Sisteme de calcul

Obiective

Evoluia sistemelor de calcul Clasificarea calculatoarelor Arhitectura unui sistem de calcul Hardware Software

Pentru prelucrarea automat a informaiilor sistemul de calcul are nevoie att de echipamente (componentele hardware) ct i de un set de programe care determin prelucrrile care se fac asupra informaiilor prin intermediul componentelor fizice ale sistemului de calcul. Componentele sistemului de calcul se pot clasifica n general astfel:

o Hardware o Firmware o Software

Hardware-ul - reprezint ansamblul echipamentelor care alctuiesc sistemul de calcul.

Firmware-ul - este componenta de programe introdus de productor la realizarea prii de hardware. Este ncrcat n memoria fix ROM. Acest complex de programe, definete un anumit mod de funcionare i implicit de utilizare a sistemului de calcul. Secvenele de programe fixe din ROM, ajut la ncrcarea sistemului de operare. La sistemele compatibile IBM PC, o astfel de component este ROM-BIOS-ul. Aceast component, este interfa ntre hardware i software, oferind componentei software funcii de baz pentru utilizarea hardware-ului. Componenta firmware (BIOS) permite modificarea unor parametri de funcionare ai PC-ului ntr-o secven special derulat n timpul procedurii de ncrcare a sistemului de operare la pornirea sistemului de calcul.

Software-ul - reprezint ansamblul de programe care permit funcionarea sistemului de calcul. Componenta software a unui sistem de calcul cuprinde programe grupate n mai multe categorii,

dup natura problemelor pe care le rezolv. [10]

2.1 Istoric

Un sistem de calcul poate fi reprezentat, din punct de vedere funcional, ca o ierarhie de nivele, fiecare nivel fiind constituit pe baza nivelelor predecesoare.

Un sistem de calcul este alctuit dintr-un ansamblu de resurse fizice i un pachet de programe sistem ce reprezint prelucrarea datelor pe baza unor algoritmi specificai de utilizator prin programe de aplicaie. Resursele fizice ale calculatorului (cum ar fi, de exemplu, circuite integrate, dispozitive

electronice, echipamente de intrare/ieire, memorii, surse de alimentare, cabluri) formeaz hardware-ul.

Pachetul de programe sistem i programele de aplicaii formeaz software-ul de baz, respectiv software-ul de aplicaie. Compilatoarele i interpretoarele fac parte din software-ul de baz.

Termenul de firmware se refer la software-ul inclus n dispozitive electronice n momentul fabricaiei acestora.

Orice operaie efectuat prin program (software) poate fi implementat n hardware. De asemenea, orice operaie executat de hardware poate fi simulat prin software. De aceea se consider c, din punct de vedere logic, software-ul i hardware-ul sunt echivalente. Stabilirea implementrii unei operaii n hardware sau n software se face n etapa de proiectare a unui calculator i are la baz criterii ca: viteza de execuie, pre de cost, fiabilitate. De exemplu, operaiile elementare (adunare, scdere, nmulire, mparire) cu numere reale au fost implementate iniial n software.

Ulterior s-au proiectat circuite specializate care s efectueze aceste operaii, avantajul principal fiind execuia mult mai rapid dect n cazul simulrii prin software.

Definiie: Un sistem de calcul reprezint ansamblul componentelor hardware (dispozitive) i componente software (sistem de operare i programe specializate) care permite utilizatorului cu ajutorul programelor, s controleze i s urmreasc derularea i executarea diferitelor operaii.

Operaiile executate de ctre un sistem de calcul sunt: - introducere date (citire) (I) asigur introducerea datelor i a programelor n memoria intern;

- memorare date i instructiuni (reprezentare) (M) permite stocarea datelor i a programelor n memoria intern i extern;

- prelucrare date i instruciuni (procesare) (P) permite efectuarea operaiilor aritmetice i logice asupra datelor memorate, prin intermediul programelor de aplicaii; - ieire date (scriere) - (O) redarea rezultatelor prelucrrii automate, prin intermediul videoterminalelor, imprimantelor sau prin inregistrarea acestora pe

alte suporturi tehnice de date n vederea unor prelucrri ulterioare;

Schema de principiu a unui sistem de calcul este:

Fig. 4.1 Schema sistemului de calcul

Din punct de vedere al reprezentrii i de suportul fizic al informaiei calculatoarele pot fi:

o calculatoare analogice

o calculatoare numerice

Calculatoarele analogice sunt cele la care informaia apare codificat sub forma unor mrimi fizice, cum ar fi: tensiunea, presiune, greutate etc. aceast generaie de calculatoare a existat la mijlocul secolului XX. Ca exemplu: rigla de calcul.

Calculatoarele numerice sunt cele la care informaia este codificat discret, adic numeric.

Definiie: Calculatorul numeric este un sistem fizic care prelucreaz automat informaia codificat sub form de valori discrete, conform unui program ce indic o succesiune determinat de operaii aritmetice i logice, avnd la baz un algoritm de prelucrare.

Orice calculator lucreaz cu secvene de 0 i 1 (binar). Un 0 sau 1 logic formeaz 1 BIT (Binary Digit).

2.1.1 Evoluia n timp a calculatoarelor Etapele care s-au remarcat n evoluia mijloacelor de tehnic de calcul sunt:

1. instrumente de calcul; 2. maini mecanice de calcul; 3. maini electronice de calcul; 4. maini electronice de calcul cu program memorat.

Prima etap instrumente de calcul este marcat de:

Dispozitive de

intrare

(introducere date)

I

M-unitatea de memorie

P-procesor

Sisteme de

Operarea

Programe

Specializate

Dispozitive de ieire

O

1. abac, prima main de calcul utilizat cu aproximaie prin anii 600 .H.(secolul 12) n Japonia i China. Erau realizate operaii de:

- adunare - scdere - nmulir - mprire.

2. Rigla de calcul inventat de John Napier (1550-1617) i Robert Bissaker la sfritul secolului XVII i nceputul secolului XVIII. [20]

A doua etap cea a mainilor mecanice de calcul, au la baz roile dinate, care joac rolul elementului cu mai multe stri stabile. Fiecare stare codific o cifr zecimal.

Se remarc urmtoarele apariii: 1. 1623 - prima main mecanic de calcul realizat de William

Schickard.

2. 1642 1645 matematicianul francez Blaise Pascal (1623-1662) a realizat prima main de adunat, considerat a fi primul calculator digital (numit Pascalina).

3. 1674 (1666, dup alii), Gottfried Wilhelm von Leibnitz (1646-1716) inventeaz maina care execut operaii de nmulire i mprire. Acesta a fost primul calculator mecanic capabil s efectueze operaii de nmulire.

4. 1820, un estor pe nume Joseph Marie Jacquard (1752-1834) a inventat

cartela perforat (dreptunghi de carton destinat nregistrrii informaiei printr-o serie de perforaii ntr-un cod prestabilit), utilizat la nceput la rzboaiele de esut. Hermann Hollerith a utilizat pentru prima dat aceste cartele perforate, pentru a accelera

prelucrarea datelor culese la recensmntul din Statele Unite (1890), cu ajutorul unei maini de sortat. [20]

5. Charles Babbage (1791-1871), n secolul al XIX-lea, mai precis anul 1822, a proiectat

o main capabil s efectueze logaritmi i funcii trigonometrice, fr intervenia factorului uman, primul calculator cu execuie automat a programului care nu a fost construit niciodat.

Abac Japonia

Rigla de calcul

Logaritmi

Proiectul prevedea nc de atunci principalele elemente ale calculatoarelor moderne de astzi:

- unitatea de memorie;

- unitatea de calcul;

- uniti de intrare, ieire; - unitate de comand.

Din acest motiv el a fost considerat primul om care a inventat calculatorul modern.

Aceste maini au marcat punctul de rscruce n startul epocii calculatoarelor.

6. E. Barbour realizeaz n anul 1872 prima main de calcul cu imprimant. 7. 1892 se construiete o main de calcul pentru birou perfecionat. 8. n anul 1912, F. Baldwin i J. Monroe ncep producia de mas a mainilor mecanice de calculat, cu patru operaii aritmetice. [

A treia etap a mainilor electronice de calcul au la baza construciei lor roi dinate cu acionare electric.

1. n 1930 se produc maini electromecanice de calculat care realizau operaii de adunare, scdere, nmulire, mprire, rdcin ptrat, subtotal.

2. n anul 1939 Samuel Williams a construit un calculator cu relee. Acesta a fost primul calculator digital i prima main binar. n 1943 britanicii au realizat o main, numit Colossus, folosit pentru decodarea mesajelor trimise de germani, fiind primul calculator operaional care folosea valve.

3. ntre 1937-1945, Howard Aiken de la Universitatea Harvard, mpreun cu firma IBM, a produs calculatorul MARK 1, bazat pe relee electromagnetice (numele original a fost IBM

Automatic Sequence Controlled Calculator). Releele electromagnetice i contactele lor joac rolul elementelor bistabile. Cu ajutorul lor se pot codifica cifrele sistemului de numeraie binar. n 1937 Aiken propune proiectul Calculatorului cu Secvene Automate de Comand. Acesta folosea principiile enumerate de Charles Babbage i tehnologia de implementare pentru calculatoarele electromecanice produse de IBM. Cel de-al doilea calculator creat de Aiken, numit

MARK 2, a fost realizat la finele primului rzboi mondial (n anul 1947) i avea o putere de calcul de cinci ori mai mare dect predecesorul su. Construcia calculatorului Mark I a nceput n 1939 i s-a terminat la 7 august 1944, dat ce marcheaz nceputul erei calculatoarelor.

A patra etap maini electronice de calcul cu program memorat sunt bazate la nceput pe tuburi electronice, apoi pe tranzistori i circuite integrate.

n 1943 a nceput construcia primului calculator care utiliza tuburi electronice ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer) la Universitatea din Pennsylvania. La acest tip

de calculatoare programele i datele au fost stocate n aceeai memorie. n 1945 von Neumann, a reprezentat pentru prima dat structura unui calculator (figura

2.2) astfel:

Figura 2.2 Schema von Neumann a calculatorului numeric

Unde:

o UI Unitatea de intrare, prin intermediul ei sunt introduse date n calculator ; o M Memoria calculatorulu, unde sunt stocate datele pentru prelucrare; o UAL Unitatea aritmetic logic, este cea care efectueaz calculele aritmetice-

logice;

o UC Unitatea central, ea coordoneaz ntreaga activitate din calculator; o UE Unitatea de ieire, permite redarea utilizatorului a informaiilor prelucrate sau

introduse n calculator;

o Op. operatori; o Rez. rezultate.

Pe baza acestor concepte n 1945 se realizeaz calculatorul EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer). A fost elaborat structura logic avnd la baz calculatorul cu program memorat ocazie cu care au fost concretizate prile funcionale ca:

- unitatea de intrare care s permit utilizarea unui numr nelimitat de instruciuni i operanzi;

- citirea instruciunilor i a operanzilor din memorie unde se pot introduce rezultate n ordinea dorit;

- unitatea aritmetic logic realizeaz operaii aritmetice sau logice asupra operanzilor citii din memorie;

- unitatea de ieire permite utilizatorului obinerea unui numr nelimitat de rezultate; - unitatea central interpreteaz instruciunile pe care le citete din memorie i n funcie de

rezultatele obinute, poate alege o serie de variante de realizare a operaiilor. Majoritatea calculatoarelor construite au la baz aceste principii.

2.1.2 Generaii de calculatoare

O anumit generaie de calculatoare este delimitat de tehnologia utilizat, performanele obinute, concepia n structura hardware i software [Dodescu]. [20] Generatia 0 n peroiada (??-1940) este marcat de calculatoare mecanice. n aceast

perioad se evideniaz urmtoarele personaliti: sec. 17 Pascal care realizeaz prima main de calcul pentru adunare i scdere; sec. 17-18 Leibnitz este cel care propune, maina pentru 4 operaii aritmetice;

sec 19 - Ch. Babbage (Cambridge) el proiecteaz i realizeaz maina diferenial i maina analitic (Ada Byron-prima programatoare). Aceast main are urmtoarele pri componente: memorie, unitate de calcul, cititor de cartele i perforator de cartele;

inceputul sec. 20 este marcat de: Konrad Zuse John Athanasoff - sistemul binar de numeraie H. Aiken Mark I, II Stibbitz.

Avnd n vedere tehnologiile utilizate n construcia calculatoarelor, ncepnd cu anul 1946, se pot evidenia cinci generaii de calculatoare.

Prima generaie 1945-1955 apar noi tehnologi cum ar fi: Hardware calculatoare: relee, tuburi electronice, tambur magnetic, tub catodic.

Software calculatoare: programe cablate, cod main, autocod. 1943-1946 P. Eckert , J. Mauchley i i John Louis von Neumann ENIAC (Electronic

Numerical Integrator And Computer) primul calculator digital electronic operaional. 18000 tuburi, 1500 relee, 30 tone greutate; utiliza o putere de 200 kW i putea memora instruciuni cu scopul de a simplifica

rezolvarea problemelor.

J. von Neumann IAS primul care a scris despre calculatoare introducnd conceptual de program

memorat;

modelul clasic de calculator: conine 5 componente: memorie, UC, UAL, DI,DE.

Shanonn teoria informaiei definete unitatea de informaie; informaia = inversul entropiei.

Alan Turring Colossus modelul Turring; alte variante: EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer), ILLIAC,

MANIAC, Wirlwind, UNIVAC;

IBM 701,704,709 sunt proiectate primele calculatoare comerciale; DACICC, CIFA, MECIPT variante romneti ale calculatoarelor.

La baza construciei acestora au stat principiile lui J. L. von Neumann, conform crora, un calculator trebuie s conin:

1. un singur procesor central;

2. singur legtur ntre procesorul central i memorie;

3. programul este stocat (memorat) n memorie;

4. procesorul central aduce, decodific i execut instruciunile memorate ale programului secvenial.

5. Aceste calculatoare erau de dimensiuni

mari, mari consumatoare de electricitate, foarte scumpe, nefiabile, timpul de acces la

memorie era mare.

Calculatoarele din aceast generaie au fost fundamentate pe cercetrile lui Norbert Wiener, printele ciberneticii, care a pus bazele teoretice ale calculatorului electronic. [20] Pentru

efectuarea operaiilor era utilizat limbajul main i puteau rezolva numai un singur task la un moment dat. Intrrile aveau la baz cartela perforat i banda de hrtie, i ieirile erau obinute la imprimant. Limbajul main este limbajul de programare de nivel jos care este neles de calculator. [20]

Fig. 2.3 Prima generaie de calculatoare

Generia a doua 1955-1965

Hardware calculatoare: tranzistoare, memorii cu ferite, cablaj imprimat, discuri

magnetice.

Software calculatoare: limbaje de nivel nalt (Algol, FORTRAN).

Evenimente:

tehnologia: tranzistorul 1947 n laboratoarele Bell Shockley&Brattain primul tranzistor (Bell labs) primul calculator tranzistorizat: TX-0 IBM 7090 varianta tranzistorizat, IBM 1401 Wirlwind MIT PDP-1, PDP-8, firma DEC CDC 6600 primul calculator paralel CETA calculator romnesc din aceast generaie construit la noi.

Fig. 2.4 A doua generaie de calculatoare

Calculatoarele erau mai mici, ieftine, fiabile, consumau mai puin electricitate, capacitatea memoriei 32 Ko i erau mai rapide de cteva sute de ori (viteza de operare 2.000.000 instruciuni/s), dect cele din prima generaie. Exemple de calculatoare din generaia a doua: ICL 1301, NCR 501, IBM 1401, CDC 6600, DACICC-1/2 i din Romnia CET 500/501, MECIPT-2,DACICC-200.

Genertia a treia 1965-1975 Hardware calculatoare: circuite integrate, memorii semiconductoare, cablaj imprimat

multistrat, microprocesoare, discuri magnetice, minicalculatoare.

Software calculatoare: limbaje de nivel foarte nalt, programare structurata, LISP, sisteme

de operare orientate pe limbaje ( Algol, Pascal ), timp partajat, grafica pe calculator, baze de

date.

Se schimb ntreaga tehnologie : - tehnologia: circuite integrate - primul circuit integrat a fost dezvoltat n 1950 de Jack

Kilby de la Texas Instruments i Robert Noyce de la Fairchild Semiconductor familii de calculatoare:

mainframe: IBM 360, IBM 370 calculatoare de capacitate mare; mini: PDP 11

calculatoare romaneti: Felix c-256, c-512, c-32 calculatoare de capacitate mare; Independent 100/102F, Coral 4001/4030 copiaz PDP-11 microcalculatoare

mbuntiri: viteza de operare 5 mil op/s; preul mai mic; fiabilitate;

dimensiuni mici; memorii de capacitate mai mare 2 Mo ; periferice noi; consola de tip display (PDP11).

n loc de cartele perforate i imprimante, utilizatorii interacioneaz cu calculatoarele prin intermediul tastaturii, monitoarelor i interfeelor cu sistem de operare, care permit execuia mai multor aplicaii diferite n acelai moment de timp. Caracteristica acestei generaii de calculatoare este apariia de limbaje de nivel foarte nalt (Fortran, Cobol), programarea structurat, sisteme de operare orientate pe limbaje (Algol, Pascal), timp partajat, grafic pe calculator, baze de date. Exemple: IBM 360, Siemens 4004, ICL 1900, UNIVAC 9000 etc. [20]

Fig. 2.5 A treia generaie de calculatoare

Generatia a 4-a 1975-1990 Hardware calculatoare: VLSI, sisteme distribuite, discuri optice, microcalculatoare de

16/32 bii, superminicalculatoare, supercalculatoare. Software calculatoare: sisteme de operare evoluate, ADA, pachete de programe de larg

utilizare, sisteme expert, limbaje orientate pe obiecte, baze de date relaionale. tehnologia: VLSI

avantaje: vitez de operare 30 mil./s, grad ridicat de integrare, fiabilitate mare, cost redus, dimensiuni mici

apariia primului microprocesor - Intel 4004 circuite de memorie ROM, RAM, DRAM de capacitate mare (8Mo) apariia microcalculatoarelor care au la baza un microprocesor aparitia calculatoarelor personale:

home-computer: ZX81, Spectrum PC: IBM-PC, XT, AT, Apple, Machintosh

calculatoare romaneti: seria M18,M118, PRAE, aMIC, Felix PC, Telerom-PC

Aceste calculatoare sunt puternice, ele pot fi legate ntre ele, formnd o reea de caculatoare; ncep s fie utilizate sisteme de operare evoluate, pachete de programe de larg utilizare, sisteme expert, limbaje orientate pe obiecte, baze de date relaionale etc. n 1981 firma

IBM introduce pe pia primul su calculator personal (PC), i n 1984 Apple introduce Macintosh. [20]

Calc. cu display TV Calculator portabil (Osborn)

IBM PS2 Motorola 68040

Bill Gates Steve Jobs si Steve Wozniak

Fig. 2.6 A patra generaie de calculatoare

Generatia a 5-a 1990 prezent Hardware calculatoare: tehnici evoluate de mpachetare i interconectare, ULSI,

proiectare circuite integrate 3D, componente optice, arhitecturi paralele pentru prelucrarea

inferenelor, reele neuronale. Software calculatoare: sisteme de operare cu interfa evoluat cu utilizatorul, limbaje

concurente, programare funcional, prelucrare simbolic (limbaje naturale, recunoaterea formelor: imagini/voce), Prolog, baze de cunotine, sisteme expert evoluate, CAD, CAM, CAE, multimedia, realitate virtuala, web.

Este reprezentat de calculatoarele utilizate n prezent (nc n curs de proiectare), este caracterizat de capacitatea recunoaterii imaginilor, a sunetelor i altor capaciti de inteligen artificial. Tehnicile de procesare paralel, bazate pe drive-urile RISC este o caracteristic a acestor calculatoare. Software-ul utilizat n aceast perioad se caracterizeaz prin: sisteme de operare cu interfa evoluat cu utilizatorul, limbaje concurente, programare funcional, prelucrare simbolic (limbaje naturale, recunoaterea formelor: imagini / voce), Prolog, baze de cunotine, sisteme expert evoluate, CAD, CAM, CAE, multimedia, realitate virtual, Web. [20]

2.1.3 Clasificarea calculatoarelor dup familia din care face parte

Calculatoarele se clasific n: 1. Mainframe-uri

2. Minicalculatoare

3. Microcalculatoare.

Mainframe-urile, sunt calculatoare mari i foarte scumpe, specifice anilor 1960 1970. Caracteristici:

Proceseaz date la viteze superioare, astfel nct pot rezolva sarcinile complexe mult mai rapid.

Drive-urile pot stoca mult mai multe date i manipula fiiere mai mari dect o pot face sistemele mai mici.

Sistemele de operare permit utilizarea simultan a acestora de ctre mai muli utilizatori, prin intermediul utilizrii tehnicii multiprogramrii (utilizatorii sunt conectai la calculator prin uniti de tastatur i ecran, numite terminale i uniti vizuale de afiare, VDU Visual Display Units). [20]

Minicalculatoarele: sunt calculatoare cu viteze de 103

105 operaii / secund, cu o lungime a cuvntului mic (8, 12, 16 bii). n general sunt calculatoare ieftine i sunt recomandate pentru companiile mai mici. Un

asemenea calculator este mai mic dect un mainframe,

capacitatea de stocare este mai mic i nu permite att de muli utilizatori simultan ca un mainframe. Primul minicalculator cu adevrat popular a fost PDP 8, lansat n 1965, i produs de firma DEC Digital Equipment Corporation. Liderul mondial n domeniul minicalculatoarelor este

IBM, cu peste 300.000 instalri, disponibil n mai multe variante. [20] Microcalculatoarele: sunt calculatoare de birou, foarte rspndite n ultimul deceniu, datorit gradului lor de accesibilitate dar i preului relativ sczut. Datorit faptului c acestea sunt destinate unui singur utilizator; se mai numesc i calculatoare personale (personal computer PC). Printre cele mai cunoscute i rspndite microcalculatoare se numr IBM PS/2, Apple MacIntosh, Hewlett Packard, Vectra etc.

Primul microcalculator a fost construit n 1973

(Frana, la Oresay, produs de societatea R2E condus de Andre Truong Trong Thi), s-a numit Micral i avea un microprocesor Intel 8080, produs de ctre firma Intel n aprilie 1974 (primul microprocesor 8008 a aprut n anul 1972).

Cei care au intuit importana microcalculatoarelor, n ideea de a le apropia ct mai mult de om, au fost

Steve Wozniak, de 26 de ani, angajat al firmei

Hewlett Packard i Steve Jobs, n vrst de 20 de ani. Ei produc n 1975 ntr-un garaj din California, un

calculator numit Apple I, introducnd odat cu el i noiunea de calculator personal. Abia dup 5 ani de la lansarea lui Apple I, n august 1981, firma IBM, denumit i Big Blue", este convins de importana acestei noi ramuri aprute de curnd i se hotrte s intre n lupt. Calculatorul, numit IBM PC Personal Computer se impune pe pia imediat. Un alt pas nainte a fost introducerea microprocesorului Intel 80386, care reprezint trecerea de la microprocesoarele pe 16 bii la cele pe 32 bii. [20] O categorie aparte de calculatoare o reprezint supercalculatoarele; acestea au fost dezvoltate pentru aplicaii specializate care necesit un numr imens de calcule matematice, dar ele mai sunt utilizate n cercetri nucleare, exploraii petroliere etc. Acestea pot executa peste 1 bilion de operaii pe secund, sunt cele mai rapide i puternice calculatoare.

DEC PDP 8 1965

MICRAL 1973

Apple II 1977

Supercalculatoarele lucreaz pe 64 bii, memoria se msoar n GB, capacitatea de stocare este imens i se pot primi intrri de la peste 10.000 staii de lucru. Unul dintre cele mai celebre calculatoare este Seymour Cray-Cray-2. Costul unui supercalculator este de peste 4 milioane $, Cray-2 costnd aproximativ 17 milioane $. Diferena principal ntre un supercalculator i un mainframe este aceea c un supercalcultor folosete toate resursele pentru executarea unui anumit numr de programe ntr-un timp ct mai scurt, n timp ce un mainframe utilizeaz aceste resurse pentru a executa mai multe programe n mos concurenial. [20]

4.1.4 Clasificarea calculatoarelor n funcie de calculele pe care le poate efectua

1.Calculatoare analogice care sunt utilizate pentru studiul sistemelor complicate ce nu permit

ncercri directe i al cror studiu duce la calcule laborioase. Se mai numesc i maini de calcul cu acionare continu deoarece opereaz asupra unei cantiti de informaii ce variaz continuu, acest lucru realizndu-se cu ajutorul elementelor de calcul.

2.Calculatoare numerice sunt dispozitivele i echipamentele care prelucreaz automat informaia codificat sub form de valori numerice. Opereaz cu cele dou cifre ale sistemului binar pe care le manipuleaz cu viteze fantastice. 3.Calculatoarele hibride sunt dispozitivele de calcul care combin operaiile calculatoarelor numerice cu cele ale calculatoarelor analogice.

4.1.5 Clasificarea calculatoarelor n funie de modul de utilizare

Calculatoare de buzunar Calculatoare de birou Staii de lucru

4.1.6 Clasificarea calculatoarelor dup regimul de lucru

Individuale,

Legate n reea de microcalculatoare,

Terminale.

4.1.7 Clasificarea calculatoarelor dup lungimea cuvintelor pe care le prelucreaz

Sunt calculatoare de: 8, 16, 34, 64 bii.

4.1.8 Evoluia calculatoarelor compatibile IBM-PC

La baza construciei acestora a stat microprocesorul 8080.

n 1982 apar P.C.-urile din seria 286. Intel a urmat denumirile de *86. Ele utilizau magistrale de 16 bii i o frecven (vitez de ceas) de 8-16 MHz.

n 1985 apar 386 SX, cu magistral local pe 16 bii, i 386 DX, cu magistral local pe 32 bii. La ultimele viteza procesorului depea viteza memoriei lucru care deranja. Acest lucru s-a rezolvat prin apariia memoriilor cache externe. Vitezele de lucru erau ntre 33 i 50 MHz. A fost extins setul de regitri i tipul de date utilizat. La aceste calculatoare, magistrala PCAT este doar o magistral de extensie pentru conectarea echipamentelor periferice i nu mai lucreaz la frecvena ceasului procesorului.

n 1989 apare seria 486. La acestea apare n plus: - memorie cache integrat, - procesor matematic integrat, - folosete o tehnologie de integrare de peste 1,2 milioane tranzistori pe cip, - implementeaz tehnica PIPE-LINE de executare a instruciunilor - are conectori de extensie legai la magistrala local pentru echipamente cu

vitez mare de lucru. 486-ele avea viteza maxim de 120 MHz i era produs att de Intel ct i de concurenii lui.

Amd-ul i Cyrix au produs atunci un alt procesor, denumit 586, dar acesta era deosebit de slab (un 586 la 133 MHz fcea ct un P-75). De fapt, AMD-ul i-a denumit i el acest procesor sub numele de K5.

n 1993 apare seria PENTIUM. La acestea s-au folosit tehnologii de integrare de 3,1 milioane tranzistori pe cip, prin creterea densitii, folosete magistrala de 64 bii, are memorie cache care merge pn la 64 KB, are unitate de execuie RISC (care poate executa dou instruciuni ntr-un singur ciclu de ceas), are caracteristici de verificare a integritii sistemului.

n 1993, Intel a lansat microprocesorul Pentium. Dei se atepta ca aceast generaie s se numeasc 80586, ca cele prezentate nainte, compania a optat pentru numele Pentium. Acest nume a fost dat datorit deciziei Curii Federale, care a stabilt ca numele 386 este generic i descrie un tip de produse, nu un produs care aparine unui anumit producator. Din acest motiv, Intel a ales un nume propriu, astfel ca atunci cand

alte companii au clonat cipul, nu au putut folosi acelai nume cu al produsului original. Cipul Pentium, are o interfa pe 64 de biti n locul conexiunilor pe 32 de biti ale microprocesoarelor mai vechi. n interior, microprocesorul Pentium folosea tehnologia

pe 32 de biti, dar ntr-un mod mai puin obinuit. n locul unei singure uniti centrale de prelucrare pe 32 de biti, microprocesor-ul Pentium coninea cipuri 486, interconectate prin circuite care i partajeaz sarcinile. n cip a fost ncorporat o memorie cache de 16 KB, care este total diferit fa de cea a microprocesoarelor 486. Este mprit n dou :

o 8 kb fiind folosii ca buffer pentru date; o 8 kb pentru instruciuni.

Microprocesorul Pentium continu tradiia Intel de compatibilitate cu cipurile anterioare. In ciuda proiectului revoluionar, microprocesorul pentium va coninua s execute aceleai programe ca i microprocesoarele 386 i 486, n exact aceleai moduri de operare. Cu alte cuvinte, microprocesorul Pentium se iniializeaz n modul real, apoi poate fi comutat n modurile protejat i virtual 8086 (i napoi). Setul de instruciuni al microprocesorului Pentium include toate comenzile folosite de circuitul 486, la care se

adaug instruciuni proprii. Fa de microprocesoarele precedente, acest microprocesor are o vitez mai mare.

4.1.9 Generaii de cipuri Pentium

Primele Pentium au fost proiectate s ruleze aproximativ de dou ori mai repede dect microprocesoarele 486 cu aceeai frecven de ceas i cu posibiliti i mai mari n cazul folosirii unor ceasuri mai rapide. Dei viteza maxim a primelor cipuri Pentium abia egala viteza intern de 66 Mhz a celor mai rapide cipuri Intel 486 cu dublarea frecvenei de ceas, Intel s-a apropiat de scopul propus, obinnd rezultatele cu aproximativ 80% mai repede n cazul aplicaiilor sub sistemul de operare DOS.

n 1994 apare pe pia a doua generaie de microprocesoare Pentium. La construcia lor a fost folosit un multiplicator de ceas intern, care a dus la mrirea vitezei de lucru. Creterea vitezei s-a fcut cu un factor de 1,5 de la 60 Mhz la 90 Mhz i de la 66Mhz la 100Mhz. Noile cipuri nu puteau fi folosite ca nlocuitor direct al cipurilor predecesoare,

din cauza celei de-a doua inovaii: noile microprocesoare Pentium foloseau o logic la 3,3 voli. ns, noile microprocesoare Pentium erau identice cu cele anterioare. n aceste condiii, fabricanii plcilor de baz trebuiau s-i reproiecteze produsele pentru ca acestea s accepte tensiunile mai mici cerute de cip-uri. Ca soluie de moment, unele companii au dezvoltat plci adaptoarre, care asigur corespondena dintre microprocesoarele Pentium la 3,3 voli i soclurile la 5 voli. Datorit unor erori anumate de firm (n unitatea cu virgul mobil - la mprirea anumitor numere se obin rezultate greite), Intel a anunat o politic de nlocuire a cipurilor defecte. Aceast eroere exist numai n primele dou versiuni ale cipului, care opereaz la 60 i 66 Mhz.

n ianuarie 1997, firma Intel a lansat primul microprocesor Pentium MMX (de la Multi Media eXtensions). Acest set de 21 de instruciuni avea pretenia de accelerare a jocurilor i aplicaiilor multimedia. De fapt, ele aveau efect numai n cazul aplicaiilor concepute special pentru ele i care suportau aceste instruciuni. Desigur, Intel a convins muli dezvoltatori de jocuri/aplicaii s le optimizeze pentru aceste instruciuni. Primele cipuri Pentium MMX operau la 166 sau 200 de Mhz cu magistrala extern de 66 Mhz. Desigur, conceptul de overclocking permitea o frecven mai mare, prin modificarea factorului de multiplicare prin intermediul unor jumperi. Aa cum sugera i numele, noul cip

recunotea setul de instruciuni MMX, pe care le trata ca instruciuni pentru coprocesor. n plus, Intel a dublat dimensiunea memoriei cache primare inglobate n cip, ajungnd la

32 kilooctei. Prelucrnd mai multe blocuri de date n acelai timp, microprocesorul MMX putea mbunti performanele unei aplicaii optimizate n acest sens cu pn la 60%, conform declaraiilor celor de la Intel. Totui, cu excepia mbuntirilor determinate de memoria cache mai mare, cipurile Pentium MMX nu au mbuntit performanele programelor convenionale. Cipul trebuia s execute instruciuni MMX , pentru mrirea vitezei.

AMD construiete i el un procesor pe care l denumete K6 i care avea frecvene cuprinse ntre 166 i 300 MHz. Desigur, n performana unui procesor intr i frecvena magistralei cu memoria, care n cazul lui K6 300 era de 100 MHz.

Pentium Pro (P6) marcheaz o ruptur dramatic fa de cipurile Intel anterioare. Este complet reproiectat, acest microprocesor renun complet la arhitectura clasic CISC a firmei Intel n favoarea vitezei oferite de arhitectura RISC. Microprocesorul convertete instruciunile Intel clasice n micro-operaii, prin utilizarea propriile circuite interne. Acestea pot fi prelucrate n nucleul RISC pentru a obine viteze mai mari de prelucrare a codului. Microprocesorul Pentium Pro este considerat a fi ultimul cip Intel clasic.

Tot Intel elaboreaz un nou procesor ieftin, care ns n stadiile preliminare nu dispunea de memorie cache de nivel 2 i care mergea execrabil (magistrala fiind tot de 66 MHz). n nici un fel Celeronul (Codnamed Covington), pentru c despre el este vorba, nu putea pune n pericol poziia de lider a lui K6.

Pentium II, este microprocesorul care poate executa simultan dou instruciuni MMX prin "canalele" separate de prelucrare paralel. Aceast capacitate ofer un avantaj deosebit fa de alte microprocesoare n cazul executrii aplicaiilor multimedia, prin tehnologia MMX. El va avea frecvena magistralei tot de 66 MHz, ns l va dobor pe K6. Pentium II era un procesor pe SLOT (1) i avea 512 KB de cache de nivel 2 ncorporai, care funciona la jumtate din viteza procesorului. Exist dou tipuri: Klamath i Deschutes. Klamath era fabricat n tehnologie de 0.35 microni i din aceast cauz el se ncingea foarte tare, fiind nefiabil. Deci soluia era Deschutes, care era fabricat n tehnologie de 0.25 microni i degaja mai puin caldur. nc un plus pentru Pentium II: de la 350 MHz i pn la 450 Mhz el va avea magistrala la 100 MHz.

Cyrix va construi i el un procesor cu frecvena maxim de 333 MHz, numit Cyrix MII. El va avea ns performae foarte slabe (i totui mai ridicate dect Celeronul Covington de la Intel), va fi foarte ieftin, i va constitui un eec.

AMD va lansa procesorul AMD K6-2 (Codnamed Chomper). Acesta avea incluse att instruciunile MMX ct i mai noile 3DNow! (proiectate de aceast dat chiar de AMD pentru accelerarea jocurilor i aplicaiilor multimedia n domeniul 3D). Dei AMD K6-2 este un procesor destul de bun, cu performane ridicate n ALU, unitatea de virgul mobil de care dispune (FPU) este slab (n special n absena optimizrii aplicaiilor pentru folosirea instruciunilor 3DNow!). Deci un K6-2 poate s nving un Pentium II la aceeai frecven la partea de ALU, ns este depit n mod clar la partea de FPU, n principal datorit faptului c dei deine 512 KB (sau chiar 1024) cache level 2 (cel de nivel 1 fiind de 64 KB), memoria cache de nivel 2 se afl pe placa de baz i funcioneaz la frecvena plcii de baz (adic 66/100 MHz), pe cnd la Pentium II cacheul de nivel 2 funciona la jumtate din viteza procesorului i se afl mult mai aproape de acesta (fiind

inclus n cartuul procesorului). K6-2-ului i-a fost ridicat frecvena pn la 550 MHz n final.

AMD produce K6-3 (Codnamed Sharptooth). El avea 256 KB de cache de nivel 2 care funciona la viteza procesorului. Se pare ns c din cauza preului su (ridicat) i a calitii n continuare slabe a unitii de FPU, ct i datorit unor erori de fabricaie (destul de frecvente la K6-3), el nu a avut via lung. K6-3 este singurul procesor cu 3 nivele de cache (pentru c cacheul de pe placa de baz era folosit i el).

Intel dezvolt noua variant a lui Celeron, sub numele de Celeron A. Acesta va avea 128 KB cache de nivel 2, fiind substanial mai rapid dect vechiul Celeron. Magistrala va ramne ns la aceeai frecven (66 MHz), i acest lucru deoarece Intel nu dorea ca noul Celeron s intre n concuren chiar cu Pentium II. Celeronul A a fost aa de bine conceput, nct el chiar a reuit s fie un concurent redutabil al lui Pentim II. Un Celeron A la 366 MHz este puin mai slab dect un AMD K6-2 la 450 MHz la MegaFLOPI/s (Mega-Floating Operations /s Miloane de Operaii n Virgul Mobil/s). Celeronul A va fi denumit de oameni procesorul overclockerilor, deoarece el era foarte overclock-abil i suporta caldurile mari, frecvena putndui-se ridica chiar cu 300 MHz.

Pentium III, realizat de Intel, cu numele de cod Katmai, care va avea 512 KB cache level 2 pe procesor ce va funciona la din viteza procesorului. Noul Pentium III va porni de la 450 MHz i va avea, pe lang instruciunile MMX, nc 67 de instruciuni denumite Katmai, de unde i codenameul. Pentiumul III Katmai (fabricat n 0.25 microni) va avea frecvena maxim de 650 MHz, el urmnd s fie inlocuit de un alt procesor, denumit Pentium III Coppermine (fabricat n 0.18 microni), la frecvene mai mari, procesor ce va ingloba alte instruciuni, denumite SIMD SSE. Ei bine cu Coppermine este o mare btaie de cap. Teoretic, denumirea i vine de la faptul c interconexiunile dintre tranzistorii cpului sunt din cupru. De fapt, se pare c ele sunt tot din aluminiu. Ambele versiuni de Pentium III vor avea magistrala de 100 MHz, iar

variantele cu A n coad vor avea 133 MHz. K7-Athlon este concurentul lui Pentium III, realizat de AMD. Fabricat n tehnologie de

0.18 microni, el va avea 512 KB level 2 care vor funciona la din frecvena procesorului.

K7 Athlon Socket A (Codnamed Thunderbird) - va avea 256 KB cache level 2 care vor funciona la viteza procesorului (la fel ca i la Coppermine), ns va avea o magistral de 200 MHz i chiar 266 MHz, prin folosirea memoriilor DDR (Double Data Rate), magistrala net superioar lui Coppermine. Thunderbird va fi deci mai puternic dect Coppermine.

Cyrix produce i el un nou cip (procesor), pe care l numete M III, care ns va avea aceleai performane slabe ca i M II.

Intel, bazat pe arhitectura lui Coppermine, va construi a II-a (dac nu cumva a III-a, innd cont de Covington) variant a lui Celeron, care va fi botezat Celeron II. Magistrala va fi de 66 MHz, ns de la modelul de 800 MHz, magistrala va urca la 100 MHz Astfel, un Celeron II la 600 MHz era mai puternic dect un Cyrix M III la 733

MHz.

K7 Duron (Codenamed Spitfire) lansat de AMD. Acesta are 64 KB cache level 1 i 128 KB cache level 2, ce funcioneaz la viteza procesorului. Duronul va avea nucleu de Thuderbird.

Pentium 4 (Codnamed Willamette). Acesta are ca frecven de pornire 1400 MHz (1.4 GHz), magistrala de date avand 400 MHz i utilizeaz memorii RDRAM. Dei magistrala de date este la nu mai puin de 400 MHz, memoriile RDRAM, spre deosebire de cele SDRAM, sunt pe interfee seriale. De fapt, creterea n limea de band la RDRAM nu este cu mult mai mare dect la DDR-SDRAM.

Variante : cea pe socket 478 i cea pe socket 423 (cifrele sugereaza numarul pinilor procesorului). Pentium 4 va ngloba a doua versiune de instruciuni SSE, i anume SSE2.

Athlon XP (Codnamed Palomino) K8 este mult mai puternic dect un Pentium 4 la aceeai frecven. AMD a adugat fiecrui procesor Athlon XP terminaia PR (Performance Rating), care ddea denumirea procesorului n echivalen cu performan a fa de procesorul similar Intel (n spe Pentium 4), ceea ce nseamn c un procesor Athlon XP la 1.533 GHz va avea denumirea de Athlon XP 1800+, adic este la fel de bun sau chiar depete performana unui Pentium 4 la 1800 MHz. XP-ul va funciona cu memorii DDR-SDRAM.

Itanium realizat de Intel, este un procesor pe 64 de biti. Se dorete a fi un procesor destinat serverelor, se pot compila programele pentru 64 de bii.

La 22 mai 2011 este lansat n linia Pentium - Microarhitectura Sandy Bridge. Toate modelele

o mprtesc urmtoarele detalii: 2 miezuri de procesoare logice, 2 (4 pe

Pentium 3xx cu Hyper-Threading ), CPUID semntura 206A7, familia 6 (06h), modelul 42 (02Ah), pas cu pas 7 (07h)

n prezent, exist o singur Ivy Bridge bazate pe Pentium, Intel G2120. Se ruleaz la 3,1 GH i nu are nici o Threading Hyper Turbo Boost

4.2 Hardware

Ansamblul funcional destinat stocrii i prelucrrii informaiei formeaz un sistem de calcul.

n scopul realizrii acestor funcii sistemul de calcul este format din: Subsistemul hardware (hard-ul) - care reprezint partea constructiv (de echipament) a

sistemului de calcul (partea "tare").

Hardware-ul reprezint totalitatea componentelor fizice ale unui calculator. Comunicarea perfect dintre ele duce i menine buna funcionare a calculatorului.

Subsistemul software (soft-ul) - care reprezint partea de programe a sistemului de calcul (partea "moale"). Tot n partea de programe sunt cuprinse i structurile de date.

Datele reprezint totalitatea informaiilor codificate, memorate sau prelucrate dintr-un sistem de calcul.

Asupra informaiilor se pot executa urmtoarele aciuni: preluarea informaiilor din mediul extern se realizeaz cu ajutorul: tastaturii, scanner-

ului, mouse-ului etc.

stocarea informaiilor n mediile de memorare; prelucrarea informaiilor stocate; extragerea informaiilor stocate; livrarea informaiilor n mediul extern. Informaiile preluate din mediul extern, stocate n memorie, suport urmtoarele prelucrri: calcule;

operaii de reorganizare a informaiei;

operaii de cutare a informaiei; operaii de editare, adic modificarea coninutului sau aspectului informaiei.

Aceste informaii sunt transmise n exterior prin intermediul : terminalelor video, imprimant, difuzor etc. Informaia transmis ctre un dispozitiv de ieire are cte un format specific terminalului. Acesta este i motivul pentru care informaia este convertit din formatul specific dispozitivului care emite informaia n formatul dispozitivului care primete informaia.

Fig.4.7 Interaciunea fizic a componentelor hardware

n fig. 4.7, este reprezentat interaciunea dintre subsisteme la nivel fizic.

4.2.1 Principii de funcionare structura i arhitectura unui sistem de calcul

Structura fizic a unui sistem cu microprocessor schem simplificat:

Fig. 4.8 Schema simplificat a sistemului cu microprocesor

Un sistem de calcul se compune din:

memorie central - care conine programele i datele;

P

Memorie Memorie

Interfa I/E Interfa I/E

Disp. I/E Disp. I/E

Adrese

Date

Comenzi

unitatea central de prelucrare - care execut programele ncrcate n memoria central;

unitile de intrare-ieire - care permit schimbul de informaii n unitile periferice. Vom numi unitate central ansamblul constituit din unitatea central de prelucrare i

memoria central. Execuia unui program se deruleaz n felul urmtor:

1. programele i datele sunt ncrcate n unitatea central; 2. instruciunile programului sunt aduse secvenial (una cte una) unitii de control,

care le analizeaz i declaneaz prelucrarea corespunztoare transmind ntr-un anumit sens semnale ctre unitatea aritmetic i logic;

3. prelucrarea poate s necesite un apel la unitile de intrare-ieire sau la memoria central.

Elementul de baz al UC-ului l constituie microprocesorul. Performanele unui sistem de calcul sunt determinate de performanele procesorului, adic de complexitatea setului de instruciuni, viteza de execuie a instruciunilor, frecvena de ceas, numrul de regitri, tipurile de date folosite, modurile de adresare a datelor. Performanele procesorului trebuie corelate cu performanele celorlalte componente ale sistemului de calcul. n primul rnd, n ceea ce privete viteza de operare pentru magistral, memorie, echipamente periferice, iar n al doilea rnd cu domeniul de utilizare a sistemului de calcul. Astzi sunt utilizate frecvent calculatoarele compatibile IBM PC.

Fig. 4.9 Structura unui calculator personal

Structura unui calculator personal

P

Chipset

N

Chipset

S

SVGA

AGP

PCI

Mem Mem

Net

Tastatura Mouse

prelucraredecentralUnitatea

IesireIntrare/

Dupa ce Intel (INTEgrated ELectronics) i-a dat seama de potenialul calculatoarelor personale pe piaa mondial (ele fiind inventate de fapt de Apple), a nceput s produc procesoare, denumite 8086.

n acest timp, concurena nu s-a lsat ateptat, i a luat numele de AMD (Advanced Micro-Devices). Mai apoi a aprut i TI (Texas Instruments) i Cyrix.

Puterea relativ a unui procesor este msurata n MHz (Mega Herti Milioane de Herti), dei la nceput acestea aveau 100 KHz.

La baza funcionrii unui calculator(SC) se afl microprocesorul(P), inventat n anul 1971 de ctre ing. M.F. HOFF de la firma INTEL, care a produs o adevarat revoluie n domeniul calculatoarelor i al informaticii, avnd un impact deosebit n toate domeniile tiintifice,

economice i sociale. Microprocesorul (P) a fost inventat ca urmare a rezultatelor obinute n trei domenii speciale aprute i dezvoltate n secolul XX:

sisteme cibernetice;

programare;

circuite integrate.

4.2.2 Arhitectura i circulaia informaiei ntr-un sistem de calcul

Procesorul reprezint elementul de baz al calculatorului. De fapt, el nu face altceva dect s proceseze biii de 1 i 0 primii de la memoria RAM a sistemului. El conine 2 componente:

ALU (Arithmetic-Logical Unit) - se ocup cu calculele numerelor ntregi, adic cu calculele n virgul fix;

FPU (Floating-Point Unit) - se ocup cu aa zisele calcule n virgul mobil, adic de fapt numerele raionale. Iniial, FPU-ul era un procesor separat numit Co-Procesor sau Math(ematical) Co-Processor.

Schema general a unui sistem este:

Fig. 4.10 Schema unui sistem

controli

comandde

Unitatea

Informatii

Date

calculdeUnitatea

centralMemoria

deUnitatea

perifericedeControl

perifericeUnitati

4.2.3 Unitatea central

Unitatea central de prelucrare (Central Processing Unit = CPU) are rolul de a interpreta i executa instruciunile programului pe un sistem de calcul.

CPU este elementul de baz al sistemului, direct asociat cu memoria, unde sunt stocate instruciunile i datele de prelucrat i n acest context, ansamblul CPU + memoria central este adesea specificat prin denumirea de unitate centarl a sistemului de calcul.

Unitatea central de prelucrare se compune din dou uniti funcionale separate: unitatea aritmetic i logic (UAL) i unitatea de comand i control (control unit).

Unitatea aritmetic i logic (UAL) este acea component a unitii centrale de prelucrare n care sunt executate operaiile aritmetice i logice.

Unitatea de comand controleaz funcionarea tuturor celorlalte uniti (UAL, memorie, intrri / ieiri), furnizndu-le semnale de ritmicitate a funcionrii de comand.

Funcionarea poate fi descris n modul urmtor: unitatea de comand caut n memoria central o instruciune, trimind n acest sens spre memorie o adres i o comand.

Instruciunea, nregistrat sub form binar n adresa dat, este transferat ctre unitatea de comand, unde decodificarea s permit codificarea operaiei cerute. Aceast informaie este util pentru a genera semnalele corespunztoare ctre UAL pentru declanarea execuiei instruciunii.

Datele de prelucrat vor fi de asemenea cutate n memorie de ctre unitatea de control i transferate direct unitii de calcul.

Diferitele uniti ale sistemului de calcul sunt intreconectate prin sisteme de cablare care transport semnale electrice. Pentru a se evita legarea unei uniti cu toate celelalte, se utilizeaz linii exploatate n comun de ctre toate unitile sistemului de calcul.

Se numete bus, ansamblul de linii capabile de a transmite semnale corespunztoare celor trei tipuri de informaii: adrese, date i comenzi.

Exist la ora actual arhitecturi bazate pe bus unic, pe care sunt conectate microcalculatoarele ca n figura urmtoare:

Fig. 4.11 Arhiterctur bazat pe bus unic n general interconexiunile sunt asigurate prin bus-uri specializate: bus memorie, bus intrare

/ iaire etc. Bus-ul poate fi utilizat de ctre toate unitile de ateptare i arbitraj al cererilor de utilizare.

Memorie CPU

Adrese Date Comenzi

Intrari Iesiri

4.2.4 Unitatea aritmetic i logic

Unitatea aritmetic i logic (UAL) este specific sistemelor de calcul moderne i este

capabil s realizeze o mare varietate de operaii. Anumite operaii nu utilizeaz dect un singur registru i un singur operand de exemplu,

complementarea logic, decalarea, incrementarea etc., pe cnd alte operaii folosesc doi operanzi, de exemplu, adunarea, scderea, operaiile logice AND, OR, XOR etc.

Sistemele de calcul specializate pe aplicaii cu caracter tehnico tiinific ofer o ntreag gam de operaii n virgul mobil.

Orice prelucrare de date are loc n cadrul UAL, unde se gsesc toate circuitele capabile s efectueze operaiile elementare care stau la baza oricrui algoritm. UAL este total subordonat unitii de comand, care declaneaz, controleaz i sincronizeaz orice activitate UAL.

4.2.5 Unitatea de comand

Unitatea de comand este mulimea tuturor dispozitivelor de coordonare a funcionrii sistemului de calcul, n vederea executrii secvenei de operaii specificate prin instruciunile programului.

Deci unitatea de comand asigur controlul execuiei instruciunilor unui program. Principalele dispozitive ale unitii de comand, care vizeaz cutarea n memorie i

decodificarea unei instruciuni (ciclul de cutare), sunt urmtoarele: - controlul ordinar (CO) este un registru care conine:

adresa de memorie unde este stocat instruciunea de cutat; adresa urmtoarei instruciuni de executat.

De obicei instruciunile se succed segvenial, iar controlul ordinal se incrementeaz cu o unitate la fiecare ciclu CPU pentru a obine adresa instruciunii urmtoare.

n anumite situaii (de exemplu: pentru instruciunile de salt) este necesar forarea valorii acestui contor.

- registrul instruciune (RI) primete instruciunea care trebuie s fie executat; - conine adresa instruciunii n curs de execuie ; - decodificatorul codului operaiei, care determin ce operaie trebuie s fie efectuat,

dintre toate cele posibile;

- secveniatorul care genereaz semnale de comand. nlnuirea comenzilor se realizeaz prin intermediul unui ceas sistem. Unitatea de control

realizeaz corectitudinea executrilor acestora. Circulaia informaiilor n timpul unui ciclu de cutare este ilustrat n figura urmtoare:

Fig. 4.12 Circulaia informaiei Etapele ciclului de cutare (corespunztor numerelor de mai sus) pot fi rezumate astfel:

1. transferul adresei noii instruciuni din CO ctre RA, registrul de adres al memoriei; 2. un semnal de citire, generat de ctre unitatea de comand, provoac transfeul instruciunii

cutate n RC (registrul cuvnt), care funcioneaz ca un registru tampon pentru toate informaiile citite (sau scrise) din memorie;

3. transferul instruciunii n RI (instruciune = cod operaie + adres operand); 4. adresa operandului este trimis ctre RA, codul operaiei este trimis decodificatorului, care

determin tipul operaiei i-l transmite secveniatorului printr-un semnal pe linia de ieire corespunztoare;

5. CO este incrementat n vederea ciclului urmtor de cutare. Ciclul de cutare este imediat urmat de ciclul de execuie n timpul cruia operaia

specificat este efectuat de ctre unitatea de calcul. Secvena exact a aciunilor coordonate de ctre secveniator va depinde de tipul operaiei.

n general, n timpul unui ciclu de execuie, informaia va circula potrivit schemei urmtoare:

Fig. 4.13 Modul de circulare a informaiei Un ciclu de execuie va cuprinde n mod normal urmtoarele etape:

1. secveniatorul ncepe s trimit semnale de comand ctre memorie pentru citirea operandului la adresa deja stocat n RA i realizeaz transferul ctre RC;

2. transferul coninutului din RC ctre UAL, mai precis ctre registrul acumulator, sau oricare alt registru destinat operaiei specificate. n anumite cazuri, de exemplu memorarea unui rezultat , coninutul registrului acumulator se va trensfera ctre RC, iar dac este vorba de o instruciune de salt, cmpul de adres al instruciunii va trebui transferat n CO;

3. operaia este efectuat sub controlul secveniatorului. Atunci cnd ciclul de execuie este ncheiat, unitatea de comand trece imediat la ciclul de

cutare urmtor, lund n considerare noua instruciune indicat prin adresa coninut n CO. Memoria central conine dou tipuri de informaii:

1. instruciunile diferitelor programe; 2. datele necesare execuiei acestora.

Instruciunile sunt memorate sub form de cod binar. Se remarc faptul c memoria la nivel fizic nu conine dect biii, care constitue unitatea

elementar de informaie. Un bit poate lua valoare 1 sau 0. Biii se reprezint 6, 7 sau 8 pentru a forma un caracter. O succesiune de 8 bii se numete octet (byte). Memoria central a sistemului de calcul este

divizat fizic n locaii, iar fiecrei locaii i corespunde un cuvnt de memorie i care posed o adres proprie.

Lungimea unui cuvnt de memorie variaz de la un sistem de calcul la altul, dar valorile de 32 i 64 de bii sunt cele care au fost generalizate pentru sistemele de calcul actuale.

Lungimea unui cuvnt de memorie este o caracteristic important a calculatorului i reflect structura componentelor sale funcionale (n special unitatea central).

Un cuvnt de memorie, este unitatea de adresabilitate a informaiei, adic orice operaie de citire sau scriere se realizeaz asupra unui cuvnt de memorie.

Fiecrui cuvnt de memorie i este asociat o adres unic, ntruct poziia sa n memorie este indicat de aceasta i de asemenea fiecrui cuvnt i se asociaz un coninut (instruciune sau dat).

Capacitatea unei memorii se poate exprima n funcie de numrul de cuvinte de memorie ca i numrul de bii dintr-un cuvnt.

Un registru este o locaie de memorie avnd o funcie particular. n memoria central se gsesc dou tipuri de registre:

- registre de adres, care conin adresa unui cuvnt de memorie; - registre cuvnt, care pstreaz coninutul unui cuvnt de memorie.

Un registru cuvnt are aceei mrime cu a cuvntului de memorie, n timp ce un registru de adres trebuie s conin toate adresele cuvintelor memoriei.

Operaiile permise n memoria central sunt citirea i scrierea unui cuvnt de memorie. Citirea

Registul de adres conine adresa cuvntului de citit, iar o copie a coninutului este transferat n registrul cuvnt.

Scrierea

Registrul de adres conine adresa unui cuvnt n care se va scrie coninutul registrului cuvnt.

Timpul necesar scrierii sau citirii unui cuvnt de memorie se numete timp de acces. Acesta poate fi de ordinul nanosecundelor sau microsecundelor.

Dac timpul de acces este identic pentru fiecare cuvnt al memoriei centrale, atunci avem o memorie de tip ram, adic o memorie cu acces aleator sau direct.

Unitatea central de prelucrare (CPU) este realizat din unitatea de comand i unitatea de calcul.

Unitatea de comand asigur controlul execuiei instruciunilor unui program i conine dou registre importante:

- registrul de instruciuni, care conine adresa instruciunii n curs de execuie ; - registrul de control ordinal, care conine adresa urmtoarei instruciuni de executat.

De obicei instruciunile se succed segvenial, iar controlul ordinal se incrementeaz cu o unitate la fiecare ciclu CPU pentru a obine adresa instruciunii urmtoare.

n anumite situaii (de exemplu: pentru instruciunile de salt) este necesar forarea valorii acestui contor.

Unitatea de comand conine de asemenea un dispozitiv de decodificare a instruciunilor (decodificator) i un dispozitiv de control al segvenei de comenzi, care acioneaz circuitele necesare activrii instruciunilor curente.

nlnuirea comenzilor se realizeaz prin intermediul unui ceas sistem. Unitatea de control realizeaz corectitudinea executrilor acestora.

Unitatea de calcul sau aritmetic i logic (UAL) conine toate circuitele electronice, care realizeaz efectiv toate operaiile dorite.

Operanzii acestor operaii se gsesc n registrele unitii. Registrele UAL se divizeaz n diverse categorii:

- registre aritmetice, servesc efecturii operaiilor aritmetice; - registre de baz i index, permit calculul adreselor n raport cu o valoare de baz sau un

index;

- registre generale, realizeaz diverse operaii cum ar fi: stocarea rezultatelor intermediare; - registre de stare (PSW), indic starea sistemului la un moment dat.

Unitile de intrare ieire (uniti de schimb) sunt elemente care permit transferul informaiilor ntre unitatea central i unitile periferice.

Unitile de intrare ieire cele mai cunoscute sunt de tip BUS, cele care au asigurate accesul direct la memorie (DNA) i unitile de canal.

Unitile periferice se reprezint n dou clase: 1. uniti de trensfer, care permit sistemului de calcul schimburi de date cu exteriorul

(monitorul, tastatura, imprimanta, etc.);

2. memoriile auxiliare, (discuri, CD-uri, DVD-uri) care permit stocarea de manier permanent a unui volum mare de informaii la un pre sczut.

Ele sunt utilizate datorit faptului c memoria central este volatil i informaiile se terg la ntreruperea sistemului, pe cnd pe aceste sisteme informaia este pstrat permanent.

4.2.6 Placa de baz (Motherboard)

Placa de baz (Motherboard) este un aranjament fizic ntr-un calculator care conine circuitele de baz ale PC-ului i alte componente. Pe placile de baz tipice, circuitele electronice sunt imprimate direct pe suprafa, n mod uzual, manufacturate ntr-un singur strat. Astzi, cele mai comune plci de baz folosite n calculatoarele desktop, sunt realizate n tehnologie AT, bazate pe

sistemul IBM AT. Plcile de baz ATX, mbuntesc performanele

AT. Att la AT, ct i la ATX, componentele incluse sunt: microprocesorul, coprocesorul (opional, memoria, BIOS-ul, slot-uri pentru extensie i circuite de interconectare. Componentele adiionale care pot fi adugate calculatorului se realizeaz prin intermediul slot-urilor. Interfaa electronic ntre placa de baz i plcile mai mici (card-uri) instalate n slot-uri, se numete bus. Placa de baz este circuitul esenial din interiorul unui PC care include procesorul, memoria i slot-urile de extensie i mufe de conectare la diferite pri ale calculatorului. Este construit pentru a cuprinde cel puin un procesor, un circuit de memorie ROM, slot-uri pentru memoria RAM, bateria pentru meninerea BIOS-ului i variate interconectri sau bus-uri.

4.2.7 BIOS (Basic Input/Output System )

Toate plcile de baz ale calculatoarelor includ un bloc mic de memorie ROM, separat de blocul de memorie RAM. Memoria ROM conine BIOS-ul PC-ului. Acesta ofer dou avantaje: codurile i datele necesare n BIOS nu trebuie recrcate de fiecare dat cnd calculatorul starteaz i acestea nu pot fi afectate de aplicaiile care scriu n locurile neadecvate ale memoriei. BIOS-ul cuprinde cteva rutine eseniale cu funcii diferite. Prima parte ruleaz dup ce PC-ul a fost conectat la reea i verific calculatorul pentru a determina ce fel de hardware conine i apoi conduce cteva teste simple pentru a testa dac totul funcioneaz corect (proces numit Power-On Self Test - POST). Dac unele dintre echipamentele periferice sunt de tip plug and play, acum este momentul cnd BIOS-ul ni le pune la dispoziie ca resurse. De asemenea, se poate accesa programul Setup al sistemului. Acesta permite utilizatorilor s observe ce fel de hardware cuprinde PC-ul, dar datorit configurrilor automate ale BIOS-urilor, setup-ul nu mai este aa de des folosit. Dac toate testele au fost trecute, BIOS-ul trece la pasul urmtor: boot-area calculatorului de pe hard disk. Dac ncercarea eueaz, se ncearc boot-area de pe CD-ROM, apoi de pe floppy disk, iar dac toate ncercrile nu duc la rezultatul ateptat, se afieaz un mesaj care ne va sftui s folosim un disk-sistem. Utilizatorul poate schimba ordinea de boot-are a PC-ului din BIOS n Setup.[11]

4.2.8 Unitatea de Memorie O memorie este un dispozitiv capabil s memoreze, s conserve i s restituie informaii

(codificarea n binar n sistemul de calcul).

n memorie sunt stocate programele i datele necesare utilizatorului sistemului de calcul. Prin intermediul unitilor de intrare, informaiile sunt preluate n calculator, sunt stocate mai nti n memorie, iar de aici sunt preluate de: procesor, uniti de ieire. Informaia care a fost memorat este format din: programe (compuse din secvene de instruciuni), datele preluate din exterior, datele intermediare obinute n timpul prelucrrilor, rezultatele obinute n urma prelucrrilor care vor fi transmise dispozitivelor periferice.

Memoria se mai poate defini ca o succesiune de dispozitive logice elementare, capabile s rein fiecare o valoare binar, adic un BIT (1b) de informaie. Biii se caracterizeaz prin valoare i prin poziia (adresa) lor n aceast secven. La informaia din memorie, putem avea acces prin intermediul unui grup de bii numit locaie de memorie. Unitatea adresabil a memoriei este locaia de memorie.

O locaie de memorie se caracterizeaz prin:

volumul de informaie pe care l memoreaz (8 bii, adic de un octet sau de 1 Byte (1B)) ;

adresa din memorie.

Ierarhia memoriilor

Elementele diverse ale unui sistem de calcul , sunt ordonate n funcie de anumite criterii: tipul de acces, capacitate i cost.

Aceast ierarhie cuprinde: registrele CPU, memoria cache, memoria central, memoria de sprijin i memoria auxiliar, care pot fi ilustrate conform figurii de mai jos:

Fig. 4.14 Ierarhia memoriilor

Se poate constata faptul c pe msur ce ne ndeprtm de CPU timpul de acces i capacitatea cresc, n timp ce costul pe bit scade.

Registrele sunt elemente de memorie situate n unitatea de prelucrare (CPU) i acestea sunt caracterizate de o mare vitez fiind necesare n general stocrii operaiilor i rezultatelor intermediare.

Registrele microprocesoarelor 8086 au o capacitate de 2 bytes. Informaia cuprins n aceti 2 bytes alturai poart numele de cuvnt. [20] Microprocesoarele pe care se bazau primele calculatoare personale (8086 sau 8088) foloseau reprezentarea datelor pe 2 bytes, dar

pentru transmiterea lor, 1 byte. De aceea, aceste calculatoare se mai numesc calculatoare pe 8/16

bii. Urmtorul PC s-a realizat cu microprocesor 80286 (ele se numeau n general AT-uri Advanced Technology) i reprezentarea datelor n cadrul registrelor, ct i transmiterea lor se executa pe 2 bytes. Se spune c aceste calculatoare sunt pe 16 bii. Urmtoarele tipuri de calculatoare (80386, 80486) utilizeaz o reprezentare a datelor pe 4 bytes (2 cuvinte), de aceea se mai numesc calculatoare pe 32 bii (4x8 = 32). Din 1993, cnd firma Intel a lansat microprocesorul Pentium reprezentarea datelor s-a fcut pe 64 bii (4 cuvinte).[20]

Memoria cache sau automemoria este o memorie rapid de capacitate redus n raport cu memoria central utilizat ca memorie intermediar ntre CPU i memoria central.

Aceast memorie permite minimizarea numrului de accese la memoria central realiznd astfel ctig considerabil de timp.

Memoria central este organul central al informaiilor utilizate de ctre CPU. Pentru execuia unui program el trebuie s fie ncrcat (instruciuni i date) n memoria

central. Aceasta este o memorie pe semiconductori ai crui timp de acces este mult mai mare fa de

cel al registrelor sau memoriei chache.

Memoria de sprijin servete drept memorie intermediar ntre memoria central i memoriile auxiliare.

Aceasta este prezent n sistemele de calcul cele mai evoluate i permite creterea vitezei pentru schimbul informaiilor ntre cele dou nivele.

CPUgistreleRe

cacheMemoria

centralMemoria

sprijindeMemoria

auxiliarMemoria

Memoriile auxiliare sunt numite si memorii de mas. Un loc important al acestora l ocup memoriile de arhivare. Ele sunt memorii de capacitate mare i n cost relativ sczut. Servesc ca dispozitive de stocare permanente i utilizeaz pentru aceasta suporturi magnetice (cum sunt discuri, benzi cartue etc.) i suporturi optice (discuri optice) spre deosebire de nivele mai apropiate de CPU care fac apel la tehnologia semiconductoare.

Caracteristicile memoriilor

Adresa este o valoare numeric desemnnd un element fizic de memorie (de ex: adresa unui cuvnt de memorie central).

Capacitatea unei memorii corespunde numrului de instruciuni (bii de informaie) pe care le poate conine i se poate exprima n funcie de numrul de bii, octei sau cuantile. Capacitatea de memorie este dat de numrul total de locaii de memorie.

Multiplii Byte-ului este unitatea de msur a memoriei. Timpul de acces este timpul care se scurge ntre lansarea unei operaii de acces (citire sau

scriere) i ndeplinirea acesteia. Cnd memoria este prea lent n comparaie cu viteza de lucru a procesorului, pe durata accesului la o locaie de memorie apar, pentru procesor, timpi suplimentari de ateptare. Noile tehnologii de realizare a memoriei urmresc o scdere a timpului de acces, astfel nct memoria s lucreze sincron cu procesorul, fr a introduce stri de ateptare.

Ciclul de memorie este timpul minimal care se scurge ntre dou accese succesive la memorie. Acesta cuprinde timpul rezervat accesului propriu-zis, dar i timpii "de regie" ai unitii de memorie, necesari pentru desvrirea acestuia. Acesta este mai lung dect timpul de acces, deoarece cuprinde i anumite operaii de ntreinere, sincronizare, stabilizoare de semnale n circuite etc.

Debitul (viteza de transfer sau rata de transfer) este numrul de informaii citite sau scrise pe secund.

Definiie - numrul de uniti de informaie transferate n unitatea de timp. Viteza de transfer poate fi mbuntit dac accesarea unei adrese de memorie este urmat

nu de citirea unui singur cuvnt de memorie, ci de citirea mai multor cuvinte succesive. Se

msoar n octei sau multipli de octei pe secund. Costul este preul memoriei raportat la capacitatea de memorare. Volatilitatea caracterizeaz permanena informaiilor ntr-o memorie. O memorie volatil i

pierde coninutul la producerea unei ntreruperi de curent, deci are nevoie de o alimentare constant cu energie electric pentru a-i conserva informaiile.

Cuvntul de memorie reprezint numrul de octei de informaie care pot fi citii sau scrii ntr-o singur operaie de transfer cu memoria. Transferul cu memoria este operaia prin care, de la o adres de memorie sunt tranferai un numr de bii corespunztor citirii sau scrierii n memorie. Unitatea de transfer cu memoria este cuvntul de memorie.

Lungimea cuvntului de memorie este o caracteristic constructiv a unui sistem de calcul. Ea reprezint unul dintre criteriile de grupare a calculatoarelor: 8b, 16b, 32b, 64b etc. Clasificare

Operaiile care se execut n scopul obinerii informaiei de la adresa dat precum i sensul transferului i parametrii fizici ai memoriei, determin felul n care se realizeaz accesul la o locaie de memorie.

1. Tipuri de acces la memorie

Accesul secvenial este cel mai lent deoarece, pentru a accesa o informaie particular trebuie parcurse toate informaiile care o preced.

Accesul direct (aleator) informaiile posed o adres proprie care permite accesarea lor n mod direct (de exemplu: memoria central, registrele). RAM (Random Access Memory) . n acest caz, timpul de acces la orice locaie de memorie este acelai. El nu depinde de adresa locaiei de memorie, ci numai de caracteristicile constructive ale memoriei. Timpul de acces este

comparabil cu viteza de lucru a procesorului. Aceasta este memoria la dispoziia utilizatorului, numit din acest motiv i memoria de baz (lucru) care este la dispoziia programelor.[20]

Termenul de acces aleator" semnific faptul c datele pot fi extrase din memorie n orice ordine. [20]

Acces semi-secvenial este o combinaie ntre accesul direct i cel secvenial (de ex: pentru un disc magnetic, accesul la cilindru este direct i accesul la un sector este secvenial).

Accesul prin coninut (memorie asociativ) informaiile sunt identificate printr-o cheie i cutarea se efectueaz simultan pentru toate poziiile memoriei (de ex: memoria cache). Dup criteriul accesului i al modului de funcionare memoria intern a calculatorului este de dou tipuri:

RAM Random Access Memory.

ROM Read Only Memory.

Prima unitate de memorie utilizat de un calculator a fost tamburul magnetic de IBM 650, n 1954 [20]

Fig.4. 15 Tambur magnetic

2. Conservarea informaiei

La ntreruperea tensiunii de alimentare pot apare:

Memorii volatile - informaia se pierde la ntreruperea tensiunii de alimentare. Memorii nevolatile - informaia se conserv la ntreruperea tensiunii de alimentare.

3. Dup tehnologia de realizare

Memorii cu semiconductori pentru memorarea informaiei sunt folosite circuite care las sau nu trecerea curentului electric.

Ele sunt volatile, au nevoie de o baterie de alimentare proprie, sau trebuie s existe, la nivelul ntregului sistem de calcul, un program de ntrerupere la avaria de alimentare, pentru a nu

se pierde informaia. Citirea nu se distruge.

Memorii cu ferite - Informaia este memorat pe baza sensului cmpului magnetic produs n jurul unor inele (tor) de ferit. Acest tip de memorie nu este volatil, dar are dezavantajul c citirea este distructiv. n consecin, ciclul de memorie cuprinde citirea i rescrierea, n cazul operaiei de citire, sau tergerea i scrierea n memorie, n cazul operaiilor de memorare. Aceste tipuri de memorie pot funciona numai n anumite limite de temperatur, au o dimensiune semnificativ i reprezint o tehnologie depit.

4. Dup operaiile care pot fi executate

Memorii cu citire-scriere (read-write) - permit att scrierea ct i citirea informaiilor din memorie. Memoria RAM este o memorie de tipul citire-scriere (read-write). Acest tip de

memorie mai este numit i RWM Read Write Memory. Memoria RAM este volatil, deci n momentul n care calculatorul este nchis (deconectat, decuplat de la sursa de alimentare), orice

informaie stocat este pierdut. De aici rezult c nainte de a deconecta calculatorul, trebuie s se salveze pe hard-disc sau pe un alt periferic de stocare (dischet, CD etc.) fiierele care au rezultat n urma prelucrrii. [20] Memoriile RAM sunt compatibile cu placa de baz a calculatorului. Din acest motiv la o anumit plac de baz se pot utiliza numai un anumit tip de memorii. Memoriile RAM se prezint sub dou forme de baz:

SIMM (Single In-line Memory Module) este o plcu de silicon care conine o serie de cipuri de memorie, iar pinii de conectare sunt aezai pe un singur rnd. De obicei se utilizeaz dou perechi identice (mai sunt cunoscute sub denumirea de memorii pe 32 bii).

DIMM (Dual In-line Memory Modules) conine cipuri de memorie ca i SIMM-urile dar cu o densitate mai mare, deci

are mai mult memorie RAM (mai sunt cunoscute sub

denumirea de memorii pe 64

bii). [20] Fig.4. 16 Memorii SIMM

Memorii permanente, numite ROM (Read Only Memory). Sunt memorii care, n principiu,

permit doar operaiile de citire a informaiilor memorate. Sunt memorii nevolatile, iar informaia memorat este scris o singur dat i nu poate fi suprascris prin metode obinuite. Sunt folosite pentru memorarea sigur i ieftin a unor secvene de program frecvent utilizate n sistemele de calcul.

Acest tip de memorie este utilizat din dou motive ntemeiate: performan (informaiile stocate n aceast memorie sunt disponibile n permanen indiferent de starea calculatorului on sau off, din acest motiv de mai numete i memorie non-volatil) i securitate (datorit faptului c datele coninute nu pot fi modificate uor accidental sau intenionat constituie o msur de securitate). [20]

Aceste memorii sunt n general mai lente dect memoria RAM. n consecin, se utilizeaz transferul programelor din memoria ROM n memoria RAM pentru a fi executate acolo cu

performane sporite. Una din caracteristicile de baz ale memoriei ROM este aceea c datele stocate nu pot fi terse.

Cu toate acestea exist tehnici speciale de tergere selectiv i reprogramare care permit

modificarea coninutului memoriei ROM (din acest motiv ele mai sunt denumite i n special memorii read-only). [20]

Aceste memorii ROM sunt de mai multe tipuri:

o memorii PROM - Programmable ROM, sunt memorii programabile de ctre utilizator, care nu conin informaii scrise din fabricaie;

o memorii EPROM - Erasable Programmable ROM, sunt programabile de ctre utilizator, dar care pot fi terse i renscrise cu alte informaii.

o memorii EEPROM Electrically Erasable Programmable ROM, informaia poate fi citit, tears, i reprogramat de mai multe ori de ctre utilizator cu ajutorul semnalelor electrice. Este tipul de memorie ROM cel mai flexibil, i este folosit pentru stocarea programelor BIOS.

Din punct de vedere funcional, memoriile ROM difer de cele RAM att prin faptul c cele ROM sunt n mod uzual mai lente, ct i prin faptul c, n permanen, coninutul rmne acelai. Memoria ROM este cea mai utilizat pentru stocarea programelor la nivel de sistem, care sunt disponibile n orice moment. Un exemplu de astfel de program este sistemul BIOS (Basic

Input Output System) care este stocat ntr-o memorie EEPROM, numit ROM BIOS sistem. Atunci cnd calculatorul este pornit prima dat aceast memorie este goal. Aceste programe BIOS reprezint o colecie de rutine care asigur serviciile de baz pentru operaiile de intrare/ieire, o interfa ntre sistemul de operare i partea hardware a calculatorului. Pentru pstrarea parametrilor de configuraie ai calculatorului, BIOS-ul folosete o memorie RAM, numit CMOS (Complementary Metal Oxid Semiconductor) de 64 octei, n care se afl, codificate, toate setrile fcute n setup (acest tip de memorie non-volatil este denumit i NVRAM Non Volatile RAM). Coninutul memoriei se pstreaz i dup nchiderea calculatorului, deoarece CMOS-ul este alimentat de o baterie. BIOS-ului se mai ocup i de testarea componentelor hardware (memorie, tastatur etc.) la pornirea PC-ului. Tot aici se mai afl rutinele de boot-are, care se ocup de ncrcarea sistemului de operare; tot aici se afl i programul de setup, de configurare a sistemului. [20]

5. Dup funcii

O alt clasificare a memoriilor innd cont de funciile realizate de fiecare tip de memorie, de rolul i locul ocupat n sistemul de calcul acestea se pot clasifica astfel:

Registrele de memorie sunt cele mai rapide dispozitive utilizate de procesor i pot memora anumite tipuri de informaie. Pentru o operaie, procesorul acceseaz un anumit registru n care este memorat informaia dorit. Registrul nu este activat dup adres i din acest motiv accesul la informaia din registru este rapid. Capacitatea unui registru nu depete lungimea

cuvntului de memorie. n general sunt utilizate 16-20 registre. Memoria intern conine programe i date care sunt n execuie n calculator. n aceast

memorie se scrie i se citete, ct timp este activ microprocesorul. Are rolul de a pstra programele i datele n forma lor binar, pe toat perioada de prelucrare a lor.

Bitul reprezint unitatea cea mai elementar de reprezentare a informaiei n memorie i poate avea valoarea 0 sau 1.

Celula binar este un circuit electronic capabil s memoreze o informaie de un bit. O informaie reprezentat pe 8 bii consecutivi formeaz un octet (byte), i poate fi

adresat individual.

Locaia de memorie este o succesiune de 8 celule binare capabile s memoreze o informaie de 8 bii, avnd asociat o adres unic, i al crei coninut poate fi scris/citit ntr-un singur ciclu de memorie.

Adresa de memorie este un numr natural reprezentnd o informaie prin care se identific locul unde se afl locaia de memorie pe care o accesm.

O succesiune de mai multe locaii de memorie formeaz o zon de memorie. Adresare (accesare) este operaiunea de identificare a unei locaii de memorie n vederea

scrierii/citirii.

Accesarea unei locaii de memorie poart numele de moduri de adresare a memoriei (de acces la memorie).

Memoria intern, este o memorie read-write cu acces direct (RAM). Accesul la o astfel de memorie este redus, n scopul grbirii activitii. Din aceast categorie fac parte:

1. memoriile RAM dinamice (DRAM - Dynamic Random Access Memory). Periodic trebuie restabilit sarcina electric cu care a fost ncrcat condensatorul circuitului de memorie, n scopul pstrrii informaiei. Este necesar un circuit pentru remprosptarea memoriei.

2. memoriile RAM statice (SRAM ) au n componen circuite bistabile de memorie. Informaia, este reinut atta timp ct calculatorul este inut sub tensiune.

Aceste plci (SIMM - Single Inline Memory Modul sau DIMM - Dual Inline Memory Modul), se instaleaz pe placa de baz n soclurile (locurile) rezervate memoriei interne. Acest mecanism permite modificarea dimensiunii memoriei interne a PC-ului prin adugarea de noi bancuri de memorie n locurile disponibile sau prin schimbarea bancurilor cu altele de capacitate

mai mare.

Caracteristici:

-capacitatea de stocare a informaiei (1MB=1024Ko, 1Ko=1024 octeti); - timpul de acces (intervalul de timp dintre momentul n care s-a emis o cerere de acces,

pentru scriere/citire i momentul cnd ncepe efectiv operaia de scriere/citire) ; - ciclul de memorie (intervalul de timp n care se realizeaz scrierea/citirea unei uniti de informaie n/din memorie); - dimensiunea cuvntului de memorie (cuvntul de memorie este unitatea elementar pentru memorarea i accesarea instruciunilor, operanzilor numerici i adreselor); - costul de fabricaie (criteriu economic).

Memoria cache este utilizat n scopul scderii timpului de acces la informaiile din memoria intern. Are o capacitate mic i vitez mare, inserat logic ntre procesor i memoria principal. Este realizat din circuite SRAM. Aici sunt reinute copii ale unor informaii din memoria principal. nainte de orice acces la memoria principal se verific dac nu cumva informaia cutat se gsete n memoria cache. Dac exist, se preia de acolo cu o vitez superioar.

Memoria expandat - este o memorie suplimentar la calculatoarele de tipul PC, pe care utilizatorul o acceseaz prin intermediul mecanismului EMS (Extended Memory Specification). Este alcatuit din bancuri de memorie de 64 KB RAM. n cazul calculatoarelor care utilizeaz un microprocesor mai mare de 80286 nu este necesar utilizarea acestui tip de memorie. Aria de adrese este 100000h 10FFFFh.

Memoria extins - este o memorie suplimentar accesibil utilizatorului prin mecanismul XMS (eXtended Memory Specification). Este implementat pe procesoare care lucreaz cu cuvinte de adres de 32 bii. Viteza acestei memorii este mai lent dect memoria de baz, deoarece aceast memorie administreaz i utilizeaz spaiile libere ntre programele copiate n memoria RAM superioar (BIOS), aceasta fiind mprit n pagini de cte 16 KB (o zon bloc din aceast memorie), putnd primii patru pagini de memorie expandat.

Memoria extern - se caracterizeaz prin vitez de acces mai scazut, cost mai redus, capacitate mai mare, i are rolul de a mri spaiul de memorare al unui sistem de calcul.

Memoria secundar - este organizat pe un suport extern de memorie, are rolul de a realiza o extindere a memoriei principale, conform conceptului de memorie virtual. Conceptul de memorie virtual se refer la capacitatea procesorului de a utiliza un spaiu de memorie extern pentru a simula o capacitate mai mare a memoriei interne disponibile. Altfel spus, este vorba de

capacitatea procesorului de a accesa un spaiu de adrese care depete spaiul de adrese al memoriei principale. Acest concept a aprut nc din anul 1960, iar la PC este disponibil ncepnd cu seria 286.

Memoria de arhivare - asigur stocarea datelor preluate din mediul extern pe o perioad de timp nedeterminat i n volume semnificative. Se poate spune c memoria de arhivare este cea care asigur forma de stocare suplimentar a datelor din sistemul de calcul.

Caracteristicile memoriei externe:

nevolatil; cu acces poziional; cu timp de acces mai mare;

cu vitez de treansfer mai mic; cu cost mai mic;

cu capacitate mult mai mare;

este o memorie read-write;

are densitate de memorare variabil de la un echipament la altul i de la un suport la altul.

Accesul - prin intermediul memoriei interne.

Tehnologii:

tehnologia magnetic; tehnologia optic.

Fig. 4.17 Tipuri de memorii

4.2.9 Unitatea de Memorie extern Echipamente de memorie extern

Funcia de baz a unui sistem de calcul este prelucrarea informaiei. Comunicarea sistemului de calcul cu lumea exterioar este realizat prin intermediul

unitilor de intrare-ieire (imput / output) sau (I / O).

Pentru a crete performanele calculatorului, memoria interm a lui este extins cu ajutorul dispozitivelor periferice.

Dispozitivele periferice reprezint totalitatea componentelor electronice care sunt conectate la unitatea central.

n ultimii ani, tehnica I /O a fost mult dezvoltat, echipamentul intrrilor / ieirilor este astzi mai costisitor chiar i dect unitatea central i ocup mai mult spaiu dect orice alt component a sistemului de calcul.

Tehnica ieirilor a fost de asemenea considerabil dezvoltat. S-a trecut astfel de la lmpile intermitente ale anilor 50, la ecranele color i imprimantele laser ale sistemelor contemporane. Ele sunt utilizate pentru :

introducerea datelor,

extragerea rezultatelor,

asigur o interfa cu utilizatorul. Funciile dispozitivelor periferice :

Introducerea datelor, programelor i a comenzilor n memoria calculatorului.

Reprezentarea rezultatelor prelucrrilor sub o form accesibil calculatorului.

Asigur supravegherea i posibilitatea interveniei utilizatorului pentru funcionarea corect a sistemului n timpul unei sesiuni de lucru.

Asigur dirijarea automat a sistemului de calcul i manipularea programului prin comenzi transmise de utilizator.

Gruparea dispozitivelor periferice :

a) Periferice de intrare.

b) Periferice de stocare.

c) Periferice de ieire. d) Periferice de comunicaii.

Periferice de intrare Din aceast categorie fac parte: tastatura, mouse-ul, microfonul, scanner-ul, camera video, joystick, uniti de disc etc.

Cartela perforate i banda de hrtie

Ele au fost utilizate

la calculatoarele din

generaiile mai vechi. Pe ele erau perforate (cu ajutorul

unor maini special de perforat cartel respective

band perforate), informaiile care trebuiau s fie prelucrate n calculator.

Aceste suporturi de

informaii erau citite cu ajutorul cititoarelor de cartel respective band perforate.

n ultimii ani, tehnica I /O a fost mult dezvoltat, echipamentul intrrilor / ieirilor este astzi mai costisitor chiar i dect unitatea central i ocup mai mult spaiu dect orice alt component a sistemului de calcul.

Tehnica ieirilor a fost de asemenea considerabil dezvoltat. S-a trecut astfel de la lmpile intermitente ale anilor 50, la ecranele color i imprimantele laser ale sistemelor contemporane.

Tastatura (keyboard)

Principalul periferic, utilizat pentru introducerea informaiilor n calculator. Este dispozitivul interactiv prin care se realizeaz toate aspectele referitoare la tratarea unui

text. Pentru o manipulare mai uoar a obiectelor pe ecran se utilizeaz mouse-ul. Tastatura unui sistem de calcul este asemntoare cu cea a unei maini de scris, care

realizeaz imprimarea pe o foaie de hrtie a caracterelor n urma apsrii tastelor. Prin acionarea unei taste este lansat un semnal electric, care este codificat n mod specific

(de exemplu: n cod ASCII), iar caracterul corespunztor tastei este afiat pe ecranul sistemului de calcul.

Tastatura se conecteaz la unitatea de sistem printr-un cablu flexibil. n general, folosii tastatura pentru a introduce caracterele care vor aprea pe ecran, n fiierul sau programul la care lucrai. Dar exist i alte taste ce permit editarea informaiei sau executarea de comenzi (de exemplu, tastele F1-F12).

Cartela perforat

Banda de hrtie

Descriere

O tastatur are de obicei 101 taste, care sunt mprite dup funcionalitatea lor n mai multe categorii:

- taste alfanumerice ocup partea central a tastaturii, - taste cu scopuri speciale determin efectuarea unei anumite aciuni fr a mai tasta

comanda respectiv; - taste funcionale conin 10 sau 12 taste situate n partea superioar, avnd pe ele litera F

urmat de numrul tastei 112, - taste numerice i direcionale cu ajutorul lor se introduc de la tastatur cifre, se poate

efectua deplasarea n sus, n jos, la dreapta sau la stnga n interiorul unui text.

Tastaturile ofer urmtoarele tipuri de taste:

Taste alfanumerice. Aceste taste includ literele alfabetului i cifrele, precum i tasta Shift pentru majuscule sau caractere speciale, toate aranjate n tradiionalul format QWERTY folosit i la maina de scris.

Tastele cu sgei (taste direcionale). Aceste taste deplaseaz punctul de inserare (un cursor clipitor care indic poziia curent) sau marcheaz o poriune pe ecran. Unele tastaturi ofer numai doar sgeile sus, jos, dreapta i stnga. Alte tastaturi includ taste pentru sgei n diagonal. Tastele cu sgei apar pe tastatur la dreapta tastelor alfa.

Tastatura numeric. Aceast zon a tastaturii ofer cifre aranjate ca la un calculator cu 10 taste. Este aejat n extrema dreapt a tastaturii i este destinat n special introducerii datelor numerice.

Tasta Esc (Escape). n mod curent situat n colul din stnga sus al tastaturii, aceast tast anuleaz ceea ce facei n momentul respectiv.

Tastele Ctrl (Control) i Alt (Alternate). Trebuie s apsai pe una din aceste taste i s o inei apsat, apoi s apsai pe alt tast, n general pentru a executa unele comenzi speciale. De exemplu, apsnd pe Alt+F4 se nchide fereastra programului curent din Windows. Adeseori apsai tasta Shift plus aceste taste. Cutai aceste taste att n colul din stnga jos, ct i n cel din dreapta jos al tastaturii, de-o parte i de alta a barei de spaiu.

Tastele F (Function). Prin apsarea acestor taste, singure sau o dat cu tastele Ctrl sau Alt, se execut o comand. Aceste taste apar ca un rnd n partea superioar a

tastaturii. Unele tastaturi ofer i un al doilea rnd de taste funcionale, pe partea stng.

Modele de tastaturi

Numeroase tastaturi de pe pia ofer n general aceleai taste de baz, dar ele pot s fie diferite destul de mult ca mrime sau performan. De exemplu, tastatura cu ThinkPad este mult mai mic i nu are partea de tastatur numeric.[11]

Mouse-ul

n zilele noastre, calculatoarele fac att de multe lucruri: grafic, jocuri, muzic etc., nct tastatura nu poate face fa ca singur dispozitiv de introducere date. Un mouse sau un trackball vor face munca mai uoar n multe programe, eliminnd problema memorrii anumitor comenzi

sau combinaii de taste.

Deplasarea mouse-ului pe biroul

nostru se transmite unei sfere netede

(sau optic) din interiorul mouse-ului,

care se rotete i transmite micrile la un indicator de pe ecran. Acest

indicator urmeaz modul cum micm mouse-ul.

O versiune inversat a mouse-ului, numit trackball, ne permite s micm noi sfera pentru a deplasa indicatorul. Folosind oricare din aceste dispozitive, putem muta indicatorul lin

dintr-o parte a ecranului n cealalt fr s ne istovim degetele apsnd tastele cu sgei. n funcie de programul pe care l utilizm, indicatorul poate avea diferite forme, inclusiv sgeat, ptrat, linie vertical, clepsidr sau cruce.

Exist astzi, mai multe categorii de mouse-uri: mouse cu dou butoane, cu dou butoane i un scoll, mouse-uri optice i mouse-uri fr fir (care nglobeaz senzor optic, comunicarea dintre mouse i receiver este rapid i fr interferene din partea altor dispozitive). Progresul tehnologic al transmisiei n infrarou a permis realizarea de dispozitive mouse fr fir, aa numitele wireless mouse. [20]

n viitor vom gsi mai multe tipuri de mouse i de dispozitive de indicare pentru a reduce oboseala minii sau a ncheieturii. Intellimouse de la Microsoft ofer tehnologia Glidepoint pentru a micora efortul n lucrul cu mouse-ul. Unele calculatoare laptop ofer sistemul cu atingere (touchpad i thinkpad) sau alte dispozitive similare ca s putem manevra indicatorul cu un singue deget. [11]

Scanner-ul

Exist modele speciale de scannere, care sunt proiectate special pentru a scana negative foto sau diapozitive.

Scannerele manuale ne permit s scanm la un moment dat doar imagini de maxim 4 inci lime, prelucrnd astfel imagini mici. Scannerele de birou ne perimit scanarea unei imagini ntregi de 8,5 inci x 11 inci (sau mai mari) ntr-o singur etap i adesea ofer o calitate mai bun deoarece originalul rmne perfect nemicat. Un scanner manual are nevoie de o deplasare ferm i cere obinuin; n unele operaii de scanare, poza se poate deplasa n timpul sacnr