Για αρχή ας δούμε τι είναι ένας υπολογιστής. Με απλά λόγια ένα υπολογιστής, που ονομάζεται και υπολογιστικό σύστημα, είναι μια ηλεκτρονική συσκευή που λαμβάνει δεδομένα που εισάγουν οι χρήστες όπως αριθμούς, κείμενο ή εικόνες και χρησιμοποιεί ένα σύνολο οδηγιών (ένα πρόγραμμα) για να τα επεξεργαστεί και να τα μετασχηματίσει σε χρήσιμες πληροφορίες σε διαφορετικές μορφές ως παραγόμενα δεδομένα.
Τα στοιχεία που καθιστούν ένα υπολογιστικό σύστημα λειτουργικό κατηγοριοποιούνται σε γενικές γραμμές σε δύο ομάδες, το υλικό (hardware) και το λογισμικό (software).
Το υλικό αναφέρεται στα φυσικά στοιχεία ενός υπολογιστή ή ενός ηλεκτρονικού συστήματος: ο εξοπλισμός του ίδιου του υπολογιστή ή ο εξωτερικός εξοπλισμός του υπολογιστή. Το πληκτρολόγιο, η οθόνη και τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα μέσα στην κεντρική μονάδα είναι υλικό.
Αντίθετα, το λογισμικό αντιπροσωπεύει τα «μη φυσικά» μέρη, τις οδηγίες που λένε σε έναν υπολογιστή τι να κάνει. Μας επιτρέπουν να επικοινωνούμε με τον υπολογιστή χωρίς να γνωρίζουμε τη γλώσσα των υπολογιστών. Οι πλέον σημαντικές δομικές μονάδες του
Το λειτουργικό σύστημα λειτουργεί ως η διασύνδεση μεταξύ του υλικού και των προγραμμάτων εφαρμογών. Εφόσον υπάρχουν συνήθως αρκετά διαφορετικά προγράμματα που εκτελούνται ταυτόχρονα σε έναν υπολογιστή και όλα χρειάζονται πρόσβαση στους πόρους του υπολογιστή σας, το λειτουργικό σύστημα τα συντονίζει προκειμένου να διασφαλίσει ότι κάθε πρόγραμμα έχει τα απαραίτητα για να λειτουργήσει.
Τα προγράμματα εφαρμογών εκτελούν συγκεκριμένες εργασίες σε ένα σύστημα: ένα πρόγραμμα επεξεργασίας κειμένου, ένα πρόγραμμα αναπαραγωγής μουσικής, ένα πρόγραμμα περιήγησης web κ.ο.κ.
Το υλικό με το λογισμικό διασυνδέονται στενά: χωρίς το λογισμικό, το υλικό ενός υπολογιστή δεν θα λειτουργούσε. Χωρίς το υλικό που απαιτείται για την εκτέλεση των εργασιών για τις οποίες το λογισμικό δίνει τις οδηγίες, το λογισμικό δεν θα ήταν χρήσιμο.
Τα μέρη του υλικού πρέπει να έχουν ορισμένα χαρακτηριστικά για να επιτρέπουν στο λογισμικό να λειτουργεί σωστά. Αυτά τα μέρη ενός υπολογιστικού συστήματος αλληλεπιδρούν μεταξύ τους για την εκτέλεση ορισμένων εργασιών, συνεπώς για να τα κατανοήσουμε είναι σημαντικό να κατανοήσουμε όλη τη διαδικασία καθώς εξαρτώνται το ένα από το άλλο για να λειτουργήσουν σωστά. Συνήθως, η διασύνδεση εκφράζεται σε επίπεδα.
Το ανώτερο επίπεδο του υπολογιστικού συστήματος είναι οι εφαρμογές λογισμικού – τα προγράμματα που χρησιμοποιούμε συνήθως και μας δίνουν τη δυνατότητα να αλληλεπιδρούμε με τον υπολογιστή.
Κάτω από αυτό επίπεδο βρίσκουμε το λειτουργικό σύστημα, το οποίο λειτουργεί ως «μεταφραστής» μεταξύ των εφαρμογών και του υλικού προκειμένου να καταλαβαίνουν το ένα το άλλο.
Στο χαμηλότερο επίπεδο βρίσκουμε το υλικό, όλες τις συσκευές που έχουν φυσική υπόσταση. Τα λειτουργικά συστήματα πρέπει να φιλοξενούνται σε συγκεκριμένο υλικό για να λειτουργούν σωστά.
Αυτή η διαδικασία είναι κοινή για όλα τα υπολογιστικά συστήματα, ανεξάρτητα από το εάν είναι προσωπικοί υπολογιστές ή βιομηχανικοί.
Μια διεξοδικότερη εξέταση του υλικού
Τώρα θα εξετάσουμε τα κύρια μέρη του υλικού ενός υπολογιστή και τι ρόλο παίζει το καθένα. Είναι σημαντικό για εμάς να γνωρίζουμε σχετικά με αυτά τα στοιχεία και τα χαρακτηριστικά τους διότι καθορίζουν πόσο καλά εκτελούν οι υπολογιστές τις εργασίες που τους ζητάμε να εκτελέσουν. Όταν αγοράζουμε έναν νέο υπολογιστή ή αντικαθιστούμε εξαρτήματα στον υπολογιστή που έχουμε, πρέπει ενδεχομένως να γνωρίζουμε τα συγκεκριμένα χαρακτηριστικά του υλικού για να βεβαιωθούμε ότι θα λειτουργεί σωστά για αυτό που τον χρειαζόμαστε: εργασία, περιήγηση στο διαδίκτυο ή παιχνίδια.
Μολονότι εστιάζουμε κυρίως στον προσωπικό υπολογιστή, αφού είναι και ένας από τους πλέον συνήθεις τύπους υπολογιστή, και στις περιφερειακές συσκευές που χρησιμοποιούνται συνήθως με αυτόν, οι ίδιες αρχές ισχύουν για όλους τους υπολογιστές.
Τα μέρη ενός υπολογιστή γενικής χρήσης μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε δύο κατηγορίες: εσωτερικά και εξωτερικά. Το εσωτερικό υλικό υπολογιστή αναφέρεται σε εκείνα τα μέρη που έχουν σχεδιαστεί ως κατάλληλα για το υπολογιστικό σύστημα, τα οποία έχουν όλα σημαντικό ρόλο. Τα εξωτερικά μέρη συνδέονται με ένα υπολογιστικό σύστημα εξωτερικά. Δεν είναι απαραίτητα για τη λειτουργία του συστήματος, αλλά καθιστούν την εμπειρία μας ευκολότερη ή τη βελτιώνουν με κάποιον άλλον τρόπο.
Τα μέρη ενός υπολογιστή περιλαμβάνουν τα εξής:
Επεξεργαστή (processor)
Ο επεξεργαστής ή η κεντρική μονάδα επεξεργασίας (CPU) εκτελεί τις οδηγίες που οργανώνονται στα προγράμματα («λογισμικό»), οι οποίες καθοδηγούν τον υπολογιστή σε σχέση με το ποια δεδομένα πρέπει να επεξεργαστεί και τον τρόπο με τον οποίο πρέπει να τα επεξεργαστεί. Χωρίς CPU, δεν θα μπορούσαμε να εκτελέσουμε προγράμματα σε έναν υπολογιστή.
Αναφέρεται συνήθως ως ο «νους» ενός υπολογιστή που περιλαμβάνει όλες τις διατάξεις κυκλωμάτων που απαιτούνται για την επεξεργασία των δεδομένων εισαγωγής, την αποθήκευσή τους και τα αποτελέσματα εξαγωγής.
Η ταχύτητα με την οποία επεξεργάζεται δεδομένα ο επεξεργαστής μετράται σε gigahertz (GHz). Γενικά, όσο πιο μεγάλη η ταχύτητα του επεξεργαστή, τόσο καλύτερη είναι η απόδοση του υπολογιστή.
Μνήμη
Η μνήμη είναι αυτή που επιτρέπει στον υπολογιστή να απομνημονεύει δεδομένα και πληροφορίες. Όπως και στην ανθρώπινη μνήμη, υπάρχει βραχυπρόθεσμη μνήμη (RAM) και μακροπρόθεσμη μνήμη (σκληρός δίσκος).
Η μνήμη RAM (Random Access Memory - Μνήμη τυχαίας προσπέλασης) και η μνήμη ROM (Read-only memory - Μνήμη μόνο για ανάγνωση) χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση δεδομένων υπολογιστή, και πρόσβαση σε αυτές υπάρχει μέσω της CPU.
Η RAM χρησιμοποιείται για την προσωρινή αποθήκευση πληροφοριών που χρησιμοποιούνται την εκάστοτε στιγμή από τον υπολογιστή.
Η ROM χρησιμοποιείται για τη μόνιμη αποθήκευση των οδηγιών που καθοδηγούν τον υπολογιστή όσον αφορά την εκκίνησή του. Φορτώνει επίσης το λειτουργικό σύστημα.
Ο σκληρός δίσκος (που μπορεί να είναι είτε εσωτερικός είτε εξωτερικός) χρησιμοποιείται για τη μόνιμη αποθήκευση δεδομένων και προγραμμάτων για όσο το χρειαζόμαστε.
Το περιεχόμενο της RAM είναι προσωρινό και διαγράφεται αμέσως μόλις ο υπολογιστής δεν τροφοδοτείται με ρεύμα. Για να αποθηκευτεί η δουλειά σας ακόμα και μετά την απενεργοποίηση του υπολογιστή, πρέπει να την αποθηκεύσετε σε μόνιμο χώρο αποθήκευσης (μια εσωτερική ή εξωτερική συσκευή).
Η μητρική πλακέτα
Γνωστή και ως «κύριος πίνακας», η μητρική πλακέτα είναι ο κύριος πίνακας κυκλωμάτων που επιτρέπει τη σύνδεση μεταξύ των μερών και των περιφερειακών που έχουν προσαρτηθεί στον υπολογιστή.
Η μητρική πλακέτα παρέχει ρεύμα εκεί που χρειάζεται και επικοινωνεί με όλα τα άλλα μέρη και τα συντονίζει. Έτσι αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα τμήματα υλικού σε έναν υπολογιστή.
Όλα τα άλλα μέρη συνδέονται στη μητρική πλακέτα είτε άμεσα (απευθείας στην πλακέτα κυκλωμάτων) είτε έμμεσα (από θύρες USB) και συνεργάζονται για τον σχηματισμό του υπολογιστικού συστήματος.
Κάρτα γραφικών
Η κάρτα γραφικών ή βίντεο είναι μια συσκευή υλικού που συνδέεται με τη μητρική πλακέτα και παρέχει τη δυνατότητα στον υπολογιστή να εμφανίζει εικόνες στην οθόνη.
Ένας επεξεργαστής κάρτας γραφικών, που ονομάζεται μονάδα επεξεργασίας γραφικών (Graphics processing unit - GPU), είναι όμοιος με τη CPU ενός υπολογιστή, αλλά έχει σχεδιαστεί ειδικά για την εκτέλεση των περίπλοκων μαθηματικών και γεωμετρικών υπολογισμών που είναι απαραίτητοι για τη γραφική αναπαράσταση.
Οι μονάδες GPU είναι εξειδικευμένοι υπολογιστικοί πυρήνες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επιτάχυνση των υπολογιστικών διαδικασιών. Οι GPU που σχεδιάστηκαν αρχικά για την επεξεργασία εικόνων και οπτικών δεδομένων, υιοθετούνται σήμερα για τη βελτίωση άλλων υπολογιστικών διαδικασιών, όπως της βαθιάς μάθησης ή της σύγχρονης υποδομής της τεχνητής νοημοσύνης.
Κάρτα ήχου
Οι κάρτες ήχου είναι εσωτερικές συσκευές υλικού που συνδέονται στη μητρική πλακέτα και επιτρέπουν στο υπολογιστικό σύστημα να παράγει ήχο. Επιτρέπουν επίσης στους χρήστες να συνδέουν μικρόφωνα για την εισαγωγή ήχων στον υπολογιστή.
Τροφοδοτικό ρεύματος
Μέσω του τροφοδοτικού ρεύματος παρέχεται ενέργεια στο υπολογιστικό σας σύστημα από εξωτερική πηγή τροφοδοσίας, η οποία μετά διοχετεύεται στη μητρική πλακέτα στα επιμέρους μέρη υλικού.
Συσκευές εισόδου
Πρόκειται για τις συσκευές από τις οποίες τα δεδομένα και οι οδηγίες εισέρχονται σε έναν υπολογιστή.
Οι συσκευές εισόδου κατηγοριοποιούνται σε δύο κατηγορίες: συσκευές μη αυτόματης εισόδου (για παράδειγμα ένα ποντίκι, ένα πληκτρολόγιο, μια οθόνη αφής ή ένας σαρωτής), τις οποίες πρέπει να χειριστεί ένας χρήστης για την εισαγωγή πληροφοριών, και συσκευές αυτόματης εισόδου (για παράδειγμα, μια μονάδα ανάγνωσης γραμμικού κώδικα ή συσκευή ανάγνωσης καρτών) που μπορούν να εισάγουν πληροφορίες από μόνες τους.
Συσκευές εξόδου
Όταν τα δεδομένα εισόδου υποβάλλονται σε επεξεργασία, γίνονται χρησιμοποιήσιμες πληροφορίες που διαβιβάζονται στον χρήστη μέσα από τις συσκευές εξόδου.
Μια συσκευή εξόδου είναι μια οθόνη, ένας εκτυπωτής ή μια άλλη συσκευή που σας επιτρέπει να βλέπετε την πρόοδο του υπολογιστή.
Σε έναν φορητό υπολογιστή, όλα τα στοιχεία του υλικού είναι ενσωματωμένα μεταξύ τους. Και για να πάμε ένα βήμα παραπέρα, ένα smartphone περιλαμβάνει τα ίδια στοιχεία που έχουν ενσωματωθεί σε μια ακόμα μικρότερη συσκευή.
Όταν φέρνουμε έναν υπολογιστή στον νου μας, οι περισσότεροι φανταζόμαστε τον προσωπικό υπολογιστή που έχουμε στο σπίτι ή τον επιτραπέζιο υπολογιστή στη δουλειά. Ωστόσο, οι υπολογιστές σήμερα κυκλοφορούν σε διάφορες μορφές και χρησιμοποιούνται για πολλές διάφορες λειτουργίες. Από την επεξεργασία και την παραγωγή δεδομένων, οι υπολογιστές μπορούν να έχουν και ενεργητικές ιδιότητες όπως τον έλεγχο συστημάτων, τη ρομποτική κ.ο.κ.
Η επανάσταση των συσκευών αποθήκευσης δεδομένων
Ένας ψηφιακός υπολογιστής απεικονίζει δεδομένα μέσω του δυαδικού συστήματος αρίθμησης. Αυτό σημαίνει ότι κάθε μορφή πληροφορίας, είτε είναι αριθμοί, κείμενα, εικόνες ή ήχος, μπορεί να μετατραπεί σε δυαδικά ψηφία, με κάθε ένα από αυτά να έχει την τιμή 1 ή 0. Η πιο συχνή μονάδα αποθήκευσης είναι το byte που ισούται με 8 bit. Ο χειρισμός των πληροφοριών μπορεί να γίνεται από κάθε υπολογιστή ή συσκευή της οποίας ο αποθηκευτικός χώρος είναι αρκετά μεγάλος για να εξυπηρετεί τη δυαδική αναπαράσταση των πληροφοριών ή απλά δεδομένων.
Ως εκ τούτου, η χωρητικότητα αποθήκευσης δεδομένων παρέχει στους υπολογιστές μία από τις θεμελιώδεις λειτουργίες τους, δηλ. τη διατήρηση ψηφιακών δεδομένων. Ενώ θεωρούμε την εν λόγω λειτουργία δεδομένη σήμερα, η αποθήκευση δεδομένων υπολογιστή έχει εξελιχθεί πολύ από την απαρχή της πληροφορικής.
Στην αρχή, οι υπολογιστές ήταν προγραμματισμένοι να χρησιμοποιούν σκληρό χαρτί με εντολές και άλλα δεδομένα τα οποία αναπαριστούσε η ύπαρξη ή η απουσία τρυπών. Τις κάρτες αυτές αντικατέστησαν μετά καρούλια μαγνητικής ταινίας τα οποία ήταν πιο διαχειρίσιμα σε σχέση με τον χώρο που καταλάμβαναν, αφού η αποθήκευση στοίβας καρτών δεν ήταν καθόλου πρακτική, αλλά και πάλι χρειαζόταν κόπος και χρόνος για τον προγραμματισμό και η διαδικασία ήταν μονότονη.
Οι πρώτοι προσωπικοί υπολογιστές δεν διέθεταν εσωτερική μονάδα αποθήκευσης (σκληρό δίσκο), οπότε και το λογισμικό, το οποίο τότε ήταν απλό και απαιτούσε μόνο μικρές ποσότητες δεδομένων, φορτωνόταν μέσα από δισκέτες. Αυτό άλλαξε με την εξέλιξη του υλικού. Όταν ξεκίνησαν οι σκληροί δίσκοι να υπάρχουν ευρύτερα, το λογισμικό μπορούσε να εγκατασταθεί στον υπολογιστή. Αυτό σήμαινε ότι οι εταιρείες μπορούσαν να πωλούν υπολογιστές με λειτουργικό σύστημα και ήδη εγκατεστημένες εφαρμογές. Οι χρήστες δεν χρειάζονταν πια να αλλάζουν δισκέτες για εναλλαγή μεταξύ των διαφορετικών λογισμικών, κάνοντας την εργασία στον υπολογιστή αποδοτικότερη και αποτελεσματικότερη.
Η κατάσταση συνέχισε να βελτιώνεται: αποκτήσαμε CD-ROM, μετά CD, μετά DVD και ολοένα και μεγαλύτερους σκληρούς δίσκους. Και με την ανάπτυξη του διαδικτύου, δεν χρειάζεται πλέον να αγοράζουμε λογισμικό σε CD διότι μπορούμε να κάνουμε λήψη των προγραμμάτων μας ή να τα χρησιμοποιούμε απευθείας από το cloud.
Οι τύποι υπολογιστών
Τώρα θα εξετάσουμε τους διαφορετικούς τύπους υπολογιστή που υπάρχουν σήμερα, ανάλογα με τη γενική τους χρήση.
Προσωπικοί υπολογιστές
Ο προσωπικός υπολογιστής (PC) είναι ένας υπολογιστής σχεδιασμένος για χρήση από ένα άτομο. Είναι συνδεδεμένος με οθόνη, πληκτρολόγιο και CPU και έχει εξελιχθεί σε ένα χρήσιμο και ευέλικτο εργαλείο που μπορεί να λειτουργεί ανεξάρτητα ή ως μέρος ενός οργανωτικού δικτύου. Σήμερα, οι προσωπικοί υπολογιστές κυκλοφορούν σε πολλές μορφές και μεγέθη, από επιτραπέζιους μέχρι φορητούς υπολογιστές και από κινητά τηλέφωνα μέχρι tablet. Θα εξετάσουμε τους τύπους προσωπικών υπολογιστών με μεγαλύτερη λεπτομέρεια στην επόμενη ενότητα.
Διακομιστές
Οι διακομιστές είναι υπολογιστές που έχουν βελτιστοποιηθεί για την παροχή υπηρεσιών σε άλλους υπολογιστές μέσω ενός δικτύου, διαθέτουν συνήθως ισχυρούς επεξεργαστές, μεγάλη μνήμη και μεγάλους σκληρούς δίσκους. Υπάρχουν, για παράδειγμα, διακομιστές οικιακών μέσων, διακομιστές web και διακομιστές εκτυπώσεων. Υπάρχουν επίσης διακομιστές αρχείων και διακομιστές βάσεων δεδομένων. Οι εταιρείες βασίζονται στους διακομιστές για την παροχή πληροφοριών, τη διεκπεραίωση παραγγελιών, την παρακολούθηση των δεδομένων αποστολής, την επεξεργασία επιστημονικών τύπων κ.ο.κ.
Κεντρικοί υπολογιστές
Πρόκειται για μεγάλους υπολογιστές με μεγάλη χωρητικότητα και ταχύτητα επεξεργασίας. Οι κεντρικοί υπολογιστές εκτελούν πολλά προγράμματα ταυτόχρονα και μπορούν να υποστηρίζουν παράλληλα εκατοντάδες ή ακόμα και χιλιάδες χρήστες. Οι κεντρικοί υπολογιστές έχουν ιδιαίτερα ανθεκτική αρχιτεκτονική με αποτέλεσμα την υψηλή αξιοπιστία και ασφάλεια. Αυτά τα μηχανήματα χαρακτηρίζονται από υψηλή διαθεσιμότητα, συχνά εκτελούνται επί σειρά ετών χωρίς διακοπή, με τις επισκευές και τις αναβαθμίσεις υλικού να λαμβάνουν χώρα κατά τη διάρκεια της συνήθους λειτουργίας, και έχουν ακόμα και τη δυνατότητα να συνεχίσουν να λειτουργούν ακόμα και σε περίπτωση αστοχίας κάποιου μέρους.
Συνεπώς χρησιμοποιούνται κυρίως από τις κυβερνήσεις και τους μεγάλους οργανισμούς, μεταξύ άλλων εργασιών, για τη μαζική επεξεργασία δεδομένων, για κρίσιμες εφαρμογές, για τη διασφάλιση πολλών ευαίσθητων συναλλαγών, για βιομηχανικές και καταναλωτικές στατιστικές.
Υπερυπολογιστές
Οι υπερυπολογιστές είναι σαν τα αγωνιστικά αυτοκίνητα στον κόσμο των υπολογιστών. Σήμερα κατέχουν την πρώτη θέση όσον αφορά τη δυνατότητα επεξεργασίας, ειδικότερα σε σχέση με την ταχύτητα υπολογισμού. Μπορεί να αποτελούνται είτε από μικρό αριθμό ιδιαίτερα ισχυρών μερών είτε από ένα μεγαλύτερο σύνολο λιγότερο ισχυρών μονάδων και χρησιμοποιούνται για εξειδικευμένες εφαρμογές που απαιτούν έναν τεράστιο αριθμό μαθηματικών υπολογισμών. Οι υπερυπολογιστές τοποθετούνται, για παράδειγμα, σε επιστημονικά ιδρύματα ή σε σταθμούς πρόγνωσης καιρού όπου η ταχύτητα των υπολογισμών είναι καθοριστικής σημασίας.
Ενσωματωμένοι υπολογιστές
Οι ενσωματωμένοι υπολογιστές είναι ενσωματωμένοι σε άλλες συσκευές, αντί να είναι μεμονωμένοι υπολογιστές, και έχουν σχεδιαστεί να εκτελούν συγκεκριμένες εργασίες. Τα παραδείγματα περιλαμβάνουν ψηφιακές κάμερες, συσκευές αναπαραγωγής μουσικής, σχεδόν κάθε τύπο συστήματος βιομηχανικού ελέγχου ή ελέγχου οικίας. Για παράδειγμα, τα περισσότερα σύγχρονα κινητά τηλέφωνα περιλαμβάνουν συνήθως αρκετούς χωριστούς υπολογιστές: μαζί με την κάρτα SIM, ένα τηλέφωνο μπορεί να διαθέτει έναν μικροεπεξεργαστή για τον χειρισμό των ραδιοεπικοινωνιών και ένα δεύτερο τσιπ υπολογιστή για την εκτέλεση όλων των εφαρμογών που χρειάζονται τον επεξεργαστή όπως τα παιχνίδια. Ακόμα και τα πλυντήρια ρούχων διαθέτουν πια έναν μικροεπεξεργαστή για να υπολογίζουν τον κύκλο πλύσης και να καθοδηγούν το μοτέρ στον κάδο του πλυντηρίου όσο το δυνατόν αποτελεσματικότερα.
Όπως έχουμε δει, οι υπολογιστές σήμερα έχουν πολλαπλές εφαρμογές και η ευελιξία τους παράλληλα με τη δυνατότητα βελτίωσής τους καταδεικνύουν ότι η επανάσταση στον χώρο των υπολογιστών βρίσκεται ακόμα σε εξέλιξη.
