Arhitectura Calculatoarelor

38
CUPRINS CUPRINS.............................................................2 1. INTRODUCERE......................................................3 2. CE ESTE UN CALCULATOR?...........................................5 3. COMPONENTELE UNUI CALCULATOR PERSONAL............................6 3.1. PLACA DE BAZĂ.................................................. 6 3.2. MICROPROCESORUL.................................................7 3.3. HARD DISK-UL...................................................8 3.4. UNITĂŢILE DE INTRARE............................................ 8 3.5. UNITĂŢILE DE IEŞIRE............................................. 8 3.6. UNITĂŢILE DE INTRARE/IEŞIRE.......................................9 3.7. MEMORIA INTERNĂ.................................................9 3.8. MEMORIA EXTERNĂ.................................................9 4. STRUCTURA FUNCŢIONALĂ A UNUI CALCULATOR.........................10 4.1. UNITATEA CENTRALĂ (UC).........................................10 4.1.1. Unitatea de memorie internă (UM)............................................................................... 11 4.1.2. Unitatea centrală de prelucrare (UCP)......................................................................... 12 4.2. SISTEMUL DE INTRARE-IEŞIRE (SI/O)...............................13 4.2.1. Mediile de stocare:.......................................................................................................... 13 4.2.2.. Dispozitivele periferice.................................................................................................. 20 4.3.3. Dispozitive pentru accesarea mediilor de stocare....................................................... 21 5. Concluzii.......................................................26 2

description

pc

Transcript of Arhitectura Calculatoarelor

Arhitectura Calculatoarelor

CUPRINS

2CUPRINS

31. Introducere

52. Ce este un calculator?

63. Componentele unui calculator personal

63.1. Placa de baz

73.2. Microprocesorul

83.3. Hard Disk-ul

83.4. Unitile de intrare

83.5. Unitile de ieire

93.6. Unitile de intrare/ieire

93.7. Memoria intern

93.8. Memoria extern

104. Structura funcional a unui calculator

104.1. Unitatea Central (UC)

114.1.1. Unitatea de memorie intern (UM)

124.1.2. Unitatea central de prelucrare (UCP)

134.2. Sistemul de intrare-ieire (SI/O)

134.2.1. Mediile de stocare:

204.2.2.. Dispozitivele periferice

214.3.3. Dispozitive pentru accesarea mediilor de stocare

265. Concluzii

1. IntroducereAu trecut aproape trei decenii de cnd firma IBM a definit i a caracterizat cel mai important segment de pia din domeniul tehnicii de calcul, cel al calculatoarelor personale, acesta devenind cel mai dinamic, cel mai productiv domeniu, care a fcut din calculator un fenomen de mas, un instrument simplu, prietenos i eficace n aproape toate activitile umane.Presupunnd c PC-urile nu vor cunoate niciodat un volum mare de vnzri, firma IBM nu a proiectat un sistem de operare pentru acestea i a cedat aceasta sarcina unei companii necunoscute la momentul respectiv, Microsoft. Astzi sistemele sale de operare ruleaz pe aproape toate calculatoarele personale din ntreaga lume.

Calculatoarele personale ntlnite cel mai des sunt de doua tipuri: Apple Macintosh i compatibile IBM. Cele dou dispun de o arhitectura fizica diferita, pe ele ruleaz aplicaii i sisteme de operare diferite. Acest referat trateaz numai calculatoarele personale compatibile IBM. Cnd vorbim despre calculatoare personale trebuie s abordm urmtoarele noiuni:

Hardware termenul provine din limba englez i se refer la componentele fizice ale unui echipament de calcul;

Software termenul provine din limba englez i se refer la aplicatiile sau programele ce ruleaza pe un calculator;

Uniti de msur informaionale: Bit (b): unitatea msur pentru stocarea informatiei. Un bit are doua stari reprezentate prin valorile 1 sau 0, Adevarat (True) sau Fals (False).Exemple: Kb - kilobiti Mb - megabiti;

Byte (B): sau octet reprezint o succesiune de 8 bii i reprezint cea mai mic unitate de memorie adresabil. n scrierea curenta se prescurteaza cu B (litera mare) i este utilizat drept unitate de masur curent pentru datele stocate.

Exemple: KB kilobytes, 1 KB = 210 BMB megabytes, 1 MB = 220 BGB gigabytes, 1GB = 230 BTB terabytes.

Cluster unitatea de msur a alocrii informaiei.Evoluia sistemelor informatice cuprinde cinci etape distincte, fiecare dintre ele reprezentnd o generaie.

Prima generaie cuprinde gama calculatoarelor electronice realizate pn n anul 1955, care au urmtoarele elemente constructive de baz: tuburile electronice; utilizarea cartelelor sau a benzilor perforate pentru introducerea datelor; programarea n limbaj cod main, bit cu bit; viteza de lucru mic;

Generaia a doua (1959-1965) este marcat de apariia tranzistorului. n aceast perioad apar i minicalculatoarele.

Generaia a treia (1965-1970) este marcat de apariia circuitelor integrate.

Aceast generaie a stat sub semnul firmei IBM (System/360 ).

Caracteristicile acestei generaii sunt:

creterea considerabil a vitezei de lucru i a capacitii de stocare a datelor; utilizarea unei game extinse de limbaje evoluate i echipamente periferice; creterea gradului de miniaturizare; fiabilitate sporita i cost redus;

Generaia a patra ncepe n anul 1970, se bazeaz pe Aplicaii ale teoriei laserului determinat de realizarea memoriei laser la (NASA). La sfritul anilor 70, IBM introduce conceptul de memorie virtual. n anul 1977 se nfiineaz compania APPLE. Apar CD-urile. Se dezvolt reelele de calculatoare (LAN, WAN, etc.). Apar reelele deschise care sunt strmii INTERNET-ului.

Calculatoarele se caracterizeaz prin:

viteza mare de calcul;

limbaje de programare ce permit tratarea vectorial;

se rspndesc foarte rapid calculatoarele personale utilizate n special n economie.

Generaia a cincea ncepe cu anii 90 caracterizat printr-o nou concepie tehnologic, i a software-lui corespunztor.

Caracteristicile sunt:

extinderea utilizrii microprocesoarelor;

tendina de schimbare a concepiei hardware i software prin lansarea pe pia a unor noi tipuri de calculatoare.2. Ce este un calculator?

Calculatorul este un echipament electronic ce permite prelucrarea automat a datelor sau realizarea unor sarcini, cum ar fi calculele matematice sau comunicaiile electronice, pe baza unor seturi de instruciuni, numite programe. Programele sunt seturi de comenzi sau instruciuni, ce se execut ntr-o anumit ordine, care sunt culese i procesate de componentele electronice ale calculatorului, rezultatele fiind stocate sau transmise componentelor periferice, cum ar fi monitorul sau imprimanta.

Este de remarcat faptul c din ce n ce tot mai multe elemente importante din arhitectura unui calculator au cptat individualitate, pstrndu-i bineneles integrarea n sistem, prin acest lucru urmrindu-se posibilitatea upgrade-urilor fr a se nlocui ntregul calculator. Astfel acestuia i se poate conferi titulatura de sistem de calcul, adic un ansamblu de dou componente: hardware (care cuprinde totalitatea componentelor electronice i mecanice) i software (care cuprinde totalitatea programelor utilizate).

Partea hardware cuprinde memoria care stocheaz datele i instruciunile ce permit calculatorului s funcioneze, unitatea central de procesare (CPU) care duce la ndeplinire acele instruciuni, unitatea BUS care conecteaz prile componente ale computerului, unitile de intrare, ca de exemplu tastatura i mouse-ul, care permit userului s comunice cu computerul, unitile de ieire, ca de exemplu imprimanta i monitorul, care permit computerului s afieze informaiile cerute de user, i altele. Partea de software este n general compus din sistemul de operare i din programe utilitare care permit computerului managmentul fiierelor sau al unor periferice.3. Componentele unui calculator personalDin punct de vedere constructiv, calculatorul este compus din:

Unitatea central care conine: placa de baz, procesorul, memoria intern, interfeele i porturile;

Echipamente periferice: monitor, tastatura, mouse, imprimanta, modem, etc.

Fig. 1.1. Schema bloc a unui calculator3.1. Placa de bazPlaca de baz - este componenta hardware care asigur baza funcionrii i interconectarea funcional (mpreun cu sistemul de operare) i fizic dintre toate componentele a unui sistem. de calcul.Structura

i. Conectori (asigur interfaa ntre 2 medii) sloturi, socketuri, mufe, porturi

ii. Magistrale colecie de fire prin care sunt trimise date de la o componenta la alta; magistrala este de doua tipuri : magistrala de adresa si magistrala de date (magistrala de date transfera datele concrete, pe cnd magistrala de adrese specifica locul unde se duc datele)

iii. Ceas - componenta hard care genereaz un numr de impulsuri ntr-o perioad de timp. Un impuls generat de ceas se numete tact. La un tact se efectueaz o operaie elementar.

iv. zon tampon de memorie (cache).v. Chipset - este componenta de comand i de control a plcii de baz. Prin el se instituie un sistem de ntreruperi..

vi. BIOS (Basic Input Output System) - este o component hard de memorie, n care se gsete un modul program ce asigur o conexiune minimal cu supori de memorie extern.

vii. CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) - este o component hard de memorie ntreinut de o baterie.3.2. MicroprocesorulMicroprocesorul (CPU Central Processing Unit sau Unitatea Centrala de Procesare) Este unitatea de prelucrare la care se cupleaz memoria intern i echipamentele periferice.

Viteza de lucru a microprocesorului este determinat de:

tipul constructiv al microprocesorului;

dimensiunea registrelor interne i a magistralei de date;

frecvena ceasului sistemului (timpul n care se ncarc i se execut instruciunile);

dimensiunea memoriei cache.

Un registru este un circuit secvenial sau dispozitiv destinat memorrii i prelucrrii unui ir de caractere binare.

Pentru realizarea funciei complexe de execuie a programelor de prelucrare a datelor, microprocesorul dispune de un ansamblu de registre.

Microprocesoarele actuale au regitrii pe 64 de bii. Dimensiunea regitrilor are un efect important asupra performanelor microprocesorului.

Coprocesorul matematic este un procesor specializat n operaiile pe date cu caracter matematic. Cnd microprocesorul trebuie s execute o astfel de operaie, apeleaz la coprocesor i va primi rezultatul final. Mai nou, coprocesorul matematic este ncorporat.

ntre componentele calculatorului, microprocesor, memoria intern i periferice circul trei categorii de informaii: instruciuni de program, comenzi efective i date. Aceste categorii de informaii circul pe circuite electrice care alctuiesc magistrale sau un bus.

Magistrala, din punct de vedere fizic, reprezint trasee pe o plac de circuit imprimat. Logic exist dou tipuri de magistrale:

Pe magistrala de comenzi circul comenzile, iar pe magistrala de date circul datele transferate ntre diferitele componente ale calculatorului.

Etapele parcurse pentru funcionarea unui calculator sunt:

microprocesorul depune pe magistrala de date o valoare din registru;

microprocesorul depune pe magistrala de comenzi comanda necesar pentru citire din memorie;

memoria intern primete comanda i preia de pe magistrala de date valoarea, caut adresa corespunztoare, preia coninutul locaiei respective i depune valoarea citit pe magistrala de date;

memoria intern depune pe magistrala de comenzi comanda de ncheiere a citirii; microprocesorul primete mesajul memoriei interne de ncheiere a citirii i citete valoarea depus de pe magistrala de date.3.3. Hard Disk-ulHard disk-ul este singura parte mecanic, esenial pentru funcionare care, la ora actuala, mai face parte dintr-un calculator modern. Din aceast cauz, ea este si cea mai nceat in comparaie cu restul componentelor PC-ului.3.4. Unitile de intrare

Unitile de intrare, cum ar fi tastatura, mouse, scanner, joystick, camera digital, touch panel etc., permit celui ce opereaz computerul (user-ul) sa comunice cu acesta.

3.5. Unitile de ieire

Unitile de ieire sunt acele uniti cu ajutorul crora computerul comunic utilizatorului rezultatele procesrii sale: Monitoare: au rolul de a afia imagini, texte etc. n funce de modul constructiv acestea sunt clasificate n: monitoare CRT- cu tub cinescop

monitoare LCD - cu cristale lichide imprimante, boxe, proiectoare, etc.

3.6. Unitile de intrare/ieire

Unitile de intrare/ieire sunt acele uniti care pot prelua date sau informaii si in acelai timp pot transmite date sau informaii: uniti optice, modem, plcile de sunet sau imagine, flash-penuri, etc.

3.7. Memoria intern

Memoria interna (RAM=random acces memory si ROM=read only memory). Memoria RAM este acea memorie care se terge la nchiderea sistemului de calcul. Ea poate fi de mai multe feluri: FPM-RAM (fast page mode), EDO-RAM (extended data output), SD-RAM (syncronous dynamic), RD-RAM, DD-RAM si altele. Un important mod de a le deosebi este prin viteza lor de a accesa datele. Fata de RAM, ROM este memoria care poate fi doar citita nu i alterat, si nu poate fi tears.

3.8. Memoria extern

Memoria extern este cea care pstreaz datele si informaiile chiar dup nchiderea calculatorului si poate fi transportata. Aceasta poate fi stocat pe hard disk, floppy disk, CD-ROM, benzi magnetice etc.

4. Structura funcional a unui calculatorIdeea principal a calculatorului cu program memorat este c att instruciunile, ct i datele sunt pstrate n aceeai memorie. Datele sunt cele asupra crora se efectueaz prelucrri. Instruciunile sunt interpretate ca i coduri pentru generarea semnalelor de control necesare funcionrii calculatorului.

Fig. 1.2. Modelul funcional al masinii lui John von Neumannn 1945, John von Neumann a stabilit structura logic a calculatorului cu program memorat. Majoritatea calculatoarelor actuale respect aceast structur (Fig. 1.2).Din punct de vedere funcional, calculatorul este compus din:4.1. Unitatea Central (UC) este compus din:

41.1. Unitatea de memorie intern (UM):

i. Memorie ROM;

ii. Memorie RAM;

4.1.2. Unitatea central de prelucrare (UCP):

i. Unitatea de comand i Control (UCC);

ii. Unitatea aritmetic i logic (UAL).iii. Registre;

iv. Interconexiuni.4.2. Sistemul de intrare-ieire (SI/O) compus din:

4.2.1. Medii de stocare;

4.2.2. Dispozitive periferice;

4.2.3. Dispozitive pentru accesarea mediilor de stocare:

i.Dispozitive pentru interfaa cu utilizatorul:

a. Dispozitive periferice de intrare (DP/I);

b. Dispozitive periferice de ieire (DP/O);

ii. Interfee;

iii. Memoria extern (ME);

iv. Magistrale de transmitere a comenzilor de control, a informaiilor i instruciunilor.4.1. Unitatea Central (UC)4.1.1. Unitatea de memorie intern (UM)Unitatea de memorie intern (UM) este cea mai important componenta fizic. Caracteristicile memoriei interne sunt: dimensiunea i timpul maxim de rspuns. Din punct de vedere funcional, memoria intern a unui calculator personal este alctuit din dou componente: memoria RAM i memoria ROM.

i. Memoria ROM (Read Only Memory) poate fi citit, dar nu poate fi scris de ctre utilizator. Este nevolatil. Programele preluate din ROM sunt transferate n RAM de unde apoi sunt executate. Se ntlnesc diverse tipuri de memorii ROM: memoria PROM (Programmable Read Only Memory), memoria EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), memoria EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), memoria flash.

ii. Memoria RAM (Random Acces Memory) este memoria propriu-zis, la care ne referim n mod uzual i cu care opereaz toate programele utilizatorilor. Ea reprezint un spaiu temporar de lucru unde se pstreaz datele i programele pe toat durata execuiei lor. Memoria este volatil, pstrnd informaia doar ct calculatorul este sub tensiune.

Mai exist un tip de memorie numit CMOS care este o memorie de tip RAM. Un calculator are un mic acumulator ataat ce va alimenta n permanen aceast memorie, chiar i atunci cnd acesta este oprit, pentru a putea pstra informaiile din CMOS.

Ea folosete la memorarea informaiilor necesare BIOS-ului:

capacitatea memoriei interne,

tipul unitilor de disc flexibil,

tipul i capacitatea discului hard,

configuraia calculatorului,

ora curent, data curent. 4.1.2. Unitatea central de prelucrare (UCP)

Fig. 1.3. Structura unitii centrale de prelucrare (UCP).

i. Unitatea de Comand Control (UCC) a unui microprocesor controleaz funcionarea microprocesorului ca sistem. Aceast unitate primete instruciunile de la unitatea de intrare/ieire i le convertete ntr-o form care poate fi neleas de unitatea aritmetic i logic.ii. Unitatea aritmetic i logic (UAL) efectueaz calculele matematice i funciile logice, prelund instruciunile decodificate de unitatea de control.

iii. Registrele: reprezint o memorie intern pentru UCP.

iv. Interconexiunile din cadrul UCP: asigur comunicaia dintre UAL, registre i UCC. Sunt realizate sub forma unei magistrale, numit magistral intern a UCP.4.2. Sistemul de intrare-ieire (SI/O)

Sistemul de intrare-ieire (SI/O) efectueaz transferul datelor ntre calculator i mediul exterior acestuia. Microprocesoarele utilizate n PC-uri folosesc dou tipuri de conexiuni externe la unitile de intrare/ieire: primul tip de conexiune formeaz magistrala de adrese, iar al doilea formeaz magistrala de date.4.2.1. Mediile de stocare:

Echipamentele periferice sunt cuplate la magistral prin intermediul unei componente fizice numit controller. Exemple pentru mediile de stocare: FDD, HDD, CD, DVD, Flash-pen, etc.Controllerul urmrete, comand i controleaz ntregul trafic de informaii ntre periferice, unitatea de hard disc, unitile floppy disc i memoria intern. Acest transfer direct se execut fr implicarea unitii centrale. Sarcina controlului, transferului de informaii ntre memorie i unitile de discuri magnetice revine unei componente numita DMA (Direct Memory Acces).

Degrevarea unitii centrale de sarcina controlului acestor operaii de intrare/ieire directe cu memoria intern, permite folosirea acesteia pentru efectuarea altor operaii, n paralel, asigurndu-se astfel creterea corespunztoare a vitezei de prelucrare a calculatorului.

a. Floppy discul (FDD) are ca principiu de funcionare: un mecanism de antrenare ce rotete floppy discul cu o vitez constant, iar scrierea/citirea se realizeaz cu ajutorul a dou capete de citire/scriere care se poziioneaz pe informaiile plasate pe piste

b. Hard-discul (HDD) (disc fix, disc Winchester) este incorporat n cutia care conine unitatea central sau poate fi extern.Principalele caracteristici ale hard-discului sunt:

capacitatea de stocare a informaiilor (PC Data Handling);

timpul de cutare (seek time);

rata de transfer a sistemului gazd;

rata de transfer a hard-discului (media rate);

numrul de rotaii pe minut;

cantitatea de memorie cache.Structura discului

Discul poate fi analizat din punct de vedere fizic (construcie, pri componente, mod de funcionare) i logic (structura logic a informaiei, modalitile de accesare a informaiei stocate, factorii care afecteaz performanele discului).

Parametrii ce caracterizeaz discul sunt:

cantitatea de informaii ce poate fi memorat [Kb, Mb, Gb];

timpul de acces la informaie [ms];

viteza de transfer a informaiei din i spre memoria RAM [Kb/s], baud.

structura fizic a discului

Un disc se compune din:

platane cu una sau dou fee de nregistrare;

numrul de capete de citire/scriere, egal cu numrul de fee de nregistrare; furc de acces pe toat suprafaa platanului;

motor pentru rotirea platanului;

motor pentru acionarea furcii cu capetele de citire/scriere;

controller pe placa logic (placa sistem), care comand ntregul sistem;

suprafeele de nregistrare ale unui disc sunt mprite n cercuri concentrice, fiecare cerc numindu-se pist (track).Fiecare pist este adresat fizic printr-o pereche de numere ntregi reprezentnd numrul suprafeei, respectiv numrul curent al pistei.

Mulimea pistelor avnd acelai numr pe toate suprafeele de nregistrare se numete cilindru (cylinder). Cilindrii se memoreaz de la zero, ncepnd cu cel de diametru maxim, cresctor, pn la cel de diametru minim.

Suprafeele de nregistrare ale unui disc sunt mprite radial n sectoare.Modularea semnalului de nregistrare este realizat de urmtoarele sisteme:

MFM - Modificed Frequancy Modulation;

RLL - Run Langth Limited;

ARLL - Advanced Run Langth Limited.

Un rol important n "comprimarea" informaiei pe suprafee l are sistemul de modulare a semnalului de nregistrare.

Factorul de ntreesere (interleave factor) este un numr natural egal cu 1 plus numrul de sectoare cuprinse ntre dou sectoare cu adrese succesive, n ordinea de parcurgere a discului, invers acelor de ceasornic.

Dou sectoare cu adrese succesive nu sunt n mod obligatoriu vecine pe suprafeele de nregistrare ale discului, datorit diferenei dintre timpul de transfer al datelor i timpul de citire/scriere efectiv.

Formatarea fizic [physical low-level formating]

Operaia de scriere a adresei i a celorlalte componente ce alctuiesc preambulul sectoarelor, se numete formatare fizic a discului care este executat de controller-ul discului realizat la comanda sistemului de operare, FORMAT C:/W, de utilitarul NORTON SAFE FORMAT (pentru dischete) sau cu comanda FORMAT din SETUP-ul computerului.

Noiunile pist [track], cilindru [cylinder], sector, factor de ntreesere i formatare fizic se refer la capacitatea de stocare a discului.

Noiunile timp de cutare [seek time], latena medie [average latency] i rata de transfer definesc timpul de acces i viteza de transfer a datelor de pe disc.

Timpul de cutare [seek time] reprezint timpul necesar capului de citire/scriere pentru a se deplasa de la pista pe care se gsete, la pista ce trebuie accesat.

Latena medie [average latency] reprezint timpul necesar discului pentru a efectua o jumtate de rotaie.

Rata de transfer reprezint viteza cu care este transferat informaia de pe disc n memoria RAM, (unitatea de msur este Mb/sec). Ea depinde de viteza de rotaie a discului i de densitatea de memorare a informaiei. Viteza medie a HDD este de aprox. 5 Mb/s, vitez care poate crete de 2-3 ori n cazul unei interfee ESDI (Enhanced Small Device Interface).Structura logic a discului

Structura logic a discului reprezint organizarea discului, caracteristicile acestuia i modul de utilizare.

Topologic, structura logic de nregistrare a informaiei pe disc presupune dou zone disjuncte:

Discul logic i discul fizic [logical drive- physical drive]

Discul fizic este material, poate fi accesat doar la nivel de BIOS pe baza tripletului:

numrul suprafeei de nregistrare;

numrul cilindrului;

numrul sectorului.

Zona sistem a discului conine tabela de partiii i unul sau mai multe discuri logice.

Discul logic este un ansamblu de informaii organizate pentru a fi recunoscute i accesate de sistemul de operare MS-DOS cu ajutorul identificatorului.

Fiecare HDD logic este prevzut cu o zon sistem care conine:

tabela de partiii;

nregistrarea de ncrcare;

tabela de alocare a fiierelor FAT (File Allocation Table) n dublu exemplar;

catalogul principal.

Tabela de alocare a fiierelor i catalogul principal conin "contabilitatea" [Bookkeeping] sistemului de operare. Zona minim accesibil pe disc este sectorul; numrul discurilor este foarte mare, de aceea soluia memorrii adreselor lor reprezint o soluie ineficient. Din acest motiv s-a introdus noiunea de cluster, care reprezint unitatea de msur a alocrii informaiei i este format din grupul de sectoare adiacente alocabile unui fiier. Fiecare cluster corespunde unei poziii din tabela de alocare a fiierelor.

Adresa pe disc a unui cluster corespunde cu numrul su; clusterele sunt numerotate de la doi n ordine secvenial cresctoare.

Unitatea de memorare minim alocabil este cluster-ul ceea ce produce pe de-o parte micorarea timpului de acces iar pe de alt parte neutilizarea integral a spaiului pentru c rar se ntmpl ca mrimea fiierului s fie un multiplu de cluster; zona rmas neocupat este zona moart [clack area], nevzut de sistemul de operare i propice aezrii viruilor.

Starea de defeciune a unui sector se stabilete prin evaluarea i compararea valorii indicelui de redundan ciclic. [CRC-Cyclic Redundancy check]; valoarea CRC este evaluat ca o sum de control a valorilor biilor ce modific informaia scris.

Informaiile necesare sistemului de operare pentru a gestiona starea clustere-lor i zona de date a HDD sunt memorate n tabela de alocare a fiierelor.

Tabela de alocare a fiierelor (FAT-File Allocation Table) - este lista n care sistemul de operare memoreaz statutul fiecrui cluster din zona de date a discului logic. Este singura component a sistemului de gestiune a sistemului de operare MS-DOS pstrat n dou exemplare pentru a crete sigurana i fiabilitatea sistemului.

FAT-ul conine attea nregistrri cte clustere are zona de date a discului logic. Memorarea adreselor se numete list nlnuit iar clusterele ale cror adrese alctuiesc o astfel de list formeaz lanul de clustere alocat fiierului respectiv.Catalogul principal [The Root Directory] - este lista n care sistemul de operare memoreaz, pentru fiecare fiier i catalog adresa primului cluster din lanul de clustere asociat, mpreun cu alte informaii utile unei gestiuni complete i fiabile a zonei de date, a fiierelor i cataloagelor. El este ultima component a zonei sistem a discului logic i este poziionat imediat dup a doua copie a FAT-ului.

nregistrarea catalogului principal are urmtoarele cmpuri: nume, extensie, atribute, rezervat, timp, data, adresa, dimensiunea. Dimensiunea i locaia catalogului principal sunt fixate n timpul formatrii logice i pot fi modificate doar printr-o nou formatare.

Tabela de partiii [Partition Table]nainte ca sistemul de operare s poat fi instalat pe HDD, un program de partiionare (de cele mai multe ori programul FDISK din DOS) memoreaz pe primul sector fizic al acestuia, adic n sectorul (0,0,1) o structur care-l descrie ca un set de una sau mai multe diviziuni numite partiii. Aceast structur se numete tabel de partiii. Tabela de partiii este cea mai important entitate de pe HDD i ea conine:

numrul discurilor logice localizate pe HDD;

adresele fizice de nceput i de sfrit ale acestora;

adresele logice de nceput;

numrul de sectoare ale fiecrui HDD;

definirea discului sistem.

Formatarea logic [logical formatting] - reprezint operaia de dimensionare, localizare i iniializare a nregistrrii de ncrcare a celor dou copii ale tabelelor de alocare a fiierelor i a catalogului principal.

Formatarea logic este realizat, pentru dischete i HDD de aplicaia sistemului de operare format.com sau de utilitarul Norton Safe Format.Un hard-disc este format din unul sau mai multe discuri ce se rotesc unitar pe un singur ax, numit dispozitiv de antrenare (spindle), care este conectat direct la un motor.

Exist dou metode de nregistrare a datelor: nregistrare la vitez unghiular constant i nregistrare cu vitez liniar constant.

Lungimea sectoarelor variaz n cazul vitezei unghiulare constante, dar rmne aceeai n cazul vitezei liniare constante. Numrul de sectoare este acelai pentru toate pistele n cazul vitezei unghiulare constante, dar se modific n cazul vitezei liniare constante.

Viteza de acces i rata de acces sunt probleme de proiectare, dar limitele sunt determinate de probleme mecanice. Cea mai bun cale de depire a acestor bariere mecanice este folosirea unui cache. Cache-urile sunt clasificate n dou categorii software i hardware. Cache-urile software folosesc o parte a memoriei principale a calculatorului. Cache-urile hardware folosesc memorii proprii, dedicate. Cache-urile software au un avantaj de performan prin faptul c opereaz dup interfaa de disc i magistrala de extensie, pe cnd informaiile pstrate n cache-ul hardware, chiar dac sunt disponibile imediat, sunt ncetinite prin interfa i prin magistrala de extensie.

n legtur cu comprimarea datelor, sistemele de comprimare pentru discuri folosesc tehnologiile de comprimare a datelor pentru creterea capacitii aparente a discurilor. Acestea funcioneaz prin crearea unui disc virtual cu capacitate mrit, cu care se poate lucra ca i cum ar fi un disc obinuit. Sistemul de comprimare asigur automat comprimarea i decomprimarea datelor n timpul lucrului. Informaiile sunt stocate pe discul fizic ntr-o form comprimat, dar aceasta este invizibil pentru utilizator. Raportul de comprimare reprezint o comparaie ntre spaiul de stocare necesar pentru informaiile comprimate i spaiul necesar pentru datele necomprimate.

Unitile AV au fost construite n scopul stocrii datelor audio i video. Aceste uniti au capaciti foarte mari, dar cel mai important lucru este viteza de acces. Spre deosebire de hard-discurile obinuite, care permit accesul instantaneu la date aleatorii, unitile AV sunt optimizate pentru accesul secvenial la viteze foarte mari.c. Banda magneticaBanda magnetica-magnetic tape (MT) a fost printre primele suporturi utilizate ca memorie secundara. MT reprezinta practic o panglica confectionata dintr-un material plastic numit mylar care este acoperit cu un material magnetic. Informatia este organizata pe 9 piste longitudinale dintre care 8 pentru date si una pentru bitul de paritate transversala, citirea si scrierea datelor fiind realizate de catre noua capete magneticeCompact-discul a fost creat la nceputul anilor 1980. CD-urile reprezint inima tehnologiilor multimedia, reprezentnd totodat elementul central pentru digitizarea i automatizarea sistemelor fotografice.

La baza sistemelor CD-ROM st tehnologia optic. Pentru creterea spaiului de stocare disponibil pe un disc, sistemul CD folosete nregistrarea cu vitez liniar constant. Discul se rotete mai repede pentru pistele din interior dect pentru cele din exterior, astfel c, viteza de rotire a discului variaz de la 400 RPM (rotaii pe minut) pentru pistele din interior la 200 RPM pentru pistele din exterior.

O sesiune este un segment unic nregistrat pe un CD i poate conine mai multe piste. Orice sesiune poate conine date, secvene audio sau imagini.

Compact discurile pot fi de mai multe tipuri: CD-Digital Audio, CD- ROM (CD- Read Only Memory), CD-Recordable, CD-Erasable, Photo CD i DVD.

Discul CD-DA conine aproximativ 70 de minute de muzic stereo, cu un domeniu de frecvene echivalent cu al staiilor radio FM limita superioar este puin peste 15 MHz iar limita inferioar apropiat de zero.

Discul CD-ROM livreaz date din alte surse ctre calculator. Datele de pe un CD-ROM nu mai pot fi modificate dup tanare. Adnciturile pentru stocarea datelor sunt definitive.

Unitile CD-ROM folosesc alte circuite de corectare a erorilor dect echipamentele stereo.

Spre deosebire de unitile CD-DA, n care erorile sunt corectate n cadrele mici, n unitile CD-ROM erorile sunt corectate n cadrele mari (98 de cadre mici sunt grupate pentru a forma un cadru mare).Programul de creare a CD-ului organizeaz datele n vederea scrierii pe disc. Pe msur ce trimite informaiile ctre unitatea CD-R, programul adaug i informaiile de control necesare pentru crearea formatului corespunztor al discului. La terminarea scrierii, programul finiseaz operaia de nregistrare, astfel nct discul s poat fi redat..

Sistemul DVD (Digital Versatile Disc) ofer o capacitate de 4,3 gigaoctei. Avnd ca destinaie iniial stocarea filmelor, formatul DVD accept date numerice de orice tip, inclusiv produsele multimedia interactive. Ca i n cazul CD-urilor, fiecare aplicaie are un nume propriu: DVD-Audio, DVD-Video, DVD-ROM i DVD-RAM (un sistem de nregistrare asemntor cu sistemul CD-R).

Spre deosebire de CD-urile obinuite, discurile DVD sunt formate din dou discuri lipite, fiecare disc este nregistrat pe ambele pri, deci, discul rezultat are patru suprafee diferite de nregistrare.

4.2.2.. Dispozitivele periferice

Dispozitivele periferice asigur introducerea n calculator a informaiilor de pe suporturi externe i extragerea informaiilor din calculator i depunerea lor pe suporturi externe.

Fig. 1.4. Conectarea dispozitivelor periferice la magistralele de sistemDispozitivele periferice pentru accesarea mediilor de prelucrare sunt functie de suporturile pe care le prelucreaz.

Suporturile de nregistrare sunt medii materiale capabile s pstreze, permanent sau temporar, informaii. Suporturile pot fi reutilizabile (cele magnetice) sau nereutilizabile (de exemplu, hrtia).

Suporturile magnetice, nregistrnd informatie, contribuie la cresterea capacittii de memorare a unui sistem de calcul. De aceea, se spune c ele alctuiesc memoria extern a unui sistem de calcul. Spre deosebire de memoria intern, continutul celei externe nu se pierde o dat cu ntreruperea curentului electric. n plus, memoria intern este cea cu care lucreaz direct unitatea central, deci, dac este necesar s fie prelucrate informaii din memoria extern (dischet, disc magnetic), acestea se vor transfera nti n memoria intern a calculatorului. Discul magnetic (hard-disk-ul) nu trebuie confundat cu memoria intern chiar dac se gseste n interiorul calculatorului.4.3.3. Dispozitive pentru accesarea mediilor de stocarei.a. Dispozitivele periferice de intrare(DP/I) asigur citirea informaiilor de intrare (date i programe) de pe medii externe i introducerea lor n memoria calculatorului n reprezentri interne adecvate fiecrui tip de dat.

Dispozitivele de intrare sunt:

tastatura,

mouse-ul,

microfonul;

Trackball(bila rulant) un mouse aezat pe spate;

Touchpad (suprafa sensibil la atingere);

Joystick (maneta cu trei grade de libertate);

scanner-ul (dispozitiv specializat n introducerea de imagini),

unitate optc; unitatea de dischet (asigur citirea sau scrierea informatiei pe dischet, deci este un dispozitiv de intrare-iesire)i.b. Dispozitivele periferice de iesire(DP/O) asigur depunerea informaiilor din memoria intern pe suporturi externe. Ele se vor trece din reprezentarea intern ntr-o form accesibil omului. Dispozitivele de iesire difer i ele n functie de suportul folosit.

Dintre dispozitivele de iesire folosite astzi amintim:

monitorul, a crui interfat fizic cu calculatorul foloseste o plac video; Monitorul numit i VDU-Video Display Unit este dispozitivul standard de ieire i poate fi cu tub catodic, sau cristale lichide , imprimanta matricial, cu jet, termic, laser,

plotter-ul (pentru reprezentri grafice),

hard-disk i ZIP (dispozitive de intrare-iesire),

inscriptor de CD/DVD (care permite i citirea CD/DVD-urilor). Sistemele multimedia mai sunt dotate cu plac de sunet i difuzoare dar la ele se pot cupla i alte dispozitive de introducere sau extragere de imagini i sunete.Pentru conectarea unui dispozitiv periferic la un sistem de calcul, trebuie s existe o interfat fizic (de exemplu, placa video pentru monitor, placa de sunet pentru difuzoare etc.) i una logic.

Aceasta din urm este un program care asigur utilizarea perifericului prin intermediul sistemului de operare (partea de programe a sistemului de calcul) i se numeste driver.Monitorul este dispozitivul care afieaz imaginile generate de un computer. n funcie de modul de afiare acestea pot fi: monitoare CRT- cu tub cinescop

monitoare LCD - cu cristale lichideSistemul de operare se interpune ntre programe i memoria BIOS i captureaz caracterele pe care programele orientate spre text ncearc s le afieze direct pe ecran.Imprimanta realizeaz tiprirea pe hrtie, sub form de sucesiuni de caractere sau de reprezentri grafice, a informaiilor transmise din memoria intern a calculatorului. Tipurile de imprimante difer, marcnd evolutia lor tehnologic: imprimante cu tambur, cu rozet, matriceale, cu jet de cerneal, laser, ultimele fiind rapide i de o mare acuratete.

Caracteristicile unei imprimante sunt:

mecanismul de tiprire i principiul de funcionare;

viteza de tiprire;

dimensiunea liniei tiprite;

calitatea grafic a tipririi;

memoria proprie;

fiabilitatea i costul.

Rezoluia unei imprimante se msoar n numrul de puncte pe care le poate afia imprimanta ntr-un inch. Unitatea de msur este 1 d.p.i. (dots per inch).Plotter-ul este un dispozitiv specific de desenare ce are ataat un numr de capete de scriere de tip ROTRING.

Scannerul poate converti orice imagine pe hrtie ntr-o form electronic acceptat de calculator.

Dac pe calculator se afl instalat un program de recunoatere optic a caracterelor (OCR Optical Character Recognition), textele citite de scanner ca imagini pot fi convertite n fiiere ASCII pentru un procesor de texte, o baz de date sau un sistem de editare a publicaiilor.

Caracteristicile unui scanner sunt:

posibilitatea de producere a imaginilor color;

viteza de scanare;

domeniul dinamic (domeniul de culori pe care le poate distinge un scanner);

rezoluia i posibilitatea de recunoatere a caracterelor de text, transformndu-le n caractere, nu n imagini.

ModemulModemurile se clasific dup mai multe criterii:

- Tipul(intern, extern);

- viteza,

- caracteristicile de apel,

- modul de conectare la sistem, etc.

Interfaa este dispozitivul prin intermediul cruia dou componente ale calculatorului pot comunica. Toate informaiile din sistemul de stocare trebuie s treac prin interfa pentru a ajunge la microprocesor sau la memorie.

De cele mai multe ori, viteza interfeelor moderne este msurat n megaoctei pe secund.

Cele mai cunoscute interfee folosite pentru hard-discurile calculatoarelor, AT Attachment i SCSI, implic, de obicei, timpi suplimentari diferii.

Unele interfee au denumiri particulare:

adaptor video = interfaa monitorului;

driver de disc = interfa de disc.

Interfeele pot fi proiectate la dou niveluri:

-la nivel de dispozitiv;

-la nivel de sistem.

O interfa la nivel de dispozitiv este proiectat pentru a asigura legtura ntre un anumit tip de dispozitiv i sistemul gazd.

O interfa la nivel de sistem asigur conexiunea la un nivel mai ridicat, dup ce toate semnalele generate de dispozitiv au fost convertite n forma folosit de sistemul gazd.

Interfaa AT Attachment a aprut ca un singur standard, dar necesitatea obinerii unor viteze mai mari. Semnul distinctiv al interfeei AT Attachment este simplitatea. Conectarea discurilor ATA necesit un cablu de semnale i un cablu de alimentare.

Conexiunea ATA ofer cea mai mare rat de transfer oferit de schemele de interfa ale hard-discurilor pentru calculatoarele personale.

.

O interfa este cuplat la unitatea central printr-un punct care se numete port.

Port-ul este punctul prin intermediul cruia unitatea central realizeaz schimburi de informaii cu exteriorul ei. Port-urile pot fi de intrare sau de ieire, n funcie de perifericul la care facem referire.

Un PC are de obicei o interfa paralel (LPT1) prin care este conectat imprimanta i dou interfee seriale (COM1 sau COM2) prin care se conecteaz mouse-ul.

Tastatura i mouse-ul se cupleaz prin porturi seriale, monitorul i unele modele de imprimante se cupleaz prin porturi paralele.

Echipamentele periferice rapide: hard-discul, unitile de floppy-disc i CD-ROM, se cupleaz direct la placa controller-ului dedicat.

Interfaa paralel permite transmisia celor 8 bii ai unui octet prin intermediul a opt fire plus unul de comenzi, spre deosebire de interfaa serial care beneficiaz de un singur fir pe care transmite succesiv fiecare bit al unui octet.Hard-disk-ul (HD) sau discul fix este un disc magnetic cu o constructie tehnologic foarte precis, o capacitate de memorare i o vitez de acces foarte mari, care se ncorporeaz n calculator, constituind o memorie extern foarte util (pentru calculatoarele de tip PC). Corespunztor pistelor de pe dischet, pe discul fix apar cilindri, care sunt formati din piste concentrice.

naintea de aparitia discurilor magnetic fixe, calculatoarele personale se utilizau exclusiv cu ajutorul dischetelor, fapt care avea cteva inconveniente: spatiul de memorie extern destul de limitat nu permitea folosirea unor programe prea complexe i imposibilitatea folosirii calculatorului fr o dischet pe care s se afle nucleul sistemului de operare.

Pentru ca un calculator s poat fi exploatat n mod eficient, partea esential a sistemului su de operare (numit uzual nucleu) trebuie s se gseasc n memoria intern, pentru a fi permanent disponibil i lansat n executie.

Tastatura este elementul de legtur direct ntre om i calculatorul personal, n sensul c permite introducerea datelor i comenzilor pe calculator.

Unitatea de control a tastaturii cunoate fiecare tast datorit codului su de identificare, cod care este un numr ntre 1 i 101.

Tastatura calculatoarelor este mprit n cinci zone de taste:

tastele mainii de scris;

tastatura numeric redus;

tastele pentru deplasarea cursorului;

tastele funcionale;

tastele de control speciale;Mouse-ul Mouse-ul a devenit un echipament periferic larg rspndit pentru creterea vitezei de operare. Este un dispozitiv deosebit de comod i eficient, proiectat i realizat, cu 2-3 butoane deasupra i conectat la un port al calculatorului.

Mouse-ul este cuplat la unitatea central printr-un port PS/2 sau USB5. Concluzii

Aceasta prezentare a arhitecturii calculatoarelor nu este exthaustiv i nici definitiv, componentele calculatoarelor ca i conceptele care stau la baza lor fiind ntr-o continu evoluie.Evoluia tehnologic a calculatoarelor trebuie s fie completat de o evoluie a software-ului destinat acestora, software care trebuie s recunoasc i s utilizeze corect noile faciliti ale prii hardware a calculatorului.Dispozitiv de

ieire

Dispozitiv de

intrare

Acumulator

UAL

UCC

Magistrala de comenzi

Magistrala de adrese

Magistrala de date

DI+DE

M

UCP

Registre

Magistral

UCP

Unitatea logic

i aritmetic

Memoria

Unitatea de

control

PAGE 4