Ο υπολογιστής είναι μία συσκευή η λειτουργία της οποίας βασίζεται στην τεχνολογία των ηλεκτρονικών και έχει ως βασικό σκοπό της την επεξεργασία δεδομένων. Με τον όρο υπολογιστικό σύστημα (ή υπολογιστής) συνήθως αναφερόμαστε σε μία ηλεκτρονική συσκευή η οποία αποτελείται από δύο μέρη:
Το Υλικό (Hardware), που είναι όλα εκείνα τα εξαρτήματα (ηλεκτρονικά π.χ. αντιστάσεις, πυκνωτές, τρανζίστορ κλπ., ηλεκτρικά π.χ. καλώδια, διακόπτες, μοτέρ κλπ. και μηχανολογικά π.χ. το κουτί, το CD-ROM κλπ.) , από το πιο μικρό έως το πιο μεγάλο, που συνθέτουν τον υπολογιστή και που μπορούμε να τα δούμε και να τα αγγίξουμε.
Το Λογισμικό (Software), που είναι όλα εκείνα τα προγράμματα, που περιέχουν εντολές – οδηγίες χειρισμού των δεδομένων – πληροφοριών, σε γλώσσα μηχανής – κατανοητή για τον υπολογιστή – και που εμείς δεν μπορούμε να τα αγγίξουμε, αλλά βλέπουμε συνήθως το αποτέλεσμά τους είτε στην οθόνη του υπολογιστή, είτε σε κάποια άλλη συσκευή.
το Λειτουργικό Σύστημα (ένα απαραίτητο βασικό πρόγραμμα για τη λειτουργία του υπολογιστή)
και οι Εφαρμογές (λογισμικό που χρησιμοποιείται για την επεξεργασία δεδομένων, ή για την υλοποίηση κάποιας εργασίας
Εικόνα: Συστατικά μέρη ενός υπολογιστικού συστήματος
1.1.1 Κατηγορίες Υπολογιστικών Συστημάτων
Υπερυπολογιστές (Super-Computers): είναι οι πιο ισχυροί υπολογιστές στον κόσμο.
Εικόνα: Ο υπερυπολογιστής Frontier
Μεγάλα Συστήματα (Mainframes): Με το όρο mainframes αναφερόμαστε σε ισχυρούς υπολογιστές που χρησιμοποιούνται κυρίως από μεγάλες επιχειρήσεις, βιομηχανίες και οργανισμούς.
Εικόνα: Mainframe z13 της IBM
Προσωπικοί Υπολογιστές (Personal Computers): Οι προσωπικοί υπολογιστές είναι η πιο ευρέως διαδεδομένη κατηγορία υπολογιστών γενικού σκοπού. Είναι οι υπολογιστές που υπάρχουν σχεδόν σε κάθε σπίτι, γραφείο, σχολείο ή επιχείρηση.
Υπολογιστές ενσωματωμένοι ειδικού σκοπού: Σήμερα οι περισσότερες συσκευές (οικιακές ή μη) ενσωματώνουν υπολογιστές που εξυπηρετούν λειτουργίες ειδικού σκοπού.
Η αρχιτεκτονική αυτή, η οποία διατυπώθηκε το 1945 από τον μαθηματικό και φυσικό John Von Neumann, περιγράφει τον αρχιτεκτονικό σχεδιασμό για έναν ψηφιακό υπολογιστή η οποία πήρε την αρχική ιδέα από την λειτουργία του ανθρώπινου εγκεφάλου.
Εικόνα: Σχηματική αναπαράσταση της Αρχιτεκτονικής Von Neumman
Βασικές Αρχές Αρχιτεκτονικής Η/Υ (γενικού σκοπού)
1️⃣Κάθε υπολογιστής αποτελείται από τις εξής κύριες μονάδες: Τη Μονάδα Ελέγχου για τον έλεγχο της εκτέλεσης των εντολών, την Αριθμητική και Λογική Μονάδα για την εκτέλεση των αριθμητικών και των λογικών πράξεων, τη Μονάδα Μνήμης για την αποθήκευση των δεδομένων, των εντολών του προγράμματος και των ενδιάμεσων αποτελεσμάτων της εκτέλεσης των πράξεων, μια Μονάδα Εισόδου και μια Μονάδα Εξόδου για την επικοινωνία με τον χειριστή του.
2️⃣Τα δεδομένα και οι εντολές που πρόκειται να εκτελεστούν πρέπει προηγουμένως να έχουν τοποθετηθεί μέσα στη μνήμη.
3️⃣Τα δεδομένα και οι εντολές πρέπει να είναι κωδικοποιημένα σε ένα κοινό σύστημα, το οποίο είναι το δυαδικό σύστημα.
4️⃣Οι 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 .
Ο προσωπικός ηλεκτρονικός υπολογιστής ή PC είναι η κατηγορία εκείνη των υπολογιστικών συστημάτων, που είναι πιο διαδεδομένα λόγω του ότι, τα χρησιμοποιούμε πολύ συχνά σήμερα στην εργασία μας, στο σπίτι μας ή σε οποιονδήποτε άλλο χώρο, αν πρόκειται για ένα φορητό προσωπικό υπολογιστή (laptop, notebook, netbook).
Ένα PC σήμερα αποτελείται από τα παρακάτω βασικά μέρη:
Μία κεντρική μονάδα ή ΚΜ(Central Unit) που περιέχει όλο εκείνο το υλικό που σχετίζεται με την επεξεργασία ή την αποθήκευση των δεδομένων.
Ένα πληκτρολόγιο (keyboard), για είσοδο δεδομένων και εντολών – οδηγιών ελέγχου και χειρισμού,
Μία οθόνη (monitor), για έξοδο αποτελεσμάτων,
Και τέλος ένα ποντίκι (mouse), για εύκολη είσοδο εντολών ελέγχου και χειρισμού σε λογισμικό με γραφικό περιβάλλον (π.χ. windows, linux).
1.2.1 Βασικές Μονάδες Προσωπικού Υπολογιστή
1.2.1.1 Κεντρική Μονάδα
Επεξεργαστής:
Εικόνα: Επεξεργαστής
Ο Επεξεργαστής (processor) ή αλλιώς Κεντρική Μονάδα Επεξεργασία – ΚΜΕ (Central Processing Unit – CPU) είναι το βασικότερο τμήμα ενός υπολογιστή και θεωρείται ο «εγκέφαλος» ενός υπολογιστή.
Ο επεξεργαστής βρίσκεται συνήθως επάνω στην μητρική πλακέτα (motherboard) τοποθετημένος στη βάση (socket) επεξεργαστή.
Ο επεξεργαστής επικοινωνεί με τις υπόλοιπες μονάδες του υπολογιστή μέσω του διαύλου συστήματος (System Bus ή Front Side Bus – FSB). Ο δίαυλος συστήματος αποτελείται από ένα σύνολο ξεχωριστών διαύλων, ταξινομημένους σύμφωνα με την λειτουργία τους. Οι δίαυλοι αυτοί είναι: ο δίαυλος δεδομένων (data bus), ο δίαυλος διευθύνσεων (address bus) και ο δίαυλος ελέγχου (control bus).
Ταχύτητα ή συχνότητα λειτουργίας διαύλου συστήματος – FSB
Εύρος διαύλου δεδομένων
Εύρος διαύλου διευθύνσεων
Τάση λειτουργίας
Γνωστές εταιρίες που δραστηριοποιούντα στο χώρο κατασκευής επεξεργαστώννIntel, AMD
Μητρική Πλακέτα
Εικόνα: Μητρική Πλακέτα
Η μητρική πλακέτα (motherboard) ή μητρική πλακέτα συστήματος, είναι συνήθως το μεγαλύτερο εξάρτημα, στο εσωτερικό της ΚΜ ενός υπολογιστή. Πρόκειται για ένα παραλληλόγραμμο τυπωμένο κύκλωμα.
Βάση επεξεργαστή (cpu socket):
Εικόνα: Θέση Επεξεργαστή πάνω στην Μητρική Πλακέτα Η/Υ (άποψη 01)Εικόνα: Θέση Επεξεργαστή πάνω στην Μητρική Πλακέτα Η/Υ (άποψη 02)
Είναι η θέση (βάση) της μητρικής πλακέτας επάνω στην οποία τοποθετείται ο επεξεργαστής. Το socket είναι υπεύθυνο για την τροφοδοσία με ρεύμα του επεξεργαστή καθώς επίσης και για την σύνδεση του επεξεργαστή με τις υπόλοιπες μονάδες. Το socket είναι τυποποιημένο έτσι ώστε να δέχεται επεξεργαστές της ίδιας αρχιτεκτονικής για τους οποίους έχει σχεδιαστεί η μητρική.
Βασικά Χαρακτηριστικά Επεξεργαστών
Αριθμός Πυρήνων (Cores number): Τα σύγχρονα λειτουργικά συστήματα που υποστηρίζουν πολυπύρηνους επεξεργαστές και παράλληλη επεξεργασία, αναθέτουν ταυτόχρονα προς εκτέλεση μία διεργασία στον κάθε πυρήνα του επεξεργαστή, με αποτέλεσμα την ταχύτατη και ταυτόχρονη διεκπεραίωση διεργασιών. H συνολική απόδοση ενός συστήματος αυξάνεται, όσο αυξάνουμε τον αριθμό των πυρήνων.
Συχνότητα λειτουργίας (CPU Clock Rate): Οι επεξεργαστές εκτελούν διαδοχικές στοιχειώδεις λειτουργίες με τη χρήση ενός ηλεκτρικού σήματος τετραγωνικού παλμού. Αυτό το ηλεκτρικό σήμα συγχρονισμού καλείται σήμα ρολογιού, επειδή παράγεται εξωτερικά του επεξεργαστή, από ένα ταλαντωτή που ονομάζεται ρολόι (clock). Ο χρόνος που χρειάζεται το ρολόι για να μεταπηδήσει από το μηδέν στο ένα και πίσω στο μηδέν, ονομάζεται περίοδος ή κύκλος του ρολογιού.
Σχήμα: Περίοδος ή κύκλος του ρολογιού
Η συχνότητα με την οποία γίνεται αυτή η εναλλαγή ονομάζεται συχνότητα ρολογιού ή συχνότητα λειτουργίας και μετριέται σε Hertz (Hz). Ο κύκλος ρολογιού είναι το μικρότερο χρονικό διάστημα στο οποίο ο επεξεργαστής μπορεί να εκτελέσει μια λειτουργία.
Εικόνα: . Επεξεργαστής της INTEL με αναγραφόμενη συχνότητα λειτουργίας τα 3.40 GHZ
Chipset
Εικόνα: Διάγραμμα επικοινωνίας Northbridge και Southbridge με τις υπόλοιπες μονάδες του υπολογιστή
Το Chipset είναι ένα ολοκληρωμένο (chip) το οποίο είναι υπεύθυνο για την επικοινωνία του επεξεργαστή, της κύριας μνήμης και των λοιπών περιφερειακών συσκευών.
Βόρειο chip (Northbridge): διαχειρίζεται τον επεξεργαστή, τη μνήμη RAM και την κάρτα γραφικών (AGP/PCIe).
Νότιο chip (Southbridge):(γνωστό και ως γέφυρα southbridge) διαχειρίζεται πιο «αργές» συσκευές, όπως USB, SATA, IDE, δίκτυο, ήχο, PCI κ.λπ.
⏯️[Βίντεο] Πως φτιάχνεται ένας επεξεργαστής
Υποδοχές για αρθρώματα μνήμης RAM (RAM memory slots):
Εικόνα: Θέση Μνήμης RAM στην Μητρική Πλακέτα
Είναι υποδοχές σαν κι αυτές που φαίνονται στην εικόνα παρακάτω. Σε αυτές συνδέονται τα αρθρώματα μνήμης RAM (επόμενη ενότητα).
Υποδοχές διασύνδεσης περιφερειακών συσκευών αποθήκευσης τύπου ATA/IDE, SATA:
Εικόνα: Υποδοχή ATA/IDE στην Μητρική ΠλακέταΕικόνα: Υποδοχή SATA στην Μητρική Πλακέτα
Στις υποδοχές αυτές συνδέουμε χρησιμοποιώντας τα αντίστοιχα καλώδια, συσκευές μόνιμης αποθήκευσης δεδομένων και προγραμμάτων όπως σκληρούς δίσκους (μαγνητικούς ή στερεάς κατάστασης SSD) και οδηγούς οπτικών δίσκων.
Υποδοχή τροφοδοσίας (power connector):
Πρόκειται για την υποδοχή από την οποία παίρνει ενέργεια, από το τροφοδοτικό, η μητρική πλακέτα και κατά συνέπεια και όλες οι υπόλοιπες μονάδες που τροφοδοτούνται από αυτή (επεξεργαστής, μνήμη RAM, κάρτες επέκτασης κ.α).
Υποδοχές επέκτασης (expansion slots):
Είναι υποδοχές στις οποίες συνδέονται ειδικά διαμορφωμένα τυπωμένα κυκλώματα, που ονομάζονται κάρτες επέκτασης (expansion cards), με τις οποίες μπορούμε να επεκτείνουμε τη λειτουργικότητα του υπολογιστή μας.
Η μητρική πλακέτα, εκτός από τις εσωτερικές υποδοχές διασύνδεσης περιφερειακών συσκευών στο εσωτερικό της ΚΜ του υπολογιστή, διαθέτει και υποδοχές (θύρες) στις οποίες μπορούμε να συνδέσουμε και συσκευές που βρίσκονται στο εξωτερικό περιβάλλον της ΚΜ, για παράδειγμα το πληκτρολόγιο, το ποντίκι, έναν εκτυπωτή κλπ
Η κύρια ή κεντρική μνήμη (main ή central memory) είναι όπως ο επεξεργαστής, ένα από τα βασικότερα υλικά από τα οποία αποτελείται ένας υπολογιστής. Πρόκειται για ηλεκτρονικό κύκλωμα, που βρίσκεται μέσα στην κεντρική μονάδα του υπολογιστή και χρησιμοποιείται για την προσωρινή ή μόνιμη αποθήκευση (μνήμη ROM) των εντολών ενός προγράμματος, που εκτελείται ή που πρόκειται να εκτελεστεί, καθώς επίσης και των δεδομένων που θα επεξεργαστούν ή των δεδομένων που έχουν προκύψει από μία επεξεργασία.
Βασικά χαρακτηριστικά της κύριας μνήμης είναι:
Η χωρητικότητά (capacity), εκφράζει την ποσότητα των δεδομένων που μπορούν να αποθηκευτούν σε αυτή και μετριέται συνήθως σε Mega Bytes (MB) ή Giga Bytes (GB)
Χρόνος προσπέλασης ή υστέρηση (access time), εκφράζει το χρόνο (σε ns, -10-9 δισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου) που μεσολαβεί ανάμεσα στη στιγμή εκκίνησης μιας αίτησης για ένα byte ή λέξη από τη μνήμη, μέχρι αυτό να προσκομιστεί πραγματικά στον επεξεργαστή και να αποθηκευτεί σε κάποιον καταχωρητή του. Ο χρόνος αυτός μπορεί να θεωρηθεί ως το διάστημα από τη στιγμή που ζητείται μια διεύθυνση στη μνήμη μέχρι τη στιγμή που τα αντίστοιχα δεδομένα θα είναι διαθέσιμα για χρήση. Αποτελεί θεμελιώδες μέτρο ταχύτητας της μνήμης: όσο μικρότερη η υστέρηση τόσο μεγαλύτερη η ταχύτητα της μνήμης.
Για υπολογιστές γραφείου:
Για φορητούς υπολογιστές:
💪🏻Δραστηριότητα:
Πλοηγηθείτε στο ηλεκτρονικό κατάστημα e-shop.gr και βρείτε μία μνήμη 16 GB για λάπτοπ μέχρι 50€ .
Περιφερειακή Μνήμη (Δίσκος)
Με τον όρο περιφερειακή ή βοηθητική ή δευτερεύουσα μνήμη εννοούμε το σύνολο των περιφερειακών συσκευών αποθήκευσης όπως, οι σκληροί δίσκοι (εσωτερικοί ή εξωτερικοί), οι οπτικοί δίσκοι (CD, CD-R/RW, DVD, DVD-R/RW), τα USB memory stick και οι κάρτες μνήμης (SD, microSD, κλπ).
Αντίθετα με την κύρια μνήμη, στην περιφερειακή μνήμη αποθηκεύονται μόνιμα (non-volatile memory) και με μία λογική δομή – οργάνωση, όλα τα προγράμματα και τα δεδομένα ενός υπολογιστή.
Τα περιεχόμενα της περιφερειακής μνήμης δεν είναι άμεσα προσπελάσιμα από την ΚΜΕ, λόγω της χαμηλής συνήθως ταχύτητας μεταφοράς δεδομένων και συνήθως μεταφέρονται προς και από την κεντρική μνήμη.
Η χωρητικότητα σε σχέση με την κύρια μνήμη, είναι αρκετά μεγαλύτερη.
Ο σκληρός δίσκος είναι εικονικά διαχωρισμένος σε μία λογική οργάνωση, που περιέχει τροχιές (tracks) και τομείς (sectors).
Σκληρός Δίσκος
Τα κύρια χαρακτηριστικά ενός σκληρού δίσκου είναι τα ακόλουθα:
Χωρητικότητα (capacity): Το βασικό μέγεθος που χαρακτηρίζει έναν σκληρό δίσκο είναι η χωρητικότητά του, δηλαδή η ποσότητα δεδομένων που μπορεί να αποθηκεύσει
Χρόνος προσπέλασης (access time): Ορίζεται το χρονικό διάστημα που μεσολαβεί από την αίτηση που κάνει το σύστημα για μεταφορά δεδομένων από το σκληρό δίσκο μέχρι τη στιγμή που τα δεδομένα αυτά είναι διαθέσιμα.
Ρυθμός μεταφοράς δεδομένων (disk transfer rate): Είναι ο αριθμός των δεδομένων σε bytes, που διαβάζονται ή γράφονται από έναν σκληρό δίσκο.
Τύπος σύνδεσης: Ο σκληρός δίσκος συνδέεται με τη μητρική πλακέτα για την μεταφορά δεδομένων με ένα καλώδιο.
Λανθάνουσα ή κρυφή μνήμη (cache memory): Είναι η εσωτερική μνήμη τύπου RAM, που έχει ένας σκληρός δίσκος, για να μπορεί να βρίσκει, χωρίς να μετακινηθούν οι κεφαλές, τις τελευταίες πιο χρησιμοποιούμενες πληροφορίες.
Δίσκος στερεάς κατάστασης (SSD)
Δίσκος στερεάς κατάστασης (Solid State Disk - SSD): Η νέα τεχνολογία στους δίσκους (είτε εσωτερικός, είτε εξωτερικός) ακούει στο όνομα δίσκος στερεάς κατάστασης - (Solid State Disk - SSD). Οι δίσκοι SSD, δεν έχουν ούτε ένα κινούμενο εξάρτημα.
Συσκευή ανάγνωσης / εγγραφής οπτικού δίσκου
Περιφερειακή μνήμη Flash (φλας):
USB Flash Drive
Memory Stick
Secure Digital card (SD Card) ή SD High Capacity (SDHC)
Compact Flash (CF)
Εικόνα: Διάφοροι τύποι φορητών μέσων αποθήκευσης με τεχνολογία μνήμης flash
Το Κουτί
Τα τμήματα της κεντρικής μονάδας ενός προσωπικού υπολογιστή (τροφοδοτικό, μητρική πλακέτα, σκληρός δίσκος, κάρτες επέκτασης κλπ. τοποθετούνται για λόγους δική τους και δικής μας ασφάλειας στο εσωτερικό ενός κουτιού το οποίο ονομάζεται «Κουτί» υπολογιστή (computer case). Αποκαλείται και ως το «σασί» του υπολογιστή. Πρόκειται συνήθως για ένα μεταλλικό κουτί με πλαστικά μέρη στη πρόσοψη.
Τροφοδοτικό
Είναι το τμήμα του υπολογιστή, που η κύρια λειτουργία του είναι να τροφοδοτεί όλα τα ηλεκτρονικά ή ηλεκτρικά κυκλώματα του υπολογιστή με ρεύμα.
Χαρακτηριστικό του τροφοδοτικού είναι η ισχύς του που μετριέται σε watt. Όσο μεγαλύτερη είναι η ισχύς του, τόσο περισσότερες συσκευές μπορούμε να τροφοδοτήσουμε με ρεύμα, με κόστος όμως την αύξηση της κατανάλωσης ρεύματος.
Κάρτες επέκτασης
Οι κυριότερες κάρτες επέκτασης είναι:
Η κάρτα γραφικών, η οποία μας δίνει τη δυνατότητα να συνδέσουμε μία ή περισσότερες οθόνες στον υπολογιστή μας.
Η κάρτα ήχου, η οποία επιτρέπει στον υπολογιστή μας να παράγει ήχο. Επίσης μας επιτρέπει να συνδέσουμε αναλογικές ή ψηφιακές πηγές ήχου.
Η κάρτα τηλεόρασης / επεξεργασίας video, η οποία μπορεί να μετατρέψει τον υπολογιστή μας σε τηλεοπτικό δέκτη ή μας επιτρέπει να συνδέσουμε αναλογικές ή ψηφιακές πηγές video π.χ. παλιές αναλογικές βιντεοκάμερες.
Η κάρτα δικτύου, η οποία δίνει τη δυνατότητα να συνδέσουμε τον υπολογιστή μας σε ένα τοπικό δίκτυο υπολογιστών με τη χρήση καλωδίου UTP.
Περιφερειακές Συσκευές
Περιφερειακές συσκευές εισόδου δεδομένων: βασική λειτουργία τους είναι να βοηθούν τον χρήστη να εισάγει στον υπολογιστή αναλογικά ή ψηφιακά δεδομένα από το εξωτερικό περιβάλλον του υπολογιστή καθώς επίσης και εντολές ελέγχου της λειτουργίας του υπολογιστή.
Ένα κουτί υπολογιστή (desktop, tower ή άλλης μορφής).
Έναν επεξεργαστή (CPU) μαζί με τη ψύκτρα του.
Μία μητρική πλακέτα (motherboard) (κατάλληλη για το τύπο επεξεργαστή που επιλέξαμε).
Αρθρώματα μνήμης RAM (κατάλληλα για τη μητρική που επιλέξαμε). Κάρτα γραφικών (όχι απαραίτητη, αν αυτή ενσωματώνεται στη μητρική πλακέτα) για την σύνδεση του υπολογιστή με την οθόνη.
Κάρτα δικτύου (όχι απαραίτητη, αν αυτή ενσωματώνεται στη μητρική πλακέτα) για την σύνδεση του υπολογιστή σε τοπικό δίκτυο.
Σκληρό δίσκο (HDD ή SSD) για να αποθηκεύσουμε το Λειτουργικό Σύστημα, τις εφαρμογές και τα δεδομένα μας.
Για να λειτουργήσει ορθά μία συσκευή σε έναν υπολογιστή απαιτείται εκτός της φυσικής διασύνδεσή της με τη μητρική πλακέτα του υπολογιστή και η εγκατάσταση του λογισμικού (οδηγού), που συνήθως συνοδεύει τη συσκευή. Ο οδηγός συσκευής, περιέχει οδηγίες και εντολές που επιτρέπουν την σωστή επικοινωνία της συσκευής και του λειτουργικού συστήματος, και κατ' επέκταση και με τις εφαρμογές.
Εικόνα: Οι οδηγοί συσκευών έχουν τον ρόλο του ενδιάμεσου στην επικοινωνία του λειτουργικού συστήματος και των περιφερειακών συσκευών
💪🏻Δραστηριότητα:
Αναζητήστε τους Οδηγούς Συσκευών (Drivers) για το μοντέλο εκτυπωτή HP LaserJet 4002dn .