-
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