1 1. Arhitectura calculatoarelor 1.1 Ce este un calculator? Un computer (în limbajul uzual actual un calculator, sau un sistem de calcul) poate fi definit ca un echipament electronic de prelucrare automată a datelor, pe baza unui program. Ştiinţa prelucrării informaţiilor cu ajutorul computerelor se numeşte informatică. Dacă la început computerele erau folosite pentru a prelua informaţii de la utilizator (date de intrare), a le prelucra pe baza unor instrucţiuni prestabilite şi a oferi rezultatele înapoi utilizatorului (date de ieşire), computerele actuale nu mai sunt doar maşini de prelucrat informaţii, ci şi dispozitive care facilitează comunicarea respectivelor informaţii între doi sau mai mulţi utilizatori, de exemplu sub formă de numere, text, imagini, sunet sau video. Termenul „computer” (căm-'piu-tăr), este un sinonim pentru calculator electronic, preluat identic ca formă şi ca sens din limba engleză. El a intrat în limba română mai târziu decât ordinator, un alt sinonim pentru calculator electronic preluat din limba franceză. În engleză, substantivul computer s-a format din verbul englez to compute, preluat în 1631 din franceză (verbul computer), preluat la rândul său din latină (verbul computare) care are înţelesul a calcula, a socoti. Computerele de astăzi vin în forme şi prezentări diverse. Probabil cel mai familiar este computerul personal şi varianta sa portabilă, numită laptop sau notebook. Mai nou se folosesc din ce în mai mult dispozitive Netbook şi PDA (Personal Digital Assistant), printre avantaje fiind greutatea scăzută şi automia mărită, datorată consumului energetic redus. Însă cea mai răspândită formă este aceea a computerului integrat (embedded) - înglobat complet în dispozitivul pe care îl conduce. Majoritatea maşinilor şi pornind de la avioanele militare până la aparatele foto digitale, au computere integrate. 1.2 Istoria calculatorului Abia în anul 1946 începe istoria computerului, când Eckert/Mauchl realizează ENIAC I, primul computer modern. În anul 1961 firma IBM crează computerul 1401, care devine în scurt timp cel mai popular computer de mică dimensiune. Tot firma IBM lansează în anul 1981 IBM PC, care a reprezentat punctul de început a erei computerului personal. 1.3 Arhitectura von Neumann Designul şi performanţele calculatoarelor anilor 2000 s-au îmbunătăţit dramatic în comparaţie cu anii 1940, chiar dacă principiile arhitecturii von Neumann sunt în continuare la baza aproape tuturor maşinilor de calcul contemporane. Această arhitectură descrie un calculator cu patru module importante: unitatea aritmetică- logică (UAL, arithmetic logic unit sau ALU), unitatea de control, memoria centrală (care bineînţeles se deosebeşte aproape total de memoria omului) şi dispozitivele de intrare/ieşire
16
Embed
1. Arhitectura calculatoarelor - infoCervantesinfocervantes.wikispaces.com/file/view/Structura+calculatorului.pdf · 1 1. Arhitectura calculatoarelor 1.1 Ce este un calculator? Un
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
1
1. Arhitectura calculatoarelor
1.1 Ce este un calculator?
Un computer (în limbajul uzual actual un calculator, sau un sistem de calcul) poate fi definit
ca un echipament electronic de prelucrare automată a datelor, pe baza unui program. Ştiinţa
prelucrării informaţiilor cu ajutorul computerelor se numeşte informatică. Dacă la început
computerele erau folosite pentru a prelua informaţii de la utilizator (date de intrare), a le
prelucra pe baza unor instrucţiuni prestabilite şi a oferi rezultatele înapoi utilizatorului (date
de ieşire), computerele actuale nu mai sunt doar maşini de prelucrat informaţii, ci şi
dispozitive care facilitează comunicarea respectivelor informaţii între doi sau mai mulţi
utilizatori, de exemplu sub formă de numere, text, imagini, sunet sau video.
Termenul „computer” (căm-'piu-tăr), este un sinonim pentru calculator electronic, preluat
identic ca formă şi ca sens din limba engleză. El a intrat în limba română mai târziu decât
ordinator, un alt sinonim pentru calculator electronic preluat din limba franceză.
În engleză, substantivul computer s-a format din verbul englez to compute, preluat în 1631 din
franceză (verbul computer), preluat la rândul său din latină (verbul computare) care are
înţelesul a calcula, a socoti.
Computerele de astăzi vin în forme şi prezentări diverse. Probabil cel mai familiar este
computerul personal şi varianta sa portabilă, numită laptop sau notebook. Mai nou se folosesc
din ce în mai mult dispozitive Netbook şi PDA (Personal Digital Assistant), printre avantaje
fiind greutatea scăzută şi automia mărită, datorată consumului energetic redus. Însă cea mai
răspândită formă este aceea a computerului integrat (embedded) - înglobat complet în
dispozitivul pe care îl conduce. Majoritatea maşinilor şi pornind de la avioanele militare până
la aparatele foto digitale, au computere integrate.
1.2 Istoria calculatorului
Abia în anul 1946 începe istoria computerului, când Eckert/Mauchl realizează ENIAC I,
primul computer modern. În anul 1961 firma IBM crează computerul 1401, care devine în
scurt timp cel mai popular computer de mică dimensiune. Tot firma IBM lansează în anul
1981 IBM PC, care a reprezentat punctul de început a erei computerului personal.
1.3 Arhitectura von Neumann
Designul şi performanţele calculatoarelor anilor 2000 s-au îmbunătăţit dramatic în comparaţie
cu anii 1940, chiar dacă principiile arhitecturii von Neumann sunt în continuare la baza
aproape tuturor maşinilor de calcul contemporane.
Această arhitectură descrie un calculator cu patru module importante: unitatea aritmetică-
logică (UAL, arithmetic logic unit sau ALU), unitatea de control, memoria centrală (care
bineînţeles se deosebeşte aproape total de memoria omului) şi dispozitivele de intrare/ieşire
2
I/E (sau I/O , de la input/output). Acestea sunt interconectate cu un mănunchi de fire numit
magistrală (bus ) şi sunt conduse în tactul unui ceas (clock).
Conceptual, memoria unui calculator poate fi văzută ca o mulţime de “celule” numerotate.
Fiecare celulă primeşte drept “adresă” un număr unic propriu; ele pot înmagazina o cantitate
mică, prestabilită de informaţie. Informaţia poate fi ori instrucţiuni, ori date propriu-zise.
Instrucţiunile “spun” calculatorului ce să facă, iar datele sunt acele informaţii care trebuie
prelucrate conform cu instrucţiunile. În principiu orice celulă poate stoca atât instrucţiuni cât
şi date, la momente diferite de timp. Interesant este şi cazul cînd una sau mai multe
instrucţiuni, deja stocate în memorie, sunt privite de către alte instrucţiuni drept date de
prelucrat/modificat şi sunt deci ele însele modificate dinamic (“în mers”), după necesitate.
UAL (Unitatea Aritmetico-Logică) este din multe puncte de vedere “inima” sau “miezul”
calculatorului. Aceasta este capabilă să efectueze mai multe tipuri de operaţii, de exemplu
operaţii aritmetice (adunare, înmulţire etc.), operaţii de comparaţie, operaţii de manevrare a
datelor (duplicare, mutare, trunchiere etc.).
Unitatea de control este un modul central care comandă şi leagă toate celelalte module între
ele. Rolul ei este să culeagă (“citească”) instrucţiunile şi datele din memorie sau de la
dispozitivele I/E, să decodeze instrucţiunile, să ofere UAL date de intrare corecte conform cu
instrucţiunile, să “instruiască” UAL ce anume operaţie să efectueze asupra intrărilor, precum
şi să trimită rezultatele înapoi (să “scrie”) în memorie sau către dispozitivele I/E. O
componentă cheie a unităţii de control este un contor (contorul de instrucţiuni). El conţine la
orice moment adresa instrucţiunii curente, în permanentă schimbare. Fizic, începînd din anii
1980, UAL şi unitatea de control se plasează pe acelaşi circuit integrat numit unitate centrală
de procesare, (CPU - Central Processing Unit), sau microprocesor. Pentru arhitectura
calculatoarelor s-au adoptat /standarde. Un prim standard de acest fel, care mai este utilizat şi
în prezent, este ISA (Industry Standard Architecture) care a fost elaborat de IBM odată cu
primul IBM PC, apărut la începutul anilor '80. Sistemele de calcul mari pot avea inglobate
mai multe procesoare, vezi şi articolul supercomputer.
Sistemele de I/E (I/O) sunt dispozitive prin care computerul preia informaţii din lumea
exterioară şi raportează înapoi rezultatele. Într-un calculator personal obişnuit (PC sau Apple
Macintosh), dispozitive uzuale de intrare sunt de exemplu tastatura, mouse-ul, scanner-ul, iar
dispozitive de ieşire sunt monitorul, imprimanta, etc. Există şi dispozitive I/E combinate, atât
pentru intrare cât şi pentru ieşire, de ex. modemul, placa de reţea, hard discul magnetic.
Memorie de Regiştri
Memorie Cache
Memorie principală
Memorie externă
Preţ Viteză
3
2. Structura calculatorului
Configuraţia unui sistem este lista componentelor acelui sistem, pe când arhitectura unui
sistem este configuraţia împreună cu relaţiile dintre elemente. Un sistem de calcul este un
ansamblu format din două componente:
HARDWARE – este un termen care acoperă totalitatea componentelor electronice şi
mecanice ale sistemului de calcul (partea fizică);
SOFTWARE – este un termen care acoperă totalitatea programelor utilizate într-un sistem de
calcul. În cadrul componentei software se distinge un element care asigură interconectarea
tuturor componentelor sistemului de calcul, transformându-le într-o entitate – calculatorul şi
care asigură şi interconectarea acestuia cu mediul exterior.
2.1 Structura ierarhică a unui calculator
Sursa de curent
Reprezintă dispozitivul ce alimenteaza componentele interne ale computerului. Printre
caracteristicile esenţiale se numără tipul (ex. ATX 2.0) şi puterea.
Placa de bază
Procesor
(CPU)
Memoria
Principală
Dispozitive
de
Intrare/Ieşire
(I/O)
Magistrala de date
Magistrala de adrese Magistrala de control
4
Pincipala componenta hardware ce asigură interconectarea fizică şi o parte din cea funcţională
a tuturor celorlalte componente (hardware și software) ale unui sistem de calcul este
reprezentată de placa de bază.
Printre caracteristicile esenţiale ce trebuie luate în calcul la achiziţionarea unei plăci de bază
se numără: Socket-ul (Soclu procesor; ex. 775 şi 1366 pt procesoarele INTEL şi AM2, AM2+,