I| Elementele de arhitectura a calculatoarelor personale (PC)

Arhitectura Calculatoarelor

Un calculator este realizat din mai multe componente electronice, fiecare din ele avand un rol diferit.

Unitatea centrala este compusa din: placa de baza,procesor, placa grafica, placa de sunet, placi de retea, , CD-ROM-ul, memoria RAM, HDD-ul, coolerele, sursa de alimentare si carcasa. Pe langa unitate, un calculator dispune de urmatoarele periferice: monitor, tastarura, mouse, scanner, imprimanta si boxe.Placa de baza

Placa de baza are un rol deosebit de important in componenta unitatii centrale, stand la baza multor caracteristici ale sistemului. Pe placa de baza sunt prinse in sloturi procesorul, placa video, placa de sunet (care impreuna cu placa video poate sa fie integrata), placa de retea si alte placi pe care utilizatorul doreste sa le includa. La acesta placa se conecteaza tastatura, mouse-ul si/sau creionul optic. O caracteristica a placii de baza este modularitatea ei. Prin modularitate se intelege faptul ca asupra ei se pot face modificari prin adaugarea sau inlocuirea diferitelor componente. Efectiv, placa de baza face legatura intre componentele sistemului. Exista de asemenea un mecanism de intreruperi care este deosebit de important deoarece acesta realizeaza logica de comanda.

O placa se prezinta sub forma unui circuit imprimat cu mai multe straturi. Fiecare strat poate contine mii de trasee si legaturi la circuitele care interconecteaza toata arhitectura hardware a unitatii centrale. Perifericele comunica intre ele cu ajutorul magistralelor pe care placa de baza le contine.

Conectorii de extensie se gasesc in unitatea centrala si permit utilizatorului sa faca modernizari echipamentului.

Ceasul sistem este un chip aflat pe placa de baza. Semnalele ceasului sistem care se afla pe placa de baza influenteaza cadenta ceasului intern, al procesorului, iar printr-un factor de multiplicare putem afla valoarea acestuia. Toate elementele si circuitele placii de baza functioneaza in ritmul impus de ceasul sistem. Pe placa de baza putem observa de asemenea si o baterie de litiu. Aceasta baterie permite gestionarea timpului chiar si atunci cand calculatorul este oprit. Tot aceasta baterie permite BIOS-ului sa pastreze din memoria ROM informatii referitoare la configuratia si setarile implicite care se efectueaza. Daca bateria se consuma, informatile din BIOS devin neoperationale.

Toate componentele placii de baza sunt conectate la o sursa de alimentare. Sursa furnizeaza tensiunea de alimentare pentru circuitele electronice si componentele placii de baza. Sursa converteste tensiunea alternativa intr-o tensiune mai mica. Regulatorul de tensiune se afla si el pe placa de baza si are rolul de a furniza procesorului o tensiune constanta indiferent de calitatea de la sursa de alimentare.

Procesorul

Procesorul este elementul de baza al unui calculator. Microrpocesorul contine un set de circuite integrate intr-o pastila de siliciu. Procesotul este un chip de dimensiuni ceva mai mari decit cele obisnuite care se conecteaza la plac de baza prin intermediul unui conector specific, numit slot sau socket. Microprocesorul este unitatea central de prelucre a informaiei (U.C.P.) a unui calculator sau sistem structurat funcional, care coordoneaz sistemul i care, fizic, se prezint sub forma unui cip electronic (IC). El controleaz activitile ntregului sistem i poate prelucra i datele utilizatorului. Este elementul principal al sistemului de calcul; cipul, care este plasat pe placa de baz numit motherboard, este de obicei foarte complex, putnd ajunge la ordinul de milioane de transistoare.

Microprocesorul asigur procesarea datelor, adic interpretarea, prelucrarea i controlul acestora, execut sau supervizeaz transferurile de informatii i controleaz activitatea general a celorlaltor componente care alctuiesc sistemul de calcul.

Placa video Placa video sau Unitatea de procesare grafic (GPU): Un GPU este un microprocesor dedicat pentru palcile grafice optimizate pentru virgul mobil, calcule, care sunt fundamentale pentru redare grafic 3D. Principalele atribute ale GPU sunt ceas rata de baz, care de obicei variaz de la 250 MHz la 850 MHz, precum i numrul de conducte (shaders), care traduce o imagine 3D, BIOS-ul Video: BIOS-ul video sau firmware-ul conine programul de baz care reglementeaz comunicarea placii video cu placa de baza. Acesta poate conine informaii privind calendarul de memorie, viteze de operare i tensiuni de grafica si procesor RAM i alte informaii. Este posibil sa se rescrie BIOS-ul (de exemplu, pentru a permite schimbarea setarilor pentru performan mai mare), dei acest lucru nu este indicat.Memorie Video

Tip Memorie ceas rata (MHz) Latime de banda (GB / s)

DDR 166 - 950 1,2 - 30,4

DDR2 533 - 1000 8,5 - 16

GDDR3 700 - 1800 5,6 - 54,4

GDDR4 1600 - 2400 64 - 156,6

GDDR5

Dac placa video este integrat n placa de baz, ea poate folosi memoria RAM a computerului .. Dac nu este integrata, plac video va avea propria memorie video, numita video RAM. Capacitatea de memorie, la cele mai moderne plci video variaz de la 128 MB la 2,0 GB. Deoarece are nevoie de memorie video pentru a fi accesate de ctre GPU i de circuitul afiare, se folosete adesea speciala de mare vitez sau multi-port de memorie, cum ar fi VRAM, WRAM, SGRAM, etc Din 2003, memoria video a fost de obicei bazate pe tehnologia DDR. n timpul i dup acel an, productorii s-au orientat spre GDDR2, GDDR3 i GDDR4 chiar GDDR5 utilizata mai ales de la ATI Radeon HD 4870. Frecventele memoriei la generatiiile moderne de carduri sunt, n general, ntre 400 MHz i 2,4 GHz.

Memoria video poate fi utilizata pentru stocarea altor date, i imagini, cum ar fi Z-tampon, care administreaz o adncime de coordonate in grafica 3D.

Cele mai comune sisteme de legtur ntre plac video i calculator sunt VGA si DVIPlaca de sunet Placa de sunet este acea componenta cu ajutorul careia calculatorul proceseaza sunetul si il reda spre utilizator cu ajutorul boxelor sau sistemului audio. Sistemul audio este format din placa de sunet, boxe si microfon.

Placa de retea Placa de retea este placa de extensie cu care un calculator poate realiza conectarea la o retea, adica conectarea la mai multe calculatoare sustinute de un server. Ethernet este cea mai raspandita placa de retea si a fost dezvoltata initial de Xerox cu capabilitatea de a trasfera pana la 10 Mbps. Pentru un trasfer mai mare de atat exista placa Fast Ethernet (aprox. 100 Mbps) sau Gb Ethernet.

Memoria RAM Memoria cu acces aleator (aceasta este traducerea expresiei engl. Random Access Memory, abreviat RAM,) este denumirea generic pentru orice tip de memorie care

poate fi accesat aleator, oferind acces direct la orice locaie sau adres a ei, n orice ordine, chiar i la ntmplare,

i se implementeaz de obicei pe cipuri electronice rapide (i nu pe dispozitive magnetice sau optice precum hard diskurile sau CD-urile).

Timpul de acces la datele din astfel de memorii este de obicei constant, nedepinznd de adresa accesat (deci nu precum la benzile sau discurile magnetice, care necesit un timp variabil). Cele mai multe implementri de RAM sunt volatile (datele stocate se pierd dac alimentarea cu energie electric se ntrerupe), dar exist i memorii RAM nevolatile, ca de exemplu de tip Read-Only Memory (ROM) i memorii de tip flash. Avantajul memoriei RAM fa de alte medii de stocare a datelor const n viteza de acces extrem de mare, fiind de exemplu de mii de ori mai rapid dect un hard disk. Dar i preul pe gigabait este de circa 200 ori mai mare. Exist dou tipuri principale de RAM:

memorie static, de tip Static RAM (sau SRAM)

i cea dinamic, Dynamic RAM (sau DRAM)diferenele constnd n stabilitatea informaiilor. Astfel, memoria static pstreaz datele pentru o perioad de timp nelimitat, pn n momentul n care ea este rescris, asemntor unui mediu magnetic. n schimb, memoria dinamic necesit rescrierea permanent, la fiecare cteva fraciuni de secund, altfel informaiile fiind pierdute. Avantajele memoriei SRAM: utilitatea crescut datorit modului de funcionare i viteza foarte mare; dezavantaj: preul mult peste DRAM.

Memoria de tip SRAM este folosit cel mai adesea ca memorie intermediar/cache. DRAM-ul este utilizat n PC-urile moderne, n primul rnd ca memorie principal ("de lucru"). Tipurile uzuale de DRAM folosite de-a lungul istoriei informaticii, toate concepute n scopul creterii performanei DRAM-ului standard:

Fast Page Mode DRAM (FPM DRAM),

Extended Data Out DRAM (EDO DRAM),

Burst EDO DRAM (BEDO RAM),

Rambus DRAM (RDRAM),

n prezent impunndu-se Synchronous DRAM (SDRAM), cu variantele

oDDR(Double Data Rate) SDRAM

oDDR2 SDRAM.

oDDR3 SDRAM.

De asemenea, au fost concepute mai multe tipuri de memorie i pentru plcile grafice, printre care Video RAM (VRAM), Windows RAM (WRAM), Synchronous Graphics RAM (SGRAM) i GDDR3, ele fiind variante de DRAM optimizate drept memorie video.

Alte dou elemente care influeneaz viteza, stabilitatea i preul memoriilor sunt funciile numite Error-Correcting Code (ECC) i Registered, integrate n unele module de memorie. Funcia ECC permite detectarea i corectarea "n zbor" a erorilor mai puin grave ce pot apare pe parcursul utilizrii, iar funcia Registered (numit i Buffered) dein un buffer (zon de memorie intermediar suplimentar) care depoziteaz informaia nainte ca ea s fie transmis controlerului, permind verificarea riguroas a acesteia. Memoriile de tip Registered sunt i extrem de scumpe, i mai lente dect cele normale sau ECC, folosirea lor fiind justificat doar n cazurile speciale cnd corectitudinea informaiilor prelucrate i stabilitatea sistemului este esenial, de exemplu n cazul serverelor.

n general, att timp ct memoria nu este supus unor situaii anormale de funcionare (frecven, tensiune sau temperatur n afara specificaiilor), ea ofer o stabilitate extrem de apropiat de perfeciune, arhisuficient pentru un calculator sau aparat cu memorie obinuit.

Harddisk-ul HDD-ul este dispozitivul principal de stocare a datelor. El consta in unul sau mai multe platane care se rotesc. Performanta unui HDD este determinata de marimea spatiului de memorare, si de viteza de memorare, timpii de acces, numarul de platane si modul de scriere al datelor (la cele mai noi, scrierea/citirea se face perpendicular).

Coolerele Acesta sunt foarte importante intr-un sistem deoarece ele racesc componentele. Un cooler este format dintr-un radiator si un ventilator. Procesoarele, cipurile grafice, memoriile Chipseturile placi de baza, etc.. se incing foarte tare in timpul lucrului si ca urmare acea caldura trebuie inlaturata cat mai repede din sistem pentru a asigura buna functionare a calculatorului. Coolerele poti fi cele livrate impreuna cu componentele respective (in general fiind cu performante ceva mai reduse) sau cumparate separat (cu performante mai mari dar si cu costuri mai mari bineinteles). Performanta unui cooler este mai buna cu cat puterea de disipare este mai mare. Cele mai performante coolere sunt executate din cupru si aluminiu. Generatia noua de coolere inglobeaza tehnologia HeatPipe. Baza coolerului care preia practic caldura degajata de componente este confectionata din cupru. Din baza pleaca doua sau mai multe tevi de cupru pline cu lichid care conduc caldura catre aripioarele de aluminiu care sunt sudate la randul lor de tevile de cupru. Aripioarele au rolul de a disipa caldura in aer. Aerul cald este eliminat din acea zona de ventilatorul care este prins de cooler.

Unele coolere pot fi pasive, in sensul ca in componenta lor intra doar radiatorul. Acestea au avantajul ca nu produc zgomot.

Sursa de alimentare

Una dintre cele mai importante componente este sursa de alimentare. Ea este responsabila de stabilitatea tensiunilor livrate catre celelalte componente. Sursele sunt clasificate in functie de puterea furnizata, de clasa de eficienta din care fac parte (o sursa de calitate trebuie sa aiba o eficienta cat mai mare, peste 80%)., si de modul in care sunt racite(pasiv/activ).Carcasa Toate componentele care alcatuiesc unitatea centrala sunt tinute intr-o cutie executata in cele mai multe cazuri din otel si plastic. Carcasele mai pretentioase, care asigura si o racire mai buna a componentelor sistemului sunt alcatuite 100% din Aluminiu, dar bineinteles au si un pret mai mare.

Carcasele pot avea diferite forme si marimi in functie de tipul si numarul componentelor instalate in sistem.Monitorul

Acesta este principalul dispozitiv periferic de iesire care permite afisarea temporara a informatilor care se afla in calculator, date care au fost introduse de la tastatura sau rezultate ale prelucrarii lor. Monitorul este alcatuit din doua elemente principale; din dispozitivul de afisare si placa video. Monitoarele pot fi cu tuburi catodice CRT sau cu cristale lichide LCD. Monitoarele se pot clasifica dupa numeroase criterii, precum:

a)clasificarea monitoarelor dupa culorile afisate

b)clasificarea monitoarelor dupa semnalele video (digitale sau analogice)

c)dupa tipul grilei de ghidare a electronilor din tub (cu masca de umbrire, cu grila de aparatura)

d)dupa tirul controalelor exterioare - (analogice sau digitale)

e)dupa tipul constructiv al ecranului (cu tub catodic conventional CRT, dispozitive de afisare cu ecran plat FPD care include ecranele LCD precum si cele cu plasma)

f)Dimensiunea ecranului si suprafata utila (de la 9 la 40)

g)Latimea de banda (cantitatea de date pe care monitorul le poate manipula intr-o secunda. Aceasta de masoara in MHz)

h)Tactul de afisare (trebuie corelata cu latimea de banda, masura tot in MHz)

i)Refresh rate (masoara numarul de cadre care este afisat pe monitor intr-o secunda. O rata de refresh mai mica de 85 Hz duce la obosirea prematura a ochilor).

j)Intretesarea de cadrelor (30 cadre pe sec, reda imag. in miscare)

k)Densitatea de punct sau dot pitch-ul

l)Rezolutia (capacitatea monitorului de a afisa imagini cat mai fine)

m)Aspect ration (16:10 wide sau 5:4 conventional)

Tastatura

Tastatura este principalul mijloc de introducere a datelor in calculator. Exista diferite tipuri de tastaturi, precum tastaturile standard cu 102 sau 105 taste, cele ergonomice cu un confort sporit pentru utilizator, si tastaturile speciale care integreaza pe langa perifericul clasic de a introduce date si alte dispozitive cum ar fi un scanner, trackball, boxe, microfon, etc. Tastele sunt grupate in blocuri de taste alfanumerice, functionale, taste de deplasare si pozitionare si bloc mini-numeric.

Mouse-ul

Mouse-ul este cel mai folosit dispozitiv de comunicare utilizator-computer. Pe piata exista exista mouse-uri cu butoane de scroll, mouse-uri optice, cordless (conexiune prin infrarosu).

Scannerul Scannerul meste un periferic de intrare capabil sa transforme informatia analogica in format digital. Imaginea scanata este descompusa in puncte elemente care putem spune ca definesc performantele scannerului in materie de rezolutie. Rezolutia se masoara in dpi, adica numarul de puncte recunoscute pe o suprafata de dimensiunea unui inch2 . Adancimea culorii este si ea o caracteristica foarte importanta pentru un scanner si este o masura a numarului de culori pe care scannerul le poate recunoaste.

Imprimanta Imprimanta este un periferic de iesire care permite editarea pe hartie a rezultatelor unei prelucrari. Cateva caracteristici ale imprimantei sunt:

a)calitatea imaginii si rezolutia

b)Viteza de tiparire

c)Modalitatea de alimentare cu hartie

d)Zgomotul produs in timpul tiparirii

e)Capacitatea de emulare o poate avea

f)Costul

g)Latimea carului

h)Cromatica

Imprimantele de pe piata pot fi cu Ink Jet, Laser, termale, cu ace, cu bubble-jet.Unitatea optica

Unitatea optica este unitatea de citire CD / DVD/BlurayDisc. Se bazeaza pe tehnologia fascilului de lumina reflectat de catre suportul optic. Un CD obisnuit poate stoca pana la 800MB, un DVD poate stoca date de pana la 4.7GB., pe cand un disc Bluray poate stoca pana la 50GB.

Boxele

Boxele sunt dispozitive periferice cu ajutorul carora utilizatorul poate interactiona pe cale auditiva cu sistemul. Deobicei, boxele unui PC au o putere redusa, ele ajungand pana la 30W.15