονικό
υπολογιστή με το όνομα COLOSSUS. Ο διάσημος Άγγλος
Μαθηματικός Alan Turing βοήθησε στο σχεδιασμό αυτής της
μηχανής. Ο COLOSSUS τέθηκε σε λειτουργία το 1943, αλλά
επειδή η Βρετανική κυβέρνηση είχε κατατάξει στα
στρατιωτικά απόρρητα για 30 χρόνια κάθε φάση του σχεδίου,
η υπόθεση COLOSSUS δεν εξελίχθηκε. Αναφέρθηκε μόνο και
μόνο γιατί αποτέλεσε τον πρώτο ηλεκτρονικό υπολογιστή
του κόσμου.
Εκτός από την καταστροφή των μηχανών του Zuse και την
προώθηση της κατασκευής του COLOSSUS, ο πόλεμος επηρέασε,
επίσης, το θέμα των υπολογιστών στις Ηνωμένες Πολιτείες.
Ο στρατός χρειαζόταν πίνακες περιοχών για τον
προσδιορισμό των στόχων του πυροβολικού και διαπίστωσαν
ότι ο υπολογισμός με το χέρι απαιτούσε πολύ χρόνο και
ήταν επιρρεπής σε λάθη. Ο John Mauchley, που γνώριζε την
εργασία του Atanasoff και του Stibbitz, ήξερε ότι ο
στρατός ενδιαφερόταν για μηχανικές αριθμομηχανές. Όπως
πολλοί επιστήμονες της πληροφορικής μετά από αυτόν,
κατέθεσε μια πρόταση ζητώντας από το στρατό να
χρηματοδοτήσει την κατασκευή ενός ηλεκτρονικού
υπολογιστή. Η πρόταση έγινε αποδεκτή το 1943, και ο
Mauchley και ο μεταπτυχιακός φοιτητής του J. Presper
Eckert, προχώρησαν στην κατασκευή ενός ηλεκτρονικού
υπολογιστή τον οποίο ονόμασαν ENIAC (E1ectronic
Numerica1 Integrator And Computer - Ηλεκτρονικός
Αριθμητικός Ολοκληρωτής και Υπολογιστής).
Η μηχανή ολοκληρώθηκε το 1946, όταν ήταν πλέον πολύ αργά
για τον αρχικό της σκοπό. Ωστόσο, μια και ο πόλεμος είχε
τελειώσει, επετράπη στους Mauchley και Eckert να
οργανώσουν θερινά σεμινάρια για να παρουσιάσουν την
εργασία τους στους συναδέλφους τους επιστήμονες. Αυτό το
θερινό σεμινάριο αποτέλεσε την αρχή μιας έκρηξης
ενδιαφέροντος για την κατασκευή μεγάλων ψηφιακών
υπολογιστών.
Μετά από αυτές τις ιστορικές θερινές διαλέξεις, πολλοί
άλλοι ερευνητές ξεκίνησαν την κατασκευή ηλεκτρονικών
υπολογιστών. Ο πρώτος που τέθηκε σε λειτουργία ήταν ο
EDSAC (1949), που κατασκευάστηκε στο Πανεπιστήμιο του
Cambridge, στο Ηνωμένο Βασίλειο, από τον Maurice Wilkes.
Μεταξύ άλλων περιλαμβάνονται ο JOHNIAC στην Rand
Corporation, ο ILLIAC στο Πανεπιστήμιο του Illinois, ο
MANIAC στα εργαστήρια Los Alamos Laboratory, και ο
WEIZAC στο Ινστιτούτο Weizmann στο Ισραήλ.
Οι Eckert και Mauchley άρχισαν να κατασκευάζουν τον
EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer -
Ηλεκτρονικός Αυτόματος Υπολογιστής Διακριτών Μεταβλητών),
αλλά αυτό το έργο διακόπηκε όταν έφυγαν από την
Πενσυλβάνια για να δημιουργήσουν μια εταιρία, την
Eckert-Mauchley Computer Corporation, στη Φιλαδέλφεια (η
Silicon Valley δεν είχε δημιουργηθεί ακόμη). Μετά από
μια σειρά συγχωνεύσεων, αυτή η εταιρία εξελίχθηκε στη
σημερινή Unisys Corporation.
Στο μεταξύ, ένας από αυτούς που συμμετείχαν στην
κατασκευή του ENIAC, ο John von Neumann, πήγε στο
Princeton's Institute of Advanced Studies για να
κατασκευάσει τη δική του έκδοση του EDVAC, τη μηχανή IAS.
Ο Von Neumann ήταν ιδιοφυία του τύπου Leonardo Da Vinci.
Γνώριζε πολλές γλώσσες, ήταν ειδικός στις φυσικές
επιστήμες και στα μαθηματικά και θυμόταν τα πάντα όσα
είχε ακούσει, δει ή διαβάσει. Ήταν σε θέση να απαγγείλει
κατά λέξη το κείμενο από βιβλία που είχε διαβάσει χρόνια
πριν. Όταν άρχισε να ενδιαφέρεται για τους υπολογιστές,
ήταν ήδη ο πιο διαπρεπή ς μαθηματικός του κόσμου.
Ένα προφανές γι' αυτόν γεγονός ήταν ότι ο
προγραμματισμός υπολογιστών με τεράστιο αριθμό διακοπτών
και καλωδίων ήταν αργός, κοπιαστικός, και δύσκαμπτος.
Διαπίστωσε ότι το πρόγραμμα μπορούσε να παρασταθεί σε
ψηφιακή μορφή στη μνήμη του υπολογιστή, μαζί με τα
δεδομένα. Είδε, επίσης, ότι η άκομψη σειριακή δεκαδική
αριθμητική του ENIAC, όπου για την παράσταση κάθε ψηφίου
χρειάζονταν 10 λυχνίες κενού (1 αναμμένη και 9 σβηστές),
μπορούσε να αντικατασταθεί χρησιμοποιώντας παράλληλη
δυαδική αριθμητική.
Το βασικό του σχέδιο, γνωστό σήμερα ως μηχανή von
Neumann, χρησιμοποιήθηκε στον EDSAC, τον πρώτο
υπολογιστή αποθηκεμένου προγράμματος, και αποτελεί τη
βάση για όλους σχεδόν τους ψηφιακούς υπολογιστές, ακόμη
και σήμερα, σχεδόν μισό αιώνα αργότερα. Αυτός ο
σχεδιασμός, και η μηχανή IAS, που κατασκευάστηκε σε
συνεργασία με τον Herman Goldstein, είχαν τόσο μεγάλη
επίδραση που αξίζει να τα περιγράψουμε με το παρακάτω
διάγραμμα:
 |
Μερικά
χαρακτηριστικά του ENIAC
Διαστάσεις:
Μήκος: 25 μέτρα
Πλάτος: 1 μέτρο
Ύψος: 2.5 μέτρα
Περιείχε:
18.000 ηλεκτρονικές λυχνίες, 10.000 πυκνωτές,
65.000 αντιστάσεις, 1.500 ηλεκτρονικούς
διακόπτες
Ενέργεια:
140 kw\h
Πράξεις:
5.000 προσθέσεις το δευτερόλεπτο
500 πολλαπλασιασμοί το δευτερόλεπτο
Χρήση δεκαδικού |
Ηλεκτρονική λυχνία
Ο υπολογιστής
ENIAC |
Η μηχανή του von Neumann είχε πέντε
βασικά τμήματα: τη μνήμη, την αριθμητική λογική μονάδα,
τη μονάδα ελέγχου του προγράμματος, και τον εξοπλισμό
εισόδου και εξόδου.
Η μνήμη αποτελούνταν από 4096 λέξεις, μήκους 40 bit (0 ή
1) η κάθε μία. Κάθε λέξη περιείχε είτε δύο εντολές των
20 bit ή έναν προσημασμένο ακέραιο των 39 bit. Οι
εντολές χρησιμοποιούσαν 8 bit για τον καθορισμό του
τύπου της εντολής, και 12 bit για τον καθορισμό μίας από
τις 4096 λέξεις της μνήμης.
Δεύτερη Γενιά – Τρανζίστορ (1959-1964)
200.000 – 1.000.000 πράξεις ανά δευτερόλεπτο.
Το τρανζίστορ ανακαλύφθηκε στα εργαστήρια Bell Labs το
1948 από τους John Bardeen, Walter Brattain και Wi11iam
Shockley, στους οποίους γι’ αυτή την ανακάλυψη δόθηκε το
βραβείο Nobel φυσικής το 1956. Μέσα σε 10 χρόνια, το
τρανζίστορ έφερε επανάσταση στους υπολογιστές, και μέχρι
το τέλος της δεκαετίας του 1950, οι υπολογιστές λυχνιών
κενού είχαν καταργηθεί. Ο πρώτος υπολογιστής με
τρανζίστορ κατασκευάστηκε στο εργαστήριο Lincoln του
Μ.Ι.Τ. και ήταν μια μηχανή των 16 bit που ακολουθούσε τη
φιλοσοφία του Whirlwind Ι. Ονομαζόταν ΤΧ-0
(Transistorized eΧperimental computer 0 – Πειραματικός
Υπολογιστής Τρανζίστορ), και χρησιμοποιήθηκε απλώς ως
συσκευή ελέγχου του πιο εντυπωσιακού ΤΧ-2.
Όταν εμφανίστηκε ο PDP-l το 1961, είχε 4Κ λέξεις των 18
bit και χρόνο κύκλου ίσο με 5 μικροδευτερόλεπτα. Αυτή η
απόδοση ήταν η μισή της απόδοσης του ΙΒΜ 7090, του
διάδοχου του 709 με τρανζίστορ, και γρηγορότερο
υπολογιστή στον κόσμο εκείνη την εποχή. Ο PDP-l κόστιζε
120.000 δολάρια και ο 7090 κόστιζε εκατομμύρια. Η DEC
πούλησε δεκάδες PDP-l, και έτσι γεννήθηκε η βιομηχανία
των μίνι-υπολογιστών.
Ένας από τους πρώτους PDP-l δόθηκε στο Μ.Ι.Τ. όπου
τράβηξε αμέσως την προσοχή μερικών από τις διάνοιες που
είναι τόσο συνηθισμένες στο Μ.Ι.Τ. Ένας από τους πολλούς
νεωτερισμούς του PDP-1 ήταν η οθόνη (CRT) και η
ικανότητα σχεδίασης σημείων οπουδήποτε στην οθόνη 512
επί 512. Πριν περάσει καιρός, οι φοιτητές είχαν
προγραμματίσει τον PDP-1 να παίζει “πόλεμο στο διάστημα”
και ο κόσμος απέκτησε το πρώτο του ηλεκτρονικό παιχνίδι.
Μερικά χρόνια αργότερα η DEC εισήγαγε τον PDP-8, που
ήταν ένας υπολογιστής των 12 bit, αλλά πολύ φθηνότερος
από τον PDP-1 (16.000 δολάρια). Ο PDP-8 εισήγαγε ένα
σημαντικό νεωτερισμό: έναν μόνο δίαυλο (omnibus). Ένας
δίαυλος (bus) είναι ένα σύνολο παράλληλων καλωδίων που
χρησιμοποιούνται για τη σύνδεση των εξαρτημάτων ενός
υπολογιστή. Αυτή η αρχιτεκτονική διέφερε σημαντικά από
τη μηχανή IAS που ήταν δομημένη γύρω από τη μνήμη, και
υιοθετήθηκε από όλους σχεδόν τους υπολογιστές από τότε.
Η DEC τελικά πούλησε 50.000 PDP-8 και έγινε η πρωτοπόρος.
Ένα τυπικό τρανζίστορ
|
Το 1ο τρανζίστορ |
Τρίτη Γενιά – Ολοκληρωμένα
κυκλώματα (1965-1970)
1.000.000+ πράξεις ανά δευτερόλεπτο.
Η εφεύρεση του ολοκληρωμένου κυκλώματος επέτρεψε την
τοποθέτηση δεκάδων τρανζίστορ σ' ένα μόνο τσιπ. Έτσι
έγινε δυνατή η κατασκευή μικρότερων, γρηγορότερων και
φθηνότερων υπολογιστών από τους υπολογιστές με
τρανζίστορ της προηγούμενης γενιάς. Μερικοί από τους πιο
σημαντικούς υπολογιστές αυτής της γενιάς περιγράφονται
στη συνέχεια.
Ολοκληρωμένο κύκλωμα χαμηλού βαθμού ολοκλήρωσης
Στα 1964 η ΙΒΜ ήταν η πρωτοπόρος εταιρία υπολογιστών,
αλλά είχε ένα πρόβλημα με τα δύο πιο επιτυχημένα
μηχανήματά της, τους υπολογιστές 7094 και 1401: ήταν
τελείως ασύμβατοι μεταξύ τους. Ο πρώτος ήταν ένας
ταχύτατος αριθμητικός υπολογιστής που χρησιμοποιούσε
παράλληλη δυαδική αριθμητική σε καταχωρητές των 36 bit,
και ο άλλος ήταν ένας επεξεργαστής εισόδου/εξόδου που
χρησιμοποιούσε σειριακή δεκαδική αριθμητική σε λέξεις
μεταβλητού μήκους της μνήμης. Πολλές εταιρίες, πελάτες
της ΙΒΜ είχαν και τους δύο υπολογιστές και δεν
αρέσκονταν στην ιδέα να διατηρούν δύο ξεχωριστά τμήματα
προγραμματισμού χωρίς καμία σχέση μεταξύ τους.
Όταν ήρθε ο καιρός να αντικατασταθούν αυτές οι δύο
σειρές, η ΙΒΜ έκανε ένα ριζοσπαστικό βήμα. Παρουσίασε
μία μόνο γραμμή παραγωγής, αυτή της σειράς System/360,
βασιζόμενη στα ολοκληρωμένα κυκλώματα, που είχε
σχεδιαστεί και για επιστημονικούς, αλλά και για
εμπορικούς υπολογισμούς. Η σειρά System/360 περιλάμβανε
πολλούς νεωτερισμούς, με πιο σημαντικό ότι αποτελούσε
μια οικογένεια μηχανών με την ίδια συμβολική γλώσσα, και
αυξανόμενο μέγεθος σε ισχύ. Ένας πελάτης μπορούσε να
αντικαταστήσει τον υπολογιστή του 1401 με τον 360
Mode130 και τον υπολογιστή του 7094 με τον 360 Model 75.
Ο υπολογιστής Mode1 75 ήταν μεγαλύτερος και γρηγορότερος
(και πιο ακριβός), αλλά το λογισμικό που γραφόταν για
έναν από αυτούς μπορούσε, εν γένει, να εκτελεστεί και
στον άλλο. Στην πράξη, το λογισμικό που γραφόταν για ένα
μικρότερο μοντέλο εκτελούνταν σ' ένα μεγάλο μοντέλο
χωρίς προβλήματα, αλλά μεταφερόμενο σε μια μικρότερη
μηχανή, το πρόγραμμα μπορεί να μη χωρούσε στη μνήμη. Και
πάλι, επρόκειτο για μια πολύ σημαντική βελτίωση σε σχέση
με την κατάσταση που επικρατούσε με τους υπολογιστές
7094 και 1401.
Η ιδέα των οικογενειών υπολογιστών έπιασε αμέσως, και
μέσα σε μερικά χρόνια, οι περισσότεροι κατασκευαστές
υπολογιστών διέθεταν μια οικογένεια κοινών μηχανών που
κάλυπταν ένα μεγάλο εύρος τιμών και απόδοσης. Μερικά
χαρακτηριστικά της αρχικής οικογένειας 360
παρουσιάζονται στον πίνακα:
|
|
Μοντέλο |
|
Ιδιότητα |
30 |
40 |
50 |
65 |
|
Σχετική απόδοση |
1 |
3.5 |
10 |
21 |
|
Χρόνος κύκλου (nsec) |
1000 |
625 |
500 |
250 |
|
Μέγιστη μνήμη (K) |
64 |
256 |
256 |
512 |
|
Byte
ανά
κύκλο |
1 |
2 |
4 |
16 |
|
Μέγιστος αριθμός καναλιών
δεδομένων |
3 |
3 |
4 |
6 |
Τέταρτη Γενιά – Προσωπικοί
Υπολογιστές και VLSI (1980-…)
Πολλά εκατομμύρια πράξεις ανά δευτερόλεπτο.
Στη δεκαετία του 1980, η ολοκλήρωση VLSI (Very Large
Scale Integration - Ολοκλήρωση Πολύ Μεγάλης Κλίμακας)
επέτρεπε την τοποθέτηση πρώτα δεκάδων χιλιάδων, στη
συνέχεια εκατοντάδων χιλιάδων και τέλος εκατομμυρίων
τρανζίστορ σ' ένα μόνο τσιπ. Αυτή η εξέλιξη οδήγησε σε
μικρότερους και γρηγορότερους υπολογιστές. Πριν τον
PDP-1, οι υπολογιστές ήταν τόσο μεγάλοι και ακριβοί που
οι εταιρίες και τα πανεπιστήμια έπρεπε να διατηρούν
ειδικά τμήματα για τη λειτουργία τους, τα υπολογιστικά
κέντρα (computer centres). Με την εμφάνιση του
μίνι-υπολογιστή, κάθε τμήμα μπορούσε να αγοράσει το δικό
του υπολογιστή. Μέχρι το 1980, οι τιμές είχαν πέσει τόσο
πολύ, ώστε μπορούσαν και οι ιδιώτες να έχουν δικό τους
υπολογιστή. Είχε αρχίσει η εποχή του προσωπικού
υπολογιστή.
Ολοκληρωμένο κύκλωμα υψηλού βαθμού ολοκλήρωσης
Οι προσωπικοί υπολογιστές είχαν διαφορετική χρήση από
τους μεγάλους υπολογιστές. Χρησίμευαν για επεξεργασία
κειμένου, λογιστικά φύλλα, και πολυάριθμες ιδιαίτερα
αλληλεπιδραστικές εφαρμογές που οι μεγάλοι υπολογιστές
δεν μπορούσαν να χειριστούν με ευχέρεια.
Σήμερα, οι υπολογιστές διαιρούνται κατά προσέγγιση σε
πέντε επικαλυπτόμενες κατηγορίες. Η διάκριση γίνεται με
βάση το φυσικό μέγεθος, την απόδοση και τις περιοχές
εφαρμογών. Στο κατώτερο επίπεδο, έχουμε τους προσωπικούς
υπολογιστές, που είναι επιτραπέζιες μηχανές οι οποίες
χρησιμοποιούν ένα μόνο τσιπ επεξεργαστή και συνήθως
χρησιμοποιούνται από ένα άτομο. Χρησιμοποιούνται ευρέως
σε γραφεία, στην εκπαίδευση και για οικιακή χρήση.
Οι μίνι-υπολογιστές χρησιμοποιούνται ευρέως σε εφαρμογές
πραγματικού χρόνου (Real time), για παράδειγμα, για τον
έλεγχο της εναέριας κυκλοφορίας και για την
αυτοματοποίηση των εργοστασίων. Δεν είναι εύκολο να
διαχωρίσει κανείς τους μίνι-υπολογιστές, μια και πολλές
εταιρίες κατασκευάζουν προϊόντα που αποτελούνται από ένα
μικροεπεξεργαστή των 32 ή των 64 bit, κάποια μνήμη, και
μερικά τσιπ εισόδου/εξόδου, όλα σε μία μόνο κάρτα
κυκλώματος. Από πλευράς λειτουργίας, μια τέτοια κάρτα
είναι το ισοδύναμο του παραδοσιακού μίνι-υπολογιστή όπως
ο PDP-11.
Οι υπέρ-μίνι είναι στην ουσία πολύ μεγάλοι
μίνι-υπολογιστές, που βασίζονται σχεδόν πάντα σε
επεξεργαστή των 64 bit, και γενικά είναι εξοπλισμένοι με
χιλιάδες gigabyte μνήμης. Τέτοιες μηχανές
χρησιμοποιούνται ως χρονομεριζόμενα συστήματα τμημάτων
εταιριών, ως διακομιστές δικτύου και σε πολλές εφαρμογές.
Αυτές οι σύγχρονες μηχανές είναι όλες κατά πολύ
ισχυρότερες σε σχέση με τους υπολογιστές προηγούμενων
γενεών:
|
Ιδιότητες των
υπολογιστών σε σχέση με το χρόνο |
|
|
Επεξεργαστική
ισχύς |
Αύξηση |
|
Όγκος |
Μείωση |
|
Κατανάλωση
ενέργειας |
Μείωση |
|
Δυνατότητες (συμβατότητα,
αναβαθμισιμότητα…) |
Αύξηση |
|
Κόστος υλοποίησης |
Μείωση |
Ο ηλεκτρονικός υπολογιστής
Ο ηλεκτρονικός υπολογιστής είναι ένα αυτοματοποιημένο
ηλεκτρονικό ψηφιακό επαναπρογραμματιζόμενο σύστημα
γενικής χρήσης, το οποίο μπορεί να επεξεργάζεται
δεδομένα, βάσει ενός συνόλου προκαθορισμένων οδηγιών –
εντολών, που ονομάζεται πρόγραμμα (program). Κάθε
υπολογιστικό σύστημα, όσο μεγάλο ή μικρό κι αν είναι,
αποτελείται από το υλικό (Hardware) και το λογισμικό
(Software) μέρος. Πριν τα δούμε αναλυτικά, όμως, θα
εισάγουμε κάποια βασικά στοιχεία των ηλεκτρονικών
υπολογιστών, καθώς αυτά είναι τα στοιχεία που
χαρακτηρίζουν τους σύγχρονους ηλεκτρονικούς υπολογιστές
που χρησιμοποιούμε σήμερα και που χωρίς αυτά δεν θα
είχαν αυτή τη μορφή.
Άλγεβρα Boole (Boolean Algebra)
Είναι η άλγεβρα των λογικών προτάσεων που εισήγαγε ο
Άγγλος μαθηματικός George Boole και αποτελεί τη βάση της
επιστήμης των υπολογιστών. Η Άλγεβρα Boole αποτελεί την
μαθηματικώς ορισμένη Αριστοτέλεια λογική του είναι ή δεν
είναι και ταυτίζεται εύκολα με το 1 και 0 αντίστοιχα,
της "γλώσσας" του ηλεκτρονικού υπολογιστή.
Στην Άλγεβρα Boole, ορίζονται οι ακόλουθες πράξεις,
δεδομένης της χρήσης της λεγόμενης ως "θετικής λογικής",
όπου το 0 εκφράζει το λογικό Όχι και το 1 το λογικό Ναι:
|
Μεταβλητές |
Λογική πρόσθεση |
Λογικός πολλ/μός |
Συμπλήρωμα |
Συμ/μα Λογ.
πρόσθεσης |
Συμ/μα Λογ. Πολλ/μού |
Αποκλει-στικό Η |
Συμ/μα
αποκλει-στικού Η |
|
a |
b |
OR
(+) |
AND
(*) |
NOT
(^) |
NOR
(^(+)) |
NAND (^(.)) |
XOR |
XNOR |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
NOT(a) = 1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
0 |
1 |
1 |
0 |
NOT(a) = 1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
1 |
0 |
1 |
0 |
NOT(a) = 0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
NOT(a) = 0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
O πιο πάνω πίνακας ονομάζεται Πίνακας Αλήθειας και αφορά
τις μεταβλητές a και b για τις διάφορες λογικές πράξεις,
που συνήθως υλοποιούνται με τη χρήση Λογικών Πυλών
(Gates) στα Ηλεκτρονικά Κυκλώματα Ψηφιακών Συστημάτων.
Το δυαδικό σύστημα
Το δυαδικό σύστημα αρίθμησης αναπαριστά αριθμητικές
τιμές χρησιμοποιώντας δύο σύμβολα, το 0 και το 1. Πιο
συγκεκριμένα, το δυαδικό είναι ένα θεσιακό σύστημα με
βάση το δύο. Κάθε ψηφίο ανήκει σε μία τάξη μεγέθους
μεγαλύτερη κατά ένα από αυτήν του ψηφίου στα δεξιά του.
Έτσι, κάθε ψηφίο ενός δυαδικού αριθμού από δεξιά προς τ'
αριστερά δηλώνει μονάδες, δυάδες, τετράδες, οκτάδες
κ.ο.κ. Π.χ. Ο αριθμός 1101<2> έχει: 1 μονάδα (1*20), 0
δυάδες (0*21), 1 τετράδα (1*22) και 1 οκτάδα (1*23).
Διαβάζεται : "ένα, ένα, μηδέν, ένα με βάση 2".
Αναπαριστά τον αριθμό του δεκαδικού συστήματος: 1*20 +
0*21 + 1*22 + 1*23 = 13.
Ονομάζεται δυαδικό επειδή η αναπαράσταση της πληροφορίας
(στα αριθμητικά συστήματα πληροφορία νοείται ο αριθμός
ως ποιότητα και ως ποσότητα) γίνεται με τη χρήση δύο
συμβόλων: το 0 και το 1.
Λόγω της σχετικά απλής υλοποίησης στα ηλεκτρονικά
κυκλώματα, το δυαδικό σύστημα χρησιμοποιείται εσωτερικά
από σχεδόν όλους τους σύγχρονους ηλεκτρονικούς
υπολογιστές. Ο ανθρώπινος εγκέφαλος μπορεί πιο εύκολα να
κάνει υπολογισμούς βάσει του δεκαδικού συστήματος,
δηλαδή με την χρήση δέκα αριθμητικών ψηφίων (0, 1, 2, 3,
4, 5, 6, 7, 8 και 9). Η επιλογή του συγκεκριμένου
συστήματος έγινε εξαιτίας της αρχικής ευκολίας χρήσης
των δακτύλων για απαρίθμηση, και κατά επέκταση σε
αντιστοίχηση χρησιμοποιήθηκαν δέκα ψηφία. Κάτι ανάλογο
έγινε και με τους υπολογιστές. Η ανίχνευση ή όχι
ηλεκτρικού παλμού δίνει την πληροφορία που χρειάζεται ο
υπολογιστής. Οδηγώντας, για παράδειγμα, στην είσοδο ενός
λογικού κυκλώματος τάση +5 Volt αναπαριστούμε το ψηφίο
"1", ενώ οδηγώντας την είσοδο με 0 Volt αναπαριστούμε το
ψηφίο "0".
Γλώσσα προγραμματισμού
Γλώσσα προγραμματισμού είναι ένα είδος γλώσσας που
χρησιμοποιούμε για να επικοινωνήσουμε με έναν υπολογιστή
προκειμένου αυτός να εκτελέσει για μας κάποιον
υπολογιστικό αλγόριθμο.
Μέσω μιας γλώσσας προγραμματισμού ο άνθρωπος επικοινωνεί
με τη μηχανή (υπολογιστή). Ακριβώς η φύση του ενός από
τους συμμετέχοντες στην ιδιότυπη αυτή επικοινωνία, που
είναι μια μηχανή (σύστημα δεκάδες δισεκατομμύρια φορές
λιγότερο πολύπλοκο από τον ανθρώπινο εγκέφαλο), αποτελεί
τον καθοριστικό παράγοντα των κυριότερων χαρακτηριστικών
μιας γλώσσας προγραμματισμού και την καθιστά μονόδρομη.
Εμείς επικοινωνούμε με την μηχανή και προσπαθούμε να την
κάνουμε να πραγματοποιήσει κάποιους υπολογισμούς. Για
αυτό και τις προτάσεις σε αυτή τη γλώσσα τις λέμε
εντολές. Μια ακολουθία εντολών αποτελεί ένα πρόγραμμα.
Λόγω του ότι η συγκεκριμένη μηχανή είναι υπολογιστής
αυτό που μπορούμε να τη διατάξουμε να κάνει για μας
είναι μόνο συμβολικούς υπολογισμούς.
Όπως και η γλώσσα που χρησιμοποιούμε έτσι και μια γλώσσα
προγραμματισμού έχει τις λέξεις της, την ορθογραφία της
και το συντακτικό της. Σε αντίθεση όμως με τις
ανθρώπινες γλώσσες στις γλώσσες προγραμματισμού τίθενται
πολύ αυστηροί περιορισμοί στη χρήση της. Το παραμικρό
λάθος στην ορθογραφία ή στην σύνταξη μιας
πρότασης-εντολής μιας λέξης μιας γλώσσας προγραμματισμού
έχει σαν αποτέλεσμα να μην μπορεί ο υπολογιστής να
καταλάβει τι θέλουμε να κάνει.
Εναλλακτικά, γλώσσα προγραμματισμού είναι μια “λογική”
αλληλουχία προκαθορισμένων αλγοριθμικών στοιχείων
μεταβλητών και μη (“εντολές”) με την χρήση της οποίας ο
χρήστης ενός ηλεκτρονικού υπολογιστή μπορεί να
επικοινωνήσει άμεσα με το υλικό του.
Κάθε γλώσσα προγραμματισμού έχει το δικό της σύνολο
τυπικών προδιαγραφών (ή κανόνων) που αφορούν το
συντακτικό, το λεξιλόγιο και το νόημα της. Για τις
περισσότερες γλώσσες που χρησιμοποιούνται ευρέως και
έχουν χρησιμοποιηθεί για αρκετό χρονικό διάστημα,
υπάρχουν ειδικοί οργανισμοί τυποποίησης οι οποίοι μέσα
από τακτές συναντήσεις δημιουργούν, τροποποιούν ή
επεκτείνουν τις τυπικές προδιαγραφές που διέπουν την
χρήση μιας γλώσσας προγραμματισμού.
Τις γλώσσες προγραμματισμού τις χωρίζουμε σε διάφορες
κατηγορίες: Χαμηλού / υψηλού επιπέδου, εκπαιδευτικές,
συναρτησιακές, αντικειμενοστραφείς (object oriented) κτλ.
Κάποιες γλώσσες προγραμματισμού είναι οι: FORTRAN,
COBOL, BASIC, Pascal, ADA, C, C++, Java…
Bit και byte
Οι υπολογιστές εργάζονται με το δυαδικό σύστημα
αρίθμησης και χρησιμοποιούν τα δυαδικά ψηφία (bits),
όπου ένα δυαδικό ψηφίο μπορεί να είναι είτε “0” είτε
“1”. Η συντομογραφία bit προέρχεται από τη σύντμηση των
λέξεων Binary digΙT. Bit στα αγγλικά σημαίνει
“μικροσκοπικό τμήμα, κομματάκι”. Έτσι λοιπόν, ένα bit
μπορεί να έχει την τιμή 0 ή 1.
Στους υπολογιστές χρησιμοποιούμε συνήθως τα bits σε
ομάδες των 8, 16, 32, 64, 128 κ.λ.π., δηλαδή δυνάμεις
του 2.
Μια ομάδα από 8 bit μας κάνουν 1 byte, το οποίο μπορεί
να αντιπροσωπεύσει τιμές από 0 έως και 255 στο δεκαδικό
σύστημα (28 = 256 διακριτές τιμές.).
Οι τιμές αυτές, από μόνες τους όμως, δεν μας δίνουν
κάποια πληροφορία. Γι’ αυτό, χρησιμοποιούμε κάποιο
σύστημα κωδικοποίησης, έναν πίνακα δηλαδή που μας
δείχνει σε ποιο γράμμα ή σύμβολο ή αριθμό αντιστοιχεί ο
αριθμός που είναι αποθηκεμένος και θέλουμε να τον
διαβάσουμε, αλλά και το αντίθετο. Το πιο διαδεδομένο
σύστημα κωδικοποίησης είναι το ASCII (American Standard
Code for Information Interchange)
Το byte είναι η βασική μονάδα μέτρησης (χώρου και
πληροφορίας) στα υπολογιστικά συστήματα.
 |
|
21 = 2
22 = 4
23 = 8
24 = 16
25 = 32
26 = 64
27 = 128
28 = 256
Οι οκτάδες μας προσφέρουν 256 διαφορετικούς
συνδυασμούς
|
ΚΒ 1 KiloByte = 210 byte = 1024 byte
MΒ 1 MegaByte = 210 KB = 220 byte
GΒ 1 GigaByte = 210 MB = 230 byteTΒ 1
TeraByte = 210 GB = 240 byte
PΒ 1 PetaByte = 210 TB = 250 byte
|
Τα bit και τα byte γράφονται με διαφορετικό τρόπο στα
διάφορα μέσα αποθήκευσης:
• Στον ψηφιακό υπολογιστή, αυτό αντιπροσωπεύεται από την
ύπαρξη ή όχι ηλεκτρικού ρεύματος.
• Στα μαγνητικά μέσα από τη μαγνήτιση ενός στοιχειώδους
σημείου, προς το βορρά ή προς το νότο).
• Στα οπτικά λακκούβες και σαμάρια.
Νόμος του
Moore
Ο Gordon Earl Moore, γεννήθηκε στο San Francisco της
California, στις 3 Ιανουάριου 1929. Έλαβε ένα B.S. (Bachelor
of Science) στη Χημεία από το πανεπιστήμιο Berkeley της
California το 1950 και ένα PhD (Doctor of Philosophy)
στη φυσική και τη χημεία από το Ινστιτούτο τεχνολογίας
της California (Caltech) το 1954. Ο Moore, μετά από
συνεχή παρατήρηση, έκανε την παρατήρηση ότι ο αριθμός
των τρανζίστορ (κρυσταλοτρίοδος) που χωράνε σε
συγκεκριμένο χώρο, θα διπλασιάζεται κάθε 18 μήνες. Αυτό,
χονδρικά σημαίνει ότι η ισχύς του υπολογιστή μας
διπλασιάζεται κάθε 18 μήνες και άρα ένας υπολογιστής που
αγοράσαμε σήμερα είναι (περίπου) δύο φορές ταχύτερος από
έναν υπολογιστή (της ίδιας κατηγορίας) που αγοράσαμε
πριν ενάμιση χρόνο. Αυτή του η παρατήρηση ονομάστηκε
νόμος από τον καθηγητή του Caltech, τον πρωτοπόρο των
VLSI, και από τότε (1975) μέχρι σήμερα δεν έχει
αποδειχθεί λανθασμένος.
Αρχιτεκτονική
Οι πρώτες αρχές αρχιτεκτονικής των υπολογιστών
διατυπώθηκαν το 1945 στην έκθεση του Von Neumann και
εξακολουθούν να ισχύουν, στην πλειονότητά τους, μέχρι
σήμερα. Η αρχιτεκτονική Von Neumann προβλέπει τις εξής
βασικές αρχές:
1. Κάθε υπολογιστής πρέπει να αποτελείται από τις εξής
κύριες μονάδες: τη μονάδα ελέγχου, την αριθμητική
μονάδα, μία μονάδα εισόδου και μία μονάδα εξόδου.
2. Βασικό σύστημα παράστασης δεδομένων και εντολών
προγραμμάτων πρέπει να είναι το δυαδικό σύστημα.
3. Δεδομένα και εντολές που πρόκειται να εκτελεστούν
πρέπει να τοποθετούνται μέσα στη μνήμη (σε όποια θέση
είναι κενή).
4. Οι εντολές θα πρέπει να εκτελούνται από τη μονάδα
ελέγχου ακολουθιακά, δηλαδή η μία μετά την άλλη. Για να
αρχίσει η εκτέλεση μιας εντολής, θα πρέπει να έχει
ολοκληρωθεί η εκτέλεση της προηγούμενης.
Υλικό μέρος
του Υπολογιστή
Υλικό του υπολογιστή είναι το σύνολο των φυσικών μερών
και εξαρτημάτων τα οποία τον συνθέτουν
Τα βασικά στοιχεία του υλικού μέρους του υπολογιστή
είναι η μητρική πλακέτα (Motherboard), η κεντρική μονάδα
επεξεργασίας (Επεξεργαστής, CPU) η κεντρική μνήμη (RAM
και ROM-BIOS) οι μονάδες εισόδου-εξόδου (πληκτρολόγιο,
ποντίκι, οθόνη κλπ.), οι περιφερειακές μονάδες μνήμης
(σκληρός δίσκος, δισκέτα, CD-ROM), ο εκτυπωτής, ο
σαρωτής, το modem και άλλα. Ας τα δούμε πιο αναλυτικά:
Ο επεξεργαστής
Ο επεξεργαστής ή Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας είναι το
πιο βασικό εξάρτημα του υπολογιστή, η “καρδιά” του, όπως
λέγεται συχνά, και βρίσκεται τοποθετημένος, θα
μπορούσαμε να πούμε καρφωμένος, πάνω σε μία εξίσου
σημαντική πλακέτα, την μητρική κάρτα (motherboard). Η
ΚΜΕ φέρνει στην μνήμη της (στους καταχωρητές –
Registerers) την επόμενη εντολή και την εκτελεί ανάλογα
με το είδος της στην αριθμητική και λογική μονάδα (arithmetic
and logical unit), με βάση το ρυθμό που καθορίζει η
μονάδα χρονισμού και ελέγχου (timing and control unit).
Το ρολόι-χρονιστής παράγει συγκεκριμένο αριθμό παλμών
ανά δευτερόλεπτο (Hz). Ο αριθμός αυτός αποτελεί τη
συχνότητα χρονισμού της ΚΜΕ, δηλαδή το ρυθμό με τον
οποίο εκτελούνται οι λειτουργίες του υπολογιστή και
μετριέται σε Hz, αλλά σήμερα χρησιμοποιούμε συνήθως ένα
πολλαπλάσιό του Hz, τo GHz (1.000.000Hz). Η ΚΜΕ δέχεται
τα δεδομένα από τις μονάδες εισόδου, τα επεξεργάζεται
και στέλνει τα αποτελέσματα της επεξεργασίας στις
μονάδες εξόδου μέσω των διαύλων επικοινωνίας (Buses).
Ένας επεξεργαστής χαρακτηρίζεται από:
Τη γενιά του (για παράδειγμα η σειρά των επεξεργαστών
της εταιρείας Intel: Pentium 4, Pentium D, Celeron…)
Τη συχνότητα λειτουργίας του (3000, 3200, 3600MHz…)
Τη δυνατότητα επεξεργασίας, που αποτελείται από τον
αριθμό των bits που μπορεί να επεξεργαστεί ταυτόχρονα
(Στις μέρες μας και για προσωπικούς υπολογιστές έχουμε
32άμπιτους και 64άμπιτους επεξεργαστές)
Επεξεργαστής Intel Pentium 4 |
Εσωτερικό ενός επεξεργαστή |
Η Κ.Μ.Ε. δέχεται
τα δεδομένα από τις μονάδες εισόδου και στέλνει
τα αποτελέσματα της επεξεργασίας στις μονάδες
εξόδου μέσω των διαύλων επικοινωνίας (Buses) |
Πρόσφατα, έγιναν δύο μεγάλα βήματα στην εξέλιξη των
επεξεργαστών. Το πρώτο, που έχει σχέση με το λογισμικό,
είναι η τεχνολογία Hyper-threading, η οποία άρχισε να
χρησιμοποιείται από την Intel πριν από περίπου δύο
χρόνια και κάνει το λειτουργικό σύστημα να νομίζει ότι
υπάρχουν δύο επεξεργαστές, ενώ στην πραγματικότητα
υπάρχει ένας. Έτσι, όταν δώσουμε μια εντολή στον
υπολογιστή ενώ επεξεργάζεται κάποιο στοιχείο, η πρώτη θα
συνεχίσει να εκτελείται, ενώ η άλλη θα πάει στον
επεξεργαστή και θα περιμένει την ολοκλήρωση της πρώτης
εντολής, ενώ αν το λειτουργικό σύστημα ήξερε ότι υπάρχει
ένας επεξεργαστής, θα περίμενε να ολοκληρωθεί η
επεξεργασία της πρώτης εντολής και μετά θα του έστελνε
την άλλη, πράγμα που χρειάζεται περισσότερο χρόνο.
Το άλλο μεγάλο βήμα είναι η αύξηση του αριθμού των bit
που μπορεί να επεξεργαστεί ταυτόχρονα ένας επεξεργαστής,
από τα 32 στα 64 bit, πράγμα που μέχρι τώρα ήταν
προνόμιο μόνο των επεξεργαστών για κεντρικούς
υπολογιστές (server) όπως, π.χ. Intel Xeon, AMD Opteron…
Με τα 64 bit επίσης, επιτυγχάνουμε αύξηση του μέγιστου
ορίου μνήμης που μπορεί να διαχειριστεί ο υπολογιστής
από 232 byte (4 GB) στα 264 byte (17.179.869.184 GB) ή
16 exabyte. Άρα, δεν θα υπάρχει ποτέ πρόβλημα έλλειψης
μνήμης.
Η επεξεργασία δεδομένων έχει σαν σκοπό τη συλλογή, την
ταξινόμηση, την καταχώριση, τη μεταβολή, την αποθήκευση,
την αναζήτηση και την ανάκτηση δεδομένων με ή χωρίς τη
βοήθεια υπολογιστή για την παραγωγή πληροφοριών.
 |
Η κύρια μνήμη
Είναι το μέρος στο οποίο ο υπολογιστής κρατά τις
πληροφορίες και τα δεδομένα που χρειάζεται για τη
λειτουργία του και την επεξεργασία των δεδομένων.
Αποτελείται από δύο βασικά μέρη :
ROM-BIOS (Read Only Memory-Basic Input Output System):
Όταν ανοίγετε τον διακόπτη του Η/Υ, ένα ηλεκτρικό σήμα
ακολουθεί ένα μόνιμα προγραμματισμένο μονοπάτι προς τον
Επεξεργαστή, για να καθαρίσει όσα δεδομένα έχουν
παραμείνει στους εσωτερικούς καταχωρητές μνήμης από την
προηγούμενη χρήση. Στη συνέχεια χρησιμοποιεί τη
διεύθυνση, για να βρει και ενεργοποιήσει το πρόγραμμα
ROM-BIOS, το οποίο με τη σειρά του αρχίζει τον έλεγχο
του συστήματος POST (Power-On Self-Test). Ο Επεξεργαστής
ελέγχει πρώτα τον εαυτό του και στη συνέχεια ελέγχει
όλες τις επιμέρους μονάδες του συστήματος και, αφού όλα
βρεθούν καλώς, αρχίζει η φόρτωση του Λειτουργικού
Συστήματος στη μνήμη RAM. Η μνήμη ROM-BIOS αποτελείται
από ένα προγραμματιζόμενο chip που αποκτά το περιεχόμενό
της από τον κατασκευαστή της και δε χάνει σχεδόν ποτέ τα
περιεχόμενά της.
Ολοκληρωμένα κυκλώματα μνήμης RAM
RAM (Random Access Memory, Μνήμη Τυχαίας Προσπέλασης):
Για να λειτουργήσει ο υπολογιστής σας με μεγάλη
ταχύτητα, πρέπει ο επεξεργαστής να διαβάζει και να
αποθηκεύει τα δεδομένα με ταχύτητα ανάλογη της
λειτουργίας του. Γι’ αυτό πρέπει να μετακινήσει
προγράμματα από την περιφερειακή μνήμη (Δίσκο, δισκέτα,
CD) στην κύρια μνήμη. Επίσης, και τα δεδομένα που
χρησιμοποιούν αυτά τα προγράμματα, έστω και στιγμιαία,
πρέπει να αποθηκευτούν στη μνήμη, πριν το Λογισμικό
χρησιμοποιήσει τον Επεξεργαστή που θα διαχειριστεί αυτά
τα δεδομένα. Τα περιεχόμενά της χάνονται, όταν σβήσετε
τον υπολογιστή. Η χωρητικότητα της μνήμης RAM μετριέται
σε MB
|
|
|
Τι σημαίνει όμως
“τυχαία προσπέλαση”; Γενικά, υπάρχουν δύο τρόποι
προσπέλασης δεδομένων: Ο ένας είναι ο σειριακός
τρόπος προσπέλασης. Δηλαδή, όταν θέλουμε να
εντοπίσουμε τη θέση κάποιου στοιχείου, ξεκινάμε
από την αρχή και περνάμε με τη σειρά έναν έναν
τους χώρους αποθήκευσης, ώσπου να το
συναντήσουμε. Ένα παράδειγμα σειριακής
προσπέλασης δεδομένων μας δίνει το κασετόφωνο:
για να βρούμε το πέμπτο τραγούδι σε μια κασέτα,
πρέπει να ξεκινήσουμε από το πρώτο τραγούδι και
να περάσουμε και από τα τέσσερα τραγούδια.
Ο δεύτερος τρόπος προσπέλασης είναι η τυχαία
προσπέλαση. Αυτό σημαίνει απλώς ότι για να
βρούμε κάτι πηγαίνουμε κατευθείαν στη θέση που
είναι αποθηκευμένο, χωρίς
να χρειάζεται να περάσουμε από όλα τα
προηγούμενα. Ένα παράδειγμα τέτοιας αναζήτησης
μας προσφέρει το CD-Player: μπορούμε να πάμε
κατευθείαν στο πέμπτο τραγούδι ενός CD, χωρίς να
χρειαστεί να περάσουμε από τα τέσσερα
προηγούμενα τραγούδια.
|
|
|
Περιφερειακές
συσκευές και περιφερειακή μνήμη
Οι μονάδες, που είναι επιφορτισμένες με την επικοινωνία
του χρήστη και των κύριων μονάδων του υπολογιστή,
(κύριες μονάδες θεωρούνται ο επεξεργαστής και η μνήμη)
ονομάζονται περιφερειακές μονάδες. Αυτές είναι οι
μονάδες εισόδου και εξόδου καθώς και οι μονάδες
βοηθητικής μνήμης.
Πληκτρολόγιο
Το πληκτρολόγιο (keyboard) είναι η βασική και πιο
διαδεδομένη μονάδα εισόδου του υπολογιστή. Με το
πληκτρολόγιο εισάγουμε τα δεδομένα της εργασίας μας,
δίνουμε εντολές, συμπληρώνουμε φόρμες στοιχείων κλπ..
Χρησιμοποιείται όπως η γραφομηχανή, αλλά ταυτόχρονα έχει
περισσότερα πλήκτρα και λειτουργίες, είναι αθόρυβο και
πιο ελαφρύ. |
Ποντίκι
Σαν ιδέα ξεκίνησε από την επιθυμία να βάλουμε το χέρι
μας μέσα στον υπολογιστή για να δείξουμε κάτι. Τώρα
πλέον, αυτή η μονάδα κατάδειξης σημείου θεωρείται η
προέκταση του χεριού μας. Από το σχήμα του και από το
καλώδιό του που έμοιαζε με ουρά ονομάσθηκε mouse
(ποντίκι). Πρώτη η Apple έκανε το ποντίκι απαραίτητο
στους Macintosh υπολογιστές της και με την αλματώδη
ανάπτυξη των Windows, έγινε απαραίτητο εξάρτημα για όλα
τα PC. Το ποντίκι διευκολύνει την επικοινωνία του χρήστη
με τον υπολογιστή. Παρουσιάζεται στην οθόνη συνήθως με
τη μορφή μικρού βέλους, που ονομάζεται δείκτης του
ποντικιού. Η μετακίνηση του ποντικιού σε μια σταθερή
επιφάνεια έχει ως αποτέλεσμα τη μετακίνηση του δείκτη
στην οθόνη. Το αριστερό πλήκτρο γίνεται το πλήκτρο
επιλογής με το πάτημά του (κλικ). |
Πληκτρολόγιο |
Ποντίκι |
 |
Μητρική
πλακέτα (Motherboard)
Η μητρική είναι η κύρια πλακέτα του υπολογιστή. Ο
επεξεργαστής, η κάρτα γραφικών και οι διάφορες κάρτες
επέκτασης του υπολογιστή βρίσκονται πάνω της.
Η οθόνη (screen ή display):
αποτελεί το βασικότερο μέσο επικοινωνίας του υπολογιστή
με το χρήστη και χρησιμοποιείται συνήθως σαν η
προκαθορισμένη μονάδα εξόδου πληροφοριών. Είναι παρόμοια
με την οθόνη της οικιακής τηλεόρασης αλλά πολύ καλύτερη,
αφού οι απαιτήσεις σε ευκρίνεια, καθαρότητα και
γεωμετρία είναι υψηλότερες. Οι κατηγορίες οθονών που
έχουν επικρατήσει στο χώρο των υπολογιστών είναι οι
οθόνες καθοδικού σωλήνα και οι οθόνες υγρών κρυστάλλων.
Οθόνες καθοδικού σωλήνα:Ονομάζονται
έτσι γιατί το κυριότερο στοιχείο τους είναι ένας
καθοδικός σωλήνας (Cathodic Ray tube - CRT) . Οι οθόνες
αυτές αποτελούνται από ένα σωλήνα καθοδικών ακτινών, που
στη μία άκρη του έχει τρία ηλεκτρονικά πυροβόλα, ένα για
κάθε βασικό χρώμα, ενώ στην άλλη μία οθόνη. Η επιφάνεια
της οθόνης αποτελείται από ένα στρώμα φωσφορίζοντος
υλικού. Τα ηλεκτρόνια που εκπέμπουν τα πυροβόλα πέφτουν
στην οθόνη με τη βοήθεια ενός πλέγματος. Στο σημείο που
πέφτουν διεγείρεται το φωσφορίζον υλικό και ανάλογα με
τη δέσμη παράγει κόκκινο, πράσινο ή μπλε φως. Οι τρεις
δέσμες πρέπει να συγκλίνουν στο ίδιο ακριβώς σημείο,
έτσι ώστε αυτό να έχει το ζητούμενο χρώμα. Το μέγεθος της
οθόνης καθορίζεται από το μήκος της διαγωνίου και
μετριέται σε ίντσες (1 ίντσα=2,54 εκ.). Τα συνηθισμένα
μεγέθη είναι αυτά των 15 και 17 ιντσών, αλλά σε
εργασίες, όπως η επεξεργασία εικόνας, χρησιμοποιούνται
οθόνες 20, 21 ή και περισσότερων ιντσών.
|
Τα βασικά χαρακτηριστικά μιας οθόνης είναι:
1. Το μέγεθός της (το μήκος της διαγωνίου της σε
ίντσες)
2. Η ανάλυσή της, δηλαδή το πλήθος των pixel που
χρησιμοποιούνται για την αναπαράσταση μιας
εικόνας (οριζόντια Χ κάθετα pixel)
3. Η κατακόρυφη συχνότητα, δηλαδή ο ρυθμός
ανανέωσης της εικόνας (Hz)
4. Το πλήθος των χρωμάτων που μπορεί να
απεικονίσει
5. Η ποσότητα ακτινοβολίας που εκπέμπει. |
Η διακριτική ικανότητα (Ανάλυση) μιας
οθόνης μετριέται με το γινόμενο του αριθμού των
εικονοστοιχείων (pixel) της οριζόντιας διάστασης
επί τον αριθμό των εικονοστοιχείων της
κατακόρυφης διάστασης. Συνηθισμένες τιμές
ανάλυσης είναι 1024x768, 1280x1024 pixel κ.λπ..
Η κατακόρυφη συχνότητα δηλώνει το ρυθμό
ανανέωσης της εικόνας (refresh rate), μετριέται
σε κύκλους ανά δευτερόλεπτο(Hz). Σε μια οθόνη με
ρυθμό ανανέωσης 100 HZ, η εικόνα ανανεώνεται 100
φορές το δευτερόλεπτο. Ο ρυθμός ανανέωσης
σχετίζεται με τη σταθερότητα της εικόνας. Όσο
μεγαλύτερη είναι η συχνότητα τόσο πιο σταθερή
είναι η εικόνα. |
Οθόνες υγρών κρυστάλλων
(Liquid crystal displays - LCDs): εμφανίστηκαν, κυρίως,
στους φορητούς υπολογιστές και στα ψηφιακά ρολόγια.
Είναι λεπτές επίπεδες οθόνες που καταλαμβάνουν μικρότερο
χώρο, επίσης είναι ελαφριές αλλά έχουν υψηλότερο κόστος
από τις οθόνες CRT.
Μια οθόνη υγρών κρυστάλλων αποτελείται από δύο φύλλα,
κατασκευασμένα από υλικό που μπορεί να πολωθεί, μεταξύ
των οποίων υπάρχει διάλυμα υγρών κρυστάλλων. Οι
κρύσταλλοι στοιχίζονται με τέτοιο τρόπο, ώστε το φως να
μην μπορεί να περάσει ανάμεσά τους. Κάθε κρύσταλλος
επομένως, λειτουργεί ως ένα κλείστρο που επιτρέπει ή
εμποδίζει το φως να περάσει.
Μονάδες Βοηθητικής μνήμης
Η βοηθητική μνήμη χρησιμοποιείται για τη μακροπρόθεσμη
αποθήκευση των πληροφοριών. Οι πληροφορίες αποθηκεύονται
στη βοηθητική μνήμη σε σύνολα δεδομένων, που είναι
γνωστά ως αρχεία (files). Με τον τρόπο αυτό οι
πληροφορίες μας μένουν αναλλοίωτες και μπορούμε, όταν
κρίνεται αναγκαίο, να τις ανακαλέσουμε, για να τις
συμπληρώσουμε, να τις διορθώσουμε κλπ.. Οι κυριότερες
μονάδες βοηθητικής μνήμης είναι αυτές των μαγνητικών
δίσκων, που χρησιμοποιούνται συνήθως εξ' ορισμού σε έναν
υπολογιστή, και αυτές των οπτικών δίσκων.
Μονάδες Μαγνητικών Δίσκων
Οι μονάδες μαγνητικών δίσκων αποτελούνται από δίσκους
που είναι επικαλυμμένοι με μαγνητικό υλικό και
περιστρέφονται γύρω από έναν κοινό άξονα. Η επιφάνεια
ενός μαγνητικού δίσκου αποτελείται από ομόκεντρους
κύκλους ή τροχιές (tracks), όπως ο δίσκος βινιλίου του
πικάπ, και κάθε τροχιά χωρίζεται σε κυκλικά τόξα ή
περιοχές που ονομάζονται τομείς (sectors). Κάθε τομέας
έχει σταθερό μέγεθος που κυμαίνεται από 512 bytes έως
και 32 KB ή περισσότερο. Τα δεδομένα αποθηκεύονται σε
τομείς του δίσκου που ονομάζονται ενότητες (blocks). Στο
σύνολο των μαγνητικών δίσκων, οι αντίστοιχες τροχιές από
κάθε δίσκο ορίζουν ένα κύλινδρο (cylinder). Οι
μαγνητικοί δίσκοι χωρίζονται σε σκληρούς δίσκους και σε
εύκαμπτες δισκέτες.
|
Οι σκληροί δίσκοι (Hard Disks)
είναι το κυριότερο μέσο
αποθήκευσης στους σημερινούς υπολογιστές και
αποτελούνται από δύο ή περισσότερους ομοαξονικούς
μαγνητικούς δίσκους που περιστρέφονται συγχρόνως γύρω
από έναν κοινό άξονα. Οι δίσκοι κατασκευάζονται από
Σκληρός δίσκος μεταλλικό ή κεραμικό κράμα, ελαφρύ και
ανθεκτικό στις θερμοκρασίες. Στις εξωτερικές επιφάνειες
των δίσκων υπάρχει επικάλυψη με μαγνητικό υλικό. Οι
κεφαλές ανάγνωσης / εγγραφής είναι συνήθως μία για κάθε
πλευρά του δίσκου και βρίσκονται σε μικρή απόσταση από
την επιφάνειά του για μεγαλύτερη ταχύτητα. Η
χωρητικότητα ενός δίσκου ξεκίνησε να μετριέται σε MB
(Megabyte), ενώ σήμερα πια μετριέται σε GB (Gigabyte).
Για την προσπέλαση των δεδομένων στο σκληρό δίσκο,
υπάρχει μια μοναδική διεύθυνση για κάθε τομέα, όπως και
στην κύρια μνήμη. |
Οπτικοί δίσκοι
Οι οπτικοί δίσκοι (Compact disks) έχουν χαρακτηριστικό
τη μεγάλη χωρητικότητα και είναι τα τελευταία χρόνια οι
πλέον διαδεδομένοι στη χρήση κυρίως πολυμεσικών
εφαρμογών και βάσεων δεδομένων, όπως για παράδειγμα μια
ψηφιακή εγκυκλοπαίδεια. Οι οπτικοί δίσκοι είναι
ιδιαίτερα ανθεκτικοί, χάρη στο στρώμα πλαστικού από το
οποίο καλύπτονται και χάρη στη δυνατότητα του συστήματος
ανάγνωσης να τους προστατεύει από τη φθορά, όσο συχνά
και αν χρησιμοποιούνται.
Η ταχύτητα προσπέλασης τους ξεκινά από τα 150 Kilobyte/sec, χαρακτηρίζεται ως «μονή ταχύτητα» και
εκφράζει την ταχύτητα ανάγνωσης ενός μουσικού CD. Σήμερα
έχει φτάσει να είναι 52 φορές μεγαλύτερη (52πλή δηλαδή
52x150 KB/s) και συνεχώς αυξάνεται.
Οι συσκευές ανάγνωσης των οπτικών δίσκων, όπως και οι
συσκευές των οπτικών δίσκων ήχου, λειτουργούν με μέτρηση
της ενέργειας που αντανακλάται από την επιφάνεια του
δίσκου, όταν σταλεί σε αυτή μία ακτίνα laser μικρής
ισχύος. Οι οπτικοί δίσκοι διακρίνονται σε CD-ROM, WORM,
CD-RW, DVD κ.α.
Τα CD-ROM είναι ο πιο διαδεδομένος τύπος οπτικών δίσκων.
Έχει διάμετρο 12 εκατοστά και τα δεδομένα του είναι
γραμμένα πάνω σε ειδικό στρώμα αλουμινίου που καλύπτεται
από πλαστικό. Η συνολική χωρητικότητά τους φτάνει τα
650-700 MB, όταν πρόκειται για CD δεδομένων, και τα
74-80 λεπτά, όταν πρόκειται για μουσικά CD. |
 |
 |
Δισκέτες
Οι δισκέτες (floppy disks) είναι το κύριο μέσο
αποθήκευσης για μεταφορά και φύλαξη μικρού όγκου
δεδομένων. Αποτελούνται από έναν εύκαμπτο πλαστικό δίσκο
πάνω στον οποίο υπάρχει επικάλυψη μαγνητικού υλικού. Το
εξωτερικό περίβλημα είναι πλαστικό και αρκετά ανθεκτικό,
για προστασία από τη σκόνη και την υγρασία. Χρήσιμες
επιφάνειες είναι και οι δύο στο δίσκο, ενώ η κεφαλή
ανάγνωσης / εγγραφής βρίσκεται σε απόσταση από την
επιφάνεια του μαγνητικού δίσκου. Η χωρητικότητα μιας
δισκέτας είναι:
• 1,44 MB για δισκέτες διαμέτρου 3,5 ιντσών και
• 1,2 MB για δισκέτες 5,25 ιντσών (που πλέον δε
χρησιμοποιούνται).
Άλλες μορφές οπτικών δίσκων.
Οι άλλες μορφές οπτικών δίσκων έχουν γενικά τα ίδια
χαρακτηριστικά, αλλά διαφέρουν κυρίως στο υλικό
κατασκευής το οποίο ποικίλλει ανάλογα με την τεχνολογία
ανάγνωσης και εγγραφής που είναι διαφορετική σε κάθε
κατηγορία. Τα βασικά γνωρίσματά τους παρουσιάζονται στον
παρακάτω πίνακα:
|
Όνομα |
Γνωρίσματα |
|
CD-ROM (Compact Disk
ROM) |
Μόνο
για διάβασμα |
|
WORM (Write Once Read
Many) |
Γράφεται μία φορά |
|
CD-RW
CD-ReWritable |
Μπορεί να γραφεί και να σβηστεί |
|
DVD (Digital Video Disk
ή Digital
Versatile Disk ή...)
|
Ιδιαίτερα μεγάλη χωρητικότητα |
Εκτυπωτές
Ο εκτυπωτής (printer) δίνει τη δυνατότητα να
αποτυπώνονται στο χαρτί τα δεδομένα που
είναι αποθηκευμένα στον υπολογιστή. Τυπώνει
κείμενα που έχουν δημιουργηθεί και
μορφοποιηθεί σε επεξεργαστές κειμένου, καθώς
και εικόνες και σχήματα που δημιουργήθηκαν
σε προγράμματα επεξεργασίας εικόνας,
οικονομικές καταστάσεις, αποδείξεις και
αριθμητικά δεδομένα που δημιουργήθηκαν σε
ένα υπολογιστικό φύλλο και γενικά ο,τι
μπορεί να δημιουργηθεί σε πρόγραμμα του
υπολογιστή και να τυπωθεί σε χαρτί.
Στην τελευταία δεκαετία η εξέλιξη της
τεχνολογίας των εκτυπωτών είναι ραγδαία και
εντυπωσιακή. Η τεχνολογία των laser κάνει
δυνατή την αναπαραγωγή εκτυπώσεων γραφικών
και εικόνων με εξαιρετική ποιότητα, κάτι που
ήταν αδύνατο πριν από μερικά χρόνια, ενώ
ακόμη και οι εκτυπωτές κοινής χρήσης με
ιδιαίτερα προσιτές τιμές προσεγγίζουν τις
επαγγελματικές εκτυπώσεις.
Οι εκτυπωτές χωρίζονται σε διάφορες
κατηγορίες. Όταν εξετάζουμε το σύστημα
εκτύπωσης που διαθέτουν διακρίνουμε τους:
• Κρουστικούς εκτυπωτές (Impact ή dot-matrix
printers)
• Εκτυπωτές ψεκασμού (Inkjet printers)
• Εκτυπωτές Laser (laser printers) |
Impact ή Dot
matrix |
InkJet |
Laser |
Κρουστικοί εκτυπωτές
Η λειτουργία των κρουστικών εκτυπωτών είναι παρόμοια με
αυτήν των γραφομηχανών. Μια κινούμενη πλαστική ή
μεταλλική κεφαλή, η οποία περιέχει ακίδες ή χαρακτήρες,
πιέζει μια μελανοταινία στο χαρτί του εκτυπωτή,
αφήνοντας το σχήμα του χαρακτήρα ή ίχνος μελανιού.
Στους κρουστικούς εκτυπωτές κυριάρχησε το μοντέλο που
είναι γνωστό με την ονομασία πίνακας ακίδων (dot matrix).
Κατά την εκτύπωση υπάρχει μια κινούμενη κεφαλή που
περιέχει μικροσκοπικές μεταλλικές ακίδες, που βρίσκονται
πολύ κοντά η μία στην άλλη, διατεταγμένες σε δύο σειρές.
Ανάμεσα στις ακίδες και το χαρτί υπάρχει η μελανοταινία.
Οι χαρακτήρες αποτυπώνονται στο χαρτί με το συνδυασμό
διαφορετικών χτυπημάτων των ακίδων στη μελανοταινία σε
προκαθορισμένες θέσεις, που αντιστοιχούν στο χαρακτήρα.
Θεωρητικά η ποιότητα της εκτύπωσης εξαρτάται τόσο από το
πλήθος των ακίδων της κεφαλής (9 ή 24), όσο και από τον
αριθμό των ακίδων που χρησιμοποιούνται ταυτόχρονα για
την εκτύπωση του ίδιου χαρακτήρα.
Οι εκτυπωτές στην κατηγορία αυτή είναι αργοί και
θορυβώδεις. Χρησιμοποιούνται, όταν δεν υπάρχουν υψηλές
ποιοτικές απαιτήσεις, γιατί η δαπάνη για την αγορά όσο
και για τα αναλώσιμα που χρησιμοποιούνται είναι χαμηλή.
Η ταχύτητα της εκτύπωσης στους κρουστικούς εκτυπωτές
μετριέται σε γραμμές ανά δευτερόλεπτο (lines per second
- lps).
Εκτυπωτές ψεκασμού μελάνης
Εκτυπωτές ψεκασμού μελάνης: μπορεί να είναι είτε
«ασπρόμαυροι» είτε «έγχρωμοι». Όπως και οι κρουστικοί
εκτυπωτές, περιέχουν μία κεφαλή εκτύπωσης που κινείται
οριζόντια πάνω στο χαρτί σχηματίζοντας την εκτύπωση
γραμμή — γραμμή. Η κεφαλή αυτή περιέχει ένα σύνολο
θαλάμων μελάνης που καταλήγουν σε μικροσκοπικές τρύπες,
τα ακροφύσια, που εκτοξεύουν απειροελάχιστες ποσότητες
μελάνης στο χαρτί, δημιουργώντας κουκίδες. Η έκχυση της
υγρής μελάνης πάνω στο χαρτί γίνεται συνήθως, αφού
θερμανθεί το μελάνι σε κάθε θάλαμο, μέσω κάποιας
αντίστασης. Η θερμότητα που αναπτύσσεται δημιουργεί
φυσαλίδα αερίου, η οποία σπρώχνει μία μικρή ποσότητα
μελάνης στο χαρτί μέσω του ακροφυσίου. Οι εκτυπωτές
ψεκασμού μελάνης έχουν βασικό πλεονέκτημα ότι
εξασφαλίζουν ταχύτητα και καλή ποιότητα έγχρωμης
εκτύπωσης χωρίς υψηλό κόστος. Σημαντικό μειονέκτημα όμως
είναι το ότι αλλοιώνεται συχνά η ευκρίνεια της
εκτύπωσης, εξαιτίας της ακρίβειας του σχήματος της
κουκίδας από τη μια και του ότι η ποιότητα του χαρτιού
από την άλλη μπορεί να επηρεάσει τη διάχυση της μελάνης
πάνω σ' αυτό. Τα αναλώσιμα που χρησιμοποιούν οι
εκτυπωτές αυτοί έχουν αυξημένο κόστος.
Εκτυπωτές Laser
Με τη χρήση της τεχνολογίας laser οι εκτυπωτές κατάφεραν
να διακρίνονται για εξαιρετικά καλή ποιότητα εκτύπωσης,
μεγάλη ευελιξία και σχετικά μεγάλη ταχύτητα εκτύπωσης.
Στις μέρες μας έχει μειωθεί αισθητά το κόστος των
«ασπρόμαυρων» εκτυπωτών laser, αφού πλησιάζει αυτό των
εκτυπωτών ψεκασμού, με αποτέλεσμα να χρησιμοποιούνται
όλο και περισσότερο.
Οι εκτυπωτές laser είναι εκτυπωτές σελίδας, δηλαδή
σχηματίζουν στη μνήμη τους την τελική εικόνα της σελίδας
γραμμή - γραμμή και μετά εκτυπώνουν.
Χρησιμοποιούν το ίδιο σύστημα με αυτό των φωτοτυπικών
μηχανών. Στο κέντρο του εκτυπωτή υπάρχει ένα τύμπανο (drum)
που περιστρέφεται με μεγάλη ακρίβεια. Στην αρχή του κάθε
κύκλου εκτύπωσης μιας (ολόκληρης) σελίδας το τύμπανο
αυτό φορτίζεται (περίπου στα 1000v) και καλύπτεται από
φωτοευαίσθητο υλικό. Κατόπιν το τύμπανο σαρώνεται κατά
μήκος μιας γραμμής από μια ακτίνα Laser, μέσω ενός
οκτάγωνου κατόπτρου που χρησιμοποιείται για το σκοπό
αυτό. Η ακτίνα Laser υφίσταται διαμόρφωση, για να
σχηματίσει μία σχηματομορφή (pattern) από σκοτεινά και
φωτεινά σημεία. Τα σημεία πάνω στα οποία πέφτει η ακτίνα
χάνουν το ηλεκτρικό τους φορτίο. Το τύμπανο κατόπιν
περιστρέφεται κατά ένα κλάσμα μιας μοίρας, για να
σχηματιστεί η επόμενη γραμμή. Τελικά, η κάθε γραμμή
φτάνει στο κουτί (toner) που περιέχει γραφίτη, μια
ηλεκτροστατικά ευαίσθητη μαύρη σκόνη. Το τόνερ που
έλκεται από τα φορτισμένα σημεία της επιφάνειας του
τύμπανου σχηματίζει μια γραμμή πάνω στο τύμπανο. Λίγο
αργότερα, το τύμπανο ακουμπά στο χαρτί εκτύπωσης
μεταφέροντας το γραφίτη. Το χαρτί κατόπιν περνά από
θερμαινόμενα ροδάκια που κάνουν τη σκόνη να
σταθεροποιείται μόνιμα σ' αυτό. Στο τέλος, το τύμπανο
εκφορτίζεται, για να είναι έτοιμο για την επόμενη
εκτύπωση σελίδας. Στους έγχρωμους εκτυπωτές Laser, το
τύμπανο περιστρέφεται μια φορά για κάθε βασικό χρώμα,
γι’αυτό και η ταχύτητα έγχρωμης εκτύπωσης είναι
σημαντικά μικρότερη (4-5 φορές).
|
Ο Σχεδιογράφος
(plotter):
Είναι μια
ειδική εκτυπωτική μηχανή που χρησιμοποιεί
μαρκαδόρους για να εκτυπώσει. Είναι ένα
απαραίτητο εργαλείο για πολιτικούς μηχανικούς,
σχεδιαστές και αρχιτέκτονες. Μπορεί να εκτυπώσει
αφίσες αλλά και οποιοδήποτε οικοδομικό και
μηχανολογικό σχέδιο μεγάλων διαστάσεων (συνήθως
μέχρι μέγεθος Α1, 59,4x84,1cm). Διακρίνονται σε
επιδαπέδιους και επιτραπέζιους. Οι επιδαπέδιοι
μπορούν να εκτυπώσουν σε χαρτί σταθερού πλάτους
και απεριόριστου μήκους.
|
Σαρωτής: Ο Σαρωτής (scanner) είναι ένα
από τα «μάτια» του υπολογιστή σας. Σας δίνει τη
δυνατότητα να μετατρέψετε μια ζωγραφιά ή μια
φωτογραφία σε ψηφιακή μορφή μέσω ενός
προγράμματος γραφικών και να τη δείτε στην οθόνη
σας. Στη συνέχεια, μπορείτε να την αναπαραγάγετε
ή και να την τροποποιήσετε. Επίσης, μπορεί να
«δει» κείμενο σαν εικόνα και να το μετατρέψει
πάλι σε κείμενο για επεξεργασία, μέσω ενός
ειδικού προγράμματος, ικανού για «οπτική
αναγνώριση χαρακτήρων» (OCR – Optical Character
Recognition).
Επιτραπέζιοι σαρωτές
Στην κατηγορία αυτή η προς σάρωση επιφάνεια
τοποθετείται πάνω στην κρυσταλλική επιφάνεια και
η διαδικασία σάρωσης εκτελείται ανάλογα με αυτή
του φωτοτυπικού. Οι επιτραπέζιοι σαρωτές ρίχνουν
μια δέσμη φωτός πάνω στην προς σάρωση επιφάνεια
και μετρούν το ανακλώμενο φως.
Σαρωτές χειρός
Η κατηγορία αυτή περιλαμβάνει μικρές συσκευές
που έχουν περιορισμένες δυνατότητες ως προς το
μέγεθος της επιφάνειας που σαρώνεται. Φέρουν μια
κεφαλή σάρωσης την οποία μετακινούμε προσεκτικά
πάνω από την επιφάνεια που θέλουμε να μετατραπεί
σε ψηφιακή.
|
Modem: Το
Modem είναι η συσκευή που δίνει τη δυνατότητα σε
δύο υπολογιστές να επικοινωνήσουν μεταξύ τους,
μέσω μιας απλής τηλεφωνικής γραμμής. Το PC σας
είναι μια ψηφιακή συσκευή. Το τηλεφωνικό σύστημα
είναι αναλογικό. Το modem είναι η γέφυρα μεταξύ
ψηφιακών και αναλογικών σημάτων. Μετατρέπει τα
ψηφιακά σήματα του υπολογιστή σε αναλογικά
σήματα, Κωδικοποίηση (Modulate), μεταβάλλοντας
τη συχνότητα των ηλεκτρονικών κυμάτων,
προκειμένου να περάσουν μέσα από τα τηλεφωνικά
καλώδια. Στην άλλη άκρη της τηλεφωνικής
σύνδεσης, κάνει ακριβώς το αντίθετο,
Αποκωδικοποίηση (Demodulate), μετατρέπει τα
αναλογικά σήματα πάλι σε ψηφιακό κώδικα. Οι δύο
αυτοί όροι (Modulate) και (DEModulate) δίνουν το
όνομά του.
Διακρίνονται σε:
• Εξωτερικά, δηλαδή αυτόνομες συσκευές ή
• Εσωτερικά, οπότε προσαρμόζονται στην μητρική
πλακέτα του υπολογιστή
Ένα από τα βασικά χαρακτηριστικά του modem είναι
η ταχύτητα του που εκφράζεται σε «bps», δηλαδή
σε bits το δευτερόλεπτο. Συνηθισμένες ταχύτητες
σήμερα είναι 33600 και 56000 bps.
|
 |
 |
 |
Κάρτα Δικτύου: Η Κάρτα δικτύου (Network
Interface Card) είναι το βασικότερο μέσο διασύνδεσης των
υπολογιστών σε δίκτυο. Τοποθετείται σε κάποια υποδοχή (Slot
επέκτασης) της μητρικής πλακέτας. Σε συνδυασμό με τα
πρωτόκολλα δικτύου και το απαραίτητο λογισμικό, αποτελεί
το σίγουρο τρόπο διακίνησης των πληροφοριών μέσα στο
τοπικό δίκτυο
Κάρτα Ήχου: Είναι ένα ψηφιακό κύκλωμα που
μας δίνει τη δυνατότητα εισαγωγής και αναπαραγωγής
αναλογικού ήχου και ψηφιακού ήχου, ακόμα και να ακούμε
μουσική δίνοντας μόνο στον υπολογιστή τις νότες και
λέγοντάς του σε ποιο όργανο αντιστοιχούν. Ένα μικρόφωνο
και ένα ζευγάρι ηχεία ή ακουστικά συνδέονται στην κάρτα
ήχου, επεκτείνοντας σημαντικά τις δυνατότητες του
υπολογιστή μας, με τη διαχείριση εισερχόμενου και
εξερχόμενου ήχου.
Κάρτα
Video: Είναι ένα ψηφιακό κύκλωμα που μας
δίνει τη δυνατότητα εισαγωγής βίντεο από
αναλογικό video στο PC. Μερικές κάρτες δίνουν
και δυνατότητα εξαγωγής σήματος σε αναλογικό
video. Ορισμένες από αυτές διαθέτουν και
τηλεοπτικό δέκτη (tuner) για παρακολούθηση
τηλεόρασης στο PC. Όμως υπάρχουν και άλλου
είδους κάρτες που μας δίνουν τη δυνατότητα,
εκτός από το να δούμε τηλεόραση στο PC, να
ακούσουμε ραδιόφωνο και να το χρησιμοποιήσουμε
σαν ένα συμβατικό βίντεο.
|
Ψηφιακή Φωτογραφική Μηχανή: Είναι
φωτογραφικές μηχανές που, αντί να χρησιμοποιούν
φιλμ για την αποθήκευση της φωτογραφίας, την
αποθηκεύουν απευθείας σε ψηφιακή συμπιεσμένη
μορφή. Με ανάλυση μεγαλύτερη από 2048x1536 pixel,
έχουν ποιότητα ίδια με αυτή των φωτογραφικών
μηχανών με φιλμ, ίσως και καλύτερη. Το
πλεονέκτημα είναι η άμεση μεταφορά των
φωτογραφιών στο PC με ό,τι αυτό συνεπάγεται
(μοντάζ, άμεση εκτύπωση…).
|
Ψηφιακή Βιντεοκάμερα και Web κάμερα:
Είναι κάμερες που διαθέτουν κωδικοποιητή /
αποκωδικοποιητή σε επίπεδο υλικού, για να
παράγουν και να αποθηκεύουν ψηφιακό βίντεο (Digital
Video) σε κασέτα ή στο PC. Η ταχύτητα μεταφοράς
των δεδομένων από την ψηφιακή βιντεοκάμερα στο
PC είναι της τάξης των 3,75 ΜΒ/sec. Οι πλέον
σύγχρονες σας δίνουν τη δυνατότητα για τη λήψη
φωτογραφιών, έχουν τιτλέζα και δυνατότητα
αποθήκευσης σε DVD.
|
 |
 |
 |
|
