Λύσεις — Ενότητα 1 · Αρχιτεκτονική Υπολογιστικών Συστημάτων (σελ. 52-53) – ΥΛΙΚΟ ΚΑΙ ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

Λύσεις — Ενότητα 1 · Αρχιτεκτονική Υπολογιστικών Συστημάτων (σελ. 52-53)

Ενδεικτικές απαντήσεις στις Ερωτήσεις-Δραστηριότητες (υλικό/λογισμικό, Von Neumann, επεξεργαστής, μνήμες, αποθήκευση, μητρική, περιφερειακά). Η αριθμητική ερώτηση (2³⁶=64GB) επαληθεύτηκε με κώδικα.

Υλικό vs Λογισμικό

Ερώτηση: Τι είναι υλικό και τι λογισμικό στους υπολογιστές; Ποια κατηγορία λογισμικού εγκαθίσταται πρώτη;

Απάντηση:

• Υλικό (hardware): τα απτά εξαρτήματα (επεξεργαστής, μνήμες, δίσκοι, οθόνη κ.λπ.).
• Λογισμικό (software): τα προγράμματα/εντολές που καθορίζουν τι κάνει το υλικό.
• Πρώτο εγκαθίσταται το Λειτουργικό Σύστημα — αποτελεί τη βάση πάνω στην οποία τρέχουν οι εφαρμογές.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Υλικό = απτά εξαρτήματα· λογισμικό = προγράμματα. Πρώτο εγκαθίσταται το Λειτουργικό Σύστημα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: σαφής διάκριση hardware/software + αναφορά ότι το Λ.Σ. είναι απαραίτητο πρώτο.

Κατηγορίες υπολογιστικών συστημάτων

Ερώτηση: Σε ποιες κατηγορίες χωρίζονται τα υπολογιστικά συστήματα; Σε ποια ανήκει ένας φορητός υπολογιστής;

Απάντηση:

• Κατηγορίες (φθίνουσα ισχύς): υπερυπολογιστές, mainframes, μίνι υπολογιστές, μικροϋπολογιστές.
• Ο φορητός υπολογιστής (laptop) ανήκει στους μικροϋπολογιστές (όπως και ο desktop, το tablet, το smartphone).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Υπερυπολογιστές, mainframes, μίνι, μικροϋπολογιστές. Ο φορητός ανήκει στους μικροϋπολογιστές.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: σωστή κατάταξη + τοποθέτηση του laptop στους μικροϋπολογιστές.

Αρχές αρχιτεκτονικής Von Neumann

Ερώτηση: Ποιες είναι οι βασικές αρχές της αρχιτεκτονικής Von Neumann;

Απάντηση:

• 1. Κοινή μνήμη για δεδομένα ΚΑΙ προγράμματα (αποθηκευμένο πρόγραμμα).
• 2. Σειριακή εκτέλεση εντολών (μία τη φορά, με τη σειρά).
• 3. Δομικά μέρη: CPU, μνήμη, μονάδες I/O, συνδεδεμένα με διαδρόμους (buses).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Von Neumann: κοινή μνήμη για δεδομένα+προγράμματα, σειριακή εκτέλεση εντολών, δομή CPU-μνήμη-I/O με buses.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: αναφορά στην κοινή μνήμη (stored program) και στη σειριακή εκτέλεση.

Χαρακτηριστικά επεξεργαστή ΚΑΙ ταχύτητα

Ερώτηση: Ποια είναι τα κυριότερα χαρακτηριστικά ενός επεξεργαστή και πώς επηρεάζουν την ταχύτητά του;

Απάντηση:

• Συχνότητα (GHz): περισσότεροι κύκλοι/s → (γενικά) πιο γρήγορος.
• Πυρήνες ΚΑΙ αρχιτεκτονική: περισσότεροι πυρήνες/εντολές ανά κύκλο → μεγαλύτερη απόδοση.
• Εύρος καταχωρητών (32/64-bit): περισσότερα bit ταυτόχρονα → πιο γρήγορος.
• Λανθάνουσα μνήμη (cache): μεγαλύτερη cache → λιγότερες αργές προσπελάσεις στη RAM → πιο γρήγορος.
• Γι' αυτό ένας επεξεργαστής μεγαλύτερης συχνότητας μπορεί να είναι πιο αργός από άλλον μικρότερης, αν ο δεύτερος έχει καλύτερη αρχιτεκτονική/περισσότερους πυρήνες/μεγαλύτερη cache.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Συχνότητα, πυρήνες/αρχιτεκτονική, εύρος καταχωρητών, cache. Η συχνότητα δεν αρκεί — η αρχιτεκτονική/cache/πυρήνες μπορεί να κάνουν ταχύτερο έναν επεξεργαστή χαμηλότερης συχνότητας.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: αναφορά ≥3 χαρακτηριστικών + εξήγηση γιατί η συχνότητα δεν είναι το μόνο κριτήριο.

Διευθυνσιοδότηση με 36-bit διάδρομο

Ερώτηση: Πόσες θέσεις μνήμης μπορεί να προσπελάσει ένας επεξεργαστής με εύρος διαδρόμου διευθύνσεων 36 bits;

Απάντηση:

• Πλήθος θέσεων \(=2^{36}=68\,719\,476\,736\) θέσεις.
• Αν κάθε θέση είναι 1 byte → \(2^{36}\ B=64\ GB\) διευθυνσιοδοτήσιμης μνήμης.

Σύνοψη: 2³⁶ = 68.719.476.736 θέσεις (= 64 GB αν κάθε θέση είναι 1 byte).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ (όχι ενδεικτική): 2³⁶=64 Gi. Κριτήριο: σωστός υπολογισμός 2ⁿ.

Μητρική πλακέτα ΚΑΙ επιλογή επεξεργαστή

Ερώτηση: Τι είναι η μητρική πλακέτα και γιατί επιλέγουμε πρώτα τον επεξεργαστή και μετά τη μητρική;

Απάντηση:

• Η μητρική είναι η βασική πλακέτα με socket επεξεργαστή, υποδοχές μνήμης, υποδοχές επέκτασης (PCIe), θύρες και chipset.
• Επιλέγουμε πρώτα τον επεξεργαστή γιατί το socket και το chipset της μητρικής πρέπει να είναι συμβατά με τον συγκεκριμένο επεξεργαστή.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η μητρική συνδέει όλα τα εξαρτήματα. Πρώτα ο επεξεργαστής, γιατί το socket/chipset της μητρικής πρέπει να ταιριάζει σε αυτόν.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: ρόλος μητρικής + έμφαση στη συμβατότητα socket/chipset.

Northbridge ΚΑΙ Southbridge

Ερώτηση: Ποια η χρησιμότητα των γεφυρών northbridge/southbridge; Γιατί οι νέες μητρικές δεν έχουν northbridge;

Απάντηση:

• Northbridge: διαχειριζόταν τη γρήγορη επικοινωνία CPU–μνήμης–γραφικών. Southbridge: τα πιο αργά περιφερειακά (USB, δίσκοι, δίκτυο).
• Οι νέες μητρικές δεν έχουν northbridge γιατί οι λειτουργίες του (ελεγκτής μνήμης, γραφικά) ενσωματώθηκαν μέσα στον ίδιο τον επεξεργαστή — πιο γρήγορα και οικονομικά.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Οι γέφυρες διαχειρίζονταν την επικοινωνία CPU-μνήμης-περιφερειακών. Το northbridge καταργήθηκε γιατί οι λειτουργίες του ενσωματώθηκαν στον επεξεργαστή.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: ρόλος γεφυρών + ενσωμάτωση northbridge στη CPU.

Δίαυλος USB

Ερώτηση: Ποια η σημερινή έκδοση USB και η ταχύτητά της; Γιατί συνυπάρχουν 2.0 και 3.0; Πόσες συσκευές σε έναν ελεγκτή;

Απάντηση:

• Σημερινή έκδοση: USB 3.x (π.χ. USB 3.2), με ταχύτητες πολλών Gbps — πολύ μεγαλύτερες από το USB 2.0 (480 Mbps).
• Συνυπάρχουν 2.0 και 3.0 για συμβατότητα με παλαιότερες συσκευές που δεν χρειάζονται τη μεγάλη ταχύτητα.
• Σε έναν ελεγκτή (host) USB συνδέονται έως 127 συσκευές.

Σύνοψη: (ενδεικτική) USB 3.x (πολλά Gbps, πολύ ταχύτερο του 2.0). Συνυπάρχουν 2.0/3.0 για συμβατότητα. Έως 127 συσκευές ανά ελεγκτή.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: αναφορά USB 3.x + λόγος συμβατότητας + όριο 127 συσκευών.

Κατηγορίες RAM ΚΑΙ αρθρώματα

Ερώτηση: Σε ποιες κατηγορίες διακρίνονται οι μνήμες RAM και ποια η διαφορά τους; Τι είναι τα αρθρώματα μνήμης;

Απάντηση:

• DRAM (δυναμική): χρειάζεται συνεχή ανανέωση, φθηνή, αργότερη — χρησιμοποιείται ως κύρια μνήμη.
• SRAM (στατική): δεν χρειάζεται ανανέωση, γρήγορη, ακριβή — χρησιμοποιείται ως cache.
• Αρθρώματα (modules): πλακέτες με τσιπ μνήμης — DIMM (επιτραπέζιοι) ή SO-DIMM (φορητοί)· ο σχολικός υπολογιστής έχει τυπικά DIMM.

Σύνοψη: (ενδεικτική) RAM: DRAM (δυναμική, ανανέωση, κύρια μνήμη) vs SRAM (στατική, γρήγορη, cache). Αρθρώματα = DIMM/SO-DIMM.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: διάκριση DRAM/SRAM (ανανέωση/ταχύτητα/χρήση) + έννοια αρθρώματος.

Μνήμη ROM

Ερώτηση: Τι είναι η μνήμη ROM και σε ποιες κατηγορίες διακρίνεται;

Απάντηση:

• ROM: μη πτητική μνήμη (κρατά τα δεδομένα χωρίς ρεύμα)· περιέχει το firmware/BIOS.
• Κατηγορίες: PROM (εγγράφεται μία φορά), EPROM (σβήνεται με υπεριώδες φως), EEPROM/Flash (σβήνεται/επανεγγράφεται ηλεκτρικά).

Σύνοψη: (ενδεικτική) ROM: μη πτητική μνήμη (firmware/BIOS). Κατηγορίες: PROM, EPROM, EEPROM/Flash.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: μη πτητικότητα + ≥2 κατηγορίες.

HDD vs SSD

Ερώτηση: Ποια η βασική διαφορά ενός μαγνητικού σκληρού δίσκου (HDD) από έναν δίσκο στερεάς κατάστασης (SSD);

Απάντηση:

• HDD: μαγνητικός, με κινητά μηχανικά μέρη (περιστρεφόμενοι δίσκοι, κεφαλές) — μεγάλη χωρητικότητα, φθηνός, αλλά αργότερος και ευαίσθητος.
• SSD: μνήμη flash, χωρίς κινητά μέρη — πολύ ταχύτερος, ανθεκτικός, αθόρυβος, με χαμηλότερη κατανάλωση (αλλά ακριβότερος ανά GB).

Σύνοψη: (ενδεικτική) HDD = μαγνητικός με κινητά μέρη· SSD = flash χωρίς κινητά μέρη (πολύ ταχύτερος, ανθεκτικός).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: κινητά μέρη (HDD) vs χωρίς (SSD) + διαφορά ταχύτητας.

Τροφοδοτικό

Ερώτηση: Ποια είναι η βασική λειτουργία του τροφοδοτικού;

Απάντηση:

• Το τροφοδοτικό (PSU) μετατρέπει το εναλλασσόμενο (AC) ρεύμα του δικτύου σε συνεχείς (DC) σταθερές τάσεις (+3,3V, +5V, +12V) που χρειάζονται τα εξαρτήματα.
• Χαρακτηρίζεται από την ονομαστική ισχύ του (Watt) — πρέπει να επαρκεί για όλα τα εξαρτήματα.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Το τροφοδοτικό μετατρέπει το AC του δικτύου σε σταθερές DC τάσεις (+3,3/+5/+12V) για τα εξαρτήματα· χαρακτηρίζεται από την ισχύ του (W).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: μετατροπή AC→DC + αναφορά στην ισχύ.

Οθόνες TFT vs LED

Ερώτηση: Ποια είναι η διαφορά μεταξύ των οθονών υγρών κρυστάλλων TFT και LED;

Απάντηση:

• Και οι δύο είναι οθόνες υγρών κρυστάλλων (LCD)· η διαφορά είναι στον οπίσθιο φωτισμό.
• TFT: φωτίζονται από λάμπες φθορισμού (CCFL). LED: φωτίζονται από φωτοδιόδους (LED) — λεπτότερες, μικρότερη κατανάλωση, καλύτερη αντίθεση/φωτεινότητα.

Σύνοψη: (ενδεικτική) TFT και LED είναι LCD· διαφέρουν στον οπίσθιο φωτισμό: TFT με λάμπες, LED με φωτοδιόδους (λεπτότερες, οικονομικότερες).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: και οι δύο LCD + διαφορά στον φωτισμό (λάμπες vs LED).