Calculatorul : un mijloc automat de prelucrare a informaieiCalculatorul : un mijloc automat de prelucrare a informaiei

3. CALCULATORUL : UN MIJLOC AUTOMAT DE

PRELUCRARE A INFORMATIEI

Pentru a putea folosi calculatorul ntr-un proces de prelucrare a informaiei, este absolut necesar transpunerea informaiei de baz ntr-o form pe care acesta s o poat interpreta i manipula.

Fiind un instrument electronic, calculatorul poate distinge doar ntre valori ale unor mrimi electrice; cea mai rspndit codificare este cea binar bazat pe existena a dou stri, una notat "0", nsemnnd valoarea de 0V a tensiunii electrice ntr-un punct al circuitului electronic, i alta, notat "1", corespunznd valorii de 5V.

Avnd la dispoziie doar dou valori, cel mai indicat sistem de codificare tehnologic (vezi capitolul anterior) este bazat pe numere n baza de numeraie binar.

Cum calculatorul prelucreaz n majoritate litere i cifre, acestea mpreun cu alte simboluri au fost codificate existnd n momentul de fa un standard numit codul ASCII (American Standard Code for Information Interchange), recomandat de Comitetul Consultativ Internaional de Telegrafie i Telefonie.

Codul ASCII codific literele mari , cele mici, cifrele i alte simboluri cu ajutorul a 7 cifre binare, deci se pot codifica maxim 128 de simboluri. O cifr binar (n limba englez "binary digit") este denumit bit. Deoarece de la inventarea acestui cod i pn astzi numrul de simboluri de codificat a crescut, s-a trecut la utilizarea codului ASCII extins, ce codific 256 ce simboluri cu ajutorul a 8 cifre binare (bii).

O combinaie de 8 cifre binare este denumit octet.

Exemplu: litera "A" are codul 01000001(2) = 65(10)

cifra "0" are codul 00110000(2) = 48(10)3.1. Structura general a unui

sistem de prelucrare a informaiei

Conform capitolului precedent, n procesul de prelucrare a informaiei sunt transformate informaii de baz n rezultate. Pentru un sistem de prelucrare a informaiei pot fi precizate acum componentele necesare sistemului pentru reuita prelucrrii, operaiile efectuate de acestea i nlnuirea acestor operaii pentru acoperirea etapelor de prelucrare.

Pentru realizarea prelucrrii sunt deci necesare:

- cel puin o unitate de intrare care va traduce informaia de baz n date accesibile unitii de prelucrare;

- unitatea de prelucrare ce presupune urmtoarele componente :

- o unitate de memorare a datelor;

- o unitate ce poate evalua expresii matematice;

- o unitate ce va comanda ordinea de efectuare a calculelor necesare i datele asupra crora acestea se efectueaz;

- cel puin o unitate de ieire ce va transforma rezultatele obinute prin prelucrare, din date accesibile unitii de prelucrare n informaii difuzabile.

Fig.1 Componentele sistemului de prelucrare i comunicaia dintre

acestea

3.1.1. Unitatea de prelucrare

Memoria central - este compus dintr-un numr foarte mare de celule sau cuvinte compuse dintr-un numr de octei (cel puin unul, de obicei doi sau patru). Dimensiunea cuvntului, precum i numrul de celule determin capacitatea de memorare a memoriei centrale.

Exemplu: o memorie de 640 ko = 640 * 1024 octei. Lucrnd doar cu numere in binar, funcie de numrul de cifre binare al unui numr, s spunem "n" , el va putea avea valori ntre 0 i 2n-1; cum 210 =1024, aceast valoare a cptat denumirea de 1k pentru uurina limbajului, aceasta nensemnnd c se face realmente o aproximare.

Fiecrei celule i corespunde un numr unic, numit adres, astfel nct s se poat regsi ulterior informaia memorat n celul.

Din punct de vedere funcional, exist dou tipuri de memorii:

- memorie RAM (Random Acces Memory) :

sunt permise oricnd att operaiile de scriere n memorie (nscriere de valori n celule) ct i de citire (obinerea valorilor nscrise anterior) cu observaia c, la oprirea calculatorului, coninutul lor se anuleaz, deci informaia se pierde (cu excepia tipului de memorii RAM nevolatile); sunt utilizate n timpul operaiilor de prelucrare pentru stocarea datelor i a rezultatelor;

- memorie ROM (Read-Only Memory) :

sunt permise doar operaiile de citire din aceste memorii, coninutul lor fiind nscris n procesul de fabricaie i neputnd fi alterat n nici un fel; sunt utilizate pentru memorarea de informaii necesare funcionrii sistemului; exist i alte tipuri mai evoluate ca de ex. memorii PROM (Programmable ROM), REPROM (REProgrammable ROM), EPROM (Erasable PROM), pentru care coninutul nu este scris n timpul fabricaiei, ci exist instrumente speciale pentru programarea coninutului i, eventual, tergerea acestuia.

Unitatea de calcul i unitatea de comand sunt grupate ntr-un singur dispozitiv electronic numit procesor. Acesta poate efectua un numr de operaii aritmetice, logice si de transfer asupra datelor (n interiorul unui procesor exist o mic memorie), operaii care sunt la rndul lor identificate prin coduri binare.

Exemplu : procesorul poate efectua o suit de operaii cum ar fi aducerea din memoria central a unor date de la anumite adrese, n memoria sa intern, efectuarea de calcule asupra lor, sau compararea lor, si transferarea rezultatelor n memoria central, la anumite adrese, pentru o folosire ulterioar.

Despre memoriile auxiliare vom trata n seciunea referitoare la "Suporturile informiei".

Odat cu evoluia echipamentelor de calcul, comunicaia ntre procesor i unitile de intrare i ieire s-a dezvoltat mult, ajungndu-se la apariia de uniti specializate n comunicare, i chiar la procesoare de intrare/ieire. Aceste uniti fac legtura cu echipamentele care realizeaz conversia propriu-zis ntre informaia de baz i datele accesibile calculatorului, respectiv ntre rezultatele prelucrrii i informaia difuzabil.

3.1.2. Echipamente de intrare

Acestea pot fi clasificate, funcie de tipul de informaie ce poate fi introdus n calculator, ca fiind de mai multe tipuri:

- echipamente numerice de intrare:

informaia este compus din cifre i litere;

- echipamente analogice de intrare:

informaia const din valorile unor mrimi fizice ce variaz ca funcii continue.

3.1.2.1. Echipamente numerice

Tastatura este compus din taste care permit introducerea de litere, cifre, caractere speciale, precum i din taste care permit efectuarea de funcii.

Fiecrui caracter i corespunde un cod ASCII unic; cum alfabetul diferitelor ri este diferit, fiecare din acestea trebuie s foloseasc o tastatur pe care tastele corespund la diferite seturi de caractere i sunt dispuse diferit. Pentru o unificare tehnologic se utilizeaz urmtoarea soluie : apsarea unei taste genereaz emiterea unui cod unic intermediar (cod de scanare) care, funcie de setul de caractere curent, este asociat cu codul ASCII al caracterului ce corespunde tastei respective. In plus, acum se folosesc tastele repetitive, care emit un cod la apsare i un altul la eliberarea tastei, ntre cele dou generri de coduri caracterul se produce automat, n mod repetat, cu o frecven constant.

Mouse-ul este un dispozitiv de poziionare pe ecran care, prin deplasarea unei bile, transmis la calculator, realizeaz deplasarea unui simbol (cursor) pe ecran. In plus, dispozitivul poate avea una pn la trei taste al cror efect poate fi programat s declaneze o aciune.

Ecranul tactil este un tip de ecran sensibil la atingerea cu obiecte bune conductoare de electricitate, scopul lui fiind ca utilizatorul s poat indica cu mai mult uurin o poziie pe acesta. Una din soluiile tehnologice const dintr-un ansamblu de fire conductoare dispuse uniform pe acest ecran, parcurse de curent electric. In momentul atingerii acestuia, o cantitate mic din acest curent se scurge prin obiect (deget, de obicei), astfel putndu-se determina poziia atingerii.

Tableta grafic este un ansamblu format dintr-o tabli metalic i un creion al crui vrf emite un cmp magnetic. Desennd cu creionul pe tabli se obine pe ecran acelai desen.

Cititorul de coduri este un dispozitiv dedicat culegerii de informaii scurte, cum ar fi valori de coduri numerice sau alfanumerice. Desenul codului este iluminat, iar lumina reflectat de zonele albe (zonele negre vor absorbi-o) este convertit ntr-un semnal binar. Unul din cele mai rspndite cititoare de coduri este cititorul de coduri de bare (cele nscrise pe ambalajul diverselor produse).

3.1.2.2. Echipamente analogice

Aceste echipamente au ca scop de a citi informaie analogic i de a o transforma n date numerice, ce apoi pot fi prelucrate cu calculatorul.

Printre echipamentele cele mai rspndite sunt:

- scanner-ele sunt dispozitive ce pot converti imagini (imagini pe hrtie sau de la camere de televiziune) n imagini ce pot fi prelucrate i afiate de ctre calculator; principiul de funcionare const n mprirea imaginii n multe ptrate foarte mici i stabilirea culorii dominante n fiecare din ele; apoi, aceast informaie reproduce suficient de fidel imaginea original;

- MODEM-urile sunt dispozitive de modulare-demodulare, care convertesc un semnal binar ntr-unul analogic ce poate fi transmis pe o linie telefonic, la al crei capt un dispozitiv identic va face conversia invers reconstituind semnalul binar original.

3.1.3. Echipamente de ieire

Aceste echipamente sunt destinate a transforma rezultatele unei prelucrri n informaie difuzabil.

Ecranul catodic, denumit i display, este un dispozitiv de vizualizare; caracteristicile acestuia sunt :

- dimensiunea - lungimea diagonalei in inches;

- rezoluia - numrul de puncte (pixel) separabile situate pe cele dou direcii, orizontal i vertical;

- numrul de culori afiabile (monocrom, n nuane de gri, color).

Imprimanta este un dispozitiv de imprimare pe hrtie; caracteristicile unei imprimante sunt:

-rezolutia - se masoar n numr de puncte imprimate pentru a obine un segment de lungimea unui inch; unitatea de msur se noteaz dpi (dots per inch);

- viteza de imprimare - funcie de tipul imprimantei se msoar n caractere pe secund, sau n pagini pe minut.

Cele mai rspndite soluii tehnologice sunt :

- imprimanta cu ace - fiecare caracter imprimabil este descris n cadrul unei matrici de puncte (5x7). Fiecrui punct din matrice i corespunde un ac care, pentru caracterele crora este necesar, va lovi hrtia i odat cu aceasta, o panglic tuat aflat sub ea;

- imprimanta cu cap-margareta - similar sistemului de la maina de scris, pentru fiecare caracter exist cte un desen reliefat al caracterului respectiv, dispus pe un cap (sferic sau ca un sector de cerc); captul unui bra va lovi acest cap, astfel lovind banda tuat i hrtia aflat sub aceasta;

- imprimanta cu jet de cerneal - imprimarea se face proiectnd picturi fine de cerneal pe hrtie, calitatea imprimrii fiind foarte bun;

- imprimanta laser.

Plotter-ul este un trasator de curbe, avnd un dispozitiv de scriere montat pe un bra, a crui deplasare poate fi comandat cu valori numerice sau analogice direct de ctre un calculator. Curbele trasate sunt continue fr deformrile caracteristice imprimantei.

3.2. Suporturile informaiei

Pentru ca informaia s fie exploatabil, ea trebuie s fie inclus ntr-un suport: dispozitiv fizic capabil s nregistreze, s pstreze, s transmit i s restituie informaia.

Conform paragrafului precedent, prelucrarea automat a informaiei necesit alte suporturi pentru pstrarea informaiei dect hrtia, datorit modului de reprezentare a acesteia. Dispozitivele cu ajutorul crora se realizeaz conservarea datelor ntr-un sistem de prelucrare a informaiei sunt denumite memorii auxiliare.

In mod curent, ntr-un sistem de prelucrare a informaiei aceasta este pstrat pe suporturi magnetice : casete i benzi, discuri flexibile i discuri dure.

Casetele i benzile magnetice sunt alctuite dintr-o panglic de poliester acoperit cu un strat de oxid cu proprieti magnetice. Particulele acestui oxid pot avea doar dou stri de magnetizare crora li se atribuie valorile codificate 0 i 1.

Aceste suporturi sunt numite secveniale, adic pentru a citi o zon a benzii trebuie parcurs toat banda de la nceput.

Discurile magnetice, att cele flexibile ct i cele dure, funcioneaz pe acelai principiu : un disc rigid sau flexibil, acoperit cu un strat de oxid magnetic pe ambele fee, rotit n jurul axei sale, iar transversal, parcurs de un cap de citire/scriere. Astfel, ntr-un timp scurt capul de citire/scriere se plaseaz n locul dorit, n mod direct. Aceastea sunt dispozitive adresabile i coninutul poate fi sters.

Organizarea unui astfel de disc const din piste (coroane circulare de raze din ce n ce mai mici) succesive, pistele fiind mprite n sectoare. De fapt poziionarea capului de citire/scriere se face la nceputul unei piste (ceea ce face ca dispozitivul s se numeasc cu acces selectiv) apoi discul este rotit n poziia dorit.

Caracteristicile unui disc magnetic sunt :

- capacitatea de memorare, msurat n ko sau Mo;

- viteza de acces la date - timpul de rspuns ntre o momentul unei cereri de acces i momentul obinerii lor;

- rata de transfer a datelor - cantitatea medie de date transferat n unitatea de timp, n condiiile accesrii unui volum mare de date.

Discurile flexibile (dischetele) sunt constituite dintr-un singur disc, flexibil, dubl fa. Exist un sistem de protejare la scriere a dischetei (pentru cazul n care nu vrem ca, din greeal, s tergem sau s suprascriem coninutul acesteia).

Exist dou dimensiuni de dischete : de 5.25 inch i de 3.5 inch n diametru. Primele pot stoca 360 Ko sau 720 Ko sau 1.2 Mo, celelalte pot memora 720 Ko sau 1.44 Mo

In momentul de fa se fabric i dischete cu capacitate de memorare mai mare (12 Mo, 20 Mo), pe baza utilizrii unui aliaj bariu/ferit, ce permite dispunerea a 36 de sectoare pe o pist n loc de 18. Mrirea numrului de piste ns determin apariia de erori la poziionarea capului de citire/scriere.

Discurile dure (hard disk-urile) sunt constituite dintr-un ansamblu de discuri rigide suprapuse, existnd cte un cap de citire/scriere pentru fiecare fa, ele fiind montate pe un sistem de brae asemntoare unui pieptene, i deci micndu-se solidar. Faa superioar a primului disc i cea inferioar ultimului nu sunt utilizate.

In acest moment, un hard disk poate memora ntre 20-30 Mo i 1-2 Go.

De ctva timp se utilizeaz discurile optice, a cror organizare este oarecum asemntoare cu cea a discurilor de vinil, avnd o capacitate de memorare de aprox. 600 Mo; citirea lor se face cu un fascicul laser, uzura discului fiind cu mult mai redus dect la cele magnetice. Se mai numesc CD-ROM (Compact Disk ROM) deoarece operaia de scriere a discului este nc prea complicat tehnologic.

Fig. 2. Suporturile informaiei

Anumite tipuri de suporturi din cele menionate mai sus asigur doar temporar stocarea informaiei, mai degrab fiind utile comunicrii de informaii.Printre acestea ecranul asigur comunicarea main-->om. Alte suporturi ale informaiei sunt mult mai puin orientate spre stocarea acesteia i mult mai implicate n transportarea ei.

Liniile de transmisie asigur comunicarea mainmain. Conform cu cele amintite n seciunea "Echipamente periferice de intrare" dispozitivele numite MODEM asigur traducerea datelor binare n semnale electrice ce pot fi transmise spre alte calculatoare unde dispozitive similare recompun datele iniiale. Pe timpul transportului, liniile de transmisie sunt un suport al informaiei.

In acest scop pot fi folosite:

- linii telegrafice;

- linii telefonice;

- linii specializate.

3.3. Organizarea informaiei

Dup cum am vzut n paragraful anterior, datele sunt memorate n celule identificate prin adrese. Att datele ct i adresele sunt numere binare. Ar fi foarte complicat s avem evidena adreselor tuturor octeilor memorai. Pentru a evita acest aspect, s-a ajuns la urmtoarea soluie : datele sunt grupate, funcie de necesitile utilizatorului, n colecii de date, sub un nume.

Fiierul este o colecie de date conservate mpreun pe un suport de informaie. Caracteristicile sale sunt numele, lungimea (n octei), data ultimei modificri, precum i o serie de atribute referitoare la operaiile permise asupra sa. Procedura prin care acest nume conduce la colecia de date coninut de fiierul respectiv, este inclus n setul de operaii ce asigur funcionare sistemului.

Avnd n vedere suporturile tip hard disk, de mare capacitate, acestea pot conine multe fiiere. Pentru a uura gsirea unui anume fiier pe un astfel de suport, s-a ajuns la soluia gruprii fiierelor (dup criteriile utilizatorului acestora) n colecii de fiiere numite directoare. Aceste directoare sunt organizate ntr-o structur arborescent (vezi figura 3), deoarece ntr-un director pot fi coninute 0, 1 sau mai multe alte directoare. Locul unde va fi gsit un fiier va fi format dintr-o succesiune de nume de directoare (n aceast succesiune directorul vecin-dreapta este un subdirector al celui din stnga), formnd astfel o ramur n acest arbore.

Fig.3. Arborele de directoare

Exemplu: Dac avem un fiier cu numele TEXT cuprins n directorul DOCUMENTE, care este subdirector al directorului WORKS, director pe suportul codificat C, fiierul va putea fi referit oricnd prin sirul de caractere : C:WORKSDOCUMENTETEXT.3.4. Sisteme de programe

Conform cu paragrafele anterioare am observat c un element important ntr-un sistem de prelucrare automat este unitatea de comand. Aceasta poate executa aciuni, n msura n care acestea pot fi interpretate de ctre ea. Succesiunile de aciuni executate de unitatea de comand n scopul de a realiza anumite operaii se numesc programe. Programele executate de ctre calculator pot fi de mai multe categorii : sisteme de operare sau diverse programe utilitare.

Sistemul de operare este transparent ca funcionare pentru utilizator, scopul su fiind de a gestiona resursele calculatorului (procesor, memorii, uniti periferice) pentru a le pune la dispoziia celorlalte aplicaii.

Exist mai multe categorii de sisteme de operare dintre care cele mai importante sunt:

- sisteme monotasking - care execut un singur program la un moment dat, pn la terminarea cruia nici un alt program nu se poate pune n execuie (task n limba englez nsemn sarcin, ndatorire); din nefericire, exist diferene mari de vitez ntre componentele calculatorului, si n timp ce se realizeaz o imprimare. de pild, procesorul ar putea executa un numr mare de alte aciuni;

- sisteme multitasking - de fapt, procesorul execut doar un program odat, dar comut ntre acestea suficient de repede, dnd utilizatorului impresia c mai multe aciuni sunt executate simultan; avantajul este c, procesorul fiind componenta cea mai rapid a calculatorului, numrul de aciuni executate crete deoarece se elimin din timpul su de ateptare ca dispozitivele de intrare/ieire (cele mai lente din componente) s-i termine operaiile;

- sisteme multiuser (multiutilizator) - modalitile de acces a mai multor utilizatori la aceleai resurse n mod simultan au mai multe rezolvri, calea de acces fiind o component a sistemului numit "terminal" prin care utilizatorul comunic cu sistemul, iar activitatea propriu-zis a unui astfel de sistem este bazat pe principiile multitasking-ului, cu diferena c trebuie gestionate mai multe terminale n mod simultan, nu doar mai multe aplicaii;

- sisteme reea - sisteme ce gestioneaz configuraii complexe de calculatoare legate ntre ele, printre care exist cel puin un calculator, numit server, care permite accesul la programele de aplicaii instalate pe el utilizatorilor ce lucreaz de fapt pe celelalte calculatoare.

Exemple :Unix - sistem multitasking, multiuser;

Novell - sistem reea;

OS/2 - sistem multitasking;

Windows NT- sistem reea.

Programele utilitare sunt programe mai mult sau mai puin specializate ce folosesc la faciliterea obinerii rezultatelor dorite de utilizator. Printre acestea enumerm:

- programe de generare de noi programe :

faciliteaz scrierea de texte de programe n limbaje de programare;

- programe de comunicaie :

asigur comunicaia de date ntre sisteme de prelucrare;

- programe de gestiune de fiiere :

permite manevrarea cu mai mult uurin a sistemului de directoare i fiiere, permind i executarea de operaii mai deosebite, cum ar fi cutarea unor fiiere, sortarea lor dup anumite criterii,etc;

- programe de editare de texte :

permit crearea, aranjarea, imprimarea i ntreinerea textelor sub diverse forme;

- programe de calcul tabelar:

faciliteaz manipularea de date numerice (i nu numai) sub form de tabele, realiznd, eventual, imagini grafice pentru ilustrarea datelor respective;

- programe de gestionare a bazelor de date :

permit organizarea i manevrarea de cantiti importante de date;

- programe de editare de imagini;

- medii integrate :

se obine integrarea ntr-o singur aplicaie facilitile a diverse tipuri de programe, n scopul de a asigura o consisten prelucrrii.

3.5. Prelucrarea de la distan (teleprelucrarea)

Prelucrarea la distan reprezint un proces n care una din componentele sistemului de prelucrare nu este local :

- datele iniiale sunt situate pe un suport la distan;

- aplicaia care obine rezultatele dorite este instalat pe un server i nu pe calculatorul de lucru;

- rezultatele sunt necesare n alt loc dect cel unde se efectueaz prelucrarea.

Pentru a putea efectua o prelucrare la distan sunt necesare urmtoarele echipamente:

- un sistem de prelucrare - calculator central (server) prevzut cu perifericele i suporturile de stocare necesare;

- un sistem de transmisie - linii sau reele de comunicaii;

- un sistem terminal - permite ca prin intermediul sistemului de transmisii s se obin accesul la date, la aplicaia necesar i/sau obinerea rezultatelor prelucrrii.

In mod obinuit, sunt sute de terminale legate la un calculator central (de talie foarte mare).

3.5.1. Organizarea sistemelor de informaii

Sistemul de informaii centralizat este conceput n jurul unui calculator central ce stocheaz toat informaia i are instalate toate aplicaiile necesare. Dac acesta se oprete tot sistemul devine nefuncional. De obicei este prevzut o a doua main (copie a primei) care va prelua toat activitatea pn la remedierea defectului. Aceasta a fost soluia de nceput datorit costului, iniial mare, al calculatoarelor.

Sistemul de informaii distribuit n care sunt mai multe calculatoare ce deservesc utilizatorii cu date i aplicaii, calculatoare ce pot fi legate ntre ele sau nu. Exist mai multe variante :

- datele sunt stocate ntr-un singur loc i aplicaiile sunt instalate pe diverse calculatoare;

- aplicaiile sunt pstarate laolalt i datele sunt repartizate n sistem;

- att datele ct i aplicaiile sunt distribuite n sistem.

Criteriile dup care se decide alegerea uneia din configuraii depind de :

- organizarea informaiei, volumul ei, frecvena de prelucrare, volumul datelor transferate;

- structura instituiei informatizate de sistem (dac are uniti deprtate geografic);

- importana prelucrrii (dac rezultatele sunt de de mare necesitate sau nu);

- costul sistemului.

3.5.2. Echipamentele specifice prelucrrii la distan

Am stabilit n paragrafele precedente c pentru prelucrarea la distan cu sistem de comunicaie prin reeaua de telecomunicaii sunt necesare MODEM-uri la ambele capate ale liniilor precum i terminale. Pe lng acestea mai exist o component : consola sistemului, care supravegheaz traficul de date ntre terminale i aplicaii, gestioneaz reeaua de calculatoare, asigur securitatea reelei autoriznd conectarea la aceasta precum i operaiile ce pot fi efectuate de ctre un anumit utilizator.

Alte echipamente legate mai mult de comunicaie dect de prelucrarea propriu-zis sunt :

- telex-ul, ce asigur comunicaia de mesaje scrise n ntreaga lume;

- fax-ul (telecopiator), ce transmite n timp foarte scurt informaii coninute pe suport-hrtie (i manuscrise, i imagini grafice); exist n momentul de fa componente care funcioneaz pe principiul fax-ului n calculatoare, cu diferena c rezultatul transmisiei nu este imprimat ci devine coninutul unui fiier pe suport magnetic.

22 INFORMATICA